智慧家庭中自然交互設計的應用研究范文

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摘要：目的將自然交互設計的概念引入到智慧家庭領域，研究其在智慧家庭模式下的應用和發展趨勢，并提出相應的設計策略。方法通過探討自然交互設計的內涵和發展總結出自然交互設計的3大特征：操作自然化，技術平靜化和高度智能化，從智慧總控、日常管理、信息交流和互動娛樂4個方面總結智慧家庭的服務模式并對其相關的典型案例進行分析，最后結合自然交互設計的特征提出其在智慧家庭中的4條應用策略并對其進行未來展望。結論智慧家庭作為新一代智能交互對象的典型代表，用戶在與其的交互方式上相較于過去有明顯的區別，以智慧家庭作為切入點，探討了自然交互作為新的交互設計手段在實際中的應用，為應對萬物互聯背景下新的設計機遇與挑戰提供了可借鑒的理論依據和參考。

關鍵詞：工業設計；交互設計；自然交互；智慧家庭

近年來，依托于大數據、云平臺等新興互聯網技術，智慧家庭及其相關產業在我國發展迅速，據有關資料報道，2016年是中國智能家居單品爆發的一年，而到2019年智慧家庭的市場規模預計將達到1950億人民幣[1]。面對不斷擴張的智慧家庭產業，與之相對應的是硬件和技術的日益成熟化，因此，如何滿足用戶的交互體驗需求，提高用戶的操作便利性和使用滿意度成為未來智慧家庭發展的核心，自然交互作為交互設計領域較為前沿的研究，其概念的引入將為智慧家庭及其用戶體驗的發展提供新的借鑒和參考。

1自然交互及其相關特征

自然交互是指用戶與產品、系統或服務在交互過程當中，允許用戶利用本身固有的認知習慣及其熟悉的日常生活方式進行的交互行為，它是以一種非精確的行為方式與產品、系統或服務進行交流，旨在提高交整個過程的自然性和高效性[2]。借助新傳感器、云計算以及大數據和強大的機器學習，用戶將能夠通過語音、手勢、眼動甚至腦波等最為自然的方式與智能產品、系統或智慧環境進行互動，而智能對象也能夠更好地理解用戶的行為及行為背后的需求[3]。目前自然交互作為交互設計領域較為前沿的研究內容，相較于傳統的圖形界面交互設計（GUI），其在適應新技術和改善交互體驗方面呈現出一些新的優勢和特征，主要歸納為以下3個方面。

1.1操作自然化

大幅度降低用戶的學習成本和操作負擔是自然交互最為顯著的特征，使用者無需記憶刻意、繁瑣的操作手勢或交互圖形，即以本能或經驗既有的方式進行自然而然的交互。蘋果的siri智能語音功能很好的闡述了自然交互的這一特征，用戶可利用最習慣的說話作為交互方式進行后臺操控，實現電話、短信等多項功能操作，這種交互方式極大地增加了操作的便利性，并拓寬了用戶群體，使原本不善于使用打字功能或不習慣于手勢交互的高齡化群體獲得了更方便、舒適的交互方式。

1.2技術平靜化

自然交互更加強調“實境”對用戶的影響，通過減少或隱藏復雜的后臺技術，以貼近自然生活的方式“對話”用戶，使智能技術和諧的融入周圍，不去刻意打擾既有的生活方式，產生便利的同時極大滿足操作者的情感需求，增強了用戶體驗的沉浸感。

1.3高度智能化

高度智慧和萬物互聯技術下的自然交互同時應兼具一定程度的智能化預測和感知性，在不剝奪用戶主權的條件下，可利用數據后臺對用戶下意識行為或周圍環境的變化作出適應性判斷，了解用戶潛在需求，從而提供服務于無形。

