（设计艺术学专业论文）开关触觉研究——浅析新电子产品开关形态与用户使用感受的关系.pdf

摘要 摘要 触觉是我们人类感知世界的一个重要知觉，在工业化快速发展的时候，人 们曾一度因为过分追求科技感和功能性而忽略了自己的身体，现今，随着自然 主义、以人为本等等口号的提出，随着感性工学、情感设计等等理论的提出， 人们重新又回过头来面对了自己的感知。 信息社会带给我们越来越多的电子产品，而其多种多样的开关及控制器形 式更是无时无刻不与人发生着互动。如果说过去的电子产品带有太多太空色彩， 让人感觉冷冰冰，则新电子产品则应该是人类的朋友和得力助手，那么就让我 们从接触这个朋友的第一关开关入手，探究新电子产品开关形态与用户使 用感受之间的微妙联系，从触觉、感知的角度出发，寻找到功能和感觉之间的 平衡点，创造出更加舒适、有趣的触觉感受。 关键词：新电子产品开关形态触觉用户感受 a b s t r a c t t a c t i l i t yi sa l li m p o r t a n tp e r c e p t i o no fh u m a nb e i n g sf o ra p p e r c e i v i n gt h ew o r l d w h i l et h ed e v e l o p m e n to fr a p i di n d u s t r i a l i z a t i o n ，p e o p l eo n c ep u r s u i tt e c h n o l o g i c a l a n df u n c t i o n a lt o om u c h ，s o 邪t on e g l e c tt h es e n s eo ft h e i rb o d i e s n o w , w i t ht h e a d v o c a t i n go fn a t u r a l i s m ，p e o p l e c e n t e r e d , d e s i g nt h e o r yl i k ek a n s e ie n g i n e e r i n g ， e m o t i o nd e s i g na n ds oo n ，p e o p l ef i n a l l ym i n e db a c kt of a c et h e i rp e r c e p t i o na g a i n i n f o r m a t i o ns o c i e t yb r o u g h tu sm o r ea n dm o r ee l e c t r o n i cp r o d u c t s s w i t c h c o n t r o l l e r sw i t hv a r i e t yo ff o r m sa r ec o n s t a n t l yt a k i n gp l a c ei ni n t e r a c t i o nb e t w e e n p e o p l ea n dp r o d u c t s i f i ti ss a i dt h a tt o om a n ye l e c t r o n i cp r o d u c t sa l ef u l lo ft h ec o l o r o fs p a c ei nt h ep a s t ，m a k ep e o p l ef e e lc o l da n dd i s t a n c e ，n e we l e c t r o n i cp r o d u c t sw i l l b em a n k i n d sf r i e n da n df i g h t - h a n dm a n s ob e i n gw i n lt h ef i r s tc o n t a c to fo u rf r i e n d s 咖- o 冠l e t se x p l o r et h ed e l i c a t el i n kb e t w e e nf o r m so fn e we l e c t r o n i cp r o d u c t s o n - o f fa n dt h eu s e re x p e r i e n c e f r o mt h ea n g l eo fh a p t i ca n ds e r l s eo fp e r s p e c t i v e ， f i n dt h eb a l a n c eb e t w e e nf u n c t i o na n df e e l i n g ，c r e a t i n gam o r ec o m f o r t a b l ea n d i n t e r e s t i n gt a c t i l ef e e l k e y w o r d s ：n e we l e c t r o n i cp r o d u c t s ，f o r m so f o n - o f f , t a c t i l i