项目编号：天津理工大学大学生创新创业项目，项目编号201910060195
摘要：随着三维捕捉技术、传感技术、算法技术的进步，手势交互逐渐成熟。对于老年人来说，手势交互简单易懂，容易操作，拥有非常好的应用前景。本文从降低老年人的认知负荷，减轻老年人的体力的视角，通过让老年人亲自参与设计过程，以华北周边地区为例，最终达到创建一套基于中国老年人需求的手势交互集为目标，并提出了与二维手势的延续性、生活习惯的一致性、左右手的配合性等三项基本原则。
关键词：中国老年人；三维手势；手势交互设计
1.手势交互介绍
为了满足人类的更高的交互需求，各种新的交互模式层出不穷，包括语音交互、人脸交互、手势交互、触感交互等等。其中手势交互近年来随着捕捉技术、传感技术、交互方式的发展有了重大进步。人们可以摆脱掉传统的设备，仅通过手指在屏幕上滑动就可以发布指令。这项技术在智能电脑、手机中得到广泛应用[1]。但这种模式也存在不足，人们仍需要屏幕作为媒介。最新的技术发展已经可以让人们摆脱屏幕，完全“隔空”进行操作，这种从二维平面到三维空间的操作将会为人们带来极大便利，并将在未来将成为手势交互的重要方式。
对于老年人群体来说这种手势交互方式在带来便利性的同时也带来了挑战，由于老年人特殊的身体和心理状态，过分复杂的手势交互集将会给老年人的认知负荷带来极大负担，同时不恰当的手势动作也会为老年人带来潜在的身体疾病[2]。因此在设计中必须将老年人的需求考虑其中，而最有效的方法就是将老年人引入设计的过程中，亲自参与设计的前期过程，这样会为设计人员提供一手的资料。本文就将以华北地区为例，为中国老年人创建一套基于其需求的手势交互集。
2.实验过程
2.1方法和选择的手势命令
通过选择20名受试人员，对32种手势指令分别作出两种手势。然后对相同的手势进行分类，分类后的手势根据出现频率进行排序，出现频率最高的手势将作为该指令的手势。
实验人员通过对智能产品进行了调研，对现有的常规命令进行了选取和总结，同时参考了部分二维手势交互指令，最终选择了32种常规指令作为手势的集。
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2.2受试人员和地点
受试人员一共20名，其中男性9名，女性11名，年龄在55-63之间。他们之前都使用过智能手机，拥有二维手势交互的经验。测试地点在天津理工大学艺术学院实验室。
2.3实验结果
实验一共产生了超过1000种手势，经过归类还剩下100余种手势。分类后的手势根据出现频率进行排序，出现频率最高的手势将作为该指令的手势。
3.结果
帮助指令中出现频率最高的手势分别为右手向内侧摆动和双手握住。菜单的指令中出现频率最高的手势分别为右手画出方框和左右双手做出端着的手势。查找的指令中出现频率最高的手势分别为右手作出问号的动作和右手作出放大镜的手势。撤销的指令中出现频率最高的手势分别为右手向右下方滑动和双手作出交叉的手势。
前一个指令中出现频率最高的手势分别为右手向前滑动和右手向上的手势。后一个指令中出现频率最高的手势分别为右手向后滑动和右手向下的手势。新的指令中出现频率最高的手势分别为右手作出一个方框和右手作出一个圆形的手势。休眠指令中出现频率最高的手势分别为双手双掌合十并向一侧倒下和右手拇指和四指缓缓合并。
循环播放指令中出现频率最高的手势分别为双手食指不停循环向前滑动和右手循环滑动的手势。夜间指令中出现频率最高的手势分别为右手画出半月的手势和双手双掌合十并向一侧倒下的手势。移动指令中出现频率最高的手势分别为右手向左侧滑动和左手向右侧滑动的手势。音量降低指令中出现频率最高的手势分别为单手向下摆动和双掌合十并的手势。
音量增大指令中出现频率最高的手势分别为单手向上摆动和单手五指扩散合的手势。暂停指令中出现频率最高的手势为双手作出合并相对和左手单掌竖立右手单掌盖在上面的手势。重复播放指令中出现频率最高的手势分别为右手食指循环滑动和双手食指循环滑动的手势。插入指令中出现频率最高的手势分别为右手向下滑动和右手向左手向下滑动的手势。
打开指令为中出现频率最高的手势分别单手五指张开和单手画方框的手势。单一选择中出现频率最高的手势分别指令为右手作出圆圈并轻击和右手作出方框并轻击手势。关闭指令中出现频率最高的手势分别为为双手作出交叉手势和双手合十的手势。关闭手势中出现频率最高的手势分别指令为双手作出交叉手势和双手合十的手势。
