基于交互品质的压路机操纵手柄形态设计研究

顾鹏飞， 张 昆， 贾 辉

（中国矿业大学 建筑与设计学院， 江苏 徐州 221116）

0 引言

压路机操纵手柄是驾驶员控制压路机驾驶任务的直接交互装置，涉及不同任务并行及装置之间频繁的切换，是复杂的功能集成装置，并且任务的优先级、参与感等不同属性对驾驶员的决策都有不同程度的影响[1]。针对操纵手柄的多任务调度行为，造型作为操纵手柄的外在表现，承担了产品的品质、技术、性能、理念等多方面内在属性的表达[2]，在操纵手柄的设计中非常重要。 在设备智能化的背景下，通过研究压路机驾驶员行为，关注驾驶员体验需求， 将特定的体验品质与特定的互动属性系统的联系起来，使得交互与预期体验相匹配，进行具有良好用户体验压路机操纵手柄设计研究是十分有必要的。

1 压路机操纵手柄的交互品质构建

1.1 交互品质在设计中的应用方法探讨

交互品质是描述交互过程特征或者属性的一种语言[3]，描述用户在具体场景中与产品或系统发生交互时，整个交互过程的特征和属性。 通过发现产品的品质特征，即在指定条件下使用时需要满足的隐性需求能力，保障用户在特定的情境下对产品做出恰当准确的自适应效果。

如何利用用户认知提取品质特征并呈现在设计中，以保持交互中动态的情感品质， 国内外学者做出了很多探索。 Mõttus M 认为提升交互美学需要考虑到产品交互动作和外观相关组成部分的整体审美感知[4]；Lenz E 通过开发交互词汇表导出交互属性， 以一种不受模态和技术限制的方式描述交互，创造一种特殊的体验：需要意识和在交互层次上有目的的属性组合[5]；Youn-kyung Lim 就如何设计审美互动提出了三种重要的思维方式： 理解设计的是什么即交互、 知道设计交互时可以操纵什么即交互的属性、掌握如何操纵属性以形成交互，并从身体美学的角度解释了该方法[6]；谭浩等通过对交互特征的提取、定义、描述及交互特征和用户体验之间的关系，对车载手势控制的音乐播放器交互界面进行了再设计[7]；何人可通过交互人格化的方法，观察分析设计原型，提取设计原型的的形式特征转化为交互界面的形式特征， 增强了用户在界面系统使用过程中的情感价值[8]。

当前关系描述本质上是主观的， 因为不同的人可以用不同的方式定义和解释它们，但是身体的互动参与，用户会对特定环境中的产品或服务会产生经验并形成稳定的认知。 依靠稳定一致的交互行为及用户体验构建交互品质， 共识聚类和交互式特征选择同样是提取属性特征非常有用的方法[9]。可以通过交互品质属性特征的获取约束表达对象的固有属性，如大小、功能、几何形状等，保障消费者与产品的交互能内在地获得某种体验， 有利于构建良好的交互关系。

1.2 面向用户体验的交互品质特征提取

Alashqar A M 将品质定义为“产品或服务的整体特征，取决于其满足特定需求的能力”[10]，因而交互式产品的品质特征会对用户的整体判断产生影响。 针对复杂功能集成装置， 压路机操纵手柄的品质特征可以通过明确压路机操纵手柄的目的及典型任务， 梳理驾驶员的操作流程及交互行为关系获取。最终，压路机操纵手柄任务的主要形式特征聚类表现为“速度控制”和“碾压轮控制”。 驾驶员对压路机操纵手柄的体验认知及感性诉求体现在这两个形式特征之中。

利用半结构式访谈获取用户对不同情境下对操纵手柄的感知反馈及反馈评估， 总结手柄任务输出方式的特点和相关要求， 但是对于多数驾驶员来说， 很难从可用性、有用性等方面的评价系统，更多的是根据自己的认知通过一些描述性的词汇来表述经验，如“能省力一些、更轻松一些”“用起来更加的顺手”等。这些语句经过提取发现驾驶员的体验描述呈现出相似性、稳定性：是舒适的、放松的、准确的、有效率的、有明确目标的、有意义的、迅速反应的、重复的等，能够有效反映压路机操纵手柄用户体验目标。 表现运动特征是形式、相互作用、功能和由此产生的行为之间复杂相互作用的结果， 并且这些交互特征在同一情境下往往优于其它形式的交互， 其中细微的差异会对用户体验产生重大影响[11]。

