关于用户体验

随着技术及经济的发展，人们对计算机系统、机器等的要求，从单纯的「 可以用 」逐渐变为想要「 更好用、容易用、用得舒服 」等更加丰富的使用体验，也就是常听到的好的「 用户体验 」。

「 用户体验（User Experience ）」这个概念，最早由唐纳德·诺曼（Donald Arthur Norman）提出，他希望用这个词，来涵盖个人使用系统时的体验、各个方面的体验 ，包括工业设计图形、交互界面、物理交互，以及与人的交互。

而「 用户体验 」产生的基础，是「 用户使用了机器 」，即人跟机器有发生接触、交流、互动等，然后用户会形成主观上的体会、感受。这里的「 机器 」泛指各种「 产品 」，类比诺曼所说的，即物理界面、虚拟界面、系统、硬件等。

因此，好的「 用户体验 」是基于好的交互设计。而对交互设计「 好/坏 」的影响因素，涉及到人、产品、使用环境这三者，也就是人机工程的内容。

概括一下百科对「 人机工程学 」的解释：

将 「 使用物的人 」和 「 设计的物 」以及 「 人与物共处的环境 」作为一个系统来研究（人-机-环境系统）。在人、机、环境这三个要素 本身特性 的基础上，科学地利用三个要素间的 有机联系，来寻求系统的 最佳参数。

其中关于人的「 本身特性 」包括人体结构和机能特性。主要有人体各部位的尺寸、重量、面积、活动、相互关系等，眼耳鼻舌身对应的视、听、嗅、味、触觉，以及动作习惯和认知。这部分大愚认为可以把「 结构特性 」当作人的硬件，具有一定的普遍/通用性；而「 认知 」则是人的软件，个体间存在一定差异。

然后，就到了这篇文章的主要内容，人的「 结构特性 」部分。

注：下文中提及的人体结构特征是基于大部分人的情况描述，内容也是围绕人机交互有关的方面，不是人体结构特征的全面介绍。

人体结构特性

人体结构中对人机交互产生影响的主要有眼、耳、身（皮肤）对应的：视觉、听觉、触觉，以及四肢、颈椎的尺寸、受力情况和活动幅度等。下文将对这四部分的基础内容进行整理，还有聊聊一些交互、体验设计上的应用。

人与周围环境发生联系的感觉通道，最重要的就是「 视觉 」，约占80%的信息是通过视觉来获得。因此「 视觉显示 」是人机交互系统中用的最广泛的一种形式。

视觉的形成

感受光（电磁波）

人眼正常感受光谱的波长约在400nm-780nm之间（大概这个范围，网上相关资料关于这个数值存在微小差异），对应的色相是紫色-深红色，也就是常说的彩虹色。

而负责感受光的细胞是视锥细胞和视杆细胞。

视锥细胞，约占95%，复杂感受强光及有颜色（彩色）的视觉，在环境光线亮时起作用，用来区分色彩。研究数据表明视锥细胞对光谱中波长为555nm的「 黄绿色 」部分最敏感。

视杆细胞 ，约占5%，复杂感受弱光及没有颜色（黑白）的视觉，在环境光线暗时起作用，用来区分黑白。研究数据表明视杆细胞对光谱中波长为507nm的「 青绿色 」部分最敏感，对极弱的光刺激敏感。

如果涉及一些特定的工作环境（昏暗）的应用设计时，就可以考虑下此时作用细胞的特性，进行合理的设计设置。

识别物体

正常情况下，瞳孔会根据环境中的光量来调整大小。当有光线较强时，瞳孔会收缩变窄；当光线很暗时，瞳孔会膨胀来让更多的光进入眼球。
可以把这个理解为一个保护机制，在强光下，通过收缩来减少光对眼睛的高强度刺激；而弱光下，对感光细胞刺激不足，为了不让眼睛过分费力地去寻找目标和识别目标而引起视觉疲劳，所以瞳孔会放大，让更多的光进入。

而接收光的刺激，看到物体后，是否可以准确获取信息（看清物体、识别文本、图像等）则跟视敏度相关。

视敏度 ，就是眼睛能分辨物体细微结构的能力，也就是看清物体的能力。相关实验数据表明，增强亮度可以提高视敏度。也就是说，亮度越强，人眼对物体的识别能力就越强。

下面提到两个实验，其中「 正对比极性 」，指在浅色背景上显示深色字体文本，就是对应我们界面设计中的「 浅色模式 」；而「 负对比极性 」，指在深色背景上显示浅色字体文本，即「 深色/暗黑模式 」。

实验1. 德国杜塞尔多夫精神病研究所的Cosima Piepenbrock等相关人员，对「对比极性对视敏度和校对的影响」的研究结果表明：人眼在「浅色模式」下的视敏度要优于「暗黑模式」下，字体越小，浅色模式的优势就更明显。

