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作者: Steve Scheirey 通過體感控制技術(shù)，用戶只要稍微移動空中鼠標(biāo)，就能操作智能電視屏幕上的鼠標(biāo)點擊。MEMS傳感器和傳感器融合算法是無線、三維光標(biāo)控制的基礎(chǔ)，這種控制將帶來激動人心的全新電視互動。盡管空中鼠標(biāo)的基礎(chǔ)互動設(shè)計來自人們熟悉的PC鼠標(biāo)，但還有一些至關(guān)重要的額外考慮因素需要考慮。本文將探究空中鼠標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)PC鼠標(biāo)的區(qū)別，揭示系統(tǒng)工程師如何解決空中光標(biāo)控制面臨的一些最棘手的挑戰(zhàn)。 讓我們從空中三維動作控制的基礎(chǔ)——鼠標(biāo)，開始講起。鼠標(biāo)作為指示及點擊控制的輸入設(shè)備，其設(shè)計基于人機工程學(xué)數(shù)十年的研究及測試。鼠標(biāo)在60年代首次發(fā)明，80年代開始商業(yè)應(yīng)用，時至今日，它仍被廣泛應(yīng)用中，因為它解決了顯示器上圖形用戶界面的指示和點擊控制的基礎(chǔ)問題。所有電腦鼠標(biāo)最重要和鮮明的兩大特征是界內(nèi)鼠標(biāo)和非線性彈道光標(biāo)移動。 界內(nèi)鼠標(biāo)，又稱相對鼠標(biāo)，指鼠標(biāo)光標(biāo)始終保持在屏幕邊界內(nèi)的一種特征。人機工程學(xué)工程師明確地選擇了界內(nèi)鼠標(biāo)是因為他們認(rèn)為，將鼠標(biāo)移動與屏幕上的光標(biāo)解耦開來效果會更好。這樣的優(yōu)點是光標(biāo)始終可見。使用者會感到他們在有效的控制著光標(biāo)而沒有“失去光標(biāo)”。 非線性彈道光標(biāo)意味著，光標(biāo)移動并非1比1的對應(yīng)鼠標(biāo)的移動。當(dāng)使用者快速移動鼠標(biāo)時，光標(biāo)會以更大的速度朝目標(biāo)加速移動。當(dāng)使用者慢速移動鼠標(biāo)時，光標(biāo)將會放慢，以較低速度移動。這具有兩方面的優(yōu)點。加速移動意味著在屏幕上移動光標(biāo)只需要較小的動作；減速移動讓用戶能更有效地點中屏幕上的較小目標(biāo)。 這些鼠標(biāo)動力學(xué)構(gòu)成空中鼠標(biāo)的光標(biāo)控制基礎(chǔ)。智能電視在屏幕上顯示的圖形用戶界面與PC相似，因此選擇使用非線性彈道光標(biāo)移動的界內(nèi)鼠標(biāo)(如同PC鼠標(biāo))作為互動架構(gòu)。然而，這些動力學(xué)對在客廳中進行空中操作實屬必要，但尚不充分。原因是還需要其他不顯見、不尋常的重要算法讓空中鼠標(biāo)便于使用。 這些要求是因為PC鼠標(biāo)和電視空中鼠標(biāo)不同的使用方式產(chǎn)生的。PC鼠標(biāo)是在明確而標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中使用的：用戶面對電腦坐在桌前，人機互動是活動的核心。而空中鼠標(biāo)則通常是在客廳使用，用戶可以坐、站、躺，以任意角度手持遙控器，他們的主要目的是搜索和觀看內(nèi)容。這種差別給空中鼠標(biāo)系統(tǒng)的工程師們帶來了三大挑戰(zhàn)，下面就來談?wù)勅绾慰朔@些挑戰(zhàn)。 挑戰(zhàn)1：空中鼠標(biāo)缺乏有線連接 用戶在房間內(nèi)位置不定，無法在空中鼠標(biāo)和PC之間建立有線連接，因此必須借助RF連接進行通訊，這就得在RF數(shù)據(jù)包速率與電池壽命之間做出取舍。另外，三維空中動作需要映像及轉(zhuǎn)化為二維光標(biāo)，經(jīng)操作系統(tǒng)處理后才能顯示在屏幕上，這就在系統(tǒng)中造成了一個難題：延遲。 我們總是希望智能電視能夠迅速理解體感手勢，并即時響應(yīng)。