情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多視圖表達(dá)方法

董元發(fā)，譚澤榮，朱榮珍

(1.三峽大學(xué) 智能制造創(chuàng)新技術(shù)中心，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 機(jī)械與動力學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

隨著人工智能、情感計(jì)算、多模態(tài)交互等新興技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中大量應(yīng)用，機(jī)電產(chǎn)品行為日趨復(fù)雜與多元化，逐步在環(huán)境感知、邏輯推理、自主決策、人機(jī)交互等方面表現(xiàn)出不同程度的類人智能行為(簡稱為“智能交互產(chǎn)品”)[1-2]。智能交互產(chǎn)品在給人們帶來舒適和便捷的同時(shí)，也深深地影響人們的生活方式。消費(fèi)者不再僅僅滿足于產(chǎn)品功能和造型，而是希望產(chǎn)品具有更加人性化、智能化的行為過程，以獲得更高品質(zhì)的交互體驗(yàn)[3]。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中非常重要且極具創(chuàng)造性的階段，用戶參與概念設(shè)計(jì)過程的深度對消費(fèi)類機(jī)電產(chǎn)品最終用戶體驗(yàn)影響巨大。設(shè)計(jì)概念的形成過程是在用戶需求與設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意輸入雙重作用下，多模態(tài)設(shè)計(jì)元素在一定的時(shí)間和空間維度中不斷組合、生長、耦合的震蕩演化過程。從用戶體驗(yàn)的視角對設(shè)計(jì)概念進(jìn)行良好的組織與表達(dá)不僅有利于用戶更好地參與產(chǎn)品創(chuàng)新過程，幫助設(shè)計(jì)師及時(shí)獲得有效的設(shè)計(jì)反饋從而促進(jìn)設(shè)計(jì)過程更好的收斂[4-5]；而且可以促進(jìn)概念設(shè)計(jì)階段與產(chǎn)品用戶體驗(yàn)相關(guān)設(shè)計(jì)信息的完善，降低概念設(shè)計(jì)的不確定性和病態(tài)性。

