智能汽車中控的隱式交互設計策略實驗研究

摘要：探究隱式交互設計特征，討論智能汽車中控的隱式交互設計策略，為設計應用提供參考。以隱式交互概念為基礎，為解決眼動注視指標的兩重性解讀問題，提出基于注視熵的智能汽車隱式設計評價方法，運用眼動實驗、任務績效測量和可用性評估方法，進行設計評價。分析了隱式交互的設計特征并提出設計策略。智能汽車中控的隱式交互需要進行低注意力設計，提升系統效率和用戶體驗。

關鍵詞：隱式交互；設計評價；智能汽車；交互設計；注視熵；人機交互

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）17-0070-04

Abstract：To explore the characteristics of implicit interaction design，discuss the implicit interaction design strategy of intelligent vehicle central control，and provide reference for design and application. Based on the concept of implicit interaction，in order to solve the problem of dual interpretation of eye movement fixation indicators，an implicit design evaluation method for intelligent vehicles based on fixation entropy is proposed. The design evaluation is conducted using eye movement experiments，task performance measurement，and usability evaluation methods. Analyzed the design features of implicit interaction and proposed design strategies. The implicit interaction in the central control of intelligent vehicles requires low attention design to improve system efficiency and user experience.

Keywords：Implicit interaction；Design evaluation；Smart cars；Interaction design；Fixation entropy；Human-computer interaction

引言

隨著信息技術日益發展，人機交互的演進軌跡，從人與物理系統交互走向人與智能系統交互，涌現了隱式交互、主動交互、邊緣交互等技術和體驗視角的智能人機交互理論。其中，隱式交互是更貼近自然的前沿理論，關注對用戶自然行為隱含的交互意圖的主動推理，具有提升智慧產品用戶體驗的價值[1]。但由于隱式交互理論的學科交叉性和適用于隱式設計客觀評價指標的兩重性解讀缺陷，隱式交互設計尚未建立起科學的研究路徑和評價方法。文章基于隱式交互內涵，運用實驗研究方法，探究隱式交互設計的特征，并以此構建交互設計策略。

一、隱式交互理論

（一）隱式交互的內涵和發展：隱式交互理論研究起源于人機交互、人工智能和模式識別的初次融合[2]。Kaiyan于1996年首次提出隱式人機交互的概念；隨后Schmidt[3]對隱式人機交互做出定義：用戶執行的某些動作，其目的不是與系統進行交互，但系統將其理解為輸入；2007年，清華大學徐光祐等[4]把“Implicit Interaction”翻譯為隱式交互，指出基于上下文信息的隱式交互是不可見計算的本質；2014年，王巍等[5]總結了隱式人機交互的發展和研究現狀。

交互設計下的隱式交互，關注的是對用戶自然行為隱含的特定交互意圖推理，從而提供特定的服務。王巍等[2]指出可穿戴產品隱式交互的低專注性、非關鍵性和情境依賴性設計原則；鄧力源等[6]從行為邏輯出發，分析了動作、目的和場景要素的隱式交互設計思路；李衛群等[1]提出經驗映射、行為引導和情感化的智慧產品隱式交互設計原則；白楊等[7]提出可穿戴水上救生產品的顯隱式協同設計策略。隱式交互目前主要應用于調研和歸納分析的定性研究方面，定量研究較少。

Ju，Wendy等[8]提出隱式交互的目的是不分散用戶的注意力，通過設備主動性和用戶注意力兩個維度構建顯隱式交互框架，如圖1，將人機交互分為命令式、提醒式、環境代理式和自動式4類。在顯隱式交互框架中，交互活動是研究主體，從交互活動的發起者可將交互模式分為由人或者設備主動發起；注意力機制幫助人類在復雜情境中快速選擇出感興趣的物體，隱式交互框架根據交互活動是否被用戶的注意力機制選擇，分為前景交互和背景交互。

（二）隱式交互特征：Schmidt[3]首次對隱式交互進行概念定義時，就提出設備主動進行的感知和推理是隱式交互的特征；田豐等[9]認為隱式交互下用戶不需要關注任務的執行方式和執行過程，而僅僅需要考慮任務本身，隱式交互模式具有自然交互特征；Ju，Wendy等[8]根據顯隱式交互框架的維度分析，指出隱式交互的特征是用戶的注意力需求低和設備的主動性高；凌亞利[10]總結了隱式交互的高度自動化、反饋及時化和服務個性化特征；李衛群[1]等從交互設計五要素分析顯式和隱式交互特征，指出隱式交互的無意圖或無意識、注意力需求低、非精確輸入、產品主動推理和場景主動感知并響應的交互特征。

