CHI2017 交互设计在较热门的研究领域如何继续创新？

什么是CHI？

今天跟大家分享一个学术会议SIG CHI，全称Special Interest Group on Computer-Human Interaction，顾名思义，这是研究人与计算机互动的一个学术会议。但希望大家别被「学术」两个字吓到，因为这个会议是我见过最有趣的学术会议之一，为什么我会这么说呢？

类似这样的会议也有很多，当时我在念研究生的时候，我们主要投的是CHI，UIST，CSCW，TEI等，他们特点都各不同，CHI的成立成立时间比较早，所以东西都很全，有界面设计，服务设计之类的，其他几个则各有特点，UIST(User Interface Software and Technology)主要聚焦于硬件的界面设计，CSCW（ computer-supported cooperative work and social computing）偏向计算机如何服务于日常生活，TEI（Tangible and Embedded Interaction）则是更偏向于有形的交互设计。

交互设计怎么理解？

说到交互设计，其实大家都不陌生，大部分互联网公司都会有交互设计岗，主要关注的是数字产品、环境、系统和服务。引用Alan Cooper在About Face里面说到的一句话是：

交互设计在于如何设计行为。

这是很多传统设计学科不曾探讨的，比如建筑关注的是人民如何使用物理空间；平面设计是为了优化信息传递；工业设计在于优化功能、价值与外观。

交互设计与工业设计其实有千丝万缕的关系，工业设计一开始是设计布局，操作方式和机械，主要聚焦的是物理结构层面的东西。随着产品的操作复杂度变高，汽车，电话到家电，计算机，并非所有的设计都只是聚焦在物理结构上，比如信息，服务等等都没有物理表现的内容。所以随着设备结构的复杂度增加，就需要新的一种设计，通过对界面的设计，去影响人的行为。

那怎么样去设计人的行为呢，有很大一部分是需要用户界面来传递的，所谓交互界面就是一种可以让双方传递信息的边界。以我们人类为例，我们人与这个世界的界面，就是眼睛，鼻子，嘴巴，耳朵，皮肤等。那我们常见的电脑，就是显示器，音响，键盘，鼠标等。

图片来自wiki，user interface：Linux_kernel_INPUT_OUPUT

界面的演变

1945–1968: Batch interface（批处理界面）

早期的计算机计算能力不高，当时的执行方法还是拿着一大叠这样的卡片到当地的电脑中心，一张卡片代表一行程序，然后排队等着自己的程序被电脑中心处理、编译并执行。执行完以后，就把一堆bug信息或者执行结果返回给程序员，然后再执行。

图片来自wiki，user interface：Paper_Tap

1969–现在: Command-line user interface (命令行界面)

这种交互界面是在图形界面普及前，应用最广泛的界面。它一般只是使用键盘输入，计算机接到指令后，予以执行。

图片来自wiki，user interface:DEC_VT100_terminal

1968–现在: Graphical User Interface（图形界面）

图形界面也就是我们现在常用的界面，所见即所得，这里不多做介绍，但是其实图形界面依然和命令行界面有千丝万缕的关系，比如我们常见的搜索框，就是图形界面和命令行界面的很好组合。我们输入一行字，界面能马上反馈输入结果给我们，让我们可以用其他的设备去选择与点击。

CHI2017

讲了一些背景知识，我们回到正题，这次CHI2017 我主要分享的三大块的内容，是近几年比较热门的研究领域，第一个是智能手表的交互设计，第二个是触觉的交互设计，第三个是有形的交互设计。

智能手表的交互设计

关于智能手表，这个离我们已经非常近了，很多公司都推出了自己的主打产品。苹果手表支持触屏交互，Pebble Time watch则是一款不支持触屏的墨水屏手表。但是目前而言关于这种非触屏的手表输入还是非常困难的。

这篇获奖论文 ，COMPASS: Rotational Keyboard on Non-Touch Smartwatches ，这篇讲得是在非触屏的智能手表，仅仅靠旋转和点击来输入文字。但如果只是通过旋转来一个一个选字母显然太太慢，通过实验，他们发现屏幕上有三个光标是最快的。

可以看这个图，一开始有三个光标，旋转来选择，通过点击来选择其中一个字母，然后推荐出接下来可能的字母与可能的单词，通过长按来切换字母和单词的选择，在通过旋转转盘和点击来进行选择。在输入过程中如果想删除，就轻甩手表了删除刚输入的字母或单词。

