基于觸知覺認(rèn)知的圖形浮凸設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

張 璟（中國美術(shù)學(xué)院 上海設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 201203）

長(zhǎng)久以來，凸字（或稱點(diǎn)字）一直是視力障礙人群通過觸摸獲取信息的主要文字載體，也是幾乎唯一的盲人專用的文字形式。雖然盲文可以使視障人群較方便地進(jìn)行閱讀和信息交流，但因其特殊的組織方式以及由此導(dǎo)致的編碼邏輯的局限性。故在不同國家，尤其是母語不同的國家，盲文的使用具有不相通的現(xiàn)象。如使用拉丁字母的國家往往將每個(gè)字母對(duì)應(yīng)固定形式的盲文進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)原單詞由單個(gè)字母拼寫組成的方式。而在中國則無法使用該方法，取而代之的則是用盲文來表示構(gòu)成漢字拼音的聲母和韻母，進(jìn)而通過表達(dá)發(fā)音來表示字詞。這就導(dǎo)致在中西方之間，盲文不可通用的情況。本課題的研究之初衷就在于，試圖從浮凸形式的幾何圖形的角度來探尋現(xiàn)行盲文系統(tǒng)以外的另一個(gè)可傳遞信息的、可被觸知覺捕捉的媒介形式，并且該形式具有跨國家和民族的通用性，不被母語所束縛。這對(duì)于基于通用設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品界面設(shè)計(jì)有著重要的參考意義。

