自然用户界面浅析

    

    

    

    摘 要：自然用户界面由于它自身的特点和时代性，已经成为用户界面主要的发展方向。文章从自然界面和“日常技能”的概念入手，通过案例分析探讨了自然交互的日常应用方式，并说明其优势之所在，同时提出自然用户界面设计中容易忽略但又是最为重要的问题——交互的易用性，并在此基础上探讨了自然用户界面在智能物联网时代的应用前景。

    关键词：自然用户界面;交互方式;易用性;物联网;智能化

    目前，在一些設计者还在把关注重点放在图形用户界面时，已经意味着过时。自然用户界面由于它自身的特点和时代性，已经成为用户界面未来首要的发展方向。

    1 自然用户界面

    把受制于键盘和显示器的计算机解放出来，让计算机的行为更像人类，自然用户界面是用户界面设计的终极目标。自然界面，就是当机器面对人时，它能听、能看、能说、能想，能够捕捉人的坐标，或表情，或语音，或整个运动，使人意识不到机器的存在而完成交互行为。自然用户界面使人机交互变得更自然、更智能、更人性化。人成为界面本身，这是用户界面的最高境界。

    自然用户界面的工作原理就是将计算机微型化，在一个物理空间里嵌入多种感应设备，使视线之外的计算机正确识别人的身体姿势、手势、语音等行为并做出反馈，摆脱机器外部设备的束缚，有效地将计算机融入人们的生活，辅助并提高生活质量。

    自然用户界面的交互是利用人的日常技能进行的，强调无需特别训练或不需要训练。但究竟什么是“日常技能”，以及日常技能是否都是不经训练或稍作训练即可获得呢？语言（特别是书面语言）是必须经过训练的，音乐、绘画、生产工艺等莫不如此，因此，人从日常环境走向计算机环境时原本具有的技能应该算是“日常技能”。可见这是一个相对的概念，其中并不细究是否需要训练的问题。人机工程学并不否定训练，虽然避免训练或减少训练是人们的愿望，但能否做到这一点并不完全由人的主观意志决定，而是根据人机交互任务的目的、特点、场合以及实现成本等因素来决定人机交流应达到的自然性程序。因此，自然用户界面的概念需要因时、因环境、因对象而定。

    2 自然交互方式

    目前，已经进入应用领域的自然交互方式包括穿戴（数据头盔、眼镜）和语音，而更多的还存在于实验阶段的，包括手势、行为动作、眼球移动等交互方式，也将因为技术的成熟逐步实现商用。

    2.1 手势交互

    用户双手戴上在手背、关键手指（多是拇指和食指）绑有感应器的手套，或者不需要戴手套，面对数字屏幕进行手势交互。这是一种较新的屏幕操作方式，需要配合具有规范和意义明确的手势语言，双手开合如同打拳，有趣又能锻炼身体。在这其中，用户需要简单学习针对于特定系统的新的语言表达规则。（图1、2）

    2.2 行为交互

    行为交互应该是自然交互方式中最为常见的，但目前用户所实施的行为最多的还是触摸，而由触摸而形成的反馈式界面大多是属于图形用户界面的，因此，各种使用触摸屏技术的产品所采用的交互方式并非属于真正的自然界面范畴。许多设计师在自然的行为交互界面的研究上做出了相当的成绩，例如美国MIT媒体实验室的石井裕教授设计了可以预报天气的瓶子，打开瓶盖时听到小鸟的歌声即表示明天是晴天，雨声则表示要下雨。再如《乒乓+》，通过在乒乓球台面增加各种感应设备，确定乒乓球落下的位置，形成“轨迹运算图”，计算机根据“轨迹运算图”的规则启动水纹、涂鸦、彗星、暴风雨、游鱼等不同模式的图像，使参与者自然地忘记是在进行比赛进而转向去欣赏斑点，甚至试图改变落球位置以配合斑点的形成。他们的注意力从比赛转向对图像信息的关注，从而达到了游戏的状态。这样的一些行为交互设计超越了一般产品的使用价值和功能，将设计扩展到了改善人的心情和提高生活情趣的范畴。

    2.3 眼球移动式交互

    利用眼珠的移动和停留追踪位置，可用于绘图、书写、画面控制或按钮操作，这是一种在专业领域具有相当价值的交互方式。比如，在爱尔眼科实验室，关于眼珠移动产生的交互行为已经试验到相当成熟的阶段，最终的应用将对眼睛的治疗和恢复、高位截瘫无法用手进行工作的人士起到辅助作用。（图3、4）

    2.4 语音交互

    在现在的智能家居生活设计中，通过语音的识别控制家居环境是一个较为明确的方向。语音感应和识别技术所应用的范围越来越广，包括银行安全、楼宇管理、智能交通、节能环保等领域。

    2.5 运动式交互

    运动式交互是根据识别运动物体的方向或体积大小的变化来对界面进行操作，比如人体的停留造成对界面中对象的选取。之前在大量的交互艺术作品中可以见到这种交互方式，而在商业应用上则较为少见，主要原因在于感应的运动物体体面较大而不能在界面上精确跟踪或选择。

    2.6 穿戴式交互

    可穿戴计算机是无所不在计算机的一种典型形式。将计算机微型化穿戴在人身上，包括数据头盔、屏幕眼镜、耳机、摄像头等，实现在移动状态下进行工作的可能，从而扩展或补充人的能力。这是在通道作业、军事情报、新闻、医疗、游戏、交通导航等领域已经得到应用的技术。

    2.7 多点触控式交互

    多点触控技术已经在多种环境下被广泛运用，使用的方法主要还是针对屏幕（无论这个屏幕被如何弱化），采用双手的点、拖、拉、划等手法直观地控制对象，摆脱对键盘和鼠标的依靠，但也许会造成手指的磨损和因双手操作带来的疲劳感。

