基于专业设计公司设计程序和人机交互技术的智能穿戴设备设计

邓海静

摘 要：随着人机交互技术的发展，智能穿戴设备已经从概念化走向商业化，设备形态和涉及的领域也呈现多样化，如何高效、合理的开发产品成为亟待解决的问题。本文首先从智能穿戴设备、专业设计公司设计程序和人机交互技术的概念入手进行分析； 然后对智能穿戴设备的人机交互技术现状进行详细的说明； 之后以VR眼镜为例，运用专业设计公司设计程序，结合相关人机交互技术进行设计研究与实践。可以有效提升智能穿戴设备的设计效率和设计水平，让设计过程更为科学化。

关键词：设计程序；人机交互；智能穿戴；设计；VR眼镜

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2017）08-0081-05

Abstract：With the development of human-computer interaction technology， intelligent wearing equipment has been from conceptualization to commercialization， equipment form and the areas involved are also diversified， efficient and reasonable development of products become an urgent problem to be solved. This paper starts from the concept of intelligent wear equipment， professional design company design program and human-computer interaction technology； Then elaborates the present situation of human-computer interaction technology of intelligent wearing equipment； Take VR glasses for example to carry out design research and practiceuse use professional design company design procedures and the relevant human-computer interaction technology.This can effectively enhance the intelligent wear equipment design efficiency and design level， so as to make the design process more scientific.

Key Words：design program； human-computer interaction； intelligent wear； design； VR glasses

智能穿戴设备，从计算机和电子技术概念方向上被理解為直接穿在身上，或是整合到用户的服饰和配饰中，能舒适地佩戴于人体上的电子技术和计算机。从可穿戴概念上理解为是人体能力和设备内置能力的配合实现，是“以人为本，人机合一”的理念的产物[1]。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大功能的终端，可穿戴设备的设计已不只是对产品实物的设计，对其应用与服务的设计成了最终将其推向市场的更为重要的部分[2]。相应的，在技术研究上，从实验室走向终端用户的进程给交互设计在智能穿戴设备中的发展提供了机会[3]。

设计程序是有目的的实施设计计划的行为次序，是一个具体的设计从开始到结束的各个阶段有序的工作步骤。设计程序分为专业设计公司设计程序和企业设计程序两种，专业设计公司通常不提供生产加工服务，而是通过接单的方式，为客户提供设计服务[4]。专业设计公司的一般设计程序包括项目导入、设计调查、创意设计、结构设计、模具设计五个部分，不同的设计机构在程序内容上会有一定的调整，本文综合了德国FROG DESIGN、美国IDEO、日本技奥设计公司的设计程序结合研究对象特点将设计程序设置为：设计调查（用户调查和产品与市场调查）、设计定位、创意设计、交互设计技术、结构设计五个部分。

人机交互技术（Human-Computer Interaction Techniques）是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术，也指通过电极将神经信号与电子信号互相联系，达到人脑与电脑互相沟通的技术[5]。人机交互系统通常包括产品通过输出或显示设备给人提供大量信息及提示，以及人通过输入设备向产品输入有关信息，问题回答等[6]。