实验2. Agelab实验室的乔纳森·多布雷斯（Jonathan Dobres）等相关人员，对「 环境光照条件（模拟白天/夜间）是否影响正对比度极性的优势」的研究表明：夜间，深色模式下阅读小字体文本比浅色模式下阅读要困难得多。 而人们对文本的识别，「浅色模式」下比在「深色模式「要快，白天比晚上更快。

对上面两个实验可以用环境光的强弱对视敏度的影响来理解：为方便理解，可以假设我们的界面尺寸足够大，大到覆盖我们视野范围，那就可以将浅色模式中的浅色背景类比为白天（环境光度亮），深色模式中的深色类比为夜间（环境光度弱），而屏幕内的文本、信息，就是我们要识别的物体。亮度越强，人眼对物体的识别能力（视敏度）就越强。

从上面的实验来看，无论在白天或夜间环境下，「 浅色模式 」都要比「 深色模式 」更好用。

但根据德国蒂宾根大学的Andrea Aleman等相关人员的一项研究表明，长时间处于「浅色模式」下可能会导致近视。其表现为，阅读「浅色模式」下的文本时，脉络膜（跟近视有关的一层膜）会明显变薄；而阅读「深色模式」下的文本时，这层膜明显变厚。

可以理解为长时间处于「浅色模式」下，意味着视敏度的持续维持在较高状态，就像人在长时间高强度工作下可能会导致健康受损一样，眼睛同样也可能会受到损伤。因此相对长期来说，「深色模式」则是更友好的一种形式。

那通过适当的设计，是否有可能找到这两者之间的最优解呢？

视觉疲劳/伤害

注视区域光照不足、光线过强、光线分布不均匀、光源闪烁、眩光、反光、目标过小、目标不稳定等，都会造成眼睛超负荷工作，导致视觉疲劳。

光照不足，对应界面交互，可以指屏幕亮度过低，也可以理解为内容和深色背景间的对比度不足。

光线过强，则是屏幕亮度过高，也可以理解为内容和浅色背景间的对比度不足。还有大面积高明度色彩的使用。而像汽车远光灯，也是常见的一种光线过强的产品，并且常常被错误使用。

闪烁，会对眼睛造成很大的负荷。在高亮度下，眼睛除了视敏度会增强外，对闪烁的感知也会增强。这方面涉及的产品设计，如显示器的刷新频率，要到达某一程度，人眼才感觉不到屏幕的闪烁。

目标过小，在可识别及相同环境下，目标过小，识别所需的时间越长，也就是更费眼。像界面中的元素，文本字号、图标等，都需要有舒服的可读性。

反光，跟工业产品设计的关系比较密，反光是很容易引起视觉疲劳的和视力伤害。但生活中好像处处有反光，高楼大厦连片的镜面窗户/墙、我们正在看的电脑屏幕、手机屏幕、公交车广告牌的保护罩、汽车的后视镜等等，都会在某些瞬间让你觉得眼睛受到了亿点伤害，这也是很常见的一种光污染。

视角范围

1. 水平方向

水平方向上，双眼视野角度通常可达到120°视角。其中「 有效视域 」为30°，即人眼能立刻看清物体的存在和动作轨迹的范围。其余部分称为诱导视野，也就常说的「 余光 」。

而眼动（头部不动）「 舒适转动区 」通常为60°。

如果以眼睛距离屏幕40cm为例，水平最佳视野宽度大概就是21.6cm，在72dpi下，约为600px。在进行文本宽度设定时，可以以此作为依据，来设计内容的显示宽度。

2. 垂直方向

垂直方向上，视野角度通常可达到135°视角，「 有效视域 」为30°，「 舒适转动区 」为55°。

关于「 最佳视角范围 」及「 眼动舒适区 」的应用，在汽车领域的HMI设计和一些较为复杂的交互活动中有比较多的体现。

听觉对信息传递的感知仅次于视觉，同视觉一样，利用以前的经验来解释输入。

相比视觉，听觉更容易引起注意，且反应速度快，可以捕捉各个方向的信息，不受照明条件限制。

人类听觉系统对声音的解释可帮助设计人机交互界面中的语音界面，而对有能力缺陷的人，如视障人士来说，「 听觉（语音交互） 」更是一种替代视觉显示的重要形式。

听觉的形成

感知范围

声音有三个要素：音调（频率）、响度（振幅）、音色（材质）。

人类可以听到的声音频率范围为20Hz-20kHz，正常情况下人耳可分辨出约 40多万种 不同的声音。

对语音的辨认频率范围为260Hz-5600Hz。正常情况下，人类语言的频率在：500Hz-3000Hz之间。

感受性、识别性最高的频率范围在1000Hz-4000Hz，低于500Hz，或高于5000Hz时，要达到一定响度才能被听到。

响度

0－20dB，几乎感觉不到
20－40dB，相当于低声说话，轻柔的响声
40－60dB，正常谈话的声音
60－70dB，会感到吵闹、长时间会损害神经细胞
超过70dB，让人感觉烦躁，无法集中注意力
85-90dB，短时间内影响人的听力，破坏神经细胞
超过90dB，听力受损