2面向智慧家庭的自然交互設計模式分析

智慧家庭將居家智能操控、信息交互和線上線下消費等家庭服務通過物聯網技術有效地整合起來，其目的是創造一個高效、舒適、安全、方便的個性化居家生活[4]。隨著技術的日益成熟化，智慧家庭越來越注重用戶交互的感受與體驗，許多設計師參與到智慧家庭的服務模式構建當中，探討用戶與新的智能對象的交互方式，交互對象也從單一的智能產品擴展到更復雜、多樣化的智慧系統和智慧環境，設計師希望用更自然、和諧的手段處理人與新一代“機器”的“對話”方式[5]，自然交互設計也被潛移默化地運用到其中，只是還未形成統一、有效的設計規范。為了對智慧家庭和相關的自然交互設計手段有更深入的研究，在一系列案例分析的基礎上，總結歸納了智慧家庭的服務模式及服務內容見圖1，其中的4種智慧家庭服務模式及其相關服務內容，并選取了幾個代表性的案例對其自然交互方式進行探討和分析。2.1智慧總控區別于傳統智能家庭產品提供單項服務的模式，智慧家庭將多個服務系統集合于統一的終端，并通過云平臺提供的大數據實現各系統之間智能的互動和聯通，用戶可以通過與終端的交互輕松控制家庭內所有的智能部件，并且這種交互方式是簡單方便的。例如2014年推出的一款全新概念的亞馬遜ECHO智能語音音響見圖2（圖片摘自搜狐網），其強大的語言系統賦予了這款音響可以與用戶自然對話的能力，通過與其聊天的方式用戶可以輕松完成查詢天氣、播放音樂、商品下單等多項服務。同時，用戶可以將家庭內部的智能設備連接到ECHO上，通過相關的語言命令實現對智能家電的管理和操控。ECHO的亮點在于語音交互和及時反饋，區別于傳統的界面交互，ECHO的智能語音交互采用的是非線性的交互方式，用戶在交互時不受頁面層級和關系的約束，可以自由發散和聯想，并且這種交互直接指向結果，免去界面交互產生的繁瑣過程，用戶面對的不再是冰冷的機器，并且通過最自然的說話方式便可輕松管理龐大且復雜的智慧家庭系統。

2.2日常管理

利用不同服務云平臺的協同工作，智慧家庭系統可以提供衛生清潔、環境監測、飲食管理等日常生活服務，實現智能冰箱、洗衣機、空調、燈控等智能產品的有效聯動，形成涉及飲食、衛生、環境等多方面的智能化家庭生態圈，從生活的不同角度給用戶帶來切實的日常便利，同時，多數的智慧家庭系統可根據采集到的用戶數據和周圍的場景變化作出自動化調整。家天下設計了一款智能門窗系統，家天下智能門窗系統見圖3（圖片摘自搜狐網），用戶可以利用APP控制家里的門、窗戶和窗簾的開合，并且在自動模式下，這款系統可以智能判斷室內外的天氣及空氣情況自動打開或關閉窗戶和窗簾，例如，清晨窗簾會自動打開來自然的喚醒睡著的人；陰雨天氣或室外空氣質量較差的情況下會及時關閉窗戶，室內空氣不佳時也會自動打開窗戶換氣等。家天下的智能門窗系統很好地體現了智慧家庭在日常管理上的優點，《智慧家庭服務發展白皮書》指出：智慧家居產品將簡單的居家基礎功能轉變為更注重用戶體驗的實用功能，通過感應控制、遠程控制、智能聯動等技術實現高智能的交互模式，這種人性化的交互方式會給使用者帶來更加愉悅、自然、舒心的居家體驗，也給智慧市場帶來了可觀的消費增長點。