图片来自COMPASS

这篇论文让我觉得很有趣的就是3个光标的策略选择上，首先他们探究了光标的相对位置，相对位置是静止（S-COMPASS）和动态（D-COMPASS）的，S-COMPASS好处是，用户可以预测下一步旋转后光标会指向什么，D-COMPASS则是根据概率来预测下三个字母是什么，减少旋转距离。在光标的数量上他们也测试了1-5个光标。最后得出3个光标的动态COMPASS是最合适的。

COMPASS这种输入方式，对于新手来说大概是10WPM(WPM，word per minute，单词每分钟)，练习了90分钟后，能提高到12.5 WPM。

智能手表的痛点在于屏幕很小，Chris Harrison（这次CHI上了4篇），有一种衡量交互能力的方法，交互能力 = 交互空间 * 交互模态（interaction power = interaction space * interaction modality）。交互空间很好理解，比如iPad>iPhone>iWatch，所以智能手表最蛋疼的就是输入输出空间变小，这时候交互模态的多样性就变得尤为重要。这里先要解释一下啥是输入模态，输入模态就是界面的独立传感输入输出通道，包括视觉，听觉，触觉，味觉，平衡。也可以理解成输入的维度，维度越高，线程就越高。

这次另外一篇关于智能手表的论文，就是尝试去增加智能手表的交互模态，来增强智能手表的交互能力。Float: One-Handed and Touch-Free Target Selection on Smartwatches 。这篇的主打的l两个点是One-Handed和Touch-Free。

图片来自float

为什么是这两个点呢，因为手表移动属性要大于手机，可以提供随时随刻地信息交互。但很多时候手表的输入是得依靠不戴手表的另一只手，而且如果用另外一只手输入，也会遇到fat-finger（手指太粗，挡住了大部分的屏幕）的问题。

图片来自google：Fat_Finger

这样在一定程度就抹杀了手表很方便的属性。所以这篇论文把输入的维度寄予在手腕的倾斜（WristTilt）于手指的手势(Finger Gesture)。手腕的倾斜像控制杆一样负责选择，手指则负责点击。这样的设计在一定程度上增加了输入的维度，拓展了手表的输入能力。解决了我们在外面行走，手里撑着伞，骑车时候的交互问题。

图片来自float

触觉的交互设计

这几年另外一个研究热点就是皮肤上的触觉回馈，触觉这个维度的感知通道有几个好处，它的反馈代表真实物体，它的反馈无处不在，所以这两年的热点都聚焦在当我们带上VR设备的时候，需要触觉反馈。或者当我们非常忙的时候，眼睛没空，环境太嘈杂的情况下，今天主要讲一下第一个方向。

首先是这篇，Fingertip Tactile Devices for Virtual Object Manipulation and Exploration 。这篇探究的是在vr环境下，指尖上的触觉反馈，包括抓、挤、压、抬等。

图片来自Fingertip Tactile Devices

这几年有好多触觉的反馈是通过震动来实现的，但是震动只能让人感知接触事件和材质变化，如果想提供力量的反馈，还是需要新的方法。这篇论文设计了戴在指尖上的设备，提供了3个自由度触觉反馈，可以在指尖上移动和按压。经过实验表明，这东西可以在「欺骗」人感知物体的重量，还甚至会因为这种反馈的欺骗，主动改变自己的握力来适应这样的改变。

有形交互设计

最后一个是Tangible Interaction（有形交互设计），这个是我最最喜欢的一个领域，其实当时去台大有两大块领域可以选，一个是虚拟现实，一个是有形设计，之所以不喜欢虚拟现实，其实是个人的执念，觉得这东西太神奇，就像黑客帝国那种感觉。所以还是选择到有形的交互设计。

这个领域最好的实验是是MIT的tangible media group。他们对未来界面的憧憬是这样的：他们把世界分为虚拟世界与现实世界，他们的最小单位分别为Atoms(原子)与Bits(字节)。而tangibe的目标就是让bits尽量用atoms的方式来表达。

所以图形界面我们只能从水面上看到水面下的一些信息，而有形界面就是让bits突破屏障用atoms来表现，这样我们就可以直接控制真实物体来控制虚拟信息，这让我觉得界面有种返璞归真的感觉，以前的交互设备是遥控杆，旋钮，都是真实的，但这些控件只能针对某种操作无法适应复杂的交互需求。而随着目前传感器，驱动器的能力的变强，体积变小，对真实物体的直接操作又变得有可能了。而Hiroshi Ishii（实验室的老大）希望未来所有的原子都是Radicals Atoms都是可以直接为人所操作，成为现实世界与数据世界的桥梁（界面）。

