人工智能視域下的產品設計新特征及情感交互設計探究

曹祥哲

人工智能視域下的產品設計新特征及情感交互設計探究

曹祥哲

（天津美術學院，天津 300141）

以人工智能技術發展的背景、起源、現狀和未來發展路徑為脈絡，探討人工智能技術為產品設計的構成要素帶來的新特征。基于產品設計的新特征，提出智能產品情感交互設計的重要性和設計方法。通過文獻梳理法和案例分析法，提出在人工智能技術的影響下，產品設計從傳統的物質表達進入到虛擬沉浸體驗階段，產品的傳統功能也進階到智慧功能的擴展，傳統人機系統呈現出更加友好互動的交互趨勢。在這種互動趨勢的影響下，產品設計需要建立智能情感交互方式，以此加強用戶和機器的友好溝通。最終通過智能廚房調料盒設計案例來分析智能情感交互設計的方法。提出建立多維度綜合智能交互系統和聯想隱喻動態圖形交互的設計方法，以此增強產品情感交互的新體驗，為產品的智能化創新設計提供思路和方向。

人工智能；新特征；情感交互；綜合智能交互；隱喻動態化設計

伴隨著移動互聯網、大數據、云端計算等技術的蓬勃發展，人工智能技術已被視為本世紀最有影響力的發明。人工智能已經走過了60多年的探索期，如今進入到成長階段，猶如“無形的手”在各種領域扮演著重要的角色。它不僅為傳統產業賦予了新的生命，更影響著世界科技和經濟的發展。當下人工智能正在引發鏈條式產業發展，并引發科技革命和產業革命的再次升級。很多技術發達國家也紛紛加強對人工智能的開發。可見人工智能是人類長期奮斗的方向，而現階段的技術發展則僅僅是一個開始[1]。

我國也高度重視人工智能的發展，2017年國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》[2]。同年由中科院、清華大學和百度公司以校企聯合的方式建立了我國首個人工智能實驗室，標志著我國人工智能進入實質性發展階段。2018年政府工作報告中明確提出，大力加強新一代人工智能技術開發和應用，這表明我國已經將人工智能技術發展作為戰略發展部署。

1 人工智能的概念與發展脈絡

1.1 人工智能發展簡述

1）理論萌芽階段。1936年，英國數學家阿蘭·麥席森·圖靈發明了圖靈計算機，也稱作圖靈機[3]。這是一種理想計算機的數學模型，為計算機的發明提供了理論基礎。1943年，美國神經生理學家邁克羅琪與匹茲建立了第一個神經網絡模型，對后來的微觀人工智能及人工神經網絡的研究起到促進作用。這時期的人工智能探索主要依靠數學模型和神經網絡模型為基點，對未來理論的建立奠定了基礎。

2）理論確立階段。1956年，科研人員在美國荙特茅斯（Dartmouth）學院舉辦了一場人工智能夏季研討會。首次提出了人工智能概念，并使其正式成為一個獨立的研究學科。在1969年，國際上召開了人工智能聯合會議，也標志著人工智能在國際上成為標準學科。這一時期，人工智能從最初抽象的模型建立進入到理論的確立，并最終成為正式學科，開始影響世界。

3）發展階段。1997年，IBM的深藍計算機戰勝了當時圍棋冠軍，2016年，谷歌的人工智能再次戰勝了棋王冠軍。這2次的勝利表明人工智能走向成熟階段，全世界也用期待的眼光迎接它的到來。人工智能也開始逐漸走向人們的生產和生活領域，并開始為設計賦能。

1.2 人工智能的概念

明斯基曾提出，人工智能是一門科學，讓機器來完成富有智能的事情。尼爾森曾提出人工智能的定義，認為其是關于知識的科學，所謂“知識的科學”就是研究知識的表示、獲取和運用[4]。

目前，普遍認為人工智能的概念是利用數字計算機或數字計算機控制機器，將人的智能進行模擬、延伸和擴展，從而感應環境、獲得知識，并利用知識獲得最優化的理念、方式、技術和全面的應用系統[5]。具體應用的形式為語音合成、語音助手、智能翻譯、智能教育系統與智能專家系統等[6]。換句話講，人工智能就是讓機器富有智能，通過為機器賦能，使機器成為智能體，來完成需要人類智能完成的工作。

完成人工智能的三要素包含數據、算法和算力。人工智能通過對大數據的學習和推算，并通過特定的算法，借助算力高效運轉，完成最終的結果。如今人工智能憑借數據、算法、算力和應用場景的提升，已經從后臺運轉工具走向前臺，成為服務社會的一部分。

