汽车人机交互界面用户自定义手势设计研究与应用

摘要

汽车正在成为一个连接日益增加数量化和多样性数字信息服务的平台，该平台为驾驶者提供了越来越多的可控制的信息娱乐功能。从车内交互方式看，多通道用户界面会成为未来交互设计的核心。从批量生产的工业产品设计的角度看，除了鼠标、键盘、触屏这三种人机交互方式以外，越来越多的交互方式进入到产品中，如手势、语音、眼动等交互方式。同时，手势交互作为一种可能的交互方式，已经在部分产品（特别是游戏产品）和展示设计中逐渐使用起来。相比于传统的触摸等物理操作方式，手势交互被认为是一种与机器或计算机更自然的交互方式。其中汽车人机交互界面设计是目前人机交互的重要领域之一。特别是以Apple CarPlay为代表的全新用户界面与众多汽车制造企业整合，使得以手势交互界面为代表的多通道用户界面在汽车人机交互界面中有更多可能性。因此，以手势设计为基础的汽车人机交互界面设计会成为未来汽车人机交互界面的重要方向。在以手势操作为基础的人机交互界面中，一个自然的手势是指符合用户期望的输入方式，因此如何设计出让用户容易理解而且拥有良好的审美和情感体验的手势就成为了一个关键性的问题。
　　本文首先从汽车人机交互界面交互方式的理论研究出发，对汽车人机交互界面中的交互方式进行了概括，一方面概括了汽车人机交互界面中的通用交互控制设备，另一方面由现有汽车人机交互界面设计中面临的复杂信息模型，引出了多通道用户界面在汽车人机交互界面的应用趋势，并对其中的交互方式进行了描述。进而通过对比手势交互与触觉、触屏交互等交互方式，得出手势交互在车载应用控制及操作的潜力和可行性，提出本文的研究重点即如何设计更自然的手势操作界面及手势。
　　接着，进一步探讨汽车人机交互界面手势及手势设计的相关理论，通过对人机交互领域手势相关理论的描述，了解了人机交互领域手势的分类、识别技术、人对手势的认知模式以及手势设计的方法。在此基础上根据汽车人机环境中的特点，提出了汽车人机界面中手势设计的可用性原则与手势设计的关键要素，进而提出基于手势操作的汽车人机交互系统模型构建。为汽车人机交互界面及手势的设计提供了理论框架与知识基础。
　　然后提出汽车人机交互界面用户自定义手势设计方法，一方面基于用户参与式可用性测试实验定义了汽车人机交互界面手势操作架构。另一方面基于用户自定义手势设计实验，根据实验结果对用户自定义的手势进行了分类，并对用户设计手势的心智模型进行了分析，最终为车载系统的多媒体娱乐功能定义了一系列手势。
　　文章最后进行了基于手势操作的汽车人机交互界面设计实践，以前文中概括的汽车人机交互系统设计模型为参考，结合用户自定义设计的手势集，定义了以手势操作为交互方式的车载系统的功能及架构流程。并最终通过技术实现完成了基于手势操作的产品开发，成功的将本文的研究内容及理论应用于实践并取得初步验证。
　　本文的意义在于探讨基于手势操作的汽车人机交互界面设计的关键设计流程及手势的设计方法，以实现交互的自然性，最大化满足驾驶者的驾驶安全及驾驶体验。本研究为汽车人机交互界面中交互方式的设计提供了一定的方法引导，也是对以用户为中心的设计思想的研究和补充。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的现状

1.3 课题研究的来源和意义

1.4 课题研究的方法和内容

第2章 汽车人机交互界面交互方式研究

2.1 汽车人机交互界面通用交互方式研究

2.2 多通道交互方式研究

2.3 本章小结

第3章 汽车人机交互界面手势交互设计理论研究

3.1 人机交互领域手势理论研究

3.2 手势设计的可用性原则与设计要素

3.3 基于手势操作的汽车人机交互系统模型结构

3.4 本章小结

第4章 汽车人机交互界面用户自定义手势设计

4.1 用户自定义手势设计的流程与方法

4.2 手势界面操作架构原型定义

4.3 用户自定义手势设计

第5章 用户自定义手势设计的应用实践

5.1 项目来源及主设计流程

5.2 系统设备及硬件支持

5.3 车载系统功能定义

5.4 车载系统交互设计

5.5 车载系统界面视觉设计

4.6 实车环境系统使用测试

4.7 讨论

结论

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录 B 手势操作系统架构定义实验流程及访谈脚本