人工智能產品人機交互設計標準化研究

王沙沙 呂 鎮 謝 波 高曉紅 王巖峰

摘 要：人工智能技術的發展催生了大批量智能產品，推動了人機交互模式的轉變，對人機交互設計提出更高要求。系統梳理人機交互技術在人工智能產品中的應用和發展，分析近幾年的人機交互技術的發展趨勢，構建面向人工智能產品的人機交互三維體系構架，理清人機交互設計領域工作范圍和邊界。研究交互設計標準化的必要性和可行性，梳理人工智能產品的交互設計中的標準化需求，結合目前國內外交互設計方面的標準化工作，提出人機交互設計領域標準化重點研究內容。

關鍵詞：人工智能產品，人機交互，標準化，工業設計

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.02.003

0 引 言

隨著大數據、物聯網、人工智能等智能制造技術的發展，物理世界和數字世界深度融合，智能技術融入產品設計中，使得智能產品富有人性化、藝術感和智慧特性[1]。智慧屬性促使智能產品人機交互方式發生了根本性變化，從傳統的機械式交互，向軟件平臺控制轉變，對人機交互設計提出了新的要求。交互方式和過程是消費者對產品感受最直觀的地方，影響著用戶對產品的第一印象。人機交互的形式也變得多種多樣，用戶有了更多的選擇，單純的美觀已經無法滿足消費者挑剔的眼光。如何讓一款產品的交互操作更加便捷、舒適、愉快，符合消費者的需求和體驗，進而得到更多消費者的青睞，已成為人機交互領域需要思考的重點問題之一[2]。

人工智能產品是具備一定的感知、計算、存儲能力，能夠在物理和信息層面實現與人、其他智能設備、環境互動的產品[3]。智能產品頻繁出現在人們的生活中，人和智能產品之間發生信息傳遞必定依托各種交互行為，這就是人機交互過程。雖然智能產品的形態、特征、使用領域有很大差別，但其本質都是對信息的獲取、處理和反饋，在信息的獲取和反饋過程中都涉及到與用戶的交流。不同的智能產品有不同的使用和體驗風格，不同的數據傳輸方式、計算算法、數據類型等，需要在研究前期在交互設計中考慮策劃標準化、統一性問題，避免出現多種類型并行，用戶疲于在不同的交互邏輯中轉換的情況出現。

隨著計算機技術的發展，人機交互逐漸獨立成一個單獨的學科，由于其發展歷史和學科特性，人機交互與人機工程學、人類工效學、心理學、社會學、計算機、工業設計等學科存在很多交集。交互設計這個名詞最初主要是在計算機領域使用，隨著智能產品的大量研發和使用，逐漸有了更廣泛的含義，所以目前對交互設計有廣義和狹義兩種概念劃分。狹義的交互設計主要是指人與計算機之間的信息交換過程和方式，即用戶輸入信息給計算機，計算機對輸入信息進行識別、處理，再把處理結果反饋給用戶。廣義的交互設計擴展到產品設計領域，涉及的產品包括電子產品、機器人、界面、軟件、計算機等，這些對象可以是物質的、非物質的或多種方式的組合。本文研究的人工智能產品的人機交互設計屬于廣義范圍的交互設計。

1 人機交互技術在人工智能產品中的發展和應用

人機交互是一門綜合性交叉學科，人機交互技術的發展離不開各類學科領域新技術的研發和突破。按學科分類而言，計算機科學中，人機交互主要側重對圖像、視頻、語義的識別，運用各種算法來實現人與智能產品的交互過程，偏向于計算機技術中系統、軟件、算法等的設計。工業設計科學中，人機交互側重對產品人機交互方式和交互界面的設計，通過類觸覺、類視覺、類聽覺、類嗅覺、腦機接口等交互方式，實現人對智能產品的操作和使用。

在人工智能產品的研發中，人機交互的研究熱點主要集中在對新型交互方式和交互設備的研究，新技術的研發和應用，以及對弱勢群體的關注等[4]。在新型交互方式和設備方面，張毅等[5]提出一種基于腦電α/β波的智能輪椅人機交互方法，Tseng等[6]研究一種關于頭戴顯示器的物理交互方法和技術。在新技術應用方面，Chamunorwa等[7]利用AR判斷桌面可利用空間，Li等[8]利用神經網絡處理傳感器數據。在關注弱勢群體方面，許歡[9]設計了一種基于智能算法的適老化智能家居人機交互系統，王沈策等[10]探索面向老齡用戶的農機產品人機交互設計。綜上，預判近幾年人機交互領域的總體研究趨勢，具體情況見表1。

