交互设计要素范文

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手势交互事件由主体（人）和客体（产品）参与，开始于主体行为（手势）结束于客体作用。主体行为的定义一般来源于引导，并依靠反馈对作用与否进行判断。心智模型则在行为和作用之间建立联系，并使之在交互过程中不断强化，完成手势交互的构建。

1.1引导在人与系统或设备进行手势交互时，因为缺乏类似于人与人之间进行手势交流时对所表达语意的共识，需要建立良好的引导，具体方式有4类：（1）示范，利用图形或动画展示手势的操作过程；（2）任务，让用户在完成一系列示范任务的过程中了解手势的操作步骤；（3）隐喻，利用具有隐喻性的图形或效果，如光影效果、惯性效果等，暗示手势的操作方式；（4）定义，支持用户自主选择或设计手势[7]。

1.2反馈在手势交互中，手势识别会在很大程度上受到技术的限制。加之用户与产品缺乏物理接触，很难精确地确定手势的输入值，用户容易对操作缺乏信心，因此，建立良好的反馈机制十分重要[8]。反馈的形式可以是提示音、指示灯，也可以是作用本身，或者由可穿戴设备、遥控器等外部设备提供。反馈一般有3种类型：状态的反馈，当前是否处于可以进行手势操作的状态；识别的反馈，手势是否被成功识别；作用的反馈，操作是否成功。

1.3心智模型心智模型的概念最初来源于认知心理学，而后被应用于人机交互领域。它是个体基于内心对自身及外界事物的理解与认知所构建出的知识结构，受学习过程与外界因素的影响会动态变化。心智模型是自然人机交互的基础，在手势交互的设计中考虑心智模型时，可以从心智模型与交互机制的匹配度和不同手势之间心智模型的差异两方面入手。当手势的设计与用户心智模型匹配度高时，用户能够很快地掌握并不断强化这种关系，提升手势的可用性。当其匹配度低时，应有意地利用引导和反馈刺激用户，使其修正或重新建立新的心智模型，否则会使用户出现困惑，导致操作失误[9]。在设计时可以利用不同手势之间心智模型的细微差异来得到更多的操作指令。例如，当一个页面和其中的控件同时具备移动的功能时，传统图形界面利用有效操作区域来进行区分，而这一方式在手势交互中极易引发误操作。经过研究发现，在用户的心智模型中，习惯用基于手掌和手指的操控来区分两者，因此，只要在交互中增加手形的参数就能获得两种不同的操作指令。

2手势交互的类型

在对不同类型的产品进行手势操控时，从手势在交互过程中产生作用的方式，可以将其分为映射型手势、操作型手势和对话型手势。

2.1映射型手势在映射型手势中，用户的手势动作对应界面中的动作并与控物体的移动直接对应，手势特征即作用特征，其主要应用于虚拟现实[10]、互动装置或游戏中。交互特点：（1）手翻转或摆动的幅度、方向会直接映射到界面的操控中去；（2）大多数是动态的手势，对识别精度要求不高，只需收集手的位置、动作趋势、速度、幅度等运动特征，但要求反馈及时准确，以带来自然的交互体验。

2.2操作型手势在操作型手势中，用户将其既有的手势使用习惯延伸至对UI界面元素的控制，手势特征引发界面的变化，其主要应用于有交互界面的使用场景，包括与手机、智能电视、可穿戴设备、车内中控等界面的互动。交互特点：可以对界面元素进行直接控制，其交互逻辑与传统鼠标和触控界面的交互逻辑接近，手掌或手指对应界面上的光标；可以快捷地利用手势语意实现界面功能[11]，如在与手机和可穿戴设备等的交互中，可以被用于完成精确度要求不高、方向性明确或常用功能的快捷操作任务，像切换歌曲、翻动网页等。又如，在手机息屏状态下，用隔空手势启动拨号或拍照功能。值得注意的是，考虑到用户的肢体耐力，在交互过程中应避免让用户进行持续的界面操作。

