用戶體驗(yàn)基礎(chǔ)篇·人體結(jié)構(gòu)特性

2023-3-2 鶴鶴

關(guān)于用戶體驗(yàn)

隨著技術(shù)及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器等的要求，從單純的「可以用」逐漸變?yōu)橄胍?nbsp;更好用、容易用、用得舒服」等更加豐富的使用體驗(yàn)，也就是常聽到的好的「用戶體驗(yàn) 」。
「用戶體驗(yàn)（User Experience ）」這個(gè)概念，最早由唐納德·諾曼（Donald Arthur Norman）提出，他希望用這個(gè)詞，來(lái)涵蓋個(gè)人使用系統(tǒng)時(shí)的體驗(yàn)、各個(gè)方面的體驗(yàn) ，包括工業(yè)設(shè)計(jì)圖形、交互界面、物理交互，以及與人的交互。

而「用戶體驗(yàn) 」產(chǎn)生的基礎(chǔ)，是「用戶使用了機(jī)器」，即人跟機(jī)器有發(fā)生接觸、交流、互動(dòng)等，然后用戶會(huì)形成主觀上的體會(huì)、感受。這里的「機(jī)器」泛指各種「產(chǎn)品」，類比諾曼所說(shuō)的，即物理界面、虛擬界面、系統(tǒng)、硬件等。
因此，好的「用戶體驗(yàn) 」是基于好的交互設(shè)計(jì)。而對(duì)交互設(shè)計(jì)「好/壞」的影響因素，涉及到人、產(chǎn)品、使用環(huán)境這三者，也就是人機(jī)工程的內(nèi)容。
概括一下百科對(duì)「人機(jī)工程學(xué) 」的解釋：

將 「使用物的人」和 「設(shè)計(jì)的物」以及 「人與物共處的環(huán)境」作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究（人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)）。在人、機(jī)、環(huán)境這三個(gè)要素 本身特性 的基礎(chǔ)上，科學(xué)地利用三個(gè)要素間的 有機(jī)聯(lián)系，來(lái)尋求系統(tǒng)的 最佳參數(shù)。

其中關(guān)于人的「本身特性」包括人體結(jié)構(gòu)和機(jī)能特性。主要有人體各部位的尺寸、重量、面積、活動(dòng)、相互關(guān)系等，眼耳鼻舌身對(duì)應(yīng)的視、聽、嗅、味、觸覺，以及動(dòng)作習(xí)慣和認(rèn)知。這部分大愚認(rèn)為可以把「結(jié)構(gòu)特性」當(dāng)作人的硬件，具有一定的普遍/通用性；而「認(rèn)知」則是人的軟件，個(gè)體間存在一定差異。

然后，就到了這篇文章的主要內(nèi)容，人的「結(jié)構(gòu)特性」部分。

注：下文中提及的人體結(jié)構(gòu)特征是基于大部分人的情況描述，內(nèi)容也是圍繞人機(jī)交互有關(guān)的方面，不是人體結(jié)構(gòu)特征的全面介紹。

人體結(jié)構(gòu)特性

人體結(jié)構(gòu)中對(duì)人機(jī)交互產(chǎn)生影響的主要有眼、耳、身（皮膚）對(duì)應(yīng)的：視覺、聽覺、觸覺，以及四肢、頸椎的尺寸、受力情況和活動(dòng)幅度等。下文將對(duì)這四部分的基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行整理，還有聊聊一些交互、體驗(yàn)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。

人與周圍環(huán)境發(fā)生聯(lián)系的感覺通道，最重要的就是「視覺」，約占80%的信息是通過(guò)視覺來(lái)獲得。因此「視覺顯示」是人機(jī)交互系統(tǒng)中用的最廣泛的一種形式。

視覺的形成

感受光（電磁波）

人眼正常感受光譜的波長(zhǎng)約在400nm-780nm之間（大概這個(gè)范圍，網(wǎng)上相關(guān)資料關(guān)于這個(gè)數(shù)值存在微小差異），對(duì)應(yīng)的色相是紫色-深紅色，也就是常說(shuō)的彩虹色。

