技术发展为人机交互方式带来了更为广阔的发展空间，人机交互界面也因此经历了3个阶段，即命令行界面、图形用户界面、自然用户界面[1]，自然用户界面通过语音、手势、眼动等交互方式的引入，使交互方式的自然性和高效性空前提升。随着经济技术的发展，车载信息系统的应用日趋普遍，汽车不断承载的新功能需要更多的物理操作器来完成控制[2]，而由此引发的注意力分散对驾驶安全也会构成一定威胁[3]。据此，在驾驶环境中如何安全且高效地完成对车载信息系统的操作，同时赋予这种操作全新的交互方式，并因此产生新的研究应用成为此次产品设计的出发点。
1体感技术与汽车人机交互
随着汽车产业的飞速发展，信息技术不断与汽车进行着潜移默化的融合，汽车不仅是人类代步工具，而且是人类私人空间的承载者，驾驶本身将由技术承载逐渐转变为一种更加自然、人性化的活动。体感技术的产生对人机交互方式的发展所带来的颠覆性影响迫使设计师以全新的思维模式去思考如何利用体感技术与设备进行人机交互，同时还需要考量在体感技术加入后人机交互方式在界面、用户体验、操作方式等方面的因素[2]。目前，体感技术在电子游戏产品领域的应用发展较为成熟，例如任天堂X-box、微软kinect等体感交互产品已取得较好的市场反馈[4]。汽车产业和信息技术产业的结合促使汽车人机交互方式突破传统交互方式的限制，以获取多通道、多维度的人机交互发展空间[2]。从车内交互方式的发展角度看，传统以方向盘和物理触发器为主的操作方式无法负荷更多不断涌入的新功能，因此，语音交互和触屏手势交互逐渐分化或替代了传统的物理触发交互方式。Rannery等人对车载系统的语音操作和传统基于视觉、手动操作的交互方式进行了比较研究，结果表明语音操作过程中需要驾驶员的视觉资源相对减少，然而语音识别技术在记忆性、指令形式的明确与固定性方面对用户的要求比较高[5]。在汽车驾驶情境下，触屏手势在操作方面更为直观，然而触屏手势操控缺少物理反馈，技术限制也会引发操作敏感性和响应时间长等问题，驾驶员会不自觉地分配视觉资源在屏幕上以获取信息，从而引起驾驶分心[6]。三维手势操控作为体感交互的一种方式具有巨大的研究及应用潜力。目前已有学者以智能手机为载体对其进行研究并设计出多种对应不同功能的基础三维手势[7]；还有学者通过研究对手机的不同翻转动作设计并完成了手机密码设置[8]；麻省理工学院的学生LeeJinha开发并设计了Spacetop[9]，该产品可让用户“进入到”电脑内部进行操控；在三维手势产品应用领域，加拿大创业公司ThalmicLabs推出的手势控制腕带可通过用户手臂的肌电变化完成对受控设备的指令[10]。与此同时，车载信息系统三维手势体感技术研究与应用的探索研究也取得了较大发展，在研究领域中已出现以方向盘为载体的手势控制研究[11]，见图1。在产品领域中现代概念车HCD-14的车载手势交互系统、日本先锋Pioneer车载信息系统、奔驰概念汽车的动态手势控制体验系统[12]均推出了各自的三维手势操控系统，见图2。
2三维手势设计研究
2.1触屏手势溯源
这里所涉及的三维手势操作与触屏手势操作有一定相关性，在三维手势设计方面必须考虑人们已接受的基于触屏操作的手势，以此为基础设计的三维手势操作方式才不会有认知及学习上的障碍，并且与触屏手势操作有一定的联系性与延展性。针对触屏手势操作调研部分，调研对象主要基于IOS、Windows及Android这3种软件系统的触屏手势操作，进而分析总结这些系统的功能的共通手势及特殊手势集，见图3，以得到一个可供参考的手势动作数据源。
2.2以功能定义为基础的三维手势设计
在对现有车载信息服务系统进行分析研究的基础上，根据设计要求，对产品功能进行定义，具体定义为4个主要功能（车载导航、音乐播放器、收音机、车载电话）及其子功能，并对各个子功能的操作形式进行整合归并，以简化手势设计内容。在功能定义的基础上，开展了多轮基本手势定义，为后续的手势、流程和信息架构设计的配合奠定基础。通过前期大量的调研分析初步得到了对空间手势本身设计的一些思路，三维手势设计之初主要基于以上手势调研结果，结合功能定义，设计相应手势。在设计环节初期，遵循由简入繁的原则，通过对诸多功能的梳理简化并针对简化后的功能进行三维手势设计。
2.3用户参与式设计
