基于增强现实技术的老年人导航应用系统设计

杨前华，万 宇

(1.南京信息职业技术学院 通信学院，江苏 南京 210023；2.中国移动通信集团江苏有限公司 数据部，江苏 南京210029)



基于增强现实技术的老年人导航应用系统设计

杨前华1，万 宇2

(1.南京信息职业技术学院 通信学院，江苏 南京 210023；2.中国移动通信集团江苏有限公司 数据部，江苏 南京210029)

当前的移动互联网领域，各类移动应用的开发越来越广泛，然而由于老年人在身体与心理等方面的变化，导致此类应用的老人用户体验欠佳。该文针对老人日常出行的基本生活需求，提出了一套基于增强现实技术的老年人导航应用系统，基于增强现实、语音识别等技术，通过适用于老人的交互与视觉设计，简化老人在使用导航应用中的流程。测试结果表明，基于增强现实技术的老年人导航应用系统简单易操作，降低老人使用应用时的认知负荷，提高老人导航出行的体验。

老年人；增强现实；导航；出行

2.DepartmentofDataService，ChinaMobileGroupJiangsuCompanyLimited,Nanjing210029,China)

随着移动互联网的发展及智能终端的普及使用，截至2015年5月底，手机网民规模达5.7亿，期间涌现了大量的手机电子商务类、休闲娱乐类、信息获取类、交流沟通类移动应用，极大地方便了人们的生活，特别是增强现实技术与应用的兴起[1]，以更直观的方式为人们展现生活中所需的信息与数据。但由于老年人身体方面的种种原因，使用互联网的老年人占老年人口总数的比例不到6%，现有的移动应用难以满足老年人的生活需求[2]，且中国即将步入老龄化社会[3]，日常出行是老年人维持生活的基本保障，如何利用AR等移动互联网的新技术手段，改善老年人的日常出行，是当前社会急需解决的问题。但由于老年人认知能力的下降[4]，老年人迷路的情况时有发生，智能手机与导航软件的结合能解决迷路问题，但目前的移动应用大多面向年轻人设计，现有导航等移动应用交互与视觉体验让老年人难以使用[5]。针对此难题，国内外学术界已有一些研究。文献[6-7]提出了一种可用于老年人的交互设计与视觉设计方案，通过提高字体与背景颜色的对比度、增大字体的大小、简化应用的布局，可有效提高老年人使用移动应用的效率。文献[8]设计了一款适用于老人的汽车导航，但无法解决老年人步行出行的难题。文献[9]研究了老年人出行不便的问题，提出使用专属的导航设备来提醒老人应该去的地方。但定制设备的成本较高，且往往交互流程、显示方式不如智能手机方便，难以普及给广大老年人使用。而增强现实作为移动应用的最新技术趋势，将虚拟的显示与现实场景结合显示，可增强移动应用的交互过程，并可有效减低老年人使用移动应用认知下降的问题[1]。可见增强现实技术具备改善老年人出行的可能，但目前却没有成熟的研究或成果。

针对上述问题，本文通过增强现实的技术手段，设计基于智能手机适用于老年人出行的导航应用，具有交互简单、成本低、体验优等特点。

1 系统设计

在系统设计层面，本文首先根据老年人的特点与导航需求，定义导航应用的设计原则；然后以语音识别、增强现实等技术构建系统的技术框架，实现系统的导航功能。

1.1 设计原则

老年人通常在生理与心理方面都存在一定的特点。在生理方面，由于身体原因，导致他们对移动应用的小字体、颜色等信息感受较弱。在心理方面，老年人在面对应用系统中的各种选项、菜单时容易犹豫不决。因此，本导航应用系统在设计上，为了尽可能地符合老年人的特点，规范设计原则如下：

1)输入方式需采用语音输入或选择输入的方式，以便减少老年人使用应用时的输入次数。

2)显示方式需采用对比度较高的背景与文字，文字尽可能大。

3)交互方式需减少交互次数，并通过语音、振动提示等手段提醒交互结果。

1.2 系统结构设计

按照上述原则，老年人导航应用系统结构分为智能手机客户端、服务器端两个部分。智能手机客户端与老年人进行交互，通过输入模块接收老年人的文字选择或语音输入，将导航要求、当前位置、图像传送给服务器，在获取服务器的导航路线后，以增强现实的方式展示给老年人；服务器负责解析语音输入，搜索并规划导航路径，根据当前图像实时反馈导航提示给智能手机客户端，具体见图1。

图1 老年人导航系统架构图

2 系统开发过程

为了提高应用的使用体验，选取目前主流、成熟、免费的语音识别、导航、增强现实技术，设计并开发老年人出行导航应用的Android实例，具体采用的第三方技术如表1所示。

表1 主要模块技术使用说明

系统设计的导航应用Android实例集成了上述的3个模块，其具体工作流程如图2所示。

图2 开发实例流程图

2.1 语音识别模块

为了方便老年人输入语音控制命令，本应用系统在展现主界面后，除了允许老人输入与选择目的地外，还将启动语音识别模块。语音识别模块采用科大讯飞的语音识别SDK开发。在导入并初始化讯飞的SDK后，应用系统自动监听语音命令，并将语音通过讯飞云端的识别服务，识别出定义好的“导航”、“去”等语音命令，然后取出导航的目的地地址。