鄧力源[6]從交互設計的用戶目標出發，指出隱式交互研究的技術化傾向，由于隱式交互的不確定性，隱式交互模式適用于容錯性強、需提高操作效率和良好用戶體驗的產品設計中，而不適用于涉及生命和財產安全、隱私性較強以及控制性要求高的產品中。陳點滴[11]等分析移動情境感知中的顯隱式協同交互，從負面分析了可能存在的打擾和信息超載等問題。

綜上所述，從設計的技術維度，隱式交互具有主動和自適應特征，從設計的用戶維度，隱式交互具有正面的低注意力需求、自然和個性化特征，也具有負面的打擾和低控制感特征。本文嘗試從定量角度，探究隱式交互的設計特征和策略，為設計應用提供了新的思路和方向。

二、隱式交互設計評價表征

運用隱式交互理論進行設計，目的是使用戶的注意力不被分散，專注高效地完成任務。因此，隱式交互設計的評價指標是用戶注意力。注意力評價分為主觀和客觀兩類，主觀評價方法是運用量表進行評測，多應用于注意障礙評定的醫療健康領域，美國精神病學會在2015年發表的《精神障礙診斷和統計手冊》（DSM）是當前最權威的注意力評價方法。客觀評價方法是使用眼動儀或腦電等儀器，通過監測生理信號以評估注意力。

眼動范式使用眼動儀監測注視、眼跳和追隨運動的眼動行為，是最常用的注意力客觀評價實驗范式。其中，基于注視行為的注視時長、首次注視時間等指標適用于隱式交互中的注意力評價，但存在指標含義的兩重性解讀問題，例如某個興趣區（AOI）注視時長更長，一方面代表被試對此AOI更感興趣，另一方面則代表此AOI的設計存在認知困難的問題，兩重性解讀問題大大影響了設計人員對設計重點的選擇。因此，本文引用熱力學中熵的概念，統一注視指標解讀的兩重性，構建隱式交互設計評價模式。

注視熵指標用于人的情境意識水平和疲勞程度的評定，常見于醫療手術、飛行和駕駛領域。Leandro等人[13]通過模擬3個腹腔鏡運動，并記錄運動高保真過程的眼球運動，得出手術難度正向影響注釋熵的結論；靳慧斌等[14]對塔臺管制任務進行注視熵和情境意識測量，發現情境意識水平越高，注視熵越高。以上研究可看出，注視熵是表征復雜情境中人的情境意識水平和次任務認知負荷的有效指標，因此，在智能汽車交互設計評價中，注視熵越大，說明駕駛人的視覺搜索幅度及頻率越高，注意力越集中，方案越優秀。

三、智能汽車中控交互設計評價實驗系統構建

（一）實驗目的：智能汽車中控交互設計的最終目的是加強交通安全，提升駕駛體驗。以往對不同方案下汽車中控交互設計進行的眼動實驗，表征的是被試查看界面的視覺熱點或界面中特定功能區域的視覺搜索過程，采集數據的實驗材料為界面，其結果只能間接影響駕駛行為。

本次眼動實驗，模擬駕駛員使用中控完成本次任務的過程，采集不同交互設計方案下駕駛員視角的眼動數據，用注視熱點圖和注視熵率值直接表征駕駛員對路面的注意力。此外，采用行為測量和可用性定量評估方法，探究隱式交互設計的任務績效行為和可用性特征。

（二）實驗對象與裝置：本實驗共邀請10名青年學生（4名男性，6名女性），年齡21-27歲，視力或矯正視力正常。本實驗使用的是Tobii-X120型眼動儀，配備的筆記本以及安裝的 Studio 軟件。在進行中控界面設計方案的眼動實驗時，使用平板設備模擬中控屏幕。

（三）實驗材料制作：為模擬駕駛情境，運用C4D和AE軟件進行場景建模和動畫材料制作，動畫為駕駛員視角的道路和部分車內情境，動畫后段中出現一個橫穿馬路的小孩，形成危險避讓情境，如圖2。

