基于边缘交互理论的家用智能健身产品设计研究

杨 森

（中国矿业大学建筑与设计学院， 江苏徐州 221116）

0 引言

每个人都是自己健康的第一责任人。 随着生活水平的提高以及各种亚健康问题的层出不穷， 人们越来越注重个人健康管理。 2016 年10 月，国务院印发《“健康中国2030”规划纲要》，提出要广泛开展全民健身运动，积极发展健身休闲运动产业[1]。在国家政策和人民健身需求的双重推动下，我国运动健身行业迅速发展，情势向好。近年来，运动健身场景逐渐从户外转向室内， 从健身房转向家庭场景；运动健身产品也由传统向智能化转型。人们不仅注重健身产品的安全性、实用性，同时对健身产品的互动性、体验性等方面提出更高要求。 此番变化也给运动健身产品提出了新挑战——如何在家庭场景下为用户提供更好的运动健身体验。因此，探究家用智能健身产品设计对提升人们运动健身的体验和参与度，提高个人健康水平具有重大意义。

1 边缘交互及其相关研究

1.1 边缘交互理论

如今信息可以无处不在， 日常环境中的交互式系统分布在世界各地为每个人提供服务[2]，其数量远远超过人的数量。 在普适计算时代，用户可能会面临信息负载过重的问题。 因此，Mark Weiser 提出了平静技术（Calm Technology）[3]，旨在将技术以一种平静且不引人注意的方式融入到日常生活中。 边缘交互理论是基于平静技术与分散注意力理论提出的一种交互设计理念， 旨在合理利用有限的注意力资源，将交互置于注意力的边缘，最大程度上减少用户的认知负荷，减少对主要任务的干扰；同时，在与用户相关或希望时， 可以轻松地转移到注意力的中心[4]。边缘交互除了具有在注意力的中心与边缘之间转移的特征，还具有高度个人化的特征，即不同的用户针对同一个交互行为因受个人特征影响可能需要不同数量的注意力资源[5]。 有学者对“边缘交互”做了以下定义“边缘交互是短暂的，因为我们交互的重点在其它地方，希望在不强烈影响主要交互的情况下处理它”[6]。 边缘交互理论为解决日益增长的交互式系统与有限的注意力资源之间的突出矛盾提供了设计思路。

1.2 注意力与边缘交互

如今， 所生活的世界中充斥着数以亿计的各种信息源和移动设备， 这使个体的注意力成了所争抢的稀缺资源。绝大多数人都生活在并行、移动、多平台的环境中，要求用户专注的交互形式难以在与系统交互、 获得平静感之间取得平衡。在交互设计视域下，交互一般是指有意识的行为[7]，需要占用一定的注意力资源。 分散注意力理论将注意力描述为有限的心理资源， 并可以根据不同的活动类型对其进行分配[8]。Saskia Bakker 等学者提出了交互-注意力连续体的概念， 依据在交互过程中注意力参与的水平将其划分为注意力的中心、 注意力的边缘和注意力边界外[9]。 该学者基于注意力资源的分配情况，将交互划分为专注交互（focused interaction）、边缘交互（peripheral interaction）、隐式交互（implicit interaction）三种类型，并从交互行为的目的性与对交互行为的控制度两个方面对三种交互类型进行详细的阐释。如图1 所示，同一行为在不同的情境下所需要的注意力资源不同， 会产生不同的交互类型。 以通过智能手环查看时间为例，在“朋友询问现在时间，用户翻转手腕并查看时间”情境下，查看时间处于注意力中心，是有目的、直接精确的交互行为；在“边与朋友交谈边翻转手腕查看时间”情境下，查看时间处于注意力边缘，是有目的、直接不精确的交互行为，而此时与朋友交谈处于注意力中心；在“无意翻转手腕，手环显示时间”情境下，用户没有查看时间的意向，但是“手环”把翻转手腕这一行为作为输入并显示时间， 查看时间处于注意力边界外，是无目的、不直接控制的交互行为。

