基于膚覺體驗的雙肩背包設(shè)計要素分析

張帥，李慧君

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159）

1 膚覺體驗的理論基礎(chǔ)概述

1.1 膚覺的概念和分類

膚覺是指刺激作用于人體皮膚而引起的各種感覺[1]，膚覺對于物體的硬度、重量、大小和形狀等特性的認(rèn)識有重要意義；通過膚覺還可以回避各種傷害人體的危險。皮膚表層內(nèi)部分布著不同種類的觸覺受體、游離神經(jīng)末梢等，分別對觸摸、壓力、振動和溫度等外界刺激進(jìn)行感知。

膚覺的基本形態(tài)有觸壓覺、溫度覺和痛覺。觸壓覺又包括觸覺、壓覺、振動覺和癢覺。由于癢覺生理機(jī)制復(fù)雜，因此暫不討論。

1.2 膚覺感知的特點和優(yōu)勢

在人類的五大感覺通道中，視覺和聽覺處于主導(dǎo)地位，是遠(yuǎn)距離感覺。但膚覺也是獲取外界信息的重要方式，是一種近距離感覺，在判斷、警戒和情感體驗方面具有獨特的作用。

與其他感知方式相比，膚覺能夠感知接觸、壓力和溫度，對外界有害刺激能夠做出迅速反應(yīng)；其反應(yīng)時間與視覺、聽覺相當(dāng)；膚覺在感知靈敏度方面一般；膚覺捕捉注意百分比為4%，與嗅覺相當(dāng)，視覺為70%，聽覺為20%[2]。當(dāng)人們沒有聚焦于其他事物時，觸覺刺激能自動抓取注意，其最重要的優(yōu)勢是相對不受聽覺背景噪音的影響[3]。

膚覺中的觸覺還具有多感官促進(jìn)效應(yīng)。研究表明，相對單一通道刺激而言，被試者對雙通道刺激能做出更快、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的識別；且視觸覺雙通道刺激中的觸覺刺激呈現(xiàn)越早，被試反應(yīng)越快[4]。

因此，膚覺是唯一具有雙向信息傳遞能力的感覺通道，是最能讓人產(chǎn)生真實感的感覺通道。膚覺感受器分布廣泛，且反應(yīng)速度快；抗噪音干擾能力強(qiáng)，也較少產(chǎn)生噪音，可以提供一種安靜的交互方式；對注意力占用少，受到刺激時會自動抓取注意力。此外，膚覺也是誘發(fā)和調(diào)整人類情緒強(qiáng)有力的工具。

1.3 膚覺感知的局限

就其中的觸覺而言，心理物理實驗室的研究表明，在打算運動或正在運動的時候，人們對觸覺刺激的敏感性會降低。當(dāng)觸覺刺激發(fā)生在運動的部位時，這一現(xiàn)象更明顯。這就是感官抑制現(xiàn)象。當(dāng)用戶穿著厚重的衣服時，特定觸覺刺激對身體尤其是背部可能會無效。關(guān)于其他類型膚覺局限性的研究較少。

1.4 膚覺設(shè)計的應(yīng)用場景

目前對膚覺感知的研究主要集中在觸覺感知，常用在傳達(dá)類似影響和緊迫性等定性信息和不精確定量信息的場景中，也常用于一些視聽覺功能受損傷人群的日常生活，或者視聽覺信息過載的情境中。在接觸豐富的靈巧操作任務(wù)中，觸覺起到至關(guān)重要的作用[5]。尤其是軍事或一些民用工業(yè)中，通過皮膚表面的觸覺變化特征來操作設(shè)備對人類很有幫助。

在體驗設(shè)計中，如餐廳的用餐體驗設(shè)計中，或者采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式游戲中，膚覺也有著廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計中，不同的材質(zhì)和操控結(jié)構(gòu)有著不同的觸壓感，傳遞著不同的信息，構(gòu)成了人們豐富的使用體驗。