交互行為的設(shè)計(jì)與評價(jià)是智能交互產(chǎn)品早期概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中，由于不同設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)習(xí)慣及表達(dá)形式的不同和他們對系統(tǒng)模型的理解差異[6]，導(dǎo)致他們最終選擇傳遞設(shè)計(jì)意圖的概念表達(dá)形式也會存在較大的差異[7]?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)概念表達(dá)手段大多面向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)人員，產(chǎn)品概念中與體驗(yàn)有關(guān)的設(shè)計(jì)信息比較分散或部分缺失，概念測試時(shí)以效果圖、產(chǎn)品配置表、動畫、油泥模型等單一概念視圖呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案難以被用戶全面感知，測試數(shù)據(jù)信度低，進(jìn)而影響設(shè)計(jì)決策。因此，提出一套支持設(shè)計(jì)師與用戶良好溝通的設(shè)計(jì)概念建模與多視圖表達(dá)方法對提升消費(fèi)類機(jī)電產(chǎn)品用戶體驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)水平具有重要意義。圍繞該問題，孫兆洋等提出設(shè)計(jì)思考過程模型，不僅能夠記錄設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)決策，還能夠描述設(shè)計(jì)過程背后的設(shè)計(jì)意圖[8]；張應(yīng)中等提出了一個(gè)基于本體的設(shè)計(jì)意圖元表達(dá)框架，實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中動態(tài)創(chuàng)建基于本體實(shí)例的設(shè)計(jì)意圖元資源描述框架圖，輸出基于Web本體描述語言和可擴(kuò)展標(biāo)記語言/資源描述框架格式的設(shè)計(jì)意圖元信息表示[9]；楊延璞等為減小用戶和設(shè)計(jì)師對產(chǎn)品形態(tài)方案的認(rèn)知差異，將產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)意圖分為設(shè)計(jì)需求意圖、設(shè)計(jì)編碼意圖和設(shè)計(jì)解碼意圖，建立了設(shè)計(jì)意圖模型，構(gòu)建了以滿足用戶需求意圖、體現(xiàn)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)編碼意圖及減小用戶解碼與設(shè)計(jì)師編碼之間差異為目標(biāo)的設(shè)計(jì)意圖模型求解算法[10]；馮念結(jié)合新的知識經(jīng)濟(jì)背景下用戶廣泛參與創(chuàng)新的趨勢，分析了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)表達(dá)的不足以及數(shù)字媒體技術(shù)的優(yōu)勢，通過利用將數(shù)字媒體技術(shù)引入設(shè)計(jì)表達(dá)而得到的數(shù)字媒體表達(dá)方法，來解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)表達(dá)所遇到的問題[11]；柴駿指出信息可視化中視覺設(shè)計(jì)的目的在于通過圖形化、圖表化手段將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成視覺的形式，提供良好的交互體驗(yàn)，將繁復(fù)的信息更有效地傳遞給信息受眾，以實(shí)現(xiàn)“用視覺去思考”[12]；Bilda等提出紙質(zhì)草圖有利于設(shè)計(jì)師的思考和修改[13]。Self等設(shè)計(jì)師采用草圖的表達(dá)形式來表達(dá)產(chǎn)品概念，他們認(rèn)為草圖這種模棱兩可的意圖表達(dá)形式比其他具體的設(shè)計(jì)表示(如工程圖紙)更易于解釋[14-16]。Lindgaard和 Giorgini等人從概念設(shè)計(jì)師的角度出發(fā)，對產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段的用戶需求進(jìn)行分析，分別從需求的獲取、分析、整理以及表達(dá)形式進(jìn)行了研究，為后期產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的需求輸入[17-18]。針對復(fù)雜產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)過程中由多個(gè)部門多個(gè)學(xué)科融合的問題，Li等人提出了功能微知識單元的概念以及知識的表示方法，通過利用本體的方法完成功能—行為—結(jié)構(gòu)(FBS)的推理和表達(dá)[19]。隨著FBS模型及其衍生模型的出現(xiàn)，這種用于表達(dá)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)相關(guān)信息的功能結(jié)構(gòu)樹在設(shè)計(jì)師之間廣泛運(yùn)用[20-22]。李訊和李杏等人基于人的多角度多層次的認(rèn)知模型，構(gòu)建了科學(xué)效應(yīng)知識的多粒度組織表達(dá)模型。通過對各層次的知識進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)效應(yīng)知識的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)概念信息知識概念層、語義層及實(shí)例層的表達(dá)[23-24]。Du等設(shè)計(jì)人員在溝通產(chǎn)品的操作方式和功能目標(biāo)時(shí)借鑒了設(shè)計(jì)語義學(xué)的知識[25]。針對不同設(shè)計(jì)參與者關(guān)注視角的不同，姜莉莉等人構(gòu)建了基于多視角的概念設(shè)計(jì)表達(dá)層次模型[26]。此外，紀(jì)豐偉等通過VR/AR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向用戶傳遞產(chǎn)品概念[27-28]。這些產(chǎn)品概念表達(dá)形式的選擇與設(shè)計(jì)師表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的具體內(nèi)容有很大聯(lián)系[29-31]。

綜上所述，智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念表達(dá)需要充分考慮概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念的特點(diǎn)和普通用戶的認(rèn)知習(xí)慣，靈活運(yùn)用各種表達(dá)形式系統(tǒng)地表達(dá)與用戶體驗(yàn)相關(guān)的底層設(shè)計(jì)概念信息，以便用戶獲得接近未來真實(shí)產(chǎn)品的體驗(yàn)進(jìn)而獲得設(shè)計(jì)反饋，否則將失去用戶參與早期協(xié)同創(chuàng)新的意義。本文從設(shè)計(jì)參與者、設(shè)計(jì)階段和設(shè)計(jì)信息模態(tài)結(jié)構(gòu)等三個(gè)維度構(gòu)建設(shè)計(jì)概念多維信息空間，提出消費(fèi)類機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多視圖表達(dá)方法，用于在不同設(shè)計(jì)階段向不同的設(shè)計(jì)參與者提供適配其認(rèn)知特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案視圖，從而獲得有效的設(shè)計(jì)反饋。