2 面向人工智能產品的人機交互設計三維體系構架

交互設計是信息社會的一種主流設計方向，與其他學科領域有著相互疊加和重合的關系。從技術層面而言，交互設計涉及計算機工程學、語言編程、信息設備、信息架構學等；從實現價值層面，交互設計涉及人類的行為學、人因學、心理學等；從設計層面，交互設計涉及工業設計、界面表現、產品語義、視覺傳達等[11]。3個不同的方面之間也會相互影響，如：計算機技術的進步會直接影響人機交互的方式，進而改變交互設計方向，最終產品追求的實現價值不同，也會直接影響設計風格。技術、設計、實現價值這3個方面共同構成了交互設計，但彼此之間又相互影響。為清晰展示3個方面在交互設計中的內容和作用，構建了以技術、設計、實現價值為3個維度的三維體系架構（如圖1所示）。

2.1 價值維度

值維度主要是體現交互設計的目標，交互設計的核心是在于滿足用戶需求。交互設計的目標有兩個，即可用性目標和用戶體驗目標。Hartson等[12]認為可用性包含兩層含義，即有用性和易用性。結合美國著名心理學家馬斯洛提出的人類需求5層次理論，按照產品設計思維將5個層次由低到高可歸納為，具有有用性、可靠性的底層設計，具有易用性、愉悅性的中層設計，最后是具有意義的頂層設計。人類需求的3個層級與交互設計目標的3個層級不謀而合。

（1）有用性。有用性是指產品具有一系列的基本功能，能滿足用戶的正常使用，主要表現為功能實用、性能可靠、安全有效。

（2）易用性。易用性是指交互效率高，產品易被用戶快速學會使用，操作出錯率低，操作方法易被用戶記住，具有一定的性價比，用戶對產品滿意。

（3）用戶體驗。有學者認為交互設計就是關于創建新的用戶體驗的問題，這里的用戶體驗是指用戶與產品交互時產生的一種純主觀的心理感受，關注的是用戶對產品的情感價值、社會價值、共創價值等的整體評價，強調的是整個交互設計的總體性和系統性。

2.2 設計維度

設計維度從設計學的角度來闡述交互設計。目前已經形成了比較成熟的交互設計流程、方法和評價原則，這3個方面直接影響了交互設計過程和結果。

（1）交互設計原則。交互設計原則是關于行為、形式與內容的普遍適用法則，是眾多經驗和實踐的總結，是基于設計師經驗和價值觀的一組準則，可以讓剛接觸交互設計的新手用最短的時間了解交互設計的重點。

（2）交互設計流程。一般人工智能產品的交互設計過程主要包括市場調研與設計研究、用戶研究與任務分析、商業模型與概念設計、信息架構與設計實現、設計評估與用戶測試、系統開發與運營跟蹤。

（3）交互設計方法。交互設計從傳統設計、可用性和工程領域中吸取了很多理論和技術，但交互設計不僅僅是這些學科的簡單組合，已經形成了自身獨有的方法。很多設計師結合自身實踐提出了以人為本的設計理念、以活動為中心的設計方法、以目標為導向的設計方法等。

2.3 技術維度

（1）界面設計。交互界面是智能產品交互設計中的重要環節，人與智能產品之間的交互行為主要是通過交互界面發生的。所以，生產出來的智能產品能否俘獲消費者芳心的關鍵在于交互界面設計。

（2）交互技術。支撐交互行為和實現產品功能所需的技術，包括硬件和軟件技術，主要有：圖像和文字識別、多媒體、信息可視化、網絡通信、傳感器等。在以人為中心的理念中，人機交互技術會朝著更加自然、人性化的方向發展，通過多通道交互、虛擬現實、增強現實[13]等技術，使用戶能夠通過多種感覺通道和動作通道，以非精確的方式與產品進行交互，使人們從傳統的交互方式中解脫出來。