图1 不同类型的交互行为——以“通过智能手环查看时间”为例Fig.1 Different types of interactive behaviors——taking "checking the time through a smart bracelet" as an example

1.3 边缘交互理论相关研究

在人机交互领域，诸多学者在教育、智能驾驶、医疗等场景下基于边缘交互理论对智能产品设计做了一些研究， 已有一定的研究基础，An 等人针对教学场景下教师的注意力资源在人机交互方面受到限制的问题， 开发FeetForward 并证明其有助于将课堂技术更无缝地融入教师的日常教学[10]；Song 等人从边缘交互的角度出发讨论了智能驾驶情境下无缝的概念， 提出用于设计未来互联和自动驾驶车辆的无缝汽车多模态体验模型[11]；Guerra 等人证实了重症监护情境下， 基于边缘交互的设计可以在不中断主要任务的情况下传递信息[12]；有些学者评估了手势交互支持边缘交互的潜力， 并证实了手势交互存在于注意力边缘的证据[13-14]。

2 家用智能健身产品

2.1 智能健身产品

智能健身产品是智能技术与运动健身功能有机结合的产物，具有智能化、个性化、场景化的特征[15]，可以为用户提供精细化和多样化的健身服务， 增强健身的专业性和体验感。随着对个性化健身需求的增强，智能健身产品正逐渐成为用户进行健身运动、 实现健康管理的重要手段。基于交互技术的发展和成熟，智能健身产品正逐步实现由单一交互方式向多种交互方式的转变。 智能健身产品的交互类型如表1 所示， 其中部分交互类型的主要媒介或以脱离产品的束缚， 或以非接触式的交互方式塑造着丰富的用户体验。

表1 智能健身产品的交互类型Tab.1 Interaction types of intelligent fitness products

2.2 家用智能健身产品设计趋势

智能健身行业覆盖运动健身软件、 智能健身硬件等领域，正逐渐形成以场景为导向的、“硬件+服务”为一体的健身生态圈。智能化健身浪潮下，用户的运动健身场景不断细分，服务深度不断加深，追求精准地满足不同的运动健身需求。 近年来，受到诸多社会因素的影响，家庭运动健身场景成为运动健身行业的重要增长方向。 家用智能健身产品设计具有以下趋势： ①实现产品的功能多元性和可折叠性；②追求运动内容的专业性和个人化；③注重运动结果的数据呈现和价值转化； ④强调运动过程的沉浸感和交互体验。

3 边缘交互理论引入家用智能健身产品设计

正确理解注意力是利用边缘交互理论进行产品设计的前提。注意力是一种有限数量的心理资源，可以划分为运动资源、认知资源、感知资源[8]，并将其相对应的活动划分为身体活动（例如奔跑）、认知活动（例如思考题目）、感官活动（例如嗅到花香）。 家庭智能化健身是一个典型的多任务场景，用户不仅需要关注自身的运动姿势与技巧，还需要进行与智能健身产品交互等任务。 根据多重资源理论和线程认知理论， 多任务处理只有在特定条件下才能产生，因为当两个任务需要共同的感知或运动资源时，一个或两个任务的多重任务效能够通常会受损[16-17]。 例如，我们可以在听音乐的同时穿过马路，但是我们很难在听音乐的时候辨别喇叭声。因此，为给用户创造更好的健身体验，必须要合理利用不同且有限的注意力资源。边缘交互理论可以利用人的注意力分配能力， 在用户进行主要任务处理时， 最大限度地利用注意力的边缘来处理次要任务，减少对主要任务的干扰，有效地解决多任务处理的问题，提升用户体验。

