1、基于普适计算的穿戴产品交互应用研究 刘严 郑杨硕 武汉理工大学 摘 要： 目的 针对信息时代穿戴产品具有的数字化功能特征, 基于物联网普适计算的控 制原理, 在穿戴产品设计中植入具备普适计算能力的先进制造, 弥补传统穿戴 产品在实现用户体验模式上的功能性和交互方式创新性的不足。方法 对基于普 适计算穿戴产品设计的时代背景进行阐述, 从交互设计的角度, 分别对增强现 实交互、 情感交互和叙事交互 3个层面进行分析, 详细论述普适计算在实现信息 时代用户体验中的差异化、个性化和定制化需求穿戴产品设计的交互应用。结论 面向未来的穿戴产品设计融合普适计算的交互模式创新, 在视觉层面满足用户 对于物理现
2、实空间的虚拟增强体验;在情感层面根据青少年的行为特点和心理特 点, 全天候值守并与家长进行及时反馈和联系;在叙事层面能够帮助用户分析膳 食搭配问题的原因并提出合理、 有效的建议, 有助于用户对于自我保健的认知与 学习, 提升良好的用户体验感。 关键词： 普适计算; 穿戴产品; 交互应用; 作者简介：刘严 (1981) , 男, 湖北人, 武汉理工大学博士生, 主要研究方向 为设计学。 Application of Wearable Product Interactive Based on Pervasive Computing LIU Yan ZHENG Yang-shuo Wuhan Uni
3、versity of Technology; Abstract： According to the wearable product which has the function of the digital information age characteristics, based on the internet of things the control principle of pervasive computing, we have implanted advanced manufacturing with pervasive computing capabilities in th
4、e wearable product design, making up for the lack of functionality and interaction mode of traditional wearable products in realizing user experience mode.Based on pervasive computing apparel product design elaborates the time background, from the angle of interaction design of augmented reality int
5、eractive narrative interaction, emotional interaction and three levels are analyzed, and the pervasive computing is discussed in detail in the era of information the user experience in the differentiation, personalization and customization requirements of apparel product design interactive applicati
6、ons.The interactive mode innovation of future-oriented wearable product design is designed to meet users virtual enhancement experience of physical reality space at the visual level.On the emotional level, based on the characteristics and psychological characteristics of the adolescents, the all-wea
