13 基于移动设备中的交互性手势设计探考

方芳 FANG Fang武汉理工大学，武汉 430070（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan）

13基于移动设备中的交互性手势设计探考

方芳 FANG Fang
武汉理工大学，武汉 430070（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan）

移动智能设备的广泛应用使得当今的科技进入了一个全新的交互时代。设备的使用者及软件数量都以令人惊叹的速度增长着。手势交互的操作特性使得这种交互方式成为移动设备中人机交互的主流模式和未来的发展方向。基于此，一方面针对现有主流移动设备手势交互方式进行社会调查，探讨并建立用户特定手势和含义的映射关系；另一方面则从用户出发，研究用户的意图，考察不同环境、平台下用户手势操作的关联性，从而设计出更加高效、便捷的用户手势操作方式，使智能移动设备能够充分发挥其使用价值，更好地为用户服务。

手持移动设备；用户操作；人机交互；手势识别

一、引言

伴随着文明的发展，电子科技的水平也在不断提高，人机交互技术俨然成了一个新的关注点，因为它给人们的生活境况带来了大的改变。该项技术的载体即移动设备的广泛应用同样使得当今的科技产品进入一个全新的信息交互时代。传统的交互方式主要是键盘、触摸等，而手势交互更加直观便捷、表意丰富，能够更好地在设备与用户之间搭建一座桥梁，传递使用者的意图。人与机器之间的交互方式更加自然，同时机器设备也将更为准确地进行识别、理解并执行用户想要表达的意图。由此可见，手势识别这种方式的运用已然成为当今人机交互中便捷性、自然性的重要体现。

二、手势与移动设备的结合

1.手势的定义

一直以来，人类借助于手势进行沟通和交流。人们常常不用多加思考，应用身体语言就可以主动地向他人表达想要传递的思想。长久以来由于人类对手势交流的重视创造出了大量通行、易懂的语义，这些语义就是信息。换言之，一些信息是可以通过手势语言给予准确表达的。

2.移动设备的手势功能

作为日常生活中形影不离的工具，移动设备为人类的生活带来了极大的便捷。将手势操作运用在移动设备中，设计出天然的交互操作方式，成了交互设计的重要目标。手需要运用何种方式进行卓有成效的操作也就成了一个重要的研究内容，于是就有必要重点思考和探讨目前已有的问题并予以回答。

移动应用中手势说明的自然交互性尤为重要。通常情况下，一个移动设备的应用要呈现出相当多的信息，然而由于屏幕的限制，这些数据必须存放在不同级别关系的界面之中。例如，用户通过左右滑动的方式呼出菜单、用“下拉”的方式刷新页面以及“长按”来编辑数据。手势的运用使界面伸展扩大，使用者也能够一次性地浏览到大量的数据信息。这就是说移动设备手势操作的设计必须满足这些特性，并且应该提高其便捷性与高效性，才能成为符合用户操作需要的手势。

三、用户操作手势与移动设备的交互性连接

1.手势交互应用的特性

科技的进步使人类可以自由地穿行在虚拟与现实场景之中，无论身处哪种环境，人们都能依赖于最自然、最熟悉的方式与世界沟通。这样的行为促使设计师在手势交互的使用上，设计出更符合人类操作习惯的交互设计。移动设备在与用户交互的过程中重点使用了手势，这种交互方式与人类自身所熟悉的身体语言相似，所以用户能够在最短的时间内掌握操作方式。用户长久以来在日常生活中所积累的经验和技能能够在此极好地得到应用，大大提高了用户使用的舒适度，同时也降低了操作难度。这样，用户就没有必要从头学起，操作也可以更加顺手、便捷。

2.交互性手势语义分类

按照不同的语义对手势进行分类是手势操作识别设计中的重要内容。有以下三种手势分类方式。

（1）符号型手势、模式型手势、模仿型手势、图标型手势、指示型手势以及强调型手势。符号型手势指的是用手指的动作代表一种通用符号；模型式手势经常表示一些情感，如耸肩、摊开手表示不知道等；模仿型手势常被用来模仿人们使用、操纵某个物体，如模仿操纵汽车的方向盘等；指示型手势就是用手指指向一个物体，或者指向物体的位置抑或运动方向等；强调型手势主要是在人们说话的时候具有辅助的作用［1］。

（2）手势和无意识动作。手势有两种，即操作型手势和通信型手势。操作型手势表示在某种环境中对某些物体的操作，通信型手势就是将手势作为交流的工具，就像手语一样；通信型手势又可以分为动作手势和符号手势。符号手势与第一种分类方法中的符号型手势一样，用来表示一种事先约定的意思，可以区分为指代型符号和模式型符号两种形式；动作手势则包含模仿型动作和指示型动作，这与上一种分类方式中的模仿型手势和指示型手势是相一致的［2］。

（3）二维手势和三维手势。二维手势通常发生在移动设备的交互界面上，而三维手势则经常出现在脱离交互界面的整个三维立体空间之中。二维手势被普遍应用于与手持移动设备关联的交互技术之中，而三维手势目前主要应用于更为复杂的人机交互系统之中［3］。

