基于游戏理论的儿童智能陪伴机器人交互设计研究

关怀

摘要：解决儿童智能陪伴机器人产品经常被儿童闲置的问题。通过分析产生问题的原因，借助部分游戏理论去进行交互设计改良。得到改良后的交互模型。该方法可以很好地解决以娱乐功能为主的产品的交互问题。

关键词：游戏 儿童 智能 机器人 交互设计

中图分类号：：TB47

文獻标识码：A

文章编号：1003-0069 （2020） 09-0060-03

引言

社会和科技的发展在带给了人们生活便利的同时，也提高了社会对人们的要求。当下的80后和90后年轻人正在面临着快节奏的社会带来的更大的学习压力和工作压力。这些年轻人一部分已成家生子，却缺乏时间和精力陪伴自己的孩子。近些年，儿童智能陪伴机器人在市场上流行，便是找准了当下年轻父母的切实需求。然而根据实际调查，现有的儿童智能陪伴机器人的实际使用效果却并不理想。儿童在使用智能陪伴机器人时，只是一时新鲜，更多时间儿童智能陪伴机器人被儿童闲置，最后仅仅成为了年轻父母们降低无法陪伴孩子的愧疚感的精神安慰。针对这种情况，我们不应过早的否定此类产品的实用价值，而是要分析问题并尝试解决问题。本文通过对当前儿童智能陪伴机器人的交互设计分析研究，借助游戏理论尝试解决其交互设计的问题，使产品真正可以实现陪伴和教育功能。

一、游戏与交互设计

（一）交互设计：交互设计的概念最早起源于计算机的网站和图形设计领域，由比尔莫格里奇所提出。在交互设计概念提出以前，人类其实早就进行着交互设计行为。广义的交互设计行为可追溯到人类学会工具的使用时期。看似简陋的石器在设计和制作的过程中，实际人类已经对使用石器的具体方法和情景做了大概的预想。这个预想便是交互设计的体现，即人与石器的交互设计。交互设计一直到上世纪90年代其概念才被人们所提出并重视，最主要的原因是计算机技术的发展。计算机相较其他产品可实现与人更复杂的交互行为，拥有更强大的交互能力。因此在设计计算机产品时，人们常常对其使用方法和场景不能做出正确全面的预想，导致设计出的软件产品在用户使用时产生很多交互问题。人们意识到修改这些问题的金钱成本和技术成本都很高，应该尽量在设计阶段避免产生这些问题。因此交互设计才被人们放到重要的位置，作为一门独立的科学去研究。此时期的交互设计因为主要研究计算机交互，所以更多停留在界面的交互研究。随着计算机技术的发展与进步，计算机与人交互的能力变得更强。这种交互能力的强大主要体现在交互的时间，交互的频率，交互语言的识别和表现，交互的路径逻辑等。受到计算机强大交互能力的影响，其他产品也开始借助计算机的力量，提高自己的交互能力，这便是产品智能化时代到来的原因。产品的智能化也彻底把交互设计从计算机图形界面交互中拉到更广阔的领域。语音交互和手势交互的发展，使人们开始认识到交互设计的本质。交互设计是两个或多个事物之间的相互交流对话的设计。人与人会产生交互，例如一堂课的教学设计，其本质是教师和学生的交互设计。物与物也会产生交互，例如物联网产品中就存在着物与物之间的交互设计。然而我们所熟悉的交互更多的是指人与物的交互，或者说是人与机器或人与系统的交互。产品交互设计的研究，便是研究人与物之间的交互设计方法，注重的是交互中的用户体验和易用性。