图片来自mit tangible group

这个领域最出名的一篇论文也是这个实验室在UIST2013发表的inFOMR（Dynamic Physical Affordances and Constraints through Shape and Object Actuation ）

图片来自inFORM

这张图就是这篇论文的精髓，第一张图讲得是可以示能的交互控件，这里涉及一个概念叫Affordance(示能)，所谓示能就是一个物体的特性来决定这个物欲的预设用途，与它和主体之间的能力。举个例子，门的把手，门可以推也可以拉，那好的门把手应该是，在能推的时候，只提供一个金属门板，在能拉的时候，只提供一个门把手。第二张图讲的是通过对维度的限制，来指导人操作物体，比如一个洞，就意味着要放在上面，比如一个凹槽，就以为这可以在上面移动。 第三张图是一个动态的界面是可以操作物体移动，第四张图是动态的界面可以渲染出真实的物体（虽然像素很低）

这个领域最出名的一篇论文也是这个实验室在UIST2013发表的inFOMR（Dynamic Physical Affordances and Constraints through Shape and Object Actuation ）

这张图就是这篇论文的精髓，第一张图讲得是可以示能的交互控件，这里涉及一个概念叫Affordance(示能)，所谓示能就是一个物体的特性来决定这个物欲的预设用途，与它和主体之间的能力。举个例子，门的把手，门可以推也可以拉，那好的门把手应该是，在能推的时候，只提供一个金属门板，在能拉的时候，只提供一个门把手。第二张图讲的是通过对维度的限制，来指导人操作物体，比如一个洞，就意味着要放在上面，比如一个凹槽，就以为这可以在上面移动。 第三张图是一个动态的界面是可以操作物体移动，第四张图是动态的界面可以渲染出真实的物体（虽然像素很低）

图片来自google：affordance door

通过界面的物理变化提供affordance这里我在详细讲下，作者这里把TUI与原来的GUI做了一个类比。比如一个凸起来的柱状体，就意味着按钮，让人想要按压。条状带意味着这当做一个触控条。这二维面板意味着像一个触控屏让人可以移动。单独的条状，就像一个把手，让人希望在z轴方向上下移动（挊）。

示能这个概念是一个心理学家吉普森(J.J. Gibson)提出的，他认为这个世界充斥着线索，大家只要用直接知觉就可以把它们捡起来。我的理解是，示能的好处是当我们使用的时候是不需要学习的，很直接，就像门把手一样。但示能的使用还是需要设计师对人类的一些经验很好地总结，因为示能的能其实还是需要之前的学习的。就像这里的2D Touch Surface，如果以前不知道触控板，其实还有一点点难以理解。

图片来自inFORM

今年这个实验室也发了一篇神奇的论文，我还没看，感觉有点超出我的认知，这里我先把视频贴在这里，大家有兴趣可以看看。这篇论文叫Transformative Appetite: Shape-Changing Food Transforms from 2D to 3D by Water Interaction through Cooking 。

我目前对交互设计还有我自己的一个理解。在大学的时候，有一门设计课，老师问设计是什么，我当时的回答是，设计是为了美化，然后老师的回答是设计是为了「传递信息」，这句话当时刷新了我的三观，也一直成为我职业生涯的一个准则。

所以，从这个准则，我同样把它们适用于交互设计，就是交互设计师通过界面来传递两边的信息。不管是现在很多公司的交互设计师，他们是通过GUI界面来传递信息。还是未来VR AR，TUI界面，变得是界面，不变的是信息。

[1]Cooper A, Reimann R, Cronin D, et al. About face: the essentials of interaction design[M]. John Wiley & Sons, 2014.

[2] Yi X, Yu C, Xu W, et al. COMPASS: Rotational Keyboard on Non-Touch Smartwatches[C]//Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 2017: 705-715.

[3] Sun K, Wang Y, Yu C, et al. Float: One-Handed and Touch-Free Target Selection on Smartwatches[C]//Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 2017: 692-704.

[4] Schorr S B, Okamura A M. Fingertip Tactile Devices for Virtual Object Manipulation and Exploration[C]//Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 2017: 3115-3119.

[5] Follmer S, Leithinger D, Olwal A, et al. inFORM: dynamic physical affordances and constraints through shape and object actuation[C]//Uist. 2013, 13: 417-426.

[6] Wang W, Yao L, Zhang T, et al. Transformative Appetite: Shape-Changing Food Transforms from 2D to 3D by Water Interaction through Cooking[C]//Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 2017: 6123-6132.