车载信息系统三维手势交互产品设计研究

目的车载信息系统设计已成为汽车人机交互界面设计的核心,体感技术的应用作为一种更为自然的交互方式是汽车人机交互界面设计的重要研究领域。方法车载信息系统三维手势产品设计在已有的研究及应用基础上,以车载信息系统为载体,体感技术为工具,着重研究了三维手势交互在汽车驾驶环境下的操控方式,经过多次三维手势设计的迭代和相关技术平台的开发,设计搭建了可操作实体并进行了实车环境测试及技术调试。结论设计出了一套完整的基础性三维手势和与之相适应的车载信息系统产品实体。     

基于符号学的车载手势交互的手势轨迹研究

目的 手势交互作为一种非接触式的自然交互方式,将广泛应用于车载交互中。通过研究符号学理论结合感性研究方法,分析符号学与车载手势交互的手势轨迹之间的关系,从而形成一个从手势轨迹角度研究车载手势交互的设计流程,更好地辅助车载手势设计。方法 以符号学理论为基础,运用符号学的外延意义和内涵意义,结合语义差异法、意象尺度法、层次分析法等,收集并分析车载功能手势轨迹样本偏好,挖掘用户对手势轨迹符号所产生的深层次需求,将分析和提炼出来的关键手势轨迹符号应用于手势轨迹设计,探索符号学与车载手势交互的手势轨迹之间的关系。结论 运用符号学理论对手势轨迹符号进行研究,提出了一种基于符号学理论研究手势轨迹的方法和流程,验证了符号学可以有效地应用于车载手势交互的手势轨迹设计。     

可穿戴设备中手势交互的设计原则

目的对可穿戴设备在设计中的手势交互的设计原则进行研究。方法对国内外手势交互设备进行分析,总结了手势交互系统中技术的演进和手势交互的应用趋势,从而采用类比和归纳演绎法对手势在可穿戴设备中的应用进行研究。结论对可穿戴设备中手势交互的设计原则进行探究,将可穿戴设备的特性与手势操作的便捷性结合,融合多感官的协同作用,来获得积极的手势交互反馈结果,让用户获得更好的操作体验,从而提高用户对可穿戴设备的信任度和粘度,开拓可穿戴设备更广阔的市场空间。     

全息显控界面中多通道人机交互技术研究

目的解决传统座舱显控方式信息量大且操控复杂容易造成交互效率低的问题。方法提出了一种在全息显控界面下融合手势及语音的多通道人机交互系统设计方法,根据三维数字地图全息展示及交互特性,进行了任务划分和整体设计。通过构建全息界面多通道交互系统实验台,完成了基于Kinect的手势及语音模块和交互接口的设计,实现了三维数字地图全息展示中多通道人机交互的准确控制。结论工效实验表明,该交互方法比传统操控方法的效率提高了约17.5%。     

面向自然交互的声音通感设计研究

目的基于通感认知探究声音要素对用户感知的影响,为人机交互中的声音反馈提供设计指导。方法基于通感的意向图式理论,设置三维手势对声音的同步运动实验,以量表对声音指向性进行评价,并以手势动作对声音的主观感知进行表达,统计分析实验数据,结合用户手势分析声音要素变化对用户体验的影响。结果声音的要素变化导致用户对声音的感知发生变化,从而影响用户的交互行为,响度和音调是主要影响因素。结论低音音调和中度响度要素的声音能给予用户较好的声音感知体验,自然交互中,声音反馈的应用可以引导用户进行有效的交互,提升用户的交互效率和操作体验。     

基于造型特征线的汽车手势交互设计

目的新兴的汽车交互设计与传统的汽车造型设计关联较弱,这会对汽车设计的整体性造成影响。为了将汽车手势交互设计与汽车造型知识加以融合,进而形成一个能够指导汽车手势交互的设计知识系统。方法研究通过构建汽车造型特征线与动态手势线条关系,从空间、压感和张力方面对动态手势设计进行了分析。结果提出了一系列动态手势设计原则,并最终基于分析结果进行了设计实践。结论理论和实践证明,基于造型特征线的汽车手势交互设计是有效的。     

无人驾驶汽车行驶引导交互手势设计研究

目的 旨在构建符合用户认知的交互手势设计方法,提升非方向盘操控情境下的无人驾驶汽车行驶引导的用户体验。 方法 首先采用用户参与式设计的方法,提取出无人驾驶场景下车内与车外的行驶引导交互手势集合;其次,采用一致率比较方法确保手势交互系统的一致性,并在此基础上构建一套适用于车内外行驶引导的交互手势集合;最后,通过卡片分类法和模拟测试对构建的手势集进行可用性评估。结果 卡片分类法和模拟测试均显示采用了用户参与式设计和一致性计算相结合的设计方法所建立的无人驾驶汽车内外行驶引导交互手势集合达到了较好的用户体验预期,同时也验证了在车内外采用统一的行驶引导交互手势的可行性。结论 验证了手势交互在车内外对无人驾驶汽车行驶进行引导可以达到较好的用户体验,为无人驾驶汽车的用户体验研究提供了新的方向。     

