基于情境感知的家居智能照明产品系统设计策略研究

冯韵珊 裴悦舟

摘要：针对复杂的居住环境，产品使用场景不断细分，市面上的智能照明产品同质化严重、难以满足用户需求的问题，通过探索情境感知在智能照明产品系统设计中的应用，提出合理有效的设计方法。首先，对理论进行梳理，精炼出适合家居照明的4类情境因素：用户、环境、设备、任务。其次，通过用户研究归纳出关键情境，结合产品系统的要素、结构、功能3个方面，构建基于情境感知的智能照明产品系统。笔者总结出4类情境因素下的智能照明产品系统设计策略。将情境感知运用到智能照明产品系统的设计中，有利于从多维度深入探索用户需求，实现基本照明功能的同时，提供更精准、个性化的服务。

关键词：情境感知；智能照明；产品系统；用户体验；设计策略

中图分类号：TB47 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2024）07-0076-04

Abstract：In response to the complex living environment， product use scenarios continue to be subdivided， the homogenization of intelligent lighting products on the market is serious and difficult to meet the needs of users， by exploring the application of contextual awareness in the design of intelligent lighting product systems， and propose a reasonable and effective design approach.Firstly， the theory is sorted out to refine the four types of contextual factors suitable for home lighting： user， environment， device， and task. Secondly， the key contexts are summarized through user research， and the three aspects of the product system： elements， structure， and function are combined to build a contextaware intelligent lighting product system.The author summarizes the intelligent lighting product system design strategies under four types of situational factors. The application of context awareness theory helps to the deeply understand user from different perspectives， it can also enhance the user experience and provide more accurate and personalized services while meeting basic lighting functions for users.

Keywords：Context awareness； Intelligent lighting； Product System ； User experience； Design strategy

引言

近年来，我国的传统家电照明行业开始向家电照明信息化、智能化逐步过渡、发展，家居智能照明将传统照明与物联网技术结合，受到越来越多消费者的关注与认可，智能照明成为智能家居的重要组成部分。目前，用户家居环境空间的不断变化，伴随着新需求的不断涌现。然而，市面上智能照明产品存在着功能形式单一、难以匹配用户的具体使用场景、多个照明产品间的交互体验差等问题，无法满足用户在不同家居照明情境下的实际需求。基于此，本文引入情境感知理论，以系统的角度对智能照明产品进行设计，有利于全面深入挖掘相关情境信息，分析并获取用户潜在需求，最后通过多种形式的产品设备组合，主动为用户提供更连续、完整、个性化的照明服务，提升智能照明的用户体验。

一、情境感知与情境因素相关研究

情境感知由Schilit等人在1994年提出，源自普适计算的研究，认为情境感知是通过感知用户行为，依据用户所需主动提供相应的服务[1]。目前，针对情境感知的定义，最普遍且接受度最高由Dey提出：通过情境信息，为用户提供与当下时间、地点、事件等相适应的服务[2]。

情境因素是从情境感知系统中所得的基本数据信息。随着情境感知理论的发展与研究对象的变化，情境因素的分类方式也不同。国内学者袁欢欢基于智慧社区养老服务系统中的利益相关者、环境、需求等内容，将情境因素分为4类：用户情境、任务情境、社会情境、设备情境[3]。左自磊以智能家居系统为研究对象，从用户情境、环境情境、任务情境分析相关的设计策略与方法[4]。从本文的研究对象智能照明产品系统来看，考虑到家居环境中用户涉及的各种情境因素，将其分为用户、设备、环境、任务4类情境，有助于准确地获取用户在复杂的家居环境下的实际需求，以完善家居场景中人-机-环境的关系。

二、家居照明情境的构成因素

情境因素在分类上的差异由具体研究的对象决定，即要依据应用领域，选取最佳、最合适的情境分类方式。从智能照明产品系统的角度来看，可以依据用户在家居照明情境内的实际需求分析对情境因素进行分类。在系统中，不同用户的需求与行为随着设备的不同、环境的改變而处于动态的变化之中，从而导致用户的行为与任务执行的变化。在家居照明情境中，首先是感知用户所处情境的变化，其次是理解用户所处情境的需求，提取关键的情境，最后根据用户执行任务情境的变化情况的判断，来预测并实现用户的需求。

