增强现实设计里的心理学运用:感觉与知觉


将之前自己几篇心理学笔记整理更新,合并在这篇文章里,希望从心理学的角度探讨如何借由理解人们知觉这个增强现实世界的原理,来提供更好的体验设计。

内容目录

  • 前述
  • Part 1:物理刺激和我们感觉到的物理刺激是有区别的
  • Part 2:人类感觉器是有一些固有的生理特性的
  • Part 3:选择注意是一种选择和放弃的过程
  • Part 4:挑战与遵循我们的知觉
  • 后言

注:此篇文章所讨论的AUX,主要针对于光学技术下的虚拟成像,设备形态集中于AR眼镜上。

根据《生活与心理学》内图示所绘.png
上面这幅图是典型的以信息加工理念来探讨认知心理的图示,我们可能在很多用户体验的相关书籍和文章里看到过它,这两个术语最初来自于计算机科学领域,认知心理学用这种信息加工观点来研究人类认知。
自上而下的加工又称概念驱动,是以个体即用户的先验知识、期望和动机等来形成认知的过程。自下而上的加工又称数据驱动,以经验事实为基础来形成认知的过程。我们一般会同时依赖两方面的驱动形成我们最后的认知。认知心理学认为,一般来说,非感觉信息越多,概念驱动占优势,非感觉信息越少,数据驱动占优势。对于AR这门没有普遍化的技术来说,一般的用户会更多的偏向数据驱动,但世界给我们呈现的感觉信息太多,为了更好的适应社会,我们长久以来就学会了不用处理全部信息的一套模式。
我一向认为,界面只是一个触点,而用户体验设计,则是以此为触点的一整套系统设计,这套系统必须遵循一些基本的规律,并且结合现有的技术边界和用户场景,才能够谈得上用户体验。

Part 1:物理刺激和我们感觉到的物理刺激是有区别的

心理物理学是研究物理刺激与感觉体验的关系为主要任务的学科。人的感官只对一定范围内的刺激作出反应,这个刺激范围和相应的感觉能力,在心理学里称之为感觉阈限和感受性。
而用户体验里,很大一部分研究的正是用户的感受。
如果把UI作为一种刺激,那么AR里面有意思的是,真实客体世界中的环境依靠光学成像的技术增加了虚拟的刺激(AR User Interface,后续以AUI简称),这个新增的虚拟刺激(AUI)会和原本的真实客体一起作为环境刺激输入到用户的感觉领域。用户对这个虚实叠加的刺激范围和相应的感觉能力是什么,也是需要用户体验设计研究的问题。

人在AR界面上的敏感度低于屏幕界面

在观察人们使用头戴式AR设备时我常常发现,人们对于刺激的敏感度变低了。这也许并不是AR这门技术出现后才出现的现象,在心理物理学的研究范围内,很早就有了绝对阈限和差别阈限两个概念。绝对阈限是指我们能够觉察到的刺激,差别阈限是指我们能够觉察到的刺激的变化,也叫做最小可觉差。
由于光线或用户自身移动等,会造成环境刺激本身的变化,而这些变化的干扰会使可觉差的阈限范围值更窄,再加上使用是一个持续的过程,根据感觉适应原则(感觉系统对持续的刺激输入反应逐渐减小的现象),又会进一步加剧这种状况。所以,也许AR界面的GUI设计,我们真的需要更大、更粗、更明显。

绝对阈限曲线.png

减少用户的挫败感,在哪都是一个UX设计命题

当实际交互的结果和用户的预期不一致时,就会产生挫败感。心理物理学里有一个概念叫做信号检测论。信号检测论强调刺激事件出现与否的判断过程,绝对阈限指人是否能感觉到刺激,而信号检测论则反映随后的决策。因为有用的刺激信号一般伴随噪音(冗余信息)出现,即使有用刺激达到感觉阈限,观察者也不一定能够正确的判断出它。
举个例子,在AR的环境中,当按钮已处于焦点态时,由于真实环境的复杂多变(信号检测论中的噪音/冗余信息),用户可能出现反应偏差,将焦点态的按钮判断为常态按钮(漏报),将常态按钮判断为焦点态按钮(虚报)。这里其实涉及到了一个用户预期的概念,针对同样的界面UI交互模型,如果用户预期某种信号出现,他可能更多的会做出“是”判断,相反,则会做出“否”判断。如果应用体验与其预期判断相悖,就会产生挫折感。最好的解决方法当然是根据用户的预期合理设计应用,帮助用户屏蔽冗余信息的影响,从而避免反应偏差的出现。但,如果偏差不可能避免的时候呢?