t y , u s e re x p e r i e n c e 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影 印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目 录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子 版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分 或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 鹰瘟巾 加o 年弓月, - 1e l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 虏暗书 劢0 1 年月 导言 研究的缘起 璺吉 寸嗣 长期以来，科学技术都领导着社会和经济的发展。在这种被称为“科技领导 进步的发展模式下，技术似乎是最主要的力量，推动着生产和事物的发展。我 们必须承认，有些时候，设计与技术贴得非常近，共同研究对日常生活中的各种 科技和材料的应用。举个例子来说，网页设计与网络技术相结合创造出了更多彩 的页面，建筑业竞相使用新开发出的建材，产品设计用新发明的材料和技术表现 出吸引人的形状，电脑平面艺术用数字艺术表现自己的想法，等等。很多非常卓 越的设计因为新科技的诞生而出现。 然而，在赞叹科技带来美好方便生活的同时，我们却似乎离自己的身体越来 越远了。因为有了网络和电视电话，我们不必回家就可看到亲人，但却减少了拥 抱他们的时间；因为有了电脑和电子邮件我们省了很多纸，但手指擦过各种肌理 的纸面的愉悦感觉也随之被渐渐的淡忘；因为有了虹膜门禁和控制系统，在不久 的将来，也许我们都不记得“按开关”是什么意思了。我们曾想象，如果我们能 和由电子媒介创造出的虚拟世界和谐相处的话，那将是一件多么令人兴奋的神奇 的事情啊，但还没有经过一代人，就已经出现了很多问题。我永远都不能忘记我 那因迷恋网络游戏而患上自闭症的中学同学的眼睛，那是一双无神的，但却透出 恐惧的眼睛，他已经无法再完好如初的回到现实中来了。在这个真实的、物质的 世界中，我们很尴尬的意识到自己不知道该怎样对待我们的身体了。我们的身体， 就像疲倦的人渴望推拿按摩一样的渴望着直接的交流。 另外，除了因缺乏接触而产生的各种生理及心理问题之外，在现有的产品世 界中，我们还常常面临着触觉贫乏的尴尬。高科技感，品质感等等的词语就等于 金属外壳；各种品牌的数码相机都采用形状材质大同小异的开机按钮；墙上的控 制开关仿佛只能是塑料的w t当然在实际的产品设计中，有很多诸如成本等的要 求在制约着设计师选择个性化的材料和形状，但我认为，不论是设计师，还是从 事其他行业的人们，都应该保有一个鲜活而敏感的触觉。我们渴望下次拿到某件 高科技新品时，指尖能传来惊喜的感觉，渴望每天回家推开门时能感n i - j 把手传 来的“欢迎回家的温暖，渴望着不仅仅是为了功能将电器上的按键分区，也能 为了情感这样做。 导占 触，不仅仅是一个动作，更足情感交流的纽带，与人交流，也与物交流。人 们不能缺少这种必要的交流。酬此，我认为，存肯定科学进步的同时，我们应该 升始追求以感觉为 j 发点的产品让人的感觉参与到新科技的发展中去，让新科 技更好的为人的感官服务。 研究的目的 触觉是人类非常重要的感觉之一，不仅帮助我们认识世界，更传递情感。怎 样止人们在使用产品时获得更舒适、更新鲜的触觉，是近些年来鼓计界积极讨论 的一个问题。当然，在这有限的篇幅中想要讨硷所有产品的触觉是不可能的，丁 足我选取了人体巾触觉感受器较灵敏的手，和日常生活中非常常见的电子产品的 开关，作为研究的主体，以期通过试验，将新材料、新科技与人的触觉相结合， 讨论出更多的设计可能性，尝试改进现有开关，使2 更符台人们触觉及情感需要， 带给人们更太的生活乐趣。 论文框架 生理特征 心理特征 。d 磊乏麓。l 适宜 闽辗 温度 痛觉 对材 识能 刺激运动方向知觉 运动轨迹特征 通感 觉 运动准确性 联想 操作能力惊喜 机i 程学 设计，u 理学 产品语意学 鐾性工学 自 i 石i 弄 指导 产品 满 2 舒 适 度 要 求 第一章五感之一触觉 第一章五感之一触觉 人是由一些肉体的感受器组成的，它们积极的感知着这个世界。我们称自己 的眼睛、耳朵、皮肤以及其他器官为感受器，认为它们仅仅是一些被动接收形象 的器官而已。其实，人的感知是非常积极和大胆的，比我们想象的更加开放。它 们应该被理解为具有高级功能的器官，而不仅仅是感受器。它们仿佛从大脑中伸 出了无数不可见的触角，通过这些触角活跃的感知着这个世界。 在以触觉试验设计著名的 h a p t i c 中，收录了许多日本设计师的触觉设计 作品，他们根据自己对触觉的理解进行各种有趣的尝试，并发表了自己对触觉设 计的意见。其中印象很深刻的是序言中原研哉对h a p t i c 也就是对与触觉相 关的事物的解读。他认为我们人类就是一个布满了感觉薄膜的球形的物体， 所有的感觉都来自于这些薄膜。