（3）設計工具。交互設計師使用到的交互工具或編程有很多，多達30多種，這些工具是根據不同的任務開發的，主要用于繪制線框圖、流程圖、設計原型、演示等，部分工具和編程也被用于開發軟件、建立網站、編寫App應用等。

3 面向人工智能產品的人機交互設計標準化研究現狀

有不少人認為設計屬于創新性、個性化的行為，標準化工作屬于規范化、一致性、限制性行為，兩者之間存在矛盾，因此人機交互設計標準化工作的重點之一，就是劃清標準化工作范圍，只有恰當的處理好個性化與統一化的關系，才能通過規范設計行為為用戶帶來一致的界面樣式、交互邏輯和品牌心智體驗，起到用標準化促進創新活動發展的作用。

3.1 人機交互設計標準化必要性和可行性

人工智能產品井噴式出現在人們的日常生活中，人與智能產品的交互方式、交互界面、交互邏輯等多種多樣，越來越多的學者注意到需要對人機交互設計進行標準化規劃。對于人工智能產品研發企業而言，把設計規范制定成標準，給合作企業、產業鏈生態甚至整個行業使用，可以提高企業在行業中的競爭力和話語權。對于用戶而言，對人機交互過程進行標準化，培養同類產品的使用邏輯和慣性，可以降低用戶使用產品時的學習時長，提高人機交互的效率和滿意度，增強用戶黏度。對于智能產品體系而言，人們越來越追求同一空間或生態下，智能產品之間的聯合互通以提供更加高效的使用體驗，因此需要標準化對智能產品體系進行規范，促進多種智能產品之間的數據共享和交流。

（1）在人機交互術語名詞界定方面

交互設計是一個交叉學科，該學科與其他學科存在演化、擴展、交叉等諸多繁雜的關系，導致目前人機交互領域中術語名詞很多，所指代的范圍會根據使用語境發生變化，交流溝通上存在一定障礙，急需制定關于人機交互術語方面的標準。例如：不同的公司，對交互設計師崗位設置的內容不盡相同，在交互設計相關的崗位招聘中，專職做交互設計的約占70%，其余交互設計崗位需求是設置在其他崗位中，其中界面設計開發和產品經理崗位占比最多[14]。

（2）在人機交互風格指南方面

界面風格指南是指一套相關預設計元素、圖形的集合，其用途是保證不同部分工作的設計師或開發人員之間保持協調一致，并最終打造出核心化的體驗。整個交互設計過程需要多方人員參與，為了保證參與人員不會過多地根據個人的喜好對工作內容進行修改、調整風格樣式，需要在開發階段，預先設定好設計風格，明確關鍵的設計元素，以便讓開發人員能夠直接或反復使用，提高工作效率[15]。

（3）在人機交互界面手勢和按鍵設計方面

人們在常規電子產品的長期使用中，已經形成了一定的使用習慣，所以在使用類似產品時，用戶比較傾向于保持原有操作，減少重新學習的時間成本。例如：經常使用的移動通信端產品，如：手機、平板電腦、兒童手表等，經常使用的截圖、開關機、放大縮小圖片、拖動軟件等操作，再擴展到現在智能產品的顯示屏操作等，如果能符合用戶的操作習慣，會大大減少用戶的重新學習時間，提高在不同產品之間切換的使用效率，增強用戶對產品的使用黏度和頻次[16]。

3.2 國內外相關標準制定情況

對國內關于人機交互方面的國家標準、行業標準、地方標準和團體標準進行梳理，發現國內關于人機交互方面的標準主要集中在3個方面。（1）人機交互系統，主要集中在語音交互系統和視覺交互系統方面。（2）交互工效學，主要是人機交互和人與系統之間的交互。（3）具體產品的交互設計，該類標準主要是團體標準。國內人機交互標準制定情況見表2。

對國際人機交互相關標準進行梳理發現，國際標準主要是ISO/ IEC1信息技術下設的SC7軟件和系統工程、SC35用戶界面，制定的ISO 2506X軟件和系統工程系列標準；以及TC159下設的SC4人機工效學，制定的人機交互人類工效學相關標準，如：ISO 9241系列標準[17]。