因此，本文针对智能照明产品系统，将情境因素分为用户、设备、环境、任务4类，具体情况及各情境关系如图1。

三、家居照明情境下的用户需求与产品系统构建

（一）用户需求的洞察与分析

依据桌面调研和用户访谈两种方法，对用户在家居环境下使用智能照明产品的行为需求等内容展开调研。本文研究的对象以25-30岁的白领群体为主，这类群体对科技产品较为敏感，有丰富的智能家居产品使用经验，可支配收入较高，消费能力强，同时对新兴品牌接受度高且愿意尝试。根据用户访谈结果，将复杂的家居情境进行分类，提取出用户居家关键情境，并分析具体场景中用户的行为，从而整理归纳出用户在关键情境下的痛点。以用户下班后回家这个典型且高频的场景，作为关键情境进行分析，且以晚餐为具体时间点进行阶段的划分，分析在3个阶段中用户执行具体任务时的具体行为，总结分析得出任务—行为—痛点图，如图2。

（二）智能照明产品系统构成

用户的家居生活是由复杂的人、物、环境所构成的场景，下文结合调研内容构建智能照明产品系统，并通过情感感知的介入解决产品系统性问题。智能照明产品系统主要由下列3个部分构成：

1.硬件与服务体验相结合的要素

智能照明产品系统包含为产品要素、环境要素、服务要素。产品要素中包含硬件产品和软件产品。硬件产品主要是用于满足用户基本家居照明需求、收集用户产品使用数据的设备系统，软件要素主要是移动端、电脑端等，通过收集用户个人及产品使用等信息，更好地提供各类情境服务。

2.技术作为连接的载体

智能照明产品系统的功能实现，需要以物质结构作为连接的载体，由智能照明设备、传感器等对用户的个人数据、行为习惯、产品使用情况等情境信息进行采集，随后进行存储、传输，互相关联并上传至云端，并根据用户实际的情境需求，通过输出端的设备执行相应的命令，及时给予相应的信息反馈，提供合适的情境服务。通过上述各项技术作为系统连接的载体，实现系统中要素的相互作用。

3.结合情境因素的功能

在智能照明产品系统中，功能的实现主要是通过产品软硬件之间相互联系、相互作用。基于上述任务-行为-痛点图，整理出关键任务情境与系统中的要素相关联，并以相应技术作为载体，以实现具体的系统功能需求（安全居住、居家日常、休闲娱乐、健康生活），最后结合情境因素进行归纳梳理，如图3。

（三）基于情境感知的智能照明产品系统构建

家居情境下的智能照明产品系统包括硬件、软件，及其相关联的功能与服务。系统通过对用户、环境、设备、任务情境因素的分析与处理，为用户提供实时的照明服务，基于情境感知的智能照明产品系统如图4。

1.采集相关数据信息

系统采集用户情境信息主要两种方式，第一种，通过家居环境中的智能设备采集用户的行为习惯、生活形态等方面数据信息，提供符合用户个人的照明服务；第二种是用户在移动端、电脑端设备中进行信息的录入，针对用户年龄、性别等个人生理数据信息，为家庭中不同的用戶提供个性化照明服务建议。另外，系统可以整合不同环境情境信息，通过特定的设备为用户提供情境服务与建议，或将信息呈现在界面上。

2.提供有效的服务解决方案

智能照明产品系统中，在用户使用产品过程时，系统不断积累用户数据并上传到云端，通过大量的用户信息，基于大数据、云计算平台的信息处理，企业服务商的分析，并经过设计师的洞察用户最真实的需求，提供更为有效的解决方案，及时对系统、流程、服务等进行更新。最后，根据用户家居生活的具体情景需求，为其提供合适的情境服务。

