許倩倩+余慧+郭雅文

摘要：為豐富視障者的生活閱讀體驗，提高視障者對圖像文字的理解，通過研究視障者觸覺感知，分析視障者觸覺機制、視障者觸覺圖像形成原理，以及點陣顯示裝置技術，同時結合數(shù)字化3D點陣顯示技術，總結并設計出三維觸感點陣概念性交互設備：PINsphere氣動式盲文顯示裝置，使視障者能通過觸覺圖形對三維物體更加完整深入的認知，豐富他們的生活及閱讀體驗。

關鍵詞：人機交互設計 三維點陣 觸覺圖形

引言

視障問題是全世界所一直關注的問題之一。隨著人們生活水平的不斷提高，視障者對生活質量的需求也不斷上升，而視障者對圖形的理解卻是模糊的、抽象的。本項目以視障者通過觸覺感知事物為切入點，結合數(shù)字化3D點陣顯示技術，使視障者可以通過觸摸3D點陣顯示屏，整體地了解到文字與其所指向物體的簡單三維構型，更具現(xiàn)化感知周圍事物和環(huán)境，從而改善視障者的生活和文化學習質量。

一、視障者觸覺獲取信息的方式研究

視障者與外界的聯(lián)系與其觸覺也有很大關聯(lián)，而且視障者的觸覺相當敏感。當他們進行觸摸物體時，他們的觸覺就與他們敏銳的神經(jīng)錯綜復雜地結合起來，再傳達信息給他們。但這樣會產(chǎn)生盲人摸象的結果。使視障者獲取到了片面、不詳細的信息。

隨著社會的發(fā)展，我國人口老齡化日益嚴重，新發(fā)視障者數(shù)量仍在迅速發(fā)展。與此同時經(jīng)調研，視障者在活動中主要運用主動觸覺和聽覺去認識外界事物。視障者使用觸覺不能感知到事物的顏色、亮度和觸覺范圍之外的事物、但他們的觸覺能夠感受到物體的溫度、濕度、壓力、振動等方面，從而可以通過冷覺熱覺、壓覺以及振動的形式刺激皮膚，從中獲得外界事物的各種信息。除此以外，視障者還可以通過觸覺可以了解到物體的質感、表面紋理等信息，再結合自我的觸覺經(jīng)驗，進一步了解和識別該物體。

在視障者接觸外界信息的過程中，又分為主動和被動兩種接受方式。主動與被動接受是存在很大差異的，在主動運動中，皮膚的感覺不受部位限制，在過程中是可以自我控制和調節(jié)的。而被動接受的過程中，會出現(xiàn)無意識、違計劃的事故發(fā)生，在一定程度下，甚至會給視障者帶來危險和嚴重不便。

二、視障者三維觸感機制及其設計研究

2016年9月27號的時候我們走訪了位于北京西城區(qū)的盲文圖書館，和那里的工作人員做了一次交流。了解到視障者也有自己的尊嚴和與普通人平等的權益，而不是一味接受將其視為弱視群體的同情所產(chǎn)生的愛心行為。因為他們雖然是弱勢群體，但是有自己的自尊。所以給我們的啟示就是產(chǎn)品的改進結果，不應該是把他們孤立出來，認為他們是跟別人不同的，不是設計出一個全新的事物，而是設計一種通用產(chǎn)品，在保證他們權益和自尊的基礎上，帶給他們更好的生活體驗和閱讀的體驗。

（一）視障者識圖產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài)

20世紀50年代出現(xiàn)了視障者圖書機，在此之前輔助視障者獲取信息的主要以盲文紙質書為主。50年代之后又出現(xiàn)了視障者打字機以及有聲閱讀設備，2000年以后，便相繼出現(xiàn)了視障者電話掃描閱讀機、視障者平板、視障者指環(huán)等直到發(fā)展到現(xiàn)在的視障者顯示器。在整個發(fā)展過程中，產(chǎn)品形態(tài)從實體趨向概念；摸讀內(nèi)容豐富度上，也在不斷提高。但至今市面上三維視障者觸點顯示器的產(chǎn)品幾乎為零，即使是極少數(shù)概念產(chǎn)品，也只是依附于平面上觸點的位移，并不能顯示物體的整體形態(tài)。