2 人工智能賦予產品設計新特征

由于人工智能技術具備“深度學習、跨界融合、群智開放、自主智能”的特點，為設計思維、設計對象、設計流程和設計方法帶來很多改變[7]，并為產品設計領域帶來新的變化。尤其對產品設計構成要素中的功能和形態的關系帶來改變，這就為傳統的產品設計賦予了新特征。

2.1 產品的形態與功能進行“虛實”轉化

由于智能技術的嵌入，產品的功能變得異常強大和多元化。因此產品設計從物質表達進階到虛擬沉浸體驗階段。此時產品設計的外觀形態被高度概括，呈現出扁平化設計表達的趨勢，即消除多余的外在裝飾元素，突出產品的功能。

回顧諾基亞手機稱雄市場的時代，手機產品的造型花樣百出，也是當時產品設計領域的一個縮影。諾基亞手機以百變造型引領市場，各種手機品牌也順應其造型策略，將產品的外觀作為產品營銷的手段之一，利用產品外觀打開消費市場，并擴大品牌影響。如今的智能手機卻舍棄了多余的外觀裝飾，全部采用單純的平板機身，以全屏幕為媒介，將智能拍照、人臉識別、指紋解鎖等多種智能技術融入機器內部，使手機成為了綜合功能的集合體，從而成為當下手機領域設計的“新標準”。

此外，國產新秀品牌小米推出的各項智能產品，外觀采用幾何化的極簡形態，配以單純的色彩，呈現出扁平化的造型特征。可見由于智能技術的引領，產品設計由物質表達轉化到對虛擬功能的開發與使用，這促使產品設計在造型上從過去豐富多變的形態轉變為單純簡約形態，呈現出扁平化的設計風格和趨勢，見圖1。

圖1 傳統手機的造型和智能手機造型對比

2.2 產品功能與體驗的關系進行“虛實”轉換

由于智能技術的影響，產品的功能也從物質功能轉化到虛擬體驗中。無論產品設計如何發展，以人為本是產品設計領域始終堅持的理念。設計活動所提倡的以人為本理念，就是考慮人的全面發展[8]。傳統的產品設計以功能為基點，并通過物理介質如造型、色彩、材料等要素來引導使用者的情感體驗。人工智能時代下，傳統物理形態下的交互設備慢慢消失，產品設計更加關注虛擬技術的應用，取而代之的是語言、聲音和表情等。產品通過多種交互系統更加親近使用者，在“以情動人”的情感體驗下完成產品的功能。如科大訊飛在奇點創新者峰會上發布了根植自主研發的語音交互技術而設計出的智能駕駛交互系統，采用無屏幕、無按鍵的形式，將駕駛、娛樂、聊天等功能集于一體。使駕駛者完全依靠語音完成無障礙操控，不僅解放了雙手，更減少了傳統駕駛過程中依靠屏幕和按鍵所產生的安全隱患。這項基于人工智能的駕駛系統將車內交互迭代升級到更高的層次。從這件案例中可以看到智能時代下，產品從過去的物理功能（實體）引導用戶體驗（虛擬）轉向通過情感體驗（虛擬）來完成產品功能（實體），見圖2。

圖2 智能駕駛系統

2.3 產品的功能向“智慧功能”升級

任何時期的產品設計都是以技術為核心進行發展的。從機械時代、電氣時代、信息時代，每一次技術變革，都推動產品設計的發展。人工智能作為新技術，使產品在原有的功能基礎上有了新的發展和飛躍。現代主義曾經提出形式追隨功能。產品的功能指實用功能，即使用價值，這也是產品設計的基礎。隨后建筑師沙利文提出合理表達產品內部構造或功能應該具備美的形式，就此相應地提出了產品的審美功能，即通過形式、技術、材料使產品造型美學得以發揮。進入到信息時代，產品呈現出虛擬化交互的趨勢，此時，產品具備了情感體驗功能。如今進入到人工智能時代，產品通過智能算法的運行來模擬人的思維，并通過大數據、物聯網為信息載體，使傳統意義上的產品功能進階到“智慧”功能。智慧功能表現為更為高級的人機互動，智能運算、智能服務等。此外，產品可以整合多種功能于一體，如手機融合通話、付款、娛樂等功能；智能手表也融合了娛樂、健康檢測等功能。產品的“智慧功能”促使產品呈現出跨界的特征。

