智慧家庭中自然交互设计的应用研究范文

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摘要：目的将自然交互设计的概念引入到智慧家庭领域，研究其在智慧家庭模式下的应用和发展趋势，并提出相应的设计策略。方法通过探讨自然交互设计的内涵和发展总结出自然交互设计的3大特征：操作自然化，技术平静化和高度智能化，从智慧总控、日常管理、信息交流和互动娱乐4个方面总结智慧家庭的服务模式并对其相关的典型案例进行分析，最后结合自然交互设计的特征提出其在智慧家庭中的4条应用策略并对其进行未来展望。结论智慧家庭作为新一代智能交互对象的典型代表，用户在与其的交互方式上相较于过去有明显的区别，以智慧家庭作为切入点，探讨了自然交互作为新的交互设计手段在实际中的应用，为应对万物互联背景下新的设计机遇与挑战提供了可借鉴的理论依据和参考。

关键词：工业设计；交互设计；自然交互；智慧家庭

近年来，依托于大数据、云平台等新兴互联网技术，智慧家庭及其相关产业在我国发展迅速，据有关资料报道，2016年是中国智能家居单品爆发的一年，而到2019年智慧家庭的市场规模预计将达到1950亿人民币[1]。面对不断扩张的智慧家庭产业，与之相对应的是硬件和技术的日益成熟化，因此，如何满足用户的交互体验需求，提高用户的操作便利性和使用满意度成为未来智慧家庭发展的核心，自然交互作为交互设计领域较为前沿的研究，其概念的引入将为智慧家庭及其用户体验的发展提供新的借鉴和参考。

1自然交互及其相关特征

自然交互是指用户与产品、系统或服务在交互过程当中，允许用户利用本身固有的认知习惯及其熟悉的日常生活方式进行的交互行为，它是以一种非精确的行为方式与产品、系统或服务进行交流，旨在提高交整个过程的自然性和高效性[2]。借助新传感器、云计算以及大数据和强大的机器学习，用户将能够通过语音、手势、眼动甚至脑波等最为自然的方式与智能产品、系统或智慧环境进行互动，而智能对象也能够更好地理解用户的行为及行为背后的需求[3]。目前自然交互作为交互设计领域较为前沿的研究内容，相较于传统的图形界面交互设计（GUI），其在适应新技术和改善交互体验方面呈现出一些新的优势和特征，主要归纳为以下3个方面。

1.1操作自然化

大幅度降低用户的学习成本和操作负担是自然交互最为显著的特征，使用者无需记忆刻意、繁琐的操作手势或交互图形，即以本能或经验既有的方式进行自然而然的交互。苹果的siri智能语音功能很好的阐述了自然交互的这一特征，用户可利用最习惯的说话作为交互方式进行后台操控，实现电话、短信等多项功能操作，这种交互方式极大地增加了操作的便利性，并拓宽了用户群体，使原本不善于使用打字功能或不习惯于手势交互的高龄化群体获得了更方便、舒适的交互方式。

1.2技术平静化

自然交互更加强调“实境”对用户的影响，通过减少或隐藏复杂的后台技术，以贴近自然生活的方式“对话”用户，使智能技术和谐的融入周围，不去刻意打扰既有的生活方式，产生便利的同时极大满足操作者的情感需求，增强了用户体验的沉浸感。

1.3高度智能化

高度智慧和万物互联技术下的自然交互同时应兼具一定程度的智能化预测和感知性，在不剥夺用户主权的条件下，可利用数据后台对用户下意识行为或周围环境的变化作出适应性判断，了解用户潜在需求，从而提供服务于无形。

