情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

仇珺 黃亞鷹

摘? 要：人機(jī)交互設(shè)計(jì)在虛擬現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)的支持下早已不局限于鍵盤、鼠標(biāo)等點(diǎn)控式交互方式，多通道和多媒體的智能交互逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。因此文章以情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，首先解釋了情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人機(jī)交互設(shè)計(jì)的概念，其次對(duì)情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的意義進(jìn)行分析，最后介紹情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人機(jī)交互中的應(yīng)用方法。通過文章的研究，以期達(dá)到利用情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改善個(gè)人及社會(huì)健康狀態(tài)的目的。

關(guān)鍵詞：情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng);人機(jī)交互;終端系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）22-0024-04

Abstract： With the support of virtual reality， mobile computing and other technologies， human-computer interaction design has long been not limited to point controlled interaction modes such as keyboard and mouse， and the intelligent interaction of multi-channel and multimedia gradually occupies a dominant position. Therefore， taking the emotion monitoring system as the starting point， this paper first explains the concept of emotion monitoring system and human-computer interaction design， then analyzes the significance of emotion monitoring system in human-computer interaction design， and finally introduces the application method of emotion monitoring system in human-computer interaction. Through the research， we hope to use the emotion monitoring system to improve the health status of individuals and society.

Keywords： emotion monitoring system; human-computer interaction; terminal system

0? 引? 言

人工智能與人工生命一直致力于創(chuàng)造出能夠模仿人類和其他生物行為的智能機(jī)器，其中以與人類相同方式進(jìn)行情緒表達(dá)和認(rèn)知的計(jì)算機(jī)方法稱為“情感計(jì)算”。目前，交互設(shè)計(jì)對(duì)自動(dòng)情緒分析領(lǐng)域開始重視，許多感測(cè)技術(shù)已經(jīng)能夠用于自動(dòng)測(cè)量和分析用戶的情緒，并且從收集的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)用戶行為。“情感計(jì)算”的概念于1997 年出現(xiàn)，麻省理工學(xué)院的PICARD教授提出情感計(jì)算是與情感有關(guān)的計(jì)算，也是意圖影響情感方面的計(jì)算[1]。而信息技術(shù)的不斷發(fā)展，讓計(jì)算機(jī)具備識(shí)別與分析用戶情感狀態(tài)的能力。情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正是利用計(jì)算機(jī)這一能力進(jìn)行情感識(shí)別。利用情緒監(jiān)測(cè)系識(shí)別情感一般可以分為幾個(gè)步驟：獲取情感信號(hào)、對(duì)獲取的情感信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取與選擇、分類識(shí)別、最后提取結(jié)果。目前常用獲取情感信號(hào)的方法有面部識(shí)別、語音識(shí)別、心率監(jiān)測(cè)識(shí)別等。

1? 情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分為用戶登錄和管理員登錄兩個(gè)部分。用戶登錄模塊包含登錄界面、情緒的分析和管理界面，用戶能夠通過界面查看自身的情感分析。管理員登錄模塊主要負(fù)責(zé)用戶情緒信號(hào)的讀取、預(yù)處理、提取情緒特征、進(jìn)行情感識(shí)別和管理用戶信息[2]。如圖1所示。

用戶登錄需注冊(cè)個(gè)人賬戶，并完成首次登錄，登錄成功后即可在用戶界面查看個(gè)人情緒狀態(tài)信息。用戶登錄的情感分析功能能夠?qū)⒂脩艚诘那楦袪顟B(tài)轉(zhuǎn)換為比例圖和雷達(dá)圖，讓用戶直觀的感受當(dāng)天、近一周以及近一月的情緒變化和情感分布。賬戶管理功能可供用戶查詢及管理個(gè)人信息。管理員模塊首先需要讀取用戶的情緒信號(hào)，由于情緒輸入方式的不同系統(tǒng)提取到的情緒信號(hào)格式也會(huì)不同，主要格式有圖片格式、語音格式等。隨后經(jīng)過系統(tǒng)的計(jì)算對(duì)比得出情緒信號(hào)的結(jié)果。并且能夠通過用戶管理功能管理用戶的情感數(shù)據(jù)，查看用戶信息。

