物联网环境下的智能语音交互灯具设计

王宇 陈骏

摘要：设计出适合物联网环境的智能语音交互灯具，为用户提供更多可供选择的智能语音产品。以用户体验为基础，将“智能化”的概念引入灯具设计中，应用Arduino及传感器进行研发，探讨灯具交互设计所关注的内容、形式、行为三部分内容。得出物联网环境下智能语音交互灯具的设计方案，提出在不同使用场景下交互设计的新思路。智能语音交互灯具设计通过语音交互技术的引入给物联网环境下的产品设计带来巨大的意义和价值。

关键词：灯具设计 语音交互 用户体验 物联网 Arduino

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）01-0011-03

Abstract： It design the intelligent voice interactive lighting which provides users with more choice of intelligent voice products in Internet of things environment. It is based on the theory of user experience.The Arduino and sensor are used for design and development.And discusses three parts focused by the lighting interaction design which include behavior design， content design， form design. It is concluded that the design plan of intelligent voice lighting design in the internet of things environment.This paper presents a new idea of interactive design to intelligent voice interaction lighting in different usage scenarios. It will bring great significance and valuable to product design in the Internet of things environment by introducing of voice interaction.

Keywords： Lighting design Voice interaction User experience The Internet of things Arduino

引言

智能家居是一个庞大的家居生态系统，是在物联网的影响之下物联化的表现，而智能家居时代是物联网走进家庭的时代。物联网让用户通过各种产品来控制家用设备，在不同的情景下使多个设备构成联动，经过产品的“智能化”判别，给用户带来最高水平的高效、方便、舒适与安全。在物联网环境下，产品设计更关注智能化所带来的用户体验的优化。从灯具智能化、用户需求、交互设计等方面出发，对物联网环境下的产品进行设计研究，从而设计出应用于物联网环境下的智能语音交互灯具，为用户提供良好的产品用户体验和智能家居体验。

一、物联网环境下的智能化产品分析

（一）物联网环境下发展现状及分析

智能家居已经悄然兴起，人工智能（Artificial Intelligence）逐步走进人们的视线，而语音识别技术作为人工智能的重要组成部分，也逐渐成熟化，并应用于产品当中，产品的语音交互是未来物联网的主要发展趋势。

物联网是指把所有物品通过射频识别（RFID）、无线数据通信等信息传感技术与互联网连接起来，组成具有智能化识别和管理功能的网络系统[1]。智能产品的表现形式也不再局限于单一的实体产品、软件产品或者互联网产品，集成物联网技术的系统性智能产品也将更好地为人服务[2]。

目前，各大互联网及电商平台普遍嗅到智能语音交互的蓝海，并以迅速研发了较为成熟的智能音响作为物联网语音交互的入口。但从物联网家居环境的产品布局及用户需求上来看，物联网的语音入口應以模块化的形式广泛存在于各种家居产品中，形成根植于多样产品中的语音交互入口。在未来，智能语音产品会作为物联网最大的入口，在一个较大的智能家居环境中，产品可通过智能化的空间感知能力，根据用户的朝向、位置等维度进行智能判别，主动唤醒最适合的语音交互产品进行应答（如图1），完成产品的自主思考，优化物联网环境中的用户体验。

（二）物联网环境下的智能语音交互灯具需求分析

随着物联网技术的逐渐成熟，物联网环境下的产品越来越丰富，从智能音响到全自动扫地机器人再到智能电饭煲，都在慢慢丰富物联网环境下的产品。目前，世界上的智能化发展趋势是往强人工智能的方向前进，智能的人机交互通常有两种途径来实现，一个是界面交互，一个是语音交互[3]。随着技术的不断发展，语音交互在技术上已经不断成熟，且逐步进入到人们的生活中，进入到了智能家居环境中，以产品的智能化极大地优化用户体验。

从使用场景方面来说，物联网下的智能产品可以处于智能家居环境中的任何角落。但在功能分明的智能家居环境中，适合作为物联网语音入口的智能产品却是有选择性的。选择符合用户语音交互心理的产品进行设计，且产品可应用的环境较为广泛，才是符合经济性原则的选择。相对于其他产品，灯具适用于绝大多数家居环境。从用户习惯上来看，灯具语音交互的学习成本较低，更符合用户心理。

从用户需求方面来说，只有把用户需要的给到用户，才是产品用户体验的起点，离开了用户需求，一切用户体验的改良也就毫无意义。现代主义灯具设计强调灯具的照明功能，为人们提供明亮的工作、学习、生活环境，满足了人们对舒适、健康生活的需求[4]。从电灯被发明开始，人们对于更便捷的开关灯的方式的探索就从未停止，拉、按、提、滑等机械开关方式被发明，声控、光控、红外感应等感应开关的方式也走进人们的生活。但真正能满足用户细微处用户体验的灯具一直都在设计的进程中，而智能语音交互灯具的设计也正是满足这种用户需求中的一小步，让用户以更加轻松的方式完成照明需求，甚至是灯具以无感的方式为用户自动开启，提醒关心用户，满足用户情感化需求。

