人脸识别系统的情感交互设计研究

马广韬　张志蕤

摘要：以沈阳建筑大学正门为例，研究和改进沈阳建筑大学正门人脸识别系统的交互设计。通过人机工程学和情感交互设计的思维和方法，对沈阳建筑大学学生及教职工在通过正门人脸识别系统中存在的问题进行了分析，论述了其中存在的用户需求矛盾，以及交互设计深层理论中的“认知摩擦”问题。可以顺利通过人脸识别系统，进入沈阳建筑大学的学生及教职工仅占27%。针对这些问题，提出了利用人机工程学设计标准和尼尔森的状态可见原则来引导增强用户收到的行为反馈，构建交互式人脸识别系统的设计思路。

关键词：情感交互设计 人脸识别系统 反馈

中图分类号：TB47 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）07-0120-02

引言

随着科技的进步和社会的发展，在摒弃原有的产品设计的概念以后，单纯围绕外观和功能的设计已经不能满足用户的需求，以用户体验为主导的用户体验设计在产品设计中逐步受到认可。因此，如何使产品符合用户的需求？这一普遍存在的问题，愈发重要。比尔·莫格里奇曾说明：交互设计的本源并非技术，更应考虑用户能否在与机器交互的过程中获得情感体验，因此他认为设计师需要更加关注体验设计。目前，用户体验的理念将从效能发展到意义、情感的维度作为设计的最终目标。由于目前信息技术的快速发展，情感交互越来越成为现代人机交互的首要发展方向，设计者及研究者也愈来愈重视情感交互设计。

一、人机情感交互设计理论概述

（一）行为逻辑：《从物理逻辑到行为逻辑》将“合理组织行为作为决策依据”定义为“行为逻辑”。以前的设计学科更加重视形式，但人机交互的过程却是人机交互中的行为逻辑更加注重的，重点在形容和规划用户的行为方式，后来依据其行为方式来描述，并传递这种行为的更加合理的方式。它是全新的，并且具有更加广阔规模的交互理念。一个平凡的交互设计，是从加强用户体验的方向出发，而以行为逻辑为重心的交互中，变化的不只有产品的使用过程，也有全部环境的变化。

（二）情感交互：人类是社会性物种，能够敏感的接收到任何周围事物的情感表述，比如物体、产品等。当物体与人产生交互的时候，人对物的感性评判就是情感。站在心理学的角度来分析，情感交互是利用信息作为媒介，将设计师、使用者与产品之间的情感交流进行融合的设计方法，以达到使用者的情感需求作为基本，使使用者在交互过程中得到情感愉悦。情感交互设计不仅是发明一个满足用户视觉的产品，它的根本目的是综合设计的各个方面以及使用者的需求，传递产品的特点和质量，使其符合使用者群体或目标受众的情感诉求。

二、人脸识别系统的交互设计用户研究

（一）主要用户分析：交互设计的研究方法是从用户研究开始的，笔者将研究对象确定为沈阳建筑大学正门人脸识别系统，所以，用户研究的目标为沈阳建筑大学全体同学以及教职工。笔者于2018年11月在沈阳建筑大学发放了200份问卷调查，根据统计不难发现，教职工约占11.3%，学生约占88.7%。需要经常使用人脸识别系统来通过沈阳建筑大学正门的学生以及教职工约占93.6%。沈阳建筑大学人脸识别系统的被使用情景主要分为两种，第一种是需要离开沈阳建筑大学的学生及教职工，经统计发现，91%的学生及教职工可以顺利通过门禁系统，如图1所示。第二种是需要进入沈阳建筑大学的学生及教职工，经统计发现，仅27.5%的学生及教职工可以顺利通过门禁系统，如图2所示。

可以得知，沈阳建筑大学正门的人脸识别系统使用频率极高，用戶在离开沈阳建筑大学正门时，人脸识别系统的可用性较高。但是，在用户进入沈阳建筑大学正门时，人脸识别系统所展示的可用性极低。

通过调研分析，发现沈阳建筑大学人脸识别系统有以下几个问题。第一，在使用人脸识别系统离开学校时，面部识别器对用户行为的反馈不够清晰。第二，在使用人脸识别系统进入学校时，没有过使用经验的用户不知该如何通过门禁，产品缺乏依据用户的行为逻辑来进行设计。第三，在使用人脸识别系统进入学校时，整个人脸识别系统没有任何对用户行为的反馈及互动，不符合情感交互设计的易用性原则。第四，整个人脸识别系统缺乏结合人机工程学原则进行设计。

三、人脸识别系统中的情感交互设计价值及原则

（一）人脸识别系统中的情感交互设计价值：目前人脸识别类产品屡见不鲜，如何在众多的人脸识别类产品中展露头角是令设计者们烦恼的事情，更高水准情感诉求的满足意味着产品将带来更高的经济收益，所以，基于情感交互设计的人脸识别类产品是促进产品提高竞争力的重要手段。所以，使用者评估一款产品体验的好坏，不止是注重其功能能不能满足需要，让使用者感受到知心和欣喜是获得使用者称誉的主要方法。

（二）情感交互设计中的状态可见原则：系统应该让用户时刻清楚当前发生了什么事情，也就是快速地让用户了解自己处于何种状态、对过去发生、当前目标、以及对未来去向有所了解，一般的方法是在合适的时间给用户适当的反馈，防止用户使用出现错误。当行为过程被当作设计目标时，其属性已不是过去产品设计通常关注的比如功能、结构、材料、颜色等物理属性。交互（interaction）是因为有了“动作”（action）和相应的“反馈”（reaction）才形成了一个回合的交互行为。