2.2 导航模块

在语音模块完成目的地的识别后，由导航模块负责对目的地地址(POI)进行检查，确保输入的内容为实际可到达的目的地，然后通过百度地图SDK获取导航路径，为下一步的增强现实显示提供路径规划的数据基础。在判断目的地为正确的地址信息后，应用系统通过SDK的步行规划功能，获取当前位置到目的地的步行路线。

2.3 增强现实模块

在导航路径后，系统首先判断当前手机是否处于锁屏状态、或者通过距离传感器判断是否在口袋或包中。如不存在上述情况，则老人应该手持手机正在查看线路。这时增强现实模块将当前位置、摄像头拍摄的图像、方位上传至服务器。由增强现实服务器判断当前手机的朝向，并结合路线规划信息，将下一步路径与距离显示在摄像头画面上。

2.3 界面与交互实例

根据老年人对色彩、使用习惯、字体等需求[10-11]，如图3所示，本应用实例选用高对比度的大号字体进行信息的展示与提示。在主界面中，老人直接点击或者通过语音即可输入目的地地址，开始导航；在导航过

程中，老人拿起手机的摄像头画面中，将实时展现去目的地的路线，如老人将手机放入口袋或包中，应用系统将启动自动关闭屏幕并启用省电模式；在到达目的地后，摄像头画面将提醒已到达目的地，并通过振动的方式进行提醒。

图3 应用展示效果(截图)

3 实验与分析

为了检验本文所提出的老人导航的实际应用效果，本章对应用的实际效果进行测试。

3.1 测试对象与方法

认知工作量的测试采用美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的任务负担指数量表的方式进行认知负荷的测试[12]。

本测试从年龄60～70岁的老人中，随机选择20人，平均年龄65岁，男女比例1∶1。测试选取了从“家庭”到“社区”这个典型的任务作为老人的步行导航测试任务，总持续时间不超过10分钟。为了体现测试的客观性，测试中选用了本文设计的老人导航与App Store上排行前3位的步行导航软件[13]进行认知工作量的对比，排行前3位的步行导航软件分别为百度地图、高德地图、腾讯地图。

3.2 测试结果与分析

从任务的测试结果可知，如表2所示，本文所设计的老人导航应用可明显降低加权平均值，说明老人导航应用比其余应用系统更适合老人使用。老人导航在使用时，由于其交互流程简单，基于增强现实的导航提示简单易懂，老人使用所需的脑力需求、努力程度、受挫感均明显降低，完成任务所获得的自我评价得到显著的提高。

表2 基于NASA-TLX的认知负荷测试结果

从图4进一步分析可知，由于传统的导航应用字体较小、进入步行导航功能菜单的层级较多、没有利用实景显示导航信息等原因，导致老人使用时所需的脑力需求较多，需要更多的操作努力才能完成任务，提高了老人的认知成本。而无论那种导航应用，由于手机操作都较为轻便，且时间较多，因此对老人的体力需求、时间需求影响都不大。本应用主要通过改善老人使用导航应用的脑力需求，减低所需的努力程度与挫败感，提高老人使用时的自信与体验。

图4 认知负荷结果分析

4 结束语

随着老龄化社会的到来，针对老人日益增长的日常出行需求及生理与心理特点，文章利用增强现实、语音识别等先进技术，基于目前主流的SDK，通过简化的交互流程优化老人在使用导航应用的各项步骤，低成本开发了应用实例。测试结果表明，本文所设计的老人导航与目前的导航应用相比，能充分满足老人的日常出行需求，提高老人出行的体验。

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杨前华(1982— )，女，硕士生，主研通信协议及软件；

万 宇(1982— )，硕士，主研移动通信测试技术。

责任编辑：薛 京

Design of navigation system for aged people based on AR technology

YANG Qianhua1,WAN Yu2

(1.DepartmentofCommunication，NanjingCollegeofInformationTechnology,Nanjing210023,China;

In the field of mobile internet, the development of mobile applications is becoming more and more popular. However, due to the changes in physical and mental aspects of the elderly, old user experience is not good. In this paper, for the basic living needs of the elderly daily travel, a set of technology based on augmented reality technology is proposed which is based on augmented reality and speech recognition technology. The test results show that the navigation system of the elderly people based on augmented reality technology is simple and easy to operate. It can reduce the cognitive load and improve the experience of the old people′s navigation.

old people; augmented reality; navigation; travel

杨前华，万宇.基于增强现实技术的老年人导航应用系统设计[J]. 电视技术，2016,40(11)：39-42. YANG Q H,WAN Y. Design of navigation system for aged people based on AR technology [J]. Video engineering，2016,40(11)：39-42.

TN929.5

B

10.16280/j.videoe.2016.11.008

江苏高校品牌专业建设工程资助项目(PPZY2015A092)；南京信息职业技术学院科研基金课题(YK20130501)

2016-03-22