超过140dB时，引起的是痛觉，而不是听觉，会完全损害听力（欧盟界定的导致听力完全损害的最高临界点）

对音色的辨识和记忆

人耳对各种音色的分辨能力非常强，对经常听到的音色也具有很强的记忆力。

比如在同一频段同时演奏不同的乐器，人耳依然可以分辨出有哪些乐器在进行演奏，也能识别出不同动物的叫声。

而对于熟悉的人，比如对父母兄弟姐妹等，经常只通过说话的声音，就能知道是谁；通过脚步声，也可以辨认出来是谁来了等等。

辨别方向

除了对声音的「 音调、响度、音色 」这三个要素的感知之外，人耳还能辨别出听到的声音是「 从哪里/哪个方向传来的 」，也就是声源方位感。

粗糙的声音

瑞士的神经科学家通过研究发现：粗糙的声音（上限约为130 Hz）激活了大脑某些特别的区域。

当重复的声音被认为是刺耳的、无法忍受的时候（特别是在40-80Hz之间），会引起持续的反应，刺激杏仁核、海马体和脑岛，特别是跟突出、厌恶和疼痛相关的区域，而正因为有这些区域参与声音的处理，才会使这类声音会让人感觉到难以忍受。

这也是警报声的应用原理，通过快速重复的频率来引起人们的注意。再结合声音传播不受光照、方向、角度等影响的特性，来提高警报声被人耳检测到的概率。

其他让人感到烦躁、难受的声音，如汽车喇叭声、尖叫声、婴儿哭声等等通常也是在这一频段。

聚焦效应

视觉上的三维图效果，是眼睛先呈「 散焦状态 」，视焦点前后位移产生层次感，从而看到三维平面图画的立体效果。

而人耳的听觉跟视觉相反，可以从众多的声音中「 聚焦到某一点 」上，也就是听觉的「 聚焦效应 」。
比如我们听交响乐时，大脑皮层可以抑制其它乐器的演奏声，把精力和听力集中到其中的一种乐器声音上。还有在公交地铁上，我们同样可以集中精力听广播报站的声音，而忽略车上的其他喧闹声。

这个特性也让语音交互的场景拥有更多的可能性。

触觉属于动觉交流领域，即通过身体的运动/动作来交流。

跟视觉、听觉的感知相比，「 触觉 」最大不同是它的非局部性（全身皮肤），以人体为介质，对皮肤、肌肉的感受器进行刺激，能够 敏感、强烈和更迅速 的被用户感知，及时传递信息。也 不易受环境影响，无论环境吵杂，或是光线不佳，对其体验效果的影响都不大。

但「 触觉 」传递的信息远少于视觉和听觉，通常作为视觉和听觉反馈的补充。而对有能力缺陷的人，如听障、视障人士来说，「 触觉交互 」的应用则是一种很重要的形式。

同时也是用户体验过程中重要因素之一，会直接影响用户对产品的情感体验与交流。在工业产品设计中感受较多，如日常工作生活中常见的家居用品、鼠标、键盘、手机等的外形设计、材质触感等。

触觉的形成

人类的皮肤表面散布着触点，一般指腹最多（人类手指的触觉敏感度是前臂的10倍），其次是头部，最少的是背部和小腿。触点的大小不尽相同，分布不规则。

作用

通过对冷、热、尖锐物体的判断，让身体及时远离危险和伤害，可以对人体起到保护作用。

同时也具有表达情感，辨别情绪的功能。有说法认为「触觉」可能是用来传达人的情感的最佳途径，就像「 拥抱 」和「 安慰的文字/语言 」，体现的情感强度就很不一样。

触觉反馈-触觉学（Haptics）

借助Haptics技术，通过作用力、振动等「 触觉反馈 」，可以起到传递信息的作用。但想通过「 触觉体验 」来传达恰当的、有用的信息，需要先理解人类是如何诠释不同的「触觉体验」的。

比如想要通过「 振动感知 」来传递有用的信息，需要先了解怎样的振动频率、强度、节奏可以让使用者意识到其代表的是什么意思：成功、失败还是其他呢？这涉及到「 认知 」方面的内容。

通常情况下，「 触觉反馈 」是作为视觉、听觉反馈的一种补充。
如在触控屏上用虚拟键盘输入文字时，通过按键的「 振动反馈 」，让用户清晰及时地了解到自己已经成功按下了某一个按键。相关研究的结果也表明：虚拟键盘加入振动反馈后，是可以提升用户输入时的准确度。

