基于情绪外化所进行心理检测的概念产品设计研究

2024-01-06白嘉铭王頔刘鑫

设计 2023年23期

白嘉铭王頔刘鑫

摘要：通过佩戴收集青少年心理健康数据，提出方案从而进行的青少年心理健康关爱。通过识别面部表情和肢体语言进行分析，构建青少年心理模型，起到监测和应急处理青少年心理状态的智能穿戴设备，起到数据收集，整合使用者当前心理活动状态。缓解青少年心理压力，构建健康心理。该方法可以提供全新的青少年心理健康解决思路，有着可持续创新理念。

关键词：青少年心理；心理監测；面部表情识别；生理信号；缓解心理压力

中图分类号：J51 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0105-03

Abstract：To collect the mental health data of adolescents through wearing，and propose a plan to carry out the mental health care of adolescents. Through the recognition of facial expressions and body language analysis，the psychological model of adolescents was constructed，and the current mental activity state of users was analyzed，so as to play a role in the invention of intelligent wearable devices for monitoring and emergency treatment. Relieve the psychological pressure of adolescents and construct healthy psychology. This method can provide a new way to solve adolescent mental health and has the concept of sustainable innovation.

Keywords：Adolescent psychology；Psychological monitoring；Facial expression recognition；Physiological signal；Relieve psychological stress

一、时代背景及研究意义

（一）时代背景

根据国家教委抽样调查，我国存在不同程度的心理障碍乃至心理疾病的大学生有近五分之一，需要心理卫生服务的大学生高达四分之一，有明显的心理障碍症状的大学生人数有十分之一，其中大部分学生急需心理咨询和治疗。根据《中国教育科学研究院德育与心理特教研究所》研究表明，大规模灾难和经济衰退会导致心理疾病的风险增加。疫病大流行同样可以导致心理问题，对儿童、青少年来说尤甚，因为大多数精神障碍始于儿童时期。

在针对疫情环境下青少年心理影响方面从以下几个观点阐述：第一点，随着疫情的反复和双减政策的出台，学校及各类教育机构被迫关闭，青少年不仅在线下面授学习过程被中断，此前由学校提供的非学业支持也同样缺失。因为长期居家不能外出，正常的同伴交往和户外活动受阻[1]。第二点因为疫情带来的经济衰退，家长的教育行为和相关活动也同样影响较大。疫情的暴发和反复持续，直接改变了青少年的学习、生活环境，威胁青少年身体健康的同时，也给其心理发展带来前所未有的挑战。

（二）研究意义

心理健康在我们的学习生活中有着至关重要的作用，情绪则是心理的外化表现，而不稳定的情绪是一种心理疾病。当人们长期处于不稳定的情绪中时，心理疾病和相关诱发疾病的概率也会随之增加，情绪的外露和肢体语言表达则对个人心理活动的呈现更加具体和形象。

表情因为其具有直观性的特点，在早期被用于识别情绪作为依据，但随着研究的深入和微表情学科出现，其权威性受到质疑，面部表情并不是完全客观的信号。随着医学的进步，脉搏、心电图、人体温度等更多生理信号研究的深入。研究的重点也向人体的生理信号所倾斜，因为对比表情来说，其欺骗性更小也相对更客观。现有的基于生理信号所进行的情绪识别中，在生活和日常学习中有诸多不便，靠着电极接触的方式进行属于大型的可穿戴医学设备，使佩戴者的数据收集更加精准，但相应的也会令佩戴者产生不好的情绪影响，非接触式的设备精准度也得不到保障。

因此，我想做一款智能穿戴设备，可以在第一时间捕捉我们的面部表情和肢体语言，反馈给设备中心，用来记录我们一天的心理活动变化。其也可以连接手机、平板、电视等电子设备。当使用者的情绪波动较大，从而影响身体健康的时候，会连接智能设备，进行举措。产品的表现形式：不拘泥于手环、手表等常规形式，可以设计成眼镜、帽子、小卡子等形式。