而負(fù)責(zé)感受光的細(xì)胞是視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞。

視錐細(xì)胞，約占95%，復(fù)雜感受強(qiáng)光及有顏色（彩色）的視覺，在環(huán)境光線亮?xí)r起作用，用來(lái)區(qū)分色彩。研究數(shù)據(jù)表明視錐細(xì)胞對(duì)光譜中波長(zhǎng)為555nm的「黃綠色」部分最敏感。

視桿細(xì)胞，約占5%，復(fù)雜感受弱光及沒有顏色（黑白）的視覺，在環(huán)境光線暗時(shí)起作用，用來(lái)區(qū)分黑白。研究數(shù)據(jù)表明視桿細(xì)胞對(duì)光譜中波長(zhǎng)為507nm的「青綠色」部分最敏感，對(duì)極弱的光刺激敏感。

如果涉及一些特定的工作環(huán)境（昏暗）的應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，就可以考慮下此時(shí)作用細(xì)胞的特性，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)設(shè)置。

識(shí)別物體

正常情況下，瞳孔會(huì)根據(jù)環(huán)境中的光量來(lái)調(diào)整大小。當(dāng)有光線較強(qiáng)時(shí)，瞳孔會(huì)收縮變窄；當(dāng)光線很暗時(shí)，瞳孔會(huì)膨脹來(lái)讓更多的光進(jìn)入眼球。
可以把這個(gè)理解為一個(gè)保護(hù)機(jī)制，在強(qiáng)光下，通過(guò)收縮來(lái)減少光對(duì)眼睛的高強(qiáng)度刺激；而弱光下，對(duì)感光細(xì)胞刺激不足，為了不讓眼睛過(guò)分費(fèi)力地去尋找目標(biāo)和識(shí)別目標(biāo)而引起視覺疲勞，所以瞳孔會(huì)放大，讓更多的光進(jìn)入。
而接收光的刺激，看到物體后，是否可以準(zhǔn)確獲取信息（看清物體、識(shí)別文本、圖像等）則跟視敏度相關(guān)。

視敏度，就是眼睛能分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，也就是看清物體的能力。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，增強(qiáng)亮度可以提高視敏度。也就是說(shuō)，亮度越強(qiáng)，人眼對(duì)物體的識(shí)別能力就越強(qiáng)。

下面提到兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中「正對(duì)比極性」，指在淺色背景上顯示深色字體文本，就是對(duì)應(yīng)我們界面設(shè)計(jì)中的「淺色模式」；而「負(fù)對(duì)比極性」，指在深色背景上顯示淺色字體文本，即「深色/暗黑模式」。

實(shí)驗(yàn)1. 德國(guó)杜塞爾多夫精神病研究所的Cosima Piepenbrock等相關(guān)人員，對(duì)「對(duì)比極性對(duì)視敏度和校對(duì)的影響」的研究結(jié)果表明：人眼在「淺色模式」下的視敏度要優(yōu)于「暗黑模式」下，字體越小，淺色模式的優(yōu)勢(shì)就更明顯。
實(shí)驗(yàn)2. Agelab實(shí)驗(yàn)室的喬納森·多布雷斯（Jonathan Dobres）等相關(guān)人員，對(duì)「環(huán)境光照條件（模擬白天/夜間）是否影響正對(duì)比度極性的優(yōu)勢(shì)」的研究表明：夜間，深色模式下閱讀小字體文本比淺色模式下閱讀要困難得多。而人們對(duì)文本的識(shí)別，「淺色模式」下比在「深色模式「要快，白天比晚上更快。