误差.png
很多时候,刺激的有无在不同的时刻所被感知到的强弱是不一样的。可以用一条正态分布曲线来表示。如果我们用红色表示“不可点击”这个概念的刺激,用绿色表示“可点击”这个概念的刺激,随着环境变化,他们可能会在某种(或某段)情况下很相近以致于难以明显区分。

信号检测论.png
上图灰色竖线表示判断标准,当判断标准越往右侧,则会存在某些“可点击”的刺激,被用户判断为“不可点击”;当判断标准越往左侧,则会存在某些“不可点击”的刺激,被用户判断为“可点击”,这个时候,我们需要预先判断当前应用环境下,哪种偏差所造成的挫败感更大,来更好的进行引导设计。

Part 2:人类感觉器是有一些固有的生理特性的

心理物理学一直强调的是环境中的真实客体,和我们知觉到的真实客体是不能完全等同的。如果把UI本身作为刺激的话,那么用户所观测到的并不是应用UI本身(真实客体),它需要经过第一层转换成为用户视网膜上的光学成像或是耳蜗里的液体震动,变成感觉后,才能和我们真正进行信息传递。产生这些感觉的感觉器,特别是我们的视觉系统的工作原理,是会对增强现实的用户体验(后以AUX简称,AUX=AUX=Augmented Reality User Experience)设计产生很大影响的。

近距离观看虚拟物体的细节?

对于视觉系统来说,拥有正常调节能力的人眼能观察到的范围是鼻前7.6厘米和他能看到的最远的地方,而且随着人年龄的增长,晶状体的浑浊会导致这个距离逐渐变大。所以一般来说,虚拟影像的显示应设计于大于10厘米的地方。
同时,考虑到两眼在看近距离物体时会牵涉到眼部肌肉最大限度的向内转动,保持这个距离的注视显然对人来说并不舒适,还非常容易造成眼部疲劳而引起生理性的退化(比如近视),所以常规来说,虚拟影像的最小极限距离设置在15cm是可以接受的。就技术而言,过于近距离的光学显示也会提升显示问题产生的概率(比如重影,不合像等)。
与其花大代价来攻克这样的距离限制,不如真正了解目标用户是否有极限近距离显示的需要,通过设计方式来屏蔽近距离下显示问题的大概率复现。

动效让人头晕?

前庭觉是位于内耳中的液体和器官在告诉我们身体如何根据重力作用确认方位,比如我们在转头、点头和倾斜等头部如何移动。当前庭系统的信息和视觉系统带来的信息相互冲突,就容易造成生理上的头晕、呕吐,尤其对于一些敏感度高的人。这就需要我们谨慎考虑,在屏幕上适用广泛的动效是否能够照搬到光学显示的AR眼镜上。
当用户在原地佩戴使用AR眼镜时,前庭觉的信息输入会告诉我们头部是静止的,那么在使用可以表达运动信息的动画时就需要多做一层考虑,这种视觉上的体验会不会影响到用户方向感的判断。尽量不要使视觉表达的信息造成我们感觉系统输入信息自身的困扰,比如大面积或连续的深度变化。
警惕一些很酷炫很赞的强运动感动效,这些动效应用在AUX里可能会使视觉系统产生一些误会,从而与前庭系统输入的信息相冲突。

如果用户是佩戴AR眼镜处于运动中使用,设计要考虑的会更复杂一些,但原理一致。

放在屏幕中央的信息就一定引人注意?