2.4 產品智慧功能的高級物化表達

人工智能屬于抽象的機器思維，用來完成模擬人類大腦進行深度學習、分析、感知、思考、邏輯推理等工作。人工智能要發揮出功效，需要借助一種載體來進行表達。載體可以是虛擬的，亦可以是實體的。實體載體從簡單的設備向高端的機器進行發展。高端的機器就是有智慧的智能體終端，那么機器人必然是人工智能最好的智能體終端。將機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多種技術，以及前沿學科集于一身的高端裝備就成為了現代機器人[4]。人工智能作為程序，并控制終端的一切行動，機器人也是人工智能最好的表達方式。

隨著智能技術的發展，對終端的要求也缺來越高。終端不僅要具備聰明的“思維”，而且形態上更要參考人體的動作，使功能不斷擬人化。從軟件到硬件逐步完成對人的模擬，從而形成新的產業——智能機器人產業。

《美國機器人發展路線圖——從網絡到機器人》的作者預言，機器人技術將如計算機的發展一樣，在未來數十年里遍布世界各地，并會對整個世界產生變革性的影響[9]。其中，以服務家庭生活為目的的機器人會走進大眾家庭，因此會在未來成為極有潛力的發展領域。根據2018年至2020年家用機器人的銷售數據顯示，全球家用機器人銷量達到3240萬臺，價值113億美元[10]。

總之，由于智能技術的引領，產品設計的發展從物質形態塑造走向功能的升級，從傳統功能轉向智慧功能的擴展，從物質表達轉向虛擬沉浸的體驗，傳統人機系統也轉向協同互動的高級人機系統。這就促使傳統產品設計開始向情感交互設計的方向邁進。建立智能情感交互模式成為當下產品設計的主要內容和研究重點。

3 人工智能下的情感交互設計

3.1 情感交互設計

人機交互（Human-computer Interaction，縮寫為HCI）是人和計算機通過特定語言，運用一定的交互形式，達成一定任務的人和計算機間的信息交換過程[11]。人工智能時代，傳統人機系統演變為人機共生模式。這就要求機器能夠理解人的意圖，并和使用者共同友好相處。唐納德·諾曼[12]曾提出，未來的機器會像人一樣具備情感。當機器面對與人類相同的情景時，以應對復雜多變的世界時，機器將需要一種情感——機器情感。1997年，MIT的Picard提出了情感計算（Affective Computing）的概念，通過賦予機器識別、理解和表達人類情緒的能力，使計算機擁有更高的智慧。因此，情感交互需要給予機器洞察、理解和產生各類情緒的能力，最終使機器像人類一樣進行真實、自然、賦有情感的交互[13]。

人工智能下的產品設計要以情感交互為方向，建立友好、生動、智慧化的交互方式，以此加強用戶和機器的友好溝通，使產品呈現出時代特色。

3.2 人工智能技術引領下的產品情感交互設計方法

3.2.1 建立多通道、多感官、多維度的綜合智能感知交互系統

智能+時代的到來，智能技術猶如一張網，將萬物互聯。產品設計從硬件的開發走向軟件的全面建設，從形態的設計走向情感交互的發展。

傳統的人機交互方式根據交互通道的不同，可以分為以下4類：基于視覺的交互，如手勢動作識別、表情捕捉識別、體態運動分析識別、人的測試和追蹤；基于聽覺的交互，如識別語音、識別聲音（非語音）等；基于觸覺的交互，如觸摸屏幕、觸摸其他物體感應；此外，還有如腦電交互、紅外感應等其他形式[14]。目前人機交互的研究熱點是自然交互，他屬于用戶自然的操作方式，如語音對話、手勢表達等。這種自然交互方式也在向多通道、多感官、多維度的綜合智能化交互系統發展[15]。國外研究人員將人的視覺、聽覺、嗅覺進行多種通道組合，視覺作為單通道，視覺和聽覺作為雙通道，嗅覺、視覺和聽覺作為多通道，研究以上感知系統對使用者的刺激，來判斷使用者是處于興奮、高興、還是失望和憤怒等。這種多通道、多感官、多維度的研究方式運用到智能產品交互設計中，構成綜合智能化交互系統。具體可以通過人臉識別、表情追蹤、聲音識別、體態分析來全面理解用戶的心理情緒，從而做出友好的互動。例如駕駛系統中，智能設備可以通過捕捉駕駛者眼部的動態、面部的表情、聲音狀況和駕駛坐姿體態等，來分析駕駛者是否處于疲勞狀態，并通過富有情感化的方式對駕駛者進行友好提醒，使用戶在愉悅的體驗中，安全高效地完成產品的操作。

