手持移动设备的交互技术与应用发展综述6800字
手持移动设备的交互技术与应用发展综述6800字 近年来通过手机、平板等可以随时随地方便地访问获得各种信息，因此此 类手持移动设备成为越来越多人的生活必需品，应用环境愈加广泛，销量已经赶 超电脑。手持移动设备的相关研究也越来越多，本综述中涉及的主要是手持移动 设备的交互设计与用户体验方面的研究论文。相关技术与应用在快速发展，如多 触控点触摸屏、灵活的操作手势、热感应、挤压刺激等多种形式的感官刺激，鼻 子、声音辅助操作、增强现实等。在现有的市场和用户环境下，对移动设备设计 人员而言既是机会也是挑战。且研究了在已有成熟的和新兴的软、硬件交互创新 中带来的用户体验与评估研究。摘要：
1.前言 移动设备因其便携性和日渐丰富的功能成为人们日常生活中不可或缺的产 品。近年来大热的人机交互和用户体验的理论研究和实践活动使得其发展更迅速、 更人性化。然而由于涉及到多种学问，有着不同背景和经验的用户价值系统不同， 要为众多不同用户设计既好用又负担得起的设备是巨大的挑战。手持移动设备的 交互设计面临了更多新问题，复杂度也进一步提升。近年来出现了大量的探讨和 研究，但相关标准还未被建立。本文涉及的论文大多是2009～2014年间的论文。
主要来源于历年的ACM、CHI、SIGCHI、Mobile CHI会议、IEEE期刊、工作坊等， 部分则是相关领域专家的书籍节选。
日益提升的便捷性与功能聚合，使移动设备在工作、、娱乐等生活的各方面 体现出了优势。如移动学习�D�D未来的重要学习方式，Chuantao等人通过维护 援助项目帮助个人用移动设备远程学习维修，HSHB项目中用户在食堂或自助餐厅 里通过移动设备选菜，并兼顾个人喜好和营养需求(YIN， C.等，2009)。还可以 获取食物的成分、卡路里，监督记录运动，达到减肥健康目的。MacLean等人的 研究则证明移动设备识别手写内容时更精准，被应用于草图绘制、笔记书写等更 有优势。(MACLEAN等，2011)移动性、合作性、情景化、增强现实和无线射频识 别的技术和特点都是移动设备的优势。从原有的物理键盘到全触屏，单、多点触控，到更概念化的虚拟投射操作，消失的移动设备、丰富多变的操作手势等，设 计者为了提供更好的使用体验，不断变革原有模式，将新方法、新体验渗透进人 们生活的方方面面，并不断改变着世界。
2.手持移动设备面临的挑战 随着使用人数和范围的不断扩大，移动设备面临的挑战也日渐增加，主要来 自于硬件和软件。硬件方面，移动设备的尺寸和重量有局限性，为了满足可移动 性，键盘、滚轮显示屏、音频等输入输出设备、蓄电量和设备本身的体积都是挑 战。而在软件方面，扩展出子菜单的菜单项、导航和浏览、图像图标大小清晰度 软件界面等是设计人员面临的最大挑战。
3.多点触控的相关技术 多点触控技术使得移动设备的可操作范围更大，应用灵活多变，已被广泛应 用在移动设备中，相关研究很多，如移动设备的双面多触控点输入(SHEN等，2009)、 桌子下方的交互、可弯曲的电脑、混合触摸、透明清晰触摸(WIGDOR， D等，2007)、 手指前后触摸等。Clifton 等人比较了单手与双手操作、直接触摸与鼠标输入之 间的差别，发现使用双手直接触摸完成任务时效果最好，该结果与Julie等人的 发现不谋而合。(WAGNER等，2012)Tom等人发现双手多触控点发挥优势的前提是 手指与触控点之间必须有清晰一致的对应关系。并提出用Cross-Keys和 Precision-Handle两种补充方法提升触摸指向精确度。多触控点立方体交互 CubTile模型可以同时在几个表面执行基本的2d手势，结合映射完成3d交互任务， 从而更好地与虚拟环境交互[1]。Erh-li等人在双面多触控点输入中设计了一套 映射了现实生活的抓取、拖拽、推拉、翻转、伸展动作，并设计出了初步原型用 以实施这些动作，发现它们学习成本低、易学，操作3D物体的时间短，利于开发 游戏、实景应用。Stefan等人关注于多触控点对用户体验的影响，提出了它所面 临的基于屏幕、用户和输入的3类8种挑战，手指阻挡、肌肉疲劳、用手习惯、多 用户合作等都是多点触控面临的挑战。(HUANG， K等，2009)另外移动设备的屏 幕大小和交流方式也会对人们的心理产生影响。新闻的呈现方式是视频还是文字， 对人们理解记忆的影响并不完全一致，它们深受情景、环境、特殊的刺激诱因等影响。(KIM， K等，2011) 4.手势操作的相关技术 对多点触控屏幕而言，广泛应用的手势操作自然好用，两者之间互相影响。
