基于功能可供性与语义学协同应用的交互式产品设计研究

刘宝顺，忽若曦，王霞

（1.河北工业大学，天津 300401；2.天津商业大学，天津 300134）

随着智能技术不断突破，在为设计师提供新的可能性的同时，也给传统设计专业带来了新的挑战。设计师需要处理新类型的技术、设计问题以及设计方法。近年来，交互设计以及体验设计的发展势头迅猛，这意味着设计行业的发展与进步，除了吸引人的功能形式外，用户和产品之间的自然互动也成为产品设计的关键因素之一。为了理解产品本身如何通过互动传达必要的信息，设计师从心理学的理论中寻求突破，在这些理论中，可供性概念在人机交互体验中发挥关键作用，解释了用户行为与产品特征之间的联系。在可供性概念中，产品属性提供了感知和行动之间的直接联系，这些交互基于人与产品之间的双向互动，是引导用户自然行为的产品的特征，因此，可供性在人机交互体验中发挥关键作用。将功能可供性理论应用在儿童陪伴机器人交互设计中，有助于设计师在以物联网、智能设备以及用户为主的交互系统中探索一种自然、易用以及无意识的交互方式，体现以用户为中心的设计思想。

一、功能可供性与用户行为

（一）功能可供性

可供性概念来源于生态心理学，后来经过多名学者的深入研究将其引入设计领域。生态心理学家詹姆斯·吉布森（James J.Gibson）提出了一种连接用户和产品的有效方法：当用户从产品的外观特征中感知到可供性线索时，用户可以正确且直观地操作产品以完成操作任务并且无需任何解释或说明。吉布森受到格式塔理论家科夫卡的影响，认为事物的意义与事物本身一样容易被理解，直观的告诉我们如何运用它们。一些文献扩展了吉布森的可供性概念，进一步推动了可供性的改进和形式化。如布朗大学威廉姆·沃伦（William H.Warren）进行了爬楼梯实验，认为控制行动的观念反映了动物—环境系统的潜在动态，在设计方面，这为目标用户设定了限制。认知心理学家唐纳德·诺曼（Donald A.Norman）在1988年将可供性的概念引入到人机交互领域。相比于吉布森，诺曼更强调一定情境下可以被感知到的可供性，它不但与个人的实际能力有关，还受到用户心理的影响。因此，诺曼重新定义了可供性的概念，这是对事物的精神解释的结果，是基于人们过去的知识和经验“供给”一词。梅尔和弗德（Maier J.R.A.，Fadel G.M.）将其应用到工程设计领域开发了可供性分析工具—结构矩阵（ASM）并提供了其使用方法。

国内许多学者也对其进行研究，但目前国内对于可供性的研究主要还是延续前人的观点进行分析总结，还停留在设计原理及方法论层面，应用到产品设计的实践相对较少。

（二）功能可供性与用户行为

可供性在行为方面，拓展了人们在环境中的行为可能，通过行动的发生，让人意识到可供性的具体体现。而在共感方面，通过对人与环境之间关系的客观表达，使得产品设计师与使用者之间对于特定环境下的行动的可能性形成一致的感觉。因此，在产品设计之初对于特定用户的行为分析是十分必要的。以用户为中心的设计方法要求充分理解功能和用户需求之间的相互作用，结合以用户为中心方法的优点包括通过查看用户活动与可用技术之间的关系来扩展需求分析。该分析与可供性概念相结合，成为产品—可供性—用户模型的基础（图1）。在这个模型中，可供性是产品和用户在产品使用过程中建立的关系。

1.可供性属性独立于人的行为。布吉森作为术语“可供性”的开拓者，他认为可供性是独立于人的物体的属性，但与每个人的能力又密切相关，存在于环境之中，是不可变的。吉布森的观点是最原始的可供性定义，有三个基本特征：（1）可供性是关于当前人机交互系统中可用的动作可能性；（2）可供性独立于用户的意识、需求和期望；（3）可供性的存在与特定用户的自身的能力有关。该概念诠释了我们日常体验中动作，产品功能和用户能力之间的联系，并且拓展了支持某些人类行为所需的条件。

2.可供性与人的行为相关。之后的发展中，许多学者都将其定义为可变的因素，会随着用户的行为能力、背景以及设计目标而改变。现在，多数设计师所理解的可供性概念并不是吉布森的原始概念，而是诺曼在后来的研究中论述的“感知能力”，第一位引用可供性理论的诺曼研究了日常用品的功能，例如门、电话和收音机，并认为它们的实施方式为其操作提供了强有力的线索。诺曼给出一个经典例子：打开门的方式有很多种，有的是推，有的是拉，有的还会是日式推拉门，因为门为用户供了多种方式打开的可能性，而错误的操作并不能打开每一扇门。诺曼的理论最终导致了两种设计方法：可用性设计和容差设计。