的确，我们的身体上遍布着各种感觉器官：眼睛 带给我们视觉、鼻子带给我们嗅觉、嘴巴带给我们味觉、耳朵带给我们听觉、而 皮肤，则带给我们重要的触觉。我们用五感感知着这个缤纷的世界，并与之交流。 触觉首先是一个生理上的概念。 辞海中对“触觉 的解释为：皮肤感觉的一种。辨别外界刺激接触皮肤 情况的感觉。狭义的“触觉 ，仅指刺激轻轻接触皮肤触觉感受器所引起的肤觉。 广义的“触觉 ，还包括增加压力使皮肤部分变形所引起的肤觉，即“压觉 ；以 及以其一定频率的振动刺激皮肤所引起的肤觉，即“振动觉 。聋人或盲聋哑人 的触觉可有高度的发展，以弥补听觉上的缺陷。 与之相近的还有“触摸觉 ，辞海对它的解释是：“触觉 或“压觉”同 “运动觉 联成的复合感觉。能感受物体软硬、凹凸、光滑、粗糙等特性。 由此看来，触觉并不是我们想象的那样简单，它的工作与许多因素相关，也 与许多其它的感知器官相关。要想充分的了解什么是触觉，让我们先从它的感受 器官皮肤一谈起。 3 第一章h 感之一触觉 幽p i 触摸的感觉 1 1 皮肤一重要的感应器 人的皮肤是人体最重要的组成部分之 ，它覆盖着我们的全身，不仅起到保 护肌体的作j 1 j ，更重要的是充当了人体非常重要的感受嚣的角色。1 f 常值得注意 的是，人的神经系统和皮肤之间有着十分重要和密切的联系。牛命材期，处于母 体子宫中正在发育的人体胚胎由一层特殊的细胞组成。第一层( 中胚层) 将形成 肌肉和骨胳。第层( 内胚层) 将形成人体内脏器官，如胃、肠和肺等。第一层 ( 外肼层) 将形成人体神经系统和皮肤。因此，人体皮肤与人脑，是巾同组织 产乍出来的。皮肤可以看作是人脑的外层，或是人脑的延伸部分。皮肤的极其丰 富的感觉感受器就是有力的证明。 人体皮肤内分布着多种感受器，能产牛多种感觉。皮肤内遍布着感觉神经及 运动神经，它们的神经术梢和特殊感受器广泛地分布在表皮、真皮及皮下组织内 以堪知体内外的各种刺激，引起相应的神经反射，维持机体的健康。困此皮肤有 种基奉感觉，即触觉、痛觉、冷觉、温觉、压觉及痒觉。 触觉足皮肤基本感觉之。现在的科学研究已耋有几种感受术梢同触世有 关，如毛囊感受器、梅氏小体为触觉感受器的感觉爪捎。如眼的角膜，有自由神 舞未梢，有触觉作用：指端皮肤中有丰富的梅氏小体，它的触觉l 分敏感。 i 2 触觉 1 21 触觉的类型 第章五感之一触觉 通常把触觉分为两类： ( 1 ) 触压觉触压觉按所受刺激的强度不同，又可分为接触觉和压 觉，轻轻的刺激产生接触觉；刺激强度增大就产生压觉。触压觉没有 人手主动运动的参与，故称为被动触觉。 ( 2 ) 触摸觉触摸觉是皮肤感觉与肌肉运动感觉的结合，也成为皮肤 运动觉或触觉运动觉。触摸觉是在高级神经支配下，通过手的运 动感觉与皮肤感觉把信息传给大脑，经大脑综合分析后，判别出人的肢体 与被触摸的物体之间的相对空间位置。由于触摸觉有人手主动运动的 参与，故称为主动触觉。 在我们身边的各种开关，有着各种不同的操作方式，其中和身体部分接触的 开关方式主要是由人的手和脚两部分来操作。鉴于脚踏开关应用的范围较小，且 大部分都是穿着鞋子操作的，与人的皮肤与开关机构直接接触有一定的区别，所 以在这里不作主要讨论。 人的手完成了大部分我们在日常生活中所需要的开关操作工作，而人手与各 种开关的接触，是人手主观意愿支配而有自身发起的动作，故属于第二种触觉： 触摸觉。 1 2 2 触觉的适宜刺激( 反应时间) 我们每天接受的大量触觉信息都是由触觉感受器带来的，分布在皮肤和皮下 组织中的触觉感受器有：游离神经末梢、触觉小体、触盘、毛发神经末梢、梭状 小体、环状小体等。不同的触觉感受器决定了对触觉刺激的敏感度和适应出现的 速度。 从感觉器官接受外界刺激到运动器官开始执行操纵动作所经历的时间，称为 人的反应时间。只对一种刺激做出一种反应的反应时间，称为简单反应时间；有 两种以上的刺激同时输入，而需要对不同的刺激做出不同的反应，或者只对其中 某些刺激做出反应的情况，称为选择反应，相应的反应时间，称为选择反应时间。 通常，选择反应时间要比简单反应时问长。 据试验，人对光、声和皮肤刺激的简单反应时间比对气体、温度等刺激要短，其 中触觉的简单反应时间仅为0 1 4 0 秒。 但是，人的反应时间也会因为个体不同而有所不同。比如，一般成年人，反 5 第一章五感之一触觉 应时间随着年龄的增长而延长；人对突然出现的刺激，因为没有心理准备，会导 致反应时间加长；人在疲劳状态下，感觉机能变差，反应变得迟钝，因而反应时 间也会变长，等等。 对于开关这种特定的产品而言，触觉的反应时间除了微观世界中的概念之 外，还有宏观世界中的意义。“按开关”这个动作所涉及的触觉内容包括两个 方面：一个是人的手部皮肤与开关动作载体的表面接触一瞬间的感觉，另一个是 实施开关这个动作时手因为用力而产生的一些系列感觉。也就是说，对于电气开 关按键而言，按键表面材质和内部弹簧给人手的力反馈大小决定了这个动作的反 应时间。在我们使用各种电子产品时，经常会谈论“按键不好按或“很好按 的话题，其实所谓好不好按，经常就是在讲按键和人手之间的反应时间。有的按 键选用了比较厚的硅胶材料，表面较软，手指按上去后，力要首先作用到厚硅胶 垫上使其发生形变，然后才能接触到后面的元器件，这样就增长了按键的反应时 间，即使后台软件能即刻做出反应，人仍然会感觉到动作的粘滞，长时间使用很 易产生不悦的情绪，特别是时间紧急时更是令人心情焦急烦躁。