2.3信息交流

智慧家庭可以實現家庭成員及其相關數據的平臺化管理，并實現內部成員與外界的有效溝通。FrancoisPortet等人在對他們參與的sweethome智慧家庭用戶評估中提到智慧家庭可以利用攝像頭和電視實現家庭內部成員與外界親屬之間的視頻交流和溝通，并且家庭內部成員可以在家中的任何位置通過語音操作接起電話[6]，這種智能化交流方式極大地提高了信息交互的便利性，因此也被大多數測試用戶接受。惠州市尊寶智能控制股份有限公司研發的智慧家庭系統為關懷居家老人提供了解決方案，確保了家人與老人的有效溝通，當系統監測到老人在家中遇到危險或健康問題時，會立刻通過信息或通話將消息通知給家人、社區管理員以及附近醫院，這種信息交流的及時性有效地保障了老年人的居家安全。家庭內部與外部有效的信息溝通和交流給用戶提供了一個開放式的家庭平臺，當然這種開放是建立在保護家庭成員隱私的基礎之上的，讓體驗者在家中也可以感受到信息的時效性，獲取有效、及時的信息可以帶給用戶極大的心理滿足和安全感。2.4互動娛樂除去基本的日常生活管理，智慧家庭系統也強調家庭空間內部的休閑娛樂性，全息家庭影院、VR游戲體驗等娛樂性功能的加入也增強了智慧家庭的用戶體驗，并使其服務模式更加多樣化和趣味化。例如維恰推出的家庭私人影院系統，維恰家庭私人影院見圖4（圖片摘自維恰官網），當用戶想在家中享受電影院的觀影效果時，只需在APP上切換影院模式，系統將管理和操控家庭影院內的各種視聽影音設備，并與房間內的空調、地暖、電動窗簾等環境控制設備配合以打造逼真的影院實景效果，讓用戶既能享受極致的觀影體驗又不會被原本周圍不協調的環境打擾。互動娛樂是智慧家庭發展中的重要一環，2014年國廣東方（CIBN）與Unity、華為、優酷土豆聯合成立“智慧家庭娛樂聯盟”，并提出希望在家庭客廳給用戶提供充滿趣味性和互動性的居家娛樂體驗，讓體驗者真正感受智慧的快樂。

3針對智慧家庭的自然交互設計策略

智慧家庭強調功能的多樣性和操作的統一性與簡易性，因此，探討用戶與智慧家庭的交互方式，提高其交互的自然性和高效性也成為了智慧家庭發展過程中一直被關注的設計問題，結合自然交互設計的相關特征，智慧家庭在其創新和發展中呈現出一些新的設計機會和策略，自然交互設計在智慧家庭中的應用策略見圖5。

3.1交互對象的擬人化設計

智能產品和服務系統的不斷升級和改變使得人們對于現有的人機交互并不滿意，設計師強調人和機器之間的交流不是通過忍受其復雜操作來實現的，而是通過聽覺和視覺以語言、表情、手勢和體勢進行的[7]。人們希望新一代的人機交互可以像人與人交流那樣自然、高效和便捷，尤其在面對智慧家庭這樣龐大的服務體系時，自然的交互語言更被迫切需要。交互對象的擬人化設計可以使其“聽懂”或“看懂”人類的交互語言，并且這類語言是用戶不用刻意學習的，是自然的，同時交互對象也會以相同的方式及時反饋用戶，這樣的方式極大地提高了智慧家庭的交互效率以及用戶交互的舒適度。例如，日本Vinclu公司在2017年推出的全息智能女管家Gatebox，這位智能管家以二次元人物的形象與用戶對話，并通過識別用戶的表情、動作等給出相應的反饋和回應，同時，通過連接各項智能設備以及收集到的用戶喜好，這位管家可以智能操控相應的家電設配來幫助管理和維護家庭內部的衛生和安全，并且在你心情低落時給以安慰和鼓勵，這樣擬人化的交互對象在智慧家庭中的運用可以充分滿足用戶的交互體驗，使其交互方式變得自然、高效且富有情感。

3.2個性化的自適應操作

通過隱藏在房間內的傳感器，識別用戶交互行為中的規則，并挖掘隱藏在這些行為背后真實的目的和需求[8]。用戶不必刻意表達行為或情緒，系統就可以周到自然地了解并幫助完成需求。交互行為的產生往往是由行為施加者，即使用者產生行為之后，行為的接受者通過對信息的接受和決策作出相應的反饋行為。智慧家庭應該使這種被動接受交互行為的現象發生本質性轉變，即系統可以根據周圍環境及特定用戶行為的變化作出適應性的調整，并且這種調整產生的結果是被該用戶接受和喜歡的。不同意識狀態下智慧家庭交互系統對用戶行為的反饋流程見圖6，它反映了用戶在有意識和無意識狀態下，智慧家庭系統對其傳達出的直觀或潛在的交互語言所采取的不同操作。在有意識狀態下，用戶可以向交互系統發出明確的交互指令，例如用戶從客廳回到臥室后，在手機APP上點擊關閉客廳電視按鈕，交互系統可以根據交互指令作出相應的操作，立即關閉客廳的電視；另一種方式是在用戶無意識狀態下，交互系統根據環境的感知和日常采集到的用戶潛在需求和數據作出自適應的判斷，當用戶從客廳回到臥室卻忘記關閉電視時，交互系統會對客廳環境作出判斷，確定一段時間內客廳處于無人狀態，即在一段時間后自動關閉電視，這種自適應的交互方式較好地規避了用戶的部分行為偏差，提高了系統的容錯性和用戶的體驗感。