二、辅助心理健康算法的发展及其现状

（一）基于面部表情关于心理监测相关技术发展

1.发展历史

达尔文在其著作《人类和动物的表情》中，首次论述了人的面部表情和动物的面部表情之间的关联和分别。1971年，Ekman和Friesen研脸识别提取的特征是不同人脸的个体差异（特性），面部表情作为干扰信号研究了6种基本表情：高兴、悲伤、惊讶、恐惧、愤怒和厌恶，并系统地建立了存在[2]。细致地描述了每一种表情对应的面部变化，包括眉毛、眼睛、眼睑和嘴唇等是如何变化的[3]。1978年，Suwa等人尝试对视频动画进行人脸表情识别，可在连续的图像序列中进行面部表情自动分析。20世纪 90年代开始使用光流变化来判断肌肉的运动方向[4]。自此面部表情自主辨认步入了全新的时期。

2.研究现状

在基于面部表情的情绪识别方法。第一是基于保罗·艾克曼开发的面部动作编码系统来描述面部表情，此系统将人脸划分成不同的单元格，通过不同的面部单元格所呈现的人脸表现和编码一一对比来呈现出不同的情绪判断；第二是从面部图片中提取图片特征再将特征输入分类器根据特征进行情绪分类[5]；第三是利用图片和视频，视频帧相比于图片帧多了时间维度，将收集好的数据在进行编码收集，从而达到更加准确的目的。

1978年一套基于面部微表情编码被开发，它是由心理学家Ekman提出。其特征是将面部划分为多个单元，从而进行表情的识别，并于2002年更新数据库，该系统通过不同面部单元的运动来作出对情绪的判断。之后也有局部面部器官几何特征判断情绪法被相继提出，如表1。

（二）基于生理信号关于心理监测相关技术发展

1.发展历史：美国心理学之父威廉·詹姆斯在19世纪开展了关于生理机制与情绪相关的实验研究，其认为情绪的出现跟自身的生理机能息息相关，当人们出现不同的心理时所对应的生理机能也会做出相关联的举措。例如：激动会引起脉搏与呼吸节奏的加剧，大脑皮层的生物电反馈会随着情绪的波动变化，自主生理活动对情绪的影响虽得到了论证，却将大脑中枢的反应忽略，其同样对情绪有着不同程度的影响。随后Cannon与Bard一起提出了丘脑理论，丘脑控制了生理信号和情绪的变化，但真正决定情绪的是中枢脑区。其肯定了中枢脑区对于情绪的控制起到了决定性因素。种种神经反馈成像研究表示，当人们情绪产生不同变化时，大脑皮层与皮下丘脑都伴有特异性激活和失活，这正揭示了大脑皮层与情绪变化的相关联系。

2.研究现状：江苏大学在2006年针对多生理信号的情绪识别的问题，以生理信号的分析为切入点，对受访者进行表情观察，行为判定和情绪的主观感受将其作为评判体系的研究方法。得出的结论（1）以生理信号分析为主，辅助表情行为观察和情绪主观感受报告，是一种很有效的情绪识别方法，所得数据更加客观和准确，提高了情绪识别率[6]；（2）实验方案合理，能达到很好的情绪诱发效果[6]；（3）H R、H RV、R波、T波各生理参数对情绪较敏感[6]。（4）由逐步多类判别法提取出H F P，H R m a x，PNN50，LF/HF，Ratio，LFP，Mean NN这7个特征生理参数，构建情绪判别方程Fuction1，Fuction2；Z1、Z2，Z3[6]；（5）轻松的判别率为88.0%，快乐的为92.0%，恐惧的为80.0%，总体的判别正确率为86.7%，本研究的情绪判别函数达到较理想的情绪识别结果[6]。

在中国航天工程大学研究院在2021年针对多生理信号信息融合技术的问题研究中，以情绪模型为基础，研究自主神经系统生理信号的情绪识别，脑电信号的情绪识别和功能性近红外光谱技术的情绪识别的研究中并通过与信息的融合进行整理以上3种情绪识别为主流，虽然应用广泛但目前停留于实验室研究阶段。

