通過(guò)體感控制技術(shù)，用戶(hù)只要稍微移動(dòng)空中鼠標，就能操作智能電視屏幕上的鼠標點(diǎn)擊。MEMS傳感器和傳感器融合算法是無(wú)線(xiàn)、三維光標控制的基礎，這種控制將帶來(lái)激動(dòng)人心的全新電視互動(dòng)。盡管空中鼠標的基礎互動(dòng)設計來(lái)自人們熟悉的PC鼠標，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與標準PC鼠標的區別，揭示系統工程師如何解決空中光標控制面臨的一些最棘手的挑戰。
讓我們從空中三維動(dòng)作控制的基礎——鼠標，開(kāi)始講起。鼠標作為指示及點(diǎn)擊控制的輸入設備，其設計基于人機工程學(xué)數十年的研究及測試。鼠標在60年代首次發(fā)明，80年代開(kāi)始商業(yè)應用，時(shí)至今日，它仍被廣泛應用中，因為它解決了顯示器上圖形用戶(hù)界面的指示和點(diǎn)擊控制的基礎問(wèn)題。所有電腦鼠標最重要和鮮明的兩大特征是界內鼠標和非線(xiàn)性彈道光標移動(dòng)。
界內鼠標，又稱(chēng)相對鼠標，指鼠標光標始終保持在屏幕邊界內的一種特征。人機工程學(xué)工程師明確地選擇了界內鼠標是因為他們認為，將鼠標移動(dòng)與屏幕上的光標解耦開(kāi)來(lái)效果會(huì )更好。這樣的優(yōu)點(diǎn)是光標始終可見(jiàn)。使用者會(huì )感到他們在有效的控制著(zhù)光標而沒(méi)有“失去光標”。
非線(xiàn)性彈道光標意味著(zhù)，光標移動(dòng)并非1比1的對應鼠標的移動(dòng)。當使用者快速移動(dòng)鼠標時(shí)，光標會(huì )以更大的速度朝目標加速移動(dòng)。當使用者慢速移動(dòng)鼠標時(shí)，光標將會(huì )放慢，以較低速度移動(dòng)。這具有兩方面的優(yōu)點(diǎn)。加速移動(dòng)意味著(zhù)在屏幕上移動(dòng)光標只需要較小的動(dòng)作；減速移動(dòng)讓用戶(hù)能更有效地點(diǎn)中屏幕上的較小目標。
這些鼠標動(dòng)力學(xué)構成空中鼠標的光標控制基礎。智能電視在屏幕上顯示的圖形用戶(hù)界面與PC相似，因此選擇使用非線(xiàn)性彈道光標移動(dòng)的界內鼠標(如同PC鼠標)作為互動(dòng)架構。然而，這些動(dòng)力學(xué)對在客廳中進(jìn)行空中操作實(shí)屬必要，但尚不充分。原因是還需要其他不顯見(jiàn)、不尋常的重要算法讓空中鼠標便于使用。
這些要求是因為PC鼠標和電視空中鼠標不同的使用方式產(chǎn)生的。PC鼠標是在明確而標準的環(huán)境中使用的：用戶(hù)面對電腦坐在桌前，人機互動(dòng)是活動(dòng)的核心。而空中鼠標則通常是在客廳使用，用戶(hù)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(guān)看內容。這種差別給空中鼠標系統的工程師們帶來(lái)了三大挑戰，下面就來(lái)談?wù)勅绾慰朔@些挑戰。
挑戰1：空中鼠標缺乏有線(xiàn)連接
用戶(hù)在房間內位置不定，無(wú)法在空中鼠標和PC之間建立有線(xiàn)連接，因此必須借助RF連接進(jìn)行通訊，這就得在RF數據包速率與電池壽命之間做出取舍。另外，三維空中動(dòng)作需要映像及轉化為二維光標，經(jīng)操作系統處理后才能顯示在屏幕上，這就在系統中造成了一個(gè)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(shí)響應。然而正如上文所述，由于數據收集頗為復雜，需要經(jīng)過(guò)傳輸和處理才能將動(dòng)作映射到光標控制，于是我們不禁要問(wèn)：“究竟能夠有多快？”我們的研究顯示，動(dòng)作控制系統的目標延遲時(shí)間應在30到50毫秒左右。超過(guò)這個(gè)限度，即便是初級用戶(hù)也能感覺(jué)到延遲，令可用性受到影響(圖1)。我們在測試中發(fā)現，當延遲60毫秒及以上時(shí)，系統超調量增大，目標選擇效率降低。超調量大，操作失準，導致用戶(hù)疲勞。因此，制定合理的延遲目標值是決定動(dòng)作控制系統成功與否的重要基礎。