如双面多点触控和透明触摸就是因为屏幕的显示内容被手指遮挡而出现的，此外， 手势本身也有其优劣势。操作过程中，触摸屏显示和加速度计、陀螺仪、方向传 感器等的动作传感器，带来了人机互动时不同的2D和3D手势操作。因此手持移动 设备更要重视为触控和手势的用户交互而设计。捏和扩展手势是触屏移动设备中 常用的手势，研究表明在UI设计中，它们符合费茨定律但并不总是对称，在手机 上选择使用两个拇指的人能够更迅速和准确得执行两种手势。但手指距离与任务 完成时间的关系不同，是否能够应用于真实任务环境也有待研究。(TRAN等， 2013)Jaime等人的研究主要关注运动手势，让用户自定义动作手势，发现参与者 的表现依赖于所交互的平面，回归了现实世界的隐喻。最后根据手势的运动性质 和尺度进行分类组合，选出用户定义的手势集，给App开发人员提供了启发和挑 战(RUIZ等，2011)。Matthi引入了一个可实时探测指尖的机械，用于评估和跟踪 使用手势时计算机视觉的活跃情况，并呈现了多个新颖的用例和代表性的app演 示。该结果可以被用于进行类似于真实世界物体交互。增强现实游戏，无标记投 影仪等方面(BALDAUF等，2011)。Josh Clark认为手势源于经验，因此太多新奇 特殊的手势难以被接受使用，但也要通过扩充标准手势，来帮助用户发现自定义 手势，并准备好备用方案，提供多点触摸手势的同时，也要提供单指手势作为替 代。使所有的手势都能通过可见的控件来完成，并为每次点击和操作都提供视觉 反馈。更要用较难手势来防止误操作。另外他也提出对于移动设备APP中出现的 越来越多的横屏应用，应该将一个屏幕的内容优化好，再添加对横屏的支持，且 应灵活控制内容，而非一味的放大。并要防止把重要内容和功能藏在屏幕旋转后， 避免受众找不到，或在屏幕旋转、布局改变时迷失方向。
对手机这样屏幕较小的移动设备而言，研究者和设计者一直强调为单手操作 而设计，但对于平板电脑这样大屏幕的移动设备，双手操作则更加方便安全。
Julie等人通过对比单手和双手握持和操作平板发现双手交互有很大优势，并对比验证了定义的5种握持方式的优劣。后期试验中则引入了3种BiPad交互形式， 包括双手点击、手势和弦，通过完成特定的一组任务后发现，当为握持手附加上 简单的交互操作功能后，相比单手技术能够更好地协助交互操作，用户的操作舒 适度更高。这对于扩展新的手势交互提出了新的设想。[2] 在移动设备屏幕的变大趋势以及移动的环境下，用双手进行操作实属不易， 手持移动设备的使用已经不局限于手指的触摸操作，而是逐步加入了能够充分调 动人们所有感官的，更方便人们使用的新方法，如直接接触用户皮肤的振动、温 度、挤压、疼痛的触觉刺激。Katja等人的研究表明人们更喜欢与他们亲近的人 使用触觉交流，它在实现实用性目的和情感交流中都很有用，但目前相关研究很 少，也没有广泛应用于移动设备上。[3]另外Graham等人发现用户的手和手臂能 够更好的发现冷热刺激，验证了热反馈的应用可能，但要注意真实的环境对信息 传递的影响(WILSON等，2011)。Daisuke等人则提出了VAM语音增强的操纵技术， 增加了移动的环境中的用户操作(SAKAMOTO等，2013)。这些交互方式为交互提供 了新渠道，对未来的移动设备变革有积极影响。