2面向智慧家庭的自然交互设计模式分析

智慧家庭将居家智能操控、信息交互和线上线下消费等家庭服务通过物联网技术有效地整合起来，其目的是创造一个高效、舒适、安全、方便的个性化居家生活[4]。随着技术的日益成熟化，智慧家庭越来越注重用户交互的感受与体验，许多设计师参与到智慧家庭的服务模式构建当中，探讨用户与新的智能对象的交互方式，交互对象也从单一的智能产品扩展到更复杂、多样化的智慧系统和智慧环境，设计师希望用更自然、和谐的手段处理人与新一代“机器”的“对话”方式[5]，自然交互设计也被潜移默化地运用到其中，只是还未形成统一、有效的设计规范。为了对智慧家庭和相关的自然交互设计手段有更深入的研究，在一系列案例分析的基础上，总结归纳了智慧家庭的服务模式及服务内容见图1，其中的4种智慧家庭服务模式及其相关服务内容，并选取了几个代表性的案例对其自然交互方式进行探讨和分析。2.1智慧总控区别于传统智能家庭产品提供单项服务的模式，智慧家庭将多个服务系统集合于统一的终端，并通过云平台提供的大数据实现各系统之间智能的互动和联通，用户可以通过与终端的交互轻松控制家庭内所有的智能部件，并且这种交互方式是简单方便的。例如2014年推出的一款全新概念的亚马逊ECHO智能语音音响见图2（图片摘自搜狐网），其强大的语言系统赋予了这款音响可以与用户自然对话的能力，通过与其聊天的方式用户可以轻松完成查询天气、播放音乐、商品下单等多项服务。同时，用户可以将家庭内部的智能设备连接到ECHO上，通过相关的语言命令实现对智能家电的管理和操控。ECHO的亮点在于语音交互和及时反馈，区别于传统的界面交互，ECHO的智能语音交互采用的是非线性的交互方式，用户在交互时不受页面层级和关系的约束，可以自由发散和联想，并且这种交互直接指向结果，免去界面交互产生的繁琐过程，用户面对的不再是冰冷的机器，并且通过最自然的说话方式便可轻松管理庞大且复杂的智慧家庭系统。

2.2日常管理

利用不同服务云平台的协同工作，智慧家庭系统可以提供卫生清洁、环境监测、饮食管理等日常生活服务，实现智能冰箱、洗衣机、空调、灯控等智能产品的有效联动，形成涉及饮食、卫生、环境等多方面的智能化家庭生态圈，从生活的不同角度给用户带来切实的日常便利，同时，多数的智慧家庭系统可根据采集到的用户数据和周围的场景变化作出自动化调整。家天下设计了一款智能门窗系统，家天下智能门窗系统见图3（图片摘自搜狐网），用户可以利用APP控制家里的门、窗户和窗帘的开合，并且在自动模式下，这款系统可以智能判断室内外的天气及空气情况自动打开或关闭窗户和窗帘，例如，清晨窗帘会自动打开来自然的唤醒睡着的人；阴雨天气或室外空气质量较差的情况下会及时关闭窗户，室内空气不佳时也会自动打开窗户换气等。家天下的智能门窗系统很好地体现了智慧家庭在日常管理上的优点，《智慧家庭服务发展白皮书》指出：智慧家居产品将简单的居家基础功能转变为更注重用户体验的实用功能，通过感应控制、远程控制、智能联动等技术实现高智能的交互模式，这种人性化的交互方式会给使用者带来更加愉悦、自然、舒心的居家体验，也给智慧市场带来了可观的消费增长点。

2.3信息交流

智慧家庭可以实现家庭成员及其相关数据的平台化管理，并实现内部成员与外界的有效沟通。FrancoisPortet等人在对他们参与的sweethome智慧家庭用户评估中提到智慧家庭可以利用摄像头和电视实现家庭内部成员与外界亲属之间的视频交流和沟通，并且家庭内部成员可以在家中的任何位置通过语音操作接起电话[6]，这种智能化交流方式极大地提高了信息交互的便利性，因此也被大多数测试用户接受。惠州市尊宝智能控制股份有限公司研发的智慧家庭系统为关怀居家老人提供了解决方案，确保了家人与老人的有效沟通，当系统监测到老人在家中遇到危险或健康问题时，会立刻通过信息或通话将消息通知给家人、社区管理员以及附近医院，这种信息交流的及时性有效地保障了老年人的居家安全。家庭内部与外部有效的信息沟通和交流给用户提供了一个开放式的家庭平台，当然这种开放是建立在保护家庭成员隐私的基础之上的，让体验者在家中也可以感受到信息的时效性，获取有效、及时的信息可以带给用户极大的心理满足和安全感。2.4互动娱乐除去基本的日常生活管理，智慧家庭系统也强调家庭空间内部的休闲娱乐性，全息家庭影院、VR游戏体验等娱乐性功能的加入也增强了智慧家庭的用户体验，并使其服务模式更加多样化和趣味化。例如维恰推出的家庭私人影院系统，维恰家庭私人影院见图4（图片摘自维恰官网），当用户想在家中享受电影院的观影效果时，只需在APP上切换影院模式，系统将管理和操控家庭影院内的各种视听影音设备，并与房间内的空调、地暖、电动窗帘等环境控制设备配合以打造逼真的影院实景效果，让用户既能享受极致的观影体验又不会被原本周围不协调的环境打扰。互动娱乐是智慧家庭发展中的重要一环，2014年国广东方（CIBN）与Unity、华为、优酷土豆联合成立“智慧家庭娱乐联盟”，并提出希望在家庭客厅给用户提供充满趣味性和互动性的居家娱乐体验，让体验者真正感受智慧的快乐。

