基于邊緣交互理論的家用智能健身產品設計研究

楊 森

（中國礦業大學建筑與設計學院， 江蘇徐州 221116）

0 引言

每個人都是自己健康的第一責任人。 隨著生活水平的提高以及各種亞健康問題的層出不窮， 人們越來越注重個人健康管理。 2016 年10 月，國務院印發《“健康中國2030”規劃綱要》，提出要廣泛開展全民健身運動，積極發展健身休閑運動產業[1]。在國家政策和人民健身需求的雙重推動下，我國運動健身行業迅速發展，情勢向好。近年來，運動健身場景逐漸從戶外轉向室內， 從健身房轉向家庭場景；運動健身產品也由傳統向智能化轉型。人們不僅注重健身產品的安全性、實用性，同時對健身產品的互動性、體驗性等方面提出更高要求。 此番變化也給運動健身產品提出了新挑戰——如何在家庭場景下為用戶提供更好的運動健身體驗。因此，探究家用智能健身產品設計對提升人們運動健身的體驗和參與度，提高個人健康水平具有重大意義。

1 邊緣交互及其相關研究

1.1 邊緣交互理論

如今信息可以無處不在， 日常環境中的交互式系統分布在世界各地為每個人提供服務[2]，其數量遠遠超過人的數量。 在普適計算時代，用戶可能會面臨信息負載過重的問題。 因此，Mark Weiser 提出了平靜技術（Calm Technology）[3]，旨在將技術以一種平靜且不引人注意的方式融入到日常生活中。 邊緣交互理論是基于平靜技術與分散注意力理論提出的一種交互設計理念， 旨在合理利用有限的注意力資源，將交互置于注意力的邊緣，最大程度上減少用戶的認知負荷，減少對主要任務的干擾；同時，在與用戶相關或希望時， 可以輕松地轉移到注意力的中心[4]。邊緣交互除了具有在注意力的中心與邊緣之間轉移的特征，還具有高度個人化的特征，即不同的用戶針對同一個交互行為因受個人特征影響可能需要不同數量的注意力資源[5]。 有學者對“邊緣交互”做了以下定義“邊緣交互是短暫的，因為我們交互的重點在其它地方，希望在不強烈影響主要交互的情況下處理它”[6]。 邊緣交互理論為解決日益增長的交互式系統與有限的注意力資源之間的突出矛盾提供了設計思路。

1.2 注意力與邊緣交互

如今， 所生活的世界中充斥著數以億計的各種信息源和移動設備， 這使個體的注意力成了所爭搶的稀缺資源。絕大多數人都生活在并行、移動、多平臺的環境中，要求用戶專注的交互形式難以在與系統交互、 獲得平靜感之間取得平衡。在交互設計視域下，交互一般是指有意識的行為[7]，需要占用一定的注意力資源。 分散注意力理論將注意力描述為有限的心理資源， 并可以根據不同的活動類型對其進行分配[8]。Saskia Bakker 等學者提出了交互-注意力連續體的概念， 依據在交互過程中注意力參與的水平將其劃分為注意力的中心、 注意力的邊緣和注意力邊界外[9]。 該學者基于注意力資源的分配情況，將交互劃分為專注交互（focused interaction）、邊緣交互（peripheral interaction）、隱式交互（implicit interaction）三種類型，并從交互行為的目的性與對交互行為的控制度兩個方面對三種交互類型進行詳細的闡釋。如圖1 所示，同一行為在不同的情境下所需要的注意力資源不同， 會產生不同的交互類型。 以通過智能手環查看時間為例，在“朋友詢問現在時間，用戶翻轉手腕并查看時間”情境下，查看時間處于注意力中心，是有目的、直接精確的交互行為；在“邊與朋友交談邊翻轉手腕查看時間”情境下，查看時間處于注意力邊緣，是有目的、直接不精確的交互行為，而此時與朋友交談處于注意力中心；在“無意翻轉手腕，手環顯示時間”情境下，用戶沒有查看時間的意向，但是“手環”把翻轉手腕這一行為作為輸入并顯示時間， 查看時間處于注意力邊界外，是無目的、不直接控制的交互行為。

