数字技术研究

数字技术研究(世哲手册)

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第 22章 触屏界面

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第23章 多用户技术评价的实验室研究与现场调研比较

引 言

多用户技术，比如 CircleTwelve开发的 DiamondTouch，微软公司的 Surface、SMARTTable及多点触控片，提供了新的支持实验室环境之外协同活动的机遇。娱乐业、旅游业及零售部门是最早使用多用户技术的行业：旅游者通过一些应用来寻找城里的就餐地点，消费者与经销商共同开发个性化冲浪板；常去餐馆就餐的人坐在桌边点饮料一这一切都可由指尖的敲击而完成。近来，针对文化及教育领域设计的大型交互显示屏出现在博物馆、学校及商场里，促使人们可以进行群体协作游戏、共同规划行程或了解星系。

尽管多用户显示屏已出现在各种情境中，受到了人们的关注，引起了人们的兴趣，但能够证明显示屏具有人们盼望的好处的研究并不多。多数研究仍是在实验室环境中完成的。然而，我们并不了解在这些约束环境中完成的研究发现能在多大程度上转换到真实世界中的无约束环境。实验室研究中展现的协作行为与交互比如，问题解决能力的增强、平等参与、新的协作创造形式、更好地学习也能在真实世界中产生并持续吗？

本章将通过对基于实验室的研究发现与多点触控界面的情境使用与分配的现场调查的对比来解决这些问题。下一节将讨论实验室研究与实地调查各自的优、缺点。随后一节回顾有关大屏幕显示墙与桌面的群体交互的基于实验室与实地调查的研究，随后归纳这两类研究对研究人员和开发者的代价与好处。最后一节指出了采用这两种方法的意义，以及每种方法如何促进了另一方法的进一步发展。

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实验室研究与实地考察的优缺点

技术适用性研究通常是在实验室中进行的，但现在也越来越多地出现在实地考察中。这两个环境通常与人机交互中的不同方法论途径相关。实验室研究测量的往往是系统性的公开的行为记录，比如错误的数量与种类、完成任务的时间。实验室研究有一套适用规则：这些规则解释了研究内容是什么，如果退出能收到哪种类型的补偿，严格限定的持续时间，用手头实验来解释并系统性地控制各种变量。与之形成对比的是，实地考察则与自然主义及整体方法关系更为密切。从事实地考察的研究人员非但不会控制情境、引导参与者，相反，他们对实验室外的世界的变幻莫测毫无办法。在实地考察中，参与者所处的社会情境是第一位，可能是在机场、商场、家中或工作场所，参与者的过去与未来都与这个情境有关，而不只是一次性地出现在实验室的样本组。这种整体性建制需要更加灵活的设计，观察员可以根据观察来稍做调整，从这些数据中获得理论。研究途径的差异也可以表现为分析方法的不同：实验室研究往往会对回应、错误或时间进行定量统计分析；而实地考察由于可控性略差，往往采用的是定性分析、案例研究，以及民族志行为分析法。虽然实验方法也可以用于实地考察，而定性分析也可见于实验室研究，但这两种不同环境的属性致使其特别适用不同的方法。下面我们将探讨这两种途径各自的优、缺点。

实验室里的行为与真实世界里的技术使用行为形成了鲜明对比，比如，在真实世界里，人们可能只使用技术的一小部分功能，有可能会被中途打断。那么，近来关于现场技术使用的研究揭示了人们在实地使用技术时会出现不同行为也就不足为奇了(Rogers,2011)。实地考察研究中揭示的有关新技术如何在不同情境中使用的论述，揭示了一些未曾预料到的用途（如Brown et al.，2011; Peltonen et al. ,2008; Van der Linden et al. ,2011)—而不是论证已预见的业绩。比如，范德林登等人(Van der Linden et al.,2011)对于如何设计触觉技术以提升儿童在学校的小提琴演奏—这在实验室研究中是不明显的。他们对MusicJacket系统的现场研究表明，实时振动触觉反馈在符合教师—而非研究人员选择的难度恰当的任务时是最有效的。

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研究发现的使用(及停用)的多样性表明，人们是富有创造力与创新性的，但有时也会感到迷茫与困惑，难以从基于实验室的研究发现与理论来进行预测(Marshallet al.，2011)。在博物馆与商场等一些轻量级的一次性使用情境人们对这些地方的预期就是“碰到了就用用”中，涌现出了另外的发现。然而，实地考察的困难性在于，如何对人们日常生活中使用的技术进行最恰当的评价。研究人员必须放弃控制；实验室的“脚手架”大多被拆除，人们(并不一定是“参与者”)可使用自己的设备。这使得我们难以预测将会发生什么，当真的有有趣的事情发生时，我们也不一定在场。研究人员只能从自己的观察中推测发生了什么、是什么原因导致的。而且，现在有一种新的期待出现，即实地考察时间应该足够长，以展现行为模式如何随时间而发展。研究人员保守估计，这个时间跨度应该是几周、几个月，甚至更长的时间，但这样一来会令研究成本提高，变得难以控制，难以执行(Kjeldskov etal.，2004)，尤其是在用到需要维护的设备或有许多参观者时。讽刺的是，实验室研究的时间跨度却未受到质问，相反，为免造成疲劳，实验室研究的长度往往严格限定在一个小时内，而且重点在于参与者的数量(Rogers，2011)。

