用户运动信息反馈形式对躯体感觉操作用户体验的影响&基于Kinect的项目可用性研究_gui论文

用户运动信息反馈形式对体感操作用户体验的影响———项基于Kinect的可用性研究，本文主要内容关键词为：用户论文,可用性论文,信息反馈论文,形式论文,操作论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      中图分类号：B849文献标识码：A文章编号：1006-6020(2014)-04-0367-08

      1 引言

      自然交互界面(natural user interface，简称NUI)是继图形用户界面(graphical user interface，简称GUI)后新一代人机交互界面(Baraldi，Bimbo，Landucci，& Torpei，2009；Liu，2010)。近五年来，众多NUI的研究开始关注体感交互(cf.庞小月，郭睿桢，姚乃埌，于佳林，余诗贤，王慈 & 高在峰，in press)。体感交互指用户借助肢体动作直接同机器进行交互。它有效减少了硬件对用户的束缚，进而降低认知负荷(Pantic，Pentland，Nijholt，& Huang，2007)，提高了交互的参与度和情感体验(Bianchi-Berthouze，Kim，& Patel，2007)，展现出巨大的应用潜力(Choi，Kwon，Lee，Lee，& Chung，2012；De Miranda，Hornung，& Baranauskas，2010；Zhang，2012；张诗潮 & 钱冬明，2014；see翟言，黄心渊，& 赵国英，2013 for a review)。

      然而，当前体感交互研究主要关注动作识别的算法与硬件的实现(Freedman，Shpunt，Machline & Arieli，2007；Pavlovic，Sharma & Huang，1997；Shotton，Sharp，& Kipman，2013)，少有研究关注其中的人因学问题，尤其是用户体验(user experience)方面。NUI强调交互过程中的用户体验而非某种特定技术；NUI中的“自然”指用户与产品交互的体验自然，犹如身体机能的扩展(Wigdoer & Wixon，2011)。虽然体感交互是对已有交互方式的很好补充，但Norman(2010)指出其在用户体验方面仍存在诸多问题，如动作不易学、不易记，依赖用户对操作命令的绝对记忆。目前研究者主要对体感设备的整体主观可用性(Francese，Passero，& Tortora，2012)、按钮方式的可用性(Pirttiniemi，2012)等方面进行了初步探讨(综述见庞小月et al.，in press)，故有关体感交互的用户体验研究亟待加强。

      反馈信息的呈现方式是影响用户体验的最重要因素之一(Rogers，Sharp & Preece，2011)。合适的反馈形式能使用户明确操作的有效性、机器系统所处状况等信息，对操作的流畅性、安全性有重要意义。在体感交互中，对用户运动信息的反馈(user-tracking feedback)极其重要(见下文)。然而，目前尚未有研究探讨用户运动信息反馈形式对体感交互用户体验的影响。本文就该问题进行探讨。

      相较传统的GUI交互方式，体感交互更依赖于有效的反馈信息。主要有两方面原因。一方面，GUI界面是基于精确命令的界面，计算机通过接受来自用户精确的命令来执行相应的操作，其有效性取决于用户命令的正确性(Nielson，1993)；体感交互设备属于非精确命令界面，计算机需根据用户的交互动作分析其意图以执行相应任务，操作有效性取决于机器的判断(Ishigaki，White，Zordan，& Liu，2009)。因此，体感交互中反馈信息对获知哪些动作被识别显得尤为重要。另一方面，GUI设备操作方式简单单一，易学习与判断操作是否正确；而体感交互中因动作不受限制，故用户易以模棱两可、无中断的方式进行操作，且其操作过程稍纵即逝，无记录(Norman，2010)，不易学习与判断操作的正误性。故体感交互中用户动作的学习与调整依赖于有效的反馈信息。然而，目前体感交互领域的开发者似乎并未意识到其与GUI设备在上述方面的不同，许多体感菜单操作界面直接移植了GUI的反馈形式，从而在体感交互过程中出现了诸多在GUI中未遇到的问题，极大地降低了交互效率(Wigdor & Wixon，2011)。因此，有必要考察体感交互设备的反馈形式对用户体验的影响。

      根据运动反馈信息中是否呈现人体外部形状(简称人形)，主流体感交互设备(如Kinect)的信息反馈形式可分为两类：无人形反馈与有人形反馈。前者往往采用GUI中的光标等方式呈现；后者将用户人形剪影实时投影到屏幕上，人形剪影直接与界面中的元素进行交互。本文采用典型任务结合主观评价法，从四个方面(易学性、控制性、情感、心理负荷)考察上述两个反馈形式对体感交互中用户体验的影响。易学性考察用户能否高效学习如何操作；控制性考察体感交互过程中用户对设备的掌控感；心理负荷测量交互过程中的用户负荷水平。这三方面均会影响产品的可用性并进而影响用户对产品的情感体验。

      2 实验方法

      2.1 被试

      11名(5男)浙江大学在校本科生和1名教师(女)自愿参加实验。被试年龄范围20～29岁(平均年龄21.83±2.69岁)。其中，有两名被试此前接触过体感交互设备，但对设备不熟悉。