4 家庭智能化健身场景下的多任务分析

4.1 运动健身过程任务分析

宏观时间视角下， 一个完整的运动健身流程可以分为三个阶段：计划准备阶段、运动健身阶段、效果感知阶段。 计划准备阶段包含产生运动意愿、制定运动计划、做好运动前准备等任务；运动健身阶段包含自我姿态控制、智能健身交互等任务；效果感知阶段包含自我状态感知、产品辅助感知等任务。 除此之外，在运动健身过程中，可能也会一些偶然性的任务，比如接入电话等。上述任务可以归类为以下四种任务：①身体姿态控制任务，是指在运动健身过程中对身体姿态安全性和准确性等的控制；②智能产品交互任务， 是指个体因需求与智能健身产品发生的各种交互行为；③个体想法引发任务，是指因为个体想法产生或变化从而占用注意力资源； ④环境偶然引发任务，是指个体受外界环境影响而产生的偶然性任务，其关系如图2 所示。微观视角下，实际运动健身流程的三个阶段并不是割裂存在的，比如在运动健身阶段，可能偶尔伴随效果感知阶段的相关任务发生， 也可能出现临时改变运动计划或外界环境干扰的情景。

图2 家庭智能化健身场景下任务类型Fig.2 Task types in the home intelligent fitness scenario

4.2 家庭智能化健身场景下的多任务分析

诸多不同类型的任务交织塑造了家庭智能化健身场景的多任务特征。依据多任务理论，这些任务可以被分为主要任务和次要任务。多任务场景下，次要任务通常在执行主任务的同时，作为附加任务进行处理，往往重要性或紧急程度较低，需要较少的注意力资源。因此，边缘交互可以利用注意力的边缘，通过与主要任务进行交替交互、并行交互、交叉交互三种方式完成注意力资源的分配与转移[18]，实现对次要任务的有效处理。家庭智能化健身场景实质上是单任务场景和多任务场景相交融的复合场景，如图3 所示。处于注意力中心的主要任务需要支配大部分注意力资源； 处于注意力边缘的次要任务仅需要支配较少的注意力资源；处于注意力边界外的“任务”不需要注意力资源。在整个运动健身过程中，用户需要根据任务的重要性、紧急程度等来决定主要任务和次要任务，实现对有限注意力资源的管理和分配。 比如，在运动健身阶段，用户的主要目标是实现身体姿态的精确控制， 那么此时智能产品交互任务便作为次要任务，利用注意力的边缘进行处理。

图3 家庭智能化健身场景下的多任务分析Fig.3 Multi-task analysis in the home intelligent fitness scenario

5 基于边缘交互理论的家用智能健身产品人机交互设计策略

理想状态下， 基于边缘交互理论的人机交互是结合具体情境，选取适宜的内容与交互方式，将更多的智能产品交互任务置于注意力的边缘， 增强交互的包容性和适应性，实现自然、平静的交互行为。 文章从人机交互方式的角度提出以下设计策略。

5.1 多模态输入设计策略

5.1.1 手势交互

在智能健身产品设计中应用手势交互具有以下意义：一是部分手势交互可以实现边缘交互。手势往往是习惯化的行为， 一些低复杂度的交互手势可通过注意力的边缘，实现用户与系统的直观交互；二是手势交互可以实现与产品的无接触互动。 手势交互的无接触特性在智能化健身场景下具有重大意义， 尤其是部分类型的智能健身产品在运动健身阶段与用户需要相隔一定距离。此外，手势交互应该减少高复杂度的手势， 以减少用户在智能产品交互任务上注意力资源的投入，避免干扰运动健身。

5.1.2 语音输入

智能健身产品可以利用语音识别技术， 完成与智能健身产品的交互，实现信息的输入，同时可以保证运动健身的连续性。部分智能健身产品与运动健身状态的用户存在一些距离， 语音交互可以使用户通过简单的口头指令完成与产品的交互，不需要离开中断当前的运动状态。家庭智能化健身场景往往是较为安静的环境， 语音输入可以为用户创造更多的价值。 简短的语音输入指令往往需要较少的注意力资源，有可能实现边缘交互。