机械开关也有同 样的问题，只是相关的影响来自轴承、滑动结构等使物体打开关上的机械结构上， 而不是来自于电子元器件。也有的时候这种粘滞是由后台软件造成的。但不管是 哪一部分出现的问题，在进行了一个动作之后，都应该及时地给予用户相应的反 应，避免造成用户的精神压力。 1 2 3 触觉的阈限 对皮肤施加适当的机械刺激，在皮肤表面下的组织将产生位移，在理想的情 况下，d , no 0 0 1 m m 的位移，就足够引起触觉。然而，皮肤的不同区域对触觉的 敏感性有相当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布情况而引起 的。用毛发触觉计测定身体不同部位对刺激的触觉感觉性和触觉阈限的试验结果 表明，身体不同部位的触觉绝对感受性，从高到低依次为：鼻部、上唇、前额、 腹部、肩部、小指、无名指、上臂、种植、前臂、拇指、胸部、食指、大腿、手 掌、小腿、脚底、足趾；身体两侧的感觉感受性没有显著差别；女性的触觉感受 性略高于男性。这让我想起中国人很喜欢的娱乐活动：打麻将。许多麻将高手都 能靠摸来辨认手中的牌，但只要留心一下就会发现，人们用来摸牌的似乎永远是 大拇指，除了用大拇指摸其他四指来掩护不易被别人发现之外，大概也有大拇指 的触觉更灵敏的关系吧。 6 第一章五感之触觉 值得一提的足，盲人因 为不能使用五感之一的视 觉，作为一种认知补偿，以 及后天的训练，触觉比明眼 人发选很多。国内外学者对 盲人和有视觉的人手指尖两 点闺的测定材料表明，盲人 的手指尖两点闽明显低于明 眼人。 网眵 图卜2s a e s u n g 专为盲人设计的通讯设备 在研究人们使用开关按键的习惯时，经过对多人的调查和实际观察，我发现 在实旌“按”这个动作时，最常见的是使用食指，其次是有郁分人习惯使用大 拇指，也有一小部分人习惯用中指。可以看出，充当人与开关按键的触觉感受器 的身体部分并不是触觉晟灵敏的部分，虽然无名指和小指的触觉灵敏度高与拇指 食指或中指，但人们还是沿用了他们在各种其他劳动中的习惯，选用了运动灵活 性更好的手指。也就是龅，鉴于食指是最常被利用来接触开关的手指，对于表面 有凸出的图形、符号或文字的按键来说，就得注意所设置的文字图形的大小、间 距等问题，以便人们能更好的识别。 12 4 与触觉相关的皮肤感觉 24 1 温度觉 温度觉分为冷觉和热觉两种，这两种温度觉是由两种不同范围的温度感受器 引起的，冷感受器在皮肤温度低于3 0 摄氏度时开始发放冲动；热感受器在皮肤 温度高于3 0 摄氏度时开始发放冲动，到4 7 摄氏度时为最高。 温度堪受器分布在皮肤的不同部位，形成所1 目冷点和热点。每平方厘米皮 肤内，冷点有6 2 3 个，热点有3 个，温度觉的强度，取决于温度刺激强度和 被刺激部位的大小。在冷刺激或热刺激不断作月 下，温度觉也会产生适庶。 随着科技的进步，各种对人关怀入微的新技术进入了我们的生活。前几年暖 手鼠标出现，即使是在寒冷的冬天，人们也能在使用中拥有温暖舒适的触感。这 在开关的设计上同时很重要。不论是硬塑料制的各种墙面电器开关还是不锈钢大 理石的机械开关，都是导热性能较好的材料。当环境温度下降或升高时，这些导 痢酋儿感之一触觉 热材料将随环境温度快速变化，当人恒温3 65 摄氏度的皮肤接触到冰冷或热烘 烘的扑关表面时，一瞬问可能产生比较强烈的不适感觉。试想冬季中的某一天， 你【l i n 家半，凶为不锈钢球，科把手太光滑没有摩擦力，导致你只能摘下手套去 旋转它，握上去的一瞬n u 黼：寒气由手心传遍全身，真的是使冷意倍增。对于机 械) ：咒来说，我们叫阻改变他们的表而材料来改善这个问题而电气开关除了运 h j 导热性能低的材料外，更r 口以藉由一些特殊的技术，像暖手鼠标。样，用很少 的电， 【能给人带来温暖的感觉。 图卜3 仕能a 6 2 0 适台冬天用的手机 第、由1 1 程塑料日币是纯金属制j 或：第：、体积稍大，可以戴手套操作 12 42 痛觉 凡足剧烈性的刺激，不论足冷、热接触，或是压力等，都可能对皮肤引起痛 觉。人体各个组织的器官内，都有一些特殊的游离神经术梢，在一定刺激强度r ， 就会产生兴奋而产生痛觉。这种神经术梢在皮肤中分布的部位，就是所谓痛点。 每甲方厘米的皮肤表面约有1 0 0 个痛点，在整个皮肤表而上，痛点的数目可达 】0 0 打个。 上叫我们已经讲过适宜刺激的问题，对于痛觉的应川，同样受适宜。首先， 扯开关设计中，我们府尽力避免因不适宜材料带给皮肤的小适感觉，同时，我们 可以适、的在开关中加进一砦可刺激皮肤的凼素，如小会让人很不舒适但也不同 寻常的材料，- 4 能第次摸t 去人们会有点惊讶，“哎? 这是什么呀? ”，口l 这种 轻微的刺激可以让人们更好的学爿，在大脑中形成经验，对区分各种小同功能的 开芙拙键有现实意义。 13 与开关触觉相关的人手尺寸 第一章五感之一触觉 人手具有极大的灵活性，能完成各种各样的动作。操纵开关有很多种方法， 相应的也需要人手做出不同的动作来实现操作。