對(duì)上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以用環(huán)境光的強(qiáng)弱對(duì)視敏度的影響來(lái)理解：為方便理解，可以假設(shè)我們的界面尺寸足夠大，大到覆蓋我們視野范圍，那就可以將淺色模式中的淺色背景類比為白天（環(huán)境光度亮），深色模式中的深色類比為夜間（環(huán)境光度弱），而屏幕內(nèi)的文本、信息，就是我們要識(shí)別的物體。亮度越強(qiáng)，人眼對(duì)物體的識(shí)別能力（視敏度）就越強(qiáng)。

從上面的實(shí)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)論在白天或夜間環(huán)境下，「淺色模式」都要比「深色模式」更好用。

但根據(jù)德國(guó)蒂賓根大學(xué)的Andrea Aleman等相關(guān)人員的一項(xiàng)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間處于「淺色模式」下可能會(huì)導(dǎo)致近視。其表現(xiàn)為，閱讀「淺色模式」下的文本時(shí)，脈絡(luò)膜（跟近視有關(guān)的一層膜）會(huì)明顯變??；而閱讀「深色模式」下的文本時(shí)，這層膜明顯變厚。

可以理解為長(zhǎng)時(shí)間處于「淺色模式」下，意味著視敏度的持續(xù)維持在較高狀態(tài)，就像人在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度工作下可能會(huì)導(dǎo)致健康受損一樣，眼睛同樣也可能會(huì)受到損傷。因此相對(duì)長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)，「深色模式」則是更友好的一種形式。

那通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，是否有可能找到這兩者之間的最優(yōu)解呢？

視覺疲勞/傷害

注視區(qū)域光照不足、光線過(guò)強(qiáng)、光線分布不均勻、光源閃爍、眩光、反光、目標(biāo)過(guò)小、目標(biāo)不穩(wěn)定等，都會(huì)造成眼睛超負(fù)荷工作，導(dǎo)致視覺疲勞。

光照不足，對(duì)應(yīng)界面交互，可以指屏幕亮度過(guò)低，也可以理解為內(nèi)容和深色背景間的對(duì)比度不足。

光線過(guò)強(qiáng)，則是屏幕亮度過(guò)高，也可以理解為內(nèi)容和淺色背景間的對(duì)比度不足。還有大面積高明度色彩的使用。而像汽車遠(yuǎn)光燈，也是常見的一種光線過(guò)強(qiáng)的產(chǎn)品，并且常常被錯(cuò)誤使用。

閃爍，會(huì)對(duì)眼睛造成很大的負(fù)荷。在高亮度下，眼睛除了視敏度會(huì)增強(qiáng)外，對(duì)閃爍的感知也會(huì)增強(qiáng)。這方面涉及的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如顯示器的刷新頻率，要到達(dá)某一程度，人眼才感覺不到屏幕的閃爍。

目標(biāo)過(guò)小，在可識(shí)別及相同環(huán)境下，目標(biāo)過(guò)小，識(shí)別所需的時(shí)間越長(zhǎng)，也就是更費(fèi)眼。像界面中的元素，文本字號(hào)、圖標(biāo)等，都需要有舒服的可讀性。

反光，跟工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)系比較密，反光是很容易引起視覺疲勞的和視力傷害。但生活中好像處處有反光，高樓大廈連片的鏡面窗戶/墻、我們正在看的電腦屏幕、手機(jī)屏幕、公交車廣告牌的保護(hù)罩、汽車的后視鏡等等，都會(huì)在某些瞬間讓你覺得眼睛受到了億點(diǎn)傷害，這也是很常見的一種光污染。

視角范圍

1. 水平方向

水平方向上，雙眼視野角度通?？蛇_(dá)到120°視角。其中「有效視域」為30°，即人眼能立刻看清物體的存在和動(dòng)作軌跡的范圍。其余部分稱為誘導(dǎo)視野，也就常說(shuō)的「余光」。

而眼動(dòng)（頭部不動(dòng)）「舒適轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū) 」通常為60°。

如果以眼睛距離屏幕40cm為例，水平最佳視野寬度大概就是21.6cm，在72dpi下，約為600px。在進(jìn)行文本寬度設(shè)定時(shí)，可以以此作為依據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)內(nèi)容的顯示寬度。

