情绪监测系统在人机交互设计中的应用

仇珺 黄亚鹰

摘  要：人机交互设计在虚拟现实、移动计算等技术的支持下早已不局限于键盘、鼠标等点控式交互方式，多通道和多媒体的智能交互逐渐占据主导地位。因此文章以情绪监测系统为出发点，首先解释了情绪监测系统与人机交互设计的概念，其次对情绪监测系统在人机交互设计中的意义进行分析，最后介绍情绪监测系统在人机交互中的应用方法。通过文章的研究，以期达到利用情绪监测系统改善个人及社会健康状态的目的。

关键词：情绪监测系统;人机交互;终端系统

中图分类号：TP311         文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）22-0024-04

Abstract： With the support of virtual reality， mobile computing and other technologies， human-computer interaction design has long been not limited to point controlled interaction modes such as keyboard and mouse， and the intelligent interaction of multi-channel and multimedia gradually occupies a dominant position. Therefore， taking the emotion monitoring system as the starting point， this paper first explains the concept of emotion monitoring system and human-computer interaction design， then analyzes the significance of emotion monitoring system in human-computer interaction design， and finally introduces the application method of emotion monitoring system in human-computer interaction. Through the research， we hope to use the emotion monitoring system to improve the health status of individuals and society.

Keywords： emotion monitoring system; human-computer interaction; terminal system

0  引  言

人工智能与人工生命一直致力于创造出能够模仿人类和其他生物行为的智能机器，其中以与人类相同方式进行情绪表达和认知的计算机方法称为“情感计算”。目前，交互设计对自动情绪分析领域开始重视，许多感测技术已经能够用于自动测量和分析用户的情绪，并且从收集的数据预测用户行为。“情感计算”的概念于1997 年出现，麻省理工学院的PICARD教授提出情感计算是与情感有关的计算，也是意图影响情感方面的计算[1]。而信息技术的不断发展，让计算机具备识别与分析用户情感状态的能力。情绪监测系统正是利用计算机这一能力进行情感识别。利用情绪监测系识别情感一般可以分为几个步骤：获取情感信号、对获取的情感信号进行预处理、特征提取与选择、分类识别、最后提取结果。目前常用获取情感信号的方法有面部识别、语音识别、心率监测识别等。

1  情绪监测系统概述

情绪监测系统可以分为用户登录和管理员登录两个部分。用户登录模块包含登录界面、情绪的分析和管理界面，用户能够通过界面查看自身的情感分析。管理員登录模块主要负责用户情绪信号的读取、预处理、提取情绪特征、进行情感识别和管理用户信息[2]。如图1所示。

用户登录需注册个人账户，并完成首次登录，登录成功后即可在用户界面查看个人情绪状态信息。用户登录的情感分析功能能够将用户近期的情感状态转换为比例图和雷达图，让用户直观的感受当天、近一周以及近一月的情绪变化和情感分布。账户管理功能可供用户查询及管理个人信息。管理员模块首先需要读取用户的情绪信号，由于情绪输入方式的不同系统提取到的情绪信号格式也会不同，主要格式有图片格式、语音格式等。随后经过系统的计算对比得出情绪信号的结果。并且能够通过用户管理功能管理用户的情感数据，查看用户信息。

以上系统体系大体分为四个层次：用户管理、当前情感状态、历史情感状态、情感分析过程演示部分属于UI层，这一层次的设计重点在于界面及UI的设计，确保清晰明了的呈现用户所需信息;用户登录、用户注册、情感查询、情感分析属于功能层，是供用户使用的系统层次;系统的核心层有业务处理、提取情感特征参数、语音信号预处理以及情感识别，顾名思义，这是情绪检测系统运作的核心，是前面情感状态和情感分析的来源;最后一个层次是数据库层，本层数据库中包含前期收集用于对比情绪信号的数据和所有用户情绪信息，随着注册用户增多，数据库样本也越来越大，之后对于情绪的识别也将越来越准确。

2  人机交互设计概述

2.1  人机交互概念

交互设计不同于产品设计、图形设计，它包含的设计领域与学科众多，例如界面设计、多媒体技术、人机工程学等。而人机交互设计是一个输入和输出的过程，用户通过人机界面向计算机输入指令，计算机经过处理后将输出结果呈现给用户[3]。而从使用者的角度来看，一个好的人机交互设计需要满足易学习、易使用、容错性高、安全性高等几大特点。它应该是一个有效且令人愉悦的设计，与传统产品设计不同的是，交互设计除了考虑自身产品特性外，还需要了解人的行为特点与心理情感，它的最主要目的在于让产品变得更容易使用。

2.2  人机交互设计要素

人机交互设计主要的主要设计要素有空间、时间、造型、动作、声音等[4]。这里的空间不仅是物理空间，也包括数学空间，它代表着交互的环境，处于安静或吵闹的交互环境人们产生的交互体验也会不同。人机交互设计在时间要素的设计上要有充分的节奏把握，人们总是讨厌漫长的等待时间，用户在启动系统时如果一直持续出现重复不变的画面，会让人产生长时间等待的感觉而给用户留下不好的使用体验。产品造型要素对用户感受的影响是巨大的，其颜色、大小、色彩、材质等设计都能一定程度的控制用户使用时的情感变化。动作要素是人机交互设计的重点，是人机交互时产生的行为，包括用户使用系统时的动作和系统反馈信息时产生的动作。声音是用户体验的重要反馈因素，不同产品对于声音的需求也不尽相同。

