基于边缘交互理论的老年助行器设计研究

2020-05-12许晓云张新宇赵芮凯董姗姗

艺术与设计·理论 2020年4期

许晓云，张新宇，赵芮凯，董姗姗

（河北工业大学，天津 300401）

引言

近年来，我国老龄化问题日趋严重，给传统产业带来劳动力危机的同时，也促进一些诸如老年人相关产业的快速发展，特别是老年助行产品将迎来发展的高峰。目前的研究中多集中于某具体老年助行设备的设计研发，少有关注老年人认知特性及操控信息分布对助行器设计的相关研究，尤其是针对老年人注意力有限性和操控信息复杂性之间产生的问题研究。为此，本文基于边缘交互理论，研究老年助行车操控信息所需的注意力合理分配机制，并据此对操控信息及其载体进行合理化分配布局，使其更加符合老年人认知特征，减轻大脑认知负担。

一、边缘交互理论概述

边缘交互理论源自平静技术，指在当前信息爆炸的时代，尽可能采取一种相对“平静”的方式实现产品与使用者之间的交互，降低信息量过大带给用户的负担。将平静感的概念应用到交互设计领域，便诞生了边缘交互理论。边缘交互理论将人的注意力划分为注意力中心、注意力边缘与注意力的边界外，人的意识不断地在这三个区域来回穿梭。由此，借助注意力边缘展开产品交互设计，将大量的设计要素布置于用户注意力的边缘，既减少用户的记忆负担，又可以有效处理多项事务而不影响关键任务的完成。现有边缘交互研究中，多以产品个例为引展开研究，缺乏便捷可行的完整流程方法用于指导产品交互设计，为此本文针对设计要素所属的注意力层级，以及不同注意力层级特点提出相应的交互方法去指导老年助行器的交互设计。

二、老年助行器设计要素所属注意力层级分配

在基于边缘交互理论的助行器交互设计方法中，首要为设计要素所属注意力层级的分配。基于多属性决策（MADM）进行综合评价，其评价数据指标的一方面来自眼动实验数据的分析综合，另一方面来自SEEV注意力因素的定性评价，综合对各类数据指标的综合处理，得到各设计要素的综合评价值，结合注意力层级的四象限图，实现老年助行器设计要素的合理化分配。

（一）老年助行器眼动实验分析

选用市面上19种典型的助行器图片作为样本，如表1所示（编号为S1～S19），共邀请到20名受试老年人，通过统计助行器样本热点图中的主要关注信息，整理出老年助行器的设计要素，并主要针对产品观测热点图进行统计分析，通过对兴趣区域的注视时间、进入次数、注视点个数等实验数据的分析处理，获取老年助行器设计要素的定量评价指标。实验样本的热点图分析如表1所示：

>表1 老年助行器实验样本热点图分析

由热点图分析可知，老年人在使用助行器时关注的信息主要集中于扶手、手闸、座椅、整体支撑架、衔接结构以及智能操控等部分。对于智能助行器的操控部分以及结构衔接处，老年人均表现出较大的兴趣，具体包括控制器部分、高度调节机构、制动机构以及固定机构。通过以上对助行器样本热点图的分析，得出老年助行器的设计要素，即：扶手、手闸、座椅、靠背、车轮、高度调节、制动调节、固定调节、显示屏、操作按键以及整体支撑架。

根据不同设计要素在老年助行产品中的分布对老年助行器样本划分兴趣区域，不同产品的相同兴趣区域的注视时间、注视率、注视次数均是衡量用户对产品各设计要素关注度的重要指标。

（二）SEEV因素导向的助行器定性指标获取

SEEV注意力模型展现了在动态环境中的注意力分配原则，主要包含四个关键影响因素，即突显性、期望、努力和价值，其中，努力Ef反映了操控信息交互过程中受到的负荷，对注意力资源分配起抑制作用，期望Ex则对注意力的分配起驱动作用，表现为对操控行为的反馈设计，并且期望值是一种注意力中心与注意力边缘转化的衡量标准，用户对该信息的期望值越大，说明该信息越容易被注意。与此同时，需要提升信息的突显性S，信息的突显性越高，越能吸引使用者的注意，因此信息的突显性程度也是衡量是否将设计要素置于注意力中心的合理依据。

由此，将SEEV注意力因素作为助行器设计要素的定性评价指标，包括设计要素的突显性程度，努力程度，受期望程度（图1）。判别设计要素与各影响因素的关联程度，计算获得各设计要素的定性评价指标。

（三）基于多属性决策法的设计要素所属注意力层级分配

多属性决策法根据属性集合从给定的有限备选方案集中选择最理想的备选方案，采用多属性决策法对设计要素所属注意力层级进行分配映射，由眼动实验得出的定量指标与注意力影响因素导向的定性评价指标整理，用于设计要素所属注意力层级的合理化分配。多属性决策法以应用广泛的OWA算子作为数学工具，其定义如下：

