葛翔，許詩卉，王璟銘，楊帆，劉玳言，趙敏，徐濛

(百度(中國)有限公司，北京 100193)

1 引言

隨著各類傳感器、語音交互、機(jī)器視覺、SLAM等技術(shù)的不斷成熟，以及公眾和B端客戶(如商家、各類機(jī)構(gòu))對(duì)機(jī)器人的認(rèn)知越來越高，服務(wù)機(jī)器人行業(yè)蓬勃發(fā)展，服務(wù)機(jī)器人走進(jìn)越多越多的公共場合，比如銀行、機(jī)場、酒店、博物館、餐廳等等，提供信息查詢、業(yè)務(wù)辦理、引導(dǎo)、娛樂等服務(wù)。

憑借在信息展示(視覺)和交互上(觸覺)的優(yōu)勢(shì)，屏幕仍然是人和機(jī)器人交互的主要界面[1]，幾乎成為服務(wù)機(jī)器人的標(biāo)配。按照外型和屏幕形態(tài)，現(xiàn)有的公共場合服務(wù)機(jī)器人大致可分為兩大類：第一大類是有“頭部”這一擬人特征，這樣的擬人機(jī)器人的屏幕設(shè)計(jì)可以分為三種，第一種是單屏，胸口帶著一塊屏幕，如日本軟銀的Pepper[2]；第二種也是單屏，但機(jī)器人頭部就是一塊屏幕，如科沃斯的旺寶[3]；第三種是雙屏，其頭部是屏幕，身體上也有一塊屏幕，比如百度的小度機(jī)器人[4]；第二大類是沒有“頭部”這一擬人特征，機(jī)器人由一體化大屏幕組成，其形態(tài)擬人度較低，如云跡科技的云帆機(jī)器人[5]。那么，不同的屏幕形態(tài)是否會(huì)影響用戶的偏好、認(rèn)知甚至行為呢？如果存在影響，又是何種影響呢？這是本研究聚焦的問題。

機(jī)器人外觀一直是人—機(jī)器人交互領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已有大量研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人的外觀會(huì)影響人們對(duì)機(jī)器人的認(rèn)知和行為[6-9]，這種影響甚至在無意識(shí)層面起作用，影響人們的行為和感知[10]。尤其是在公共場合，許多與機(jī)器人互動(dòng)的人都是經(jīng)驗(yàn)很少的新手，他們的初步印象可能都是基于機(jī)器人的外觀形成的[11]。遺憾的是，現(xiàn)有機(jī)器人外觀研究主要集中在整體造型、身體形狀、頭部與面部設(shè)計(jì)、擬人化等方面，而對(duì)機(jī)器人屏幕涉獵較少。

當(dāng)前針對(duì)機(jī)器人屏幕的研究主要集中在屏幕顯示內(nèi)容，對(duì)屏幕形態(tài)研究較少。Broadbent等研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人頭部屏幕上的“臉”會(huì)影響人對(duì)機(jī)器人的感知，具有人形面部表情的機(jī)器人最受歡迎，被認(rèn)為最有頭腦、最有活力、最善交際以及最和藹可親[12]；Jung等人研究發(fā)現(xiàn)，和機(jī)器人身體相比，位于機(jī)器人屏幕上的性別線索對(duì)用戶感知機(jī)器人性別影響更大。這意味著，機(jī)器人的屏幕為嵌入社交線索提供了一個(gè)令人信服的“場所”，在不改變機(jī)器人形態(tài)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的情況下，就能獲得用戶強(qiáng)烈的社交反應(yīng)[13]。Broadbent等人研究了用戶對(duì)8類不同形狀機(jī)器人的偏好，發(fā)現(xiàn)和頭部屏幕相比，用戶更喜歡機(jī)器人身體上的屏幕，部分原因是屏幕比較大[14]。但是該研究針對(duì)的是老年護(hù)理機(jī)器人，且設(shè)計(jì)的屏幕形態(tài)也比較有限，研究結(jié)論能否推論到公共場合的服務(wù)機(jī)器人值得商榷。