顯式交互是在用戶的精確輸入下，系統被動接收指令；隱式交互則可以根據用戶的非精確輸入，主動感知和推理用戶需求并提供對應服務。隱式交互在智能汽車導航任務中的應用，需要梳理任務流程，選擇合適的隱式交互介入階段，完成任務設計。本文梳理智能汽車中控的導航任務流程為：確定目的地——確定路線——開始導航，選擇確定路線階段介入隱式交互，如圖3。顯式交互設計方案下，用戶需要精確輸入目的地和選擇路線；隱式交互設計方案可以讓用戶非精確輸入目的地，由系統主動推薦具體目的地和路線，減少用戶的操作負擔。

（四）實驗任務與流程：實驗任務的主任務是正常駕駛和危險避讓任務，被試需觀察路面情況，隨時進行危險避讓，次任務是導航任務，被試需使用模擬中控設備完成顯式和隱式交互方案下的導航任務。

實驗流程為：被試進入駕駛情境畫面，接收到導航任務指令后視線離開動畫，前往模擬中控設備完成導航任務，過程中需隨時觀察路況，在遇到危險避讓情境時按下鼠標左鍵模擬剎車動作進行避讓。每組實驗完成后，填寫USE可用性量表。

四、隱式交互設計特征實驗分析

通過熱點圖、興趣區總注視時長、注視概率等眼動實驗數據，結合可用性量表問卷數據，分別進行處理分析，可獲得隱式交互設計的用戶注意力、任務績效及可用性特征關鍵信息。

（一）隱式交互設計的用戶注意力特征

1.熱點圖分析：熱點圖用來確定被試的視線聚焦區域，如圖4所示，分別為顯式和隱式交互方案下的駕駛員視角累計熱點圖，其中紅色代表被試的視覺注意程度最高，黃色其次，綠色代表程度最低。對比可以看出，隱式交互設計方案中，被試在道路前方車輛的中心區域注視程度更高，且注視點更分散，左、右側道路上的注視點更多，這說明隱式交互設計讓被試的注意力能夠放置在左右側和中心道路上，視野更大，被試更能夠關注路況信息。

2.注視熵分析：注視熵率值反映被試的視覺掃描靈活程度。將駕駛員視角畫面劃分為6個興趣區，1-1區代表左側來車、道路及環境，1-2區代表上方環境，1-3區代表前方車輛，1-4區代表前方近處道路，1-5區代表車內環境，1-6區代表右側來車、道路及環境，如圖5。

根據各興趣區總注視時長、注視點落在興趣區的數量和注視率，通過計算得到兩個方案的注視熵。將數據導入SPSS軟件分析（p=0.033<0.05），結果如表1所示，顯式交互方案的注視熵均值為1.759，隱式交互方案均值則為2.587?？梢钥闯?，隱式交互方案下的注視熵率值提升了47.07%，駕駛員的視覺掃描靈活性更大，視覺搜索幅度和頻率更高。

因此，隱式交互設計通過提高汽車中控服務的主動性，使系統在駕駛員的非精確輸入狀態下進行情境感知計算，幫助駕駛員選擇合適的目的地和路線，減少了操作步驟，駕駛員能快速完成導航次任務并將注意力重新轉移到駕駛主任務上。所以說，智能汽車中控的隱式交互設計中，駕駛員更能精確感知環境變化，情境意識水平更高，注意力更集中，不易出現駕駛分心。

（二）隱式交互設計的任務績效特征：實驗過程中，設置危險避讓任務，統計被試危險避讓行為的反應時間，將數據導入軟件分析（p=0.038<0.05），結果見表2?？梢钥闯?，隱式交互方案的危險避讓平均反應時為1.7345秒，相對于顯式交互方案的平均反應時2.018秒，縮短了0.2835秒，駕駛員在注意力更集中的狀態下，能更迅速面對危險情境。因此，智能汽車中控的隱式交互設計，可以有效保障駕駛安全，減少交通事故。

（三）隱式交互設計的可用性特征：被試完成每組眼動實驗后，填寫USE可用性量表，考察兩種方案分別對被試的有用性（U）、易用性（EU）、易學性（EL）和滿意度（S）的影響。將數據導入軟件分析，結果見表3（p=0.006<0.05）。隱式交互方案的總體數值提高了6.25%，有用性、易學性和滿意度分別提升了12.16%、7.14%和12.25%，但易用性數值降低了1.81%，說明隱式交互設計中總體可用性提升，但改變了任務流程，易用性表現有所降低。