7、ther duty and the parents timely feedback and contact is made.In narrative level can help users analyze dietary collocation which is the cause of the problem and put forward reasonable and effective suggestions and helps users for self-care cognition and learning, promote good user experience. Keywo
8、rd： pervasive computing; wearable products; interactive application; 人对世界的任何感知都来自于人的交互, 并将这种交互转化为经验存储在大脑 之中, 交互不同面料的服饰能够让人感知冷暖从而映射到季节的变幻, 交互不 同度数的眼镜能够让人感知清晰和模糊从而确定自己视力的度数, 交互手表的 计时功能能够确定时间从而更好地安排自己的生活节奏等。 以上的这些交互构成 了人们的经验, 人的大脑就如同一部自然的生理存储器, 将这些有关于生活的 经验存入“内存” (大脑) , 当时空转换之后, 面对相同的问题, 人的意识可以 寻求“内存”中
9、的知识储备进而组织一系列有序的行为来解决问题。 纵观人类的 发展史, 正是由于人类在劳作经验和生活经验的指导下, 能动性地对世界进行 改造而取得了巨大的成功, 进而形成了一个又一个成功的经验。 然而从人类生理 的角度, 随着时间的推移和年龄的增长, 人类大脑所形成的经验会逐渐淡忘和 遗失。 从信息的角度, 大脑在处理物理世界中的纷繁复杂信息时, 与计算机相比 具有先天的局限性。这种局限性体现在发现信息、分析信息和处理信息的速度与 精确度方面尤为明显, 在数字化生存中, 尼葛洛庞蒂认为“信息的 DNA”正 在迅速取代原子而成为人类生活中的基本交换物。 比特是信息的代名词, 正如原 子是物理世界最
10、小的单位一样, 比特将是继原子之后, 未来信息世界构成的最 小单位。比特由于没有尺寸和体积, 无论何时、何地都可以在无线网络支持下的 计算设备之间进行光速传播, 所以其适合于无时、无处不在的计算之中1。 1 普适计算开启了穿戴产品的智能化时代 普适计算正是穿戴产品的利器, 其基于人机交互的原理, 实现计算机在物理环 境和虚拟世界构建的数字化。 穿戴产品通过感知人 (心理、 情绪) 与环境 (时间、 空间) 的变化, 调动“经验”程序, 有效而有序地组织信息, 提供一个自然的 交互方案, 辅助人们解决问题并形成比特形式的经验存储在内存中, 未来可以 调用这些数据。 这一过程, 是人对产品的“人化
11、”过程, 穿戴产品作为一种人类 的高级工具, 是人们探索世界、 进行生活和生产的延伸, 穿戴产品作为个性定制 化的计算机, 属于信息时代高级阶段的产物。 作为可穿戴的具备接收数据和处理 数据功能和时尚的设计产品, 它开创了新的人机交互方式, 相关信息数据在普 适计算的环境平台中被集成, 在物理世界中搭建一种虚拟空间, 让穿戴者从视 觉、听觉、力觉、知觉的角度感知环境的变化, 让人们发现和捕捉信息的能力更 强, 信息的传递和交互也变得更加即时、 轻松和便捷, 信息粘黏度相对于一般的 互联网产品而言更强, 人们真正随时随地处于互联网之中。 穿戴产品设备正成为 一种新兴且强大的互联网入口, 其形态丰
12、富多样, 可穿戴在人体的多个部位。 常 见的有手环、手表、眼镜、饰品等, 穿在身上的电子织物、LED外套也逐渐开始 出现, 未来嵌入皮肤内的电路纹身, 戴在眼镜里的隐形眼镜都有可能是穿戴产 品设备2。Xerox PARC 计算机科学实验室首席科学家 Mark Weiser 认为, 推动 科技发展和技术进步的最深刻与最强大的技术是“看不见的”技术, 是那些融 入日常生活并消失在其中的技术。通过无处不在、无时不在的普适计算技术, 穿 戴产品设备将越来越不被人所感知, 以更加自然的状态时刻采集数据, 并主动 为用户提供解决方案3。穿戴产品通过界面隐喻的手法, 实现从应用程序环境 到交互的任务层, 最
13、终实现对于物理层面的认知和改造, 因其具有划时代的意 义, 这一新的事物在人机交互发展的历史中又翻开了崭新的一页4。 2 普适计算在穿戴产品上的交互应用 日本产品设计师平岛廉久在 20 世纪末提出的一句口号“物质时代结束, 感觉时 代来临”正式宣告了“人的时代的到来”。 一些高科技公司顺应当时的设计视点, 从“硬件时代” (19651975年) 通过“软件时代” (19751985 年) 向“人 的时代”转型5, 人是世界上最为复杂的生物, 面向人开发的产品, 应该充分 尊重人的共性需求, 而产品开发的难点正在于个性需求的把握。 2.1 增强现实交互 增强现实是一种真实物理世界环境实时的直接或