本研究中，探索了用戶對(duì)公共場合服務(wù)機(jī)器人屏幕形態(tài)的偏好，關(guān)注了三類屏幕形態(tài)：頭部單屏(機(jī)器人頭部為屏幕)；雙屏(機(jī)器人頭部和身體均帶有屏幕)以及一體屏，Pepper這類單屏機(jī)器人(胸口帶屏幕)并不在本次研究范圍。之所以如此，是因?yàn)樵絹碓蕉嗟纳虡I(yè)機(jī)器人在頭部使用屏幕，并將“臉”渲染到屏幕上，以此來代替靜態(tài)的機(jī)械頭部[15]。這是由平板電腦的易用性、編程的便捷性等推動(dòng)的，并且在屏幕上呈現(xiàn)臉部使其設(shè)計(jì)更加靈活，同時(shí)也可以讓臉部更易展示眨眼、凝視和面部表情[15]，因此我們有理由相信，頭部為屏幕是未來機(jī)器人發(fā)展的一大趨勢(shì)。

2 研究方法

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

針對(duì)服務(wù)機(jī)器人的屏幕設(shè)計(jì)，了解用戶三類屏幕形態(tài)(頭部單屏、雙屏、一體屏)的偏好?？紤]到屏幕是信息呈現(xiàn)的載體，同時(shí)探索屏幕是否呈現(xiàn)信息時(shí)，用戶偏好是否有差異。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用3*2被試內(nèi)設(shè)計(jì)，自變量一為屏幕設(shè)計(jì)方案，包括頭部單屏(在后續(xù)研究中簡稱單屏)、雙屏、一體屏三個(gè)水平；自變量二為屏幕是否顯示信息，包括有信息顯示和無信息顯示兩個(gè)水平。

實(shí)驗(yàn)因變量為用戶的偏好選擇、互動(dòng)意愿以及用戶對(duì)于機(jī)器人的智能度、擬人度感知。用戶的偏好選擇通過對(duì)偶比較法得到，互動(dòng)意愿、智能度、以及擬人度使用李克特7點(diǎn)量表評(píng)分獲取。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

機(jī)器人模型制作成本高、周期長，為了還原用戶對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)(如：機(jī)器人高度、屏幕大小等)的真實(shí)感知，研究員通過Rhino建模制作了三種不同屏幕形態(tài)的機(jī)器人(如圖1)，并使用1:1等高投影設(shè)計(jì)方案。雙屏和單屏機(jī)器人具有典型的頭部。為了控制其它因素的影響，三種設(shè)計(jì)形態(tài)遵循以下原則：(1)控制尺寸，保證每個(gè)模型的高度和寬度一致；(2)控制顏色，統(tǒng)一使用白色作為機(jī)器人的主要顏色，排除顏色對(duì)用戶的影響；(3)控制肢體設(shè)計(jì)，機(jī)器人模型沒有設(shè)計(jì)雙手，在實(shí)驗(yàn)中向用戶明示并強(qiáng)調(diào)忽略該影響；(4)所有機(jī)器人都具備雙輪，并告知用戶機(jī)器人可移動(dòng)。

在信息呈現(xiàn)方面，考慮到機(jī)場是機(jī)器人未來的使用場景之一，研究員在屏幕上呈現(xiàn)某一航班信息(如圖1)，并保證三類屏幕上的信息含量一致(注：向用戶說明單屏機(jī)器人的頭部屏幕將會(huì)表情和信息交替呈現(xiàn))。

2.4 實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)使用1:1等高投影設(shè)計(jì)方案，機(jī)器人高度為1.5 m。并且為了能讓用戶近距離感受，使用了攝影硫酸紙作為屏幕進(jìn)行背面投影，投影設(shè)備為極米Z6，分辨率：1 920*1 080，亮度：700ANSI流明。為保證投影效果在實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制燈光。

2.5 實(shí)驗(yàn)流程

首先進(jìn)行屏幕無信息顯示時(shí)對(duì)偶比較。研究員將設(shè)計(jì)方案按照1:1等高投影，兩兩呈現(xiàn)，用戶選擇自己更喜歡的方案(方案用A/B代替)，總共比較3次。為了控制順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，通過拉丁方平衡對(duì)比呈現(xiàn)順序。選擇完畢后，邀請(qǐng)用戶針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)評(píng)分并闡述原因。

