基于直觉化交互理论的汽车人机交互设计研究

钟世文 徐娟芳

关键词：直觉化；汽车人机交互；认知心理学；多感官；隐喻

引言

得益于车联网相关技术的迅速发展，汽车已经从纯粹的运输工具转化为一个集合信息获取、传递、交流和娱乐的交互式空间。汽车的内部空间、人机界面、操作以及交互过程正在发生革命性变化[1]，人机交互与用户体验的情感化设计在汽车设计中占据越来越重要的作用。面对日益复杂的车载信息系统，汽车交互设计的核心是构建车机与用户认知之间的协调匹配关系。有必要从用户的认知机制出发研究人机交互，为汽车交互设计提供指导。本文将结合直觉化交互理论相关研究，针对车载信息系统的界面交互设计，提出与用户认知模型高度匹配的直觉化交互设计原则。

一、复杂汽车人机交互情境与认知

（一）汽车人机交互的定义

汽车人机交互是研究用车场景下用户与车以及车内各种设备相互作用和信息交换的过程，其核心要素是车、用户以及两者之间的界面。汽车人机交互界面是人机双向信息交流的承载媒介，是人机交互的至关重要的一环，因此，汽车交互界面的设计也成为汽车人机交互领域的重要内容之一。

（二）汽车人机交互的复杂性问题

驾驶行为本身就是一项非常复杂的任务，在行车过程中用户需要保持高度的专注，持续分配注意力资源。与此同时，受到变化的社会和技术语境影响，汽车内部的信息模型逐渐由单一的行车和车况信息扩展为包含驾驶、导航、娱乐、社交等信息在内的多维度复杂信息系统[2]。车内交互信息和交互行为的增加必然会导致驾驶过程中操控的复杂度以及安全风险的增加。诺曼[3] 提出满足用户对于产品功能和情感的需求的产品是较为复杂的，设计师的任务就是通过设计来进行良好的复杂管理，为用户提供复杂而易用的产品。面对日益复杂的人车交互情境，如何在确保安全和效率的前提下将各类复杂信息呈现给用户以确保驾驶安全性成为汽车人机界面设计的核心问题。除此之外设计师还需要关注如何让用户在与汽车交互过程中获得良好的交互体验，交互体验更多涉及人的主观感受以及情感因素，属于认知层次中的另一方面。体验与易用性是紧密相关的两个概念，因此，交互体验问题以及安全问题成为汽车人机交互设计的两个方面。

（三）汽车交互中的用户认知研究

复杂驾驶情境下，影响驾驶员行车安全的主要涉及分心以及认知负荷两方面，前者是注意力资源分配问题，后者是认知资源有限性问题，两者都涉及人的认知层面，因此，针对驾驶员的认知机制进行研究逐渐成为汽车交互领域的研究热点，国内学者在该领域展开相关研究。徐娟芳[4] 基于SEEV 注意力模型，形成了全液晶汽车仪表信息显示界面的设计策略。刘翔等人[5] 结合眼动追踪设计技术探讨不同年龄层用户的视觉认知特性，提出汽车人机界面设计应考虑不同年龄层的用户视觉认知习惯。李洋[6] 等建立了机车司机的综合认知模型与行为动态模型，将司机的认知与行为共性特征作为约束条件提出了机车驾驶界面设计的原则。辛向阳[7] 曾提出交互设计的本质是对人行为的设计，而人的一切行为均是人脑认知加工的结果。因此，从人的认知模式角度研究有助于从更深层次挖掘设计机会点，为用户提供了易用性和良好体验相统一的產品体验。

二、直觉化交互理论概述

（一）直觉化交互定义

关于直觉一词，不同学科对其有着不同的定义。Blackler[8] 的研究提出直觉交互是基于过去经验知识的无意识运用。在认知过程中由于先验经验知识的存在，人类会完成无意识的“原型匹配”[9]，这种匹配某种意义上就可以形成直觉，这个过程发生的交互就是直觉交互。该定义强调了以往经验知识以及直觉化交互无意识两个重点，接下来将对这两点进行详细分析，以厘清直觉化交互的具体内涵。