2.3对话型手势在对话型手势中，用户与设备通过手势建立协议，手势的语意与控制的功能相对应，手势特征并不直接对应作用，其主要应用于对智能产品和智能家居系统的控制。交互特点：手势语意与所控制的功能相匹配，与日常交流和生活中的操控经验紧密相关，控制的功能主要有开启、关闭、电器模式的转换和调整方向等；多采用模态化的手势，使用有限的手势分别对应不同产品的相似功能[12]。在具体的设计中，可以根据不同的交互界面特点，进行多种类型的组合。例如，在车载自然人机交互中，与车内硬件设备互动时，用户会更倾向于使用与日常操控经验关联密切的对话型手势；与中控界面的手势交互时，多选用操作型手势来支持快捷的界面功能实现；在与基于挡风玻璃显示的界面交互时，为支持对增强现实和较多的界面功能的控制，多选择映射型手势和直接控制界面元素的操作型手势。

3手势交互的构建

Boulabiar[13]等人曾对手势交互的完整流程进行过详细的论述，认为手势交互是一个由脑部活动、手部操作、探测、算法、对象表现、心智模型和反馈所构建的完整循环。这种观点对于研究手势交互的构建方式有很大帮助，但其更关注交互结果的实现。这里从其形成出发，认为3种不同类型的手势交互的构建过程与循环过程各有特点，见图1，映射型手势的构建模型比较简单；操作型手势形成循环的结构，在使用过程中心智模型不断被强化；对话型手势与操作型手势相似，但起点不同。对于映射型手势交互，交互的结果是客体对主体动作（手势映射到作用）的映射。当动作产生后，主体若得到反馈即交互作用发生，若没有获得反馈，主体将会重复动作，因此，对映射型手势来说，反馈至关重要。对于操作型手势交互，交互事件开始后，首先主体会借助心智模型对此次事件进行初步的解释和判断。根据交互客体所做的引导，用户调整或强化这种解释和判断后即开始操作（手势直接引起作用）。同时，客体会对操作给出反馈（往往就是作用本身）。若获得积极反馈，即表示作用产生，并再次调整或强化心智模型。若获得消极反馈，用户则会重新解读引导，再次学习这种交互形式。可见，对操作型手势来说，用户学习是其核心，难易程度取决于引导的效率以及交互模型与用户心智模型的匹配程度。对于对话型手势交互，交互事件开始后首先是建立主体与客体之间的协议（例如“竖起拇指表示接听电话”），利用这种协议引导主体与客体间形成一次对话（手势不直接引起作用），若此次对话获得积极反馈，则代表作用产生，同时会建立一个心智模型，并在其后的交互过程中得到反复强化。反之，主体会重新确认之前的协议，并再次尝试对话。与操作型手势不同，对话型手势的作用并非直接来自于主体，而是由客体获得主体的指令后引发，因此，客体的状态及识别的反馈比较关键。

4手势交互的设计原则

基于上述手势交互及其构建过程的特点，在手势交互的设计过程中需要着重考虑以下设计原则。1）可靠性。由于手势交互具有与日常动作相同的特征和模式，因此较容易引发误操作。可以通过提高操作方式的特殊性或增加操作步骤来避免误操作，提高可靠性，但要注意设置的合理程度，否则会影响产品的易用性和灵敏度。具体可以从以下几个方面着手：（1）范围限制，将手势的有效输入值（如速度、距离、位移、位置）设在只有刻意的手势操作才会达到的范围内；（2）场景限制，设定的手势只有在特定的场景下才会产生作用；（3）条件触发，在执行手势操作之前设置一个触发机制，例如手在设备前保持一定时间至指示灯亮；（4）操作确认，在关键操作之后请求用户的确认。2）容错性。充分考虑用户在左右手习惯、反应时间、年龄、性别、文化背景、使用环境等方面的差异，手势识别的参数应设置在一个合适的区间内，并在保证避免误操作的前提下，允许手势在一定范围上的差异。3）连贯性。在设计一个任务的手势时，应尽量减少用户的无效动作，充分考虑与前后任务的衔接，使它们联系紧密、配合流畅。4）继承性。在对手势形式的选择和引导与反馈机制的设计上，应充分考虑与日常手势交流之间的继承性。在不同的应用场景下，应结合各自手势交互的特点与需求，对不同的设计原则加以灵活运用。如在车载人机交互中，设计基于挡风玻璃显示的手势交互时，考虑到驾驶安全，可靠性与容错性较其他应用场景更为重要。对于智能家居与智能产品的手势交互，遵循连贯性与继承性的原则能够降低用户的学习成本，提高操控效率。在基于LeapMotion识别的界面交互中，连贯性原则的运用可以使界面的交互逻辑更加流畅清晰。