1智能穿戴设备的人机交互技术现状

当下主流的人机交互技术主要有骨传导交互技术、眼动跟踪交互技术、AR/MR交互技术、语音交互技术、体感交互技术、触觉交互技术和脑波交互技术。

骨传导交互技术主要是一种针对于声音的交互技术，将声音信号通过振动颅骨，不通过外耳和中耳而直接传输到内耳的一种技术。目前在智能眼镜、智能耳机等方面，骨传导技术是比较普遍的交互技术，其中谷歌眼镜即是采用声音骨传导技术来构建设备与使用者之间的声音交互。眼动跟踪技术是当代心理学研究的重要技术，在实验心理学、应用心理学等领域有比较广泛的应用，目前该技术被广泛应用于VR眼镜设备的人机交互中。增强现实（AR），是指在真实环境之上提供信息性和娱乐性的覆盖，是虚拟环境和真实环境的结合。AR/MR技术可以为可穿戴设备提供新的应用方式，主要是在人机之间构建了一种新的虚拟屏幕，并借助于虚拟屏幕实现场景的交互，这是目前智能眼镜、沉浸式设备、体感游戏等方面应用比较广泛的交互技术。语音交互是可穿戴设备时代人机交互之间最直接，也是当前应用最广泛的交互技术之一，语音交互技术的应用分为两个发展方向：一个方向是大词汇量连续语音识别系统，主要应用于计算机的听写机；另一个重要的发展方向是小型化、便携式语音产品的应用，如无线手机上的拨号、智能玩具等。体感交互技术是指利用计算机图形学等技术识别人的肢体语言，并转化为计算机可理解的操作命令来操作设备，其中尤其以手势交互最具代表性，随着各项技术的成熟和传感器的发展，手势识别已经进入可用性阶段，各类产品和解决方案也开始涌现。触觉交互是目前可穿戴设备产业中比较新的人机交互技术，其领域包括手术模拟训练、娱乐、机器人遥控操作、产品设计、工业设计等，触觉交互目前在沉浸式智能产品中有了一定的应用探索，将会是未来人类在虚拟现实中“真实”的感知外界的一种关键交互技术。脑波交互技术目前已经有了一定的探索，但还没有得到比较广泛的应用，脑波交互技术不仅构建了人与设备之间，同时也是构建人与人之间的一种新的沟通方式，将会是可穿戴设备产业的终极交互方式。

2基于专业设计公司设计程序和人机交互技术的智能穿戴设备设计实践——以VR眼镜为例

日新月异的交互技术无疑带来了智能穿戴设备的不断迭代和发展，对新产品的开发周期提出了一定的挑战。为了提高产品的开发效率，同时让产品的设计更有针对性，这里基于专业设计公司设计程序和现有人机交互技术设计了一款新型VR眼镜，以期能为现代智能穿戴设备的设计提出一定的思路。

2.1 用户调查

设计调查是所有专业设计公司进行设计时至关重要的一步，一般而言，产品设计调查分为用户调查和产品与市场调查两种不同方法。本研究中，VR眼镜用户调查被看作VR眼镜设计调查的重要任务，其目的是发现VR眼镜的用户人群、用户需求、价值观念、生活方式、习惯等方面的特征，挖掘和获取用户的行动心理和操作使用信息，为VR眼镜的设计提供有用的信息。

用户调查的方法主要有问卷法、访谈法、观察法、用户角色构建法[4]，这些方法可以单独使用，也可以结合使用。本文使用访谈法、观察法、用户角色构建法三种调查方法结合的方式对VR眼镜用户开展调查。首先笔者按照对访谈过程的控制程度采用了非结构式访谈的方式（自由式访谈方式）以特定主题对被访者进行弹性访谈，根据深度访谈和焦点小组访谈的特点进行分阶段访谈，访谈特点如表1所示。

笔者首先通过对使用VR眼镜的用户进行深入访问，以揭示其对不同品牌VR眼镜特定问题的看法，然后以焦点小组的形式对特定产品进行讨论交谈，获取对特定产品有关问题的深入了解，并通过对用户需求的分析和归纳，得到VR眼镜用户需求表达，如表2所示。

观察法是用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得研究资料。按照观察者是否参与被观察对象的活动，观察法可分为参与式观察与非参与式观察。基于VR眼镜产品使用特性，本文采用的是非参与式观察，如图1所示，笔者通过观测用户的学习过程、操作过程、出错情况以及非正常情况的操作等来研究VR眼镜的功能特性和结构特性。

用户角色构建法是基于对真实用户群体的广泛深入研究后，抽象出虚拟的综合原型，用以描述用户群体的目标、行为和观点特征的方法。用户角色构建一般包含个人基本信息、家庭、工作、生活环境描述，与产品使用相关的具体情境描述等。本文根据产品开发特点，构建的用户角色如表3所示。

2.2 产品与市场调查

产品与市场调查主要关注流通过程中的“产品——商品”环节，获取有关产品生命周期、市场细分特征、各品牌产品特征和发展趋势等相关信息。产品与市场调研方法主要有生命周期调查法、市场细分法、品牌调查法等。本文主要使用品牌调查法和市场细分法进行调查。