3  情绪监测系统在人机交互设计中的应用意义

由于生活节奏加快，社会竞争压力明显增加，导致越来越多的人产生心理问题。并且，当前的心理健康服务体系和社会心理疏导机制并不完善，心理不健康以及行为异常人群逐年增加。因此，学会控制自身情绪，保持健康的心理状态，是人们需要迫切需要解决的问题之一。如今，心理是否健康也是评价人们健康状态的重要因素。但心理健康的标准繁多且复杂，例如检测抑郁情绪时使用的恩格斯自测表法不仅需要测试者穿戴大量电极和传感器，且测试结果可能有测试者主观意思的存在，准确度较低。而情绪监测系统最开始正是被运用于医疗领域，医生通过系统对抑郁症患者的情绪进行监控，能够准确快速地了解患者情绪的变化，并因此设计或改变后续的治疗方案。如今，这项技术已经涉及人机交互所在的大多数领域，从抑郁情绪的预防、婴幼儿情绪特征分析到预防疲劳驾驶、线上学习不良情绪检测等。只要有计算机在内的交互设备存在，用户都能够使用情绪监测系统进行情绪检测，这对个人以及社会的健康具有重要意义。

4  情绪监测系统在人机交互设计中的应用方法

研究表明，情感在感知、决策、行动选择等智能活动中起着重要作用，人的情绪状态也将影响到调节自身行为的方式，适度提高情绪的紧张性有利于提高行动效率以及注意力的集中性，需要注意的是，这种紧张性的提高需要掌握其程度的，否则有可能起到相反的作用。因此，在情绪可以被监测和识别的情况下，我们可以通过及时的改变行为来阻止负面情绪的蔓延。

以抑郁情绪监测手环为例，整个设备包含手环主体、手机APP和远程终端三个部分，其中手环可以看作是情绪管理系统的用户登录模块[5]。如今的穿戴式设备大都能够测量用户的心率、血压等身体数据，设备通过手环内的传感器检测心电信号;信号采集模块直接和传感器相连，采集传感器中的心电信号;最后的微控制模块控制信号采集模块进行采集，并将采集到的信息储存在储存模块或通过蓝牙发送给手机APP。

用户首次登录手机APP需要进入信息管理界面，如图2所示，点击管理界面的头像图标可以编辑和管理用户资料。另外，点击手环连接按钮就能使用蓝牙与手环进行配对，配对成功后手机APP会接收手环采集到的情绪信号进行预处理后上传终端系统，终端则将处理过的情感信号进行计算识别后将用户结果反馈手机至APP保存。家人模块可以添加关联用户，使用者可以选择是否将情绪指数与家人共享。

手机APP会将终端系统的反馈结果进行收集整理，用户可以通过APP主页查看自身的抑郁情绪状态，如图3所示。APP将结果分成当前状态和历史状态两部分，当前情绪状态模块会将终端系统的计算结果转换成抑郁指数的形式呈现，并将用户抑郁指数划分为正常、轻度抑郁、中度抑郁以及重度抑郁四个等级，并根据不同的抑郁程度提供相应的调理建议，如图4所示。而在历史情绪状态模块，手机APP会持续储存用户的抑郁指数，并以折线图的形式表现，用户可以通过折线图清晰地感受到自身近一天、一周或者是一个月的情绪变化，如图5所示。

APP主页还包含情绪舒缓模块，如图6所示，针对用户当前情绪状态，APP会为用户提供不同的调理建议。例如，用户在处于轻度抑郁时会建议用户播放一些温暖、放松的歌曲;适当的运动;规律进食，减少咖啡、茶、碳酸饮料等的摄入或者保持充足的睡眠等等。用户可以在情绪舒缓界面找到情绪舒缓建议并查看，APP将一些有助于放松的音乐和视频整理成合集，用户可以直接在APP中播放，如图7所示。社区交流模块可供用户之间沟通交流，用户可在社区中匿名倾诉近期的抑郁情绪或者分享有效舒缓情绪的方法。

用户家人也可以通过下载APP来关联用户，并接收用户的抑郁等级结果，家人APP将会建议家人面对用户不同程度抑郁情绪时可以采取的行动，如图8所示。另外，当APP监测到用户长期处于中度或重度抑郁时，APP将会对用户家人发送通知做出预警，提醒用户需要接受专业的舒缓治疗，建议家人陪同用户进行进一步的诊断治疗。

5  结  论

人机交互技术已经渗入我们日常生活的方方面面，应用于虚拟现实、可穿戴式计算机设备、沉浸式游戏的动作识别、遥控机器人以及远程医疗的触觉交互等多种方向。文章将情绪监测系统与人机交互設计结合，通过人机交互模式的多样性让情绪监测能够得到更广泛的应用，借助可穿戴式设备和移动设备等改善并预防抑郁情绪，防止因不良情绪导致的学习工作效率低下等问题的发生。

参考文献：

[1] 刘振焘，徐建平，吴敏，等.语音情感特征提取及其降维方法综述 [J].计算机学报，2018，41（12）：2833-2851.

[2] 齐柱柱.基于语音情感识别的情绪监测系统研究与实现 [D].南京：南京邮电大学，2018.

[3] 周晓东，朱平，张建波，等.智能纺织品的特性与应用 [J].印染助剂，2006（12）：4-8.

[4] 利德威尔.最佳设计100细则 [M].刘宏照，译.上海：上海人民美术出版社，2005.

[5] 王潘，宋粤欣，赵潮渝，等.一种抑郁情绪的新型监测系统 [J].产业科技创新，2019，1（10）：44-46.

作者简介：仇珺（1997—），女，汉族，湖南岳阳人，硕士在读，研究方向：视觉传达与媒体设计。