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0 前言

虽然交互设计早在20世纪90年代就被正式提出，但产品的交互设计，基于用户体验的产品交互设计却是最近几年才发展起来的。由于发展时间较短，关于产品交互设计的研究还较少，尤其是基于用户体验的产品交互设计研究，有建树的、有代表性的研究成果尚不足。为了填补上述空白，有必要加强对基于用户体验的产品交互设计的研究。

1 基于用户体验的产品交互设计原则

1.1 简单

关于产品的选择和使用，人们普遍喜欢简单的、适应性强的、值得信赖的产品。这里所说的简单并不是单纯地指产品外观设计的简单化，更不是指内部界面功能的简单，它既有实际部分的简单也有抽象意义上的简单，是基于用户情感需求和心理需求所演化而成的产品交互设计中的一个重要基本原则。遵循简单原则，基于用户体验对产品进行交互设计，用户在意的不是产品使用了何种定制技术，也不管用的是什么软件，只在意产品是否处于自己掌控之下，注重对产品掌控的这种感觉。[1]从用户的这一心理特征分析，对产品进行简单设计，需要将用户操作交互界面设计的简单大方，清晰友好，需要对产品外观进行简约化设计，简单的同时还要突出本产品品牌的特色，有别于其他品牌产品的重要标识。如乔纳森和布朗斯坦基于尽可能简单目标发明了一款简单便携式摄像机Flip，在美国市场上有着上百万台销售量的一个佳绩，这款摄像机简单便携，功能简单，是与其他复杂难用摄像机一个最明显的区别，之所以赢得了广大消费者们的青睐，是因为它符合绝大多数用户的需求，也验证了简单是产品交互设计应遵循的原则之一。

1.2 删除

根据用户自身体验，对于很多产品，如遥控器等我们有很多功能键几乎是从未用过，对于软件中的功能有很多我们也几乎从未使用过，或很少使用。从这方面考虑，将产品中的某些功能删除或省略，可能会创造出更为成功的产品，如最初的iPhone与其他手机相比，功能很少，但却掀起了波澜，引起了广大消费者的关注；Tumblr博客只具有其他网站的一部分功能，但在开通几年后日发表量却大幅上升。[2]这些案例都在一定程度上说明了删除在产品设计中所起到的重要作用。遵循这一原则，基于用户体验进行产品交互设计，将某些功能，尤其是复杂的、不常用的功能删除或省略，以简化产品设计，可以有效增强用户对产品的体验。

2 体验式产品交互设计构成要素

根据对交互产品用户在产品体验方面的相关调查和有关资料参考得到，构成体验式产品交互设计的要素主要包括四种，即品牌、可用性、功能性和内容。这四要素是带给用户完整体验所不可或缺的，将它们整合融入产品交互设计之中，通过良好的设计，不仅可以有效提高用户体验，而且可以作为交互产品用户体验的评估指标对产品用户体验情况进行有效的评估，给用户体验的产品交互设计提供所需参考。

一个生产企业及其产品在市场上所能够占据的市场份额和竞争砝码在很大程度上取决于其品牌，良好的品牌效应，品牌形象和品牌影响力，广泛的品牌知名度，是保持企业产品销路畅通，产业增值的一种重要无形资产，是对企业文化传播的一个重要媒介。[3]企业产品品牌好坏的描述主要是通过产品在交互设计过程中体验价值的发挥程度，为用户提供有吸引力的体验情况和产品对品牌设定程度的传达情况来实现的。