协作是无处不在的移动设备和有限的屏幕大小带来的新问题。Jerry等人对 儿童读故事的研究发现相比空间共享协同人们更偏好内容分割，支持协作配置有 助于克服有限的屏幕空间这一重要的可用性问题(FAILS等，2011)。Tao等人从微 型化角度探索移动设备的发展趋势，希望未来的移动设备微小到甚至不会被人感 知，能够放在任何表面或者人的皮肤上并依然能进行输入操作，从而实现真正无 处不在的使用。(NI， T.等，2009)另外，触摸屏和手势操作使得长久以来的文 本输入变得困难，因此要强化文本输入，并在可穿戴式计算机、智能手表等 on-body电子产品成为主流时解决该问题。
但Norman和Nielsen认为现在移动设备上使用的手势是一种可用性的倒退。
在发展自然用户界面时把已成熟的交互准则忽略抛掉，甚至违背，却建立构想拙 略的新法则，未成功建立新的准则，导致未经检测和证实的成果直接发布给了不 知情的公众。众多新的移动交互形式处在初期阶段，仍有很多不尽如人意的地方， 需要更多的探索与研究。(NORMAN等，2010)移动设备的交互不仅仅是设备本身的属性，更要强烈地依赖于设备使用的上下文环境。Rodden等人提出了基础设施环 境、应用程序、系统、位置和物理上下文5条重要设计对象用于开发分布式移动 apps，并提出要以更广阔的自然交互视野补充设备的局限性从而发展技术的工作 等建议。(RODDEN等，1998) 5.移动设备的用户体验与评估 在社会群体中使用手持移动设备，除了使用是否舒适简单习惯，人们也会在 意他人眼光，设计者必须考虑公众在公共场所可以接受的表现。如期望以适当的 不显眼的方式输入文字。Julie等人的研究发现，微妙的运动、与现有技术、每 天的活动类似的、令人愉快的手势都是好用的，而不常见的、看起来很奇怪或容 易被人注意的、觉得不舒服或干扰沟通的则最不被喜欢。另外，人们更愿意在家 人熟悉的朋友面前使用不常见、或有些怪异的操作方式，在陌生人面前则碍于面 子和形象问题不愿意使用。(RICO等，2010)如用鼻子操作触摸设备这种新型交互 叠加设计，能够很好的解决偶尔腾不出手或单手使用设备的不便，但它有时会带 来心理上的不适。[4]前文中共识集中用户定义的手势比不在其中的更能为社会 所接受。且用户对于手势的可接受性即使在一次积极经验后也会提升。如对于用 iPad拍照，人们从眼光诧异到习以为常，改变了观念和习惯。这些结果给研究人 员提供了可以用于在发展多模式交互技术早期，评估社会可接受性的具体工具。
(RICO等，2010)Olibário等人通过尼尔森的启发式评估、威廉姆斯四个基本原则 等评估方法对现有的部分移动设备应用做了评估和互相验证，发现了众多可用性 问题(MACHADO等，2013)。Jesper等人回顾了2009年的144篇顶级刊物，并根据其 方法和目的进行分类，与之前的一些文章进行比较，从中得出了大量该研究领域 的关注点，方法和技术。发现移动HCI对移动HCI现象的理解已经超越了机械问题。
并总结出了机会和挑战。任务需要通过更深入和长远的自然环境方法论，要提炼 萃取一套新的研究疑问和问题，超越关注人类或技术，在团体中更广泛的共享。
[5] 6.跨学科学习与研究方法总结 早期HCI的大量研究依赖于实验方法，针对用户行为采用简单的刺激反应模型。而8，90年代生成了多个常见的、强大的关于人类行为和认知的理论，且已 被验证，包括合理的行动，自我效能感，习惯化理论等，为强大和累积研究的方 向提供了充足的途径。信念、使用程度、输出结果之间显著的交互作用，使人机 交互和信息系统领域面临问题，而通过关注环境有效性、丰富的认知观念以及增 长获取新的数据集能够解决这一挑战(LYYTINEN等，2010)。另外，由于人机交互 本来就是一门交叉学科，因此可以从很多其他领域的研究中借鉴经验与方法。
Elke在创新设计一书中提到的很多观点可以被学习，草图可以综合想法，在跨学 科研究中方便参与者沟通产生基本的共同认识。而在愿望、技术和经济可行性不 确定的情况下，建立用户、市场和功能测试3大原型则是减少不确定性的好方法。