1 情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法

智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)是一個(gè)具有復(fù)雜性、信息不完全和創(chuàng)新性的推理求解過程[32]。智能交互產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，智能交互產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)涉及多部門、跨學(xué)科的交流合作，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程迭代次數(shù)多、創(chuàng)新難度大。其次，在考慮智能交互產(chǎn)品的用戶需求時(shí)，不僅要考慮產(chǎn)品具備哪些功能，同時(shí)還要考慮產(chǎn)品的可靠性、維修性、安全性等多方面因素。鑒于解決這些因素的方案之間還可能互相矛盾，且這些因素與各功能需求對最終產(chǎn)品的重要度排序不一，使得智能交互產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)輸入階段就面臨復(fù)雜性。最后，智能交互產(chǎn)品是一個(gè)融合機(jī)械、電子、控制等多個(gè)學(xué)科知識的綜合體，在設(shè)計(jì)過程中學(xué)科間必須及時(shí)交換設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)參數(shù)等信息，再加上普通用戶不具備相關(guān)專業(yè)知識難與參與早期創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程，因而在求解過程中需要考慮面向不同設(shè)計(jì)參與者尤其是普通用戶傳遞交流產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念信息。

1.1 情境的定義

在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不同的研究者對情境有不同的定義。國外有學(xué)者認(rèn)為情境是用戶在特定動機(jī)和固定條件下執(zhí)行或想要執(zhí)行的任務(wù)[33]；一些學(xué)者定義情境是用戶和用戶活動內(nèi)容的描述[34]；還有一些學(xué)者則定義情境是實(shí)體目前狀態(tài)的所有信息，包括產(chǎn)品、用戶以及發(fā)生人機(jī)交互過程的時(shí)間、位置和活動等信息[35]；國內(nèi)學(xué)者譚浩認(rèn)為情境是指人在一定的環(huán)境和條件下進(jìn)行某種活動的相關(guān)因素和信息的總和，是一種在記憶中構(gòu)建的心理表征[36]。這些情境的定義本質(zhì)上具有一定的相關(guān)性，為了研究和論述方便，本文中的情境主要是指在一定的時(shí)間和空間下，人、產(chǎn)品和環(huán)境三者之間交互活動的總稱。

用戶、產(chǎn)品與環(huán)境之間的交互關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，用戶體驗(yàn)的發(fā)生離不開用戶本身、產(chǎn)品及產(chǎn)品的使用情境，而交互活動則是用戶體驗(yàn)發(fā)生的前提。如圖1所示，產(chǎn)品以其形態(tài)顏色、氣味、聲音、材質(zhì)等表現(xiàn)出來一定的產(chǎn)品行為，用戶的感官通道感知后通過情境觸發(fā)事件與用戶發(fā)生關(guān)系；此外，產(chǎn)品的智能感知模塊也能捕獲感知用戶表情、情緒、肢體動作、語言指令等用戶行為，從而主動發(fā)出交互請求與用戶發(fā)生關(guān)系。根據(jù)認(rèn)知信息加工理論，在產(chǎn)品與人的交互過程中，產(chǎn)品信息經(jīng)過用戶的多感官通道接收并作短暫的存儲，一些引起用戶注意的重要信息會進(jìn)入知覺過程。產(chǎn)品信息經(jīng)過知覺加工后形成初步產(chǎn)品體驗(yàn)并轉(zhuǎn)入短時(shí)記憶，該過程會與已有記憶發(fā)生關(guān)聯(lián)，形成長時(shí)記憶。用戶在已有記憶的影響下形成決策并通過效應(yīng)器傳達(dá)交互指令，產(chǎn)品在接受指令后改變自身屬性并再次被用戶所感知，在不斷的交互過程中，即形成了該情境下用戶對產(chǎn)品的綜合體驗(yàn)。

圖1 融合情境的產(chǎn)品多感官體驗(yàn)生成過程

對智能交互產(chǎn)品來說，除了滿足用戶需求的基本功能外，更重要的是給用戶帶來好的用戶體驗(yàn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，將“情境”概念引入設(shè)計(jì)過程中，可以幫助設(shè)計(jì)師在需求識別、概念產(chǎn)生以及概念評價(jià)等階段，將設(shè)計(jì)方案放入“情境”中構(gòu)建人機(jī)交互行為，深入理解用戶交互過程中的動機(jī)，分析不同交互方式給用戶帶來的用戶體驗(yàn)的好壞。因此，將情境引入智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中，可以幫助設(shè)計(jì)師梳理交互過程中用戶、產(chǎn)品、環(huán)境三者之間的關(guān)系，最終設(shè)計(jì)出用戶滿意的產(chǎn)品。

1.2 情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)框架

在概念生成階段，功能結(jié)構(gòu)求解的方法有很多，本文以傳統(tǒng)FBS求解過程為基礎(chǔ)，將情境交互的思想引入其中，建立情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法。如圖2所示，將求解過程分為情境體驗(yàn)層、功能抽象分解層、行為鏈構(gòu)建層、結(jié)構(gòu)求解層以及方案生成層，層與層之間通過構(gòu)建設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣逐層映射求解得到智能交互產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)方案，包括使用情境、功能、行為鏈和結(jié)構(gòu)信息等。其中各層說明如下：