Gaver等学者对这吉布森和诺曼两者可供性概念的比较和澄清在他们的研究中进行了彻底的讨论。日本设计师深泽直人利用可供性理论，阐述了他的设计哲学“无意识”。深泽直人的观点意味着回归吉布森最初的生态概念，并寻求人类在日常生活中与环境的直观互动的设计灵感。

在作者的论述中，将遵循吉布森的定义，可供性是用户、对象和行为之间的三向关系。如You和Chen 的研究指出，可供性是为了行动，而不是信息，设计中的可供性概念的核心不在于为设计者传达设计意图，而是利用产品特征所支持的行为动作来满足不同条件下不同用户的需求。因此，基于可用性的设计方法不是关注通信问题，而是寻求行动的效用并在产品中供必要的特征以等待目标用户的功能可供性的出现，向用户传达设计意图则需要产品语义学的协助。因此，协调语义学与可供性理论在产品设计中同时运用是研究重点，由于可供性的概念不易以精确的术语表达，通过收集和综合文献中先前对可供性的描述来确定典型的可供性属性，参考 Shih-Wen Hsiao等人的论述，对可供性的属性进行归纳并给予相关的描述和用户行为示例。（表1）

表1 可供性属性及示例

二、功能可供性与产品语义学在产品设计中的协同应用

（一）功能可供性与语义学在产品设计中的应用

除了以用户为中心的设计原则之外，在产品语义学的文献中也经常引用可供性的概念。产品语义最初被定义为“对人造形式在其使用中的象征性质的研究，并将这种知识应用于产品设计”。科洛斯·克里彭多夫后来对该定义进行了细化，以解决“其使用的认知和社会背景”，将对设计中象征性质的关注定义为从“为功能设计”到“为意义设计”转变。

1.产品设计中两者的定义：可供性的概念起源于吉布森的直接感知理论，而产品语义则是受认知影响的设计理论；产品设计中的可供性并不是为了传达信息以用于通信目的，而是实现产品功能的必要行为的基础。在产品语义概念中“意义”是关键，产品的外观可以作为能够激发用户对产品的认知反应的标志，例如审美偏好、功能解释和象征关联。产品设计的语义视角侧重于设计中的沟通和社会问题。

2.产品设计中应用两者的方法：可供性概念强调产品的功能结构，语义则强调帮助用户正确地解释产品。可供性的互惠性质在产品设计中被反映为“物理约束”以促进或防止某些用户行为，因此通常采用人体工程学和人体测量数据来修改预期效用的产品特征；语义方法包括三个常见步骤，即确定产品的预期特征，选择相关属性以及探索这些属性的视觉表达。在此过程中，设计师容易依赖隐喻或图标将意义转化为产品形式，例如，借用其他对象或事件的现有符号或形状，以便将产品与预期字符相关联。

产品设计中，明确的功能可以为用户提供行为的可供性，用户直接感知到的操作信息是产品功能实施的主要途径。可供性是产品原本属性带给用户的操作引导，而产品语义则突出现有的可供性并与认知过程相关。表2清楚地展示了产品语义和可供性理论之间的细微差别，可供性的概念倾向于寻求用户和产品之间的兼容特征的效用，反对通过产品语义专注于设计的认知解释。因此，可供性的概念要求设计师避免在设计中依赖符号和文化习俗。相反，它鼓励他们利用可能的直觉行为，这些行动可以在使用产品交互过程中发挥作用。因此，在产品设计中的功能以及交互方式上应该遵循可供性的直接感知理论，在细节处理上可以运用语义学理论中的符号特征作为补充。

图1 产品-可供性-用户模型图

表2 可供性与语义学在产品设计中的应用对比

（二）基于功能可供性与语义学的设计原则与流程

根据功能可供性的属性，可供性、用户及产品三者之间的关系以及与产品语义学在产品设计中的研究，提出易用性设计原则、潜意识设计原则以及引导式设计原则。

1.易用性设计原则。产品的可用性指的是产品的用途和功能，可供性出现在可用性之前，人们先收到可供性，才接受可用性，再通过可用性做改造。例如深泽直人所说的椅子概念，首先出现坐的物体基于人可供性，再有椅子的可用性。在可用性之后，又追求产品的易用性，易用性指的是使用者能够使用某样工具来达到某个特定目标的容易程度。产品设计中的可供性指的是设计的产品形态能够被用户不加思考地感知到功能意义，基于用户的本能、常识和生活经验，因此，易用性是功能可供性的结果，是产品设计的目的。

