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如何保证驾驶安全?——汽车人机交互方式简析

98天前发布

原创文章 / UI / 观点
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为保障驾驶情景下安全方面的需求,本文对目前的HMI的交互以及未来都有哪些着力方向进行了整合与简要分析。

如何评估驾驶安全的需求

我们先来简要分析一下驾驶员在驾驶时的状态:

驾驶状态下,驾驶员需要至少一只手操作方向盘,眼睛注视前方道路。周围信息复杂并且时刻在改变,司机的注意力不能长时间离开路面,汽车内部信息过多或复杂会让用户心,从而造成危险。这与其他领域的设计大不相同,不是想方设法的吸引用户的眼球,而是将信息简单清晰的传达并保证用户理解后,便不应再让用户过多关注,保证“微”停留即可。

此外,驾驶位置空间相对开阔,驾驶员可在自身手臂范围内进行操作或者进行稍大范围的动作,但肘部悬空会带来了精准操作上的困难,如果路况不佳,车机晃动,则手动操作会更困难。

所在在这种状态下要保证安全驾驶,我们认为汽车内的交互设备应该从三个方面考虑:1.及时的反馈;2.复杂度低;3.易于用户学习与记忆;4.对用户操作的精准度要求适当。

HMI-in car 的现状以及未来方向及相关研究

目前,HMI-in car 都有哪些交互方式,以及不同的交互方式如何满足安全的需求?

1.图形用户界面与多点触控操作

图形用户界面是最普遍与常用的信息载体,而近几年多点触控操作也逐步被各大汽车厂商应用在汽车设计中。

  • 操作体验评估

    1)反馈:视觉反馈需要驾驶者视线移动,理解图形所表达的含义;

2)复杂度:多功能集成,很多功能都藏在屏幕内,需要对信息结构以及层级进行设计,提供易于用户理解的结构与模式;

3)易学习性:驾驶者不得不一直依赖视觉反馈,无法像物理按钮一样随时间形成肌肉记忆进行盲操作;

4)操作精准度要求:相对较高,需要手指触控屏幕某个功能位置;

其他:因为手机、平板电脑的图形界面设计比较成熟,有可以借鉴的技术以及设计原则与规范,软件升级相比之前更容易。

  • 车载图形界面设计原则

为减少信息负载,快速传达信息,在目前汽车内部的图形用户界面中采用的一些设计方式:

1)色彩

仪表盘屏幕设计以深色屏幕为主,因为深色对视线的干扰程度比较低,不会引起过多关注;

配色方案:低饱和度色彩是目前车载 HMI 比较普遍的色彩选择方案,高饱和度色彩可以高效引导用户操作界面,但是会造成视觉疲劳;

不同功能或模式对采用不同颜色,通过颜色给信息编组帮助用户理解与记忆信息;

2)图像与图标设计—功能可见性:利用图像特征,让展示中的功能以及操作方式,更容易被找到、辨认、学习、记忆;

功能性隐喻:暗示其代表的功能或者当前状态,如前方弯道、减速的标示;

操作性隐喻:模拟真实世界中的效果,暗示操作方式;

上图是来自Ustwo的一个例子,图形用来传递两种信息,第一种:表示当前状态,视觉上扁平表达(音量条);第二种:表示可点击性,视觉上增加阴影效果,模拟现实世界中物理按钮的厚度,自然激发用户对该区块理解为可以点击。

3)结构与层级

车载图形界面是多功能集合的载体,但用户接受信息的承载力以及屏幕物理尺寸都有限,再考虑用户驾驶时特殊的操作环境,所以如何组织信息、呈现信息非常重要。

举例桌面布局设计:Android Auto 之前一直把快捷键放到屏幕底部,既增加了司机的操作负担,也压缩了车载导航可视区域的高度;Google I/O 2017 上,谷歌展示的奥迪定制车把快捷键放在了左边,更靠近驾驶员的位置,方便驾驶员操作,也为信息展示与操作留出更多空间。

2.物理触感操作

触控屏还没有应用时,控制汽车上的功能是通过物理按钮来实现的。这些按键有序的排列以及手触的纹理、形状、质感等,会形成肌肉记忆以及操作的模式地图。

  • 操作体验评估

1)反馈:直接操作与反馈,经过一定时间可以形成肌肉记忆;

2)复杂度与易学习性:功能按键对应单个功能时,能够形成直接的映射,易于理解与学习。但是当模式逐渐增加,按键通过不同组合搭配来控制不同模式时,又增加了操作的复杂度与学习性。

3)操作精准度要求:按钮有固定位置以及物理性状,用户可以直接操作。

其他:不能承载更多的功能,不满足人们对于多功能的需要,否则就会放置过多的按钮,使得产品又过于复杂。

  • 物理触控反馈与液晶屏幕相结合示例

液晶触控屏幕与物理按钮操作的优缺点是互补的,以下是它们相互结合的实例与研究:

1)奥迪A8的车载大屏触控反馈

视频与来源请查看

奥迪 A8 位于中控位置的两块屏幕带有触觉以及声音反馈,当驾驶员在点击某功能时,能够听到咔嗒声并能获得类似按压实体按键的感受(类似iphone 7 home button )。

这虽然不能与物理按钮给用户留下的直观精细的触觉感受,让用户进行盲操媲美,但我们可以看到对HMI-in car的探索已经从随便在车上装块液晶屏幕,移植手机、平板的交互方式有了进步。

2)3D特征触觉渲染实验

视频与来源请查看

在这个项目中,研究人员开发并应用触觉渲染算法来模拟触摸屏表面上丰富的3D几何特征(如凸块,脊,边缘,凸起,纹理等)。 潜在的假设是:当手指在物体上滑动时,皮肤中对摩擦敏感的机械感受器会检测到微小的表面变化。 因此,调制指尖和触摸表面之间的摩擦力会产生表面变化的感受。 

