工作域分析在智能交互界面教學(xué)中的應(yīng)用

由 芳， 楊偉光， 鄭貴鋒， 張 俊， 崔 巍

（1.同濟大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院，上海 201804；2.中山大學(xué)計算機學(xué)院，廣州 510006；3.同濟大學(xué)設(shè)計創(chuàng)意學(xué)院，上海 200092）

0 引言

隨著汽車自動化和智能化的發(fā)展，更多的智能化功能被置入汽車座艙中，而如何與這些功能進(jìn)行交互成為愈發(fā)重要的問題。新的智能化功能提高了用戶的駕乘體驗，同時也對交互設(shè)計提出了新的要求，有效、科學(xué)的設(shè)計方法起著至關(guān)重要的作用。交互界面設(shè)計教學(xué)直接影響研究生的創(chuàng)新能力與設(shè)計思維的培養(yǎng)，將教學(xué)與工作域分析理論相結(jié)合，掌握多種有效的設(shè)計分析方法有助于汽車人機交互領(lǐng)域的學(xué)生進(jìn)行設(shè)計推導(dǎo)和研究工作。傳統(tǒng)的設(shè)計推導(dǎo)，即以用戶為中心的設(shè)計方法［1-2］，經(jīng)常通過頭腦風(fēng)暴、調(diào)查問卷和訪談等主觀數(shù)據(jù)來確定界面設(shè)計的功能框架，相較傳統(tǒng)主觀設(shè)計方法，工作域分析（Work Domain Analysis，WDA）則是通過提煉客觀條件逐步推導(dǎo)出功能框架，它的引入能夠為界面設(shè)計教學(xué)提供新的方法和思路。其中，抽象層次結(jié)構(gòu)（Abstraction Hierarchy，AH）作為WDA中常用的分析方法，能夠較好地幫助學(xué)生探索智能座艙等復(fù)雜系統(tǒng)中的交互界面設(shè)計相關(guān)問題。此外，WDA能夠根據(jù)需求而對其中的框架單獨使用或組合使用，從而幫助學(xué)生解決不同階段的設(shè)計問題，啟發(fā)設(shè)計優(yōu)化與迭代。如關(guān)注減輕駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷，提高其完成任務(wù)的績效等維度的設(shè)計優(yōu)化。掌握工作域分析中的方法，通過實踐提高界面設(shè)計分析推導(dǎo)能力，有助于研究生后續(xù)的學(xué)習(xí)和發(fā)展［3］。

本文涉及到“智能座艙界面設(shè)計研究與推導(dǎo)”是研究生界面設(shè)計課程內(nèi)容。課程以智能座艙交互功能設(shè)計為基礎(chǔ)，在前期引導(dǎo)學(xué)生了解并嘗試使用AH 推導(dǎo)相關(guān)界面功能架構(gòu)，并結(jié)合不同狀態(tài)下的座艙情況進(jìn)行相應(yīng)的變化；后期培養(yǎng)學(xué)生界面元素定位及設(shè)計能力，根據(jù)前期方法推導(dǎo)的結(jié)果產(chǎn)出具體的界面設(shè)計方案并進(jìn)行簡單的可用性評估，從而證明設(shè)計方案的可行性。

1 WDA的應(yīng)用及優(yōu)勢

1.1 WDA在人機交互領(lǐng)域的應(yīng)用

WDA最早是由Rasumussen 提出，它描述了一個從功能目的到物理形式五層次的抽象層次結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)生系統(tǒng)交互的高級概述。垂直的抽象層次之間解釋了分析對象從“是什么”到“怎么做”或“為什么”的問題［4］。該方法廣泛應(yīng)用于人機交互領(lǐng)域，如艦船指揮與控制，航空領(lǐng)域［5］。目前，WDA在汽車領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛，如人機交互界面HMII 設(shè)計、車載系統(tǒng)層級構(gòu)建等。

1.2 WDA的流程與優(yōu)勢

1.2.1 基本流程

在使用WDA時，通常運用到AH 作為分析工具，將分析對象代入其中的5 個層次：功能目的、抽象功能、廣義功能、物理功能、物理形式，自上而下或自下而上進(jìn)行模型構(gòu)建［6］。