旋钮开关需要人用两指或三指捏 住开关旋转部件旋转；大型的移动式开关( 多为机械开关) 需要整只手握住操纵 器发力；小型的移动式开关需要人的手指做抠的动作，有时还需要指甲的参与； 按压式开关需要的则是指腹，多为食指指腹对操纵器的按压动作。各种开关所对 应的人手操作部分不同，设计标准也就相应的不同，因此，在设计时应根据相应 的操作本体尺寸来指导操纵器的设计，使其符合人机工程学的要求。 人体手部尺寸包括手长、手宽、食指长、食指近位指关节宽、食指远位指关 节宽等五项。 图卜4 人体手部尺寸测量部位 下面的图表展示的是人体手部尺寸的部位和统计数据。 表1 - 1 人体手部尺寸统计数据 焉淡 男( 1 8 - 6 0 岁)女( 1 8 5 5 岁) 测避硕f i 、n 坌佗效 51 05 09 09 59 9151 05 09 09 59 9 下长1 6 41 7 0 1 7 31 8 31 9 31 9 62 0 2 1 5 41 5 91 6 1 1 7 1 1 8 01 8 31 8 9 f 宽 7 37 67 78 2 8 7 8 99 16 7 7 07 1 7 6 8 08 2 8 4 辔，食指k6 06 3 6 46 97 47 67 95 76 06 16 67 17 2 7 6 遵：食指近何指天节宽1 71 81 81 92 02 2 11 51 6 1 61 71 81 9 2 0 穆食指远能指天，宪 1 41 51 51 61 71 81 91 3 1 41 41 51 61 6 1 7 除了操纵本体自身的尺寸之外，在设计时，还应注意为人的各种动作留出适 当的空间。这对增加触觉的舒适感也是非常重要的。如果两个按压式开关键，按 键本身很合人手指的尺寸，但相距过近，则也很容易导致误操作等令人不悦的情 9 第一章五感之一触觉 况出现，从而降低使用舒适感。 下图是人手在进行各种操纵动作时所需空问的图表。 表1 - 2 人手在进行各种操纵动作时所需空间 ( t i t ：) 丹羹 苹形分生，謦 t轴儿t崎几 鼢_ i 坠 j o 姆会 j，j r i r 0r1 2r ，1 275， f 州) 抬f 蚺) 一 精精 邕_ f 巨 tl o 簖辞 j1 2， rt 5rrl r7 ， t ?，f1 3f， 一 蝴】砷l _ 一 一j4i z - 4 ，1 2工 磷函 xt 窖jt o r1 6r-r yi o ，1 0 ， ，i zi l ，一o ，一j a t 麓l2 t “嘲 1 l 宠匙 jl o 婚图 j”j r r r r ，?，2f 7 g 哺) i 3 一( 聃 恤 i l 一 咎含 joj， 降昏 ，l 膏l o r r r 3，o z ， f0f 刖_ 瞄l 一荆 3 雕铆丝一l 嘲 i 譬莳 rj 障孵 鼻l ，j y 2 rri ir t， ，1 17 精，t 一“i t 哺f _ i f f 奠 l 卜r 一p ， 叫 材一 触硷 j o 呼跄 1 3 r 1 r rr ，?f t ， 扣蕾 婶每 r 哺j 即簖 ， oj r ，r r 馆r z，母， -f 0 一，- j i 一一 用簟 幽k ， ” 舡醚 茸 怡j rrr ，l o ，j 小刀 f ，j- 1 4 人手对操纵器的操作能力 1 4 1 人手对材料辨别能力 自然界中有各种各样的材料，材料有它的物理性能和化学性能，同时也有它 的可视性与可触感的性能。人类是通过视觉和触觉来感知材料质地的。我们通过 视觉可以观察到材料表面的纹理样式，通过触觉则可以感受到材料表面的质地结 构。 人对各种材料的辨识能力是不同的，以把手为例，人手对几种常见材质的辨 识能力与下表所示： 1 0 第一章五感之一触觉 表1 - 3 人手对把手材质的辨别能力 淤 瞬间 5 秒1 5 杪 术材 9 0 4 4 蜡 7 1 2 5 4 麴辩5 482 0 铝 7 182 0 铁7 12 08 确铜 6 01 92 0 黄铜5 02 02 9 锑6 01 82 2 这里我们可以看到，木材是人们最能辨别的材料，其次是塑料( 蜡在实际产 品中不常用) ，再次是铝。这个结果并不令人感到意外，木材和人的皮肤都是最 自然的物质，同样温暖而有肌理，理应是与皮肤最亲近的材料。 1 4 2 人的动作特点 1 4 2 1 运动方向 运动方向对定位运动时间的影响如下图所 示：图中同心圆表示相等的距离，当被试者的手 1 从中心起点向八个方向做距离为4 0 c m 的定位运 动时，其手向各个方向运动时间差异如图中曲线 所示，可以看出，从左下至右上的定位动作时间 最短。 蘼 、芦 藕。 幞戮 图1 - 5 手向各方向运动时间差异 1 4 2 2 运动轨迹特征 按人体生物力学特征对人体惯性特点进行分析，其结果表明，动作轨迹特征 对运动速度的影响极为明显，并得出了下述几个基本结论： a 连续改变和突然改变的曲线式动作，前者速度快，后者速度慢； b 水平运动比垂直运动的速度快； c 一直向前的动作速度，比旋转式的动作速度快1 5 2 倍左右； d 圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活； e 顺时针动作比逆时针动作灵活； f 手向着身体的动作比离开身体的动作灵活；向前后的往复动作比向左右的往复 动作速度快。 