因文章篇幅所限，未能詳細列舉實驗數據，將可用性的指標用圖6表達，包含有用性、易用性、易學性和滿意度四維度數據，左側數據為隱式交互方案相對于顯式交互方案數值降低的指標，右側則為提升的數值，矩形的橫向尺度大致代表數值變化的百分比，矩形邊長越長，說明該指標的隱式交互相對于顯式交互的得分變化越大。

分項研究發現，有用性方面，隱式交互設計可以提升系統的有效性、效率、有用程度、易完成任務程度、節約時間、滿足需求和系統給用戶的期待感，尤其在效率和節約時間方面，隱式交互設計的提升程度為28.57%和37.78%，但會降低用戶對系統的控制感；易用性方面，隱式交互設計可以提升系統的使用容易、操作簡單、步驟簡要和用戶喜愛程度，尤其在步驟簡化方面，隱式交互設計提升程度為23.08%，但會降低系統的靈活性、不費力程度、需說明程度、一致性、魯棒性和流暢性；易學性方面，隱式交互設計可以提升系統的學習速度、記憶容易程度、學習容易度和熟練使用程度；滿意度方面，隱式交互設計可以提升系統的滿意程度、推薦可能程度、趣味性、優異性、需求度和愉悅度，尤其在系統推薦可能程度和趣味性方面，隱式交互設計的提升程度為24.00%和19.23%，但會降低系統與用戶期待的符合程度。

根據以上分析可以發現，隱式交互設計能顯著提升系統可用性程度，在任務方面，隱式交互能夠簡化操作步驟，節約時間，提高任務完成效率，幫助用戶將注意力集中在任務中，讓用戶反應更加迅速，在體驗方面，隱式交互能提升用戶的期待感，增加趣味性，更滿足用戶的使用需求；也存在可用性方面的部分不足，在任務方面，系統缺少充足的信息說明和靈活性，在體驗方面，隱式交互降低了用戶對交互過程的控制感，不夠符合用戶期待。

五、智能汽車中控的隱式交互設計策略構建

在以智能汽車中控為媒介的隱式交互設計中，用戶注意力指標表征交互設計下的駕駛員狀態，任務績效指標從客觀維度表征交互設計的系統效率，可用性指標則從主觀維度表征交互設計的用戶體驗，本文據此提出智能汽車中控的隱式交互的低注意力、系統高效率和優化用戶體驗設計策略。

（一）低注意力設計策略：注意力是認知過程的重要組成部分，在多任務駕駛情境下，注意力機制幫助駕駛員選擇和感知復雜的車內外信息，從用戶注意力特征實驗分析可知，隱式交互設計能幫助駕駛員集中注意力于道路，對智能汽車進行的隱式交互設計，正是對駕駛主任務的高注意力設計和中控次任務的低注意力設計，使駕駛員能夠在不分散注意力的狀態下進行操作。本文提出以下智能汽車中控隱式交互的低注意力設計策略：

1.多感官融合設計：引導駕駛員同時使用多種感官注意力資源來維持安全有效的駕駛行為。其中，視覺注意力是最主要的感官資源，駕駛員需不斷掃描周圍的環境，應對潛在的危險因素和變化，因此，在視覺資源過載或需即刻反應的情境，需要運用聽覺、觸覺、嗅覺等多感官通道進行交互設計，降低注意力分散的風險。例如，當車輛前方有障礙物時，可以通過聲音和座椅震動的聽覺和觸覺交互來提醒駕駛者注意前方情況。

2.信息分層級設計：在智能汽車中控交互設計中，通過合理的信息層級分布，將車輛控制等信息按照重要度和關聯性劃分為不同的層級，使駕駛員更輕松地理解和掌控車輛的狀態和操作，減少駕駛員的認知負荷和分心現象，實現低注意力的操作。例如，在導航系統的交互設計中，當前位置信息可以在導航地圖的底部以較小字體顯示，重要的轉向方向信息以更大的圖標顯示在地圖的中上方，駕駛員在開車時能保持對道路的關注，同時輕松獲得所需的導航信息。