      2.2 实验材料

      考虑到目前体感交互技术中Kinect(2009年Microsoft首次发布)的开发应用最为广泛，因此本研究以此为体感交互考察对象。实验在Xbox360(Microsoft)游戏平台上进行，由Kinect(Model No.1473)对被试的动作进行捕捉，交互界面由投影机(Sony)投影在屏幕上(150×110cm[2])。在自然光条件下，被试站在距离投影屏幕三米、Kinect两米的位置完成实验。整个实验过程采用Sony摄像机(DCR/SR62)记录。

      2.3 实验设计和实验流程

      实验采用被试内设计，反馈形式(有无人形反馈)作为自变量。目前Kinect操作界面中常用的按钮有三种类型：悬停按钮(hover button)、确认悬停按钮(confirm hover button)、确认按钮(confirm button)(Pirttiniem，2012)。考虑到结果的普遍性，笔者将按钮类型作为控制变量，两种反馈形式各包含三款游戏，分别对应三种按钮类型(见图1)。实验顺序被试间平衡。

      

      注：(a)与(d)属于悬停按钮，(b)与(e)属于确认悬停按钮，(c)与(f)属于确认按钮。

      图1 实验采用游戏菜单操作界面示意。夏季明星(a)、形体教练3(b)、Nike教练教你如何健身(c)的菜单操作界面采取无人形反馈形式。体感运动1(d)、疯狂扭动(e)、功夫熊猫(f)的菜单操作界面采取有人形反馈形式。其中，功夫熊猫中实时捕捉人的动作，但采用熊猫形象替代真实人形，以拟人化的投影与界面交互，符合人形反馈形式的定义。

      被试顺次完成6个游戏菜单操作。每个菜单操作分为学习和执行任务两个部分。学习部分中，被试首先进入操作学习界面，然后根据提示激活“开始”按键以进入游戏操作菜单；若成功进入操作菜单，表明学习部分完成。执行任务部分，被试按要求激活某一按键进入一新界面，然后需再激活“返回”按键回上一界面。该任务如此重复4次。其中第一次作为练习，只对后三次进行编码。两种反馈形式下执行任务部分所需时间均可在一分钟内完成(平均44s)。每完成一个游戏菜单操作后，被试依次填写两份问卷：自制主观评价问卷与NASA-TLD(task load index)问卷(Hart & Staveland，1988)。其中，主观评价问卷包含易学性、控制性和情感三个维度，每个维度各有2题(见表1)。问卷采取七点量表方式，1分表示被试不同意题项表述，7分表示同意。

      2.4 数据分析

      数据包括客观数据(视频编码数据)和主观数据(问卷)两部分。

      

      客观数据由两名不了解实验目的的个体对操作的视频从尝试次数与出错次数两个方面进行编码。尝试次数指的是在学习过程中，被试执行正确的操作前所尝试的完整动作次数；若被试未学会，则由主试指导被试操作方法，并将尝试次数记为所有成功执行该任务被试中尝试次数最大值加1。出错次数为被试在执行任务阶段的出错次数。由于操作环节一般可以分为定位(如将光标从A位置移动到B位置)和确认(如到达B位置后点击)两个状态(Wigdor & Wixon，2011；Microsoft，2013)，故编码者就这两个状态分别进行尝试次数与出错次数的编码。此外，考虑到在任务执行过程中被试存在较多误操作，笔者在出错次数中另加入了误操作指标。在定位出错次数中，若操作动作正确两次及以上但仍因操作不精确未定位至目标按键，则记为一次错误。确认出错次数指的是被试进行确认的动作但未成功激活目标按键的次数(如动作未被识别、悬停过程中离开选择区域等)。误操作指的是被试激活非目标按钮的次数。一名被试在一游戏中未通过学习阶段，退出实验；但他完成了所有游戏的学习阶段与问卷评估。因此，本研究尝试次数数据包含12名被试，出错次数数据包含11名被试。

      两名编码者在五个指标的编码结果具有高一致性，皮尔逊相关系数分别为0.955、0.941、0.926、0.981、1，编码结果有效。对于各指标下的结果，若两编码者不一致，由第三名不知实验目的的个体重新编码问题指标，以确认编码的相关结果(杨世诚，李培胜，隋立国 & 张丽丽，2011)。

      主观数据来自主观评价问卷与心理负荷量表。主观评价问卷中每个维度(易学性、控制性和情感)得分为对应两个题项的均值。心理负荷量表分为心理需求、生理需求、时间需求、任务表现、努力程度和挫折程度六个问题，并分别计分。

      笔者采用相关样本t检验，考察用户运动的反馈形式对主、客观数据各个指标的影响。

      3 结果

      根据上述尝试次数与出错次数的定义，笔者认为尝试次数反映了界面操作的易学性，出错次数反映了界面操作的控制性，故将上述两部分指标分别并入易学性与控制性维度，同主观数据一并分析。此外，除1名被试在定位出错次数指标方面超出样本均值3个标准差(在相应分析中剔除)，其余均在3个标准差之内。