2 膚覺體驗在背包設(shè)計的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)膚覺的形態(tài)分為觸壓覺、溫度覺和痛覺，可以將膚覺體驗在背包設(shè)計中的應(yīng)用分為：背包的壓力分布，背包給人的觸覺感受，背包使用時用戶對溫度的感知。

目前關(guān)于背包壓力分布的研究較多，對長時間、超負(fù)荷背包對身體造成的不良影響的研究也較多。如任建廠等人在《背包對青少年學(xué)生身體健康的影響》一文中提出了青少年雙肩背包的適宜重量、長時間負(fù)重可能會造成的身體異常狀況。在文中不僅提出了關(guān)于背書包的健康方式的建議，而且提倡對老師、家長、學(xué)生進(jìn)行健康教育。

但是對于背包超重問題的解決方案僅限于生物力學(xué)和結(jié)構(gòu)方面，沒有從用戶對重量的認(rèn)知和交互設(shè)計的方向提出解決辦法。在背包的觸覺感受和溫度感知方面的研究較少，目前關(guān)于面料舒適性的研究主要集中在日常服裝、運動服裝、貼身衣物、功能性服裝等方面，對于背包面料的研究較少。在背包種類方面，研究主要集中在左右對稱的雙肩背包上，而對單側(cè)負(fù)重的研究相對較少；在用戶研究上，多針對青少年和成年男性，對于成年女性及老人的關(guān)注度不夠。

3 背包設(shè)計要素分析

通過對市場上現(xiàn)有的背包進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)了背包設(shè)計要素主要有：大小或者容量、背包自重、面料、背負(fù)系統(tǒng)、顏色、款式、隔層，以及其他配件等。通過整理分析，背包的膚覺穿戴體驗很大程度上取決于背負(fù)系統(tǒng)和材料兩個要素，而背負(fù)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)依據(jù)膚覺感知中的壓覺和痛覺理論；背包材料的選擇應(yīng)依據(jù)膚覺感知中的觸覺和溫度覺理論。

3.1 背包背負(fù)系統(tǒng)分析

目前市場上背包的背負(fù)系統(tǒng)一般由減壓背板和背帶、腰帶、胸帶等各種背負(fù)帶組成。減壓背板部分，某些背包背板結(jié)構(gòu)中，肩胛部和腰部有減壓海綿，其他部分為保證透氣性沒有海綿層；還有些背包背板結(jié)構(gòu)為整塊的減壓珍珠棉。背帶一般為S 型，加寬處理，使用透氣海綿或者氣囊減壓。另外，較大的戶外背包設(shè)有腰帶，將部分重量分散到髖部，還有胸帶和負(fù)重調(diào)節(jié)帶用來增加背負(fù)穩(wěn)定性和調(diào)整背包中心。

3.1.1 以壓覺的理論為依據(jù)

從壓覺的理論來說，壓力刺激是由慢適應(yīng)受體感知的[1]，因而壓覺短時間內(nèi)不會被忽略，背包背負(fù)系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。壓覺是由較強(qiáng)的刺激導(dǎo)致機(jī)體的深部組織變形而引起的壓力感覺[6]，背包設(shè)計涉及的機(jī)體內(nèi)部組織主要是上身軀干和手臂的骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)、上軀干的內(nèi)臟器官，還有神經(jīng)系統(tǒng)。再者，皮膚表層對壓力的敏感性在身體不同部位的差異非常大，面部最為敏感，其次是腹部、胸部、背部、手指、肩部、臂部、腿部和腳部。

因此，背板的形狀和結(jié)構(gòu)要考慮脊柱的生理曲度、肩胛部和胸廓￥的骨骼結(jié)構(gòu)和承受能力，以及上身軀干的肌肉活動；背板位置應(yīng)可調(diào)，不同位置應(yīng)該考慮人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行材料密度的區(qū)分來獲得良好的支撐；背帶的形狀、寬度、結(jié)構(gòu)和位置都會影響背負(fù)體驗，由于肩胛骨和鎖骨的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且易受傷，肩部不適宜分擔(dān)過多的壓力，以保證肩部的舒適感；胸帶和腰帶的設(shè)計應(yīng)在寬度和結(jié)構(gòu)上降低胸腹部的壓力，保證胸腔的自由舒張和收縮，以提高用戶的背負(fù)體驗。