14、间接的视图, 在这种视图中, 一些基于穿戴产品设备生成的感官信息, 如声音、视频、图像或 GPS 数据等, 输 入至真实的物理世界环境中, 从而增强了真实环境的组成元素。 随着科学技术的 发展, 计算机硬件无论是在处理图形的速度和仿真度方面都有目共睹, 特别是 在计算机辅助设计方面, 大量的应用软件和渲染器都可以实时显示这样的增强 效果。 例如早期用于渲染的 V-Ray渲染器, 就是模拟物理世界的光影效果来实现 场景的直射、反射、折射光影关系, 来达成模拟物理世界的照片级效果图和动画 效果, 但是这只是视觉上的变化。 从空间上来说, 这只是一张二维的效果图或者带有声效的短片, 作为人在增强现实
15、的画面中并没有获得交互感, 如何获得增 强现实的交互感?穿戴产品设备通过整合不同的媒介而构筑一个信息生态, 赋予 信息特定的场所意义, 从而组织起一个信息交互空间。 这个信息交互空间是以媒 介层和信息层为边界, 在具有不同特征的数据空间和物理空间之间相互交融, 融合形成一个混合媒介和增强空间的复合体。 在谷歌公司推出谷歌眼镜之前, 人 们从未见过这样一款充满科幻色彩的高科技眼镜。 增强现实交互的谷歌眼镜见图 1, 这是一款划时代的革命性产品。谷歌眼镜可以将短信、地图、照片、影像等 信息投影和呈现在用户的视网膜上, 为用户提供方便、 快捷的信息提取功能, 用 户可以通过语音或触摸对眼镜发出指令,
16、 也可以通过移动网络或手机蓝牙连接 给智能眼镜添加新的软件应用6。它不仅通过智能语音交互功能, 在操作上解 放了用户的双手, 而且其虚拟显示屏为用户带来了前所未有的视觉体验, 增强 了现实体验感知, 也为后续的增强现实头盔和增强现实眼镜的开发打下基础, 其兼具科技功能与时尚的外观, 成为了信息时代的人们追逐的象征, 也为信息 化时代的新兴人类架构起了一座从物理世界到虚拟空间的桥梁6。 图1 增强现实交互的谷歌眼镜 Fig.1 Augmented reality interactive Google glasses 下载原图 2.2 情感交互 在过去, 穿戴产品是人们对于未来科技创新的一种大胆设
17、想, 人们寄情于一种 高科技的产品能够帮助人们解决问题, 与最初的计算机被设计出来一样, 它的 功能就是通过高效和强大的计算功能帮助人们收集比特、分析比特、构建比特和 存储比特, 由于当时的科技还远没有达到信息时代的技术要求, 所以设计出来 的科技产品都有一些共同的范式, 即“头脑简单、四肢发达”。在个人电脑出现 之后, 可以看到主机不再是放在装有空调的仓库里, 它被挪进了书房, 被放到 了办公桌上, 一不留神, 又跑到了人们的膝盖上和衣服口袋里, 不过, 还没 完1, 从造型的角度来看, 计算机的体积越来越小是科技的进步所带来的 结果, 从交互界面的角度来看, 界面正在逐渐脱离原有的 GUI
18、设计范式转而走 向多样化、多元化7。实际上, 推动这一现象的变化更为重要的是人的情感需 求, 唐纳德诺曼认为, 产品的设计遵循两个方面, 其一是产品的易用性, 也 就是产品功能的层面;其二是产品对于情境的适宜性, 这里的情境反映了对于情 感 (形状、色彩、质感、风格) 的协同8。信息化时代, 人们对于科技产品的 功能需求和美学需求有了翻天覆地的变化, 智能手机尺寸越来越小, 处理事物 的范围越来越大;个人电脑越来越轻薄, 信息量的存储越来越厚重;交互的数据 越来越繁杂, 交互的手段越来越简便, 这每一对看似矛盾的双方, 都直接促进 了信息时代的产品对于人们情感的认同。 被称作为“面向未来的计算
19、机”的穿戴 产品产品必然遵循着以上的法则。360儿童卫士智能手表见图 2, 是一款针对儿 童和家长设计的穿戴产品手表, 其圆润的造型和粉色的色调, 十分符合青少年 的特点。 考虑到儿童皮肤细腻的问题, 腕带设计成专门的橡胶材质, 能够避免儿 童佩戴产生的过敏现象。 智能手表的电子围栏功能, 通过内置传感器, 与云端服 务器连接, 对于手表进行GPS定位, 家长可以通过手机APP了解孩子所处的位置, 并且在手机APP中设置孩子安全的行动范围, 一旦孩子离开了安全范围, 将会 触发家长的手机报警模式, 为孩子的安全提供多方面的保障。 此外, 智能手表还 带有一键呼救功能, 能够帮助家长第一时间作出