功能是人们在购买产品时最为关注的一点，一个产品的功能性主要体现在基于生产技术的交互界面功能和后台程序运行能力两大方面，是为用户提供体验的直接载体。可用性一般指产品的功能、实用性、特点等，指用户使用该产品对其指定任务的完成情况，完成效率，它是衡量用户对产品满意程度、衡量产品竞争力的一个重要指标。内容要素主要指产品所呈现出的结构和所输出的信息合理性，取决于技术、设计和用户需求。

3 基于用户体验的产品交互设计方法

3.1 加强用户了解

企业在生产产品之前，首先会明确产品的使用对象，适用人群，也就是所说的产品市场定位。在明确产品使用对象基础上，加强对使用者即用户的了解是一项重要工程。基于用户体验，使用交互技术对产品进行体验式设计、交互设计，通过调查来了解这部分用户真正的需求，了解用户对产品在外观、功能、适应性等各方面上的要求和偏好。然后根据对用户的了解，按照用户实际需求对产品进行交互设计。[4]以用户为中心，开发一款新的产品，设计人员、开发人员以及企业所有相关人员均不能够将自身对产品的需求、想法视为用户的需求，而应采用多种研究方法，如定性研究、对比研究等对用户开展最大量的研究，分析和解决用户在使用产品中出现的各种问题，了解用户情感需求，从而更好地满足用户产品交互体验。

3.2 构建产品交互体验模型

在明确目标用户和掌握用户情感、心理需求、认知与行为特性基础上，开始对产品进行研发设计。利用研究调查所得信息，结合产品属性对产品设计进行构思，产品功能进行规划，确定产品软硬件配置方案。在产品设计任务的分析过程中，设计师及所有研发人员应将交互设计始终视为产品设计的核心，对产品交互设计流程进行合理设计，对设计方式与所需交互技术进行合理选择，构建产品交互体验模型。

3.3 整合新旧交互技术

交互技术在应用的同时也在不断地改进和发展，形成了新的交互技术。与旧交互技术相比，在性能和适用范围上，新交互技术更具优越性，但旧交互技术有着其独特的优势和重要地位，将新旧交互技术有效结合起来，通过高效整合，对产品进行交互设计，可以为产品交互设计提供强大技术支持。[5]基于用户体验的产品交互设计不仅在产品交互上有着越来越高的要求，同时对产品设计的智能化、可用性、适应性和人性化要求也变得越来越高，只有遵循人本理念、人性化设计理念，引入先进技术，加强新旧交互技术整合，共同辅助产品交互设计，才能有效提高产品用户体验度，推动体验式、交互式产品更快发展。

4 结语

在产品种类多样化、设计方法多样化的当今社会下，用户体验的产品交互设计已成为本时代产品设计的主流趋势，对进一步满足用户情感体验、产品体验，满足用户需求起着重要作用。总之，基于用户体验的产品交互设计，随着交互技术的不断发展，其应该提高对用户的了解，对用户体验的重视，以用户需求为基础，不断优化产品交互设计，为人们带来全新的产品体验。

参考文献：

[1] 杨若男.基于用户体验的智能手机交互设计研究[D].湖南大学，2007.

[2] 王娟.基于用户体验的互联网产品界面设计研究[D].浙江农林大学，2012.

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中图分类号：J524 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2016）12-0150-02

如果交互设计中视觉设计的标准只是“美”的视觉效果，那么设计师就会陷入无所适从的境地。采用什么样的视觉元素来表达完全出于设计经验与所谓的“感觉”，而衡量设计是否够好的标准仍旧是“感觉”。要脱离这个窘境，就需要设计师回到理性中来，认识到视觉设计工作是针对目标用户来表达内容，采用什么样的视觉符号是出于对用户的分析和内容表达的需要。如同教师讲授课程，干巴巴地念书面稿可以完成内容讲授，但教学效果差，如果能将课程内容辅以清晰的图表等方式进行视觉化表达，学生往往会更受用。在交互设计的流程中，视觉因素要适宜整个交互设计并被包含于交互设计的结构中，才能够做出符合受众行为习惯的交互设计产品。

