基于多模態(tài)交互的汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)研究

劉 聰，朱蘭芹

（1.上海禾騁科技有限公司，上海 201805；2.長(zhǎng)城汽車產(chǎn)品數(shù)字化中心，上海 200335）

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢(shì)演進(jìn)，汽車功能的復(fù)雜度不斷提升，同時(shí)不斷有新的功能被引入。如何更好地承接功能設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行詳細(xì)的人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并滿足用戶個(gè)性化、情感化、智能化的交互需求，是汽車電子電氣開發(fā)的一個(gè)重要課題。多模態(tài)交互將視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種交互方式進(jìn)行融合，在車載環(huán)境下，多模態(tài)交互將有越來(lái)越大的應(yīng)用空間。本文重點(diǎn)論述基于多模態(tài)交互的汽車人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、開發(fā)流程及開發(fā)方式。

1 多模態(tài)人機(jī)交互特性及設(shè)計(jì)原則

1.1 多模態(tài)人機(jī)交互方式

傳統(tǒng)汽車人機(jī)交互方式包括：開關(guān)操控、屏幕觸控、儀表提醒、聲音提醒等，而隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的交互方式被引入汽車，多模態(tài)交互方式成為主流，可極大提升用戶交互體驗(yàn)。

1.1.1 語(yǔ)音交互

語(yǔ)音交互方式隨著聲源定位、聲紋識(shí)別、自然語(yǔ)音交互、主動(dòng)式交互、智能語(yǔ)音提示等技術(shù)的引入，增強(qiáng)了人機(jī)交互的安全性、趣味性、互動(dòng)性。語(yǔ)音交互主要包括語(yǔ)音喚醒、語(yǔ)音播報(bào)、語(yǔ)音控制、語(yǔ)音提醒等不同應(yīng)用類型，不同的應(yīng)用類型包括不同的設(shè)計(jì)要素。

1）語(yǔ)音喚醒類：?jiǎn)拘讯x、語(yǔ)音喚醒詞定義、喚醒方式定義、中斷退出機(jī)制等。

2）語(yǔ)音播報(bào)類：播報(bào)邏輯定義、播報(bào)方式定義、中斷退出機(jī)制等。

3）語(yǔ)音控制類：交互邏輯定義、中斷退出機(jī)制、關(guān)鍵詞定義等。

4）語(yǔ)音提醒類：激活條件定義、優(yōu)先級(jí)定義、中斷退出機(jī)制等。

1.1.2 手勢(shì)交互

手勢(shì)控制中靜態(tài)手勢(shì)可用于應(yīng)用快捷開啟、自定義功能應(yīng)用等；動(dòng)態(tài)手勢(shì)可用于動(dòng)態(tài)調(diào)整類場(chǎng)景，例如通過(guò)單指順時(shí)針旋轉(zhuǎn)以調(diào)整娛樂(lè)系統(tǒng)音量。

手勢(shì)的定義需要結(jié)合手勢(shì)識(shí)別攝像頭的布置位置及性能，以保證整體性能指標(biāo)；同時(shí)需考慮車型市場(chǎng)的文化差異性，例如同一手勢(shì)在不同地區(qū)可能代表不同含義，因此可對(duì)不同的車型進(jìn)行差異化定義。

1.1.3 燈光交互

燈光是汽車與車內(nèi)及車外交互的重要載體，智能駕駛場(chǎng)景下，燈光將承擔(dān)更多的交互職責(zé)。對(duì)應(yīng)車外交互，可以將智能駕駛行駛意圖傳遞給車外人員；對(duì)應(yīng)車內(nèi)交互，可以通過(guò)調(diào)整燈光亮度、顏色、模式等提示、警告駕駛員。