5.1.3 触摸输入

触摸输入指的是通过直接触摸屏幕或触控面板来进行输入和操作的方式。 触摸输入仍是具备触摸屏幕的产品的主要输入方式， 结合精简的页面组织结构及合理的信息层级，可利用注意力的边缘完成交互行为，往往更容易帮助用户获取深度的信息内容。 在计划准备阶段与效果感知阶段可以采用触摸输入的交互方式可实现与产品的交互； 运动健身阶段采用触摸输入的方式极有可能干扰甚至中断用户的运动状态， 此情景下应支持用户选择其它人机交互方式。

5.1.4 物理控件

功能简约的物理控件能够塑造用户行为习惯， 实现边缘交互。物理控件可以分为两类：一是物理控件与被控设备一体的，比如收音机上的音量旋钮和开关；二是物理控件与被控设备非一体的，比如电视机与遥控器。第二种类型物理控件并未在智能健身产品设计中有所体现。 非一体的物理控件可以实现与产品更直接迅速地交互，减少注意力资源的投入，增强交互效率。在家用智能健身产品设计中， 非一体的物理控件设计需要平衡人机交互与运动健身体验两者之间的关系。

5.2 多模态输出设计策略

5.2.1 减少视觉使用

视觉是日常生活中获取信息的主要渠道， 通常需要大量的注意力资源。在运动健身阶段，特别是高强度的运动中，过度依赖界面容易造成认知负荷和视线不稳定，影响运动健身的安全性、连贯性。减少视觉的使用可以为用户提供更专注、更积极的运动健身体验：一是可以减少用户对屏幕的依赖度， 避免因观察屏幕而导致意外情况的发生； 二是可以增加用户在运动过程中的自由度和身体感知能力，让用户更好完成身体姿态控制任务。

5.2.2 利用边缘视野

产品不可避免地需要通过视觉反馈的方式与用户进行交互，应该尽量减少对视觉中心的使用，增强对视觉边缘的合理利用。视觉边缘不需要占用过多的注意力资源，对细节的感知能力较弱，适合处理低清晰度和整体的信息。事实上， 我们通过设备获取的绝大部分信息并不一定非要十分清晰才有用[2]，低清晰度的信息同样可以直观地传达相关信息。因此要合理利用视觉边缘，为用户提供低清晰度的信息，利用注意力的边缘感知信息，帮助用户更好地专注于运动健身过程。

5.2.3 利用触觉反馈

触觉反馈是轻量性、 非干扰性信息反馈的重要方式之一。触觉反馈在较嘈杂的环境中，能够更为精准高效地传递信息。触觉反馈与视听觉反馈相比，包含的信息量较少，但同时占用较少的注意力资源，可以避免打断用户专注的运动状态，对可穿戴健身产品而言意义重大。 比如，用户可以设置触觉反馈的信息内容、类型和反馈时机，在完成某个目标时以非侵入式的方式提醒用户， 同时也可以提高用户对信息的预知性。

5.2.4 利用听觉反馈

听觉反馈可以传达更多、更详细的信息，且不会干扰用户的视觉注意力——有益于多任务场景下提供辅助信息。 听觉反馈的时间长短与占用注意力资源的多少有着密切的关系， 短时间的听觉反馈可以利用注意力的边缘传递信息。此外，听觉反馈可以通过音频的音调、音量、节奏等特征传达出特定的情感，增强用户的个性化体验。

6 结束语

家用智能健身产品行业发展迅速，用户在注重产品功能价值的基础上，更加注重产品所提供的体验价值。在此背景下， 文章总结了家用智能健身产品的设计趋势以及家庭智能化健身场景的任务类型， 结合边缘交互理论为家用智能健身产品设计提出设计策略。文章拓展了智能健身产品设计领域的理论体系， 同时对家用智能健身产品设计实践、提高用户积极体验具有指导意义。提升家用智能健身产品价值可以增强用户对健身产品的使用意愿，进而提高国民健康水平， 对推动面向用户体验的产品质量变革具有重要意义。