一、交互设计草图的视觉因素作用

在交互设计初期，视觉因素以交互草稿等形式，在设计过程中起着不可轻视的作用，它以草图、视觉符号、视觉形象的方式表达着设计师的意图。首先，草图的视觉因素具有记录构思的作用。即对构思的整理、推敲、记录。在交互设计过程中，交互产品的视觉形象作为一种符号，必然具有符号学的一些特征，对于交互设计师来讲，其所设计的交互设计草稿图中的符号总显示着某种意义，代表了设计师当时想法的流露和灵感的迸发，总与交互的意义形影不离，一系列符号构成了设计师的整个思维过程。其次，草图的视觉因素具有表达性的作用，即将自己的构想传达给第三者，让他人理解你的创意。绘制交互设计草图是为了让客户及团队理解交互思路，能够以草图形式和团队成员进行沟通合作，它是设计师与团队及客户之间的桥梁。再次，草图的视觉因素可以表现最终交互产品的视觉风格定位，虽然初期视觉草稿不能完全表现最终交互产品效果，但对最终视觉风格和形象都有了准确定位。初期并不完善的视觉设计因素的绘制为交互产品视觉和交互性的深化留下了很多想象的空间，为交互设计的进一步深化完善和细节处理打下了基础。用户研究阶段的视觉草稿表达能够快速记录下设计师的想法，而且还能不断刺激设计师产生新的想法。

二、交互设计视觉因素表达交互意图的方式

在交互设计中期阶段，此时的视觉设计要符合交互产品的交互性。在交互设计流程中优秀的视觉设计能精确与高效地传递信息与任务，从而能够清晰地表达交互意图。此处的清晰意为清晰的视觉引导和引导元素的精准性。视觉设计能够在交互设计中以科学的视觉语言方式，自然而又清晰地规划出视觉路线，来引导使用者进行流畅地检索和阅读。同时，以图形、符号、色彩等因素给予交互画面或外观以强烈的美感。从而达到吸引用户进行交互并能够帮助用户顺利完成交互。在交互设计的流程中视觉因素要基于三个交互基本要素而设计：

（一）交互对象，用户的非专业性。

研究交互对象首先要研究用户活动，因为交互对象是用户活动的直接反映。研究用户要坚决杜绝凭空想象，专业人士拥有的知识构架和审美水平，可以潜移默化地影响他们的行为，特别是交互设计人员，属于专业用户，普通用户难以理解的交互符号和繁琐的交互步骤，可以被他们轻易掌握。他们的专业技能决定了他们不同于普通用户也不能推理出普通用户的认知。所以我们的交互视觉设计一定要符合普通用户的要求，其中任何一个微小细节的偏差，都有可能影响用户体验，交互对象的视觉设计应该在交互框架下能够辅助用户交互并且在视觉上具有相适宜的美感。

（二）动作，产生事件的交互操作过程称为动作。

动作作为产生事件的交互操作过程，完全由用户引发，是交互过程中的中心环节，视觉设计在交互动作中应该以视觉因素引导和提示的方式给予用户交互方向的说明，并且通过符号、图形、颜色帮助用户方便而满足地完成交互。

（三）事件，用户与交互对象产生动作即交互时产生的操作结果称为事件。

事件作为用户与交互对象交互产生的操作结果，要符合客户的期望，用户通过动作使交互产品产生某一特定事件。当这个事件跟用户所期望的相一致或者比较接近的时候，用户就会产生满足感和成就感，这就是交互中良好的体验，而交互产品反映的事件与用户所期望的结果不同时，用户就会产生挫败感。在交互设计流程中事件通常以反馈信息或者进一步动作提示的形式把动作结果反馈给用户，所以视觉形象在此时要清晰地表达出反馈结果或者进一步引导和提示用户交互。