（二）圖像呈現(xiàn)依據(jù)與文字閱讀方式

圖像呈現(xiàn)的依據(jù)以及主要靈感來源于浮雕藝術，對浮雕藝術的審美不僅有視覺上的審美，要有觸覺上的審美，并對其具有很大影響。浮雕的空間結構可以說是三維的立體形態(tài)，同時也兼具著某種平面形態(tài)，話句話說，浮雕具有經(jīng)形體壓縮處理后的二維或平面的特征，是將現(xiàn)實存在的事物將其壓縮處理，形成一種扁平化的藝術。以此類推，將平面化的圖形轉化成三維立體的形態(tài)，可以將平面圖形進行拉伸延長處理，以凹凸起伏的形態(tài)呈現(xiàn)出來。

當前社會對視障者的教育，通常以觸摸的方式達到認知和識別事物的目的。對盲文的學習，現(xiàn)階段主要是單純地依靠靜態(tài)的盲文教材，視障者對漢字的理解幾乎是空白的，不僅如此，還對其認識漢字的偏旁結構和理解漢字意義造成了很大的困難?，F(xiàn)有的主流的盲文都是采用拼讀音節(jié)的形式，這樣只是有字音而沒有字形，雖然通過上下文可以理解出詞語的含義。但是，也會因為只有拼音，從而出現(xiàn)拼讀錯誤的概率。例如有一些生僻難懂的詞，視障者也無法準確地理解、掌握其概念。將漢字，即常用文字，存儲進視障者文字識圖學習設備當中。通過拆解筆畫、語音敘述漢字的含義并且用3D點陣顯示，從而出現(xiàn)相關聯(lián)的需要表達的圖形和圖像，漢字點觸學習設備結合語音與字形所對應的觸覺圖像，實現(xiàn)視障者對基本漢字的筆畫順序、偏旁部首、含義的認知和理解，并能簡單地利用所習漢字進行組詞造句的功能。通過這個在幫助視障者識別理解圖形的基礎上，同時達到輔助視障者學習漢字的目的。

（三）圖文的呈現(xiàn)方式

探討弧面點陣與平面點陣顯示字形和圖形的觸覺差異。設置兩個變量，即弧面與平面，與水平面垂直的陣點與傾斜的陣點。調查人們對不同展示，面對圖文確認的速度與效果的反應。結論得出有弧度的屏會使字形圖形擴散，順著筆畫方向有指向性地傾斜會便于獲得有利和完善的信息（如圖1），綜合考慮，選取曲面屏。

在文字方面，挑選500基本漢字，如人、這、中、大、為、上、個、國、我、以、要、他、雪、時等進行原有的筆畫拆解?，F(xiàn)行中國盲文GB/T15720-1995標準適用于中國視力殘疾人使用的觸覺凸點文字。它規(guī)定了中國盲文的盲符結構和參數(shù)，以及現(xiàn)行盲文方案與漢語雙拼盲文方案、分詞連寫規(guī)則及書寫格式等。其中中國盲文的盲符結構也是由布萊爾盲文體系演變出的，它主要是以注音字母為基礎，加之拼寫漢語普通話的一種盲文方案。它分為三個方塊，分別代表聲母、韻母和聲調共組成一個發(fā)音。而大部分由圖像演變而來的漢字主要分為形旁和聲旁。

（四）盲文顯示裝置設計應用原理endprint

PlNsphere氣動式盲文顯示裝置對傳統(tǒng)圖文識別系統(tǒng)進行創(chuàng)新，結合數(shù)字化技術，增加產(chǎn)品與使用者的互動性；讓使用者，及視障者能夠直接觸摸，并通過觸摸感受和識別圖形；促進視障者主動進行探索和學習，增強使用者主動學習與認知文字和圖形的興趣。視障者可以更直觀感受到抽象的、瞬時的、巨大的、微小的等難以通過觸覺識別整體的物體。

產(chǎn)品工作原理：此設計對于球體大小R1、觸點長度L、中心控制器半徑R2都有特定的比例要求。中心控制器的半徑與觸點長度為反比，觸點也會因為球體由中心擴散，而擴大觸點距離，降低顯示觸摸位點的密度，從而加大識別難度。PlNsphere氣動式盲文顯示裝置，此原理主要應用在電磁式盲文顯示裝置。