1.2.2 優(yōu)勢

目前WDA已在汽車HMII 領(lǐng)域有一定的應(yīng)用案例，若將其推廣至智能座艙界面設(shè)計教學(xué)中，運用WDA方法進(jìn)行設(shè)計推導(dǎo)具有以下優(yōu)勢：

（1）運用WDA開展的設(shè)計推導(dǎo)結(jié)果更為客觀與完整。WDA 是以“工作”為中心，通過分析人的認(rèn)知行為設(shè)計系統(tǒng)框架，分析信息行為對工作的影響，并為信息系統(tǒng)設(shè)計提供整體思路［7］。相比使用以“用戶”為中心設(shè)計理念相關(guān)的方法與工具推導(dǎo)出的結(jié)果，前者更具客觀性與整體性［8］。

（2）WDA作為分析工具操作簡單，易于使用［9］。學(xué)生容易學(xué)習(xí)掌握，并根據(jù)不同的設(shè)計需求來推導(dǎo)各自的功能架構(gòu)或評測任務(wù)，在獨自進(jìn)行設(shè)計推導(dǎo)實踐中不容易出錯，便于在教學(xué)中展開。以WDA 為例，AH作為該階段主要的分析工具，工具介紹部分給出了不同層次所對應(yīng)的內(nèi)容，便于學(xué)生在使用時理解與掌握。AH的層級解釋及模型原理如圖1 所示。

圖1 AH抽象層次結(jié)構(gòu)的解釋及模型原理

2 教學(xué)目標(biāo)及方法探索

2.1 教學(xué)目標(biāo)

為使學(xué)生深入了解學(xué)習(xí)智能座艙中的界面設(shè)計，需要在傳統(tǒng)的設(shè)計實踐基礎(chǔ)上，注入設(shè)計理論支撐，從而使得學(xué)生在設(shè)計的過程中不再單單憑借主觀的想法或經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計產(chǎn)出。該環(huán)節(jié)重視培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維與分析能力，針對界面設(shè)計推導(dǎo)實踐開展智能座艙的界面設(shè)計課程，課程面向研究生群體，并依托學(xué)院多年智能汽車交互研究背景及設(shè)備環(huán)境條件，學(xué)生以“智能座艙中的界面設(shè)計”為主題進(jìn)行發(fā)散研究。該課程的開設(shè)為達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo)：

（1）通過課程講授讓研究生了解并掌握從設(shè)計需求—設(shè)計推導(dǎo)—設(shè)計輸出整個過程中的分析流程與方法。培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜系統(tǒng)的能力，引導(dǎo)學(xué)生深入了解智能座艙的交互設(shè)計及界面設(shè)計，拓展學(xué)生在此方面的知識。

（2）學(xué)習(xí)掌握WDA中所涉及到分析方法與實踐工具，學(xué)會借助AH推導(dǎo)出具有理論支撐的設(shè)計方案，并能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入與優(yōu)化。

2.2 教學(xué)方法探索

教學(xué)方法采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，以小組為單位。課程在傳統(tǒng)的設(shè)計教學(xué)模式基礎(chǔ)上，融入設(shè)計理論，加強設(shè)計產(chǎn)出部分的理論支撐。并且建立以研究生作為界面設(shè)計課程的學(xué)習(xí)主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)關(guān)系，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性［10］。這種教學(xué)模式貫穿整個設(shè)計流程，主要體現(xiàn)在以下三方面：

（1）自主選擇設(shè)計載體及交互對象。教師根據(jù)學(xué)院的研究背景及設(shè)備環(huán)境條件確定課程主題，學(xué)生可根據(jù)主題背景自主選擇交互載體并以小組合作的形式開展對應(yīng)的界面設(shè)計工作。各組同學(xué)根據(jù)選擇的不同載體確定對應(yīng)的設(shè)計目的，教師在此過程中把握大的設(shè)計方向，并指導(dǎo)學(xué)生使用WDA 相關(guān)的設(shè)計分析方法推導(dǎo)對應(yīng)的功能架構(gòu)。