3.3操作空間的包容性

智慧家庭應突破固定地點交互的模式，即用戶不需要跑到特定地點與交互對象產生特定的交互行為，智慧家庭提供的服務不受空間的限制和約束，內部的每一個空間和場所都應該是可交互的，且各系統之間相互聯系和作用，用戶在這樣開放、包容的交互空間可以遠程操作家里的任意智能設備，并且不再局限于過去智能產品給用戶定下的各類交互條框，實現了真正意義上的自然交互。操作空間的包容性體現在家庭內部各空間之間的包容和與外部空間的包容上，不同空間下智慧家庭操控的包容性關系見圖7，內部空間的包容性是指用戶在任意一個內部空間（臥室、客廳、廚房、陽臺等）都可以對其余任意空間內的智能設配或智慧系統進行操控，這要求智慧家庭所提供的終端交互對象在家庭內部是可移動或者全覆蓋的。家庭內部與外部的空間包容性是指用戶處于非智慧家庭系統下，即用戶處于戶外或者公司等外部空間時，仍可以通過移動交互終端對智慧家庭系統作出指令和操控，例如小米公司在米家商城提供的所有居家智能產品都可以添加到米家APP上，用戶可以通過米家APP在公司實時查看和遠程操控家庭內的智能設備。

3.4沉浸式的環境體驗

自然交互強調產生的行為與當下環境對應的自然性，延展到智慧家庭的運用中，即其提供的服務和智慧場景一方面需要盡可能滿足用戶多方面的需求，另一方面也要考慮到用戶所處環境與需求空間的一致性。AlessandroValli等人提出自然交互不僅需要重新定義人機交互方式，而且還要在空間內創造身臨其境的交互體驗，針對交互場景進行模擬，增強交互的體驗沉浸感[9]。相較于智慧家庭的其他自然交互設計策略，沉浸式的環境體驗對應用戶的高階體驗需求，這種體驗更多地體現在家庭休閑和娛樂模式中，目前智慧家庭已經開始將增強現實（AR）、虛擬現實（VR）、全息投影等先進技術運用到其中，WIMI微美云息是全息企業的典型代表，致力于通過全息技術提供給用戶逼真的環境體驗，例如用戶在客廳就可以暢游海族館，享受被海洋和魚群包圍的神奇體驗，這種高層次的需求是在先進的科學技術和自然的用戶體驗之間尋求一個平衡點，使智慧家庭實現真正意義上的自然交互。

4結語

智慧家庭是在互聯網不斷進步以及物聯網、云計算等新技術下誕生的嶄新服務模式，也是新一代交互方式的集中體現。在圖形用戶界面（GUI）時代，用戶剛開始接觸鼠標、鍵盤等輸入設備時，需要學習它們的操作方式、適應它們的輸入規則，此時，人與系統之間的交流是一種感官缺失和行為受限的非自然交互，在處理用戶與單個智能產品的關系時，這種交互方式尚且適用，但在面對和適應日益復雜的服務系統時，顯然現有的圖形界面交互存在較大的局限性，著名心理學家NonaldA.Norman在《未來產品的設計》一書中提到：自然交互能讓人不斷獲得訊息，通過聲音、顏色與交流形成的自然世界是最令人滿意的[10]。自然交互設計為應對和處理智慧家庭交互模式提供了新的借鑒和方向，也為日益復雜的交互對象和新環境提供了機遇。

參考文獻：

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[7]陳擁權,張羽,齊繁榮.人機交互方式的變革引領計算機科學的發展[J].中國電子商務,2013(16):77.

[8]吳旭敏,羅穎.物聯網時代的自然交互設計[J].設計藝術研究,2013(5):5-8.

[10]唐納德•A•諾曼.未來設計[M].北京:中信出版社,2015.

作者：嵇柔 鞏淼森 單位：江南大學