2. 垂直方向

垂直方向上，視野角度通?？蛇_(dá)到135°視角，「有效視域」為30°，「舒適轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū) 」為55°。

關(guān)于「最佳視角范圍」及「眼動(dòng)舒適區(qū) 」的應(yīng)用，在汽車領(lǐng)域的HMI設(shè)計(jì)和一些較為復(fù)雜的交互活動(dòng)中有比較多的體現(xiàn)。

聽覺對(duì)信息傳遞的感知僅次于視覺，同視覺一樣，利用以前的經(jīng)驗(yàn)來(lái)解釋輸入。

相比視覺，聽覺更容易引起注意，且反應(yīng)速度快，可以捕捉各個(gè)方向的信息，不受照明條件限制。

人類聽覺系統(tǒng)對(duì)聲音的解釋可幫助設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面中的語(yǔ)音界面，而對(duì)有能力缺陷的人，如視障人士來(lái)說(shuō)，「聽覺（語(yǔ)音交互）」更是一種替代視覺顯示的重要形式。

聽覺的形成

感知范圍

聲音有三個(gè)要素：音調(diào)（頻率）、響度（振幅）、音色（材質(zhì)）。

人類可以聽到的聲音頻率范圍為20Hz-20kHz，正常情況下人耳可分辨出約 40多萬(wàn)種 不同的聲音。

對(duì)語(yǔ)音的辨認(rèn)頻率范圍為260Hz-5600Hz。正常情況下，人類語(yǔ)言的頻率在：500Hz-3000Hz之間。

感受性、識(shí)別性最高的頻率范圍在1000Hz-4000Hz，低于500Hz，或高于5000Hz時(shí)，要達(dá)到一定響度才能被聽到。

響度

0－20dB，幾乎感覺不到
20－40dB，相當(dāng)于低聲說(shuō)話，輕柔的響聲
40－60dB，正常談話的聲音
60－70dB，會(huì)感到吵鬧、長(zhǎng)時(shí)間會(huì)損害神經(jīng)細(xì)胞
超過(guò)70dB，讓人感覺煩躁，無(wú)法集中注意力
85-90dB，短時(shí)間內(nèi)影響人的聽力，破壞神經(jīng)細(xì)胞
超過(guò)90dB，聽力受損

超過(guò)140dB時(shí)，引起的是痛覺，而不是聽覺，會(huì)完全損害聽力（歐盟界定的導(dǎo)致聽力完全損害的最高臨界點(diǎn)）

對(duì)音色的辨識(shí)和記憶

人耳對(duì)各種音色的分辨能力非常強(qiáng)，對(duì)經(jīng)常聽到的音色也具有很強(qiáng)的記憶力。

比如在同一頻段同時(shí)演奏不同的樂器，人耳依然可以分辨出有哪些樂器在進(jìn)行演奏，也能識(shí)別出不同動(dòng)物的叫聲。

而對(duì)于熟悉的人，比如對(duì)父母兄弟姐妹等，經(jīng)常只通過(guò)說(shuō)話的聲音，就能知道是誰(shuí)；通過(guò)腳步聲，也可以辨認(rèn)出來(lái)是誰(shuí)來(lái)了等等。

辨別方向

除了對(duì)聲音的「音調(diào)、響度、音色」這三個(gè)要素的感知之外，人耳還能辨別出聽到的聲音是「從哪里/哪個(gè)方向傳來(lái)的」，也就是聲源方位感。

粗糙的聲音

瑞士的神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：粗糙的聲音（上限約為130 Hz）激活了大腦某些特別的區(qū)域。

當(dāng)重復(fù)的聲音被認(rèn)為是刺耳的、無(wú)法忍受的時(shí)候（特別是在40-80Hz之間），會(huì)引起持續(xù)的反應(yīng)，刺激杏仁核、海馬體和腦島，特別是跟突出、厭惡和疼痛相關(guān)的區(qū)域，而正因?yàn)橛羞@些區(qū)域參與聲音的處理，才會(huì)使這類聲音會(huì)讓人感覺到難以忍受。