基于触控手势操作的情境界面

目的探索一种与基于触摸屏的手势操作相配合的新型界面形式与结构,以实现触控手势操作方式的优化。方法分析触控手势操作的过程性特征与人机交互中的信息传达过程,对支持用户使用自然动作与系统进行交互、弱化不适应于手势操作的界面控件以及支持用户在界面中随处操作等内容进行讨论,使用类比的方法提出界面行为的概念,结合实例分析人机交互过程中界面行为与用户行为的关系。结论归纳出情境界面的概念与特征以及在情境界面中的界面行为与用户行为的关系,总结通过基于界面行为的动态启示来实现情境化的人机交互的方法。     

基于情境感知的车载信息娱乐系统交互设计研究

目的从用户的生活习惯入手,了解用户驾驶出行的目的,以及在驾驶出行的场景中各种情境影响因素、遇到的问题,结合情境感知的技术,让用户在驾驶环境中更加自然地与车载产品进行交互。方法通过观察、访谈和问卷调查等方法,对白领用户出行这一问题进行定性和定量分析,总结出了关于驾驶出行的故事情境。并通过卡片分类、任务优先级排序等方法,得到行程管理、安全保障、信息传达、情绪舒缓和沟通分享这五大类任务,建立了基于情境感知的车载信息娱乐系统的设计模型,结合工作坊定位了"途易"车载信息娱乐系统的设计方案。结论在理论方面,提出了基于情境感知的车载信息娱乐系统的设计策略;在车载端的交互形式方面,提出了结合屏幕边缘的物理参考做屏幕分区域的定向手势滑动切换功能;在驾驶出行的流程上,考虑确定了车载端、手机APP和微信小程序3个模块的设计。     

隔空手势交互的设计要素与原则

目的阐述隔空手势交互的特点、构成要素、构建过程及设计原则。方法从隔空手势交互的优缺点和适用性出发,分析不同类型的手势交互的构建要素和过程,并针对手势交互的特点提出设计原则。结论隔空手势交互的设计需从其本身特征、应用场景、交互原则等多方面进行考量。     

多通道融合下的手势识别算法研究及船舶虚拟交互平台设计

为促进船舶虚拟交互平台的人机交互方式向智能化转变,提出了一种多通道融合下的手势识别算法。在不同视角下采集手势图像并建立手势数据集;搭建基于YOLOv4目标检测算法的手势识别框架,分别对多视角手势图像进行识别,将多个识别结果通过一种多数据融合算法决策出最终手势识别结果。同时,设计了基于Unity3D的船舶航行虚拟场景,通过手势识别输出的指令实现对虚拟船舶稳定度平台的操作。实验测试了手势在复杂环境下该手势识别算法的鲁棒性,与基于YOLOv4的单视角手势识别方法的准确率进行了对比。实验结果显示:该手势识别算法能通过多数据融合剔除错误候选结果并保留最大置信度,在复杂环境下对手势的平均识别准确率达到95.06%。     

基于情境模型的可穿戴设备手势交互设计

目的 以可穿戴设备人机交互系统与手势交互特点为出发点,研究并提出以情境模型为基础的可穿戴设备手势交互设计的方法,指导可穿戴设备的手势交互设计创新。方法 在情境设计理论研究和相关专业研究上,提取出与手势交互有关的环境情境、用户情境和设备情境等基本要素,以此梳理在可穿戴设备的人机交互过程中所包含的主体与客体因素,并立足用户体验,对可穿戴设备手势交互过程的信息输入与设备输出环节,分别提取手势交互的设计内容,阐述上述3种情境要素与可穿戴设备手势交互设计内容之间的映射关系,以可穿戴设备为目标对象,提出系统性和技术实现性并存,同时可以让用户达到较好使用体验的手势交互设计情境模型。结论 以某移动通信设备企业的手势交互定义项目为例,初步验证了以情境模型为基础的可穿戴设备手势交互设计的方法的有效性。     

Safety implications of providing real-time feedback to distracted drivers

A driving simulator study was conducted to assess whether real-time feedback on a driver's state can influence the driver's interaction with in-vehicle information systems (IVIS). Previous studies have shown that IVIS tasks can undermine driver safety by increasing driver distraction. Thus, mitigating driver distraction using a feedback mechanism appears promising. This study was designed to test real-time feedback that alerts drivers based on their off-road eye glances. Feedback was displayed in two display locations (vehicle-centered, and IVIS-centered) to 16 young and 13 middle-aged drivers. Distraction was observed as problematic for both age groups with delayed responses to a lead vehicle-braking event as indicated by delayed accelerator releases. Significant benefits were not observed for braking and steering behavior for this experiment, but there was a significant change in drivers' interaction with IVIS. When given feedback on their distracted state, drivers looked at the in-vehicle display less frequently regardless of where feedback was displayed in the vehicle. This indicates that real-time feedback based on the driver state can positively alter driver's engagement in distracting activities, helping them attend better to the roadway.     