3.手势操作

多点触控技术让我们在二维的屏幕内以直观、直接方式进行交互(例如上下滑动,滚动列表),我们不需要刻意学习,也无论年龄、知识背景,就能轻松自如的进行操作,达成自己的目的。随着Leap Motion以及Kinect等产品的研发与应用,越来越多的人开始思考3d 手势的应用空间,不过目前手势操作在汽车内的应用还多在概念探索阶段。

  • 应用评估

1)反馈:手势操作会与视觉、听觉或、触觉反馈来结合使用;

2)复杂度与易学习性:在三维空间中,可能存在上百种手势,不同的人对于同样的3d手势的理解存在差别,不像二维屏幕中的手势具有通用性,人们需要花费时间学习和了解这一系列模式,从安全性方面考虑,目前人们还不能依赖手势控制;

3)操作精准度要求:对精准度要求不高,用户在感应器可感知范围内做出有效的手势即可;

  •  手势操作概念示例以及实验研究:

1)Denso Gesture 

视频与来源请查看

Chaotic Moon Studios 工作室研究,设计和开发了一款汽车内部音乐播放器,将Leap Motion技术与自然手势相结合,创造更安全、更愉快的音乐体验。

2)宝马-Air touch 概念设计

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AirTouch允许车辆中的显示器像触摸屏一样操作,而不必实际接触表面。 传感器记录中控台和后视镜之间区域的手部动作, 这使司机或乘客能够不直接对全景显示器表面进行操作, 就可以进行简单确认、选择相关菜单项或激活图标。

3)宝马- holo active touch 概念设计

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BMW HoloActive Touch 创造了一种看起来漂浮在空中的图像,并且对其进行操作时可以感受到触觉反馈。

4)音频触觉导航环境

视频与来源请查看

这是AHNE - 音频触觉导航环境的演示视频。它是一个音频触觉用户界面,允许用户在音频触觉反馈的帮助下在3D空间中定位和操作声音对象。

4.动态交互

非用户自己的输入,而由机器追踪,积累数据,并在合适场景下主动呈现信息。信息反馈会更及时有效,因为是机器自主追踪与呈现所以无需用户太多学习与操作。

动态交互,我们认为主要有以下两个方向的探索:

1)对场景、环境的理解与学习,在恰当场景呈现信息。例如:HUD、内部灯光自动变暗、自动取消转向信号等

2)对用户的数据获取,探测,理解,来呈现信息。例如:眼动追踪

实时追踪用户的眼球移动的应用:

a. 疲劳驾驶提醒:不频繁的眼球移动,可能意味着用户此时处在疲劳状态,会建议司机休息一下,并且提供最近的服务区路线;

b. 屏幕的主动展示:用户眼睛看屏幕(仪表盘或中控)才会亮起并展示信息,否则则一直处于待机状态,将引起用户分心的元素减少到最小;

5.语音交互

通过语音的方式与汽车HMI进行交互,在我们之前看来可以获得非常直接的反馈,从而保持用户的注意力会在前方道路上,让驾驶更安全,但一项研究(来自MIT AGELAB 以及the New England Transportation Center)表明:语音交互完成任务的时间以及对注意力的消耗并不像之前想的那样乐观。

研究报告请查看

1)对于打开或者关闭收音机这样的功能,语音交互与传统物理操作相比,确实降低了视线移动的时间,但在进行一串句子的输入时(比如输入导航的目的地)会消耗很长时间,这并非是设备语音识别能力的问题,而是反馈流程,需要用户视觉或听觉来确认机器是否成功识别任务;

2)定向行为:研究者者发现驾驶者在使用语音控制时,会倾向于面向前方中控屏幕的位置,认为语音控制系统在这里面,但实际系统的麦克风分散在车厢内的不同位置,无论用户对准何方,系统都可以获取到声音。但人们就是倾向于将这个系统具体化为一个特定的目标,特别是年纪大的女性;

3)为了确保任务的准确高效的完成,驾驶员需要使用特定的语音命令短语,而不是更口语化的方式,虽然不是很复杂,但仍需要驾驶员花费一段时间学习与记忆,才能形成条件反射。

此外,语音交互还存在其他问题:擅长解决离散型的输入(比如上面提到的打开或关闭收音机),但解决连续性问题 ( 比如音量提高多少)并不容易让人理解;还有就是如何在嘈杂、多声音环境中来准确区分有效输入命令。

综上,其实每种交互方式都有利弊,未来汽车HMI的应该在以对用户以及驾驶环境深入分析与研究的基础上,结合多种交互方式在不同场景中提供无缝切换使用的整体体验。

写在最后

本篇文章对目前HMI-in car 中涉及到的交互方式以及应用进行了简要的阐述与分析,文章中涉及到的资料来源也都附上链接(其中一些视频来自youtube,要翻越查看哦~),希望能为大家提供有用的参考资料以及一个大致的 HMI-in car 交互方式的概览。随着之后对这个行业的了解以及经验的积累,会针对具体的交互方式带来更深入、有针对性的分析,共勉 ~

相关参考:

1.ustwo-ARE WE THERE YET?

2.geer car 充电站:怎么让车内人机交互变得更好?

https://v.youku.com/v_show/id_XMTczMTA1ODEzNg==.html?from=y1.7-2

3.重新定义车机:是时候停止模仿手机了

https://geekcar.com/archives/50298

4.车机的人机交互要怎么设计

https://geekcar.com/archives/72678

5.通用设计法则

7.如何设计好用的触控手势

https://cdc.tencent.com/?p=8858



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