這也是警報(bào)聲的應(yīng)用原理，通過(guò)快速重復(fù)的頻率來(lái)引起人們的注意。再結(jié)合聲音傳播不受光照、方向、角度等影響的特性，來(lái)提高警報(bào)聲被人耳檢測(cè)到的概率。

其他讓人感到煩躁、難受的聲音，如汽車?yán)嚷?、尖叫聲、嬰兒哭聲等等通常也是在這一頻段。

聚焦效應(yīng)

視覺上的三維圖效果，是眼睛先呈「散焦?fàn)顟B(tài) 」，視焦點(diǎn)前后位移產(chǎn)生層次感，從而看到三維平面圖畫的立體效果。

而人耳的聽覺跟視覺相反，可以從眾多的聲音中「聚焦到某一點(diǎn) 」上，也就是聽覺的「聚焦效應(yīng) 」。
比如我們聽交響樂時(shí)，大腦皮層可以抑制其它樂器的演奏聲，把精力和聽力集中到其中的一種樂器聲音上。還有在公交地鐵上，我們同樣可以集中精力聽廣播報(bào)站的聲音，而忽略車上的其他喧鬧聲。

這個(gè)特性也讓語(yǔ)音交互的場(chǎng)景擁有更多的可能性。

觸覺屬于動(dòng)覺交流領(lǐng)域，即通過(guò)身體的運(yùn)動(dòng)/動(dòng)作來(lái)交流。

跟視覺、聽覺的感知相比，「觸覺」最大不同是它的非局部性（全身皮膚），以人體為介質(zhì)，對(duì)皮膚、肌肉的感受器進(jìn)行刺激，能夠敏感、強(qiáng)烈和更迅速 的被用戶感知，及時(shí)傳遞信息。也 不易受環(huán)境影響，無(wú)論環(huán)境吵雜，或是光線不佳，對(duì)其體驗(yàn)效果的影響都不大。

但「觸覺」傳遞的信息遠(yuǎn)少于視覺和聽覺，通常作為視覺和聽覺反饋的補(bǔ)充。而對(duì)有能力缺陷的人，如聽障、視障人士來(lái)說(shuō)，「觸覺交互」的應(yīng)用則是一種很重要的形式。

同時(shí)也是用戶體驗(yàn)過(guò)程中重要因素之一，會(huì)直接影響用戶對(duì)產(chǎn)品的情感體驗(yàn)與交流。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中感受較多，如日常工作生活中常見的家居用品、鼠標(biāo)、鍵盤、手機(jī)等的外形設(shè)計(jì)、材質(zhì)觸感等。

觸覺的形成

人類的皮膚表面散布著觸點(diǎn)，一般指腹最多（人類手指的觸覺敏感度是前臂的10倍），其次是頭部，最少的是背部和小腿。觸點(diǎn)的大小不盡相同，分布不規(guī)則。

作用

通過(guò)對(duì)冷、熱、尖銳物體的判斷，讓身體及時(shí)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)和傷害，可以對(duì)人體起到保護(hù)作用。

同時(shí)也具有表達(dá)情感，辨別情緒的功能。有說(shuō)法認(rèn)為「觸覺」可能是用來(lái)傳達(dá)人的情感的最佳途徑，就像「擁抱」和「安慰的文字/語(yǔ)言」，體現(xiàn)的情感強(qiáng)度就很不一樣。

觸覺反饋-觸覺學(xué)（Haptics）

借助Haptics技術(shù)，通過(guò)作用力、振動(dòng)等「觸覺反饋」，可以起到傳遞信息的作用。但想通過(guò)「觸覺體驗(yàn) 」來(lái)傳達(dá)恰當(dāng)?shù)?、有用的信息，需要先理解人類是如何詮釋不同的「觸覺體驗(yàn)」的。