驾驶员的交互行为同样反映操纵手柄的品质特征。交互行为展现因果关系， 显示为每个事件内以及一个事件到另一个事件之间的关系。 压路机操纵手柄作为手动交互，驾驶员的直接操作对象，通过观察驾驶员执行各任务的运动， 总结运动的动态品质有助于描述驾驶员内在意识的表达，实现高品质参与。

1.3 压路机操纵手柄交互品质表达

交互特征品质是无形和动态的， 但是会影响体验质量。 引入交互品质描述动态、无形的交互特征，以专家小组讨论的方式，针对收集到的信息，分析探讨压路机操纵手柄的交互特征，构建出压路机操作手柄的交互品质。 最终“控制的、自然的、舒适的”被用来描述一个具有良好交互关系的压路机操纵手柄。交互品质1“控制的”表现出时间、空间对交互品质的影响，交互系统对有效完成压路机操纵手柄每一操作任务， 任务相互配合达成操作目的的重要需求，交互特征表现为规律的、即时的、精确的；交互品质2“自然的”表现出对驾驶员行为习惯的考量，客观体现在动态交互过程中， 各任务对应元件驾驶员操作行为切换的自然程度，交互特征表现为本能的、熟悉的、连贯的；交互品质3“舒适的”是手柄造型设计用户诉求最多的品质， 具体表现在操纵手柄上呈现的交互特征为轻松的、自由的、贴合的。通过交互品质的介入，解决单一属性能够帮助设计师为创造愉快的体验更具针对性的做出意见的方式， 使得输入或输出的行为概念得到有意识的考虑。

针对不同情境，驾驶员对手柄的诉求不同，所以品质特征有些是针对某些特定的操作任务， 有些指向操作手柄本身或者存在交叉关系。 因此我们还讨论了专家为完成一系列类似任务而采用的策略， 而由于使用此工具会改变他们执行工作的方式， 重新讨论了初始任务特征和设计原理，见图1。

图1 交互品质特征构建过程

经过总结分析，在压路机实际作业中，压路机操纵手柄整体主要具备 “控制的”“自然的”“舒适的” 的交互品质； 而驾驶员针对操纵手柄全部的操作流程和操作行为所呈现出的动态交互效果在不同任务中交互特征表现出不一样的趋势：在加速、减速、前进、后退、制动的任务中要求操纵手柄是“本能的、熟悉的、贴合的、轻松的” ；选择速度档位——规律的、连贯的；油门加档减档——熟悉的、轻松的；振动开关——连贯的、轻松的；选择频率——规律的、即时的、精确的。

2 交互品质至压路机操纵手柄形态特征

交互品质通过在设计之前有意识的识别属性特征，来预测设计的吸引力，给设计师提供品质设计准则，能够保证设计的吸引力。 通过交互品质下交互特征与各任务的映射关系，阐述交互特征与物理属性之间的关系，使得操纵手柄对设计的要求更加清晰明确。 例如在加速、减速、前进、后退、制动5 个任务中，“本能的”说明操作人员在达到任务要求的条件下完成这些任务， 要求操纵手柄的交互方式是符合预期的、与直觉相一致的，“熟悉的”则要求压路机操纵手柄的交互方式符合日常常识判断，“向前推动手柄，压路机加速，向后拉动手柄，压路机减速”，与生活中多数手持手柄具有相通性，“贴合的”，“轻松的”形容的是驾驶员与操纵手柄交互力度的强弱， 无需过多费力的操作保持对手柄的控制力度。

从“速度控制”的目的来看，基于操纵手柄的交互品质进行操纵手柄操作方式的设置，为保证加速、减速、前进、后退、制动的良好体验，需要操纵手柄具有熟悉的、本能的、轻松的交互方式及贴合的造型特征。 通过交互品质属性特征的获取，约束操纵手柄造型特征的表达形式，专家结合人机关系进行讨论，得出操纵手柄的部分参考：五指均有支撑、轮廓呈现为有机曲面、工作状态与手柄运动方向一致、 保证手腕与手掌呈一条直线、 有较长的运动行程、手掌及手指与手柄充分接触、呈现略微倾斜状态、对手掌能够起到支撑作用、五指有较高的自由度。 同样的，选择速度档位，需要操纵装置是规律的、连贯的——控制器在手指可达处、控制器的排布方式符合手指运动轨迹；油门加档减档，要求操纵装置是熟悉的、轻松的——控制器运动方向与控制状态具有一致性、 控制器状态是可持续变化的。