3针对智慧家庭的自然交互设计策略

智慧家庭强调功能的多样性和操作的统一性与简易性，因此，探讨用户与智慧家庭的交互方式，提高其交互的自然性和高效性也成为了智慧家庭发展过程中一直被关注的设计问题，结合自然交互设计的相关特征，智慧家庭在其创新和发展中呈现出一些新的设计机会和策略，自然交互设计在智慧家庭中的应用策略见图5。

3.1交互对象的拟人化设计

智能产品和服务系统的不断升级和改变使得人们对于现有的人机交互并不满意，设计师强调人和机器之间的交流不是通过忍受其复杂操作来实现的，而是通过听觉和视觉以语言、表情、手势和体势进行的[7]。人们希望新一代的人机交互可以像人与人交流那样自然、高效和便捷，尤其在面对智慧家庭这样庞大的服务体系时，自然的交互语言更被迫切需要。交互对象的拟人化设计可以使其“听懂”或“看懂”人类的交互语言，并且这类语言是用户不用刻意学习的，是自然的，同时交互对象也会以相同的方式及时反馈用户，这样的方式极大地提高了智慧家庭的交互效率以及用户交互的舒适度。例如，日本Vinclu公司在2017年推出的全息智能女管家Gatebox，这位智能管家以二次元人物的形象与用户对话，并通过识别用户的表情、动作等给出相应的反馈和回应，同时，通过连接各项智能设备以及收集到的用户喜好，这位管家可以智能操控相应的家电设配来帮助管理和维护家庭内部的卫生和安全，并且在你心情低落时给以安慰和鼓励，这样拟人化的交互对象在智慧家庭中的运用可以充分满足用户的交互体验，使其交互方式变得自然、高效且富有情感。

3.2个性化的自适应操作

通过隐藏在房间内的传感器，识别用户交互行为中的规则，并挖掘隐藏在这些行为背后真实的目的和需求[8]。用户不必刻意表达行为或情绪，系统就可以周到自然地了解并帮助完成需求。交互行为的产生往往是由行为施加者，即使用者产生行为之后，行为的接受者通过对信息的接受和决策作出相应的反馈行为。智慧家庭应该使这种被动接受交互行为的现象发生本质性转变，即系统可以根据周围环境及特定用户行为的变化作出适应性的调整，并且这种调整产生的结果是被该用户接受和喜欢的。不同意识状态下智慧家庭交互系统对用户行为的反馈流程见图6，它反映了用户在有意识和无意识状态下，智慧家庭系统对其传达出的直观或潜在的交互语言所采取的不同操作。在有意识状态下，用户可以向交互系统发出明确的交互指令，例如用户从客厅回到卧室后，在手机APP上点击关闭客厅电视按钮，交互系统可以根据交互指令作出相应的操作，立即关闭客厅的电视；另一种方式是在用户无意识状态下，交互系统根据环境的感知和日常采集到的用户潜在需求和数据作出自适应的判断，当用户从客厅回到卧室却忘记关闭电视时，交互系统会对客厅环境作出判断，确定一段时间内客厅处于无人状态，即在一段时间后自动关闭电视，这种自适应的交互方式较好地规避了用户的部分行为偏差，提高了系统的容错性和用户的体验感。