圖1：光標控制的目標延遲范圍。
挑戰2：空中鼠標無(wú)平面摩擦
PC鼠標置于桌上，可以通過(guò)摩擦保持動(dòng)作穩定，而空中鼠標則沒(méi)有這樣的條件，所以會(huì )加劇無(wú)意動(dòng)作對光標控制的影響。具體而言，點(diǎn)擊空中鼠標按鍵時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作或手部抖動(dòng)不僅擾人，而且非常妨礙用戶(hù)瀏覽界面，所以必須消除空中操作時(shí)的人體抖動(dòng)，使屏幕上的光標更加穩定。常見(jiàn)的辦法是用一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器，來(lái)消除輸入速率低于每秒5度的所有動(dòng)作。但是，這也會(huì )影響到那些有意為之的細微動(dòng)作，造成所謂的動(dòng)作“死區”，妨礙用戶(hù)精準選擇細小目標，令用戶(hù)界面的設計受到制約。所以，分辨哪些是抖動(dòng)、哪些是有意的動(dòng)作，并區別對待兩者是非常重要的。這個(gè)任務(wù)并不簡(jiǎn)單，因為抖動(dòng)是因人而異，因遙控設計而異，也因用戶(hù)當時(shí)的姿勢而異。解決方案須經(jīng)過(guò)大量的測試，尤其是遙控設計測試，因為尺寸、形狀、重量、平衡和按鈕分布這些因素都會(huì )影響抖動(dòng)的程度。從概念到原型制作，整個(gè)過(guò)程的測試都很重要，應當考慮到動(dòng)作控制的各種使用情形，以及用戶(hù)的各種姿勢和相對于電視機的各種位置。此外，還應識別并排除按下按鈕引起的無(wú)意動(dòng)作。這個(gè)可以通過(guò)在按下按鈕時(shí)凍結鼠標光標，或者在釋放按鈕時(shí)執行動(dòng)作，而非靠按下按鈕來(lái)執行動(dòng)作，以免在按下按鈕的過(guò)程中產(chǎn)生無(wú)意動(dòng)作(如圖2)。
圖2：低通濾波器會(huì )形成一個(gè)動(dòng)作“死區”導致難以選擇細小目標。
挑戰3：“兩英尺”與“十英尺”之間的差異
PC鼠標用戶(hù)通常坐在離顯示屏兩英尺左右的位置，并直視屏幕。而客廳空中鼠標用戶(hù)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(zhù)遙控器，用戶(hù)都能控制自如，隨意選擇電視內容。因此，遙控器的方向必須得到補償。這種特性(稱(chēng)為“方向補償”)將“設備參照系”轉換為“用戶(hù)參照系”。因此，當用戶(hù)將遙控器移動(dòng)到左側時(shí)，光標將向左移動(dòng)，即使是斜持著(zhù)遙控器亦是如此。這表明，用戶(hù)在使用遙控器時(shí)，手持遙控器無(wú)需嚴格與地面平行，或將遙控器直接指向電視(圖3)。用戶(hù)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(dòng)動(dòng)手腕，便可以輕松地控制光標。
圖3：方向補償將動(dòng)作由設備參照系轉換為用戶(hù)參照系。
工程師們力爭為智能電視機設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年前后空中鼠標首次進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，獲得的評價(jià)褒貶不一。評論者和用戶(hù)可以明顯發(fā)現延時(shí)、精確度和手持人體工程學(xué)等方面的問(wèn)題。然而，隨著(zhù)技術(shù)的成熟和完善，空中鼠標也得到了采用。如今，LG、TCL和Roku等主導品牌都將空中鼠標產(chǎn)品作為其產(chǎn)品用戶(hù)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容，更多樂(lè )趣，我們相信，動(dòng)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。 |