从“按碾轮控制”的目的来看，在振动开关的任务要求下，需要操纵手柄操作装置达到轻松的、连贯的交互特征， 便要求操纵手柄物理属性是控制器在无大幅度动作下的手指可达处、与其它控制器处在同一控制轨道、控制器与手指有充分的接触；选择频率，要求操纵装置是规律的、即时的、精确的——同一功能控制器之间有足够的间距、控制器的空间位置靠近大拇指、控制器的分布方式符合大拇指运动轨迹、与其它控制器位置空间相互区分。

针对造型特征参考， 进行压路机操纵手柄形态优化策略设计。设计压路机工作状态与手柄运动方向一致，复制驾驶员自然运动轨迹，使用户能够凭借经验迅速适应；复杂按键的空间布局， 将操作频繁的频率选择按键置于手柄距离大拇指最近的位置， 并根据大拇指移动轨迹调节高低频率按键空间位置关系，二者呈现为曲线轨迹；整体形态保障手柄工作状态，手腕与手掌呈一条直线，并略微倾斜。 这些造型特征参考为压路机操纵手柄提供了一个假定的最优设计方案。

3 操纵手柄造型设计与评价

3.1 压路机操纵手柄模型构建

通过构建模型，有利于在更详细的层面上解释设计，以便于观察和理解结果以及对设计结果的预测。利用油泥可塑性强、不易变形的特性，通过分层涂抹的方式，塑造产品的整体造型并进行细节调整，以期达到预期的操纵手柄模型水平，见图2。油泥模型用于操纵手柄的形体构建及功能按键的排布方式模拟，在确认方案后，通过三维软件进行数据化建设进行修饰并削弱模型建设的主观程度并利用keyshot进行赋予材质观察效果。见图3 和图4。

图2 油泥模型制作

图3 模型构建

图4 渲染模型

3.2 实验设计

由于操纵手柄的方案设计是基于交互品质研究的初步方案， 因此结合现有的用户体验评估收集方法以及压路机操纵手柄实体操纵装置的性质， 进行设计构思方案的用户体验评估。设计师参与活动，可以更好地了解物体的运动和可能的行为， 并发现操纵手柄的物理限制。因此，本文的研究将受访者分为专业组和用户组， 有利于提升交互品质评分结果的严谨性和普适性。 除设计方案， 见图5 选取2 种手柄作为对比模型：通用手柄、概念手柄；分别作为手柄1、2、3进行测试。 为了能够更好地观察人们与原型进行自然互动， 实验利用3D 打印技术对3 种手柄进行了等比例还原，比较不同的操纵手柄，了解输出操纵手柄的交互水平，确定其优缺点以及未来改进的领域。 针对压路机操纵手柄实际工作环境，设计操作平台，还原压路机工作室状态，提高评估真实性，见图6。 将压路机操纵手柄的13 个任务随机布置给实验对象，每间隔9s 更换任务。 测试人员分别使用3 种手柄， 根据提示进行相应任务操作，总时长为18min，更换手柄时休息8min 并完成相应的调查问卷。

图5 对比模型

图6 模拟试验

3.3 用户体验评价

参考隆德（Lund）开发的USE 用户体验测试模型即有用性、满意度和易用性问卷，结合操纵任务设置了20 个适合压路机手柄测试的问题以评估用户体验，进行“非常不符合，不符合，基本不符合，一般，基本符合，符合，非常符合”，分别赋值“1、2、3、4、5、6、7”，用户体验评估从有工程车驾驶经验的用户和工业设计研究生中共选取18 人。

图7 体验问卷结果分析显示， 测试人员对设计方案的评价相对另外两个手柄处于较高的分值， 表明方案的设计构思在介绍、视觉展示及实验测试阶段，用户体验的主观评估更为理想。但是在握持方式的问题上，相对于手柄3 仍有差距，说明设计方案能否恰当的表现“本能的”交互仍然需要更多的验证，可以利用交互品质“自然的”调整优化手柄物理参数，进行更多的方案构思。

4 结束语

本文针对压路机操纵手柄任务特点， 从关注用户行为、用户体验的角度构建交互品质，并将其作为一种新的研究途径，对原型属性特征提取、体验设计和交互式原型设计三者加以整合，约束产品设计表达，提出了基于交互品质的压路机操纵手柄形态设计方法。 通过操纵手柄的案例研究， 提出三种交互品质作为压路机操纵手柄的设计考量，进行手柄的形态设计，为能够激发共情的压路机形态设计提供了新的思路。