首先根据消费者的购买行为和购买习惯等方面的差异，本文将VR眼镜的使用消费群进行细分，如表4所示。

然后通過产品品牌调查法对市场上产品进行调查，得出不同品牌VR眼镜的品牌特点，本文以三款热销产品为例进行说明，如表5所示。

2.3 设计定位

设计定位是在前期用户调查和产品与市场调查资料的基础上总结得出的设计方向，通过前期对VR眼镜用户和VR产品和市场的调研结果，分析提炼出本产品的设计定位，如图2所示。设计定位即是对前期设计调查的归纳和总结，也是对后期产品开发和设计指导的最核心要素。

2.4创意设计

创意设计是以设计定位为依托开展的一些列思考和设计实践，本文从整体构思和细节构思两个方向开展创意设计，鉴于篇幅，文中只列举了一小部分内容。

2.4.1整体构思方向

能否有新的形式，如隐藏式、悬浮式、透明式等。

摘下VR眼镜后，会有眩晕感和头部不适，希望可以改善这个问题。

能否方便年纪大的人进行简易操作？

强调沟通与互动功能，而非只用于娱乐。

2.4.2细节构思方向

控制按钮：可否使用声控？可否是感应的？是否可以利用太阳能供电？

视力调节：可否调整视力，如近视、远视、弱视、老花眼。

固定方式：方便固定且不易脱落的情况下是否可以隐藏固定带？固定材质的选择是否有更为舒适、合理的材料？PU、海绵、硅胶、蛋白质材料等用于机身的优缺点有什么？

交互技术：哪些交互技术可靠性更高，体验更好？

CMF：产品的色彩、材质、肌理有无创新的使用方式，从而能体现出新产品的时尚性和品牌DNA特征。

2.5交互设计技术

人机交互技术的使用是本设计的重点，合理的人机交互技术将极大提高产品的外在竞争力，基于前文中对人机交互技术的分析，本设计的人机交互技术要实现以下几个目标：

2.5.1设计专属交互体验

伴随着新技术的出现，应突破以往VR眼镜体验的设计思路限制，充分利用先进技术的创新优势为VR眼镜设计独一无二的使用体验。特别是在手势交互特性上，应符合人的自然行为习惯，对一些功能采用启示性设计[7]，进行一定的引导，从而达到有趣的交互效果。

2.5.2情境设计

VR眼镜作为可穿戴式智能设备，其使用场景丰富且复杂，其情境设计应充分考虑设备的交互技术能否具备良好的容错性[8]，不会因为当前用户的半专注状态和易被打扰的状态引起误操作。

2.5.3简化操作负荷

VR眼镜的设计应多使用传感器、脑波、体感等技术与信息录入关联，减少用户的手动输入，避免用户复杂的操作负荷，例如运用语音输入和RFID/NFC 技术代替手动操作信息的双向传达，运用简单的肢体运动代替一些复杂功能的实现。

2.5.4简化认知负荷

由于VR眼镜的尺寸限制，在使用情境中不便通过传统触控方式实现对信息的输入，需要使用光纤传感器、距离传感器等硬件交互传感器技术来简化操作形式，另外在软件交互方面，需要对层级架构进行规划，让信息言简意赅，只显示必要的内容[9]。这些硬件和软件交互技术带来的丰富的交互形式，促进了VR眼镜的发展，多种交互方式的组合，也会给操作用户带来更多的可能和更私人更专属的操作体验。

2.6结构设计

经过前期的创意构思和交互技术选择，该设计可进入结构设计和造型设计阶段了。如图3和图4所示，该VR眼镜本体包括眼罩（眼镜本体）、两耳罩、以及连接两耳罩的支架，支架作为第一头带，加强了VR眼镜穿戴的稳定性和舒适性[10]，防止了VR眼镜从用户头部脱落的情况发生，耳罩同时也起到辅助固定作用。眼罩内侧设有提高佩戴舒适性的海绵面罩，保证了用户穿戴VR眼镜的舒適性和避光性。眼罩包括镜架和设置在镜架上的屏幕、透镜、保护壳，眼罩底部设有视力调节器，用户可以通过该调节器进行调节，减少了佩戴眼镜带来的疲劳感。耳罩一侧设有触摸式操作器，操作简单。眼罩设置为旋转收纳式，收纳后的VR眼镜更为小巧，方便携带。另外，可选配高清外置摄像头，增强互动交流的真实性。

