觸屏手機中手勢交互的設計研究

　　觸屏手機作為未來手持移動設備的發展趨勢，手勢為其主要的交互方式和提高用戶體驗的方法有著重要的意義。目前觸屏手機中手勢交互研究正處於初級階段，筆者作為交互設計師從實踐的角度針對本國用戶的特點，通過人機工程學原理進行相關數據測量分析，並結合解剖學、認知心理學等相關理論，分析和總結觸屏手機中手勢交互的設計和運用原則。

　　1 人機工程學原則

　　通過實驗針對觸屏手機中手勢操作的相關問題進行定量到定性的研究。篩選被試：選取使用觸屏手機3年以上的正常成年人為典型被試。據中科院心理研究所調查數據顯示，中國目前右撇子數量約為91%，左撇子約為1%。故本實驗被試以右撇子為主。且由於人體具有一定的差異，為保證所測數據真實准確，根據《中國成年人人體尺寸》中的手部數據，篩選出手部尺寸適中的用戶。最終實驗被試：30人，年齡24——32歲，男女各半。

　　通過測試發現“右手單手操作”和“左手持機右手操作”這兩種操作方式所占比率最多，筆者分別對這兩種操作方式進行人機工程學的探討。

　　一、單手操作方式：

　　圖1 右手單手操作

　　如圖1：該操作方式以大拇指操作為主，一般用於行進間的使用場景。由於生理結構的局限性導致單手操作時，手指操作具有 “死角”和“熱區”，且很多手勢單手操作是無法實施。

　　大拇指操作面積

　　大拇指的操作面積即大拇指操作的“熱區”。根據相關實驗測試顯示：

　　圖2 大拇指操作范圍

　　如圖2：被試單手進行操作時，C為虎口位置，大拇指的操作范圍如圖陰影處所示，顏色越深處為操作越靈活，顏色越淺越不靈活。

　　大拇指操作關節舒適度

　　圖3 大拇指操作關節

　　如圖3所示：單手操作的場景下大拇指有三個關節參與。三個關節分別是第一拇指關節、第二拇指關節和腕掌關節[1]。使用不同的關節和肌肉組織會給用戶帶來不同的感受，根據被試測量結果顯示：

　　一、第一拇指關節：向前彎曲最大90度，在手勢操作中使用頻率不高，且第一拇指前面的距離短，操作的范圍是很有限的。被試反饋：長時間使用這個關節會不舒服。

　　二、第二拇指關節：向前彎曲最大90度，使用的頻率較高於第一拇指關節。第二拇指關節長於第一拇指關節，操作范圍略大於第一拇指關節，但操作的范圍仍然很有限。被試反饋：長時間使用這個關節也會不舒服，但略好於長時間使用第一拇指關節。

　　三、腕掌關節：腕掌關節能夠進行較大程度的屈伸和收展，所以能完成對掌運動。且腕掌關節前面的距離長，操作范圍廣，費力小，控制的關節多，靈活性很高。用戶反饋：長時間的使用這個關節，不會有太大的負擔。

　　根據觀察被試顯示：用戶在進行手勢操作時會優先使用腕掌關節，由於腕掌關節的活動范圍和活動程度與拇指關節相比增加很多，同時也更加輕松，所以當用戶的拇指從放松狀態(拇指伸直)轉移到需要與觸摸屏接觸的狀態時，會優先使用腕掌關節。例如在用戶進行拖拽手勢時，也會優先使用腕掌關節，當僅僅使用腕掌關節無法達到所需要的距離時(例如死角位置或腕掌關節不適合精細和細節的動作和位置)，才考慮使用拇指的第一和第二關節。

　　單手操作常用手勢靈活度

　　該實驗要求被試單手操作手機時，常用手勢的靈活程度。

　　圖4單手操作常用手勢舒適度(橫坐標：常用手勢 縱坐標：靈活度)

　　圖5單手書寫數字舒適度(橫坐標：書寫1-9個數字 縱坐標：靈活度)

　　測試顯示：被試在單手操作手機時，平移、豎移、點擊、弧移、書寫數字(1、7)得分較高，因此分析得到：單手操作在可操作范圍內只能采用簡單偏直線類的手勢，曲線較多較長的手勢用戶並不是很擅長。

　　二、雙手操作方式及其人機工程學測量

　　圖6 雙手操作

　　如圖6：該種操作主要使用在偏靜止的場景。該操作方式受手指的生理限制和手機的物理條件限制(如手機尺寸等)很小。

　　手指組合靈活度和使用頻率

　　圖7手指編號

　　如圖7，對手指進行編號。該實驗主要測量被試對應手指及其組合的靈活程度。

　　單指靈活度

　　圖8單指靈活度(橫坐標：單指 縱坐標：靈活度)

　　雙指組合靈活度

　　圖9雙指組合靈活度(橫坐標：二指組合 縱坐標：靈活度)

　　三指組合靈活度

　　圖10三指組合靈活度(橫坐標：三指組合 縱坐標：靈活度)

　　四指組合靈活度

　　圖11四指組合靈活度(橫坐標：四指組合 縱坐標：靈活度)

　　五指組合靈活度

　　圖12五指組合靈活度(橫坐標：五指組合 縱坐標：靈活度)

　　通過上述測試對比顯示：手指組合中最為靈活的是12和13組合。三指組合中最為靈活的是123、134和234組合。四指組合中最為靈活的是1234、1345和2345組合。五指操作的靈活程度非常高。因此在進行手勢設計時，需要仔細參考不同手指和其組合的靈活度要采用靈活度舒適度較高的手勢和組合，才可以增加手勢的舒適度和易用性。

　　2定位原則

　　2.1人群定位

　　不同的人群有年齡、生理、認知能力等的差異，會導致手勢交互設計的不同。在眾多變量因子中年齡因素對手勢交互設計影響是最為普遍，設計手勢交互要仔細考慮年齡變量因子。正常人群從0—22歲左右，手指的尺寸逐漸增大，會導致手指的靈活度和有效操作范圍不斷的增大。在約45歲之後各個手指的靈活度逐漸開始下降，因此針對不同年齡的人群，需設計不同的手勢組合。

　　此外經過認知心理學家測試：不同年齡段，認知加工能力有很大的差異。正常人的記憶廣度隨著年齡的不斷增長而增加，到成人時為頂峰，到達老年時開始衰退[2]。兒童和老人的短時記憶最多的數量一般是2—4左右，而成人可以達到5—9個。故針對於老年和兒童的手勢設計，一個App中手勢數量