1.2 人機(jī)交互方式特性分析

多模態(tài)交互每種方式均有各自的特性和適用場(chǎng)景，應(yīng)結(jié)合交互方式的特性來(lái)設(shè)計(jì)交互方案。

各個(gè)交互方式的特點(diǎn)及適用的場(chǎng)景分析如下。

1）視覺：信息提示最直觀，便于描述警告內(nèi)容，給出指示操作；多用于儀表、HUD、氛圍燈、雙閃燈、后視鏡指示燈、門把手、車外顯示屏。

2）聽覺：語(yǔ)音的特征（頻率、響度）可表明危險(xiǎn)的性質(zhì)；同時(shí)基于聲源定位、音效增強(qiáng)等技術(shù)，可以對(duì)不同的區(qū)域播放不同的報(bào)警聲音；多用于報(bào)警聲、語(yǔ)音播報(bào)。

3）觸覺：提醒效果較為強(qiáng)烈，一般在緊急情況下使用，包括座椅振動(dòng)、方向盤振動(dòng)、安全帶收緊、點(diǎn)剎、冷空氣等。

4）嗅覺：配合其他模式共同出現(xiàn)，目前在疲勞場(chǎng)景下有應(yīng)用；包括香氛、刺激性氣味等。

1.3 汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)原則

在汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮汽車特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，以保證駕駛員執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)為主，并遵循以下主要設(shè)計(jì)原則。

1）減少注意轉(zhuǎn)移：操作簡(jiǎn)潔，無(wú)不必要的額外操作步驟；允許用戶單手完成所有交互操作，盡量采用非接觸式交互方式；簡(jiǎn)化語(yǔ)音交互，聲音報(bào)警避免分散駕駛員注意力。

2）關(guān)鍵信息優(yōu)先：操作熱區(qū)設(shè)置合理，即高頻操作區(qū)域位于用戶容易操作的區(qū)域內(nèi)；與駕駛?cè)蝿?wù)無(wú)關(guān)的信息不需駕駛員進(jìn)行過(guò)多操作。

3）易學(xué)習(xí)性：交互方式易于學(xué)習(xí)，操控方式與使用習(xí)慣一致；整車類似功能交互策略協(xié)調(diào)一致。

4）及時(shí)反饋：操控反饋無(wú)明顯延時(shí)，如果反饋時(shí)間超過(guò)2s應(yīng)增加“正在響應(yīng)”指示；語(yǔ)音交互、手勢(shì)交互等均能及時(shí)得到狀態(tài)反饋。

5）易發(fā)現(xiàn)性：操控位置易被發(fā)現(xiàn)、無(wú)視線遮擋；工作指示或亮度符合人眼識(shí)別需求，不應(yīng)刺眼或太暗，影響功能識(shí)別。

2 汽車人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的開發(fā)方式下，汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)與汽車電子電氣功能開發(fā)是獨(dú)立的，即在電子電氣功能開發(fā)完成后，汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)才能拿到人機(jī)交互相關(guān)的設(shè)計(jì)需求。而隨著功能復(fù)雜度的逐漸提升、各種新功能的逐漸引入，傳統(tǒng)的開發(fā)方式會(huì)導(dǎo)致汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)無(wú)法正確理解電子電氣功能，進(jìn)而無(wú)法設(shè)計(jì)出合理的方案。因此，應(yīng)將人機(jī)交互系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)作為整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)流程的一部分，在整車電子電氣功能開發(fā)階段整體考慮人機(jī)交互的相關(guān)需求。人機(jī)交互設(shè)計(jì)的主要流程如圖1所示。

圖1 TOS系統(tǒng)對(duì)接測(cè)試場(chǎng)景

圖1 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

2.1 需求分析

需求分析階段，主要工作是結(jié)合車型的功能配置清單，整理開發(fā)約束信息，如法律法規(guī)要求、標(biāo)準(zhǔn)要求等；同時(shí)結(jié)合車型定位、關(guān)鍵用戶群體、主要競(jìng)品車信息等，形成人機(jī)交互設(shè)計(jì)總體方案。

2.1.1 開發(fā)約束信息收集

開發(fā)約束信息主要是指與功能交互相關(guān)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等，作為人機(jī)交互設(shè)計(jì)的依據(jù)。在設(shè)計(jì)前期，應(yīng)當(dāng)基于功能定義校核相關(guān)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，從中梳理出對(duì)于人機(jī)交互設(shè)計(jì)的需求，輸出人機(jī)交互法律法規(guī)分析報(bào)告，并在項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中作為設(shè)計(jì)參考。