其中3D點陣顯示的原理是：存儲圖像像素是m×n，那它對應矩陣也是m行n列。現(xiàn)有的盲文二維讀圖產(chǎn)品中的圖像為二值圖像，只有黑白兩種顏色，RGB圖像一般黑和白的數(shù)值范圍是0到255，使用double型數(shù)據(jù)處理后，O代表黑色，1代表白色?；叶葓D像的數(shù)值在0和1之間，經(jīng)處理器處理后，根據(jù)數(shù)值大小進行不同程度的位移，從而形成三維立體圖像。圖像三維立體顯示裝置。將物體看為從中心球體延伸點觸形成物體整體的一種物理成像方式。

三、產(chǎn)品設計實踐

PlNsphere氣動式盲文顯示裝置（如圖2）所示主要具有展示圖像和圖文轉化的功能，主要從視障者如何感知三維立體圖像和文字轉化圖像后所表達的含義這兩大問題出發(fā)，實現(xiàn)三維圖形的展示并可以通過圖形來了解和學習文字，從而促進視障者對圖文的識別和理解。

（一）展現(xiàn)圖像的功能

將圖片輸入系統(tǒng)中，或者是進行語音搜索，然后通過電腦分析掃描，將圖片上的圖像進行所謂的拉伸，通過點陣突起形成上下凹凸起伏的觸點，與此同時當視障者在觸摸過程中會根據(jù)觸摸點的移動進行語音解釋，使視障者在觸摸到立體展示的不同部位時都能得到完整的解釋，更加形象地幫助視障者理解圖像上的信息。

（二）圖文轉化的功能

1.交互：學習文字/識字功能：名詞通常單字也有指向性的圖形可以表達其含義，例如人、花、龍等字，單字的動詞、副詞、連詞、部分名詞、形容詞則需要組成兩字或多字的詞語來形成圖像。單獨的漢字字形與圖形的點陣輸出不能全面的形成認知體系，須配合語音，解釋字詞內(nèi)在含義，解釋圖像與漢字的聯(lián)系，例如形容心理、精神方面的字，禪，可以通過點陣輸出立體佛像，視障者觸摸圖像，觸摸不同的部位時，觸點底部接收器感知壓力，處理信號后，語音則會解釋圖形中相應部位的專有稱謂以及形成原因等。組成詞匯：如下雪，可以動態(tài)刷新圖像，把圖像幀化處理，通過每幀動態(tài)刷圖實現(xiàn)立體刷圖功能，配上語音解釋詞匯，鞏固記憶漢字，使視障者知道如何運用漢字。最后也可以根據(jù)所形成不同詞匯造句，再次鞏固記憶。

2.搜字功能：視障者語音搜索漢字，產(chǎn)品進行語音識別功能，也可以通過觸控筆點擊對應盲點的位置，信息經(jīng)過傳導處理之后，再根據(jù)常用漢字排列順序找出同音字。然后通過語音分別進行解釋說明，判斷篩選出想要搜索的文字，然后再通過點陣輸出想要的文字圖像，從而達到搜字的功能。

3書寫矯正功能：視障者在學習漢字時，漢字不像布萊爾盲文由6個點不同變換的編碼似的方式組合而成，而是由不同的筆畫字符銜接穿插組合成的方塊字，所以較普通盲文的學習和點陣呈現(xiàn)的方式都要復雜得多。書寫的筆畫位置也較難找準容易出錯，書寫檢查功能較好地解Z夾了～_-f-問題。在一個漢字學習完成后，會語音提示檢驗書寫，通過點觸筆在點陣中按順序寫出此漢字允許的誤差范圍不超過x個點陣位，x根據(jù)點的間距決定密度，d為點陣間距，d×x<=12mm.（觸摸范圍有效距離，球體立方體驗證）（詳細流程圖如圖3）。

從圖像的三維顯示為出發(fā)點，在識別圖形的同時，可以進一步對文字加深了解，在整個系統(tǒng)過程中以視障者的觸覺感受為主，加之語音的解釋說明，完善信息，從而使視障者從中能夠獲得更準確、更真實的認知感受。

結語

視障者是需要得到社會關愛的群體，面對生活水平的不斷提高，視障者的需求也在不斷增加。本文就是通過點陣的三維觸感交互方式，將圖形與文字立體呈現(xiàn)。同時此產(chǎn)品的設計從人性化出發(fā)，了解視障者的真實心理需求，融入交互設計的方法，使視障者更加直觀和真實地了解外界事物，但在技術和實現(xiàn)度上仍需不斷改進，從而使視障者告別以往被動接受信息的狀態(tài)，讓他們感受到和正常人沒有什么不同，不再有所謂的孤獨感。endprint