(1)情境體驗(yàn)層：對具體情境進(jìn)行深入分析，智能交互產(chǎn)品人機(jī)交互情境由多個(gè)情境案例組成，每個(gè)情境案例又由多個(gè)元情境構(gòu)成。在元情境中包含用戶情境、產(chǎn)品情境、環(huán)境情境。為了突出情境案例中的人機(jī)交互過程，對產(chǎn)品的行為、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)劃分。這里的交互行為與交互結(jié)構(gòu)是與用戶產(chǎn)生聯(lián)系的部分，內(nèi)部行為、內(nèi)部結(jié)構(gòu)則是產(chǎn)品內(nèi)部獨(dú)立完成的部分。交互行為與產(chǎn)品內(nèi)部行為共同組成產(chǎn)品的行為，交互結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)共同組成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

圖2 情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法框架

(2)功能抽象分解層：將情境案例中的產(chǎn)品功能提取出來進(jìn)行分解，得到不可再分解的功能元用于后續(xù)求解。

(3)行為鏈構(gòu)建層：將人、產(chǎn)品和環(huán)境三者信息組織在一起，構(gòu)成人機(jī)環(huán)境動態(tài)交互行為鏈視圖和功能結(jié)構(gòu)視圖，用于與不同需求的設(shè)計(jì)參與者溝通交流。

(4)結(jié)構(gòu)求解層：在行為鏈的構(gòu)建過程中對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，得到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息，在交互結(jié)構(gòu)上需要考慮用戶與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)接觸給用戶帶來用戶體驗(yàn)的好壞。

(5)方案生成層：通過各層間的映射求解形成不同的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)參與者從多個(gè)角度對方案進(jìn)行評審從而選擇最佳方案。

與FBS模型求解過程相似，情景驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)通過需求得到的產(chǎn)品使用情境→功能→行為→結(jié)構(gòu)的映射過程中，也存在單對多、多對單以及多對多的情況，為了解決這種多—多映射問題，結(jié)合文獻(xiàn)[37]給出的拆分合并的處理方法，具體步驟如下：

Step1：通過需求域得到的產(chǎn)品使用情境分解形成Sc1，Sc2，…，Scn個(gè)元情境；

Step2：Sc1，Sc2，…，Scn通過梳理，得到產(chǎn)品情境、用戶情境、環(huán)境情境信息；

Step3：從情境域得到的產(chǎn)品總功能分解形成F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n個(gè)子功能；

在概念設(shè)計(jì)階段通過以上8個(gè)步驟，求解得到產(chǎn)品的使用情境、功能、行為鏈和結(jié)構(gòu)信息等產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念，用于構(gòu)建智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念視圖進(jìn)行概念評價(jià)。

2 智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多維信息空間

2.1 設(shè)計(jì)概念多維信息空間總體框架與提取機(jī)制

不同的設(shè)計(jì)參與者在不同的設(shè)計(jì)階段獲取的設(shè)計(jì)概念視圖是不一樣的，需要考慮設(shè)計(jì)概念的形態(tài)及包含的設(shè)計(jì)信息量。如圖3所示，智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念的多視圖表達(dá)主要考慮設(shè)計(jì)參與者、設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)信息模態(tài)等三個(gè)維度。設(shè)計(jì)參與者主要包含用戶與設(shè)計(jì)師兩類角色，其中用戶是需求來源的主體，還可以幫助設(shè)計(jì)師及時(shí)修正設(shè)計(jì)偏差、促進(jìn)產(chǎn)品概念信息的完善。設(shè)計(jì)師是創(chuàng)新設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)表達(dá)的主體，通過概念測試評價(jià)收集用戶、產(chǎn)品經(jīng)理及其他利益相關(guān)者的設(shè)計(jì)反饋并優(yōu)化設(shè)計(jì)概念。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步求精的過程，不同設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)不同，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)表達(dá)的側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)概念的表達(dá)形式也有所區(qū)別，其蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)信息模態(tài)結(jié)構(gòu)自然也有所不同，如需求識別階段為需求語義表、用例圖等，概念產(chǎn)生階段有功能結(jié)構(gòu)樹、草圖、效果圖等。