（二）游戏：游戏的起源有很多种学说解释，包括剩余能量说、本能说、练习说以及宣泄理论。这些学说理论的共性指出游戏活动是一种本能的行为。游戏是一种哺乳类动物缓解无聊和舒缓压力的一种行为活动。游戏由“游”和“戏”两字构成，前者“游”强调的是互动参与性，后者“戏”强调的是戏剧性和故事性，其字面含义是一种互动参与的戏剧。早期游戏活动中“游”和“戏”是完全分开的。例如早期人类的丢石子活动，其本质是一种直接参与式娱乐活动，更接近“游”的含义。而人类早期的观看和阅读行为，其本质是—种间接参与式娱乐活动，更接近“戏”的含义。无论是“游”和“戏”活动，其作用都可以带给人愉悦感。“游”的活动从最早的丢石子、追逐或打猎，为增加趣味性加入了竞技和合作元素，例如射箭比赛和蹴鞠比赛。“戏”的活动从看热闹，逐渐增加了观赏内容的故事性，例如看京剧和读小说。间接参与式娱乐活动，是一种用大脑参与的智力活动，通过观看或阅读促使大脑活动。直接式参与娱乐活动，既可以身体参与，也可以大脑参与，因此既可以是智力活动，也可以是身体活动。而两者的结合使人类的娱乐活动变得更有趣，例如象棋就是在竞技性智力直接参与式娱乐活动中融合了间接参与式娱乐活动中的故事性元素，把摆放棋子的智力活动融合在楚汉战争的故事里。随着计算机技术的发展，游戏的道具和场景开始从实体转向虚拟。虚拟游戏的最直接优点就是节省成本，相较在现实中制作复杂的游戏道具和场景，在计算机中仅需图形、声音和程序等元素就可以实现游戏。随着网络技术的发展，计算机游戏从早期的单机游戏逐渐向网络游戏转变，使游戏拥有更多的同时参与人数。游戏机游戏，掌机游戏和手机游戏其本质都是一种计算机游戏，区别仅仅是计算机外在形式。无论何种形式的计算机，其游戏都因为受限于交互方式，多为智力游戏。因为人们很难通过点击、触摸、按压、摇动等小幅度的动作实现足够的身体运动。随着交互技术的发展，虚拟游戏中实现身体运动也成为可能，例如体感游戏和VR游戏。近些年大制作和大投入的实景游戏开始流行，人们愿意付出更多的成本把虚拟游戏重新搬到现实中来，例如智勇大冲关，鬼屋等。在多种娱乐活动中，游戏的娱乐性最高。游戏构成的基本元素包括目标，障碍，规则和参与者。一个完整的游戏流程是参与者遵循某种规则通过障碍达到目标的过程。游戏设计中的一个重要部分便是游戏流程中参与者与游戏系统的交互行为。游戏交互设计注重的是参与者在交互中的乐趣体验和交互的卷入度。

（三）交互设计与游戏：交互设计和游戏虽然从两个不同的起点独立发展而来，但最终所研究的对象本质完全相同，都是研究人与系统之间的交互设计，而产品交互理论和游戏交互理论却存在着部分差别。产品交互设计关注更多的是交互过程中的用户体验和产品的易用性。游戏交互设计关注更多的是交互的卷入度。产生这种差别的原因主要在于产品功能属性的不同。传统意义的游戏若看成产品，其不具备实用功能，只有娱乐功能。这类产品在交互设计时必须着重考虑产品的卷入度，因为人们没有必须使用产品的理由。只有产品具有吸引力且可以吸引人持续使用，其娱乐功能才能体现出来。例如腾讯的王者荣耀游戏，应用了很多心理学理论来增加游戏的卷入度，使玩家在游戏的停留时间更长。传统意义的产品交互设计中的产品，多只具备实用功能，因此只需要考虑产品交互过程中的用户体验和易用性。例如电饭煲，其实用功能决定人在做饭时必须使用，完全不需要考虑卷入度，只需要考虑其使用的易用性和用户体验即可。然而今天的产品和游戏已经无法完全划分界限。严肃游戏也在游戏中加入了实用功能。产品为了增加趣味性也增加了娱乐功能。对于同时具备实用功能和娱乐功能的产品，其交互设计理论也应该把游戏交互理论运用进来，帮助更好地完成交互设计。需要注意的是实用功能和娱乐功能只是便于理解的简单划分，是否把游戏交互理论的卷入理论应用在产品上，主要取决于产品的功能是否为必要强制使用的功能。例如学习功能，在必须使用的情况下，可能偏向实用功能。如在疫情期间老师要求学生必须使用网课学习产品学习，儿童因为某种外在原因必须使用产品时，它就更接近于实用功能属性。若学习功能不是必须使用，仅仅是课外辅导学习软件，则要考虑如何可以让儿童卷入到交互中，这更接近娱乐功能。

二、儿童智能陪伴机器人的交互设计分析

（一）儿童智能陪伴机器人：儿童智能陪伴机器人是一种目标群体主要定位在从出生到初中阶段的婴幼儿和学龄儿童的智能机器人。目前儿童智能陪伴机器人产品功能主要包括儿童教育辅导，儿童机器人玩具以及基于云技术的家长监控和通讯功能。近几年，儿童智能陪伴机器人真正在市场中的获得了发展，其原因得益于人臉识别技术、图像识别技术、视频交互及大数据分析等Al技术的不断成熟，这些技术与家庭机器入主要应用场景可以做到高度耦合，为用户提供良好的使用体验。同时，技术的进步使得机器人的生产成本不断降低，为规模化提供了可能性。另外，相较于工业机器人领域的高技术要求，儿童智能陪伴机器人对Al技术的应用比较初级简单，容易落地生产。