移除实验控制的另一个结果是，人们并不会恰好聚集成几个组、坐在书桌旁，看着电脑屏幕，就像实验室研究中所简单假定的那样(Marshallet al.，2011)。在典型的实验室研究中，参与者被带进实验室，由一名研究人员指定他们的位置，告诉他们该做什么。这种指导在实地考察中大多是没有的，这会极大地影响到研究人员接下来期待看到的交互或协作。而且，公共场合中的人们实地碰到技术时，会留意什么、尝试什么都是各不相同的。因而，人们很少会使用到全部的功能或所有可能的交互行为，令我们难以明白这些功能或交互是否有用、能否用于支持预想的交互。进行实验室研究的一个通常做法是利用多种方法来收集各类数据。典型的方法包括绩效评估(如任务完成情况、准确性）、记录(如测量用户碰触桌面频率与位置的软件)、调查(如偏好评价量表、访谈)及视频数据(如记录手势与小组谈话)。虽然某些假设可能只需要一种数据(如影响任务完成速度的显示屏尺寸)，但人们往往认为数据“越多越好”。收集到各类数据后，研究人员就可以用一些有趣的方式对这些数据进行挖掘，做三角测量，建立关联，详细地显示人们在显示器上如何互动与协作。然而，收集如此多数据也是有缺点的，因为视频转录与分析是非常耗时的。对于使用哪种分析框架，目前尚无公认的范式。而且，也缺乏恰当的可用于比较影响群体协作的不同交互界面的实验范式(Tan et al. ,2008)。

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还有一个问题是如何控制自变量与因变量。比如，(使用指尖)碰触桌面或在大屏幕显示墙前比划手势等身体行为截然不同于操纵有形物品(抓着物体)或(用鼠标与键盘)使用电脑的动作。群体构成在许多方面也是各不相同的(比如主导性、熟悉度)，这些是难以控制的。除了在控制其他变量的情况下尝试着研究一个变量的影响，还有另一个方法(Rogers et al.，2009)是采用不那么程式化的但也属于实验性的方法，即旨在同时探讨影响协作的各种变量的效应。罗杰斯等人(Rogerset al.,2009)建议使用更高级的概念框架来描绘多用户界面如何吸引群体参与，以及这种参与继而如何影响到他们的协作。这种“共享信息空间”的框架使我们得以比较这些在吸引用户参与方面有所差异的界面。另一些概念框架(如 Benford et al.,2005;Yuill and Rogers,2012)也发挥了类似的作用，这些框架的目的是在实验设计、调查范围及适当的分析框架等方面给研究人员以指导。

总而言之，使用情境的差异令我们难以将实验室发现推广至日常情境中的使用。认识到各自的价值所在，意味着采用了不同的观念模式。尤其重要的是，理解情境无论是社会情境、实验情境还是物理情境是研究的先决条件，继而也影响着研究的结果。这种理解包括对时空层面的分析，比如物理环境及技术在一天或一周中不同时间段的使用；或者社会文化层面，比如技术如何适用于某个特定的文化、流派等；还要考虑研究者一参与者效应，比如如何在实验中尽最大努力去取悦实验者。正如布朗等人(Brownet al.，2011)所指出的，参与者对于研究人员意欲在实验中获得什么是有着某种预期的(即需求特征)，而这会影响到他们的行为方式。要不然，如果参与者不赞同自己察觉到的假设，就会有意地去证明这个假设是错误的。约翰逊等人(Johnsonet al.,2012)指出，既然存在这种倾向，在有太多情境因素发挥作用的实地考察中，研究人员如何解释并管理自己对参与者的影响呢?在比较与分析同类型界面时，必须理解不同方法论途径对用户行为与参与者表现的影响。我们无法简单地假定，一个研究中发现的结果能轻松地转嫁到另一个研究中。接下来的两节，我们将对实验室研究与实地考察进行比较，先比较大屏幕显示墙，继而比较桌面界面。