三、心理监测设备的用户分析

以走访用户和问卷调研的方式进行用户调研。在对青少年家庭的走访中，可以认识到智能心理监测的功能对青少年身心发展有着巨大的帮助；在对家长和监护人的访问中，得知对此类产品问世的期待与期盼，期望可以及时了解到青少年在学习生活中所面临的压力，并出台相关解决方案，起到关心，关爱青少年心理问题的重要作用，岁青少年心理健康发育发挥着至关重要的作用[7]。

（一）用户调研

由于产品特性，分为几大使用者模块，监护人以及心理医生多个使用群体。整合其中关系针对使用者特性并结合用户旅程图（略）与服务蓝图，并充分利用大数据资源调研成果，完成用户研究。对于青少年、青少年监护人以及心理医生和其他相关从业者进行了数据调研。

（二）用户分析

通过166份有效问卷并结合用户访谈，对心理监测设备用户进行统计和分析，得出结论：

1.98%的被调查者对关注青少年心理监测手表表示感兴趣，希望其主要功能突出。20%的被调查者关于青少年对于身体健康，睡眠健康等功能的加入表示期待。69%的被调查者认同智能检测手表的附加功能，应符合青少年正常学习生活中的使用途径，这部分更多为青少年监护人以及心理医生。

2.从产品的外观调研中得知，85%的被调查者更希望拥有前卫有科技感的外观设计，其中高达70%的被调查者更希望有着曲面屏的前卫设计。

3.在对颜色的调研报告中，有着83%青少年在产品颜色的喜好上选择丰富的产品色彩，而80%监护人与心理医生人群的调研中较多选用低纯度颜色，例如黑白与灰色系的选择。掌握色彩和人们的生理和心理关系，遵循色彩设计的应用法则，设计出极具创意、传播效果理想的作品[8]。所以在监护人及心理医生手表模块上的颜色上主色调为黑白配色，青少年的模块为丰富配色（图2）。

4.在材料的选择上科技感与时尚感兼具，金属与橡胶相结合在兼具科技感外观的同时也提供了很好的防滑性。

通过本次调研显示，使用者希望产品的多样化得到体现，功能的更优化，和全面的功能更受使用者的喜爱，青少年使用者更希望娱乐功能的加入，监护人希望加入更多的不阻碍青少年学业的相关功能。纯色系，与彩色系可以划分使用者和监护人的产品划分，让其分辨度更高，也更方便后台收集数据。在造型上前卫而具有高科技的全面屏设计更加欢迎。上述来自一线的调研数据，在后期的产品生产设计上无疑有着重要的建设意义，为用户心理地图和人物画像起到了重要的基础作用。

四、基于情绪外化所进行心理檢测的概念产品设计实践

（一）设计思路

根据5W2H分析提出基于情绪外化所进行心理检测的概念产品的初步设计定位：

WHAT-是一款基于青少年情绪外化所进行的心理监测的产品；目的在于解决青少年阶段的心理问题，让其拥有更健康的心理。

WHY-拥有较好的市场前景，现有阶段没有相似的产品设计。

WHO-青少年（心理健康）

WHEN-后疫情时代，青少年暂未形成呢人生观，价值观阶段

WHERE-全天、心理健康、医疗、居家

HOW-医疗模块、智能检测模块，多模块的组合应用

HOW MUCH-开拓全新的市场，根据前期的用户使用情况再进行定价。

（二）设计流程

首先确立产品的用户群体和人群，青少年心理监测手表不单面对青少年这单一群体，监护人与心理医生也会佩戴其他终端产品与其相连。从市场调研和市场分析法入手，根据目前市场现有产品的现状进行分析，分析产品的优劣，与竞争核心手段是否具有较强的竞争力。现阶段的市场产品还未归纳完整体系与相关产品信息。根据前期的用户调研与分析数据，做出用户画像得出用户的喜爱与偏好。

首先是草图绘制，通过对外形的揣摩画出10幅以上的草图设计，这些草图对功能性的组件进行绘制。在整个产品设计流程中将信息交互，人机交互的理念深入研究，在归纳整合信息，集思广益，发散思维进行产品3D建模，产品渲染，产品的服务蓝图，UI界面形成一套完善合理的设计方案。因为该款智能穿戴产品分为青少年款与监护人款，所以在受用人群，功能设计等方面有着相当的特殊性，所以在青少年喜爱的颜色与可以接受的营销方案进行市场研究，整合归纳出用户在使用过程中的痛点并加以升级，再从造型与功能分析相关产品的发展历史，尽量满足用户的目标需求，做出好的设计产品。