4 人機交互設計標準化的重要內容和方向

通過調研發現，智能產品人機交互設計領域已經制定了一些基礎類標準，但主要分布在人類工效、軟件與信息工程、用戶界面等領域，沒有自己特有的標準體系。針對人機交互設計領域存在的問題，結合人機交互設計活動的全生命周期過程，研究提出了人機交互設計標準化的重點內容。人機交互設計標準化工作擬從術語、流程方法、原則等方面開展，以下將對各部分進行詳細介紹。

4.1 人機交互設計術語

目前行業內對人機交互、人機交互設計、人機界面等名詞沒有統一明確的解釋，為了便于使用，很多名詞給出了廣義和狹義兩種解釋，在日常交流中經常會因定義范圍不清晰產生分歧[18]。此外，由于人機交互與其他多種學科存在交叉關系，人機交互領域的術語很多是源于其他學科，但隨著人機交互技術的發展，很多術語的定義已經不能很好地概括新興的技術和產品。隨著人工智能產品的多樣化發展，涌現出了大量的新技術、新產品，需要對新名詞予以明確的定義，進行規范化，推動行業的健康有序發展。

4.2 人機交互設計流程和方法

交互設計是一個多學科交叉的領域，在具體的實踐操作中，既需要從商業、市場、用戶的角度引導設計，也需要從架構、邏輯、技術上支持設計與發開，還需要從設計、信息整合與呈現、體驗測試、視覺的角度去表達設計。雖然交互設計只是人工智能產品整體設計中的一部分，但是要考慮很多因素和環節，有必要對人工智能產品交互設計的流程和方法開展標準化工作，制定相關標準，固化設計過程中需要的必要流程和方法，提高設計效率，減少無效設計[19]。

4.3 人機交互設計原則

人機交互涉及的范圍很廣，無論何種用途的人機交互設計，在設計過程中都應遵循一些基本要求，以確保設計出來的產品在滿足用戶基本需求的同時，帶來愉悅的用戶體驗。

（1）一致性。人機交互設計的一致性主要體現在兩個方面：一方面是指同一顯示界面應有一致的風格，如：信息顯示的布局位置、邏輯規則、菜單結構、色彩選擇等呈現一致性，避免用戶在理解上產生歧義或風格差異過大引起不適。另一方面是指同類產品顯示的一致性，不同的界面元素有一套相應的標準格式，通過規范設計能夠降低用戶在同類產品中的學習成本。

（2）易用性。菜單、導航、按鈕、提示信息等需要具有易懂、易操作性，保證用戶在不借助第三方解釋和說明的情況下就可以對界面功能形成大致認識。此外，還應盡可能地減少操作步驟，降低認知負荷，使得用戶能夠專注于實際的任務而非被過多的信息所淹沒，減少用戶的記憶負擔。

（3）指導性。設計時應考慮用戶在交互過程中可能遇到的各種問題，并提供充分的導引、提示信息，以便對用戶進行指導，還應設置用戶改錯機制和隨機退出機制。

（4）容錯性。在實際的使用中，要防止因操作失誤給用戶和產品帶來損失，使得系統在因用戶操作不當、環境狀況紊亂等情況下導致的錯誤中，仍能呈現出穩定的交互環境[20]。

5 結 語

隨著新興交互技術的發展、界面范式的豐富、交互工具的增多，不斷對人機交互設計提出更高的挑戰和要求，在形式多變、競爭激烈的市場環境下，行業如何健康有序發展、科研院所如何能使研究成果快速占有市場、企業如何在產業生態鏈中占據有利位置、消費者如何獲得滿意的用戶體驗等，都可以通過標準化手段找到答案。在綜合梳理國內外標準制定情況的基礎上，發現國內制定人機交互標準的標準化組織主要集中在全國信息技術標準化技術委員會、全國人類工效學標準化技術委員會兩個標準化組織，人機交互沒有專業的標準化組織，這與人機交互專業的跨學科、跨領域特性相關。通過廣泛調研，發現智能產品人機交互設計中有大量的標準化需求，在術語定義、流程方法、設計原則等方面急需制定相關標準。本文提出的人機交互設計領域標準化工作重點內容，為后期標準制定和行業發展提供參考。

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