20、反应, 智能手表还带有计步功 能, 传感器将运动数据传输至云端服务器, 服务器通过计算之后, 将抽象的数 据转化为具象的图表传输至家长的手机之中, 帮助家长更好地了解孩子的成长 情况, 并且手表还具有语音交互、 任务模式和奖励功能, 这一系列功能符合用户 的心理和情感需求6。 图2 情感交互的 360 儿童智能手表Fig.2 Emotional interaction 360 childrens smart watch 下载原图 2.3 叙事交互 叙事是一种基于文脉关系的构建行为, 文脉是由一系列看似不相关的事件所引 发的背后的关联, 人要达成与穿戴产品的叙事协同, 必然需要在信息的认知和 交
21、互上达成一致9。就如同人与人之间的交流, 相同语言和文化背景的共有属 性, 能够有效地向彼此传达信息。 希召夫认为, 应该把信息设计和交互设计结合 在一起考虑, 交互设计主要是“创造故事和故事叙述”3, 穿戴产品可以准确 地参与和判断用户的各种需求。在 IDF2010-英特尔信息技术峰会上, Fodors Travel公司副总裁贾瑞尔展示了与英特尔联手设计的基于移动互联网 PVA (Personal Vacation Assistant) 实验版, 英特尔公司副总裁、首席技术官贾思 汀宣告由丰富的“文脉引导的用户经验”将创造计算的未来3。Bit Bite 是一 款针对具有减肥困扰的肥胖症患者开
22、发的耳塞, 见图3, 对于肥胖症患者来说, 减肥是一件相当痛苦和纠结的事情, 面对美食如何去进行科学管控, Bit Bite 耳塞采用了一种叙事交互的方式与肥胖患者达成协同, 在肥胖患者进食时将 Bit Bite耳塞放入耳道, 耳塞就会利用其内置的麦克风和传感器来自动追踪肥 胖患者的咀嚼速度和摄入食物量, 肥胖患者还可以通过语音和耳塞进行交谈, 告诉耳塞即将进餐的食物名称, 接下来Bit Bite 耳塞通过后台的APP 应用, 对 食物脂肪、胆固醇、热量等容易引起肥胖的指标进行评估, 并结合肥胖患者的饮 食习惯提出语音建议。除了语音交互之外, Bit Bite 耳塞还可以将检测到的信 息通过蓝
23、牙发送到手机 APP应用程序中, 并对数据进行分析, 肥胖患者可以通 过APP 界面从视觉的角度直观地看到自己摄入食物中的各项指标的含量, 这款 辅助肥胖患者通过科学管控饮食习惯的交互设计, 结合运动的协同最终达成了 减肥的目的。 图3 叙事交互耳塞 Fig.3 Narrative interactive earplug 下载原图 3 穿戴产品交互应用的未来发展趋势 3.1 辅助健康医疗分析 北卡罗纳大学骨科专业的运动医学医生David Berkoff认为, 目前医学上利用穿 戴产品的主要目的之一是为了改善健康护理的连续性10。 现有的穿戴产品只是 定位于家用层面的个人体质监测, 而对于一些特
24、殊人群的个性需求无法满足, Asthmapolis 公司将穿戴产品绑定到哮喘病人佩戴的呼吸器上, 通过 GPS定位, 汇总收集位置数据, 判定环境因素对哮喘的影响。 3.2 科技服装生产 特殊的服装面料已经在生活中大量应用, 由于需要根据服装的特点有针对性地 设计智能化的传感器并内置其中, 所以在未来, 智能服装或面料将会成为行业 亮点11。 运动品牌耐克在运动服中嵌入纳米技术的传感器, 运动员和教练能够 更好地了解运动量是否合理, 是否需要及时补水, 或者运动员心理压力是否过 大, 添加了传感器的科技服装展现出了个性化的功能特点。 3.3 多样化的人机交互方式 人机交互的发展过程经历了 WI
25、MP的隐喻图标交互形式, 到以触摸、语音识别的 感官交互形式, 再进入以眼球追踪交互、生物反馈交互和情景感知的交互形式 12, 这些交互形式的创新, 对应了时代的发展和科技的进步, 取代了过去复 杂的机器操作和繁琐的操作过程以及单一的交互形式, 提升了用户体验, 帮助 人们更加自然、无意识地使用穿戴产品。要实现这一目标不仅要求在技术上进行 突破, 在设计上也需要充分满足人的使用特点。 未来的穿戴产品与智能终端设备 的组合, 将加速物联网的形成, 在其中产生和流动的数据将进一步增加其价值 13。 4 结语 普适计算技术的介入, 直接推动了穿戴产品设计的创新, 穿戴产品的发展, 经 历了以产品为中