圖1 不同類型的交互行為——以“通過智能手環查看時間”為例Fig.1 Different types of interactive behaviors——taking "checking the time through a smart bracelet" as an example

1.3 邊緣交互理論相關研究

在人機交互領域，諸多學者在教育、智能駕駛、醫療等場景下基于邊緣交互理論對智能產品設計做了一些研究， 已有一定的研究基礎，An 等人針對教學場景下教師的注意力資源在人機交互方面受到限制的問題， 開發FeetForward 并證明其有助于將課堂技術更無縫地融入教師的日常教學[10]；Song 等人從邊緣交互的角度出發討論了智能駕駛情境下無縫的概念， 提出用于設計未來互聯和自動駕駛車輛的無縫汽車多模態體驗模型[11]；Guerra 等人證實了重癥監護情境下， 基于邊緣交互的設計可以在不中斷主要任務的情況下傳遞信息[12]；有些學者評估了手勢交互支持邊緣交互的潛力， 并證實了手勢交互存在于注意力邊緣的證據[13-14]。

2 家用智能健身產品

2.1 智能健身產品

智能健身產品是智能技術與運動健身功能有機結合的產物，具有智能化、個性化、場景化的特征[15]，可以為用戶提供精細化和多樣化的健身服務， 增強健身的專業性和體驗感。隨著對個性化健身需求的增強，智能健身產品正逐漸成為用戶進行健身運動、 實現健康管理的重要手段?；诮换ゼ夹g的發展和成熟，智能健身產品正逐步實現由單一交互方式向多種交互方式的轉變。 智能健身產品的交互類型如表1 所示， 其中部分交互類型的主要媒介或以脫離產品的束縛， 或以非接觸式的交互方式塑造著豐富的用戶體驗。

表1 智能健身產品的交互類型Tab.1 Interaction types of intelligent fitness products

2.2 家用智能健身產品設計趨勢

智能健身行業覆蓋運動健身軟件、 智能健身硬件等領域，正逐漸形成以場景為導向的、“硬件+服務”為一體的健身生態圈。智能化健身浪潮下，用戶的運動健身場景不斷細分，服務深度不斷加深，追求精準地滿足不同的運動健身需求。 近年來，受到諸多社會因素的影響，家庭運動健身場景成為運動健身行業的重要增長方向。 家用智能健身產品設計具有以下趨勢： ①實現產品的功能多元性和可折疊性；②追求運動內容的專業性和個人化；③注重運動結果的數據呈現和價值轉化； ④強調運動過程的沉浸感和交互體驗。

3 邊緣交互理論引入家用智能健身產品設計

正確理解注意力是利用邊緣交互理論進行產品設計的前提。注意力是一種有限數量的心理資源，可以劃分為運動資源、認知資源、感知資源[8]，并將其相對應的活動劃分為身體活動（例如奔跑）、認知活動（例如思考題目）、感官活動（例如嗅到花香）。 家庭智能化健身是一個典型的多任務場景，用戶不僅需要關注自身的運動姿勢與技巧，還需要進行與智能健身產品交互等任務。 根據多重資源理論和線程認知理論， 多任務處理只有在特定條件下才能產生，因為當兩個任務需要共同的感知或運動資源時，一個或兩個任務的多重任務效能夠通常會受損[16-17]。 例如，我們可以在聽音樂的同時穿過馬路，但是我們很難在聽音樂的時候辨別喇叭聲。因此，為給用戶創造更好的健身體驗，必須要合理利用不同且有限的注意力資源。邊緣交互理論可以利用人的注意力分配能力， 在用戶進行主要任務處理時， 最大限度地利用注意力的邊緣來處理次要任務，減少對主要任務的干擾，有效地解決多任務處理的問題，提升用戶體驗。