（二）以往经验知识

正如上文强调实现直觉化交互的一个重要特征就是以往“经验知识”的运用，对于“经验知识”这个概念需要进一步定义。康德[10]提出“知识”这个概念可以分为先天知识和后天知识两类，前者是指由人类遗传物质所决定的，独立于经验，是人出生之前就拥有的知识；后者属于人类的经验层，是人类后天习得的经验知识。先天知识范畴比较广泛，本文语境中的先天知识主要指人类的先天性认知能力，即先天知觉的组织加工规律。后天知识包括感觉运动知识、专业知识以及文化背景知识等。感觉运动知识主要是指人类成长初期通过身体与物理世界互动获得的感知觉和运动经验。具身认知视角下[11]，感觉运动知识源于身体和周围环境的互动过程，且这类知识的习得过程是无意识的。专业知识以及社会文化背景知识是某一群体在特定生活环境中所逐渐积累的最丰富的知识层。Reason 等人[12] 提出社会文化背景知识、专业知识感知觉知识以及先天知识四类的知识复杂程度呈递减趋势，其被人类提取编码难度也呈递减趋势。

（三）无意识认知加工

根据认知心理学理论[13]，人的思维活动是与计算机系统相似的一种信息加工系统（图1）。人对外界信息进行加工处理时，存在意识认知和无意识认知两种加工过程。前者是需要经过主体分析判断并作出决策的意识控制过程；后者则是一种直接的、快速的、无需加以思考的、情感化的自动加工过程。涉及无意识加工的认知过程都能够让主体不需要消耗额外的认知资源，同时高效处理信息的特点。此外根据研究表明[14]，无意识认知加工与人的情感发生相关，能给用户带来神秘而令人愉悦的印象。根据直觉化交互的定义，直觉化交互的大多数认知成分也具有无意识的性质，其交互过程中对于信息的加工处理也是一种自动加工过程，可以让主体高效获取信息，同时也能满足用户的情感体验，这为构建可用性与用户体验相统一的理论模型奠定理论基础。

（四）直觉化交互理论模型

通过整合认知心理学以及直觉化交互的研究成果，构建直觉化交互理论模型图（图2）。该模型的理论基础在于认知心理学中所称的隐喻联结，即通过不断重复的感知行为和认知体验来建立用户的认知模型。当类似的刺激再次出现时，人们会自动地联想到之前的认知经验，并进行高效的认知匹配，从而降低了认知摩擦，提高了认知效率。直觉化交互设计的关键在于如何有效地对用户的认知模型中的经验和知识进行编码和提取，以便将其应用于界面设计中，从而提高了界面元素与用户认知模型的匹配度。根据上文提到的知识的类型，用户认知模型的构成分为先天本能层与后天经验层两个部分。先天本能层主要是指人的先天知觉组织加工，界面设计元素需要匹配人的知觉加工规律，引导用户启用先天组织加工机制进行无意识认知加工，进而实现直觉化交互。在人的整个知觉系统中，大脑接受的感觉信息80% 以上来自视觉，因此，本文侧重于对于视知觉的认知加工特性研究，其特性即模型应用原则。根据一系列实验研究表明[15、16、17]，非文字的图形、信息复杂度低的以及具有整体性的材料在人的视知觉无意识认知加工过程中具有强烈的优势效应，因此，直觉化交互界面的设计需要尽可能提供更多的图形化、简单化以及整体化的元素，并通过隐喻映射的方式运用在设计中。

用户认知模型的后天经验层包括感官运动知识、专业知识以及文化背景知识。其中，专业及文化习俗类的知识领域细分且专业化程度高，在人的认知过程中很难进行无意识的自动化编码和提取。因此，对于该类知识的应用原则主要是通过提取相关知识的熟悉特征进行再现和重复，来降低知识的专业化程度。同时，在这个过程中隐喻也发挥着重要的作用，可以将用户熟悉的知识经验在不同领域间转移，从而提高陌生领域的直觉化交互认知成分。在设计中通过借用熟悉特征或者隐喻的方式让用户进行高效的人机交互，以降低用户认知成本[18]。

对于后天经验层中的另一部分感觉运动知识而言，其习得本身就是无意识的，因此，在设计过程中需要充分地考量身体交互、感官体验和环境对于用户的影响，充分挖掘多种交互方式，通过保留用户日常的身体行为特征的方式隐喻运用到设计中，引导用户更自然地完成整个交互过程。