以上系統(tǒng)體系大體分為四個(gè)層次：用戶管理、當(dāng)前情感狀態(tài)、歷史情感狀態(tài)、情感分析過程演示部分屬于UI層，這一層次的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于界面及UI的設(shè)計(jì)，確保清晰明了的呈現(xiàn)用戶所需信息;用戶登錄、用戶注冊(cè)、情感查詢、情感分析屬于功能層，是供用戶使用的系統(tǒng)層次;系統(tǒng)的核心層有業(yè)務(wù)處理、提取情感特征參數(shù)、語音信號(hào)預(yù)處理以及情感識(shí)別，顧名思義，這是情緒檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，是前面情感狀態(tài)和情感分析的來源;最后一個(gè)層次是數(shù)據(jù)庫層，本層數(shù)據(jù)庫中包含前期收集用于對(duì)比情緒信號(hào)的數(shù)據(jù)和所有用戶情緒信息，隨著注冊(cè)用戶增多，數(shù)據(jù)庫樣本也越來越大，之后對(duì)于情緒的識(shí)別也將越來越準(zhǔn)確。

2? 人機(jī)交互設(shè)計(jì)概述

2.1? 人機(jī)交互概念

交互設(shè)計(jì)不同于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、圖形設(shè)計(jì)，它包含的設(shè)計(jì)領(lǐng)域與學(xué)科眾多，例如界面設(shè)計(jì)、多媒體技術(shù)、人機(jī)工程學(xué)等。而人機(jī)交互設(shè)計(jì)是一個(gè)輸入和輸出的過程，用戶通過人機(jī)界面向計(jì)算機(jī)輸入指令，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理后將輸出結(jié)果呈現(xiàn)給用戶[3]。而從使用者的角度來看，一個(gè)好的人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要滿足易學(xué)習(xí)、易使用、容錯(cuò)性高、安全性高等幾大特點(diǎn)。它應(yīng)該是一個(gè)有效且令人愉悅的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同的是，交互設(shè)計(jì)除了考慮自身產(chǎn)品特性外，還需要了解人的行為特點(diǎn)與心理情感，它的最主要目的在于讓產(chǎn)品變得更容易使用。

2.2? 人機(jī)交互設(shè)計(jì)要素

人機(jī)交互設(shè)計(jì)主要的主要設(shè)計(jì)要素有空間、時(shí)間、造型、動(dòng)作、聲音等[4]。這里的空間不僅是物理空間，也包括數(shù)學(xué)空間，它代表著交互的環(huán)境，處于安靜或吵鬧的交互環(huán)境人們產(chǎn)生的交互體驗(yàn)也會(huì)不同。人機(jī)交互設(shè)計(jì)在時(shí)間要素的設(shè)計(jì)上要有充分的節(jié)奏把握，人們總是討厭漫長的等待時(shí)間，用戶在啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)如果一直持續(xù)出現(xiàn)重復(fù)不變的畫面，會(huì)讓人產(chǎn)生長時(shí)間等待的感覺而給用戶留下不好的使用體驗(yàn)。產(chǎn)品造型要素對(duì)用戶感受的影響是巨大的，其顏色、大小、色彩、材質(zhì)等設(shè)計(jì)都能一定程度的控制用戶使用時(shí)的情感變化。動(dòng)作要素是人機(jī)交互設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是人機(jī)交互時(shí)產(chǎn)生的行為，包括用戶使用系統(tǒng)時(shí)的動(dòng)作和系統(tǒng)反饋信息時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作。聲音是用戶體驗(yàn)的重要反饋因素，不同產(chǎn)品對(duì)于聲音的需求也不盡相同。