26、心到以人为中心再到以任务为中心, 穿戴产品满足人们的功能 需求这一核心本质没有变化, 然而穿戴产品的伺服过程和交互反馈, 依托传感 器、红外芯片、陀螺仪、云计算、大数据平台来使产品能够以任务为中心, 主动 寻求解决方案从而引领人们体验一种新兴的生活方式。 参考文献 1尼葛洛庞帝N.数字化生存M.海口:海南出版社, 1997.NEGROPONTEN.Digital SurvivalM.Haikou:Hainan Press, 1997. 2徐旺.可穿戴设备移动的智能化生活M.北京:清华大学出版社, 2016.XU Wang.Wearable Devices:Mobile Intelligent
27、LifeM.Beijing:Tsinghua University Press, 2016. 3王佳.信息场的开拓:未来后信息社会交互设计M.北京:清华大学出版社, 2011.WANG Jia.The Development of Information Field:Future Interaction Design of Information SocietyM.Beijing:Tsinghua University Press, 2011. 4郑杨硕.信息交互设计方式的历史演进研究D.武汉:武汉理工大学, 2013.ZHENG Yang-shuo.Research on the Histo
28、rical Evolution of Information Interaction Design MethodsD.Wuhan:Wuhan University of Technology, 2013. 5罗丽弦.感性工学设计M.北京:清华大学出版社, 2015.LUO Li-xian.Kansei Engineering DesignM.Beijing:Tsinghua University Press, 2015. 6程贵锋.可穿戴设备已经到来的智能革命M.北京:机械工业出版社, 2015.CHENG Gui-feng.The Intelligent Revolution of Wear
29、able DevicesM.Beijing:China Machine Press, 2015. 7关琰.普适计算与自然界面设计J.装饰, 2009 (5) :7677.GUAN Yan.The Design of Universal Computing and Natural InterfaceJ.Zhuangshi, 2009 (5) :7677. 8诺曼唐纳德A.情感化设计M.北京:电子工业出版社, 2005.NORMAN D A.Emotional DesignM.Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2005. 9鲁晓波.
30、混合媒介与增强空间物质文化遗产数字化展陈中的交互叙事研 究C.第三届交互设计国际会议论文集, 2014.LU Xiao-bo.Mixed Media and Augmented Space:an Interactive Narrative Study on the Digital Cultural Heritage DigitizationJ.Proceedings of the Third International Conference on Interactive Design, 2014. 10中华液晶网.分析未来可穿戴设备涉及的五大领域 EB/OL.http:/ Liquid Cry
31、stal Mesh.To Analyze the Five Areas of Wearable Devices in the FutureEB/OL.http:/ tm. 11RASKIN J.The Humane Interface:New Directions for Designing Interactive SystemsM.China Machine Press, 2002. 12HEIM S.The Resonant Interface HCI Foundations for Interaction DesignM.Addison Wesley, 2007. 13LAUREL B.The Art of Human-Computer Interface DesignM.Addison-Wesley Publishing Company, 1990.