三、直觉化汽车人机交互设计原则

提升信息的可读性，降低驾驶员的认知负荷，并给驾驶员带来愉悦感成为车载交互设计的关键问题。从人的认知角度，直觉本质是用户对于以往经验知识的无意识运用的过程，而无意识运用的外在表现就是高效且情感化。因此，将直觉化交互理论运用到车载界面设计中，可以为用户提供更加自然、高效的、愉悦的交互体验。结合直觉化交互理论并将其应用到车载交互设计中，概括总结直觉化车载交互设计基本原则。基于上文中对于认知模型构成的分类，设计原则也分为本能原则和经验原则两大类来论述：

（一）本能原则

上述模型中提到，非文字图形、信息复杂度低以及具有整体性的信息范式更有利于视知觉无意识认知思维的发挥，因此，需要界面设计元素符合信息范式要求，才能引导人们启用先天知觉组织的无意识加工机制，实现与界面的直觉化交互。

1．格式塔组织原则。

格式塔组织原则指车机界面的视觉元素的设计范式需要符合人的视知觉的组织本能，以提高其可识读性和互动性。模型中提到信息的復杂度以及整体性是影响视知觉的无意识认知加工的重要因素，根据认知理论研究[19]，人的视觉具有整体化、简化处理图形的倾向，以此来提升认知效率。简化是指视觉捕捉到的任何一个刺激样式大脑都倾向于处理成可理解范围内的最简样式；整体化是指人的视觉系统倾向于对视觉元素进行整体组织而不是分析单个元素，通过物体间的视觉距离来判断视觉单元是否归为一类。因此，在车载交互界面的设计中，一方面需要注意需要简化视觉元素形态，保证元素和内容有着清晰直观的表达效果；另一方面车载界面上的视觉信息的组织形式需要契合接近原则，即通过距离的对比让用户快速区分不同操作功能的同时保持页面的视觉一致性，提升页面的可读性，给用户带来舒适感。

例如，Tesla 空调界面设计（图3），将页面中的与空调有关的各种功能信息根据某些属性的关联性分区块进行显示，这将有助于用户更容易地建立信息位置记忆，用极少量的时间查看车辆状态，减少搜索信息带来的注意力分散，保障驾驶安全。同时，将大部分的功能信息用非常简单的线性图标来进行展示，降低信息的复杂度，让用户一目了然，容易记忆。

2．图形优先化原则

图形优先化原则即是在设计过程中尽量用形状或者色彩来传达信息。在行车过程中呈现给驾驶员的显示信息不能过于复杂，因此，在界面设计中需要优化视觉元素的组织结构，视觉信息的呈现优先级要符合人的视觉特征。模型中提到非文字的图形有助于启用视知觉的直觉思维，有关研究表明[20]，人对于图形以及色彩等非文字材料的识别加工效率远高于文字材料，有利于用户无意识思维的发挥。因此，在界面设计中可以尽量使用图形以及色彩来传达信息，充分发挥了图形的优势效应，引导用户与界面进行高效交互。

例如，小鹏汽车车辆设置页（图4）关于自动驾驶设置的相关阐述，其所涉及的概念都比较抽象复杂，仅凭文字材料会让用户难以理解，通过图文结合的可视化方式进行相关功能的解释，可以极大地降低用户的认知障碍，让用户快速学习掌握新功能。

（二）经验原则

上述模型中提到，熟悉特征在专业化程度较高的知识、经验的无意识认知加工中扮演重要的作用，同时对于某些复杂设计问题可以通过隐喻工具来帮助用户实现熟悉特征的不同领域切换和转移，以此来完成与界面的高效交互，因此，在界面设计中要充分利用熟悉特征以及隐喻这两个关键要素。除此之外，设计中需要重视本身具有无意识隐喻联结属性的多感官认知。

1. 熟悉性原则

熟悉性原则是指在界面设计中要延续用户以往的知识经验和操作习惯，遵循行业规范或标准。一项有关内隐学习的实验研究[21] 发现，被试的学习成绩不受学习材料形式特征的变化影响，反而受到学习材料表达特征变化的影响，这说明高熟悉度的客体形式与人类大脑记忆中的原型高度匹配，符合人脑的无意识认知加工特性，极大降低了人的认知难度和认知资源的消耗。这也就意味如果界面具有用户认知的熟悉特征，即可满足用户认知过程中自动匹配的要求，可以无意识地引导用户完成直觉化交互。因此，在界面设计中遵循熟悉性原则可以降低用户的学习成本，减少用户的认知障碍，为用户提供一种流畅的、愉悦的交互体验。