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大屏幕显示墙

实验室研究

早期关于多用户显示的研究关注的多是如何使用户与大屏幕显示墙上的数字内容进行互动。甘布勒蒂埃等人(Guimbretièreetal.，2001)的研究是该领域的先驱，他们研究了“自然的”手势与书写如何被用于创建此类内容。研究目的是为支持流畅的交互对图像与文字进行概述、创造与控制，以用于头脑风暴或问题解决—尽可能减少界面机制的干扰。由于系统并不认识这些手势，因而用户需要记住并反复操练，这就需要切换注意力，而这种切换有可能会给活动造成干扰。实验室研究可以展示笔和手势的适用性，却无法证明能否获得流畅的交互；确切来讲，注意力切换才是真正的问题所在。

高分辨率显示墙的出现，使显示屏的对角线达到6米，用大型高质量显示矩阵组成(如，4×9的30英寸瓷砖)，得以呈现大型数据集、拼接在一起的无数图像及复杂的模拟。这些显示屏的绝对尺寸与分辨率促进了基于手势的大型导航新形式。人们既可以退回去概览显示过的数据，又可以向前一步查看文字等细节信息。然而，这意味着离屏幕太近时，是无法看到或获取到部分显示内容的。研究人员已尝试在实验室研究中对输入设备进行分类，以使用户在半空中对准显示屏，包括使用三维鼠标、扫描笔与非接触式交互。在对基于手势的输入设备与手持输入设备完成特定任务，比如，缩放与移动拍摄，进行比较时，要从时间与错误率等方面来衡量用户表现(Nanceletal.，2011)。研究结果差别很大，但总体来讲，使用手势的出错率更高，疲劳感更强。

因而，实验室研究强调指出了利用手势与大屏幕显示墙的交互所面临的难点在于，选择容易表现的手势，将其以有意义的方式映射到基础操作中，并且彼此间要有足够的差异以便于系统识别。手势的设计应该是模仿要表现的操作的符号层面，比如用扫地动作来代表拖拽(Grandhi etal.,2011)。

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许多基于实验室的研究使用了多个绩效测量指标，考察人们与显示墙的最佳交互方式。与之形成对比的是，实地考察中对大型显示屏的研究更加关注的是社会问题，如参与程度、协作程度。这种测定更偏重于定性层面，可通过访谈、民族志观察与调研来收集数据。

实地考察研究

早期研究探讨的是群体与一般公众将如何使用位于过道、咖啡厅与商场等公共场所的新型大型显示墙。其目的是鼓励人们参与，培养人们在某些机构、市中心及学校等场所的集体意识。然而，研究很快就发现，由于害羞等原因，人们并未按照研究人员设想的那样去使用这些显示墙。对情境显示屏的早期研究发现，当人们觉察到自己的行为与结果会被陌生人或同事看到时，就会感觉不舒服，从而会影响到他们参与集体活动的意愿(rignullandRogers,2003)。比如，丘吉尔等人(Churchill etal.,2003)发现，需要对人们进行经常性的鼓励和演示，他们才会与共享白板系统PlasmaPoster进行交互。阿加马诺利斯(Agamanolis,2003:329)也指出，“设计具有互动情境的或公开的显示屏，大半功力就在于如何让显示屏吸引来人们进行互动”。

关于公共显示屏，早期实地考察的一个重大发现是“蜜罐”效应(BrignullandRogers,2003)。随着靠近共享显示屏的人员数量增加，就会出现一种交际“嘈杂”现象。人们只要站在这个空间，表现出兴趣(如盯着屏幕看)，就会给其他人一种心照不宣的信号，即他们愿意参与互动。旁观者需跨越从不经意的关注到集中关注这样一个临界状态(如从与房间另一侧的某个人聊天，到出现在视线范围内来仔细地查看)。对于显示屏是什么、应该提供什么内容的理解，诱使他们不断靠近。

键盘、鼠标、个人电话等我们熟悉的电脑输入手段，已被用来克服路人与用途并不明显的公共显示屏进行互动的勉强性。Dynamo系统(Izadi et al.2003)将某大型共享显示屏上的数字媒体交换与共享设计为轻量级的直接活动。多用户交互得到了自由摆放于某空间的无线键盘、鼠标或笔记本电脑的支持。对学校公共教室里Dynamo系统的研究表明，许多学生展示并交换自已拍摄或从家中带来的照片、视频与音乐，以娱乐观众、通知他人、一起在界面上游戏，并共同参与小组讨论与互动(Brignull et al.,2004)。结果形成的社会氛围为他们提供了与他人交谈的机会；若非如此，他们之间可能永远不会有交集。不过，总有一名研究人员在旁边，在学生有需要的时候提供帮助。当然，公共教室里也有一些沉浸在自我世界中的学生。