视网膜里有一个很小的区域叫做中央凹,是视觉最敏锐的区域。《设计师要懂心理学》这本书里提到过的周边视觉和中心视觉,能够到达中央凹的视觉信息是我们注意的焦点,也就是书里所指的中心视觉。而中央凹毕竟只是视网膜里很小的区域,传递到视网膜其他区域的视觉信息,就成为了书里所指的周边视觉。
现有光学技术下的AR眼镜所能显示的屏幕区域还远远小于我们眼镜的视场角,所以即使是放在边缘的信息,也一定能够被用户看见,只是经常被忽视而已。
既然这样,那是不是需要引起用户注意的信息,就一定要出现在中心视觉的范围?当然不是。
举一个真实的例子。我有次在乘坐公车的过程中拿着一本书在看,但突然之间,甚至在我自己意识到之前,我的注意力就被我左边那个空座位吸引过去了。发生了什么?
当我的意识到我的注意力已经转移以后,才发现刚才是因为那个空座位上有一些光影随着车辆移动突然快速的大幅度的变化了一下,让我以为有东西从座位上掉下来。这是人类的进化带来的天性。

座位.gif
中心视觉关注细节,包括颜色、空间、具体的文字,而周边视觉关注整体,并随时应对可能出现的危险,反应速度非常快,远在以注意力驱动的中心视觉之上。
由于现有使用光学显示的AR眼镜所能到达的FOV范围可能不尽人意,我们可以放心的把一些提示信息放在周边,在不破化虚拟画面整体画面的情况下,以适当的动效来吸引注意力。

FOV范围示意图.png

可以让信息在用户看不到的地方显示吗?

正如前面所说,现有使用光学显示的AR眼镜所能达到的FOV范围不尽人意,如果有一段虚拟信息,于情于理就应该出现在眼镜能够显示的范围之外呢?
因为AR眼镜显示不出来这段虚拟信息,即使它在人的周边视觉范围内跳得再欢快也没用,这个时候,我们就可以依赖于听觉了。
声音定位是指,我们的听觉系统可以十分有效的完成声音来源的空间定位。依据这个基本生理特点,我们可以设计这段信息的弹出音效,并在程序开发中将这段音效绑定在这段虚拟信息上,这样,这段声音就有了空间位置,听觉系统就可以根据声音定位来告诉我们这段虚拟信息出现的大致方位。
根据心理物理学之中的韦伯常数来看,我们对声音差异的感受是比视觉更敏感的,面对真实世界的大量信息,正常响度范围内的声音变化是最容易被注意到的。

Part 3:选择注意是一种选择和放弃的过程

在心理学的概念里,注意是因为我们资源有限,所以将意识集中于重要的目标或范围内,是一种选择和放弃的过程。按照这个说法,当我们观察的时候,信息被分为两类,一类是目标或范围内的环境或物体,我们会给与意识注意。另一类是与目标或范围无关的环境或物体,我们的感官信息虽然也接收并且传递了这些信息,但我们并没有给与它们意识和注意。
当我们在光学式AR技术的辅助下观察的时候,感官信息多接收到了头戴设备光机投射生成的虚拟界面信息,有意思的是,在这样的整个流程中,AR技术下的 User interface(后续以AUI简称)有时候是需要用户注意的,有时候却不需要。

给与第一眼呈现的AUI以视觉显著性

应用被辛苦的设计和开发出来,当然需要得到用户的注意,至少第一眼是需要的。
心理学家通过研究已经证明,人们几乎瞬间就能完成对一件设计作品的判断(《设计师要懂心理学2》Susan M),通常情况下,图像简单、色彩明亮的的界面更受用户的喜好。所以,一般情况下,AUI的第一个界面请尽量保持AUI界面本身的简单明亮,能够将它从用户当前所在的环境中突显出来,不要让用户的注意力被环境里的其他因素给抢走了。
当然,和任何界面设计一样,AUI同样也需要考虑不同用户群体的影响,比如受教育程度高的被试更偏向图像复杂度低,颜色不那么丰富的界面。

Hololens1 首页.png
不过与此同时,我们也要时刻谨记,AUI不是所有时候都需要用户的注意。在设计应用整个流程中,有一些过程是需要用户关注真实环境里的目标对象的。和普通的屏幕UI不一样,用户使用手机或平板时,所有的注意对象都会集中在屏幕里,但AUI应该是用户人眼所见的真实环境和头戴设备光机所生成的虚拟界面的结合,这也就意味着,有些时候,你需要在设计中“拿走用户的手机”,试着隐藏或者让用户注意不到这些虚拟界面。

在没什么必要的情况下,尽量让用户别动脑子

7±2法则?