然而正如上文所述，由于數(shù)據(jù)收集頗為復(fù)雜，需要經(jīng)過傳輸和處理才能將動作映射到光標(biāo)控制，于是我們不禁要問：“究竟能夠有多快？”我們的研究顯示，動作控制系統(tǒng)的目標(biāo)延遲時間應(yīng)在30到50毫秒左右。超過這個限度，即便是初級用戶也能感覺到延遲，令可用性受到影響(圖1)。我們在測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)延遲60毫秒及以上時，系統(tǒng)超調(diào)量增大，目標(biāo)選擇效率降低。超調(diào)量大，操作失準(zhǔn)，導(dǎo)致用戶疲勞。因此，制定合理的延遲目標(biāo)值是決定動作控制系統(tǒng)成功與否的重要基礎(chǔ)。 
圖1：光標(biāo)控制的目標(biāo)延遲范圍。 挑戰(zhàn)2：空中鼠標(biāo)無平面摩擦 PC鼠標(biāo)置于桌上，可以通過摩擦保持動作穩(wěn)定，而空中鼠標(biāo)則沒有這樣的條件，所以會加劇無意動作對光標(biāo)控制的影響。具體而言，點擊空中鼠標(biāo)按鍵時產(chǎn)生的動作或手部抖動不僅擾人，而且非常妨礙用戶瀏覽界面，所以必須消除空中操作時的人體抖動，使屏幕上的光標(biāo)更加穩(wěn)定。常見的辦法是用一個簡單的低通濾波器，來消除輸入速率低于每秒5度的所有動作。但是，這也會影響到那些有意為之的細微動作，造成所謂的動作“死區(qū)”，妨礙用戶精準(zhǔn)選擇細小目標(biāo)，令用戶界面的設(shè)計受到制約。所以，分辨哪些是抖動、哪些是有意的動作，并區(qū)別對待兩者是非常重要的。這個任務(wù)并不簡單，因為抖動是因人而異，因遙控設(shè)計而異，也因用戶當(dāng)時的姿勢而異。解決方案須經(jīng)過大量的測試，尤其是遙控設(shè)計測試，因為尺寸、形狀、重量、平衡和按鈕分布這些因素都會影響抖動的程度。從概念到原型制作，整個過程的測試都很重要，應(yīng)當(dāng)考慮到動作控制的各種使用情形，以及用戶的各種姿勢和相對于電視機的各種位置。此外，還應(yīng)識別并排除按下按鈕引起的無意動作。這個可以通過在按下按鈕時凍結(jié)鼠標(biāo)光標(biāo)，或者在釋放按鈕時執(zhí)行動作，而非靠按下按鈕來執(zhí)行動作，以免在按下按鈕的過程中產(chǎn)生無意動作(如圖2)。
圖2：低通濾波器會形成一個動作“死區(qū)”導(dǎo)致難以選擇細小目標(biāo)。 挑戰(zhàn)3：“兩英尺”與“十英尺”之間的差異 PC鼠標(biāo)用戶通常坐在離顯示屏兩英尺左右的位置，并直視屏幕。而客廳空中鼠標(biāo)用戶則可能以許多不同的方向，或坐或站或躺，與電視形成不同的距離以及各種角度。設(shè)計良好的遙控器必須使用舒適，并且在所有這些位置均能使用，不論以何種方式拿著遙控器，用戶都能控制自如，隨意選擇電視內(nèi)容。因此，遙控器的方向必須得到補償。這種特性(稱為“方向補償”)將“設(shè)備參照系”轉(zhuǎn)換為“用戶參照系”。因此，當(dāng)用戶將遙控器移動到左側(cè)時，光標(biāo)將向左移動，即使是斜持著遙控器亦是如此。這表明，用戶在使用遙控器時，手持遙控器無需嚴(yán)格與地面平行，或?qū)⑦b控器直接指向電視(圖3)。用戶可以舒服地躺在沙發(fā)上，與電視有30度的視角，只需微微動動手腕，便可以輕松地控制光標(biāo)。
圖3：方向補償將動作由設(shè)備參照系轉(zhuǎn)換為用戶參照系。 工程師們力爭為智能電視機設(shè)計最有效的體感控制方法，本文只粗略介紹了他們所面臨的難題。我們看到，2003年前后空中鼠標(biāo)首次進入市場時，獲得的評價褒貶不一。評論者和用戶可以明顯發(fā)現(xiàn)延時、精確度和手持人體工程學(xué)等方面的問題。然而，隨著技術(shù)的成熟和完善，空中鼠標(biāo)也得到了采用。如今，LG、TCL和Roku等主導(dǎo)品牌都將空中鼠標(biāo)產(chǎn)品作為其產(chǎn)品用戶體驗的重要組成部分。新的人機交互有助于消費者找到更多內(nèi)容，更多樂趣，我們相信，動作控制技術(shù)的良好發(fā)展勢頭必將改變消費者日常使用電視機的方式。 |