3.1.2 以痛覺的理論為依據(jù)

從痛覺的角度來說，引發(fā)痛覺的刺激種類有很多，包括物理的、化學(xué)的、機(jī)械的、溫度的刺激等，任何一種刺激對機(jī)體造成損傷或破壞時，均能引起痛覺。背包引起的痛覺主要是由背包重量施加于骨骼和肌肉系統(tǒng)引起的機(jī)械刺激。痛覺的感受性因身體部位而異，與背包有關(guān)的身體部位中，背部對痛覺的感受性最高，手的感受性較差，而且痛覺的適應(yīng)性很差[7]，時間久了不會被身體忽略。

因此，應(yīng)盡量降低背包重量對身體各系統(tǒng)的影響，避免痛覺的產(chǎn)生，或者一旦有痛覺產(chǎn)生要有調(diào)節(jié)和消除的方法。還可以結(jié)合智能穿戴技術(shù)，對背包重量進(jìn)行管理，根據(jù)用戶的體重確定背包重量的上限，當(dāng)背包重量超過限度時，應(yīng)通過適當(dāng)方式給予提醒，或者將各接觸部位的壓力可視化，提高用戶對壓力的關(guān)注；對用戶的背包姿勢進(jìn)行提醒和糾正，通過背板和背帶對背負(fù)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，避免身體一些部位長時間受力；還可以嘗試將背負(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和健身器材結(jié)合起來，將背包壓力分散到運動中。

3.2 背包材料分析

在背包使用過程中，與身體皮膚接觸的部分主要有：手觸摸的背包外部、內(nèi)襯和隔層、拉鏈頭、提手，以及裝飾性部分等，提起背包時手部一般會接觸背帶，背著背包行走或奔跑時頸部也可能接觸到背帶。

3.2.1 現(xiàn)有背包材料調(diào)研

通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雙肩背包外部面料和背帶主要有滌綸、錦綸、純棉帆布、網(wǎng)布等，內(nèi)襯一般用錦綸或190T 滌塔夫，拉鏈頭大多用金屬材料，裝飾性部件用人造革等。

滌綸面料，也就是聚酯纖維，較常用的1680D 雙股牛津布，挺括不易皺，強(qiáng)度和彈性恢復(fù)能力較高，耐沖擊強(qiáng)度比錦綸高，耐磨性僅次于錦綸，使用PVC 或PU 涂層增強(qiáng)防水性；滌綸面料吸濕性較差，穿戴有悶熱感。因此滌綸牛津布適宜用作戶外背包或者負(fù)重較大的背包外部面料。

錦綸，也叫做尼龍，學(xué)名是聚酰胺纖維，強(qiáng)度高，耐磨性是織物中最優(yōu)的一種，回彈性好，吸濕性在化纖中較好；但耐光性、耐熱性較差，面料久曬會發(fā)黃，強(qiáng)度也會下降，常用于休閑背包外部面料，有時也用于背包內(nèi)襯。

純棉帆布，耐用耐磨，色彩鮮艷，手感舒適，透氣性好，容易清洗，采用環(huán)保印染工藝，對皮膚無刺激，且無污染，缺點是防水性較差，常用于環(huán)保包袋外部面料。

190T 滌塔夫，由滌綸長絲織造而成，明亮鮮艷，強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)緊密，不易變形，清洗后極易干燥；但滌綸織物熔點較低，遇煙灰、火星等易出現(xiàn)小孔，常用于背包內(nèi)襯。

網(wǎng)眼布料，材質(zhì)為滌綸，色牢度好，具有優(yōu)越的透氣性，回彈性好，結(jié)實耐用，但容易刮破。常用于背包網(wǎng)兜或透氣部分。