2.潜意识设计原则。日本设计师深泽直人首次在设计中提出了“潜意识”一词，意味着使用有意识的设计来实现无意识的行为，从而为用户提供有意义的享受。日常商品设计中的行动可能性或机会在使用体验的舒适度和满意度方面发挥着越来越重要的作用。例如，1999年由深泽直人设计的MUJI壁挂CD播放器成功地展示了在我们的日常生活中如何使用东西唤起“似曾相识”的感觉。对于用户而言，当他们在潜意识下做出行为动作时，他们希望获得适当的识别和反馈。因此，智能交互类产品需要在强烈的控制行为意识下做出正确反馈，如开放、关闭和调整。作为一个工业设计师，深泽直人的理念就是把用户当人，这里的“人”不是以人为本，而是不把用户当机器。最近几年人工智能领域发展迅速，但至少现阶段，机器无法做到的其中一点就是直觉，这是未来设计领域要解决的一个问题。

3.引导式设计原则。功能可供性的属性有直接感知和隐射，直接感知即用户在不阅读说明书的情况下根据个人经验正确操作产品；隐射则是产品的功能组件自身提供给用户操作线索，引导用户完成交互行为的方式。因此，在产品设计中，引导式的设计也格外重要，如瓶盖上的拉环引导用户完成打开瓶子的行为，鼠标上的滚轮引导用户完成滑动的动作，引导设计不仅需要帮助人能够达到目的，同时还要正确且高效地完成。

图2 基于可供性与语义学理论的产品设计流程图

综合以上的设计研究，可供性在人与产品的交互过程中起到主要的作用，可供性定义偏向用户直接知觉感知对象的特征属性，而语义学定义则偏向用户间接知觉对象的特征属性。因此，在产品设计的过程中，将可供性与语义学理论的协同应用作为用户与产品互动的媒介很有必要。结合可供性、语义学与传统基于功能的设计方法提出设计流程。（图2）

三、儿童陪伴机器人设计

（一）用户行为和任务分析

本文选择3～6周岁之间的儿童为设计对象，并对其展开可供性行为的收集。采用观察法，选取符合该年龄组条件的30人作为观察对象，观察并记录用户在使用儿童智能机器人的行为以及交互特点，分析其产生原因及潜在需求；采用问卷调查法，收集儿童在与机器人互动过程中发生频率较高的行为以及需求最多的产品功能，并对产品可供性以及产品语义在产品设计中的作用进行分析。（表3）

表3 产品任务及可供性分析

（二）儿童陪伴机器人设计

这一系列的儿童机器人共由三个形象组成：兔子君，猴子小姐，小丑先生。孩子可以任选一款喜欢的形象来作为自己的玩伴。这系列机器人主要是针对3～6岁的儿童设计的，在孩子不同的年龄段它扮演着不同的角色，陪伴着孩子度过美好的童年。经过市场调研、建模渲染及人机交互分析得出最终设计方案。（图4）

图3 儿童陪伴机器人效果图

图4 儿童陪伴机器人头部设计

被使用的可供性产生于于儿童与产品的交互活动中，机器人的行走、手臂活动以及尺寸大小和材质等都属于被使用的可供性。有效的可供性可以带动儿童游戏的积极性，儿童可以自然地与机器人进行互动。设计要点如下：

1.设计灵感来源于太空元素与动物形象的结合，兼备功能实用和形式美。功能方面整体造型圆润，细节均做圆角处理，为儿童与机器的交互安全方面提供可供性。并且，根据语义学相关理论对其外观造型在形式感上做了补充，运用拟物化的设计手法，摈弃传统机器人造型上的陈旧老套感，将太空舱与动物人物形象结合并卡通化，吸引儿童研究，激发用户兴趣。

2.根据目标儿童身高范围以及人机工程学的分析，设计师将产品定义为中型的交互机器人。合理的尺寸设计为目标儿童的使用提供可供性。

3.材质方面整体采用钢琴烤漆，手感细腻，并且部分与地面及手部接触的地方采用硅胶材质，增强摩擦力防止打滑，材质的区分提供给儿童良好的用户体验。

4.在造型方面，设计了三个不同的卡通形象，减少儿童对新产品的陌生感，拉近用户与产品的距离，吸引用户的眼球。在色彩方面，选用了蓝色、黄色、绿色等鲜亮的色彩搭配，符合儿童的审美。

5.在安全方面，智能产品必然会带有充电接口，对于其带来的安全隐患首先做好物理防护措施，之后需要增加警示符号的提醒。

四、结语

可供性理论对于交互式产品设计有重要的研究意义，它直接将用户的行为与设计中的功能特征联系起来，这种以行动为导向的设计理念符合以人为本的人性化设计服务特征。将产品语义学加入到产品设计过程，能够与可供性理论协同互助进行产品与用户之间的交互设计，儿童陪伴机器人对于未来家庭是必不可少的，选择从用户行为与产品之间的可供性出发，使产品的设计以用户的需求为导向，对于提高陪伴器人的易用性，增强用户的愉悦感有着重要的作用。