开发知识管理系统中使用的知识整理存储方式是以用户为中心的研究内容和开 发流程，对日益重视用户体验的移动设备设计而言也是一样的。(PARK， J，2011) 在这些论文中研究人员使用的研究方法有文献分析、对比，实验法、焦点小 组、用户访谈、对比试验、民族志考察、问卷调查、大声思维协议、主观评级(RUIZ 等，2011)、结构化规划和技术档案方法等方法。另外，先做出简单原型，再让 被试者来参加实验，从而降低凭空想象带来的难度和理解偏差，容易更好地找到 可用性问题。
7.总结 综上分析，笔者发现近年来移动设备交互减弱了技术驱动，更重视以人为本 的研究。为了提升用户的效率和满意度，设计和研究人员以用户为中心，尝试理 解用户、建立需求、制作原型、可用性测试、系统评估，在不断迭代，建立、改 变中进行优化，通过互动系统，操作环境，识别用户需求并匹配、支持其活动。
从硬件方面来讲，手持移动设备领域所产生的新研究包括更人性化的多触控点屏 幕、手势、触觉感官设计。强化了普适计算和可穿戴的应用，技术带来了很多惊 喜，它们大多是细小而缓进的。评估之前的手势、软硬件可用性、易用性与愉悦 度，发现和尝试解决交互中缺乏一致性、可用性准则等威胁设备生存的问题，提 出多种新的优化方案和方法。通过研究自身领域的知识，专注于真正有影响的技术，以及多学习其他领域的研究成果，实现跨领域合作，考虑相关协作和上下文 环境方面的信息，会对手持移动设备和其应用程序的交互构建产生更深远的影响。
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[1]DE LA RIVI RE， J.-B.， KERV GANT， C.， ORVAIN， E. & DITTLO， N. CubTile：a multi-touch cubic interface. Proceedings of the 2008 ACM symposium on Virtual reality software and technology， 2008. ACM， 69-72. [2]WIGDOR， D.， FLETCHER， J. & MORRISON， G. Designing user interfaces for multi-touch and gesture devices. CHI′09 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems， 2009. ACM， 2755-2758. [3]SUHONEN， K.， V N NEN-VAINIO-MATTILA， K. & M KEL ， K. User experiences and expectations of vibrotactile， thermal and squeeze feedback in interpersonal communication. Proceedings of the 26th Annual BCS Interaction Specialist Group Conference on People and Computers， 2012. British Computer Society， 205-214. [4]ZAREK， A.， WIGDOR， D. & SINGH， K. SNOUT：one-handed use of capacitive touch devices. Proceedings of the International Working Conference on Advanced Visual Interfaces， 2012. ACM， 140-147. [5]KJELDSKOV， J. & PAAY， J. A longitudinal review of Mobile HCI research methods. Proceedings of the 14th international conference on Human-computer interaction with mobile devices and services， 2012. ACM， 69-78.