接受指令中出现频率最高的手势分别为右手向下按动和右手作出打钩的手势。静音指令中出现频率最高的手势分别为双手五指并拢和左手单掌竖立右手单掌盖在左手上的手势。拒绝指令中出现频率最高的手势分别为单手作出摆动和右手向左侧摆动的手势。扩大指令中出现频率最高的手势分别为双手五指向外收缩和单手五指扩散。
群体旋转指令中出现频率最高的手势分别为左手作出多个圆圈，右手将其全部框入和双手分别画出圆圈的手势。任务切换指令中出现频率最高的手势分别为右手画出一个方框然后再画出一个方框和画出一个方框然后向右后方滑动的手势。删除指令中出现频率最高的手势分别为双手作出交叉手势和右手向右下方滑动的手势。收缩指令中出现频率最高的手势分别为双手五指向内收缩和单手五指并拢。
随机选择指令中出现频率最高的手势分别中为左手散开，右手点击和右手不规则轻击。缩小的指令中出现频率最高的手势分别为左手五指收缩和左右双手做方框向内收缩的手势。调台的指令中出现频率最高的手势分别为右手作出旋钮的动作和右手向右滑动的手势。旋转的指令中出现频率最高的手势为右手作出旋钮的动作和右手食指作出顺时针画圈的手势。
4.手势交互集设计原则
（一）与二维手势的延续性
与二维手势的延续性是指手势集的选取要与用户的日常使用的二维手势习惯保持延续性。目前绝大部分的老年人均有使用过智能手机或平板电脑的经历，拥有利用二维手势熟练操作智能设备的能力。而三维手势交互的指令很多与二维手势类似，为了避免重复记忆，尤其是对于记忆力和接受新鲜事物能力下降的老年人用户来说，与二维手势保持延续性能够更好的让老年用户接受并使用[3]。例如在做出前一个/后一个的手势中，很多老年人使用了和二维手势相同的向后滑动/向前滑动的手势。在做出暂停的手势中，用右手食指向下单击也与二维手势的操作指令一致。
（二）生活习惯的一致性
生活习惯的一致性是指手势集的选取要与用户的日常使用习惯保持一致性。在手势交互的过程中，很多老年人运用了很多生活中的常用手势，这些手势与日常生活息息相关，因此具有非常强的可记忆性和认知度。例如在做出查找指令的过程中，一部分老年人做出了放大镜看图的手势。还有一些老年人在做出音量增大的手势的时候，在耳边挥手，意为无法听到。由于老年人特殊的身体和心理状态，过分复杂的手势交互集将会给老年人的认知负荷带来极大负担，用户通过使用与日常生活相关的手势，能够让老年人更好的对手势进行记忆，同时也能够回避一些不常出现的动作，避免老年人肢体疲劳或受伤[4]。在实验结束后对老年受试者进行访谈的过程中，也可以得到验证。大部分老年人均对与生活习惯一致性的手势的自我评分较高。
（三）左右手的配合性
在老年人作出相关手势的时候，并没有要求使用单手或双手。但部分老年人在进行手势交互的时候，喜欢使用双手配合进行。双手配合进行的时候有明确的先后顺序，通常是一只手作出指令主体的手势，之后另一只手做出命令[5]。例如在做出音量增大/降低的手势中，一部分老年人用左手做出了耳机的手势形状，用右手做出了向上/向下的手势。通过两只手互相配合能够让指令进行了分解，并更有效的进行表达。
结语
本研究基于降低老年人的认知负荷，减轻老年人的体力的视角，通过让老年人亲自参与设计过程，以华北周边地区为例，最终达到创建一套基于中国老年人需求的手势交互集为目标，并提出了与二维手势的延续性、生活习惯的一致性、左右手的配合性等三项基本原则。该手势交互集和基本原则将会对手势交互设计带来一定的参考价值。
参考文献
[1] 陈娜,李文强,李彭伟：沉浸式态势感知中手势交互应用[J].指挥信息系统与技术.2019(24):58-61.
[2] 曾相莲,方雯. 吸油烟机手势交互的可用性研究 2019年中国家用电器技术大会
[3] 杨磊,隋云衡,姚立虎.结合肤色分割与手形匹配算法的静态手势识别检测[J].信息通信，2013,23（4）:4-6
[4] 朱越,李振伟,杨晓利等：基于视觉的静态手势识别系统[J].计算机技术与发展.2019，29(02):69-72.
[5] 易靖国,程江华,库锡树等：视觉手势识别综述[J].计算机科学.2016（S1），103-108.
论文作者:夏雪 宁曦儿 杨盈盈 熊丹妮 周颖
论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月58期
论文发表时间:2020/1/9
标签：手势论文; 指令论文; 右手论文; 分别为论文; 老年人论文; 频率最高论文; 双手论文; 《知识-力量》2019年12月58期论文;