四、移动设备平台中手势交互技术的新发展

1.三维手势输入技术——Leap Motion体感控制器

近年来，国内外科学家对计算机中基于手势识别的三维手势交互输入技术进行了认真研究。目前计算机三维手势输入主要有收据手套和基于电脑视觉两种方式。

（1）数据手套。基于数据手套的手势输入，是根据戴在手上的具有位置跟踪器的数据手套获取信息，然后利用光纤直接测量手指的弯曲和手的位置以实现的手势输入［4］。

（2）电脑视觉。基于电脑视觉的手势输入是采用摄像机捕捉手势图像，再利用计算机视觉技术对捕获到的图像进行分析，提取手势图像特征，从而实现手势输入［5］。这种方法较少限制用户手的运动，与此同时，用户还可以观看到自己所捕获的图像。

Leap motion通过两个摄像头以捕捉经过红外线 LED 照亮的手部影像，经三角测量并计算出在空间中的相对位置，以此来连接电脑，其最大特点是用手势输入取代了传统的键盘、鼠标输入。Leap Motion的识别范围大致为设备顶部以上 25毫米至 600 毫米处，识别空间基本上是一个倒置的四棱锥体。在这个空间之中理论上能够实现的精度为 0.01 毫米，目标则是手指的动作识别，延迟大约在 5-10 毫秒内［6］。

作为一款三维手势输入的概念产品，leap motion依然存在着一些缺点，如用户长时间手臂悬空操作的劳累问题，以及悬空手势输入的精准度问题等，因此需要使用更多的时间进行优化。当科技发展到一定水平，Leap Motion这种三维空间手势交互方式一定会成为人机交互的最新工具（见图1）。

图1　Leap Motion体感控制器

2.智能可穿戴设备中的手势问题

可穿戴设备的工作原理基于穿戴式传感器的识别系统，一般是利用数据手套或是固定在手臂上的动作传感器来获取手势数据。数据手套可以直接采集到所需要的运动数据、手型以及手指、手臂弯曲角度等方面的数据。数据手套的优点是采集到的数据比较稳定，信号处理简单；缺点则是设备复杂而费用昂贵，实用性比较低。而基于加速度、地磁和陀螺仪等动作传感器不受外部条件的限制，可以在恶劣的条件下和较大的空间范围内实施手势操作识别［7］。

探讨、研究可穿戴设备的手势识别有着重要的理论意义和实际应用价值。理论上，手势识别涉及人机交互、模式识别等多个领域，这项技术的应用能极大丰富人机交互方法的理论基础；实际应用上，大量基于传感器这种识别方式的移动设备的开发也改变了人们的生活质量，给日常生活带来了极大的便捷。

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五、小结

随着日常生活节奏的不断加快，人们需要在忙碌之中快速处理众多信息，由此手持移动设备的交互便捷显得尤为重要。手势交互的重点就是要强调更自然更直观的综合性手势操作。用户能够迅速理解并熟练掌握各种操作方式并使用自如，高效率地利用产品，以求最快的实现用户使用的目的。

手势操作有着丰富而有趣味的交互方式，它的应用使用户不再受设备的诸多限制，操作者能够在方便和高效的情况下完成各项操作，同时也能为用户提供新鲜而有刺激的经历。手势的应用十分广泛，这都需要交互设计师具有相当大的知识储备以及设身处地的从用户的角度出发，只有这样才能真正地为用户做出有益的设计。

［1］Wexelblat.A feature-based approach to continuous-gesture analysis［D］.SM Thesis，MIT Program in Media Arts and Sciences，1994:113-114.

［2］Pavlovic I，Sharma R，Huang T S.Visual interpretation of hand gestures for humancomputer interaction: A review［C］.IEEE Trans on PAMI，1997:23-25.

［3］王元，高羽.带你了解世界最先进的手势识别技术［EB/OL］.（2015-02-27）［2015-03-18］. http://www.leiphone.com/news/201502/ QM7LdSN874dWXFLo.html.

［4］韩双焕.笔式用户界面中手势的可用性设计和识别研究［D］.北京:中国科学院研究生院（软件研究所），2005:56-57.

［5］王悦，岳玮宁，王衡，董士海.手持移动计算机中多通道的交互［J］.软件学报，2005（01）:60.

［6］周韶宏.交互革命：人与机器该怎样交流［EB/ OL］.（2014-11-05）［2015-03-18］.http://www. ifanr.com/466339.

［7］杨经纬.基于可穿戴传感器的手势识别［D］.杭州：浙江工业大学，2012:31-32.

Research on Interactive Gesture in Mobile Devices Design

Wide use of mobile intelligent devices has turned today's society into a new era of interaction. The number of application users and devices are increasing in an amazing pace. Operational characteristics of the gesture interaction make this interaction become the mainstream model of mobile devices in human-computer interaction and future trends. In this paper, on the one hand we like to investigate and study currently mainstream mobile devices interactive gestures explore and establish the mapping between user-specifi c gestures and their meanings. On the other hand, our research starting from the user, to know their intention, to explore different environments, relevance under the platform of user gestures, to design more effi cient and convenient user gestures, which allows the smart mobile devices into full play its value and better services for users.

mobile device；user operation；human-computer interaction；gesture recognition

J02

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2016.03.013（0080-03）

2016-04-19

方芳，武汉理工大学艺术与设计学院硕士生。