摘要：

視障問題是世界上嚴(yán)重的社會和公共衛(wèi)生問題之一。視障者由于視覺障礙缺乏對周圍事物形象的認(rèn)知，盲文是其獲取信息的重要途徑，但盲文閱讀無法滿足感知圖形的需求。本文在觸覺特性研究的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有產(chǎn)品不足，探討出如何系統(tǒng)性地繪制便于視障者觸摸感知、識別、記憶的觸覺圖形，基于觸覺交互技術(shù)設(shè)計開發(fā)了一款面向視障者的基于觸覺圖形的產(chǎn)品，實現(xiàn)了視障者讀圖的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：

視障 觸覺圖形 人機交互

中國分類號：TB47

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2015）02-0018-02

據(jù)2010年世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球盲人數(shù)量約為3900萬人，視力損傷的總?cè)藬?shù)約為2.85億人。視障者因視力損傷所以在生活中會遇到諸多不便，尤其是在閱讀書籍獲取信息上。目前，視障者獲取信息的途徑主要依賴于觸覺與聽覺：①觸覺：一是靠手指觸摸的盲文紙質(zhì)出版物；二是盲文電子書、點顯器等；②聽覺：是靠聽覺聆聽的有聲讀物。如：聽覺閱讀器或在電腦上安裝讀屏軟件。這兩種途徑可幫助視障者有效地獲取信息，但視障者對圖形感知的需求未被滿足。本文提出一種視障者通過觸摸識別圖形從而獲取有效信息的閱讀方式。目前國內(nèi)外對該問題的研究，忽視了對視障者觸覺特性的深入研究與開發(fā)，以及供視障者觸摸識別的觸覺圖形的繪制研究等問題。本文主要探索繪制便于視障者識別的觸覺圖形的方法與技巧，并將觸覺圖形合理地應(yīng)用于電子閱讀產(chǎn)品，為視障者設(shè)計開發(fā)更加人性化的產(chǎn)品。

1 手部觸覺靈敏度特性

醫(yī)學(xué)研究顯示，皮膚在受到不同刺激時，如機械刺激、不同的溫度，甚至是傷害性的刺激等，會產(chǎn)生6種感覺：觸覺與壓覺、溫覺與冷覺，還有痛覺和癢覺。觸覺在圖像的識別感知上受皮膚生理機制的限制，分辨率低于視覺。為了使視障者通過觸覺來實現(xiàn)對圖像的感知，就要求觸覺圖形應(yīng)對皮膚產(chǎn)生比視覺更大的刺激。根據(jù)觸覺的生成機制，可以通過壓覺、冷覺熱覺、痛覺及振動的方式對皮膚產(chǎn)生較大的刺激。

觸覺是視障者主動獲取信息和認(rèn)知外界事物的主要途徑。他們的觸覺相對靈敏，識別物體的體表特征更為準(zhǔn)確，但觸覺靈敏度也會受外界刺激影響。就大家所熟知的盲文而言，透過點字板、點字機等在紙張上制作出不同組合的凸點組成，并且每一個方塊的點字是由六點組成。布萊葉在設(shè)計盲文時，對凸點個數(shù)、編排順序及點間距都十分考究，因為這三個因素都會影響視障者的觸覺靈敏特性從而影響閱讀。通過壓覺、振動、冷熱的方式可增大對皮膚的刺激，那么這些方式在一定程度上也能提高觸摸靈敏度：①壓覺。指外界對皮膚施以壓力刺激時皮膚的第一感覺，這也是最符合視障者認(rèn)知習(xí)慣的一種方式；②振動。外界對皮膚產(chǎn)生機械振動刺激引起皮膚做出往復(fù)運動的反應(yīng)，短時間內(nèi)振動會吸引使用者的注意力，同時提高其觸摸靈敏度，但長時間由振動對皮膚感受器進行刺激則會造成皮膚反應(yīng)遲鈍，進而造成觸摸靈敏度降低，所以該方式在觸感閱讀輔助產(chǎn)品的使用中要適時適度；③冷與熱。皮膚原本的溫度、接觸刺激的皮膚范圍大小及溫度的變化速度等因素都會影響皮膚對溫度的感覺。在冷熱刺激下皮膚會感覺到灼熱，所以一定程度上二者會提高觸摸靈敏度。

由此可見，壓覺應(yīng)是現(xiàn)有能夠提高觸摸靈敏度最為合理的方式。其次，實時的震動反應(yīng)產(chǎn)生隨后的連續(xù)性刺激也會吸引入的注意，從而短時間內(nèi)增加觸摸敏感性，觸摸敏感性的提高有助于視障者高效率觸摸識圖。

2 引針?biāo)囆g(shù)啟發(fā)下的基于點陣技術(shù)的觸感圖形設(shè)計實現(xiàn)