在本环节中，通过Arduino技术平台[13]快速制作出原型以便用户体验，用户在模拟驾驶环境下学习并熟悉三维手势交互方式后，设计人员针对其中一个功能指令向用户提供一定数量的手势参考，让用户学习并体验参考手势，通过手势学习后引导用户对该种功能指令根据自己的习惯喜好进行新的手势创造，这些手势都记录在画有空间向量坐标的卡片上，最后让用户对参考手势和自己设计的手势进行打分并排序，参与式设计过程见图4。通过用户参与式设计，收集到了数量可观的来自于用户设计的创新手势，对这些手势进行重新设计，加入考量系统的整体性、用户的可记忆性及识别技术的稳定性等，并针对这些手势进行专家评估，以此得到基础性三维手势设计方案，见图5。
3产品设计整合
3.1三维手势、交互流程与信息架构设计
信息架构是决定产品可用性的重要因素之一，是交互设计中的一个重要环节。信息架构是将用户和产品连接起来的桥梁，是信息直观的表达载体，通过合理的逻辑架构将必要的信息展现在用户面前，在信息的组织过程中需以客观性、系统性、目的性和现代性为原则[14]。在对基本三维手势完成初始定义后，配合三维手势对交互流程、信息架构进行设计，这一过程是一个不断尝试和改进的过程，使手势与交互流程、信息架构三者的融合度达到最高。不同方式的交互流程和信息架构会对三维手势的最终定义产生多方面的影响。
3.2信息架构设计的搭建
信息架构搭建初期，对现有车载信息服务产品信息架构进行分析总结，并考虑了此类产品的使用情境，将定义后的三维手势并入考虑，这一点也成为本产品的设计意义所在。基于以上要素，最终设计出横向、纵向、横纵向3种信息架构，其中横、纵向信息架构见图6。横向界面信息架构主要通过左右挥动进行各个功能之间的切换；纵向信息架构采用列表式架构，通过上下挥动进行各个功能之间的切换；横纵向信息架构主要表现为在主要功能转换时使用纵向列表选择、进入某一功能后，进行子功能之间的横向切换，即前两者的综合。针对以上3种信息架构形式，进行了一轮用户测试，在Arduino技术平台和Flash动画效果制作的基础上，快速搭建3种信息架构的动态操作原型，在用户测试阶段为用户提供直观的操控反馈。在用户分别操控完毕3种信息架构后，对它们在个人偏好、操作难度、手势本身的易用度、习惯符合度等方面进行体验和评价打分，测试结果表明横向信息架构在操作过程中的绩效最优。
3.3界面设计
界面信息的版面与布局是其信息系统构架的外在表现形式，是根据人机工程知识及用户对仪表界面信息系统认知习惯而进行的有效分布。在实际的设计过程中，根据界面显示平台、屏幕的尺寸和具体功能信息的布局绘制初步的界面原型。通过具体的界面原型来组织已经成形的功能信息及相关视觉符号。在本产品视觉设计中，不仅需要充分考虑每个要素之间的关系、界面一致性原则以及不同视觉效果的表现方式，还需要考虑后期加入动态效果后的视觉感受。在视觉探索之初，通过风格关键词，即未来、科技、严谨、简洁、明朗、时尚等绘制情绪板，对界面风格进行探索方案。
3.4产品实践
在产品完成封装及调试后，通过对车载多媒体产品人机校核与传感器识别测试，将产品带入实际应用环境，即车内进行操控应用，针对车内光线等因素，技术人员对所有功能进行了操作调试，以达到最佳效果，见图8。
4结语
体感位置交互是人机交互发展的重要方向[15]，而以三维手势操作为基础的体感交互是一种处于全面发展的、区别于传统的、以触屏或物理按键为基础的操控方式。本产品在设计方法、设计内容、交互流程上进行了新的探索与实践，并以此衍生出多个相关领域的研究课题。在设计过程中运用参与式设计、用户访谈、可用性测试等方法对三维手势设计进行多种途径的探索与研究，并为测试实验搭建出一个较为完整的虚拟驾驶环境。希望通过对未来三维手势操控的进一步探索，为汽车用户提供更好的驾驶体验和更高效率的信息操作系统。设计不是最优解而是满意解，在本产品的设计过程中也产生了一些问题需要进行更深层次的探讨与解决：（1）三维手势识别技术仍存在驾驶这一特殊情境下的识别问题，需要更多地考量在此情境下人机交互过程中物理计算环境的相关问题；（2）在复杂信息（如数字及文字）输入这一领域，在不考虑技术实现等情况下，单纯以三维手势输入对设计存在较大挑战；（3）界面动态效果与三维手势动作的融合性在很大程度上影响着交互过程中的体验价值，界面动态效果是对三维手势命令的直接反馈，为更加贴合用户心理，从生活原型中进行寻找并进行模拟，在后续设计中进行多种动态效果的尝试，如刮擦、翻动、扬沙效果等；（4）关于手势操控方式所隐含的手势含义，需要深入探讨和研究，体感交互现处于开发阶段，怎样赋予这一交互方式以艺术性是后续研究的重点；（5）本产品的技术实现是基于leapmotion平台，产品安装位置及操控空间相对单一，还未对其他体感技术开发平台及车内空间进行尝试，针对这一问题将进行长期的技术开发与交互方式的探索创新。
作者：谭浩 李薇 谭征宇 单位：汽车车身先进设计制造国家重点实验室