    自然用户界面将真正实现无所不在计算机的概念，使用户不再局限于工作台上的操作，采用日常行为动作就能对机器传递命令，进行交互。通过自然界面，你将能够在更高的语义水平上与其互动，这是实现方便、快捷、有效生活的技术化渠道。自然用户界面的广泛应用，将快速实现城市生活的活性化，也将大大提升人类社会的智能化和人性化。

    3 自然用户界面设计中的易用性问题

    无论是图形用户界面还是自然用户界面，易用是唯一的原则。但设计者在对自然用户界面开发之初，易用性的实现总是一个难点，因为易用性的获得不是一蹴而就的，特别是对于极具创新或采用前沿人工智能技术的交互模式。

    以手势交互为例，我们会发现在实际应用中确实出现了许多问题：手势操作没有统一的标准，造成用户面对不同手势交互系统时的困惑;因为界面的抽象，使用户面对交互媒介时不知怎样操作;手势的变化不易被发现;极易触发的不可恢复的操作，会使整个系统的可用性遭到损害;手势操作的动作幅度较大，极易产生操作疲劳和厌倦。

    手势交互方式相对于普通的触摸和点击来说，确实给用户带来了简洁的行为模式和有吸引力的操作，它使得计算机为更多的人所接受，人与机器的交互也更加有趣和有满足感。但它也极易因为不易操控而造成操作障碍，使人厌倦甚至恼怒，从而导致整个系统的失败。设计者应认识到，简单转向自然界面并不会提升一个机器的易用，增加一堆手势也并不会使用户界面就变得可用和有价值。

    在一个新的平台上试验激进的自然界面技术是合理的，但是这种试验应该在实验室或公司内部进行。毕竟，许多新的主意会失败，它们离以前的好经验越远，失败的可能性就越大。有时候，某个激进的想法会变成一个精彩的突破，但也需要注意，任何激进的突破在任何原则中都是很少见的。无论传统用户界面，还是自然用户界面，交互易用性的基本原则从来都是应该遵循的，在此基础上，再来探索小跨步的附加改进，并经过持续的进步逐渐实现革新。当然，设计者还需要为新系统开发基于交互设计坚实原则的易用性指南，把奇思妙想真正变成用户证明其可行的机器。

    因此，当多数设计者对自然用户界面有兴趣并跃跃欲试时，应当牢记自然界面概念并不等同于有趣和可用。当用户使用某个系统并对如何操作感到茫然无措时，并不是什么好玩的事情，这意味着整个开发工作的全盘失败。

    4 自然用户界面在人工智能与物联网时代的应用前景

    目前，“物联网”的相关技术越来越多地被各行各业所采用，这促使我们研究自然用户界面的工作迫在眉睫。

    “物联网”是在“互联网”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物与物之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。物联网最初被描述为物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能识别和管理，其核心在于物与物之间广泛而普遍的互联。

    物联网的深入应用必须是在智能化和自然用户界面的前提下才能得以实现。“智能化”在物联网基础上的内容除了对对象自动感知识别而形成情境感知（捕获、分析多个对象之间的关系并做出响应）外，还包括实现客户端与服务端之间多平台的无缝任务迁移、不同种类的移动设备和环境设备之间的无缝协作、“多通道交互”等。其中的两个内容——情境感知和“多通道交互”均需要依靠自然的界面进行操作。在情境感知部分，对象及关系的捕获和分析需运用 RFID 和无线传感器技术，这些技术的芯片置入在无明显感知界面的移动物体中，随着物体信息的频繁交互与协作从而具备情境感知能力，在无察觉中通过网络完成对对象的识别和分析。“多通道交互”的含义即多种自然的交互手段与计算机系统交互，之间没有交互语意壁垒，其实就是我们说的自然界面。

    自然用户界面是智能物联网的组成部分。没有自然用户界面的设计，物联网就没法真正实现智能化，也就没有真正意义的物联网存在。

    在物联网技术被全面应用之前，自然用户界面的应用设计将成为界面设计者主要研究的领域。在高校的实验室和艺术机构中，各式各样的自然界面艺术作品层出不穷，引起了许多商业机构的强烈关注。管理者们热血沸腾，预见到自然界面的巨大商机和潜力，继而在公司内部纷纷展开研发工作。例如微软的平面 PC 自然界面、云计算技术支撑的“未来办公室”， Oblong Industries 的手势交互系统，NTT DoCoMo 的“未来移动方案”等，均已相当成熟。

    用户对自然界面的热情越来越高，从带有自然界面痕迹的 IPAD 我们就能看到端倪，即使IPAD 的易用性存在缺陷，但也没有阻止用户的选择。

    参考文献

    [1]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011.

    [2]米海鹏，王濛，卢秋宇，徐迎庆.实物用户界面：起源、发展与研究趋势[J].中国科学：信息科学，2018，（4），390-405.

    [3]申婧，陈亮，秦志南，何韦静.基于用户群习惯形态的自然交互设计研究[J].包装工程，2017，（20），211-215.

    [4]丁金虎，吴祐昕.自然用户界面用户体验设计研究[J].设计，2019，（23），65-67.

    [5]关琰.普适计算与自然界面设计[J].装饰，2009，（5），76-77.

    项目基金：本文系广东省高校特色创新项目“促進知识认知的信息视觉化设计理论与实践研究”（2019WTSCX063）研究成果，广东技术师范大学一流课程项目“平面构成”阶段性成果。

    作者简介：杨璇（1975- ），女，四川成都人，文学硕士，广东技术师范大学美术学院副教授，研究方向：数字媒体艺术与信息设计。联系方式：13543481770，yangxuan3212002@163.com.