智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多視圖表達(dá)的本質(zhì)是對多維設(shè)計(jì)信息空間的提取和重構(gòu)。如圖4所示為設(shè)計(jì)概念的多視圖信息提取機(jī)制，首先根據(jù)設(shè)計(jì)參與者角色類型和所處設(shè)計(jì)階段定位當(dāng)前的設(shè)計(jì)信息模態(tài)結(jié)構(gòu)，然后按照模態(tài)結(jié)構(gòu)提取相應(yīng)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行重構(gòu)，形成適配當(dāng)前設(shè)計(jì)參與者角色的設(shè)計(jì)概念視圖，支持設(shè)計(jì)參與者尤其是普通用戶參與設(shè)計(jì)概念的評價(jià)。其中，視圖1為需求語義視圖，視圖2為功能行為結(jié)構(gòu)樹視圖，視圖3為動態(tài)交互行為鏈視圖，視圖4為設(shè)計(jì)草圖類視圖，視圖5為交互情境視圖。

圖3 設(shè)計(jì)概念多維信息空間總體框架 圖4 設(shè)計(jì)概念多視圖信息提取機(jī)制

2.2 設(shè)計(jì)概念多維信息結(jié)構(gòu)定義

設(shè)計(jì)概念蘊(yùn)含的多維設(shè)計(jì)信息主要包含：用戶需求、功能、原理、行為、結(jié)構(gòu)以及使用過程中涉及的用戶和環(huán)境信息，其形式化定義如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)概念多維信息結(jié)構(gòu)定義

3 智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多視圖構(gòu)建

3.1 需求語義視圖

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的第一步是需求分析。由于不同類型的用戶對智能交互產(chǎn)品的了解程度、關(guān)注點(diǎn)、功能使用不同，其專業(yè)知識和需求表達(dá)的差異，以及對最終用戶的重要度和價(jià)值不同，導(dǎo)致不同用戶對產(chǎn)品的需求在針對性、目的性、有效性以及優(yōu)先性等方面存在著顯著的差異，為智能交互產(chǎn)品用戶需求獲取及整理帶來極大的挑戰(zhàn)和難度。如表2所示，采用表格視圖表征智能交互產(chǎn)品的需求語義，表中用戶信息主要用于后期需求聚類和感性需求分析，情境、功能需求和交互行為則是用戶對未來在何種情境采用何種動態(tài)行為過程達(dá)到何種功能的期望描述。

表2 智能交互產(chǎn)品用戶需求語義模板

3.2 動態(tài)交互行為鏈視圖

3.2.1 語法規(guī)則

動態(tài)交互行為鏈視圖以情境交互為中心組織相關(guān)設(shè)計(jì)信息，其表示方法由實(shí)體詞和實(shí)體間的關(guān)系組成，設(shè)計(jì)師可根據(jù)需要通過修改實(shí)體信息構(gòu)建不同的概念視圖。實(shí)體間的關(guān)系如表3所示，分為交互類、組合類和響應(yīng)類3類，由字母和“_”組成。

表3 關(guān)系類型

實(shí)體詞包括表1中的[用戶][用戶需求][情境][功能][行為][原理][結(jié)構(gòu)][環(huán)境]等。每個(gè)實(shí)體詞都包含各自的屬性信息，以及唯一的ID編號。具體來說：

[情境]信息可形式化表示為：Scenario={SC，USI，PSI}，其中，SC表示情境案例，基本屬性包含“情境編號，情境名稱，創(chuàng)建時(shí)間，環(huán)境編號，事件描述，交互行為”。為了構(gòu)建常用的典型環(huán)境，對環(huán)境編號進(jìn)行詳細(xì)描述，包含“環(huán)境編號，環(huán)境名稱，環(huán)境描述”相關(guān)屬性，環(huán)境描述包括時(shí)間、地點(diǎn)、天氣等信息。USI(User-Scenario-Information)表示情境案例中用戶的相關(guān)信息，具體包含“[用戶][用戶感官通道][用戶意圖][用戶行為][用戶感覺]”5個(gè)實(shí)體。其中，用戶感官通道(User-Sensory-Modality，USM)可形式化表示為：USM={MV，MA，MS，MT}，分別代表視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等類別實(shí)體；用戶行為(User-Response-Channel，URC)可形式化表示為：URC={CE，CB，CV，CA}，分別代表表情情緒、肢體動作、語音行為、APP交互行為等類別實(shí)體。