2.1.2 功能配置分析

基于開發(fā)項(xiàng)目的功能配置定義、電子電氣件配置定義、不同車型的造型風(fēng)格定義等，分析整體人機(jī)交互設(shè)計(jì)交付內(nèi)容，包括需要完成的人機(jī)交互設(shè)計(jì)方案數(shù)量、應(yīng)用場(chǎng)景及整體風(fēng)格定義等。例如，同一個(gè)車型可能需要完成運(yùn)動(dòng)、舒適、經(jīng)濟(jì)等3種不同的人機(jī)交互設(shè)計(jì)主題。

2.2 交互用例設(shè)計(jì)

依據(jù)功能開發(fā)團(tuán)隊(duì)的電子電氣功能定義文檔，進(jìn)行功能解讀，梳理出與人機(jī)交互相關(guān)的以功能為顆粒度的交互場(chǎng)景，并定義初步交互方案。輸出文檔體現(xiàn)功能、應(yīng)用場(chǎng)景、交互類型、需求描述、交互載體、交互內(nèi)容等。以ACC（Adaptive Cruise Control，自適應(yīng)巡航）功能為例，結(jié)合功能定義，將ACC功能分為功能開啟、功能激活、定速控制、跟車控制、駕駛員超控、功能退出、故障報(bào)警等場(chǎng)景，這些場(chǎng)景都需要和駕駛員進(jìn)行交互，在交互用例梳理階段，梳理出與功能場(chǎng)景相關(guān)的交互需求，如表1所示。

表1 ACC功能交互需求梳理

2.3 交互方案設(shè)計(jì)

以用戶交互為主視角，結(jié)合功能實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟，從中梳理出與人機(jī)交互相關(guān)的具體需求，并對(duì)交互方案進(jìn)行定義，如表2所示。

表2 功能交互需求梳理示例

基于駕駛?cè)藨?yīng)激反應(yīng)時(shí)間，針對(duì)分級(jí)的提醒類方式，例如駕駛輔助功能提醒，可按照視覺（1級(jí)提醒）、視覺+聽覺（2級(jí)提醒）、視覺放大+聽覺變強(qiáng)+觸覺（3級(jí)提醒）逐級(jí)增加的策略。

對(duì)于安全性相關(guān)的功能，可提供多個(gè)同時(shí)激活的信號(hào)以提供冗余信息，提升駕駛員接收警告的可能性。

2.4 交互詳細(xì)設(shè)計(jì)

此階段進(jìn)行人機(jī)交互詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括UX設(shè)計(jì)、UI設(shè)計(jì)、聲音音源設(shè)計(jì)等，需要完成交互原型設(shè)計(jì)方案、交互詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行多輪設(shè)計(jì)評(píng)審。本文不對(duì)交互詳細(xì)設(shè)計(jì)階段詳細(xì)展開。

2.5 驗(yàn)證評(píng)價(jià)

人機(jī)交互詳細(xì)設(shè)計(jì)后，需要基于開發(fā)展板、臺(tái)架、原型車進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)。

可用性測(cè)評(píng)采用原型測(cè)試，驗(yàn)證交互設(shè)計(jì)體驗(yàn)，挖掘優(yōu)點(diǎn)及問(wèn)題，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出具體優(yōu)化建議。可用性測(cè)評(píng)保證了設(shè)計(jì)方案在經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)和對(duì)標(biāo)后，具備可用性、易用性、高效性。

3 結(jié)束語(yǔ)

以語(yǔ)音、觸控、手勢(shì)等為代表的交互方式將在智能網(wǎng)聯(lián)汽車場(chǎng)景下得到更多應(yīng)用，多模態(tài)融合的交互方式將成為汽車人機(jī)交互的發(fā)展重點(diǎn)。同時(shí)，隨著汽車智能化等級(jí)的不斷提升、場(chǎng)景化設(shè)計(jì)的不斷引入，汽車人機(jī)交互需要在考慮安全性、可靠性的基礎(chǔ)上，著力提升用戶體驗(yàn)，滿足用戶需求。