三、交互设计后期视觉因素的整合

贝塔朗菲强调任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质，整体功能大于各部分功能之和。在交互设计实施阶段，视觉因素整合作为交互设计不可缺少的环节尤为重要，此时应该以交互性为前提，把不利于交互产品易用性的不易表达的视觉因素舍弃，使得视觉因素与交互功能完美结合。而我们的最终交互产品也要求是能够美感与交互易用性兼顾的交互设计产品。

四、视觉因素在交互设计流程中的重要性

优秀的交互设计就像婀娜的舞者，用美丽的线条（视觉因素）和轻盈的舞姿（交互性能）诠释形式的美感与精神的表达。没有人愿意看到臃肿演员跳芭蕾，不是因为臃肿的“丑”，而是因为与内容的不适宜。同样，对于交互设计而言没有丑陋的视觉设计，只有与交互性能不适宜的视觉设计。事实上我们在信息不足的情况下，是通过封面，判断一本书的质量；通过外观，判断一家餐馆的档次；通过视觉设计判断一家网站的好坏。如果访问者正在寻找精美的服饰或儿童玩具，他们或许不会在一家满眼望去都是灰色调，视觉设计不鲜明的网站上花费时间。我们设计师努力提升访问者的体验，并不是放弃可用性的标准，我们设计师一直在谋求利用交互设备的独特性，刺激、吸引、愉悦访问者。出色的视觉设计，能够赋予意义，提供语境，唤起情感，能够让更多用户在与交互对象交互中体验到更多满足感。

VR技术的快速发展体现了对人的因素的不断重视，使人机交互更接近于自然的形式，使用户能利用日常的自然技能，无须经过特别的努力和学习，就可以让认知负荷降低，工作效率提高。这就更需要交互设计中视觉因素的不断发展与补充，形成以视觉通道为主的各种感觉通道结合的交互发展方向。在VR技术更加成熟的明天，交互设计的视觉因素会因为其他感觉通道的加入对交互设计师形成新的挑战，交互设计师唯有以用户为中心，探索符合人心智模型的交互视觉表达方式，才能跟随交互技术革新的步伐不断前行。

参考文献：

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关键词：

智能手机；交互界面；人机交互；信息物理融合系统

智能手机作为移动计算的媒介，在传统通讯媒介的属性之上融入了电脑般强大的功能，由于其灵活性、便携性的特点，已经成为人们手中的生产力、社交和认识世界的工具。用户在享受嵌入式系统、计算机技术和网络技术发展带给智能手机进步的便利时，已不仅仅关注系统功能的扩充和效率的优化，对于服务个性化与特定环境的应用的用户满意度有了更高的要求[1]。智能手机性能的提升和网络的普及使得应用情境已经比以往更加多样。如果能够了解用户在不同情境下的人机交互过程，并针对交互特征进行交互的优化设计，将会帮助设计师构建更好的用户交互体验。由此，能更有效地服务于用户的信息物理融合系统（Cyber-PhysicalSystems，CPS）应运而生。不同场景中的智能手机交互设计是包含多对象（个性化用户、场景、交互界面）的系统，不同的对象间存在着数据、信息和知识的流动及逻辑关系，因此，运用信息物理融合系统的思路，可以构建适合多场景的人机交互体验。