（二）系統高效率設計策略：交互設計是以目的為導向的設計[15]，智能汽車領域的隱式交互設計，目的是從源頭提高系統效率，提升駕駛安全。從任務績效特征分析可知，隱式交互設計能縮短危險情境反應時間。因此，本文提出智能汽車中控隱式交互的系統高效率設計策略：

1.簡化操作流程：在人機交互過程中，操作流程是指執行特定任務時需要遵循的一系列步驟，合理的操作流程，可以提高人機系統的工作效率和質量。根據前文的實驗設計與數據分析可以發現，對智能汽車中控導航任務進行的隱式交互設計，在用戶模糊搜索情境下，設備主動同時推薦目的地和路線，簡化了選擇路線的操作，提升了駕駛員視覺掃描靈活度，縮短了危險情境反應時間。

智能汽車中控的隱式交互設計，需分析任務流程，尋找設備主動性技術介入的機會點，使操作流程更合理。例如，在調節音量任務中，智能汽車中控可以設置一個調節音量的快捷功能區，用戶減少了打開音量調節設置界面尋找調節音量按鈕的步驟，能更快速地完成任務。

2.縮短操作距離：根據菲茨定律，獲取目標的時間取決于目標的距離和大小。在交互設計中縮短操作距離，即減少用戶完成任務需要移動手部或身體的距離，能更方便地完成任務，緩解用戶疲勞程度。根據前文實驗可發現，對智能汽車中控導航任務進行的隱式交互設計，將“開始導航”的按鈕位置進行優化，從路線模塊下方移動到每條路線右側，縮短了駕駛員進入導航的操作距離，使用戶注意力更集中，任務績效表現更好。

智能汽車中控的隱式交互設計，根據駕駛員的操作可達性和舒適性，將重要的常用功能設置在左側靠近駕駛員的最佳交互區域，也可以縮短前后頁面手指操作區域的距離。例如，小鵬汽車的中控功能布局設計中，將最常用的音樂等功能卡區域設置在屏幕左側三分之一的位置，駕駛員能夠快速進行切換音樂等操作。

（三）優化用戶體驗設計策略：根據可用性特征分析可以發現，隱式交互設計能夠提升系統的總體可用性，但也需從對系統的必要說明和靈活性方面提升易用性，并增強用戶對系統的控制感。智能汽車中控下的隱式交互設計，遵循以下用戶體驗設計策略：

1.以人為中心的設計價值觀：隱式交互過程基于數據驅動和自動化算法的技術基礎，智能汽車中的隱式交互設計，需要以人為中心，利用技術服務于人而不是簡單代替人的操作，從新的視角提供更加自然、智能、高效的交互方式。例如，隱式交互設計需要提升系統透明度，讓用戶知道他們的數據和行為被記錄和使用的方式，也需要保證用戶數據和隱私的安全，避免不必要的數據泄露和濫用，并考慮用戶的個性化需求和偏好，為不同用戶提供不同的體驗。

2.注重引導，有效呈現信息，提供及時反饋：根據用戶的使用習慣和認知水平進行引導，讓用戶能夠理解功能如何使用，例如，在用戶首次使用某項復雜功能時進行新手引導，減少學習成本和不必要的受挫，提高用戶的控制感；根據不同情境，注重有效信息的呈現，讓駕駛員能夠清晰理解和運用信息。例如，智能汽車可通過多個攝像頭捕捉駕駛員的行為，將這些信息進行可視化分析，在轉向或倒車駕駛過程時進行信息展示；幫助用戶了解自己的操作效果和結果，提供及時反饋。例如，當用戶調節音量或者改變燈光亮度時，智能汽車中控可以發出“滴滴”聲，同時燈光亮度也相應變化，提示用戶當前的音量大小，以反饋用戶的操作結果。

結語

隱式交互服務早已出現在生活的方方面面，如何在技術發展與融合應用的背景下，從交互的設計特征出發，注重人的目的和體驗需求，最大化發揮人的價值，是智能時代人機交互的重點。文章運用定量實驗研究方法，探究隱式交互設計的用戶注意力、任務績效和可用性特征，提出的智能汽車中控的低注意力、系統高效率和優化用戶體驗隱式交互設計策略，有助于提升駕駛安全，達成以人為本的人機交互。

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