从交互体验方面来说，语音交互简单、便捷，也因为语音交互的引入，让灯具设计在其他交互方面有更多的可能性。有趣的、有感情交互体验是良好用户体验的加分项，智能化的引入不但让产品本身拥有了更多交互上的可能，也让物联网环境中物与物的交互创新拥有更多的可能性，丰富产品内容，从而给用户带来良好的用户体验。

二、智能语音交互灯具的设计与用户体验

（一）Arduino及传感器的应用

智能语音交互灯具的设计可通过Arduino和传感器的应用进行研发。Arduino是较成熟的开源电子平台原型，其主要包括硬件的电路板和程序开发环境。设计者只需在开发环境中编写程序，将程序上传到Arduino电路板中，程序便能执行操作，从而实现设定的功能[5]。Arduino能通过各种传感器来感知环境，对用户需求进行判分析，进而达到产品智能化。

智能是在相对于参照人脑机理的运作模式下，对能够进行处理问题，能够吸取思维与经验对事物做出分析反应的一种表现，我们称之为智能?。智能是连接人的行为和产品反馈之间的重要因素，因为产品有了智能的概念，才对人的行为和周围环境有了判断、反馈，继而减少了用户的思考行为，优化了用户体验（如图2）。

基于Arduino的智能语音交互灯具的硬件搭建主要包括Arduino UNO控制板、Voice Recognition中文语音识别模块、SpeechSynthesizerBee语音合成模块、IO传感器扩展版、无线W旧蓝牙模块、各种传感器等。通过程序的调试和这些基本元件的组装（如图3），完成智能语音交互灯具的基本智能化，即智能判断用户对于灯光的需求，语音操控调整、提醒;根据天气、节日、环境的设定，主动调整亮度、颜色等。

应用无线WiFi+蓝牙模块，智能语音交互灯具可以接入物联网，成为物联网环境下的语音入口，语音控制物联网中的其他产品，形成物联网环境中的产品联动（如图4），优化智能家居的用户体验。另外，基于Arduino的智能语音交互灯具的设计可以添加其他传感器和硬件设备，对产品进行功能上的扩展，针对特定环境或人群丰富产品内容。

（二）智能语音交互灯具的用户体验设计

为适应体验经济下人们的消费需求特点，越来越多的企业和国内外学者聚焦用户体验的研究。目前，对于用户体验的研究主要集中在互联网与手持移动终端的设计上[7]，但在很多领域都存在着用户体验，特别是产品设计领域。

用户体验首先由Norman提出，指出成功的用户体验必须做到首先在不骚扰、不使用户厌烦的情况下满足顾客的需求;其次，提供的产品要简洁优雅，让顾客用得高兴、愉悦地拥有;另外，要能给用户带来额外的惊喜[8]。在未来的竞争中，面对越来越多缺乏耐心的用户，细微体验上的差别便可决定产品的命运。在产品设计中，只有充沛考虑到用户体验的要素，才能设计出让用户满意的产品。

从用户体验的内容方面来看，其主要组成部分包括用户、产品和交互。智能语音交互灯具设计也是通过这三方面的综合考虑来优化用户体验的。从用户的角度来看，用户体验具有诸多不确定因素，且主观性很强。个体的差异决定了产品用户体验的差异。只有在界定了一個相对明确的用户群后，用户体验的共性才能更好地通过设计来实现。产品方面的用户体验主要是工业设计层面来看，主导产品用户体验的因素主要包括颜色、材质、形态、功能等，可从整体和细节上逐一优化，带给用户独特的五感体验。

交互是用户体验的重要组层部分，用户体验在某种程度上是交互的延伸，是研究产品如何与外界发生联系并产生作用的，更生动更有趣的交互是优化用户体验的重要因素，同时，可用性和易用性是交互设计的基本要素。交互不单单是产品与人的互动行为，也是产品与环境的信息交换，以用户为中心的缜密思索是产品设计的重要部分。

简而言之，智能语音交互灯具要做到良好的用户体验需要同时关注这三个部分内容的相互关系（如图5），做到满足用户需求，超出用户预期并给用户带来惊喜，让用户感知到用户体验的设计，在细爷处让用户感动。