第一章五感之触觉 此外，从运动速度和负荷重量的关系分析，得到了这样的结论：最大运动速 度与被移动的负荷重量成反比，而达到最大速度所需的时间与负荷重量成正比。 1 4 2 3 动作准确性 准确性是运动输出质量高低的另 一个重要指标。在人机系统中，如果操商 作者发生反应错误或准确性不高，严重 平 时甚至会导致事故的发生。 瑙仳 在着妻磊燃冀羹霎黧蒌謇 在着互相补偿关系，右图为描述其关系 一 的速度一准确性特征曲线。可以看出， i 速度越慢，准确性越高，但速度降到一 ! 定程度后，曲线渐趋平坦。说明在人机 忡 系统设计中，过分强调速度而降低准确 性，或过分强调准确性而降低速度都是 不可取的。 快啼慢 速度 图卜6 速度一准确性特征曲线 其次，关于运动的准确性还有一项重要的评价指标，那就是盲目定位运动的 准确性。在实际操作中，当视觉负荷很重时，往往需要人在没有视觉帮助的条件 下，根据对运动轨迹的记忆和运动觉反馈来进行盲目定位运动。有人曾研究了手 的盲目定位运动准确性，其结果表明，正前方盲目定位的准确性最高，右方稍优 于左方，在同一方位，下方和中间均优于上方。 一抖方向上下 强次囊9 4 7 “) 左右 2 0 3 ( b ) 进出 4 5 ( c ) 图i - ? 手臂运动方向对连续控制运动准确性影响 1 2 进出 4 2 ( d ) 第一章五感之一触觉 1 4 3 人手对不同形态操纵器的操作能力 根据开关操纵器所在位置和功用，要符合人机工学原理。由于解剖学上的特 点和手的不同部位随意控制能力的不同，使得一些动作比另一些动作更准确。研 究人员对各种手部运动作了对比分析之后发现，如下图，上排的运动明显优于下 排。 眨鸯；彭髟孵 ， 影眨移髟 c a ) ( b ) ( c )( d ) 图卜8 不同控制操作方式对准确性影响 1 5 触觉特性的应用 ( e ) 综上，我们已经了解了人的触觉感受器皮肤以及经常参与开关动作的手 的各种特性，了解客观事实，是为了能更好的运用到实践中去。人的触觉特征的 应用，关键问题在于如何选择合适的形状或压力作为触觉的适宜刺激，与此相关 的一些实际应用中的技术要领，也须严格掌握。 根据许多人机工程学领域学者的研究成果，对触觉特性的应用，可归纳出以 下几点： ( 1 ) 利用触觉进行操纵器的形状辨别时，简单的形状比复杂的形状更易被准确 辨别；外形轮廓相差较大者比外形轮廓类似者更易被准确辨别。 ( 2 ) 若使用压力作为手指触觉的刺激参数，则在9 9 的概率下，小于0 8 3 n 的 压力就能引起皮肤的变形而产生触觉。这就意味着，是用手指的触摸觉时， 按键弹簧的启动压力必须超过0 8 3 n ，否则，手指在触摸按钮过程中，可 能误按别的按钮而给出错误的指令，从而引发事故。 ( 3 ) 触觉的刺激信号主要有机械振动刺激、电刺激和吹气刺激三种形式。采用 不同强度、不同频率、不同部位、不同作用时间的刺激进行混合编码，可 形成几十至几百个信号。三种刺激信号各有优缺点：机械振动刺激的适应 性小，适宜于长时间使用；电刺激比较强烈，适合于作警戒信号，但宜于 第一章五感之一触觉 ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) 适应，不宜长时间使用；吹气刺激主要是用于鼻部等敏感部位，其刺激的 维量较少，人对他的分辨能力较差，故不适用于复杂的信息传递，只能应 用于简单的跟踪操纵作业。 能被触觉辨认的物体，应有一定的形状和大小，要能被手指触及。其形状 需有利于保持清洁，不易沾满灰尘。 要用触觉辨别的物体，无论是几何形体、数字还是拉丁字母，其外阔都必 须是立体的。 就形状知觉而言，触觉的精确度低于视觉，且辨别时间较长，有可能辨别 错误，故其应用存在一定的局限性。一般只适用于视觉通道负荷过重的情 况下，用来减轻视觉通道的负担。 多个形状，大小相近的操纵器，若采用触觉位置编码方式进行辨别，则相 邻操纵器之间必须保持最适宜的距离，以免互相混淆。 系统设计时，功能相同的操纵器应尽可能布置在以操作者的躯干为参考系 的同一方位，这样可以减轻操作者的思索负担，有助于提高工效。 控制面板在机器上的位置，应保持对手控操纵器的操作符合人手的生理解 剖学特点，如手指适于向前，手掌适于向下等。按钮的方向指示对手来说 应当很明确，如掌心向下，拇指在右手左边；掌心向上，拇指在右手右边 等。 以上的这些原则是对所有操纵器有关触觉的设计要素，以触觉的舒适和易用 性为大前提，面对所有产品。下面我会根据各种不同产品的特性，基于上面这些 基本理论，对每种产品的开关进行单独、详尽的分析研究。 人之所以是高级动物，除了会使用工具之外，还因为人有想象力。除了客观的生 理的触觉感受之外，在人类不断了解学习外界的同时，也形成了有关触觉的联想。 下面，就让我再来阐述一下人的心理触觉有关触觉的联想。 1 4 第一章意识的门户心理的触觉 第二章意识的门户心理的触觉 2 1 知觉与知觉行动 2 ii 知觉 “知觉是指外界环境经过感官器官而被转变成为的对象、事件、声音、味道 等等方面的经验。”( r o t h ，1 9 8 6 ) 我们常说“缮觉怎样怎样”比如“这里的空气让我感觉神清气藏”，感觉似 乎就可以概括人们对外界环境的各种经验。