引針?biāo)囆g(shù)的概念最先應(yīng)用于一個可執(zhí)行性玩具Pinscreen，其原理為：一個板狀表面由引針組成矩形陣列，每個引針都可以自由地前后滑動，從而在屏幕上呈現(xiàn)出一個三維印象。視障者觸摸讀圖的一個關(guān)鍵就是需要為觸覺圖形在屏幕中的呈現(xiàn)尋找一種合理、易識別的實現(xiàn)方式，“引針?biāo)囆g(shù)”給予了很多啟發(fā)。將引針?biāo)囆g(shù)中的大型矩陣針孔板變?yōu)殡娮訒聊淮笮?，屏幕由一定?shù)量的網(wǎng)格組成，每個小格底下都有一個微型發(fā)動機，這些小格子受相應(yīng)操作按鈕控制，根據(jù)編程設(shè)計，用戶在讀到文章中顯示的圖形的位置時，該圖形就會由多個小格子按照預(yù)先設(shè)計的編程自動凸起，從而模擬出為視障者觸摸的圖形?，F(xiàn)代觸屏技術(shù)在解決視障者閱讀過程中對圖形的識別和感知上有很大的局限性，現(xiàn)在流行的語音輔助或是音頻描述的產(chǎn)品，忽視了一些基本的交互方式，如：手指觸摸交互。將“引針?biāo)囆g(shù)”成像原理應(yīng)用到供視障者使用的觸感閱讀產(chǎn)品設(shè)計上，可以解決目前觸屏技術(shù)中存在的圖形呈現(xiàn)的闕限，給視障者提供一種新的閱讀體驗。

布萊葉盲文，英文字母與標(biāo)點符號是通過一個2x3的點陣實現(xiàn)，而漢語盲文亦然。所以根據(jù)盲文實現(xiàn)方式推斷：點陣技術(shù)可以將盲文呈現(xiàn)于電子屏幕中，將盲文轉(zhuǎn)化成所需的圖形，然后用點陣的方式將其顯現(xiàn)出來在技術(shù)上是可行的。電子屏幕中的矩陣凸點顯示的機械原理被稱為壓電效應(yīng)。具體的實現(xiàn)方式是將矩形點陣分成多個點陣單位，每個點陣單位都需要單獨的電壓單位進行控制。如果將這些技術(shù)應(yīng)用到供視障者閱讀的產(chǎn)品中，即可實現(xiàn)圖形在電子屏幕中呈現(xiàn)的效果，進而實現(xiàn)視障者在閱讀過程中既可讀文字亦可觸摸識圖的最佳狀態(tài)。此外，使用矩陣凸點的顯示方式，產(chǎn)品也無需配置過多的電壓單位，從而使產(chǎn)品成本降低和便于攜帶。

3 觸覺圖形繪制方式與盲讀產(chǎn)品設(shè)計

（1）觸覺圖形繪制原則與原理

為了避免傳統(tǒng)視覺認(rèn)知的表達方式，將視覺化圖形轉(zhuǎn)變成觸覺圖形需要一定的原理與技巧?；趯τ|覺特性的分析，結(jié)合視障者對觸覺圖形認(rèn)知的相關(guān)研究，一個觸覺圖形只有盡量簡潔和足夠清晰，且相互不受干擾，才可被稱為“好的觸覺圖形”。所以，在設(shè)計觸覺圖形時，應(yīng)遵循以下原則：①簡潔原則（能少勿多、能減勿繁）；②內(nèi)容清晰且相互之間無干擾；③突出圖形的個性特征。其基本繪制原理為：利用極簡單的點、線、面等繪畫要素，將復(fù)雜的形體用簡練的筆法簡要概括或夸張地勾畫出物象的基本形狀與主要特征，即用各種圖形代表對象的各個部分，加以組合，圖形簡練，依其特點進行夸張。用方形、三角形、圓形和線形等表現(xiàn)物體形象簡便可行，可以創(chuàng)造出適合盲讀的幾何化、概括化、簡潔化的形象。

（2）觸覺圖形處理萬法與規(guī)律

觸覺圖形處理方法與規(guī)律主要包括四種：①將現(xiàn)有圖形進行歸類，單一形為主，表現(xiàn)多物的外形特征，例如，用三角形由淺入深地表現(xiàn)各種形體（如兒童積木、涼亭等）；②規(guī)則幾何形替代法，如方形，家具、房屋等由垂直線和水平線構(gòu)成外框輪廓的物體可直接用矩形概括它們的形狀。外形不規(guī)則的物體，可以根據(jù)其形象特點分別用各種梯形、菱形、平行四邊形等規(guī)則形狀概括地表現(xiàn)它們的形象；⑧分解法，當(dāng)圖形線條比較復(fù)雜時，為方便視障者識圖，可從中提取關(guān)鍵線條，再根據(jù)優(yōu)化后圖形主要部分的形態(tài)特點，用方形、三角形等幾何形組合而成；④借用法，借用人們所熟悉的形象特征和幾何圖形來概括表現(xiàn)另一物體，視障者可結(jié)合自身經(jīng)驗運用形象聯(lián)想來識別圖形。