4 家庭智能化健身場景下的多任務分析

4.1 運動健身過程任務分析

宏觀時間視角下， 一個完整的運動健身流程可以分為三個階段：計劃準備階段、運動健身階段、效果感知階段。 計劃準備階段包含產生運動意愿、制定運動計劃、做好運動前準備等任務；運動健身階段包含自我姿態控制、智能健身交互等任務；效果感知階段包含自我狀態感知、產品輔助感知等任務。 除此之外，在運動健身過程中，可能也會一些偶然性的任務，比如接入電話等。上述任務可以歸類為以下四種任務：①身體姿態控制任務，是指在運動健身過程中對身體姿態安全性和準確性等的控制；②智能產品交互任務， 是指個體因需求與智能健身產品發生的各種交互行為；③個體想法引發任務，是指因為個體想法產生或變化從而占用注意力資源； ④環境偶然引發任務，是指個體受外界環境影響而產生的偶然性任務，其關系如圖2 所示。微觀視角下，實際運動健身流程的三個階段并不是割裂存在的，比如在運動健身階段，可能偶爾伴隨效果感知階段的相關任務發生， 也可能出現臨時改變運動計劃或外界環境干擾的情景。

圖2 家庭智能化健身場景下任務類型Fig.2 Task types in the home intelligent fitness scenario

4.2 家庭智能化健身場景下的多任務分析

諸多不同類型的任務交織塑造了家庭智能化健身場景的多任務特征。依據多任務理論，這些任務可以被分為主要任務和次要任務。多任務場景下，次要任務通常在執行主任務的同時，作為附加任務進行處理，往往重要性或緊急程度較低，需要較少的注意力資源。因此，邊緣交互可以利用注意力的邊緣，通過與主要任務進行交替交互、并行交互、交叉交互三種方式完成注意力資源的分配與轉移[18]，實現對次要任務的有效處理。家庭智能化健身場景實質上是單任務場景和多任務場景相交融的復合場景，如圖3 所示。處于注意力中心的主要任務需要支配大部分注意力資源； 處于注意力邊緣的次要任務僅需要支配較少的注意力資源；處于注意力邊界外的“任務”不需要注意力資源。在整個運動健身過程中，用戶需要根據任務的重要性、緊急程度等來決定主要任務和次要任務，實現對有限注意力資源的管理和分配。 比如，在運動健身階段，用戶的主要目標是實現身體姿態的精確控制， 那么此時智能產品交互任務便作為次要任務，利用注意力的邊緣進行處理。

圖3 家庭智能化健身場景下的多任務分析Fig.3 Multi-task analysis in the home intelligent fitness scenario

5 基于邊緣交互理論的家用智能健身產品人機交互設計策略

理想狀態下， 基于邊緣交互理論的人機交互是結合具體情境，選取適宜的內容與交互方式，將更多的智能產品交互任務置于注意力的邊緣， 增強交互的包容性和適應性，實現自然、平靜的交互行為。 文章從人機交互方式的角度提出以下設計策略。

5.1 多模態輸入設計策略

5.1.1 手勢交互

在智能健身產品設計中應用手勢交互具有以下意義：一是部分手勢交互可以實現邊緣交互。手勢往往是習慣化的行為， 一些低復雜度的交互手勢可通過注意力的邊緣，實現用戶與系統的直觀交互；二是手勢交互可以實現與產品的無接觸互動。 手勢交互的無接觸特性在智能化健身場景下具有重大意義， 尤其是部分類型的智能健身產品在運動健身階段與用戶需要相隔一定距離。此外，手勢交互應該減少高復雜度的手勢， 以減少用戶在智能產品交互任務上注意力資源的投入，避免干擾運動健身。

5.1.2 語音輸入

智能健身產品可以利用語音識別技術， 完成與智能健身產品的交互，實現信息的輸入，同時可以保證運動健身的連續性。部分智能健身產品與運動健身狀態的用戶存在一些距離， 語音交互可以使用戶通過簡單的口頭指令完成與產品的交互，不需要離開中斷當前的運動狀態。家庭智能化健身場景往往是較為安靜的環境， 語音輸入可以為用戶創造更多的價值。 簡短的語音輸入指令往往需要較少的注意力資源，有可能實現邊緣交互。