比如想要通過(guò)「振動(dòng)感知」來(lái)傳遞有用的信息，需要先了解怎樣的振動(dòng)頻率、強(qiáng)度、節(jié)奏可以讓使用者意識(shí)到其代表的是什么意思：成功、失敗還是其他呢？這涉及到「認(rèn)知」方面的內(nèi)容。
通常情況下，「觸覺反饋」是作為視覺、聽覺反饋的一種補(bǔ)充。
如在觸控屏上用虛擬鍵盤輸入文字時(shí)，通過(guò)按鍵的「振動(dòng)反饋」，讓用戶清晰及時(shí)地了解到自己已經(jīng)成功按下了某一個(gè)按鍵。相關(guān)研究的結(jié)果也表明：虛擬鍵盤加入振動(dòng)反饋后，是可以提升用戶輸入時(shí)的準(zhǔn)確度。

而一些特定場(chǎng)景下，「觸覺反饋」可以很好的替代視覺和聽覺反饋。
比如駕駛汽車時(shí)，駕駛員需要將大部分的注意力放在道路環(huán)境上，那么通過(guò)「觸覺反饋」，將部分操作結(jié)果傳遞給駕駛員，這一可以在一定程度上減輕駕駛員在視覺和聽覺上的負(fù)擔(dān)。

人類的動(dòng)作通常分為三類：先天、模仿、訓(xùn)練得來(lái)的。

由于肢體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，「先天」和「模仿」的動(dòng)作，通常存在一定的局限性。

頭部/頸椎

頸椎前屈幅度35-45°，后伸35-45°，左右側(cè)屈各45°，左右旋轉(zhuǎn)各60-80°。

當(dāng)頸部前傾時(shí)，頸椎承受的壓力逐漸增大：
前傾0°時(shí)，為頭部重量，約為4.5-5kg；
前傾15°時(shí)，承受壓力約為12kg；
前傾30°時(shí)，承受壓力約為18kg；
前傾45°時(shí)，承受壓力約為22kg；
前傾60°時(shí)，承受壓力約為27kg。

結(jié)合前面我們講過(guò)的人眼轉(zhuǎn)動(dòng)的舒適角度和視野范圍，可以為一些物品的設(shè)計(jì)提供參考。

腰部/腰椎

直立，腰伸直自然體位時(shí)，腰部可前屈90°、后伸30°、左右側(cè)屈各20-30°、左右旋轉(zhuǎn)各30°。

人體平（仰）臥位時(shí)，腰椎承受的壓力最小。

腿部/膝關(guān)節(jié)

膝關(guān)節(jié)屈膝角度可達(dá)120-150°（小腿后部和股后部相貼）。人坐立時(shí)，膝關(guān)節(jié)彎曲90°，小腿和地面垂直放置對(duì)腿部最好的，屈膝小于90°時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間保持會(huì)影響下肢的血液循環(huán)。

伸直時(shí)一般為0°，有過(guò)伸狀態(tài)5-10°。膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)，有輕微的內(nèi)旋和外旋運(yùn)動(dòng)，約為10°。

手臂/肘關(guān)節(jié)

肘關(guān)節(jié)彎曲角度可達(dá)140°、過(guò)伸角度為0-10°、旋前80-90°、旋后80°-90°。

打字時(shí)，手肘彎曲接近90°（水平放置）是最放松的。

手指/手掌

1. 拇指動(dòng)作幅度

掌側(cè)可以外展約70°，指間關(guān)節(jié)屈曲約90°，掌拇關(guān)節(jié)屈曲約20-50°。
和手腕連接處的腕掌關(guān)節(jié)，能夠進(jìn)行較大程度的屈伸，收展，完成對(duì)掌運(yùn)動(dòng)。這是拇指特有的，是拇指骨外展，屈和旋內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總和，使拇指尖能跟其他的手指和掌面接觸。