EPE 珍珠棉，又稱為聚乙烯發(fā)泡棉，內(nèi)部由無數(shù)的獨立氣泡構(gòu)成，其特點是防水、緩震、韌性強(qiáng)、抗撞擊能力強(qiáng)等，無毒環(huán)保可降解，但透氣性較差，在背包中常用做背部緩沖棉。

3.2.2 以觸覺的理論為依據(jù)

背包面料選擇中，在考慮面料強(qiáng)度等功能性因素的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮材料的觸摸舒適性，面料的觸感主要有輕薄或厚實、柔軟或偏硬、光滑或粗糙等感覺。觸覺是指皮膚淺表層的觸覺受體受到微弱的機(jī)械刺激產(chǎn)生的感覺[1]，在評價背包材質(zhì)等微觀結(jié)構(gòu)中起主導(dǎo)作用，觸覺感知的機(jī)械刺激依賴于材料的物理特性。

粗糙度、柔軟度和剛度是手感的三個基本參數(shù)[8]，目前對粗糙度的研究最多。在心理物理學(xué)研究中，粗糙度的主觀感覺似乎是沿著一個單一維度變化的，并且已經(jīng)被證明是隨著表面特性進(jìn)行可預(yù)測的變化[2]。背包常用布料中，1680D 雙股牛津布表面光滑，手感較硬，有明顯的顆粒感，原料是由兩根420D 的滌綸絲合為一根840D 的滌綸絲；用于箱包的錦綸牛津布由210D 的錦綸絲織成[9]，與1680D 雙股牛津布相比，粗糙感明顯下降，柔軟又不失挺括；而190T 滌塔夫面料手感柔軟，光滑細(xì)膩，原料為滌綸FDY63D/24F，也就是63D 的滌綸長絲；旦尼爾數(shù)（D）越小，紗線越細(xì)，紗線粗細(xì)是影響材料粗糙度的重要因素。從材料的微觀屬性出發(fā)，將不同粗糙度的面料根據(jù)知覺組織原理搭配，可以實現(xiàn)可預(yù)測得更加微妙、豐富的觸覺體驗，以及特定的觸覺交互。

3.2.3 以溫度覺的理論為依據(jù)

溫度覺的產(chǎn)生是由材料的表面溫度和皮膚表面溫度的差別來決定的，各部位皮膚表面溫度稱為生理零度。也就是說，材料表面溫度高于生理零度產(chǎn)生溫覺，低于則產(chǎn)生冷覺，等于則不產(chǎn)生溫度覺。

身體的不同部位對溫度刺激的敏感程度不同，且受刺激皮膚的面積越大，溫度覺越強(qiáng)烈。背包的溫度覺體驗主要涉及背部和手部。背部的生理零度大約為37 ℃，且背部皮膚比手部皮膚面積大，更容易產(chǎn)生熱覺，因此室溫條件下使用背包時，接觸背部的材料表面溫度在背包使用過程中的溫度應(yīng)稍低于37 ℃，并保證良好的透氣性；手部的生理零度大約為28 ℃[1]，因此室溫條件下，接觸手部的材料表面溫度應(yīng)保持在28 ℃左右。為獲得良好的膚覺體驗，在背包使用過程中，材料表面溫度應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度做出調(diào)整，如在夏季，背包稍涼的觸感會帶來舒適的膚覺體驗，而冬季恰恰相反。

4 結(jié)語

膚覺體驗對于雙肩背包的使用體驗至關(guān)重要，關(guān)于雙肩背包設(shè)計的背負(fù)方式和材料選擇還需要通過具體實驗進(jìn)一步驗證。除此之外，膚覺交互在雙肩背包設(shè)計中的運用也是需要進(jìn)一步研究的問題，這將會使雙肩背包的背負(fù)更為輕松，操作更加舒適自然，也將增進(jìn)用戶對健康負(fù)重方式的了解。