（二）儿童智能陪伴机器人的功能属性：儿童智能陪伴机器人便是具备双重功能的交互产品。目前市场上儿童智能陪伴机器人的功能定位主要是围绕陪伴、教育和监护三大方向，其具体的功能包括视频通话、同步课题、中英互译、行走跳舞、语音控制、APP扩展下载等。其中视频通话属于典型的实用功能，其实用体现在可以提供儿童和父母之间的联系沟通功能。这类实用功能的交互设计着重考虑用户体验和易用性。如果在机器人上的交互易用性和用户体验不如同功能产品，那人们就会放弃使用此产品。其中的行走跳舞属于典型的娱乐功能，娱乐功能若没有卷入度，用户会很快失去兴趣而离开产品。其中同步课题和中英互译虽然并非娱乐功能，但是因为属于非强制使用功能，其对交互卷入度的依赖，更接近娱乐功能。由此可见，儿童智能陪伴机器人的教育和陪伴功能大部分属于非强制使用的功能。

（三）儿童智能陪伴机器人的交互设计问题：通过对现有儿童智能陪伴机器人的功能定位分析，可以总结出产品的大部分功能都是接近娱乐功能的非强制使用功能。而其中唯一接近实用功能的视频通话功能，也很难在易用性和用户体验上超过手机或其他拥有同功能的产品。这就是为什么大部分儿童智能陪伴机器人在实际使用中被闲置的原因。在交互设计中，对交互设计的评价有三个时间维度包括初体验，使用过程中和使用后评价。儿童智能陪伴机器人只用新奇的功能和可爱的造型，实现了吸引用户初次尝试体验。而在使用过程中，由于用户没有必须使用的理由，也没有持续使用的兴趣，产品和用户之间的距离变得越来越远，最终产品与人的交互彻底中断。而产品预想的功能定位是长期的陪伴儿童，实际交互生命却无法达到这种预想。

三、基于游戏理论的儿童智能陪伴机器人的交互设计改良

（一）游戏交互设计的理论

1.成就感需求、即时反馈和心流效应：游戏作为一种娱乐活动，是人类在大脑或身体长期处于休息时的一种不舒适状态的本能调整方式。人们虽然可以有多种活动选择来改变这种状态，例如打扫房间或读书学习，但是人们常常会选择娱乐活动中的游戏来改变这种不舒适状态，其原因在于游戏可以给人更多的成就感。成就感是指一个人做完一件事情或者做一件事情时，为自己所做的事情感到愉快或成功的感觉，即愿望与现实达到平衡产生的一种心理感受。成就感有高有低，完成一件事的难度越大，完成后的成就感越高，反之越低。游戏设计为了给玩家带来较高的成就感，通常会设计无数的障碍，阻挡玩家通过最后关卡。玩家在克服所有困难后通过最终关卡时会获得更高的成就感。游戏中的成就感属于一种交互设计中的良性的用户体验。用户希望再—次获得这种愉悦的体验，就会自愿再—次参加后续活动。然而让人感到成功是需要客观反馈的，因此游戏中经常会有胜利的动画或奖励。人们很难凭借自己主观判定是否成功，例如，人在学习时很难断定自己一天的学习是否是有收获的，这需要考试分数反馈来验证。反馈得不够及时，人就会因为长时间没有获得成就感，而逐渐失去继续进行该活动的本能动机。即时反馈可以给用户带来不断的成就感体验，这就是吸引用户不断自愿参加活动的主要原因。在游戏设计中应用的一个重要的理论是心流效应理论，如图1。从图中可以得出，人完成一件任务后技能会得到提升，再次完成相同任务，成就感就会降低。因此，让用户持续获得较高的成就感，就要跟随用户能力不断提高，设置更高难度的任务，使用户一直处于心流状态。

2.社交需求：社交需求是游戏吸引人持续参与活动的另一个关键要素。人获得成功若没有人分享喜悦，这种愉悦感便失去一半。人也渴望在生活中认识更多的人并与之交朋友，分享成功的喜悦。网络游戏为了满足用户的社交需求，会提供好友功能，聊天功能和成就展示功能，如图2，为王者荣耀游戏好友段位排名展示功能。用户渴望将自己的成功分享展示给其他人，因此为了达成目的，会主动参与活动。同时，为了保持好友关系，会经常和好友共同参与活动。