情境案例中產(chǎn)品相關(guān)信息(Product-Scenario-Information)可形式化表示為：PSI={P，F(xiàn)，B，Bp，S}，分別表示[產(chǎn)品][功能][行為][原理]和[結(jié)構(gòu)]5大類主要實(shí)體。其中，產(chǎn)品的基本屬性包含“產(chǎn)品編號，產(chǎn)品描述，產(chǎn)品外觀顏色，產(chǎn)品外觀形態(tài)，產(chǎn)品體積，產(chǎn)品重量，有害物質(zhì)，產(chǎn)品價(jià)格，產(chǎn)品參數(shù)，產(chǎn)品噪音，產(chǎn)品氣味，產(chǎn)品其他信息”。

其中，產(chǎn)品其他信息中包含實(shí)體[產(chǎn)品狀態(tài)]用以表達(dá)產(chǎn)品當(dāng)前工作狀態(tài)是否良好。產(chǎn)品行為可形式化表示為B={Interactive Behaviour，Inner Behaviour}，分別表示[交互行為]和[內(nèi)部行為]兩個(gè)實(shí)體。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可可形式化表示為S={Interactive Structure，Inner Structure}，分別表示[交互結(jié)構(gòu)]和[內(nèi)部結(jié)構(gòu)]兩個(gè)實(shí)體。產(chǎn)品[功能][行為][原理]和[結(jié)構(gòu)]四類實(shí)體包含的屬性信息見表1中“包含屬性”所示。

以情境交互為中心的動態(tài)交互行為鏈構(gòu)圖邏輯為：

①根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案補(bǔ)全各實(shí)體屬性并存儲在多維信息空間中。如：[結(jié)構(gòu)A]，屬性有“Sid=2，Sd=逗貓棒，Sc={—，r=0.5cm&h=5cm，白色，10g，5元，—，無毒聚碳酸酯，—，—，0db，5年以上，—，—}，Sf=逗貓功能，Sp=逗貓機(jī)器人，Sbp=電機(jī)驅(qū)動”，其中“—”表示該信息未知，需要通過后期設(shè)計(jì)活動補(bǔ)充完善；

②根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，定義各實(shí)體間的語義關(guān)系。如：[功能A]-[：Is_achieved_by]->[行為B]，關(guān)系箭頭由[功能A]指向[行為B]，表示[功能A]由[行為B]實(shí)現(xiàn)；

③概念視圖傳遞信息的動態(tài)性從用戶行為來體現(xiàn)，如：[用戶行為A]-[：Take_place_after]->[用戶行為B]，關(guān)系箭頭由[用戶行為A]指向[用戶行為B]，表示[用戶行為A]下一步是[用戶行為B]。

3.2.2 面向用戶的動態(tài)交互行為鏈視圖

面向用戶的動態(tài)交互行為鏈視圖主要向普通用戶展示特定情境下與產(chǎn)品的交互過程，如圖5左半部分所示。其中，用戶在特定的情境中產(chǎn)生交互意圖，并通過交互行為作用于產(chǎn)品的交互結(jié)構(gòu)(如按鈕、手柄、麥克風(fēng)等)，進(jìn)而驅(qū)動產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生響應(yīng)交互行為并作用于用戶感官通道，形成動態(tài)交互過程。

3.2.3 面向?qū)I(yè)人員的功能行為結(jié)構(gòu)視圖

面向?qū)I(yè)人員的功能行為結(jié)構(gòu)視圖主要向?qū)I(yè)人員(概念設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、工藝設(shè)計(jì)師、制造經(jīng)理等)展示產(chǎn)品內(nèi)部的功能結(jié)構(gòu)及行為過程。如圖5右半部分所示，主要包含實(shí)現(xiàn)用戶和產(chǎn)品在不同情境下的動態(tài)交互行為過程所需的產(chǎn)品功能，以及求解功能相關(guān)的行為、原理和結(jié)構(gòu)等信息。

圖5 動態(tài)交互行為鏈視圖

3.3 設(shè)計(jì)草圖視圖

經(jīng)過功能結(jié)構(gòu)求解后，設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)常由一系列與目標(biāo)產(chǎn)品相關(guān)形態(tài)、使用過程和技術(shù)等粗略描述的概念形態(tài)來表示。設(shè)計(jì)草圖作為這個(gè)過程中能將內(nèi)在的概念外顯化的有效手段，是設(shè)計(jì)師產(chǎn)生靈感的關(guān)鍵活動，能夠直觀地表達(dá)產(chǎn)品外形、色彩、材質(zhì)、使用情境、交互過程等方面的概念信息。