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在更为“一般”的公共环境，比如街道或商场里，需要通过某个推动者的劝说甚至逼迫来鼓励人们参与。比如，奥哈拉等人(O'Hara etal.，2008)发现，在繁忙的英国商场，过路人需要有同伙劝诱他们加入大屏幕显示墙的游戏中。红鼻子游戏一开始仿佛一簇簇洒溅在屏幕上的斑点，过路人需要用自己的身体一起将这些斑点集中到一起。研究人员使用了一种嵌入式实况摄像头来记录参与者的动作：当游戏者的影像碰到某个斑点时，就可以在屏幕上推动该斑点，将其推向其他斑点。奥哈拉等人(2008)指出，人们不愿参加游戏是担心自己在众人面前出洋相。但是，一旦加入到游戏中，人们就会“齐心协力”，密切配合，设计有效策略将各个斑点聚合在一起，比如，他们会在屏幕前手挽手，将各个斑点往一块儿挤。

这种位于街头、由陌生人参与的群体行为是新奇的，在这种数字形式出现以前，人们并未参加过此类活动。既往经历的缺乏可能导致人们不敢轻易地参与。而另外一些街头大屏幕显示墙，并不需要与陌生人一起集体活动，更偏向于个体交互，但这种交互仍然能够吸引其他人的参与。比如，佩尔托宁等人(Peltonen et al.，2008)描述的CityWall是一个安装在城市街头的大型垂直多点触控显示屏，可用于浏览照片。他们详细描述了几个现象：用户如何吸引其他人对显示屏的关注、用哪些表演动作来传递自己的意图、如何说服其他人加入游戏并共同使用大屏幕这里主要是指陌生人之间或熟人之间的平行活动；当一名用户的活动影响到另一名用户时，人们如何合作或化解冲突。

米切利斯和米勒(Michelis and Müller,2011)在柏林利用“魔镜”让过路人看自己在四面“镜子”中的影像，通过手势和身体动作与虚拟对象互动。这四个相邻的显示屏分别展示了他们面前环境的镜像，这些镜像会随他们的身体姿势而有变化。一份现场研究分析了600多名过路人的行为，揭示了许多种模式，其中包括路过的时候瞟一眼、挥动手臂看有何反应、凑近其他显示屏、集中关注自己面前的显示屏。研究人员在观察的基础上，提出了“群体漏斗”框架，讲的是人们如何游走于各个参与阶段之间(BrignullandRogers,2003)。研究发现，能够看得到自己交互行为的结果，是用户决定是否继续探索其他显示屏的重要因素(Michelisand Müller,2011)。

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不过，最令人印象深刻的或许当属研究人员黄(Huang，2007)对公开显示屏的观察。她研究了人们如何使用与回应公共环境中展示的31个大型显示屏，分析了现有(既不是研究用的，也不是原型机)大型环境信息显示屏，这些显示屏展示的是各种公开环境中的非关键信息。人们大多只是瞟一眼放在这些地方的显示屏，而且也只是在旁边有什么其他东西吸引了他们注意力的情况下。研究结果表明，公共显示屏上描绘的信息内容或特色并不一定会吸引人们关注；哪怕只是瞟一眼，也是由位置与情境决定的。这给实验室有关“人们如何接近与使用新奇的显示屏”的研究结果的推广增加了难度，尤其是当该显示屏是实验室空间唯一的物理存在的情况下。比如，虽然拜尔等人(Beyeret al.，2011)能说明人们在平面显示屏和圆柱形显示屏旁边移动时存在差异，但这些差异似乎无法直接转移到真实环境中正如黄的分析。的确，拜尔等人(2011)讨论了自己的研究局限，即其他因素可能会影响到人们在各种显示屏周围移动的方式，比如，当显示屏被置于街道、大楼及其他步行道上时。这些显示屏的设计含义—圆柱形显示屏应当放在繁忙的区域可能是基于实验室研究获得的有关人们行为的实证数据，但任何一种显示屏，无论是圆柱形还是平面，无论是大还是小，都存在显示盲区。那些停下来看一眼的路人一般都是几个人结伴路过，而非单独经过，而且接近这些显示屏的方式也有很大差异。正如上述案例显示，实地考察或许能反映这些截然不同的行为。

对大型显示屏的多数实地考察是在公共空间里进行的。不过，也有部分研究是在工作情境中完成的，考察显示屏如何与现有的工作环境相融合。比如，黄等人(Huang et al.,2007)分析了在美国宇航局艾姆斯研究实验室里将交互显示屏用作火星探测车任务组成部分面对的挑战。他们发现，这些专门为显示墙定制而任何其他技术系统中所没有的软件应用，并未得到充分的利用。他们指出其中的几个原因，包括时间限制、学会使用所需费用、技术复杂性、组织优先性及其他外部压力。

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