交互设计里重要的一条原则之一,这是关于记忆的研究结论。近年来的研究表明,给与用户的最佳数量应该是4个,在2013年的一项关于决策的研究里,更是证明了年龄越大的人,越偏向于更少的选择数量。
考虑到AUI作为一种新型的界面,初次使用的人往往会有一些因为陌生而造成的紧张感,而选择过多会给人造成额外的压力,所以,除非你设计的应用有特殊目的,如果要提供选项的时候,请使用4±2法则。这一点,同样可以用前述的“人在AR界面上的敏感度低于屏幕界面”来理解。

用眼睛操作

Hololens(微软开发的混合现实眼镜)的主流交互操作是手势交互,在最新的Hololens2里更是提供了令人惊叹的手指交互(手势识别的精准度细化到了手指)。理想情况下这是最接近自然的交互,在现实环境中,我们总是用眼睛看,用手操作。
我还没有实际体验过Hololens2的手势识别精度是否真如它的宣传视频那样令人惊喜,不过至少现在大多数的手势识别技术还无法达到自然顺畅的用眼睛看,用手操作的交互体验。手势可识别的范围、识别本身的信度和效度等各种技术限制,甚至环境的复杂都会阻碍设计师心中理想顺畅的增强现实交互体验。从眼睛看到用手在AUI上操作成功的每一次体验流程,都需要普通用户付出学习成本。
另外,在某些工作场景中双手或许另有他用,每一次的手势交互都是在打断原有真实环境中的任务(例如维修场景)。这个时候,也许可以考虑用眼睛来完成看和一些简单的界面操作,比如通过时间来区分看和确认操作等。

在有必要的情况下,尽量让用户把注意力用在对的地方

真实而复杂的环境

增强现实最具有特点的便是与现实的结合,但别忘了,现实世界实在有太多可以吸引我们注意力的地方了。心理学的研究认为人们注意的焦点一般是由刺激驱动或是由目标指向,而且刺激驱动总是优先于目标指向的。这意味着,虽然我知道我应该为某个目标而集中注意力,但我总是不由自主的被别的什么东西吸引过去了。我想到我看书的时候,如果手机放在我的旁边,很多时候我看着看着就去刷朋友圈了,而起因可能只是一条不需要立即处理的微信消息。
请在进行AR设计时考虑环境因素,真实世界为AR技术下的用户体验(AR技术下的用户体验,后续简称为AUX)添彩,可同时也为AUX带来不少难题。
考虑用户在使用过程中看了看手机,和别人说话,或者仅仅是转过头去看看刚才什么东西在响!你的AUI界面会在这片刻惹人心烦么?或者你就是要让这些AUI惹用户心烦,这样他才好意识到自己走神了!

增加让用户费脑子的交互体验

设计师们一般不会给用户设置什么难题,大多数情况下,他们的使命就是让高科技的产品变得易用。但在某些设计中,比如帮助企业设计的专业工具型应用,就需要用户收回自己的注意力认真的做决策。根据心理学家卡尼曼的研究,费力和较难的任务时人们会倾向于使用系统2(需要集中注意力且受到控制的思维模式)代替系统1(无意识且快速的自动思维模式)的思维模式。那么,故意且适当的增加难度,尤其是AUI需要在复杂环境中脱颖而出的时候,让用户费些脑子才能完成一个操作也许是不错的方法。例如:为了让他们好好阅读AUI上的文字而不是随意跳过,也许使用大写字母是个不错的方式。

多感觉通道的运用

增强现实的特色是通过AR技术让虚拟信息与我们生活的真实世界直接有了交互,真实世界除了眼睛带给我们的感官,还有耳朵带给我们的声音和皮肤带给我们的触觉,这些都可以成为AUX设计的一部分,特别是声音。在真实世界中,它除了有不同的频率和响度,它还能提供给我们方向、远近的信息,这点同样也能在AUX设计中运用。(可以参考Part 2 内的论述)

Part 4:挑战与遵循我们的知觉

谈到知觉,就不得不提到格式塔心理学,格式塔理论因为对知觉组织原则的深入研究而在用户体验设计中被广泛运用,它直观的提供了我们关于界面这个与用户交互的触点以最直观的依据:相邻性、相似性、封闭性、连续性、共同命运性(不同的资料内会稍有区别,可基于“良好完形性”加以理解)。格式塔心理学家认为心理现象只有被视为有组织和结构的整体时才可以得到理解,在心理学领域只占有的一小部分的比重,要理解我们的知觉当然远远不止如此。AR的世界是真实世界的延生,我们在设计中需要遵循我们长久进化以来的知觉原则,而同时,这个崭新的世界也必然会给我们的知觉带来新的体验。