情境感知下的智能照明产品系统将用户、产品设备与环境三者联系起来，基于用户的行为与当前的情境，提供相应家居照明与管理服务，为用户带来更智能、便捷的照明体验。

四、基于情境感知的智能照明产品系统设计策略

（一）用户情境——搭建用户照明服务模型

现阶段的智能家居产品与场景运行时，通常是一对一接收指令，即只针对家庭某一成员，无法顾及所有家庭成员。但在实际家居生活场景中，家庭成员间存在明显的行为习惯与偏好差异，各类用户的需求复杂且多样化，系统搭建精准、个性化的照明服务模型，根据不同的偏好提供相应的服务，让每个用户拥有专属的智能生活场景。

智能照明产品系统用户可以分为主要使用管理者和潜在的特殊用户如老年人、儿童等。主要使用管理者会产生大量的使用数据信息。首先，智能照明设备与云服务、大数据相结合，采集用户年龄、性别等生理数据信息和使用产品时的数据信息，包括使用时间、照明设置等，构建初步的用户模型。其次，根据用户居家环境下的具体行为与动态的需求，主动为用户提供精准照明服务。同时，所记录的使用信息将结合大数据的用户信息库，对模型不断进行更新迭代，并经过深度的学习提升，为用户提供更符合需求的服务，在此循环下构建精确的用户服务模型，为实现个性化照明服务提供基础[5]。

伴随着社会老龄化，出现更多独居家庭、空巢老人，对于这类特殊用户，他们在认知、行动、视觉方面的能力较弱，且高科技智能产品的接受度较低，在此基础上，智能照明系统需提供更加包容性的适老化设计[6]。避免将多数功能集中在单一的控制方式上，应结合多种交互方式如语音、实体、界面等。目前，AI的接入能有效地提升产品的智能化程度，凭借其强大的学习能力，可实现更流畅的语音交互。另外，尽量通过物理按键等实体交互方式实现具体功能，延续老年用户的习惯，减少学习成本与认知负荷。在界面交互设计上，通过增加老年人模式切换功能，视觉方面增大字号与图标，避免功能的过度堆砌。

另外，家庭中孩子成长过程中，视觉感知与行为的变化会导致照明需求的变化，家长往往容易忽视这一点。然而，如今市面上儿童照明产品同质化严重，“学习台灯”只关注孩子单一的需求。系统应根据不同年龄阶段孩子照明需求的变化，搭配并调整不同的产品与照明条件，即需具备成长可持续使用的特性。婴幼儿时期行为多为爬行、玩耍，可通过设置高亮度模式，确保房间内照度与明亮的环境，保证视觉的良好发育。儿童时期，孩子学习或做事难集中精力，好动、爱玩，此时可以通过调整空间中的照明分布，潜移默化地影响孩子的活动，使孩子更加专注。以儿童房情境照明设计为例，将孩子的行为如学习、玩耍、伴眠等作为依据，设置不同的照明模式，通过灯光的变化影响孩子的行为，有效提高孩子的专注力与学习效率，满足孩子在具体任务下的照明需求。

（二）设备情境——产品系统构建多维体验

物联网技术、无线通信技术的快速发展，基于场景下的混合协议照明架构，通过多中心，多入口对智能照明系统进行控制，以产品设备群联合组成的产品系统，让其可以从更多不同的形式搜集并进行数据的反馈[7]。

在硬件产品方面，首先，家居环境是多个不同用途空间的组合，所需的照明条件不同，通过搭配不同的照明产品与智能设备，可以更好地满足用户的情境需求，达到更好的场景照明效果。基于不同的使用场景下，通过不同光源的组合，基础照明、重点照明与混合照明在不同空间中发挥着不同的作用。以书房为例，运用吸顶灯均匀地照亮整个空间，在靠近办公桌的工作区域使用台灯增加光源，可以有效降低用户的疲劳感，并搭配筒灯进行重点区域的照明，抽屉灯增加细节，使空间更有层次感。智能照明系统分区域照明产品的搭配使用，细分产品的功能与体验点，实现多维度的情境信息获取、处理与推送，满足用户居家办公等多场景下的需求。