草圖的構(gòu)建過程分為“起稿、勾勒、調(diào)整、細(xì)節(jié)、施加紋理和注釋”6個(gè)基本步驟[38]，并且概念草圖的創(chuàng)作過程是非連續(xù)、非線性的[39]，在設(shè)計(jì)概念生成階段不斷生長完善。如表4所示，設(shè)計(jì)草圖視圖采用結(jié)構(gòu)化形式表達(dá)，包括主視圖、側(cè)視圖、細(xì)節(jié)圖、三視圖、爆炸圖、用戶畫像、使用情境等類型。

表4 設(shè)計(jì)草圖視圖類型

4 原型應(yīng)用案例

隨著人們生活水平的提高，越來越多的人選擇飼養(yǎng)寵物貓，隨之而來產(chǎn)生了寵物健康管理等需求。逗貓機(jī)器人正是這一需求的產(chǎn)物，作為一款智能交互產(chǎn)品，能夠滿足用戶逗貓娛樂以及寵物貓健康管理等功能。本文以某逗貓機(jī)器人概念設(shè)計(jì)過程為例，描述逗貓機(jī)器人設(shè)計(jì)概念的多視圖構(gòu)建過程，以驗(yàn)證所提多視圖表達(dá)方法的可行性。

4.1 逗貓機(jī)器人需求語義視圖

設(shè)計(jì)師在需求識別階段根據(jù)收集的用戶需求進(jìn)行整理，得到逗貓機(jī)器人主要使用情境，如表5所示，包括：①用戶在家可以通過遙控手柄驅(qū)動逗貓機(jī)器人進(jìn)行逗貓、喂食；②用戶上班后逗貓機(jī)器人能夠智能陪伴寵物、運(yùn)動指引、定時(shí)喂食以及收集健康數(shù)據(jù)等。

表5 逗貓機(jī)器人的需求語義視圖

4.2 概念設(shè)計(jì)求解

采用情境驅(qū)動的FBS映射方法求解得到逗貓機(jī)器人的概念設(shè)計(jì)方案，如圖6所示。

圖6 逗貓機(jī)器人概念設(shè)計(jì)方案

4.3 逗貓機(jī)器人動態(tài)交互行為鏈視圖

圖7為根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)果生成的功能行為結(jié)構(gòu)視圖，用于設(shè)計(jì)師、產(chǎn)品經(jīng)理等專業(yè)人員交流。其中產(chǎn)品實(shí)體屬性為“Pid=1，Pd={可以智能逗貓的機(jī)器人，—，—，—，—，無害，1 599元，—，小于45db，無特殊氣味}”；功能實(shí)體屬性為“Fid=2，F(xiàn)d=智能逗貓，F(xiàn)a={逗貓棒，電能，搖晃指令}，F(xiàn)p=Pid=1，F(xiàn)s=Sid=2，F(xiàn)b=Bid=2”；交互結(jié)構(gòu)實(shí)體[逗貓棒]的屬性為“Sid=2，Sd=逗貓棒，Sc={—，r=0.5cm&h=5cm，白色，10g，5元，—，無毒聚碳酸酯，—，—，0db，5 a以上，—，—}，Sf=逗貓功能，Sp=逗貓機(jī)器人，Sbp=電機(jī)驅(qū)動”；內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)體[IMX 219-70 Camera]的屬性為“Sid=3，Sd=能識別寵物和障礙物等對象的相機(jī)，Sc={(800萬像素，77度視場角，畸變小于13.6%，3.3v供電)，CMOS尺寸1/4英寸，—，—，95元，—，—，—，—，0db，5a以上，—，—}，Sf=逗貓功能，Sp=逗貓機(jī)器人，Sbp=電機(jī)驅(qū)動”。