（2）自主擬定交互流程與原型制作。要求學(xué)生根據(jù)所選擇的交互載體以及推導(dǎo)出的功能架構(gòu)進(jìn)行交互低保真的繪制，教師對其交互流程方案提出改進(jìn)意見。學(xué)生根據(jù)教師的反饋落實交互流程方案的合理性，并著手方案的紙上原型制作。學(xué)生通過簡單的紙上原型演繹在智能座艙中相應(yīng)載體的界面跳轉(zhuǎn)變化。

（3）自主設(shè)計評測實驗與數(shù)據(jù)分析。教師介紹評測環(huán)境、評測方法和設(shè)備使用方法，并鼓勵學(xué)生運用制作的紙上原型與現(xiàn)有的虛擬仿真模擬器擬定評測實驗任務(wù)，學(xué)生根據(jù)設(shè)計方案自主開展實驗設(shè)計，選擇合適的測量指標(biāo)，教師對實驗評測方案提出改進(jìn)建議。隨后要求學(xué)生對實驗采集的主觀數(shù)據(jù)與行為績效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，探究所采集的數(shù)據(jù)與駕駛員認(rèn)知負(fù)荷的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，綜合分析原因并給出結(jié)論。

3 課程設(shè)計實踐

3.1 設(shè)計分析與推導(dǎo)

設(shè)計方案由學(xué)生提出，圍繞“智能座艙中的界面設(shè)計”主題，在確定載體為中控屏幕后，將設(shè)計點集中于手動/自動駕駛狀態(tài)下中控智能化功能的信息架構(gòu)差異。并使用AH作為該階段主要的分析工具開展設(shè)計工作。學(xué)生由此推導(dǎo)整理出手動/自動駕駛狀態(tài)下不同的抽象層次結(jié)構(gòu)內(nèi)容，如圖2 所示。

圖2 駕駛情況下抽象層次結(jié)構(gòu)推導(dǎo)過程

學(xué)生使用抽象層次結(jié)構(gòu)推導(dǎo)至第5 層結(jié)構(gòu)后，可獲得所需功能架構(gòu)的初始形態(tài)，通過整理歸納則可得到在不同駕駛情況下的信息功能架構(gòu)。值得一提的是，整理時需考慮到駕駛狀態(tài)的變化會引起功能架構(gòu)上的變化，該變化一方面是以AH 推導(dǎo)出的結(jié)果為基礎(chǔ)；另一方面學(xué)生能夠加入自己的主觀理解，從而產(chǎn)出具有差異化的設(shè)計方案。

例如，手動駕駛狀態(tài)下，著重展示功能的完整性以及快捷操作的屬性，則對應(yīng)的信息架構(gòu)會將絕大多數(shù)功能平展在頁面上，功能多為一級信息；自動駕駛狀態(tài)下，著重展示車輛狀態(tài)和駕駛意圖，則對應(yīng)的信息架構(gòu)會將車輛基本信息置于一級信息，其他的功能都將視為輔助功能放置二級信息。圖3 為手動/自動駕駛狀態(tài)下對應(yīng)信息功能架構(gòu)的差異示圖。

圖3 手動/自動駕駛狀態(tài)下對應(yīng)信息功能架構(gòu)的差異示圖

3.2 界面設(shè)計與原型制作

（1）界面設(shè)計。學(xué)生在推導(dǎo)出智能座艙不同駕駛狀態(tài)下的信息架構(gòu)后，需要結(jié)合人機界面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計原則［11-12］，即清晰性原則、一致性原則、易學(xué)性原則和容錯性原則開展設(shè)計工作。在此階段，學(xué)生需遵循人機界面設(shè)計原則的同時，融入自定的視覺語言，輸出每個功能的關(guān)鍵頁面與基本的交互流程說明，為后續(xù)的評測實驗做準(zhǔn)備。不同駕駛模式下的高保真界面設(shè)計如圖4 所示。