三、物联网环境下的智能语音交互灯具设计

传统工业设计下的灯具设计注重产品的材质、造型、功能等，但物联网环境下灯具的设计更侧重于交互。物联网环境下，智能语音交互灯具不仅是产品本身也是交互的介质，是物联网环境中的人与产品、产品与产品、产品与环境之间交互的关键因素。交互设计是指设计应注重人和产品间的互动，要考虑用户的背景、使用经验以及在操作过程中的感受，从而设计符合最终用户的产品[9]。交互设计的任务就是在纷扰的环境和需求下，规划定位交互内容，构造交互方式，模拟分析用户的使用行为，以用户体验最佳的方式为用户提供最好的方案。

（一）交互内容设计

交互内容即交互过程中所涉及的功能，包含了具体的信息，是交互设计的核心。物联网环境下的智能语音交互灯具设计，让灯具的创意得到了极大的丰富。除了对于灯光需求的智能化判断的功能外，针对不同用户和环境，可以增加功能件进行交互内容的设计。当定位用户群为儿童和家长时，智能语音交互灯具可以增加投影功能硬件，利用互联网的内容平台，实现“讲故事+投影绘图”的内容模式（如图6），为儿童和家长设计了亲子互动，赋予了产品教育层面的意义，给用户带来了新的用户体验。当面对年轻群体，智能语音交互灯具可通过配置智能笔，实现“许愿灯”的内容模式（如图7），记录下用户的愿望，利用网络储存或分享。

交互内容的设计广泛的存在于产品中，良好体验的实现归功于大量的设计行为。通过设计规划用户对于智能语音交互灯具的认知过程，预估用户在智能语音交互灯具中可能行各种操作行为，可以针对不同用户群和用户场景进行内容创新。

（二）交互形式设计

交互形式是交互过程实现的渠道，包含了界面交互和语音交互等表现形式。物联网环境下，智能语音交互灯具的交互形式是语音交互和界面交互相结合的形式。其首要交互方式是语音交互，通过语音来控制产品是一种便捷、高效的交互模式，更符合产品易用性的原则。在产品的语音交互过程中，所有的语音都会映射出相应的形象，赋予VUI（语音交互）友善、乐于助人的形象是优化语音交互的基础，逐步推进对话，达到控制产品功能的目的，是用户体验成功的关键因素。

物联网环境下，手机APP的引入必不可少，智能语音交互灯具的次要交互形式是界面交互。语音交互的使用是让产品更加便捷高效，而人机界面的交互形式是丰富产品创意表达的一种模式。在特定的使用人群和环境下，语音交互和界面交互实现更多的功能。当面对儿童和家长用户群时，为实现“讲故事+投影绘图”的内容模式，可通过便捷的语音交互选定想要听的儿童故事，云端自动匹配绘图本，再利用手机APP的界面交互实现投影绘图的选择（如图8），对用户而言，这一系列的操作是连续性的交互体验。

（三）交互行为设计

交互行为是交互过程实现的主体框架，是交互设计的具体化表现。在传统的工业设计中，设计以需求为准则进行创造，而物联网环境下的智能语音交互灯具的设计更注重用户的活动行为，设计聚焦产品与用户之间的信息传递或是情感表达。语音交互和界面交互相结合的形式让交互行为更加简洁，但为了营造灯具交互的愉悦感进行了更多交互行为的设计。时间、环境和使用的过程都是影响交互行为设计的重要因素。在设计交互行为的过程中，不同的用户群都会根据自己独特的观点进行评判。

光的色彩不是在满足基本照明之后的可有可无的随意添加，而是对于营造氛围、讲述概念和故事的必不可少的要素。智能语音交互灯具针对特定用户群，设计了与众不同的调整灯光颜色的交互方式，为儿童群体设计了“旋转”调整色彩和“接触”识别色彩2种交互行为，通过物联网内容平台辅助语音提示交流功能，帮助儿童学习色彩知识。交互行为的设计除了实现实际的功能外，还可以表达更深层面的寓意。故此，从引申义的层面设计投掷硬币和“费力”旋转手柄2种灯光明度调节的交互行为，激发用户的环保意识。通过对功能和交互行为的结合应用，实现产品的设计与创新（如图9）。

结语

物联网的出现和成熟极大丰富了家居领域的用户体验，让产品设计创新有更宽阔的思路。智能语音交互灯具的设计是通过引入Arduino和传感器的应用来实现功能研发，使其实现产品智能化和语音交互的基本功能，为物联网环境下的多语音入口打造更多的可能性，优化智能家居的用户体验。同时，利用物联网的内容平台，以用户体验理论为依据进行创新优化，面对不同的使用人群对交互内容、形式、行为进行设计，实现智能灯具设计的场景化，为用户带来了焕然一新的产品体验，打造新的物联网家居空间。

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