1智能手机中的人机交互

由于人的认知中视觉认知信息量最大，智能手机的人机交互一般是以视觉通道为主，通过视频、图像、文字等确认状态和传达信息。视觉交互界面的设计是智能手机人机交互的主要构成部分。为了构建更好的视觉交互界面，设计师通过提高智能手机的屏幕尺寸、屏占比、视觉层次[2]等方法，提升人机交互的视觉空间和交互效果。同时，视觉交互界面的发展也经历了电脑终端直接移植菜单式交互设计、对现实事物抽象概括的拟物化设计和强调高效交互扁平化设计[3]的不同方向和阶段，通过构建与用户更加亲和的交互模式和交互要素[4]等手段，有效地提升了智能手机的人机交互体验。尽管如此，智能手机作为移动计算的最佳媒介，与电脑等其他固定终端相比，人机交互中可视交互的空间仍较小。智能手机有限的可视范围和操作空间，容易让用户在使用中产生大量平移、拖动等重复动作，易产生疲劳感和厌烦情绪[5]。智能手机人机交互界面交互空间局限的问题，可以以用户认知的多通道性进行拓展和弥补。所谓“多通道”是指运用多种用户表达意图、执行动作和感知反馈信息的方法，如肢体姿势、动作、表情、语音、触觉等，采用这种交互方式的用户界面称为“多通道用户界面”[6]。智能手机的交互设计中综合使用多通道交互已成为趋势，智能手机的人机交互见图1，充分利用多通道的输入调动用户的视觉（图像）、听觉（声音）、触觉（触控）、运动等多种感知通道和交互通道，可以有效地拓展智能手机的交互空间，提高用户交互的满意度。运动交互界面（微信的“摇红包”界面）见图2。

2CPS环境中的人机交互

计算机技术、通讯技术和互联网技术的发展，逐步使得人们随时随地都能接入网络，获取信息，与他人互动，智能手机等移动计算设备的用途由于应用场景的扩展也日益丰富。同时，物联网技术、云计算、智能城市等技术发展，使得用户可以通过移动计算设备与其他用户、智能设备、乃至环境进行互动。为了解决不同情境中更广泛的人机交互的机遇与挑战，CPS应运而生。

2.1CPSCPS可以理解为运用嵌入式系统通过一系列智能设备和物理对象在高效能网络环境下进行高度集成和交互，从而实现系统的实时通信、高效能信息处理及复杂情境下的自主协调[7]。简单说来，CPS就是在环境感知的基础上，融合移动计算、互联网、通讯、计算机技术、物联网、云计算技术等扩展的网络化物理设备系统，通过虚拟交互或实体交互的反馈，循环实现信息和物理设备、环境的融合与实时交互，从而拓展智能设备的功能和使用领域[1,8]。CPS的发展是信息与人类生活和社会的发展日益密切的体现。CPS正逐步应用于生活的方方面面，其应用场景包括监测和记录身体状态的可穿戴智能终端，主动感知和预测用户需求的智能家居[9]，根据交通状况合理安排路线和规避障碍的自动导航汽车，甚至包含复杂基础设施和社会关系的智能城市。CPS不仅是一项蓬勃发展的技术，而且也正逐步成为一种生活方式。如基于地理位置感知的人机交互已经运用于支付宝公司和肯德基公司的无线支付应用项目中，当支付宝用户走进肯德基快餐门店时即会收到电子点卷，然后通过无线支付即可享受购物折扣。基于位置感知的智能人机交互实例见图3。

2.2CPS环境中智能手机的人机交互CPS环境为人机交互拓展更大的空间，同时更多交互要素的引入也产生了更多的不确定性，软件和硬件的设计面临着新的挑战[10]。CPS将传统人机交互中“以用户为中心进行设计”的理念，提升为“以情境中用户为中心进行设计”。“情境”既包括用户与智能手机所处的物理环境信息（声音、光照、温度、湿度、图像、运动地理位置等），又包括用户在使用智能手机的过程、状态等上下文信息。这使得CPS环境下的智能手机人机交互有了更多元化的应用前景。CPS环境中的智能手机人机交互模型见图4，与图1相比，不同要素间产生了更多数据、信息和知识的流动。用户群对情境中的相关内容（智能设备、实体环境、服务等）进行实体交互（触摸、使用等）的同时，实现对情境的分布式认知。另外，用户群也可以通过智能手机发出交互请求，这使得用户群与情境中各种要素有了更多的交互机会。智能手机根据情境中的物理特征（声音、光照、温度、湿度、图像、运动等）对人机交互模式进行调整，以适应不同情境中的需求。而这一切都是在数据网络和位置信息服务的支持下完成，不同信息通过云端完成交换和存储，实现信息和知识的共享与其他社交应用。