圖4 手動/自動駕駛模式高保真界面設(shè)計

（2）原型制作。學(xué)生根據(jù)前期的界面設(shè)計方案推導(dǎo)，設(shè)計適合其搭載的展示載體。載體造型可尋找立體構(gòu)成造型以及人機工程學(xué)尺寸比例等進(jìn)行參考，確保紙上原型的比例大小滿足用戶正常且舒適地使用，同時也能演繹在智能座艙中界面的跳轉(zhuǎn)變化。圖5 為學(xué)生根據(jù)設(shè)計搭建的紙上原型。

圖5 紙上原型搭建

3.3 實驗設(shè)計與準(zhǔn)備

（1）實驗設(shè)備與實驗參與者。實驗裝置包括中控界面紙上原型、汽車駕駛環(huán)境模擬器，駕駛模擬器采用Fanatec Porsche 918 RSR 方向盤及相關(guān)配件，搭建一臺搭載三通道融合環(huán)幕的電腦，采用Unity 軟件開發(fā)模擬車輛周圍環(huán)境仿真程序，評測的虛擬場景為自主開發(fā)的雙向兩車道程序。其他實驗材料包括評估問卷、訪談錄音設(shè)備等。共有9 名具備駕駛經(jīng)驗的被試參與了模擬器上的原型測試實驗，平均年齡24 歲，平均駕齡1.25 年。

（2）實驗設(shè)計。實驗設(shè)計由學(xué)生提出，實驗?zāi)康脑谟谧尡辉囀褂媒Y(jié)合WDA 產(chǎn)出的設(shè)計方案，通過主觀數(shù)據(jù)和客觀數(shù)據(jù)的雙重論證，證明該設(shè)計方案在可行性上占優(yōu)。實驗分為主任務(wù)與次任務(wù)，主任務(wù)為被試駕駛模擬器以規(guī)定速度完成一段目標(biāo)行程，次任務(wù)則是被試在手動駕駛和自動駕駛狀態(tài)下分別完成與中控原型的交互操作，次任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃與學(xué)生已有界面高保真內(nèi)容有關(guān)，學(xué)生根據(jù)已有實驗材料安排合適的實驗任務(wù)。具體任務(wù)描述如圖6 所示。

圖6 實驗駕駛?cè)蝿?wù)清單

（3）實驗流程。在搭建完實驗環(huán)境后，中控紙上原型放置符合人機工程學(xué)的對應(yīng)位置，邀請9 名被試上駕駛仿真臺架逐一進(jìn)行實驗：實驗前會為被試安排基礎(chǔ)培訓(xùn)并讓其提前試駕模擬器，使其熟悉相關(guān)設(shè)備。隨后依次完成主任務(wù)和次任務(wù)，每個次任務(wù)完成后需填寫ASQ 場景后問卷，待所有任務(wù)均完成后，完成SUS系統(tǒng)可用性量表并對被試進(jìn)行深度訪談［13］。實驗流程說明與實驗過程如圖7、8 所示。

圖7 實驗流程

圖8 實驗現(xiàn)場操作

4 實驗結(jié)果與討論

4.1 客觀數(shù)據(jù)分析

實驗過程中，被試者通過汽車駕駛環(huán)境模擬器進(jìn)行模擬駕駛，模擬器收集被試者完成任務(wù)期間的車速數(shù)據(jù)，統(tǒng)計結(jié)果如圖9 所示。多數(shù)被試者在完成任務(wù)期間能夠保持車速穩(wěn)定在25 ～35 km/h，車速平均值為31.72 km/h，被試操作中控原型的動作對被試維持行駛速度的影響較小，說明被試者在使用該設(shè)計方案時能夠較為迅速和準(zhǔn)確地完成操作任務(wù)，且對駕駛安全性影響不大。

圖9 駕駛模擬器車速數(shù)據(jù)