圖8為根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)果生成的動態(tài)行為交互鏈視圖。其中，情境實(shí)體[情境①]的屬性為“Scid=1，Scd=搖控逗貓，time=20200301，E=“Eid=1，Ed={周末，休閑在家，下雨}”，Event=午飯后通過遙控逗貓娛樂，Interactive Behaviour=遙控指令機(jī)器運(yùn)動”；USI(User-Scenario-Information)表示情境案例中用戶的相關(guān)信息，包含實(shí)體“[張某]”“[手]”“[搖控逗貓]”“[操作遙控]”“[開心]”其中用戶描述屬性為“Uid=1，Ud={張某，男，27歲，一線城市獨(dú)居租房，金融行業(yè)，本科學(xué)歷、月收入1.2w}，Usc=Sid=1，—”；PSI(Product-Scenario-Information)表示情境案例中產(chǎn)品相關(guān)信息，面向用戶概念視圖中，Interactive Behaviour為[遙控指令機(jī)器運(yùn)動]、Interactive Structure為[遙控器USB]、Inner Structure為[邊緣處理器]，其中[邊緣處理器]的屬性為“Sid=1，Sd=邊緣處理器，Sc={(128-core NVIDIA Maxwell GPU，4GB 64-bit LPDDR4 25.6GB/s)，70mm*45mm，—，17g，800元，—，—，—，—，—，5 a以上，—，—}，Sf=逗貓功能，Sp=逗貓機(jī)器人，—”。

圖8 逗貓機(jī)器人的面向用戶的動態(tài)交互行為鏈視圖

為了讓用戶有更直觀的感受，將一定階段求解得到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念信息組織更直觀的Sc_FBS動態(tài)交互行為鏈視圖供用戶查看，如圖9所示。

圖9 逗貓情境Sc_FBS動態(tài)交互行為鏈視圖(用戶查看)

4.3 逗貓機(jī)器人設(shè)計(jì)草圖視圖

完成逗貓機(jī)器人的功能原理方案和行為過程求解后，采用如圖10所示的主視圖、細(xì)節(jié)圖、使用情境等視圖表達(dá)產(chǎn)品外觀造型、細(xì)節(jié)及使用情境等信息，用于后續(xù)概念測試評價(jià)。

圖10 設(shè)計(jì)草圖視圖—以逗貓機(jī)器人為例(作者手繪)

為進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)概念多視圖表達(dá)方法的可操作性，作者開發(fā)了智能交互產(chǎn)品概念形態(tài)建模原型系統(tǒng)，圖11為該系統(tǒng)主要功能界面。

圖11 智能交互產(chǎn)品概念形態(tài)建模系統(tǒng)主要功能界面

5 結(jié)論

根據(jù)不同設(shè)計(jì)參與者的認(rèn)知特點(diǎn)和需求對設(shè)計(jì)概念進(jìn)行良好的組織與表達(dá)有利于在設(shè)計(jì)早期多方主體協(xié)同開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動，對提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)效率具有重要意義。不同于普通產(chǎn)品，交互行為設(shè)計(jì)是智能交互產(chǎn)品早期概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)表達(dá)方法更多注重對設(shè)計(jì)結(jié)果的靜態(tài)展現(xiàn)或?qū)Α叭绾斡谩钡膭討B(tài)交互過程展示不足，導(dǎo)致難以在設(shè)計(jì)早期獲得用戶對智能交互產(chǎn)品行為設(shè)計(jì)方案的高質(zhì)量反饋。本文研究工作與主要結(jié)論可歸納如下：

(1)針對概念設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)信息的模糊性和分散性等特點(diǎn)，給出了情境的定義并以情境為中心圍繞人機(jī)交互過程組織設(shè)計(jì)信息，建立了情境驅(qū)動的智能交互產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)框架。

(2)從設(shè)計(jì)參與者、設(shè)計(jì)階段和設(shè)計(jì)信息模態(tài)結(jié)構(gòu)等三個(gè)維度構(gòu)建了設(shè)計(jì)概念多維信息空間，建立了設(shè)計(jì)概念多維信息結(jié)構(gòu)及其提取機(jī)制；提出了以需求語義、動態(tài)交互行為鏈、設(shè)計(jì)草圖等為核心的智能交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念多視圖表達(dá)方法，其中需求語義視圖注重描述用戶對智能交互產(chǎn)品的期望交互行為，動態(tài)交互行為鏈注重對設(shè)計(jì)交互行為過程的描述，設(shè)計(jì)草圖注重對交互情境的描述。

(3)將所開發(fā)的智能交互產(chǎn)品概念形態(tài)建模原型系統(tǒng)應(yīng)用于某逗貓機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程，結(jié)果表明本文所提多視圖表達(dá)方法在綜合利用早期概念設(shè)計(jì)信息展現(xiàn)智能交互產(chǎn)品的動態(tài)交互過程方面具有明顯的優(yōu)勢。