3? 情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義

由于生活節(jié)奏加快，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)壓力明顯增加，導(dǎo)致越來越多的人產(chǎn)生心理問題。并且，當(dāng)前的心理健康服務(wù)體系和社會(huì)心理疏導(dǎo)機(jī)制并不完善，心理不健康以及行為異常人群逐年增加。因此，學(xué)會(huì)控制自身情緒，保持健康的心理狀態(tài)，是人們需要迫切需要解決的問題之一。如今，心理是否健康也是評(píng)價(jià)人們健康狀態(tài)的重要因素。但心理健康的標(biāo)準(zhǔn)繁多且復(fù)雜，例如檢測(cè)抑郁情緒時(shí)使用的恩格斯自測(cè)表法不僅需要測(cè)試者穿戴大量電極和傳感器，且測(cè)試結(jié)果可能有測(cè)試者主觀意思的存在，準(zhǔn)確度較低。而情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最開始正是被運(yùn)用于醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生通過系統(tǒng)對(duì)抑郁癥患者的情緒進(jìn)行監(jiān)控，能夠準(zhǔn)確快速地了解患者情緒的變化，并因此設(shè)計(jì)或改變后續(xù)的治療方案。如今，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)涉及人機(jī)交互所在的大多數(shù)領(lǐng)域，從抑郁情緒的預(yù)防、嬰幼兒情緒特征分析到預(yù)防疲勞駕駛、線上學(xué)習(xí)不良情緒檢測(cè)等。只要有計(jì)算機(jī)在內(nèi)的交互設(shè)備存在，用戶都能夠使用情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行情緒檢測(cè)，這對(duì)個(gè)人以及社會(huì)的健康具有重要意義。

4? 情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法

研究表明，情感在感知、決策、行動(dòng)選擇等智能活動(dòng)中起著重要作用，人的情緒狀態(tài)也將影響到調(diào)節(jié)自身行為的方式，適度提高情緒的緊張性有利于提高行動(dòng)效率以及注意力的集中性，需要注意的是，這種緊張性的提高需要掌握其程度的，否則有可能起到相反的作用。因此，在情緒可以被監(jiān)測(cè)和識(shí)別的情況下，我們可以通過及時(shí)的改變行為來阻止負(fù)面情緒的蔓延。

以抑郁情緒監(jiān)測(cè)手環(huán)為例，整個(gè)設(shè)備包含手環(huán)主體、手機(jī)APP和遠(yuǎn)程終端三個(gè)部分，其中手環(huán)可以看作是情緒管理系統(tǒng)的用戶登錄模塊[5]。如今的穿戴式設(shè)備大都能夠測(cè)量用戶的心率、血壓等身體數(shù)據(jù)，設(shè)備通過手環(huán)內(nèi)的傳感器檢測(cè)心電信號(hào);信號(hào)采集模塊直接和傳感器相連，采集傳感器中的心電信號(hào);最后的微控制模塊控制信號(hào)采集模塊進(jìn)行采集，并將采集到的信息儲(chǔ)存在儲(chǔ)存模塊或通過藍(lán)牙發(fā)送給手機(jī)APP。

用戶首次登錄手機(jī)APP需要進(jìn)入信息管理界面，如圖2所示，點(diǎn)擊管理界面的頭像圖標(biāo)可以編輯和管理用戶資料。另外，點(diǎn)擊手環(huán)連接按鈕就能使用藍(lán)牙與手環(huán)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)成功后手機(jī)APP會(huì)接收手環(huán)采集到的情緒信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后上傳終端系統(tǒng)，終端則將處理過的情感信號(hào)進(jìn)行計(jì)算識(shí)別后將用戶結(jié)果反饋手機(jī)至APP保存。家人模塊可以添加關(guān)聯(lián)用戶，使用者可以選擇是否將情緒指數(shù)與家人共享。