可見產品設計的交互模式從過去的人與物的實體交互，轉化到人與機器界面的交互，如今進化到人與智能感知系統的交互。因此建立多通道、多感官、多維度的綜合智能感知交互系統，可以更全面有效地了解用戶的感知和認知能力，判斷出用戶使用產品的場景需求，利用富有情感化的方式與用戶友好地互動，完成高效愉悅的人機交互全過程。

3.2.2 運用聯想隱喻動態圖形交互設計

3.2.2.1 動態圖形交互

動態圖形的理念最早出現在20世紀50年代。由于數字媒體的產生和發展，為空間賦予了“時間向量”，使傳統的平面圖形具備了“動態”的形式和功能。動態圖形為傳統的圖形演示賦予了新的生命力[16]，也使傳統交互界面的圖形表達呈現動態化的趨勢，并演變成為動態圖形交互。動態圖形交互集合了諸如平面設計、影像設計、動畫設計、生效設計等多種藝術表達形式，其充分利用設計元素的多樣化和信息傳播的動態化，以多媒體的藝術效果，使用戶的感官系統受到刺激，并在多維度空間內享受到沉浸式體驗的樂趣[16]。

動態圖形交互具有敘事性、互動性及趣味性的特征。運用動態圖形的交互設計不僅提高了信息傳達的時效性，也能增強產品的藝術感染力，最終增強用戶使用產品的情感體驗感。

3.2.2.2 運用聯想隱喻動態圖形交互

聯想隱喻是指通過聯想，利用一種事物暗喻另一種事物，屬于一種文學修辭的方法[17]。隱喻法也可以用在智能產品設計中，通過聯想用一種事物或現象來對產品相關功能或屬性進行映射。然后通過動態交互界面設計，對產品的相關概念和功能進行動態化的表達。尤其在動態交互設計的環節，充分運用隱喻動態圖形交互的模式對產品的功能和概念進行指代。首先通過聯想，將智能設備的部分功能和生活中的事物或現象進行比較，找尋他們之間相同的概念，建立起聯系。然后用這種事物或現象對產品的功能進行映射，再通過藝術化的視覺語言進行提煉，最終利用富有美學的動態圖形對產品的功能進行藝術化表達，將抽象的功能具象化。這樣可以使用戶無障礙地理解產品的信息，提高產品的使用效率，并增強產品的聯想趣味。

以手機的電量圖標顯示為例，目前的手機電量圖標顯示是利用模擬電池形態的圖形，這種圖形只是對事物功能的直觀再現，缺乏隱喻的藝術性和聯想的趣味性。人們可以利用聯想隱喻的設計方法，用蠟燭的屬性來比喻電量。將電量圖標設計成一根蠟燭燃燒的動態圖形。隨著手機的電量消耗，蠟燭逐漸融化，火苗也呈現逐漸熄滅的狀態。當手機接通電源后，屏幕上模擬蠟燭的火苗就繼續升高，以代表電量持續充滿的狀態。

在智能產品的情感交互界面設計中，可以利用聯想隱喻動態圖形進行設計與表達，使交互界面變得更加生動有趣。聯想隱喻動態圖形交互也更能激發用戶的想象力，從而增強用戶使用產品的情感交互體驗感。

3.2.3 設計案例分析

結合健康生活的大背景，利用綜合交互感知系統和聯想隱喻動態交互理念設計的智能廚房調料盒。力圖將視覺、觸覺、聽覺通道進行綜合開發，建立多感官、多通道、多維度的智能交互系統，并在交互方式上采用聯想隱喻動態交互設計的理念，建立新型的人機智能交互方式。

當今社會快速發展，人們對自身健康高度關注，飲食是影響健康的重要因素之一。由于很多人對飲食中的調料（如鹽、糖、味精）使用過量，易造成肥胖、血壓高、糖尿病等癥狀。目前市場上廚房調料盒的設計還是停留在物質形態的傳統容器造型層面，需要手動控制調料的使用量。因此，設計者結合人工智能技術，設計出這款智能廚房調料盒。

結合上文論述的智能產品設計的新特征，在產品形態上采用扁平化的造型風格，選用單純的圓柱幾何形態，摒棄繁瑣的裝飾元素，配色上選用白顏色，以此代表純凈健康的理念，見圖3。