其实不然。感觉与知觉是有区别的。 “可以把感觉定义为将感受到的信息( 即环境中的变化信息) 传到大脑的手段” ( 贝纳特，1 9 8 3 ) 。感觉( s e n s a t l o n ) 指那些有简单孤立的实际刺激产生的某些 立即的、直接的、定性的经验，如红色、蓝色、黑色、白色，或“硬”与“软”、 “疼”与“瘁”、“热”与“冷”等。对罅觉的研究与生理结构和感受器的活动相 关。感受到的信息从感受器传到大脑，经过人脑处理后就产生了知觉。知觉 ( p e r c e p t i o n ，又被称为感知) 是心理的较高级认知过程，涉及到感受对象含义 的理解、过去的经验、或记忆以及判断。知觉与嬉官属性的组织和整合有关，通 过知觉意识到的“东西”、“事件”或“结果”，已不仅仪是直接感受到的属性和 品质。例如，眼睛感受到一种颜色是“蓝”色，经过大脑处理后，有些人觉得蓝 色能够反映他的开朗心情，有些人觉得它能改善自己的心情，有些人觉得它使自 己感到郁闷。这些心理过程被称为知觉。过去，心理学把知觉作为一个单独的领 域进行研究。出现认知心理学后，人们发现知觉仅仪是认知的一个部分。 图2 - 1 蓝色带给人时嘶悲伤时1 日清新的感觉 第一章意 的f 】户心理的触觉 2 2 知觉的意图 传统牛理学按照感受器接受的能量种类来b ( 分感官。这样把人的感官分为r f l 种：听觉、触觉、嗅觉、味觉和视觉。听觉是机械力感受器，接受空气的振动， 还可以感受振动源的方向。触觉足机械力、疼痛和热肆受器分靠和皮肤、关节、 肌肉、腱、韧带、肌肉运动知觉的感受器上，通过触觉可以感受到东西的形状、 表面肌理、材料状态、粘性和冷热。i 嗅觉是化学和机械力感受器，感受气味。味 觉是化学嬉受器。视觉是光感受器，可以感受到尺寸、大小、距离、颜色、运动、 材料纹理等信息。 基布森( jj ，g i b s o n ) 提出了另种分类思想。第，从有目的的行为来看， 人的感觉并不是无目的的随意感觉，而受动机意罔的指引。人以日的的通过感官 知觉从环境去觉察那些可以给自己行动提供条件的信息，即提供 r 动的“有利条 件”( a f f o r d a n c e ) 。而行动条件意味着环境对人的 1 ：动方式( 方式动机或方式意 陶) 的补充。对工业设计来说，川户从自己的行动目的出发，从产品上看到的并 不是简单的几何形体，而是行动条件。人并不注意手柄是不足圆的，而是注意它 是否能够提供“抓”的条什。人也不注意凳子是方的或嘧| 的而汴意它是行提供 了“坐”的条件。同样，人注意瓶盖是甭提供了“密封”和“丰f i ”的条什。第二， 基巾森认为，知觉不足被动接受外界刺激，而是 ：动收集那衅符合目的需要的信 息。知觉往往只能觉察到行动所需要的信息，而不是其它的东西。 圈22 圆手柄提供了“抓”的条什 当个人要打开一个盒f 的时候，知觉只会去关注与”启动作相关的信息， 视觉、嗅觉综合发挥作用，阱同合力解决问题。因此，基巾森建议，按照行动类 型把寻找信息的有关积极知觉分类在一起，统称为知觉系统，而不是把它们看成 为单独孤目前五官感受器。8 0 年代以后心理学界普遍接受了这一思维方式。对 第二章意识的门户心理的触觉 工业设计来说，这种思维方式更有利于分析用户的知觉和行动，更有利于发现用 户需要的行动条件，并把这些条件用于外观设计中。 根据基布森的理论，即人的感觉是受动机意图的指引，那么，在一个行动( 有 目的的行动) 中，知觉不是盲目的或随意的，而是有意向性( i n t e n t i o n a l i t y ) 的，在特定目的指引下，眼睛注视的部位和信息都是特定的。一看到需要的东西 后，马上就会采取相应的行动，知觉与行动紧密交织在一起。知觉是一切行动的 前导媒介。许多事件的出现与对它们的知觉几乎是同时的。 通过知觉，我们要识别形状，但是，形状对我们的含义并不仅仅是形状，而 是与我们的行动目的联系在一起的。用户在操作使用产品时，通过形状来识别产 品，识别要操作的东西，操作完后还要靠知觉去判断是否达到了操作的目的。比 如当一个人想看电视时，他拿起遥控器，眼睛在行为目的的驱使下，会迅速寻找 电源开关按钮，甚至在长时间使用形成经验后，根本不用通过视觉，而是靠对电 源按钮形状以及位置的记忆，在抓起遥控器的同时就将手指伸向那个按钮。当操 作结束，也就是按钮按下后，电视电源开启，这个人的视觉和听觉感知到了电视 画面和声音，确认这个操作目的已经达到，整个行动才算结束。 在操作使用过程中，人们的知觉受自己的意向期待引导。总结起来，主要有： 产品形状知觉、产品结构知觉、用户行动与操作结果之间的关系知觉、产品行为 过程知觉、审美需要等几种意向性。这几种知觉意向是设计产品操作方式或人机 界面的最基本考虑。 具体到产品开关的设计，不论是什么产品的开关，无论是一个按钮、门窗或 是容器的盖子，都应满足用户的这些知觉意向，才能构建良好的产品用户行 动关系，减少不便和误操作的发生。 2 1 3 知觉预料( a n t i c i p a t j o n ) 和知觉期待( e x p e c t a t i o n ) 经过长期行动，每个人都积累了大量的行动经验。