手機(jī)APP會(huì)將終端系統(tǒng)的反饋結(jié)果進(jìn)行收集整理，用戶可以通過APP主頁查看自身的抑郁情緒狀態(tài)，如圖3所示。APP將結(jié)果分成當(dāng)前狀態(tài)和歷史狀態(tài)兩部分，當(dāng)前情緒狀態(tài)模塊會(huì)將終端系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成抑郁指數(shù)的形式呈現(xiàn)，并將用戶抑郁指數(shù)劃分為正常、輕度抑郁、中度抑郁以及重度抑郁四個(gè)等級(jí)，并根據(jù)不同的抑郁程度提供相應(yīng)的調(diào)理建議，如圖4所示。而在歷史情緒狀態(tài)模塊，手機(jī)APP會(huì)持續(xù)儲(chǔ)存用戶的抑郁指數(shù)，并以折線圖的形式表現(xiàn)，用戶可以通過折線圖清晰地感受到自身近一天、一周或者是一個(gè)月的情緒變化，如圖5所示。

APP主頁還包含情緒舒緩模塊，如圖6所示，針對(duì)用戶當(dāng)前情緒狀態(tài)，APP會(huì)為用戶提供不同的調(diào)理建議。例如，用戶在處于輕度抑郁時(shí)會(huì)建議用戶播放一些溫暖、放松的歌曲;適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng);規(guī)律進(jìn)食，減少咖啡、茶、碳酸飲料等的攝入或者保持充足的睡眠等等。用戶可以在情緒舒緩界面找到情緒舒緩建議并查看，APP將一些有助于放松的音樂和視頻整理成合集，用戶可以直接在APP中播放，如圖7所示。社區(qū)交流模塊可供用戶之間溝通交流，用戶可在社區(qū)中匿名傾訴近期的抑郁情緒或者分享有效舒緩情緒的方法。

用戶家人也可以通過下載APP來關(guān)聯(lián)用戶，并接收用戶的抑郁等級(jí)結(jié)果，家人APP將會(huì)建議家人面對(duì)用戶不同程度抑郁情緒時(shí)可以采取的行動(dòng)，如圖8所示。另外，當(dāng)APP監(jiān)測(cè)到用戶長期處于中度或重度抑郁時(shí)，APP將會(huì)對(duì)用戶家人發(fā)送通知做出預(yù)警，提醒用戶需要接受專業(yè)的舒緩治療，建議家人陪同用戶進(jìn)行進(jìn)一步的診斷治療。

5? 結(jié)? 論

人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)滲入我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫瑧?yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、可穿戴式計(jì)算機(jī)設(shè)備、沉浸式游戲的動(dòng)作識(shí)別、遙控機(jī)器人以及遠(yuǎn)程醫(yī)療的觸覺交互等多種方向。文章將情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人機(jī)交互設(shè)計(jì)結(jié)合，通過人機(jī)交互模式的多樣性讓情緒監(jiān)測(cè)能夠得到更廣泛的應(yīng)用，借助可穿戴式設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備等改善并預(yù)防抑郁情緒，防止因不良情緒導(dǎo)致的學(xué)習(xí)工作效率低下等問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉振燾，徐建平，吳敏，等.語音情感特征提取及其降維方法綜述 [J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2018，41（12）：2833-2851.

[2] 齊柱柱.基于語音情感識(shí)別的情緒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) [D].南京：南京郵電大學(xué)，2018.

[3] 周曉東，朱平，張建波，等.智能紡織品的特性與應(yīng)用 [J].印染助劑，2006（12）：4-8.

[4] 利德威爾.最佳設(shè)計(jì)100細(xì)則 [M].劉宏照，譯.上海：上海人民美術(shù)出版社，2005.

[5] 王潘，宋粵欣，趙潮渝，等.一種抑郁情緒的新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng) [J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2019，1（10）：44-46.

作者簡(jiǎn)介：仇珺（1997—），女，漢族，湖南岳陽人，碩士在讀，研究方向：視覺傳達(dá)與媒體設(shè)計(jì)。