通過筆者于本項(xiàng)目研究初期進(jìn)行的關(guān)于視障人群對(duì)浮凸形式的幾何圖形的觸摸認(rèn)知能力的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該人群對(duì)浮凸的基本幾何圖形不存在觸摸認(rèn)知的障礙問題，因?yàn)楝F(xiàn)行的盲校教育體系中包含了對(duì)形體和圖形的認(rèn)知課程。對(duì)于圖形的呈現(xiàn)要求而言，幾何圖形的合理浮凸高度在0.6mm左右，并且輪廓須清晰完整。但在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中筆者也注意到，先天性視覺障礙或無視覺經(jīng)驗(yàn)的人群（弱視除外），在識(shí)別部分幾何圖形的過程中容易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。通過對(duì)這部分集合圖形的分析以及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后則可以發(fā)現(xiàn)，容易造成誤判的圖形之間的形態(tài)相似性表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①構(gòu)成圖形的邊和角的數(shù)量相同，如正方形、長(zhǎng)方形以及梯形均為4條邊和4個(gè)角組成；銳角三角形、鈍角三角形、直角三角形等則都是由三條邊和三個(gè)角構(gòu)成等。②圖形特征相似且強(qiáng)烈，這方面除了以上所列舉過的圖形以外，還特別體現(xiàn)在正圓形和橢圓形上，它們均是由弧線構(gòu)成的回轉(zhuǎn)式圖形，特點(diǎn)是不含有直線邊和角。以上是從實(shí)驗(yàn)所使用的基本幾何圖形的形式特征方面來分析，而從視障群體的認(rèn)知行為和認(rèn)知心理的角度來分析則可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)圖形的區(qū)別和誤判往往和對(duì)圖形特征的記憶性描述以及對(duì)被描述對(duì)象之間的形態(tài)關(guān)系的信息掌握有關(guān)。前者可以理解為是視障者在觸摸浮凸的幾何圖形時(shí)通過認(rèn)知該圖形的形態(tài)特征后對(duì)該圖形所下的定義。比如正方形是具有4條邊的圖形，當(dāng)然定義的內(nèi)容也可以為：正方形是具有4個(gè)角的圖形。同理，直角三角形是有3個(gè)角的圖形；正圓形是光滑的/沒有角和直線的/由弧線構(gòu)成的圖形。這些定義是圍繞幾何圖形的最基本特征而被建立的。但在對(duì)幾何圖形的進(jìn)一步特征描述時(shí)，觸摸認(rèn)知能力的不足就會(huì)體現(xiàn)出來。這種描述可以被認(rèn)為是對(duì)于圖形基本要素的構(gòu)成性特征信息的定義。具體而言，如對(duì)于四邊形圖形（正方形、梯形、長(zhǎng)方形、平行四邊形等）的基礎(chǔ)特征描述是該圖形由4個(gè)角/邊組成。但進(jìn)一步的則需要通過對(duì)這4個(gè)角/邊的相對(duì)位置關(guān)系以及尺度上的差異性特征來準(zhǔn)確區(qū)別這些擁有相同基礎(chǔ)特征描述的圖形，這對(duì)于只通過觸知覺來感受的視障人群而言則很困難。同樣的，對(duì)于多邊形圖形的邊長(zhǎng)的認(rèn)知和區(qū)別也是較難準(zhǔn)確掌握的（對(duì)于不同邊長(zhǎng)之間相對(duì)差異的程度與通過觸知覺區(qū)分判斷之間的關(guān)系則還需進(jìn)一步研究）。要注意的是，以上論述中所涉及到的內(nèi)容恰恰是在認(rèn)知和區(qū)分不同圖形的過程中所需要的最關(guān)鍵要素。在今天的基礎(chǔ)幾何學(xué)中對(duì)于基本幾何圖形的界定也多來自于對(duì)這些特征的量化判斷，比如正方形除了要滿足一般四邊形的條件外，還需要滿足四個(gè)角均為直角以及四條邊相等的條件。后兩者就是基于四邊形的基本圖形特征的前提下，對(duì)其邊和角的尺寸予以精確地描述后得到的結(jié)論。同理，三角形中的鈍角三角形、直角三角形以及銳角三角形則是通過對(duì)角度的描述而加以區(qū)分的，其中等邊三角形和等腰三角形則又要涉及到關(guān)于邊長(zhǎng)的趨同性和差異性的描述問題。正圓形和橢圓形的區(qū)分，其關(guān)鍵則在于對(duì)于弧度的變化描述或者是直徑的變化描述。而以上的認(rèn)知判斷對(duì)于無法宏觀地感知圖形內(nèi)容的視障人群而言則具有較高的難度，因?yàn)橛|知覺的信息獲得特征呈現(xiàn)出點(diǎn)式的和路徑式的，所以對(duì)于沒有受過相關(guān)訓(xùn)練的視障者來說，他們所獲取的圖形信息是不完整的、碎片式的。這其中角度的感知是最為模糊和遲鈍的，故在本項(xiàng)目研究過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上反映出了明顯的視障群體對(duì)于不同類型的三角形的區(qū)分能力的缺陷。但同時(shí)筆者也發(fā)現(xiàn)，在區(qū)分正方形/長(zhǎng)方形類圖形與普通平行四邊形類圖形的時(shí)候，視障者可以表現(xiàn)出比較清晰和準(zhǔn)確的認(rèn)知判斷。但在此要說明的是，在實(shí)驗(yàn)中所使用的普通平行四邊形的內(nèi)銳角角度為45°。換言之，在角度的設(shè)計(jì)上要保持在怎樣的范圍內(nèi)還尚需進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)和研究來得到明確的結(jié)論。根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)情況的記錄和觀察筆者認(rèn)為，當(dāng)銳角小于60°的情況下，視障者能較為順利地將其與直角進(jìn)行準(zhǔn)確地區(qū)分。且這一推斷如果成立，則對(duì)于梯形同正四邊形類圖形的區(qū)別也同樣適用。同理，對(duì)于鈍角來說，當(dāng)角度大于120°時(shí)，該鈍角能被明顯與直角相區(qū)別。而在正圓形與橢圓形的區(qū)分問題上，目前還較難通過已有的實(shí)驗(yàn)觀察來獲取直接的參考依據(jù)。但通過調(diào)整橢圓形的長(zhǎng)軸與短軸的長(zhǎng)度比例，或許能找到將其區(qū)別于正圓形的規(guī)律。

