盲人触觉图形显示设计方法研究
卢纯福 宗先信
摘要：针对现有的触觉图形不能有效地为盲人提供明确的内容语义信息和盲人对触觉图形识别效率不高的问题，从盲人对触觉图形的需求出发，通过分析盲人在使用传统触觉图形所遇到的问题，涉及到的触觉感知相关的背景知识，结合盲人对触觉图形的认知规律，总结出盲人触觉图形绘制的原则与原理，以及普通的视觉图像转化为盲人触觉图形的处理方法与规律。
关键词：盲人 触觉图形 设计方法
中图分类号：TB47 文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2017）04-0126-02
引言
信息是人们获取知识以及相互之间进行交流的基础。然而对于盲人来说，由于视觉受损，其只能依赖于其他的感知能力来探索周围的环境。譬如，听觉、触觉、嗅觉、味觉等感知能力就成为盲人获取外界信息的主要渠道。一般情况下，盲人借助听觉或者触觉来获取外界的信息。譬如，文字类信息的读取，盲人则可以利用录音磁带或者是可以发出模拟人声的读屏设备；而具备读写布莱尔盲文（Braille）能力的盲人，通常会选择借助手指的触觉来阅读信息。虽然，盲人在语言文字类信息的读取上，已得到了有效解决，但其仍无法有效读取图形图像类信息。究其根本，一是由于当前学术界缺乏对于读取图形图像类信息的有效研究，二是市场应用领域无法提供高性价比、高效率的触觉图像显示设备。
一、盲人获取触觉图形信息内容的现状
随着计算机及相关软硬件技术的发展，研究人员在激发元等相关技术上取得了较大进展，研发了一系列的电子触觉图形显示器。触觉图形显示器是目前盲人识别触觉图形的主要工具，例如DMD-12060 Metec.AG，Ssheet-Type Braille Displays，Graille等。但受到高昂的成本和市场售价的制约，触觉图形显示器的市场化普及基本上失败。例如，商用的触觉图像显示器的售价一般在数十万元，对于大部分的盲人而言，其无法负担如此昂贵的触觉辅助设备。而且前四种触觉图形显示器所创造的触觉图形仍是基于视觉认知的传统形式来进行表达，其设计缺乏对触觉图形全部特点的深入挖掘和分析，甚至忽视了对盲人触觉特性的深入研究与开发。Graille触觉图像显示器，相对比前面几种触觉图像显示器价格低廉，但研究主要集中在盲人触觉交互以及对触觉图形的认知体验，主要的结论是要在触觉图形显示器上辅助引导和语音说明，并未对触觉图形的绘制及普通视觉图像转化触觉图形做研究。上述几种触觉图形显示器传达的触觉图形最终会造成其无法清晰表述相关的内容语义、盲人触觉图形识别效率低下等问题。
二、触觉的特点和盲人的认知规律
（一）触觉的特点
触觉感知是一系列断续的过程，触觉很难对整个图形图像做出准确的全局感知。触觉感知是通过连续的跟随刺激，把感觉到的信息在大脑中进行整合分析，进而得到总和的结果。触觉接受和感知信息的容量要比视觉低很多，明眼人识别图形图像，可以通过轮廓，颜色，形状，大小，肌理，三维空间等因素加以辨认，盲人只能通过触摸反抗得到的轮廓，纹理等很少的信息来辨别。因此对复杂触觉图形的识别效率就很低，对复杂的线和交叉的区域识别就会导致识别这类图形的混淆。就图形图像而言，触觉的信息接收量只有视觉的万分之一，且触觉的探索是缓慢且不连续的。
（二）盲人的认知规律
健全的人对于视觉图像的认知和盲人对于触觉图形的认知过程是相反的。健全的人首先会关注视觉图像的整体，进行定性的认识，如有需要再观察图像的局部进而增加对其细节的理解，是从整体到局部的认知。而盲人对触觉图形的认知是从局部到整体的认知，因为他们首先是从局部开始，通过有限大小的手指和手掌来感知图形，经过触摸多个局部的积累，才能推导出图形的整体。这是盲人认知的一个特点，盲人在触摸图形时，非常在意图形轮廓的边缘，访谈得知，盲人在触摸触觉图形时，手指最先接触的是触觉图形的局部，一开始就想对所触摸的图形有个大致的掌握和了解，所以会在接触到触觉图形时，很在意触觉图形的边缘轮廓。
在触摸触觉图形的过程中，图形的识别效率与盲人的触摸技巧有很大关系。（如方式1，2，3）表示盲人摸索的几种典型的方式。
三、盲人触觉图形设计的方法