对一个行动来说，这主要 包括：了解了所熟悉的行动的计划、实施方法、知道某一个的行动会产生什么后 果，以及每一步操作要注意什么等等。这些经验是人们对熟悉的行动具有预料和 期待，也正是这些经验构成了预料和期待的主要内容，使得预料和期待称为知觉 的重要特征之一。每一步操作前，都会预料在确定位置、确定时间可能出现什么 样的结果，并期待着一定的结果的发生。比如我们站在一扇门前，目的是想进门， 1 7 第二章意识的门户心理的触觉 于是产生期待期待着把门打开。大脑会预料开这个门可能需要多大的力量， 推门还是拉门，向什么方向使力，脚应该怎样站立才能保持身体平衡等等。 当然这些大脑中的信息处理过程通常是在瞬间完成的，人们并不能意识到， 但却是真实的在我们脑海中不停进行的数据检索和处理工作。行动目的形成期 待。期待是想象的行动目的状态或结果。预料是构想的行动状态，是行动计划的 一部分。在一定程度上，人趋向于把感官输入的信息与预料、期待以及过去的经 验组织在一起。知觉按照预料在特定位置、特定时间、寻找特定的信息，而把其 他无关信息作为“干扰”对待，不予理睬。还是举门的例子。我们从小通过学习 积累的经验告诉我们，开启一扇门需要转动或扳动门把手，而门把手的位置通常 会被设置在门开启侧中部偏下的地方，而门把手的形态也被存储在了大脑中 最常见的球形旋转把手或符合手型的扳手，动作相应的应为向右旋转或向下扳 动。因此在面对一扇门的时候，我们的预料会主动去相应的特定位置寻找符合我 们经验的门把手，并期待与经验相符的结果出现。但有一些有趣的门却偏偏要颠 覆人们的预料，比如将门把手的位置改变，形状改变，或操作方法改变等。这时 必须要说的是，这种改变在设计中要慎用。首先设计者必须明确这些改动将要造 成什么样的后果，一个门把手的出乎意料可能仅仅会带给用户焦虑的情绪，而有 些关键部件的意想不到却可能带来危险性很大的误操作。我们说“设计是否应当 给用户提供预料 ，这是一个非常复杂的问题。各种产品的人机界面设计应该注 重的是正确完成用户的操作，而不仅仅是实现用户的预料。因此，在设计中，第 一要保证的是操作的正确完成，而在不会导致误操作和用户不舒适感增加的前提 下，对产品的各要素进行不同于预料的改动，我认为会是引起兴趣的一个很有效 的方法。 2 1 4 用户对产品知觉特性的基本需要 对知觉用品最基本的设计思想是实现“物易我知 ，但怎样才能达到这一点 呢? 在用户需要的时刻、在需要的位置、以适合知觉的形式、提供只需要的信息， 是用户的知觉经验能够直接理解。具体说，有以下几点需要注意： 1 ) “可见性”和“可感知性”是电子产品和计算机产品中的人机界面领域要解决 的问题。设计人机界面的主要目的是设法把电子产品和计算机内部与用户操作有 关的信息变得可以被用户感知认知，是用户能够依靠这些信息建立操作目的，知 道操作过程和操作结果，并获得反馈信息。 1 8 墨三至望望堕臼= 二：坚堡螋些堂 2 ) 给用户设计的知觉信息要具备一定质量，起码要满足基本知觉能力，以便满 足般州j 、最低的三个要球：可见性，是用厂l 容易发现；可弧别性，魁坩j 、容易 区别、认出信息：可认知性，是用户从信息属性上容易理解含义也就是说符台 视觉造型特征。 3 ) 提供知觉引导( 视觉引导及触觉引导) 。为了使用户很快找到所需的目的信息， 有时需要利用视觉或触觉引导用户的方向。比如门上的手柄形状也给人提供知觉 引导，圆形把手代表“转动”，但设有提示向哪个方向转动，而如果门把手有一 个长型的把，义有一个向下凹的曲线，人们就很容易能明白是要。向下压”，这 样就使操作方向明确了。 圈2 _ 3rj 把手的形态指示了操作方向 4 ) 尽最是用户不要把“注意”用来寻找信息、识别信息和判断信息。在设计巾 应当仔细观察分析用户的操作过程，摘清楚他们在什么时候、什么位置会关注什 么信息，设计师只给他们提供这些必要的信息，不提供信息垃圾，减少用户对信 息的思维处理负担。通常来说，图形可以比较全面的表达事情但人只能识别很 有限的图标，如果设计师要创造更多的符号和图标，更应该通过大量对用户习惯 的研究，特别要注意用户的地域和文化特点，提炼出具有代表性、人们都理解的 形象，以减少用户误解，减少知觉学习。 5 ) 蹬计的域高要求是蛤用户提供自然知觉方式。人们班长期日常生活中学会了 对并种雄物的知觉，并且积累了大量的知觉经验，这也是设计的基本出发点。人 的知觉足多种通道的，并不足只靠眼睛。人们爿惯了自然信息。戊该为设计尽量 利j 订。面人的知觉对物理量和化学量的不敏感，则廊通过设计柑心的弥补。 2 2 由触觉产生的联想 2 2 1 通盛 第二章意识的门户心理的触觉 根据认知科学的理论，人刚出生时，并不能准确的将这些感觉分开。我们年 幼时的各种体验渐渐的教我们区分开这些不同的感觉：视觉、听觉和触觉。通过 舔、触摸、闻、听和看这个世界，婴儿不仅是区分各种感觉，更能了解他或她的 各个感觉器官的作用。在这个认识的过程中，或在婴儿的感觉还没区分开的时期 的记忆中，这些知觉互相作用，互相影响。结果，触觉和视觉结合在一起，而嗅 觉就与听觉共同存在。视觉和触觉总是相互纠缠在一起。当我们激活视觉时，触 觉也参加了进来。这就