然后结合人机工程学相关尺寸数据对VR眼镜的外观结构进行研究和分析，确定各项结构参考数据，如图5所示：

2.6.1眼罩尺寸

眼罩尺寸参考成人鼻上宽数值、眼宽数值和脸宽数值进行综合测算，眼罩宽度以小于250mm较为合适，高度以小于150mm较为适合，本设计的眼罩宽度为240mm，高度为100mm。

2.6.2镜片尺寸

镜片尺寸参考成人眼宽及瞳距数值进行综合测算，单镜片尺寸在 50mm*50mm 内较为符合人机工程学及视觉效果，基于此外观尺寸数据与眼罩尺寸进行结合设计，可以有效控制产品的整体外观尺寸，本设计的镜片尺寸为150mm*50mm。

2.6.3固定支架尺寸

固定支架尺寸参考成年人头围数据进行测算，同时结合市面上现有VR眼镜产品的调研数据，确定固定支架的宽度以不小于40mm较为合适，厚度在附加海绵和硅胶材质后，以30mm 内的尺寸较为合适且易实现，本设计的宽度为46mm，厚度30mm。基于用户头部高度的不同，支架长度需求跨度大，故固定支架的长度应具备可调节性，调节直线距离在50mm范围内，本设计调节距离为20～40mm。

2.6.4耳罩尺寸

耳罩尺寸参考成年人耳廓数据进行测算，同时结合市面上现有的耳麦产品数据，确定圆形耳罩的外直径以不小于90mm较为合适，内直径以不小于60mm较为合适，耳罩厚度以不小于60mm较为合适，本设计的外直径数据为110mm，内直径为65mm，厚度为80mm。

3 结语

本文提出了基于专业设计公司设计程序和人机交互技术的智能穿戴设备的设计流程，根据项目设计特点，通过采用五步式设计程序有效解决了设计中的难点，让产品设计过程变得更清晰、条理，帮助设计人员提升了产品的开发效率。本文对于设计调研、交互设计分析与结构设计进行了比较深入研究和实践，取得了一定的研究成果，对同类产品的开发具有一定的指导意义。但是本研究也存在一定的局限性，鉴于篇幅，很多内容没有展开进一步的论述，比如设计定位后期对于设计创意的剖析不够彻底和深入，对于后续结构和功能设计的引导性不强。本研究还有继续改进的空间，文中存在的问题和缺点将在后续研究过程进一步深化和推敲，力求取得更科学、合理的研究成果。

本文系东莞职业技术学院院级科研项目（2016a10）。

参考文献

[1]封顺天.可穿戴设备发展现状及趋势[J].信息通信技术，2014（3）：52-57.

[2]张毅. 可穿戴设计交互设计研究[J]. 装饰，2014（2）：28-33.

[3]曾丽霞. 基于情境感知的智能穿戴设备交互设计研究——以IT白领人群的智能手环设计为例[D]. 江苏：江南大学，2016.

[4] 崔培英. 产品设计程序与方法[M]. 2015.北京：高等教育出版社，2015：2-9.

[5] 韩文雅. 基于交互设计技术的可穿戴式智能设备设计[D]. 北京：华北电力大学， 2015.

[6] 曾丽霞. 基于交互理念的城市空巢老人腕带设计研究[J]. 包装工程， 2016：79-82.

[7] 杨茂林. 智能求解交互设计流程研究[J]. 包装工程， 2015（12）：83-86.

[8]任磊，魏永长，杜一等. 面向信息可视化的语义Focus+Context人机交互技术[J]. 计算机学报，2015（12）：2488-2498.

[9]史小龙，李晓玲，高虹霞等.全息显控界面中多通道人机交互技术研究[J]. 包装工程， 2016（4）：120-124.

[10] 钱鑫，苏萌.柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 化学学报，2016（7）：565-575.