试着挑战知觉恒常性

知觉恒常性是指尽管人的视觉等感受器接收的刺激在改变,但你所看到的世界是不变的、恒常的、稳定的。它包括大小恒常性、形状恒常性、亮度恒常性。举例子来说,一本书离你远了近了,它在你的视网膜上的成像大小是变化的,但在你的知觉里看到的书本依然是大小不变的,这是大小恒常性。随着圆形的旋转,它在视网膜上从圆形变成椭圆再回到圆形,但你依然知觉为它是圆形的,这是形状恒常性。红色的盒子在光线下从亮到暗,但我们不会将它知觉为一半亮红色一半深红色,而是亮度一致的红色,这是亮度恒常性。
即我们有能力将不同条件下的物体知觉为恒常的倾向。
但当这个世界加入了虚拟信息,变成了虚实混合的世界后,好玩了,我们可以试着尝试一些本来在现实世界无法做到的交互:将手上的虚拟书本扔远点,让它变成超大的书本挂在墙上看;一张圆形的虚拟即时贴转一面,就变成了一张方形的虚拟即时贴;红色的盒子在不同的光线下不止呈现了亮红色和深红色,甚至还可以变成其他的颜色。
于是,我们似乎可以接受同一个物体,在AR的世界里近小远大;似乎可以接受同一个物体,在AR的世界里同时保有多种形状;似乎可以接受一块色彩,在AR的世界里随着光线亮度变化。

近小远大.png
这是一件很好玩的事情,我们可以以真实世界不可能的方式来设计AR世界里的用户体验,试着挑战知觉的恒常性。

遵循情境和期望下的知觉

挑战知觉的恒常性可以让我们从新的角度来思考AR世界的交互,但如果不加以合理的设计,我们长久进化发展来的知觉恒常性和新的不恒常概念,必然会让用户产生极大困惑。
由于知觉的主要目的是获得对外界的准确“定位”,那么知觉恒常性也不过是为达到这个目的才会存在的,情境和期望会对知觉产生极大影响。用户场景和用户行为研究,就是为了更好的理解用户在产品使用时的情境和期望。
有一个概念叫做“定势”,它是指一种暂时的准备状态,使你以某种特定的方式对某刺激进行知觉和反应。以一个心理学中经常使用的例子来说明,下图中间红色圈出的部分,你会知觉成字母B还是数字13,其实完全取决于周围的情景因素。   

B还是13.png

在“试着挑战知觉恒常性”的话题中,我所例举的交互都必须设计得让用户有准备后才能够提供良好的体验。
以挑战近大远小的扔书本例子说明,将用户的行为节点简单的设定为选择书本和看书本。选择书本自然是用手去选择,那虚拟界面的距离就不宜超过一臂的长度,每个选项(或每本书)也不宜过大,才能方便在手能够到的有限范围内方便选择。看书本是用眼睛去看,清晰是必须满足的需求,中规中矩的设计就是完全和真实世界的体验一致,但如果考虑在这个节点加上惊喜点,那么在用户选择完成后,让看书本的体验就像看画展或者看电视一样,打破常规的近小远大不失为一个方式。这里有个很重要的前提,就是一定要遵循当时具体的情景和期望。刚刚这种交互方式,就只适合室内,如果是人来人往的室外,大概率还是中规中矩的交互设计更好,做到类似于捧着书本看书的体验即可。

情景下的定义.png
要产生适当的预期,你必须搞清楚你的用户在使用时会处于怎么样的定势中,若无法确定,那么宁愿中规中矩也不要去试着挑战知觉的恒常性,在一个情境和期望下表现非常优秀的交互设计,在另一个情境和期望下也许是灾难。
最后,心理学是一门非常庞大和综合性的学科,我这篇文章也只是从里面很小一部分来探讨在AR·UX设计中的运用。里面提到的很多设计原理也都是来源于现有行业的知识基础,那么它本身也并不局限于增强现实的设计中,只是也许在AUX下,我们可以从更新的角度看待它,从而有了更新或更有意思的结果。
参考书目:《设计师要懂心理学1》《设计师要懂心理学2》Susan·M《思考,快与慢》丹尼尔·卡尼曼《心理学与生活》理查德·格里格

作者:林影落
作者简书:https://www.jianshu.com/p/b2d18bfe5103

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