3CPS下智能手机交互设计方法

智能手机的应用日益广泛，使用的情境也更加多样化。智能手机人机交互设计应服务于情境中用户持续不断的需求，以情境中的用户为中心，综合考虑“用户—智能手机—情境”的多种要素，从而使智能手机的人机交互更加有效和宜人。3.1CPS下智能手机交互设计原则人类认知的特点决定了采用实体按键、笔迹、语音等的方式，简明扼要、逐步细化的过程交流信息可以使人机交互更加高效和宜人，也是人机自然交互的要求[6]。智能手机由于便携性的要求，屏幕大小、屏幕亮度、扬声器功率、计算性能等都受到了限制，因此，智能手机人机交互设计过程中应综合利用各种通道进行人机交互，并结合用户所处情境中认知的特点进行设计。智能手机的人机交互设计应运用CPS的相关技术，使其更为精准地感知用户所处的情境，获取周边空间的物理状态和相关服务信息。而人机交互的模式也应该根据所感知的情境进行相应调整。人机交互的设计过程中，应使软硬件具备通过对用户的位置、特征、时空等上下文条件进行检测，自动简化信息的处理能力，使用户获取有效的人机交互，因此，在CPS环境中的智能手机交互设计，应按照以情境中的人为中心进行设计，运用多通道技术扩展人机交互空间的原则，根据用户认知特点和情境需求进行设计，提升智能手机人机交互的效果。

3.2CPS下智能手机交互设计流程以用户为中心，交互设计流程一般包括用户需求调研、产品分析、交互设计、原型设计、详细设计、设计维护等阶段。在此基础上，为了更好地使用CPS环境下的智能手机交互设计，这里提出了一种面向CPS环境下的多通道交互设计方法。CPS下智能手机交互设计流程见图5。CPS下的智能手机交互设计过程与传统以人为中心的交互设计一样，开始于用户需求调研，通过分析用户需求确认产品设计要求并进行分析。不同的是，CPS下产品分析需要对产品使用环境的地理位置信息、情境特征等进行分析和预测。CPS下的交互设计部分，设计师不仅需要针对产品功能要求构建人机交互界面，而且还需要对用户使用情境和产品功能进行分析，确认使用情境对产品功能的影响，并分析地理位置信息与情境特征的作用。然后需要针对使用情境对产品功能和交互通道进行分析，选择适合的交互设计通道（视觉、触觉、听觉等）进行交互模式构建。在不同通道交互设计完成后，需要对多通道交互方式进行整合与评估，以防止不同通道交互间产生干涉，如确认无误则按照交互设计的结果进行原型设计。原型设计是对用户需求与产品功能的最基本实现。在此阶段后，需对多通道交互效果进行测试，判断通道数是否过少而影响交互效率或过多而产生干涉。若存在交互通道数不合理的情况，则返回“产品功能—交互通道”分析阶段重新确认交互模式；若多通道交互模式恰当可靠，则继续进行细节设计。

3.3CPS下智能手机交互设计应用CPS的引入将极大地提高用户使用智能手机人机交互的舒适度，提高工作和生活的效率。如在城市交通领域，用户在不同交通模式换乘时，智能手机应可以通过感知位置的变化，接收城市智能服务系统推送的相应位置的提示和换乘建议，使用户生活更便捷。如图3使智能手机成为了情境与人的动态界面，增强了用户与物理环境的互动。此外，智能手机的人机交互界面设计应根据情境中空间、光照、温度、湿度等物理特征的不同，考虑情境中人机交互的不同模式的特点进行设计，有针对性地调整界面尺寸、图标大小、亮度、通道等特征。例如，为了实现驾车过程中安全、便捷地使用智能手机的功能，汽车厂商与智能手机厂商合作开发了可作为智能手机拓展界面的车载操作系统。当智能手机用户进入车辆时，智能手机将与车载系统联网，自动使用更大、更清晰、更简洁、可语音操控的车载界面代替智能手机，从而满足用户的使用需求。搭载CarPlay系统的奔驰汽车见图6。