3.3操作空间的包容性

智慧家庭应突破固定地点交互的模式，即用户不需要跑到特定地点与交互对象产生特定的交互行为，智慧家庭提供的服务不受空间的限制和约束，内部的每一个空间和场所都应该是可交互的，且各系统之间相互联系和作用，用户在这样开放、包容的交互空间可以远程操作家里的任意智能设备，并且不再局限于过去智能产品给用户定下的各类交互条框，实现了真正意义上的自然交互。操作空间的包容性体现在家庭内部各空间之间的包容和与外部空间的包容上，不同空间下智慧家庭操控的包容性关系见图7，内部空间的包容性是指用户在任意一个内部空间（卧室、客厅、厨房、阳台等）都可以对其余任意空间内的智能设配或智慧系统进行操控，这要求智慧家庭所提供的终端交互对象在家庭内部是可移动或者全覆盖的。家庭内部与外部的空间包容性是指用户处于非智慧家庭系统下，即用户处于户外或者公司等外部空间时，仍可以通过移动交互终端对智慧家庭系统作出指令和操控，例如小米公司在米家商城提供的所有居家智能产品都可以添加到米家APP上，用户可以通过米家APP在公司实时查看和远程操控家庭内的智能设备。

3.4沉浸式的环境体验

自然交互强调产生的行为与当下环境对应的自然性，延展到智慧家庭的运用中，即其提供的服务和智慧场景一方面需要尽可能满足用户多方面的需求，另一方面也要考虑到用户所处环境与需求空间的一致性。AlessandroValli等人提出自然交互不仅需要重新定义人机交互方式，而且还要在空间内创造身临其境的交互体验，针对交互场景进行模拟，增强交互的体验沉浸感[9]。相较于智慧家庭的其他自然交互设计策略，沉浸式的环境体验对应用户的高阶体验需求，这种体验更多地体现在家庭休闲和娱乐模式中，目前智慧家庭已经开始将增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、全息投影等先进技术运用到其中，WIMI微美云息是全息企业的典型代表，致力于通过全息技术提供给用户逼真的环境体验，例如用户在客厅就可以畅游海族馆，享受被海洋和鱼群包围的神奇体验，这种高层次的需求是在先进的科学技术和自然的用户体验之间寻求一个平衡点，使智慧家庭实现真正意义上的自然交互。

4结语

智慧家庭是在互联网不断进步以及物联网、云计算等新技术下诞生的崭新服务模式，也是新一代交互方式的集中体现。在图形用户界面（GUI）时代，用户刚开始接触鼠标、键盘等输入设备时，需要学习它们的操作方式、适应它们的输入规则，此时，人与系统之间的交流是一种感官缺失和行为受限的非自然交互，在处理用户与单个智能产品的关系时，这种交互方式尚且适用，但在面对和适应日益复杂的服务系统时，显然现有的图形界面交互存在较大的局限性，著名心理学家NonaldA.Norman在《未来产品的设计》一书中提到：自然交互能让人不断获得讯息，通过声音、颜色与交流形成的自然世界是最令人满意的[10]。自然交互设计为应对和处理智慧家庭交互模式提供了新的借鉴和方向，也为日益复杂的交互对象和新环境提供了机遇。

参考文献：

[1]孙亮,孙一平.智慧家庭发展趋势及运营商布局策略浅析[J].邮电设计技术,2015(12):74-78.

[2]孙传祥.基于自然交互方式的移动终端产品交互设计研究[D].济南:山东大学,2012.

[3]臧圣国,黄俊,王沁莹.NUI交互体系对智能电视发展的探讨[J].有线电视技术,2014(2):99-103.

[4]敏玲,李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J].电视技术,2015,39(4):82-85.

[5]裴雪,李世国.物联网环境下智慧家居系统的交互行为研究[J].数位时尚:新视觉艺术,2011(2):56-58.

[7]陈拥权,张羽,齐繁荣.人机交互方式的变革引领计算机科学的发展[J].中国电子商务,2013(16):77.

[8]吴旭敏,罗颖.物联网时代的自然交互设计[J].设计艺术研究,2013(5):5-8.

[10]唐纳德•A•诺曼.未来设计[M].北京:中信出版社,2015.

作者：嵇柔 巩淼森 单位：江南大学