设计师需要在用户的经验知识和车机的交互界面之间建立联系，即在界面设计中遵循标准或者惯例，例如，在车载界面的布局上、使用逻辑和操作流程上保持一致性，引导用户认知的无意识加工。例如，HarmonyOS 的车机交互与手机端保持一致，让用户更容易上手。其控制屏幕首页的Dock 栏类似于苹果手机的底部Dock 栏，用户可以固定常用应用和卡片，并轻松点击快速访问导航、音乐、电话等服务。这种Dock 栏设计模式在移动设备中非常普遍，符合用户认知习惯，让新手用户掌握界面交互规则时更加容易，避免费时费力的意识学习过程，如图5。

2．真实世界隐喻原则

真实世界的隐喻原则即直觉化交互界面需要提供贴近用户的日常生活界面，设计师需要通过构建数字世界的真实性来实现与物理世界的有效映射。正如模型中提到的隐喻工具，在界面的直觉化交互方面起到重要作用，例如window 的桌面系统把图形界面元素比拟成文件夹、垃圾桶等现实生活中常见的样式，有助于用户学习和理解界面。但是目前车载电子信息系统交互界面设计尚存在一些问题：基于当前的图形界面更多是以窗口以及卡片为核心的2D 交互界面，仅是通过色彩、形态、材质来进行拟物化设计，缺少真实物理环境的空间感，与用户的自然认知模型还是存在一定的距离，物理世界与信息世界的隔离必然会让用户存在认知的转译过程，消耗用户认知资源；其次，2D 交互界面的屏幕利用率太低，大量的屏幕空间被界面组件而非应用工作区所占据。2D 交互界面存在的局限性对设计提出新的需求，如何在屏幕内构建一个具有真实感的完全虚拟立体三维世界，减少屏内外的认知壁垒成为亟须解决的问题。

李太然等人[22] 提出基于真实世界交互的SOOM 范式，其中包括情境空间、三维对象、菜单以及多通道交互等要素特征，其中情境空间主要指构建一个符合用户认知的特定环境；三维对象主要指在三维立体空间可以交互的对象。三维交互直接将人们在现实生活中和物体的交互动作映射为与信息空间的交互过程，空间次序的视觉理解和感知将变得非常具体、形象，极大地提高了界面的可读性和易用性。例如小鹏G9 的中控区域（图6），在车载界面上创建一个与真实世界状态相同的世界和车辆，用户通过触控屏幕就能完成车窗的升降、调整后视镜角度、打开后备箱等操作，实现“可见即可触”的交互体验，让用户一目了然，快速、直观地获取信息，帮助用户实现高效、直觉的交互。

3．多感官交互原则

多感官交互指的是一种通过多种通道与计算机进行信息交换的交互方式。通道指的是人的信息输入与输出的感知通道。具身认知视角下，身体上的生理体验在人的认知过程中有着关键性的作用，人们在环境中的生理感知体验会不断重复，生成大量的具身经验并与身体的感知觉系统形成关联匹配，当再次遇到相似的情境和任务时，就会无意识地诱发身体激活与认知模型相匹配的感知觉记忆。生理体验的来源是多通道的，其中包括视、听、触等多通道感官，感知觉认知系统的外在表现就是多感官交互。在日常生活中，我们也是通过多感官方式与整个物理世界进行信息交流的，通过多种感官媒介的交互可以更好地拟合用户的日常习惯，唤醒更深层次的知觉记忆。同时，当前车载交互设计的重点在于提升视觉信息的可读性，但是考虑到行车情境下呈现给驾驶员的视觉信息有限，需要调用其他通道的認知资源来缓解视觉通道的认知负荷。

多模态交互的方式现有最常见的有触控、语音、手势等，但在车载系统的设计中，这些交互方式必须紧扣实际场景下的交互方式与用户需求来设计。语音交互被认为是车内场景下最自然的交互方式，而手势交互是对语音交互、触控交互的很好补充。这两者能够让车主通过简单的手势和语音就能完成车内的交互任务，也是能够增加交互趣味性、表达情感、传达情绪的自然交互方式。

结语

受技术语境影响，车载信息系统愈发复杂多元，为了满足驾驶员与车载信息系统的安全交互需求，自然人机交互方式和直觉性交互方式得以迅速发展，通过更加自然高效的交互方式降低驾驶员的认知负荷，成为车载交互设计的新趋势。通过对于直觉化交互的分析探讨和研究，以期为基于直觉化交互理念的车载交互设计的相关研究提供进一步思路。