圖3 廚房智能調料裝置

（圖片來源：，孔繁華，李柏嬡設計與制作）

調料盒內部針對調料類型設置不同的空間，以便裝入鹽、糖、香料、味精等不同的調料制品，通過內部中心旋轉軸芯，可以自動旋轉到調料出口。

在交互方式上，摒棄傳統的硬質交互界面，利用綜合感知系統，調動用戶的綜合行為體驗。使用者輕輕觸摸調料盒頂部，會自動進入開啟模式。用戶可以通過語音輸入，進行任務選取，調料盒可以將語音轉換成趣味的聲音提示，并以此和用戶進行交流。如使用者可以通過語音輸入任務，如“我需要鹽”，調料盒會提示用戶“食鹽要適量呦”，或者“晚餐需要少吃呦”等友好提示。隨后調料盒通過內部旋轉軸裝置自動將裝有鹽的調料區旋轉到出口的位置，并自動將鹽通過出口向外倒出，用戶使用餐具接取即可，整個過程完全通過語音交互完成。

內部機芯通過計算模塊的智能算法，可以精準檢測用戶每次使用調料的用量，并能夠統計出用戶對調料的使用習慣。當用戶使用調料的用量超標時，調料盒會提醒用戶。在這個環節，運用聯想隱喻動態圖形交互的方式，將產品的交互界面設計成趣味的冰山形象，見圖4。一旦倒入鹽或其他調料的用量超標，冰山圖像顏色逐漸變淺，并呈現出冰山融化的動態圖像，通過冰山融化的狀態來提示用戶對調料的用量超標，見圖5。通過這種視覺圖像的隱喻和交互，使用戶知道自己對調料使用的狀況，從而對食用調料進行控制，這樣巧妙的動態設計還能提高用戶對環境保護的關注。因此，采用聯想隱喻的動態視覺交互方式，不會像傳統的數字或者警示顏色那樣枯燥，提升了用戶的創造性思維和情感期望。

圖4 廚房智能調料裝置界面交1

圖5 廚房智能調料裝置界面交互2

此外，用戶每天可以通過手機APP看到家庭食用調料的量，APP會自動提醒用戶是否食用調料超標。圖6為用戶使用鹽量的APP數據監測，用藍色進行界面顯示；圖7為使用糖量的APP數據監測，用橙色進行顯示。通過顏色的區分來隱喻不同調料的感覺，以此對家庭飲食進行管理。

通過建立視覺、聽覺和觸覺等綜合智能感知交互系統和聯想隱喻動態圖形交互方式，為用戶帶來新的使用體驗，并增強使用產品的樂趣。

圖6 廚房智能調料裝置配套APP

圖7 廚房智能調料裝置配套APP

4 結語

由于人工智能技術的發展，為傳統產品設計帶來了新的發展空間，為產品創新帶來了新的活力。作為產品設計師，從設計思維、設計方法和設計理念都要進行轉變。

本文通過對大量文獻和實踐應用的分析，探討在人工智能的影響下，產品設計從傳統的物質表達進入虛擬沉浸體驗階段，產品傳統功能也進階到智慧功能擴展，傳統人機系統也呈現更加友好互動的交互趨勢。在這種轉變下，產品需要建立智能情感交互方式作為紐帶，連接用戶和機器的溝通。最終提出構建綜合智能交互系統和運用聯想隱喻動態圖形的交互方式，可以增強用戶使用智能產品的情感體驗，并能夠促進新型人機系統的高效運行，使產品體現出時代風貌。

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New Features of Product Design and Emotional Interaction Design From Perspective of Artificial Intelligence

CAO Xiang-zhe

(Tianjin Academy of Fine Arts, Tianjin 300141, China)

This paper discusses new features that AI technology brings to the components of product design based on the background, origin, current situation and future development of AI technology. Based on new features of product design, the importance and design methods of emotional interaction design of intelligent product are proposed. Through literature review and case analysis, it is concluded that under the influence of AI, product design has transited from the stage of traditional material expression to the stage of virtual immersion experience, traditional product functions have advanced to intelligent function expansion, and traditional human-machine system also sees a more friendly interaction trend. Against this background, an intelligent emotional interaction method needs to be adopted for the product design as a link to connect users with the machine. Finally the emotional intelligent interaction design method is analyzed through the case of intelligent kitchen seasoning box design. In order to enhance the fresh experience of intelligent product interaction and contribute ideas and references for intelligent product design innovation in the future, the method of establishing multi-dimensional integrated intelligent interaction system and associative metaphorical dynamic graphic interaction is proposed.

AI; new features; emotional interaction; integrated intelligent interaction; associative metaphor

TB472

A

1001-3563(2022)18-0032-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.18.005

2022–07–22

天津市教委（人文社科）科研計劃項目（2020SK019）

曹祥哲（1982—），男，碩士，副教授，主要研究方向為產品設計創新與實踐應用研究。

責任編輯：陳作