（一）触觉图形绘制原则与原理
设计触觉图形的过程中，应遵循以下几个要点：（1）触觉图形的趣味表现形式。主要考虑两方面的原因：一方面，兴趣是自我学习的动力，只有让盲人产生对触觉图像的兴趣，他们才会有意愿和毅力去真正学习触觉图形的识别方法。另一方面则是基于盲人的心理特征研究，受到生理缺陷的影响，盲人的心理行为一般呈现为缺乏安全感，感到孤独或者充满自卑等，触觉图形的学习更需要趣味因素的存在。（2）在不改變作者想要表达的原本信息意图的基础上，尽最大可能简化触觉图形。格式塔心理学家认为知觉有一种“简化”的倾向。（3）突出形体的主要特征，其所包含的信息指向性要强，在利用简单图形表现形体基本特征的基础上，能够根据描述对象的主要特征与特点，恰当运用图形的组合来进行夸张的表现。（4）分项阐述图形，避免用二维的特点来展现三维的空间。若是表达3D的立体实物，则要以二维的平、立、剖等多维度视图进行展示，图形中匹配必要的盲文注释，并且盲文的位置由线形做出引导。（5）在设计触觉图形的时候要考虑到盲人的年龄和经验，要根据盲人学生触摸技能的水平，在设置区域，线和点的时候来限制其数量。
（二）普通视觉图像转化为触觉图形的处理方法与规律
普通的视觉图像转化为触觉图形的通用方式有4种：（1）归类法：即将现有图形分割为基本的最简图形，然后进行图形归类。将最基本相同的元素归为一组，或者在同等条件下，归类相似元素或最接近的元素。这两种组织方式都是基于简化和整体化知觉对象的原则，而盲人在倾向于简化认知对象的同时，也会将相似的元素组合起来，作为一个整体来进行识别。（2）替代法：即借助规则的几何形来替代一些物体，例如直接采用矩形来表示由垂直线和水平线构成轮廓的物体。外形不规则的物体，可以根据其形象特点分别用各种梯形、菱形、平行四边形等规则形状概括地表现它们的形象。（3）分解法：即提取关键线条来表示线条较为复杂的图形。盲人对线条较为复杂的图形较容易混淆。通过提取若干条关键线条，根据图形主要部分的形态特点进行相应的优化，去掉杂乱的线条和重复的线条，这样就有利于盲人读图。（4）借用法：合理使用隐喻，隐喻在触觉图形和盲人用户的经验之间建立了桥梁，能够促进盲人的认知和推理。
具体到一些普通视觉图像转化为触觉图形的设计上：（1）简化图形，删除和省略与原作者表达意图不相关的内容信息，删除重复的结构，删除杂乱、相同的线条，只保留其中重要的与表达内容信息相关的几条，简化轮廓边缘等信息。与表达内容信息没有意义的一些图表的框架和轮廓在制作触觉图形的时候应当省略。（2）把三维的图像转化为二维的图像进行表达，触觉图形应适量放大，各个组成部分用不同的纹理来代替，便于盲人触摸分辨各个组成部分。在各个组成部分的附近作盲文注释，如果盲文注释太长，应作引线，在触觉图形的空白处引出盲文注释，引线应当用直线，因为盲人很难跟随曲线和变化方向的折线，引线和在穿越触觉纹理的时候，触觉纹理应留有空白，便于盲人分辨触觉纹理和引线。（3）在制作地理触觉图形时，根据盲人的阅读规律和习惯，图例部分应放在触觉图形的左侧，盲人一般通过双手配合来触摸地图，且右手读图更为频繁，因此，图例部分置于左侧，便于空出右手更好地感知主要的信息。（4）当遇到复杂的图像时，为避免杂乱，应该将图像分为几个部分来阐述图像所表达的意思或者将图像所包含的信息分层进行阐述。复杂的图像在转化为触觉图形时，应该先给盲人这个图像整体的概貌，让盲人对图形有一个整体的概念，然后在整体的图形上用虚线分为几个部分来分别阐述图形所包含的内容语义信息。
总结与展望
本文在《中国盲文》和《中国盲文数学、物理、化学符号》国家标准的基础上，结合盲人学习的特点，触觉感知的特点，对盲文阅读无法满足盲人获取触觉图形图像内容信息的这一问题，总结出一些触觉图形绘制的原则与原理，以及在普通视觉图像转化为触觉图形的处理方法与规律。另外，将这些原则与方法应用在触觉图像显示器的界面显示上，以便设计师做出恰当的设计，将触觉图形合理地应用于电子阅读产品上，使盲人面对触觉图形显示时能更容易地感知信息，并为盲人设计开发更加人性化的产品，能够转变他们在当今知识经济时代的学习方式，从而为更多的盲人提供受教育机会，改善教育质量。