（三）视野：用户通过人脸识别器或提示标识获得信息时，往往更加适应俯视或者平视，而不是仰视。人体在站姿状态并且保证头部固定时为俯视，标准视线为水平0°，人的视线在垂直角度时，眼睛的最大转动角度为30°，视野的最大范围为70°。站姿状态下，自然视线低于水平线10°，当人在放松状态下，站姿和坐姿的自然状态平均标准为30°和38°，目光最佳转动范围为25°～30°，如图3所示。

四、人脸识别系统的交互行为分析和改进思路

（一）沈阳建筑大学正门人脸识别系统的交互设计分析：从交互设计的角度看，学生以及教职工在出入学校时，人脸识别系统缺乏对用户的使用行为进行引导，更加缺乏对用户使用行为的清晰反馈，对于没有过使用经验的新用户来说，大大降低了系统的易用性。由于知识背景和对信息的诉求不同，使人脸识别系统的使用者和其设计师之间产生“认知摩擦”，所以大部分师生只能通过间接的询问才能获取信息，从而达到使用者的需求。

通过调研可以发现，用户在通过人脸识别系统进入校园时，由于缺乏情感交互设计的指导，导致了系统的易用性极低。所以，本节基于用户的行为逻辑以及尼尔森的状态可见原则，分别对加强人脸识别系统的前馈和反馈进行改良设计，利用人机工程学的原则来提升人脸识别系统的易用性。

（二）人脸识别器交互设计改进思路

1.人机界面尺寸设计：在设计标识与人脸识别器的尺寸时，可以根据公式α=2arctanH/2L视距和视角之间的关系进行计算。式中：α为视角;L为眼睛到识别器界面的距离，H为界面的高度，如图4所示。

根据人机工程学中的视野原则，观看人脸识别器人机界面时最佳视角α在视椎内30°范围内，水平视线上方15°。因此，可推算出常见的视距与界面边缘最小值的关系，如表1所示。笔者根据实地测量，将用户眼睛到人机界面的距离即视距设定为350mm，所以，根据表1将人机界面的高度尺寸设定为190mm。

人机界面中的文字信息是向用户传达信息的重要媒介，所以人机界面中的文字尺寸需要根据人机工程学的原则进行设计，而不是主观的经验设计。

根据公式D=L/200～250，其中D代表文字尺寸，L为视距，其实200，250是公式常量。将表1中的常用视距350mm代入公式计算可以得出文字尺寸=350/200=1.75mm。所以，人机界面中的文字尺寸最小为1.75mm，由于是重要的提示性文字，笔者将文字尺寸设定为4mm，如图5所示。

2.人脸识别器安装高度设计：视距和视角的关系是考虑安装位置的关键要素，视角会影响视距。人脸识别器和提示标识的安装尺寸应被受人的站姿眼高尺寸所决定。另一方面，视角、标识和人脸识别器的尺寸高度，到地面之间的距离同样是需要考虑的重要因素。

笔者取第50百分位的男性眼睛水平高度和第50百分位的女性眼睛水平高度的平均值，得到以下计算结果。站姿眼高=眼高均值+修正量≈1579mm。所以，人脸识别器的安装高度应为1579mm。

3.人脸识别器反馈设计：在用户通过人脸识别系统离开校园时，人脸识别器的人机界面应该对用户的行为做出更加清晰直接的文字反馈，更有效地对用户的下一个行为进行引导。在人机界面中明确给出用户可以通行的文字表达，加强对用户行为的反馈，如图5所示。“请通行”字样的颜色是根据行为逻辑的原则来进行设计的，绿色代表通行的观念深入人心，所以将核心反馈语的颜色设定为绿色。

（三）门禁系统交互设计改进思路

1.标识设计：在用户进入校园时，人脸识别系统应根据用户的行为逻辑进行交互设计，人脸识别系统需要为新用户带来完整的信息前馈，使用户能够无意识地认知到应该如何使用人脸识别系统通过门禁，减少新用户的学习成本。所以，可以像图6那样在门禁前的道路上做出对用户行为具有引导性的标识，在铁门上安装简明的提示牌。

如表2所示，在设计标识与人脸识别器的尺寸时，可以根据公式α=2arctanH/2L视距和视角之间的关系进行计算。所以，为了使用户在距离门禁系统10m的位置就能注意到提示牌，标志的最小尺寸应该为25cm，由于是重要的提示性标识，笔者将尺寸设定为30cm，如图6所示。

为了使用户在距离门禁10m的位置就能注意到文字提示标识，所以根据公式：字符尺寸=视距/250=1000cm/250=4cm。最后将“请注视摄像头”文字标识的高度尺寸设定为4cm。

2.门禁系统反馈设计：当人脸识别系统成功扫描用户面部特征，解除门禁以后，设计师应该考虑加强门禁系统对用户行为的反馈。可以利用①增加摄像头灯光、②增加大门自动弹开幅度、③声音提示等手段，使用户能够自主意识到门禁已经解除，可以通行。

結语

基于交互设计方法及原则对沈阳建筑大学正门人脸识别系统进行改良设计，不仅能够弥补沈阳建筑大学正门现有人脸识别系统的缺点，还能够使沈阳建筑大学正门人脸识别系统比之前更人性化，从而最终达到改进沈阳建筑大学正门人脸识别系统使用效率的根本目的。