而一些特定场景下，「 触觉反馈 」可以很好的替代视觉和听觉反馈。
比如驾驶汽车时，驾驶员需要将大部分的注意力放在道路环境上，那么通过「 触觉反馈 」，将部分操作结果传递给驾驶员，这一可以在一定程度上减轻驾驶员在视觉和听觉上的负担。

人类的动作通常分为三类：先天、模仿、训练得来的。

由于肢体的结构特点，「 先天 」和「 模仿 」的动作，通常存在一定的局限性。

头部/颈椎

颈椎前屈幅度35-45°，后伸35-45°，左右侧屈各45°，左右旋转各60-80°。

当颈部前倾时，颈椎承受的压力逐渐增大：
前倾0°时，为头部重量，约为4.5-5kg；
前倾15°时，承受压力约为12kg；
前倾30°时，承受压力约为18kg；
前倾45°时，承受压力约为22kg；
前倾60°时，承受压力约为27kg。

结合前面我们讲过的人眼转动的舒适角度和视野范围，可以为一些物品的设计提供参考。

腰部/腰椎

直立，腰伸直自然体位时，腰部可前屈90°、后伸30°、左右侧屈各20-30°、左右旋转各30°。

人体平（仰）卧位时，腰椎承受的压力最小。

腿部/膝关节

膝关节屈膝角度可达120-150°（小腿后部和股后部相贴）。人坐立时，膝关节弯曲90°，小腿和地面垂直放置对腿部最好的，屈膝小于90°时，长时间保持会影响下肢的血液循环。

伸直时一般为0°，有过伸状态5-10°。膝关节屈曲时，有轻微的内旋和外旋运动，约为10°。

手臂/肘关节

肘关节弯曲角度可达140°、过伸角度为0-10°、旋前80-90°、旋后80°-90°。

打字时，手肘弯曲接近90°（水平放置）是最放松的。

手指/手掌

1. 拇指动作幅度

掌侧可以外展约70°，指间关节屈曲约90°，掌拇关节屈曲约20-50°。
和手腕连接处的腕掌关节，能够进行较大程度的屈伸，收展，完成对掌运动。这是拇指特有的，是拇指骨外展，屈和旋内运动的总和，使拇指尖能跟其他的手指和掌面接触。

2. 其他手指动作幅度

掌指关节屈曲约60-90°，近节指间关节屈曲时约为90°，远节指间关节屈曲时约为60-90°。

3. 手指触控

在使用手机等数字界面时，用「 食指 」和「 拇指 」进行触控是比较自然和常见的行为。

根据麻省理工对人类触觉的实验，食指、拇指的宽度和触控区域有以下数据：

食指平均宽度约16~20mm、指腹触摸区域尺寸约10~14mm、指尖触摸区域尺寸约8~10mm。
拇指平均宽度约25mm、指腹触摸区域尺寸约12~16mm、指尖触摸区域尺寸约10~12mm。

触控控件的最小尺寸要大于触摸的最小尺寸。控件过小，一方面会增大准确触控的难度，另一方面手指会造成遮挡，导致用户无法明确是否已经正确触摸了相应的控件。

（手指触控这部分本来放在上面关于触觉的内容里，后面想了下，「触觉」更多的是指「反馈信息」层面的作用，所以还会归在肢体动作、范围里比较合适。）

4. 手指击键

用键盘打字时，在某些瞬间，多数手指只是放在键位上，没有击键行为，因此键盘按键的驱动力需要大于手指重量产生的力，才足以支撑手指。

ANSI 1988 年建议键盘击键的理想压力应该在0.5N-0.6N之间，一般0.25N-1.5N的压力都是可以接受的。

而对于一些特殊的设备按键，比如工业键盘类的，则需要更大的按键驱动力，因为这类产品的工作环境和活动相对复杂，需要更谨慎的操作。

5. 单手操作

单手对手机等触屏设备进行操作时，一般以四个手指和手掌为依托，用大拇指操作为主，而成年人拇指长度约为6-10cm。

数据表明，一般成年男性，单手全屏操控的屏幕尺寸最大约为4.5英寸，而成年女性，单手操控的极限约为4.0英寸。超过这个尺寸，单手进行全屏操控会有一定困难。

而目前主流的智能手机基本在5英寸以上，根据拇指关节的活动幅度，单手操作时在手掌位置不动的情况下，拇指触及的区域只是很局限的一部分：

以上就是体验设计中涉及人体结构特性的内容部分。
感谢阅读，期待交流。

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部分内容参考：
https://www.nngroup.com/articles/dark-mode/
https://blog.csdn.net/qq_34217861/article/details/126102325
百科词条：用户体验、人机交互、人机工程学、视觉、听觉、触觉、人体各关节功能活动范围
其他