（3）盲讀輔助教程設(shè)計

為幫助視障者了解所設(shè)計的觸覺圖形、熟悉圖形在產(chǎn)品屏幕上的顯示方式和熟練應(yīng)用產(chǎn)品中圖形的識別技巧，我們在產(chǎn)品使用中增加讀圖輔助教程進行引導(dǎo)。

首先，基礎(chǔ)教程學(xué)習(xí)，即讓視障者從認(rèn)識最基本的圖形開始，即點、線、角、圓弧及特殊三角形、單位正方形等基礎(chǔ)幾何形。其次，圖形分模塊識別訓(xùn)練，模塊一：簡單圖形。線條簡單，組成部分較少，生活中常見；模塊二：由簡單圖形組合而成且線條較多的復(fù)雜圖形。最后，總結(jié)圖形在讀圖屏幕上的呈現(xiàn)方式與技巧：①提高圖形輪廓線上的凸點高度。輪廓線不僅是圖形與外圍的分界線，也對圖形本身起約束作用，易于引導(dǎo)視障者控制觸摸范圍，所以在圖形的呈現(xiàn)中提高輪廓線凸點的凸起高度，使用戶對圖形輪廓線清晰把握，進而更好地讀圖。②圖形輪內(nèi)線與平面的區(qū)分。針對一些特殊圖形，如果不區(qū)分圖形平面與內(nèi)線的話，是很難被識別的，如樹葉。內(nèi)線與輪廓線的凸點高度建議取值相同，以免徒增不必要的負(fù)擔(dān)及產(chǎn)品技術(shù)處理程序。⑧多部位、多結(jié)構(gòu)圖形。對于一些由多種部位組合而成的圖形，為提高讀圖效率，可針對圖形的不同部位，通過各部位凸點的凸起高度不同作為區(qū)分。④圖形的局部振動。振動效果運用只針對特殊圖形，出于現(xiàn)實情境模擬，增強視障者讀圖時的觸覺感知。⑤線凸起的圖標(biāo)類圖形顯示。針對一些特殊圖標(biāo)，只讓圖標(biāo)中的線段凸起，也是一種特殊有效的圖標(biāo)顯示方法。

（4）面向視障者的盲讀產(chǎn)品設(shè)計

視障者由于視覺障礙缺乏對周圍事物形象的認(rèn)知，盲文閱讀無法滿足他們感知圖形的需求，所以他們需要更新更好的方式閱讀。我們通過對視障者日常行為的觀察，記錄他們的閱讀方式和習(xí)慣，研究出一套適合他們閱讀的觸摸圖形繪制方式，并將其通過該產(chǎn)品作為載體呈現(xiàn)出來供視障者使用。我們在大量實驗的基礎(chǔ)上對日常的視覺圖形進行重組優(yōu)化，使其能夠讓視障者通過觸摸“閱讀”出來，讓他們迎來自己的讀圖時代。屏幕中將觸覺圖形與盲文共同顯示，盲文講的是龜兔賽跑的故事。該產(chǎn)品的機身設(shè)計和按鈕設(shè)計在很多地方都考慮到盲人的自身條件以及他們的使用習(xí)慣，讓視障者輕松和正確使用。（圖1）

屏幕顯示的凸點是圓頭柱體（圓頭直徑：0.14cm）。顯示盲文時，柱體凸出高度為0.5mm；顯示圖形時，因組成觸覺圖形所需的幾何圖形不同，所以柱體的凸出高度也有所不同（最小值：0.5mm，最大值：l.Omm）；文字顯示排布，嚴(yán)格按照傳統(tǒng)盲文圖書上的盲文間隔有效排列。（圖2）

4 結(jié)語

視障者是弱勢群體，對其人性化的關(guān)愛，順應(yīng)社會趨勢，其閱讀方式研究也是十分迫切和必要的。本文通過對觸覺特性、引針?biāo)囆g(shù)深入研究，設(shè)計出一種適合視障者讀圖的觸覺圖形的繪制方式和一款基于觸覺閱讀圖形的產(chǎn)品。該產(chǎn)品基于視障者心理特征、特殊需求及自身特點設(shè)計，減小了他們與正常人在識圖上的差距，并將交互設(shè)計融入其中，模擬視障者讀圖的全過程以及可能遇到的問題，為視障者提供更加便利的讀圖方式。本產(chǎn)品通過對視障者閱讀過程中識別圖形這一問題的解決，讓視障者在閱讀中有了全新體驗。