其次，家庭环境中通过设备产品的组合，实现多种通道、多模态的交互方式，让信息交互更加自然[8]。通过不同产品设备的搭配使用，不仅满足了用户基础的照明功能，同时借助光传递信息的属性，亦实现了视觉、听觉多感官反馈，更符合人的自然交互特征。沈婕将光行为与智能产品进行结合，利用光传递智能产品的状态信息，将其进行视觉的具象化表达，以非侵入式的方式让用户清晰地获取智能产品的状态信息，实现更自然的交互操作[9]。智能产品将光作为重要的信息表达方式，天猫精灵通过光效吸引用户的注意力，缓解用户等待设备联网的焦虑心情，并在连接成功后通过光准确传递语义，提升交互效率。另外，通过光效使智能产品更拟人化，在对话场景中，当用户唤醒产品时，灯光会指向用户的方向。智能照明产品系统中可通过不同产品设备的组合，打造统一的光行为语言，将灯光作为智能产品的表达方式。模拟人在具体场景下的反应，通过设备的灯光描绘出具体的神态，赋予产品生命与温度感。并配合多通道共同传递信息，降低学习记忆负担，使产品更加省心。

2020年我国提出“双碳”目标，该目标的实现需要绿色低碳产业的支持，智能家居通过对家居用电的自动化、精确化控制，实现对家居能源消耗的监测和量化，优化能源使用效率。根据调研结果，如今用户家里购买使用的灯具数量增多，产品系统的组合、照明控制与管理变得越来越复杂，提高了用户的操作成本，也增加了计划外的照明，导致能源浪费。在软件产品方面，用户在家居使用场景下可通过多个入口控制设备，其中移动端是最频繁、便捷的控制方式之一。在系统应用设计中，应以直观的可视化方式帮助用户管理灯具，感知用户处于家居环境中的具体区域，灯具开启的同时，实时推送该空间内各灯具的使用信息，方便用户对空間内灯光的及时调整。另外，系统实时监控用户的能源使用数据，用户设置节能照明模式，达到一定的能源消耗后，应用将反馈超额警告，并自动关闭所有灯，达到节能的目的。智能照明产品系统软件应用通过实现可视化的区域管理，精准控制产品设备，监控并提醒用户节约能源，降低用户操作成本与能源消耗产生的巨额费用。

（三）环境情境——提供照明空间服务方案

目前，智能家居企业已对用户的生理需求与安全需求投入了足够多的关注，未来将在满足情感交互需求方面进行发力，以用户为中心提供智能空间服务方案。其中，照明作为室内环境情境的重要组成部分，与家庭情感氛围的营造息息相关，光环境对人们的身心健康产生着重要的影响[10]，智能照明应关注用户情绪与节律，融入互动设计，构建更加合理、健康的光环境。

一方面，在家居环境的不同空间中，用户的行为存在着明显的差异，系统可以通过感知用户行为，将产品设备进行组合渲染不同的光环境氛围，通过照度与色温高低的互相搭配，达到调节用户情绪的目的，以满足用户在不同居家情境下的情感需求。另外，情感交流是家庭环境中必不可少的一部分，通过灯光营造家庭氛围感，可以有效增强家庭成员间互动交流与情感联系，利用空间环境中动感的光线及光影的构建，搭配相应的色温与照度，形成活跃热闹的情境，增强人与人之间的互动，让人们产生视觉的兴奋感体验，更好地调动情绪氛围[11]，产生更多的交流与情感联系。

另一方面，光环境对人体的生物节律产生重要影响，智能照明产品应根据用户居住环境、地理位置的差异，通过软硬件服务提供健康照明建议。在室内照明充足的情况下，主要采用自然光，照明产品作为补充，有利于形成良好的昼夜节律；在室内照明不足情况下，主要以照明产品为主，通过色温、照度的变化调整用户作息时间，例如在用户设置的睡眠时间内，通过灯光渲染几乎没有蓝光成分的环境，使其制造黑色素并进入睡眠。智能照明产品系统通过采集用户的作息规律信息，通过优化家居照明条件，主动为用户提供相应照明服务，让其养成良好的昼夜作息习惯。