      3.1 易学性

      易学性结果见表2。被试尝试确认次数在无人形反馈条件要少于有人形反馈条件[t(11)=-2.053，p=.065，Cohen's d=0.709]；但反馈形式对尝试定位次数[t(11)=0，p=1.000，Cohen's d=0]、主观易学性[t(35)=-0.668，p=0.518，Cohen's d=0.212]无显著影响。

      3.2 控制性

      控制性结果见表3。定位出错次数[t(9)=2.449，p=0.037，Cohen's d=1.096]、误操作次数[t(10)=2.887，p=0.016，Cohen's d=1.231]在无人形反馈条件均多于有人形反馈；无人形反馈下确认出错次数要稍高于有人形反馈条件，但无显著差异[t(10)=1.181，p=.265，Cohen's d=0.419]；控制性主观得分在无人形反馈条件下显著低于有人形反馈[t(11)=-3.955，p=0.002，Cohen's d=1.293]。

      

      3.3 情感

      情感得分发现，相较无人形反馈(3.60±0.42)，用户更喜爱有人形反馈[4.78±0.48；t(11)=-3.180，p=0.009，Cohen's d=0.761]。

      3.4 心理负荷

      六个心理负荷指标结果见表4。反馈形式对心理负荷各指标均无显著影响[ps＞0.09]。

      

      4 讨论

      本文从易学性、控制性、情感和心理负荷四个方面，首次探讨了有、无人形反馈对体感操作用户体验的影响。研究发现，心理负荷方面二者无显著差异；但是，易学性上(确认尝试次数)无人形优于有人形反馈，在控制性和情感上则相反。

      笔者认为，易学性上无人形反馈的优势可能同用户已有心理模型有关。无人形反馈的方式采用GUI中的光标等方式呈现，被试可利用已有的传统GUI心理模型快速学习。而有人形反馈形式在当前的人机交互中并不常见，其相关的完整心理模型需更多的尝试方能构建完成。此外，由于有人形反馈采用了将用户剪影投影到屏幕上的方式，使得用户身体所有部分均有可能与界面交互。这种交互方式的多样性增加了构建心理模型的难度，影响用户学习效率。因此，有人形反馈形式在学习阶段具有一定劣势。笔者建议，在有人形反馈的交互界面中，学习阶段需考虑引导用户快速建立完整心理模型。

      尽管在易学性上有人形反馈的方式不如无人形反馈形式，但是用户报告更加喜欢有人形反馈的方式，认为有人形反馈的方式更加有趣，且在控制性上整体优于无人形反馈。这可能与直接控制有关(Direct Manipulation；Shneiderman，1981；Shneiderman，1982；see Frohlich，1993 as a review)。Shneiderman(1997)发现采用直接控制的界面能使得用户更有控制感。Hutchins等人(1986)指出直接控制的直接性与两个方面有关：用户目标与行为之间的心理距离以及用户体验到直接控制电脑，而不是通过其他隐藏媒介的程度。在心理距离方面，有人形反馈形式使得用户的心理模型与界面中的物理模型直接匹配。而无人形反馈形式下，由于物理模型的呈现采用光标等方式，不存在直接的匹配关系。因此，界面与用户间的心理距离有人形比无人形反馈更近。在有无隐藏媒介方面，有人形较无人形反馈亦有优势：无人形反馈形式下，与GUI界面中鼠标与光标运动一一对应不同，Kinect中手的运动可能没被识别或过度识别，使得手与光标的映射关系变得复杂；有人形反馈中用户可通过其身体剪影直接与界面交互，动作与反馈毫无隐藏与延迟地呈现出来，使得用户可及时了解哪些动作在与界面交互。

      另外，本研究发现反馈形式对心理负荷没有显著影响。但需指出由于有、无人形反馈形式下用户的知觉运动过程并不完全相同，可能会导致心理负荷方面出现差异。具体来讲，无人形反馈形式下，用户需实时注意光标的位置，并根据其与目标位置的关系调整自己的动作；有人形反馈形式下，反馈为用户躯干剪影，用户可建立基于自身的二维坐标系，不存在寻找光标等问题而直接同界面上的元素交互。因此，无人形反馈形式下可能会存在更高的心理负荷。本研究中在这方面未发现影响，可能同实验操作过程较短、任务较简单等相关，使得心理负荷处于一个比较低的水平。

      最后，需指出，为了提高本项可用性测试的外部效度，笔者从Xbox体感游戏库中选取了6款典型游戏。这导致本研究中两类反馈形式下的界面、具体的交互运动方向与距离等不尽相同，降低了研究结果的内部效度。因此，将来有必要采用更严格的实验进一步检验本研究的结论。但是，笔者认为，考虑到本研究中两类交互方式均涵盖了目前主要使用的三类按钮，且交互的时间、任务的设置等均进行了匹配，因此当前的结论具有一定的代表性与较高的可靠性。

      5 结论

      在体感交互方式下，虽然有人形的反馈在易学性上较无人形反馈差，但它能有效提高用户的控制感、更受用户喜爱。因此，笔者建议在体感操作界面上(尤其是游戏)使用有人形的反馈形式。

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