然后進(jìn)行屏幕有信息顯示時(shí)對(duì)偶比較，實(shí)驗(yàn)流程同上。

2.6 被試

實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)了30名用戶，男女各半，年齡在18-44歲之間，用戶均為互聯(lián)網(wǎng)公司員工，涵蓋不同崗位(包括：人事、財(cái)務(wù)、技術(shù)、產(chǎn)品等)，且均有公共場所服務(wù)機(jī)器人使用經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后每名用戶都能收到一定價(jià)值的禮品卡作為酬謝。

3 研究結(jié)果

3.1 對(duì)偶結(jié)果的處理及檢驗(yàn)

首先，將對(duì)偶結(jié)果轉(zhuǎn)化為每種設(shè)計(jì)被選擇的概率，計(jì)算方法為：每種設(shè)計(jì)實(shí)際被選擇的次數(shù)與每種設(shè)計(jì)最多可能被選擇的次數(shù)(此處為2次)的比率，即為每種設(shè)計(jì)被選擇的概率。對(duì)每種設(shè)計(jì)的選擇概率進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1。

表1 每種設(shè)計(jì)的選擇概率的平均值(標(biāo)準(zhǔn)差)

為了檢驗(yàn)用戶對(duì)三種屏幕設(shè)計(jì)的偏好是否具有顯著差異，我們分別在有或無信息的條件下，對(duì)三種屏幕設(shè)計(jì)選擇概率進(jìn)行Friedman雙向方差分析。我們發(fā)現(xiàn)三種設(shè)計(jì)的選擇概率在有無信息呈現(xiàn)條件下均存在顯著差異(無信息時(shí)：χ2(2) = 16.759,P<0.001；有信息時(shí)，χ2(2) = 34.067,P<0.001)。隨后，我們使用Wilcoxon T檢驗(yàn)對(duì)三種屏幕設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的成對(duì)比較，發(fā)現(xiàn)在無信息時(shí)，雙屏設(shè)計(jì)的選擇概率顯著高于單屏與一體屏，而單屏和一體屏之間無顯著差異。而在有信息時(shí)，單屏設(shè)計(jì)的選擇概率顯著低于雙屏設(shè)計(jì)與一體屏設(shè)計(jì)。此外，雙屏的選擇概率高于一體屏，達(dá)到了邊緣顯著(P=0.051)的水平(結(jié)果如表2所示)。因此，總體而言，無論在有無信息的條件下，雙屏設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)較其它兩種設(shè)計(jì)都較為明顯。

表2 有無信息時(shí)，各個(gè)設(shè)計(jì)的成對(duì)比較(基于Wilcoxon T 檢驗(yàn))

*表示差異在統(tǒng)計(jì)上顯著(P<=0.05)。

此外，我們想檢驗(yàn)呈現(xiàn)信息是否會(huì)使用戶對(duì)每種屏幕設(shè)計(jì)的偏好產(chǎn)生影響。因此，針對(duì)三種屏幕設(shè)計(jì)，分別對(duì)有無信息設(shè)計(jì)選擇概率進(jìn)行Wilcoxon T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在有信息時(shí)，單屏設(shè)計(jì)的選擇概率顯著低于無信息時(shí)(Z=-3.398，P=0.001)，而一體屏設(shè)計(jì)的選擇概率顯著高于無信息時(shí)(Z=-2.831，P=0.005)。而雙屏設(shè)計(jì)在有無信息時(shí)選擇概率無顯著區(qū)別(-0.258,P=1.000)。即用戶對(duì)雙屏設(shè)計(jì)的偏好不受有無信息呈現(xiàn)的影響，而呈現(xiàn)信息，使用戶對(duì)一體屏的偏好升高，對(duì)單屏的偏好下降。