基于虚拟试验箱的康复手势识别算法研究

研究了基于自主研发的手部康复训练系统的康复手势识别方法。针对现有手势识别算法识别手势过于单一、不具备针对性的问题,通过对手部功能障碍患者的手部运动及控制力的分析,提出了一种新的基于虚拟试验箱的康复手势识别算法。该算法的核心是利用摄像头捕捉不同的康复手势,并通过辅助训练标志板来实现手和辅助康复器械定位。基于改进的形状上下文识别算法的处理器实现了康复手势识别功能,并进一步控制虚拟场景中的物体做出相应的反应。该算法可以完成推、拉、悬垂、托举、二指捏等典型康复手势的准确识别,并与现有的手势识别算法进行了准确的对比。实验结果表明,该算法在识别率上有一定的提高,并且在识别的手势上更具有针对性。     

基于用户偏好对比的智能车载交互质量评价方法

目的解决智能车载系统评价缺乏针对性、指标权重确定缺乏客观依据、被试对主观问卷理解存在偏差和评分主观性强等问题,提高智能车载系统可用性。方法分析人机交互质量对用户偏好影响机理,建立智能车载系统客观评价指标体系,并运用三角模糊数构建客观评价模型,然后招募30名被试对手机导航和车载导航对比实验,通过客观评价指标数据确定客观评价指标权重由此评价两款产品交互质量,并对所建立模型进行验证。结果分析实验结果表明手机导航的交互设计质量更高。结论本文所述基于偏好的智能车载系统客观评价模型可用于智能车载系统可用性评价,对产品的开发和优化具有指导意义,并为人机界面设计评价体系提供了实践方法和理论体系。     

基于意象图式的智能手机操控手势研究

目的意象图式过去常常被运用在语言学的研究中,使用人类所共有的经验假设,来揭示语言学中的种种认知现象。在智能手机的发展过程中,其操纵手势所面临的问题,也是一种认知现象,而使用意象图式可以进行分析并提出解决问题的相关建议。方法阐述了意象图式的典型案例,以及其在研究手势时的设计流程和分析的角度,并介绍了意象图式作为智能手机操控手势的研究方法时所需的编码策略,确定在此基础上的手势设计方法,对已有的手势设计案例进行分析。结论阐明了优秀的设计案例和欠佳的设计案例具体表现的方式和特点,同时在意象图式视角下讨论了其可行性与不足,以对应的相关成功案例和不足案例,检验了该方法在手势设计研究中的可行性,并对手势设计给出了基于意象图式的相关建议。     

面向复杂加工装备的功能聚合与作业手势交互设计

目的 为了解决当前复杂加工装备人机交互过程中存在手势和功能映射模糊、缺少规范等问题,研究将人机交互技术赋能复杂加工装备的智能化升级。方法 首先,采用谱系聚类法进行复杂加工装备的人机交互功能聚合,为手势映射提供基础;其次,基于手势交互定义原则对作业手势进行规范性定义,完成手势库的设计;最后,根据作业场景进行调整并完成人机交互功能与作业手势的映射。结果 通过聚类将40个子功能元聚合为16个二级功能和4个一级功能,依据手势定义规则设计出一套动、静态结合的混合手势库,实现了人机交互功能映射。结论 该研究为交互服务识别与计算提供基础的理论支持,可方便、自然地对复杂加工装备进行远程操作与监控。     

燃料运输容器跌落姿态分析技术

目的总结燃料运输容器跌落分析流程,设计合理的姿态分析方案,通过分析使燃料运输容器设计满足GB 11806规定的跌落试验要求。方法使用动力有限元方法对新燃料运输容器进行多姿态多工况的跌落分析,并根据试验结果对分析结果进行验证,将分析和试验经验总结成完整的分析流程。结果通过分析,新燃料运输容器在正常运输条件下的最不利跌落姿态为9°小角度跌落,该工况下容器外壳最大变形量为49 mm。事故运输条件下最不利跌落姿态为正向垂直跌落,燃料组件最大冲击力为1.78 MN。结合分析和试验结果总结了容器最不利跌落姿态的分析流程和技术要点。结论结合分析和试验结果,得到了新燃料运输容器各跌落试验的最不利跌落姿态,并总结了燃料运输容器跌落分析的通用流程。     

虚拟遥操作系统中灵巧手动作控制研究

介绍了在机械灵巧手虚拟遥操作系统中，关于采用立体视觉方法检测计算操作人员手势姿态及手指各关节参数方面的研究。多指灵巧机械手“复制”操作人员手的动作姿态，目的是进行不规则形状物体的抓取方法及可选择性抓取动作的直接控制研究。