关于Wj向量的赋值，本文采用如下公式：

假定对于有限设计要素集X=(x1,x2,…xn)而言，相应属性参数U=(u1,u2,…um)权重未知，将所有要素对应的属性值aij整合，可得决策矩阵A=(aij)n×m，若存在不同类型的属性值（例如成本型和效益型），需进行标准化处理。由此，将得到的定性及定量评价指标代入，求得其相应的综合评价值z(ω)，再结合注意力层级四象限图，进行老年助行器设计要素所属注意力层级分配。

三、基于边缘交互的老年助行器交互设计方法及流程

（一）老年助行器交互设计方法

注意力中心为集中的、专注的交互行为，需要有意识的直接精确操控；注意力边缘交互行为则可以适当减少专注度，是一种潜意识、不精确的操控行为；而在注意力边界外，是用户潜意识甚至于无意识去操控完成的。依据不同注意力层级的信息交互特性及其作用机理，本文提出三种交互设计方法，以提高老年助行产品的交互性能。

1.创建多感官通道交互：针对注意力中心层级的设计要素，为吸引老年用户的注意力，助行产品的交互结构要充分调动老年用户的信息输入通道，包括视觉、听觉、触觉等感官通道。用户通过多个感觉器和运动器与产品发生交互，主要的交互类型包括听觉交互、视觉交互以及触觉交互，以三者的有机配合去实现老年用户与助行器之间的信息交互，有利于解决交互的注意力资源和信息通道竞争问题，提高交互自然性。

2.缩减感官通道交互：针对注意力边缘层级的设计要素，充分利用注意力边缘实现用户与助行产品的快速、有意的交互行为。在此层级的设计要素与老年人的交互主要依靠潜意识，因此，相应信息可以适当减少对用户注意力资源的消耗，产品上的设计要素与用户发生交互时，可以适当减少产品所调用的用户感官通道类型，采用两种交互方式相互配合去实现，例如：采用视觉交互、触觉交互的配合或者听觉交互与触觉交互的配合去实现老年人与助行器之间的信息交互。

3.单一感官交互法：对于注意力边界外的设计要素，用户与产品的互动是无意识进行的，消耗用户的注意力资源少，因此调用一种感官通道的方式为主，减少注意力资源的消耗，考虑到老年用户身体机能特性，故主要选用触觉通道作为主要感知通道，采用触觉交互方法进行设计。

在此基础上结合技术进化定律，可得老年助行器在不同层级的交互策略，如表2所示。

>表2 助行产品的交互策略

（二）老年助行器交互设计流程

总结以上过程，将设计要素提取作为产品整体设计流程的输入端，各层级交互设计策略为输出，以多属性决策法的设计要素所属注意力层级分配方法为桥梁，形成了一套完整有效的老年助行器交互设计流程。（图2）

>图1 SEEV因素导向的助行器定性指标获取

>图2 设计要素注意力四象限分配图

>图3 座椅高度调节机构

>图4 按键交互功能

>图5 界面交互功能

>图6 脚蹬的交互方式

>图7 用户推行方式

>图8 家人助推方式

四、推行式智能助行器设计实践

通过眼动实验分析，依据设计要素分布将助行器样本注视区域划分为6个子区域（表3），其中，老年助行器的调节结构、制动结构、固定结构，划归为衔接结构区，而智能显示屏、按键划分为智能操控区。由于产品上存在着一定的交叉结构，按以上兴趣区域划分，如果该区域的结构不具有单一性，考虑到人眼注视具有范围性，则认为兴趣区域测试的数据对于该区域包含的每个设计要素都同样适用。

>表3 样本兴趣区域划分

统计各样本图兴趣区域的注视时间、注视率、注视次数，其均值见表4。由于产品图片样本选取不同，个别设计要素并不存在于样本中，但也一定程度上反映出该设计要素对产品本身的重要性，因此，文章对个别缺失的这些设计要素时间设为0。

>表4 实验数据汇总

在此基础上，采用多属性决策法对定性、定量指标进行评价，选取9个待处理的设计要素，分别为x1为助行器的扶手，x2为助行器的座椅，x3为助行器的靠背设计，x4为助行器的支撑架，x5为调节结构，x6为固定结构，x7为制动结构，x8为操作按键，x9为手闸；选取6个评价指标，分别为u1设计要素的突显性程度，u2（设计要素所需的努力程度，u3设计要素的受期望程度，u4平均注视时间，u5（平均注视率，u6平均注视次数。依据指标类型的不同，本文将前3个指标和后3个指标分别置于决策矩阵A和A’中，见表5。

>表5 决策矩阵

以设计要素定量决策值为横轴坐标，定性决策值作为纵轴坐标，建立设计要素的四象限分配图（图2），图中的象限分别代表注意力的三个层级，第一象限代表注意力中心层级，第二、四象限代表注意力边缘层级，第三象限代表注意力边界外层级。通过注意力四象限图，得出各设计要素与注意力层级的对应关系，即注意力中心的设计要素为座椅、调节机构、固定机构、制动机构、支撑架，注意力边缘的设计要素为扶手、操作按键、显示屏、手闸；注意力边缘外的要素为靠背、脚蹬。

确定各设计要素所属的注意力层级，依据不同层级的交互策略，提出有针对性的交互设计，见表6。