3.2 主觀評(píng)分結(jié)果

每個(gè)設(shè)計(jì)在各個(gè)維度的主觀評(píng)分結(jié)果如表3所示。

表3 每種設(shè)計(jì)的觀評(píng)分的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

為了檢驗(yàn)用戶對(duì)于三種設(shè)計(jì)在不同的維度打分是否具有差異，我們分別在有無信息的情況下對(duì)三種設(shè)計(jì)的打分進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。由于數(shù)據(jù)不滿足單因素重復(fù)測(cè)量方差分析的假設(shè)，因此我們依舊采用了非參數(shù)檢驗(yàn)。首先以各個(gè)維度為因變量，分別在有無信息的情況下，對(duì)三種設(shè)計(jì)的評(píng)分進(jìn)行了Friedman雙向方差分析(如表4所示)。如果發(fā)現(xiàn)顯著差異，再進(jìn)一步用Wilcoxon T檢驗(yàn)進(jìn)行成對(duì)檢驗(yàn)。

表4 有無信息時(shí)，三個(gè)設(shè)計(jì)各個(gè)維度的得分Friedman檢驗(yàn)

互動(dòng)意愿 在無信息時(shí)，用戶對(duì)雙屏的互動(dòng)意愿顯著高于單屏和一體屏設(shè)計(jì)，而它們之間無顯著差異。在有信息時(shí)，單屏的互動(dòng)意愿最低，而雙屏和一體屏之間沒有區(qū)別(見表5)。

表5 有無信息時(shí)，各個(gè)設(shè)計(jì)互動(dòng)意愿的成對(duì)比較(基于Wilcoxon T 檢驗(yàn))

*表示差異在統(tǒng)計(jì)上顯著(P<=0.05)。

智能度 無論有無信息，雙屏設(shè)計(jì)的智能度評(píng)價(jià)都顯著高于單屏和一體屏。而在無信息時(shí)，單屏和一體屏之間沒有顯著差異，但在有信息時(shí)，一體屏的智能度評(píng)價(jià)比單屏更高(見表6)。

表6 有無信息時(shí)，各個(gè)設(shè)計(jì)智能度的成對(duì)比較(基于Wilcoxon T 檢驗(yàn))

*表示差異在統(tǒng)計(jì)上顯著(P<=0.05)。

擬人度 在有無信息時(shí)，一體屏的擬人度評(píng)價(jià)都顯著低于單屏和雙屏，在無信息時(shí)，單屏和雙屏之間無顯著差異。但在有信息時(shí)雙屏的擬人度顯著高于單屏(見表7)。

表7 有無信息時(shí)，各個(gè)設(shè)計(jì)擬人度的成對(duì)比較(基于Wilcoxon T 檢驗(yàn))

*表示差異在統(tǒng)計(jì)上顯著(P<=0.05)。

4 討論

本研究探討了用戶對(duì)三種機(jī)器人屏幕設(shè)計(jì)的偏好,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：無論屏幕是否呈現(xiàn)信息，用戶最偏好的都是雙屏設(shè)計(jì)。結(jié)合定性分析發(fā)現(xiàn)，用戶選擇時(shí)主要考慮了“擬人度”與 “信息展現(xiàn)效率”兩個(gè)因素。雙屏設(shè)計(jì)同時(shí)具備“擬人度高”以及“信息展現(xiàn)效率高”兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。首先，雙屏具有“頭部”這一擬人的特征，一方面頭部是擬人機(jī)器人的擬人程度最直觀的標(biāo)志[16]，另一方面用戶期待“頭部”呈現(xiàn)“表情”，表情是人際交往中傳達(dá)信息很重要的一個(gè)部分，尤其是情緒的傳遞[17]。所以主觀評(píng)分中其擬人度感知顯著高于一體屏。而擬人度會(huì)進(jìn)一步影響用戶“互動(dòng)意愿”。用戶認(rèn)為服務(wù)機(jī)器人承擔(dān)一定社會(huì)職能，擬人化顯得更加友好，能夠增加互動(dòng)意愿。其次，人-機(jī)器人交互效率備受用戶關(guān)注。服務(wù)機(jī)器人承擔(dān)著信息查詢、業(yè)務(wù)辦理、引導(dǎo)等功能，屏幕是重要的信息載體和交互載體，在第一輪對(duì)比中，機(jī)器人并未呈現(xiàn)信息，部分用戶會(huì)主動(dòng)代入使用場景，認(rèn)為雙屏設(shè)計(jì)屏幕大，在交互的過程中效率更高，體驗(yàn)更好。第二輪對(duì)比中，機(jī)器人屏幕呈現(xiàn)信息進(jìn)一步加強(qiáng)了用戶的選擇。最后，擬人度、屏幕也會(huì)影響用戶對(duì)于機(jī)器人智能度的感知。一方面，用戶認(rèn)為機(jī)器人在造型、表情等層面擬人度高時(shí)，其智能度越高，這一點(diǎn)在Mirnig[18]等人的研究中也得到驗(yàn)證。另一方面，當(dāng)機(jī)器人的屏幕面積越大，其所能承擔(dān)的功能更多，“辦事”效率更高，因此也會(huì)被認(rèn)為更加智能。