根據(jù)以上的論述，基于觸知覺對(duì)于基本幾何圖形浮凸的區(qū)別性認(rèn)知可以獲得以下的規(guī)律來對(duì)相關(guān)的產(chǎn)品界面設(shè)計(jì)予以指導(dǎo)。首先是基于邊、角的數(shù)量所劃分出的不同圖形種類，如3邊/3角類、4邊/4角類、5邊/5角類、6邊/6角類以及0邊/0角類；其次是根據(jù)邊/半徑的長(zhǎng)短差/長(zhǎng)短比或者角度差來進(jìn)一步區(qū)分出的圖形，如四邊形類圖形中的長(zhǎng)方形與正方形、矩形與一般平行四邊形、梯形與以上諸圖形、三角形類圖形里的鈍角三角形與銳角三角形與直角三角形之間的區(qū)分、正圓形與橢圓形。這里需要說明的是，三角形中的等邊三角形作為銳角三角形的一種可以通過認(rèn)知角度來同鈍角三角形和直角三角形加以區(qū)別，但要同其他的銳角三角形進(jìn)行區(qū)別，目前還未有可能的有效方法。這是因?yàn)椋鼈冎g的差別主要表現(xiàn)在前者的三條邊相等，后者三條邊不相等，但對(duì)于視障者來說，僅通過觸知覺來比較三條類似線條的長(zhǎng)度有很高的難度。而同樣作為銳角三角形，它們的內(nèi)角角度差也較小，故很難通過比較角度來判斷相同和相異的情況。另外要注意的是，對(duì)于多邊形圖形而言，可以通過不同數(shù)量的邊和角來互相進(jìn)行區(qū)分，但當(dāng)邊和角的數(shù)量超過6的時(shí)候?qū)?huì)出現(xiàn)區(qū)分難度的增加以及區(qū)分效率的降低。這是因?yàn)槭艿饺说亩虝r(shí)間記憶項(xiàng)目數(shù)量的限制而造成的。據(jù)此，站在通過觸知覺進(jìn)行認(rèn)知的角度來對(duì)浮凸形式的基本幾何圖形可以作如下的分級(jí)。首先是基于不同角和邊的數(shù)量區(qū)分出的一級(jí)圖形（包括圓形類、3—6邊/角類圖形）；其次是需要根據(jù)邊/半徑的長(zhǎng)短差/長(zhǎng)短比以及角度差進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分的圖形（包括正四邊形、長(zhǎng)方形、梯形、一般平行四邊形類、非正多邊形（多于4邊/4角的）、銳角/直角/鈍角三角形等）；接著是在第二層次圖形類別中還需要進(jìn)一步區(qū)分的圖形，如等邊三角形、等腰梯形、菱形等。（圖1）

綜上所述，利用基于觸知覺而設(shè)計(jì)的帶有浮凸效果的基本幾何圖形進(jìn)行信息的傳遞是一種可行的能跨越視障群體與明眼群體之間障礙的產(chǎn)品界面設(shè)計(jì)方向。通過對(duì)視障群體進(jìn)行有關(guān)浮凸形式的基本幾何圖形的觸摸認(rèn)知能力的實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，圖形的基本構(gòu)成元素：邊、角的數(shù)量是進(jìn)行圖形認(rèn)知判別的基本內(nèi)容，并構(gòu)成了視障人群對(duì)于基本集合圖形認(rèn)識(shí)所需的基本定義。在此基礎(chǔ)上對(duì)于邊和角的幾何形態(tài)的量化特征及相互之間的幾何關(guān)系的描述則是進(jìn)一步認(rèn)知和區(qū)分幾何圖形的關(guān)鍵，同時(shí)這種通過觸知覺感知幾何圖形所傳遞的信息的方式，其難點(diǎn)也主要集中在這一層面上。故基于此，從設(shè)計(jì)的角度來說，可以將運(yùn)用于觸知覺認(rèn)知的浮凸形式的基本幾何圖形進(jìn)行三個(gè)層級(jí)的劃分，從簡(jiǎn)到難分別是以邊/角的數(shù)量判別圖形的第一層次，以邊/角的長(zhǎng)度/角度來界定不同的幾何圖形的第二層次，以及在第二層次基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化區(qū)別的第三層次幾何圖形。這種劃分幾何圖形的作用則在于為不同認(rèn)知能力或難度要求情況下的相關(guān)產(chǎn)品界面設(shè)計(jì)提供參考。要強(qiáng)調(diào)的是，本文所討論的是基本幾何圖形的觸知覺認(rèn)知問題，對(duì)于更復(fù)雜的或者不規(guī)則的浮凸形式的圖形的認(rèn)知問題以及在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用方法則還需通過進(jìn)一步的研究來探索和實(shí)踐。此外還需強(qiáng)調(diào)的是，這種試圖擴(kuò)展和跨越不同認(rèn)知能力人群之間的信息承載媒介的設(shè)計(jì)研究，其真正地實(shí)現(xiàn)和普及離不開相關(guān)教育體系的助力和完善。且這類帶有通用設(shè)計(jì)精神的設(shè)計(jì)探索不僅是從功效的廣泛性角度出發(fā)和被評(píng)價(jià)，而是包含了對(duì)不同群體的人文關(guān)懷以及實(shí)現(xiàn)社會(huì)公平的責(zé)任。