（二）应用游戏理论的儿童智能陪伴机器人交互设计改良：根据游戏交互设计中的增强卷入度的方法，将用户的成就感需求和社交需求在交互设计中加以考虑，对儿童智能陪伴机器人的交互流程进行改良设计。

1.增加亲密度交互系统。儿童每日第一次完成使用机器人对话或使用其他功能，会积累1点亲密度，亲密度上限为100。亲密度在每天凌晨O时会扣除1点。如图3，为亲密度系统状态转移图。亲密度交互系统是一种交互的拟人化，和机器人外观造型拟人化有相同的作用，可以增加产品的亲近感。儿童在和机器人交互的过程中，通过机器人不同亲密度的外在动画表现，会产生和朋友相处交流的感觉，满足儿童建立友谊的需求，使儿童获得良性的感性体验。亲密度交互系统在儿童每天第—次使用机器人功能时，会及时地给予亲密度增加的反馈，可以给儿童带来成就感激励。亲密度交互系统中亲密度每日扣除，促使儿童为了维持和机器人的亲密度会每日定时使用机器人功能，帮助儿童形成使用习惯。儿童只有每天第—次使用某种功能才可以增加亲密度，既可以保证亲密度增加和扣除的平衡性，也可以防止儿童使用单—功能突击提高亲密度，有助于儿童建立对机器人全部功能的使用习惯。

2.增加等级交互系统。儿童每次完成使用机器人对话或使用其他功能，会积累1点等级经验。当儿童与机器人亲密值达到60或以上时，每天可以增加5点等级经验。当等级经验达到升级条件可以提升机器人等级。如图4，为等级系统状态转移图。等级交互系统在儿童每次使用机器人功能时，通过等级经验的增加给与儿童有效即时反馈，可以带给儿童持续的成就感体验。等级交互系统通过和亲密度系统的关联，可以增强儿童维持亲密度的动机。等级交互系统不限制第—次使用功能，儿童可重复使用机器人功能获得等级经验，是为了儿童可以通过增加使用频率，弥补由于儿童获得机器人时间的不同导致机器人之间的等级差距。等级交互系统的等级不设上限，随着等级的提高导致升级所需经验的提高，升级难度逐渐增加，会使儿童产生一定的心流效应。同时等级交互系统也可以使儿童通过相互分享等级成就，提高成就感体验。

3.增加机器人虚拟游戏交互系统。机器人等级每增加一点，儿童可以为游戏中虚拟机器人增加一点技能属性，例如速度、力量和弹跳等。儿童通过增加机器人技能属性，通关更多游戏关卡，可获得更多故事或音乐内容。同时儿童也可通过游戏相互PK，比拼机器人的技能属性。如图5，为儿童智能陪伴机器人的交互界面。儿童可以点击主题游戏，进行与机器人技能属性相关联的游戏。虚拟游戏交互系统可以使儿童满足更多的社交需求，通过机器人技能PK，儿童之间可以相互比拼机器人技能。同时儿童渴望在朋友之间获得PK胜利，也渴望在游戏中通过更多关卡获得新的故事和音乐内容。这就会增强儿童提升机器人等级的内在动机，从而使儿童拥有每天使用机器人的主动意愿。

结语

通过实践证明游戏理论在产品交互设计中具有一定的应用价值，尤其对于娱乐功能为主的产品，和游戏交互设计有更强的相似性和相关性。儿童智能陪伴机器人是一种以娱乐功能为主的产品，因此将游戏理论应用其交互设计中，可以改善产品对儿童长期吸引力缺乏导致闲置的问题。本文对涉及到的游戏和交互设计的关联只进行了粗浅的理论阐述，针对这个方向的研究还有待继续深入。.

参考文献

[1]董甜甜，崔天剑.交互设计体验中的游戏性构建[J]包装工程2019，40 （22）：1-6

[2]侯江嫒，胡伟峰.家庭教育类APP的游戏化设计研究[J]设计2018 （5）：149-151

[3]许小侠，王晨亮.不同类型儿童陪伴机器人的造型设计与情感化设计浅析[J]工业设计2019 （10）：58-59

[4]陈国强，姜楠，张鹏，刘雨豪.基于感性工学的儿童陪伴机器人造型设计研究[J]包装工程2020： 1-8

[5]席银联，董继先，贺雪梅.基于AHP-PUGH的儿童陪伴机器人设计评价研究[J]设计2019 （21）：54-57

[6]张芮.儿童教育类游戏卡通形象及界面设计初探[J]设计2017 （4）：137-139