5.1.3 觸摸輸入

觸摸輸入指的是通過直接觸摸屏幕或觸控面板來進行輸入和操作的方式。 觸摸輸入仍是具備觸摸屏幕的產品的主要輸入方式， 結合精簡的頁面組織結構及合理的信息層級，可利用注意力的邊緣完成交互行為，往往更容易幫助用戶獲取深度的信息內容。 在計劃準備階段與效果感知階段可以采用觸摸輸入的交互方式可實現與產品的交互； 運動健身階段采用觸摸輸入的方式極有可能干擾甚至中斷用戶的運動狀態， 此情景下應支持用戶選擇其它人機交互方式。

5.1.4 物理控件

功能簡約的物理控件能夠塑造用戶行為習慣， 實現邊緣交互。物理控件可以分為兩類：一是物理控件與被控設備一體的，比如收音機上的音量旋鈕和開關；二是物理控件與被控設備非一體的，比如電視機與遙控器。第二種類型物理控件并未在智能健身產品設計中有所體現。 非一體的物理控件可以實現與產品更直接迅速地交互，減少注意力資源的投入，增強交互效率。在家用智能健身產品設計中， 非一體的物理控件設計需要平衡人機交互與運動健身體驗兩者之間的關系。

5.2 多模態輸出設計策略

5.2.1 減少視覺使用

視覺是日常生活中獲取信息的主要渠道， 通常需要大量的注意力資源。在運動健身階段，特別是高強度的運動中，過度依賴界面容易造成認知負荷和視線不穩定，影響運動健身的安全性、連貫性。減少視覺的使用可以為用戶提供更專注、更積極的運動健身體驗：一是可以減少用戶對屏幕的依賴度， 避免因觀察屏幕而導致意外情況的發生； 二是可以增加用戶在運動過程中的自由度和身體感知能力，讓用戶更好完成身體姿態控制任務。

5.2.2 利用邊緣視野

產品不可避免地需要通過視覺反饋的方式與用戶進行交互，應該盡量減少對視覺中心的使用，增強對視覺邊緣的合理利用。視覺邊緣不需要占用過多的注意力資源，對細節的感知能力較弱，適合處理低清晰度和整體的信息。事實上， 我們通過設備獲取的絕大部分信息并不一定非要十分清晰才有用[2]，低清晰度的信息同樣可以直觀地傳達相關信息。因此要合理利用視覺邊緣，為用戶提供低清晰度的信息，利用注意力的邊緣感知信息，幫助用戶更好地專注于運動健身過程。

5.2.3 利用觸覺反饋

觸覺反饋是輕量性、 非干擾性信息反饋的重要方式之一。觸覺反饋在較嘈雜的環境中，能夠更為精準高效地傳遞信息。觸覺反饋與視聽覺反饋相比，包含的信息量較少，但同時占用較少的注意力資源，可以避免打斷用戶專注的運動狀態，對可穿戴健身產品而言意義重大。 比如，用戶可以設置觸覺反饋的信息內容、類型和反饋時機，在完成某個目標時以非侵入式的方式提醒用戶， 同時也可以提高用戶對信息的預知性。

5.2.4 利用聽覺反饋

聽覺反饋可以傳達更多、更詳細的信息，且不會干擾用戶的視覺注意力——有益于多任務場景下提供輔助信息。 聽覺反饋的時間長短與占用注意力資源的多少有著密切的關系， 短時間的聽覺反饋可以利用注意力的邊緣傳遞信息。此外，聽覺反饋可以通過音頻的音調、音量、節奏等特征傳達出特定的情感，增強用戶的個性化體驗。

6 結束語

家用智能健身產品行業發展迅速，用戶在注重產品功能價值的基礎上，更加注重產品所提供的體驗價值。在此背景下， 文章總結了家用智能健身產品的設計趨勢以及家庭智能化健身場景的任務類型， 結合邊緣交互理論為家用智能健身產品設計提出設計策略。文章拓展了智能健身產品設計領域的理論體系， 同時對家用智能健身產品設計實踐、提高用戶積極體驗具有指導意義。提升家用智能健身產品價值可以增強用戶對健身產品的使用意愿，進而提高國民健康水平， 對推動面向用戶體驗的產品質量變革具有重要意義。