（三）设计内容

1.模块化设计，心理监测手表的交互载体我选取了青少年最喜爱，富有科技感创新的外观，充分考虑到这款监测手表是否可以被青少年所接受，在主打功能心理健康监测的同时也兼备简单的娱乐功能，让青少年在使用过程中更加容易上手，再从心理的角度出发，也能给青少年带来更多的惊喜感与好奇。如图1所示为产品外观模型，将美观与功能相结合，减少产品直观的复杂感，简约流畅的弧线，与全面的屏幕带来更多的科技感与圆滑的流线型，减少棱角的尖锐感，增强亲和感（图1）。同时考虑到多位使用者同时使用场景，采用模块化设计产品分为：产品的使用者模块（配色图2），监护人模块，后台模块，医生模块。

2.交互界面，在有不同模块的同时，也有相关的AppUI设计作为辅助让使用者更加清楚地看到心理变化趋势和提供相应的问题解决方案。如图所示为个人档案界面（图3-1）：做好佩戴者的相关数据收集与整合，健康报告（图3-2）可根据年、月、日来提供不同阶段的心理变化与心理问题总览，一目了然。在这个环节可以得到相关的解决策略（图3-3）；有为使用者提供的线上心理一对一辅导（图4-1），也有为监护人提供的相关书籍，影音资料等（图4-2、图4-3）[9]，可以更加全面地了解青少年在不同阶段的相关心理问题。

3.交互多功能的实现，通过佩戴者（青少年）的日常数据收集，在信息收集完后向监护人推荐解决办法，来更好地给监护人建议，后台也会在每周每月每年的各个节点出台相应的心理健康报告来辅助完善，从而更方便、全面地观察青少年的心理变化趋势。监测手环与手机相连做到实时反馈信息，手环上的可移动纽扣可以别到衣服上，贴近皮肤处已起到检测心情波动等功能，同频上传到后台，让使用者，家长和医生可以第一时间得到通知。并做好后续的数据收集以及上传平台，可以让使用者更了解自己的心理健康问题，随时可以查看之前的数据以及应该做出的调整，同时每星期，每月，每年都会出个人心理报告，来让使用者观察心理健康历程。如果青少年心理出现健康问题，会有心理医生出台相关解决问题（心理疏导，心理医生线上指导，推荐视频，解压音乐，解压小游戏）推荐给孩子家长，来应对青少年的心理成长时所出现的相对应问题。

4.在技术实现方面，利用面部表情与生理信号双收集的方式：第一，建立面部表情情绪识别库输入若干原模型作为AI算法学习的基础，将面部划分成不同的区域形成单元来识别情绪，再通过收集而来的信息不断完善信息数据库从而迭代升级。第二，运用BIA（生物电阻抗分析传感器），PPG（光电容积脉搏描计法），ECG（心电图）多种监测与身体健康数据（心率，脉搏，生物电反馈，血氧含量，血压）算法相结合。测出情绪变化时身体数据的变化，找到个人身体情绪的变化规律，这种变化规律是很难改变的，从而更加准确地捕捉到情绪的变化规律，从而进行判断。再以生理信号为主，辅助面部表情数据库可以更加精准分析用户的情绪变化，从而作出准确的判断与预防青少年心理疾病的形成。

结论

面对青少年心理问题及其相关的解决方法，本篇论文给出了全新的解决方案，通过产品的介入，来辅助家长，面对青少年的心理发展阶段从而起到更多的帮助。青少年的心理健康关乎着青少年是否可以在人生最重要的时刻形成正确的人生观，价值观，是否可以健康茁壮地发展。青少年的健康也关乎一个国家和民族的未来，这是一个不可忽视的大问题。通过多模块，多手段的运用，对青少年在身体发育阶段所面对的不同问题提出意见，最终达到陪伴青少年茁壮成长的目的，是可持续发展，创新的好设计。