（四）任务情境——融合场景的照明服务

目前，市面上的智能家居不断开拓新的使用场景，但大部分场景呈现碎片化，各产品间联动性较差，缺乏沉浸的场景体验感，没有考虑用户家居场景下行为需求的连续性。用户的生活形态决定着行为习惯，用户在不同情境下的行为不是割裂的，而是连续可预测的，即可以通过系统感知、推理，按照用户的日常生活，为用户提供无感化的照明服务。以用户的固定任务场景（起床、睡觉、吃饭、洗漱等）和碎片任务场景（工作、娱乐休闲等）对具体使用场景进行划分，照度与色温对用户的注意力、工作记忆、认知的灵活性息息相关[12]，即用户在执行不同的任务时所需的照明条件不同。特定的日常任务中，用户的需求多且较为固定，而在碎片场景中需求比较零散。智能照明产品系统可通过判断任务的难易、复杂程度，得出用户所需注意力、专注程度及其他相关水平的高低，从而匹配不同功能的照明产品，给用户提供相关任务下的预设服务与场景建议，用户也可以根据自身的行为习惯、生活日程进行相应产品功能的搭配定制。

此外，用户的行为需求在具体时间点下存在明显的差异，以用户时间作为用户行为划分的维度，系统可以通过采集用户在不同时间点的需求，并结合固定场景与碎片场景对需求进行划分，为用户提供连续的照明生活服务，如图5。一方面，在不同的时间段内，用户的需求有明显的差异。用户可快速查看今日任务内容，点击进入相应的预设与定制的情境模式中。其次，通过录入具体的日程信息，搭配相应时间点的情境模式。例如，唤醒任务模式下，从用户录入工作日与休息日唤醒时间点不同，系统通过感知时间情境的差异，在具体的时间点下通过不同产品设备的搭配，为用户提供精确的照明服务。另一方面，用户在不同时间点需求具有一定的关联性，以时间为维度，通过关注用户反复的、可预测的行为与生活方式，系统可以更好地根据相关联的行为与逻辑为用户提供连续的服务，并且更好地实现智能照明产品系统内部的联动。

综合上述研究内容，归纳基于用户、设备、环境、任务这4类情境因素的设计策略，如图6。

结语

以智能家居为场景的智能照明应用日趋广泛，市面上用途单一、过度细分的产品已无法满足用户的需求，用户的期望与实际体验差距大。针对上述问题，笔者将情境感知理论融入到智能照明产品系统的设计中，提炼出4种家居照明情境的构成因素，以此作为基础结合调研总结的用户需求，并基于情境感知的构建智能照明产品系统，最后，从产品系统的角度出发，提出针对用户、设备、环境、任务4类情境的设计策略，有利于提升用户体验宽度，提供更全面、精确的服务。

参考文献

[1]Schilit B， Adams N，WantR. Context-aware computing applications [C]/ Proceeding of the Workshop on Mobile Computing Systems and Applications. Santa Cruz， USA：IEEE，1994： 85-90.

[2]DEY A K. Understanding and Using Context[J]. Personal and Ubiquitous Computing， 2001， 5（1）： 4-7.

[3]袁欢欢，蒋晓.基于情境感知的智慧社区养老服务APP设计策略研究[J].设计，2020，33（23）：84-86.

[4]左自磊. 基于情境感知的智能家居系统设计研究[D].江南大学，2017.

[5]朱硕，蒋晓，唐藝涛.基于情境感知的机构养老服务设计策略研究[J].包装工程，2022，43（18）：136-143.

[6]陈祖尧，刘艳阳，刘玮.智能家居照明产品适老化设计[J].家具，2021，42（06）：32-36.

[7]刘海涛，张奕，高朋.智能家居在照明领域的应用[J].人工智能，2020，（5）：48-57.

[8]黄群，冯新凌.基于老年人行为特征的家居智能照明产品交互设计探究[J].设计，2017（05）：132-133.

[9]沈婕.面向智能产品信息反馈的光行为设计研究[D].湖南大学，2019.

[10]刘颍希，裴悦舟.以人居光环境为主导的LED照明产品设计方法探讨[J].设计，2017，No.270（15）：122-123.

[11]于冬波，陈竹筠，高家骥.光环境设计在室内空间中的意境营造研究[J].设计，2020，33（01）：156-157.

[12]汝涛涛，李芸，钱柳等.环境光照的认知功效及其调节因素与作用机理[J].心理科学进展，2019，27（10）：1687-1702.