有意思的是，用戶對(duì)單屏、一體屏的偏好因屏幕是否呈現(xiàn)信息而存在差異。無信息時(shí)，單屏和一體屏沒有顯著差異；而有信息時(shí)，用戶對(duì)一體屏偏好顯著高于單屏。 這一差異反映出用戶在“感性”和“理性”中取舍。第一輪對(duì)偶比較不呈現(xiàn)信息，雖然部分用戶會(huì)代入使用場景考慮交互效率，但整體上單屏設(shè)計(jì)因其因擬人度，營造了親切友好的想象，受到用戶青睞。第二輪對(duì)偶比較呈現(xiàn)信息，單屏受到兩方面影響。首先，頭部屏幕用戶呈現(xiàn)信息，表情傳遞受到影響。其次，單屏屏幕更小，信息傳遞效率不如一體屏。相反，一體屏屏幕上方顯示了表情，使其擬人度評(píng)分較無信息時(shí)有所升高，同時(shí)信息更易讀、交互更便捷，所以用戶對(duì)于一體屏的偏好顯著高于單屏，甚至接近雙屏。該結(jié)果對(duì)于后續(xù)設(shè)計(jì)和研究重要啟示。在設(shè)計(jì)上，當(dāng)因?yàn)楦鞣N成本、場景等各種因素只能采用一體屏設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮在屏幕的上添加部分“擬人”元素來彌補(bǔ)用戶訴求。在研究上，我們?cè)跍y(cè)試某一因素而控制其它因素得出結(jié)論時(shí)，也需考慮其它被控制的因素會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生什么樣的影響。尤其是當(dāng)用戶純粹從外觀考慮偏好時(shí)，容易低估實(shí)用性的影響。

5 研究局限和展望

考慮到機(jī)器人設(shè)計(jì)初期，制作機(jī)器人真實(shí)模型時(shí)間和金錢成本高，本次研究采用建模并投影的方式最大程度還原用戶對(duì)于機(jī)器人的感知。實(shí)驗(yàn)中用戶不能和機(jī)器人實(shí)際交互，所以采用主觀評(píng)價(jià)作為衡量指標(biāo)。但在人機(jī)互動(dòng)中，用戶的客觀行為是反應(yīng)用戶體驗(yàn)、偏好的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)將待機(jī)器人投入市場后，深入用戶使用場景研究用戶和機(jī)器人交互的各類行為，優(yōu)化雙屏類機(jī)器人的交互體驗(yàn)。

6 結(jié)論

(1)雙屏設(shè)計(jì)的機(jī)器人最受用戶偏好，因其“擬人度高”且“信息展現(xiàn)效率高”；(2)當(dāng)不呈現(xiàn)信息時(shí)，用戶對(duì)頭部單屏和一體屏設(shè)計(jì)存在個(gè)體差異，但整體無顯著差異，但當(dāng)呈現(xiàn)信息時(shí)，用戶對(duì)一體屏設(shè)計(jì)的偏好顯著高于頭部單屏設(shè)計(jì)，這可能是由于呈現(xiàn)信息時(shí)，“信息展現(xiàn)效率”這一因素的影響被放大；(3)在進(jìn)行外觀屏幕設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮用戶的選擇誤差。