4.2 主觀數(shù)據(jù)分析

4.2.1 ASQ場景后問卷數(shù)據(jù)分析

根據(jù)被試者填寫的ASQ場景后問卷數(shù)據(jù)，對每個任務(wù)在問卷關(guān)于有效性、效率、滿意度3 個可用性維度上的問題計算平均得分，結(jié)果如圖10 所示。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，兩個任務(wù)在有效性、效率、滿意度3 個維度上的得分均較高，表明中控原型在兩個任務(wù)上都具備較高的可用性。其中，任務(wù)2 在效率維度上的得分相對較低，結(jié)合實驗觀察，可能存在的原因是首頁功能入口的icon設(shè)計存在歧義，表意不明，導(dǎo)致用戶在完成任務(wù)時花費的時間提高。

圖10 ASQ場景后問卷數(shù)據(jù)

4.2.2 SUS系統(tǒng)可用性數(shù)據(jù)分析

根據(jù)被試者填寫的SUS 可用性量表數(shù)據(jù)，換算得出系統(tǒng)可用性總得分以及系統(tǒng)在可用性、易學(xué)性2 個分維度的得分［14］，如圖11、12 所示。在系統(tǒng)總體可用性上，中控原型的平均得分為74.7，將該分?jǐn)?shù)引入研究者提出的評級量表［15-16］中，對應(yīng)的可用性評級為GOOD。如圖13 所示，說明系統(tǒng)可用性較好，處于中上水平。中控原型在易學(xué)性維度的平均得分低于可用性維度的平均得分，后期設(shè)計的迭代改進(jìn)應(yīng)著重于引導(dǎo)用戶對界面設(shè)計元素的認(rèn)知提升和學(xué)習(xí)等方面。

圖11 SUS系統(tǒng)可用性量表數(shù)據(jù)

圖12 SUS系統(tǒng)可用性量表均值數(shù)據(jù)

圖13 Bangor提出的系統(tǒng)可用性形容詞評級量表

4.3 實驗結(jié)果

實驗收集的客觀數(shù)據(jù)與主觀數(shù)據(jù)表明，實驗所用中控原型設(shè)計方案在被試者模擬駕駛汽車的過程中，對車輛正常行駛的影響較小，被試者能夠以較好的交互體驗完成任務(wù)的同時，維持平穩(wěn)駕駛，駕駛的安全性也得到了較好的保證。說明通過使用WDA所推導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)框架、界面設(shè)計，在后期的論證過程中被證明有一定的可用性。

5 結(jié)語

本文選取學(xué)生界面設(shè)計課程方案，選題為“基于WDA的智能座艙中控模塊界面設(shè)計”，通過使用WDA以及對應(yīng)的AH分析工具，推導(dǎo)智能座艙自動與手動狀態(tài)下的功能架構(gòu)，產(chǎn)出最終的界面設(shè)計方案，評測實驗借助駕駛模擬器，完成手動與自動兩種狀態(tài)下的主次駕駛?cè)蝿?wù)。結(jié)合客觀車輛數(shù)據(jù)與主觀SUS 可用性量表數(shù)據(jù)、ASQ數(shù)據(jù)以及訪談數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)通過WDA推導(dǎo)出的界面設(shè)計方案在完成實驗任務(wù)時可用性水平較好，等級達(dá)到GOOD，后續(xù)的優(yōu)化可著重于提升用戶操作效率與提升易學(xué)性兩方面。

該課程依托學(xué)院科研背景，緊密結(jié)合專業(yè)特色，為提高學(xué)生界面元素定位及設(shè)計能力和評測能力，教師從課程前期指導(dǎo)學(xué)生自主展開功能推導(dǎo)和方案設(shè)計，到課程后期由學(xué)生自主進(jìn)行實驗設(shè)計，在實驗中模擬真實駕駛場景，結(jié)合主觀測量綜合分析出推導(dǎo)方案的可用性水平，幫助學(xué)生加強對界面設(shè)計推導(dǎo)能力，深化信息架構(gòu)分析能力與評測能力，同時培養(yǎng)汽車人機交互設(shè)計的興趣和實驗?zāi)芰Γ瑸閷W(xué)生后續(xù)自主展開研究奠定基礎(chǔ)。