无人驾驶汽车智能座舱人机交互界面色彩设计
摘要：通过对汽车人机交互界面（HMI）系统配色评价研究提高显示界面的用户体验度。针对不同人群对颜色偏好的机制，提出了 3 个关于人们颜色偏好的假设，然后进行了一项众包调查。实验结果采用描述性统计和卡方检验，比较不同组在界面的 4 个部分的颜色选择。结果表明：油量标志的选择以红色系为主，背景色彩、仪表灯及道路显示均以蓝色系和绿色系为主；不同性别和不同地区的居民的颜色偏好也有显著差异；警示部分推荐使用暖色系，而其他部分推荐使用冷色系；多种界面配色方案都有利于满足不同的用户需求。
关键词：智能座舱；人机交互界面；色彩设计；众包调查
随着车联网与人工智能技术的不断发展,无人驾驶汽车成为汽车行业的研究热点,而智能座舱作为无人驾驶汽车的智能化象征正发生着革命性的变化｡由于驾驶操作功能的不断弱化,娱乐､网络和智能系统逐渐进入汽车内部空间｡人机交互界面作为未来智能汽车驾驶行为中重要的辅助工具,正在快速发展和不断改革,并逐步成为人们与汽车交流的重要渠道｡其中,对界面设计的满意度,不管是对目前主要采用的人工驾驶还是未来的无人驾驶来说,都是汽车生产行业急需解决的问题｡
除了外形､操控､性能等因素,人机交互界面也是刺激消费者购买欲望的关键因素｡其中色彩设计是人机交互界面设计中的重要环节之一｡采用某种方式让用户直接参与到车载人机交互界面的设计中,就能更直观地观察和分析用户对色彩的喜好和用户需求｡汽车企业通过了解消费者对汽车色彩的需求,在人机交互界面设计的过程中就可以有效提高用户满意度,降低设计成本;如果企业能有效预测色彩的流行趋势,那么在日益激烈的汽车销售市场便会占得先机<1>｡
为了更好地满足用户的需求,掌握用户对于汽车交互界面的色彩选择倾向性,项目组开发了手机端个人色彩偏好配色调查的小程序,用来收集用户对于色彩的搭配方案｡根据不同的地区､性别有针对性地进行分析,发现油量标志､背景色彩､仪表灯､道路显示的色彩选择存在一定的倾向性;性别､地区一定程度上决定了用户对于汽车仪表界面色彩的选择;同时建议警示部分使用暖色系,而其他部分使用冷色系｡针对上述分析结果,生成了理想色彩设计界面,以提供参考意见｡
基本理论
色彩及界面色彩显示原理
视觉认知是人类智能的关键和中心问题,在人类智能所处理的所有信息中,视觉传达信息占总量的80%以上,视觉传达信息的原始形式便是将图像通过眼睛的几何光学系统映射在视网膜上｡色彩及其感觉与其他自然现象一样(如同物体的轻重､大小､声音的高低､强弱),可进行定量研究｡但色彩作为一种心理物理学现象,一方面从客观上对引起色彩感觉的光刺激可以作测定,另一方面从主观上对色彩感觉进行描述<2>｡界面色彩的显色原理即加色混合,是指用有色光相混合得出新的色光｡在加色混合中,把红､绿､蓝3种原色光以不同比率混合便可产生完整的色谱｡在这种加色混合方式中,采用RGB标识色彩<3>｡
在美学､设计和心理学领域,已有对于携带某种特定属性的视觉刺激产生偏好的研究｡色彩携带着能引起人情绪变化的特性,透过它可以影响人对物体的主观评价｡包括人类在内的拥有色彩视觉的动物而言,色彩原始的功能是协助由繁复斑斓的自然背景当中辨识出特定物体(例如红色的成熟果子),或是生物之间传递讯息(例如有毒生物的警告色)｡到了现代社会,色彩则会引起人们对其产生美感､好恶感,乃至于根据色彩喜好而选择日常用物,从而影响购买决策,比起以其他的视觉元素,例如形状､构图､线条等作为观察主体的偏好研究,色彩似乎更容易让观者产生直觉的喜爱或厌恶感,可也更容易做出偏好判断｡对其他视觉特征进行偏好研究,比如造型的对称性､复杂性或比例等,这些元素在视觉经验上都属于较为隐晦的形态特征,而色彩偏好的实验操作对研究者而言是符合直觉的实验参数,对受试者而言也较容易做出决策<4>｡
正因为颜色偏好具有用户最易显现的意愿倾向这一特性,使色彩策略在产品策略中的地位尤为重要,而在汽车界面色彩偏好研究中,用户对不同颜色喜爱程度的不同倾向甚至可能影响整个界面对驾驶效率乃至驾驶专注力的干扰程度｡
众包技术
众包是一种公开面向互联网大众的分布式的问题解决机制｡它通过整合互联网上未知的大众来完成计算机单独难以完成的任务｡根据大众参与众包的不同形式,众包被分为协作式众包和竞赛式众包｡协作式众包的任务是需要大众协作来完成的,并完成任务的大众通常没有奖励回报;而竞赛式众包的任务通常是由个人独立完成,完成任务的个人会得到相应的奖励(如金钱报酬)<5>｡众包是一种很有前途的收集用户想法的方法,这种方法可以辅助补充专业人员的工作,并有助于更多创意想法的生成｡
冯·希佩尔(vonHippel)<6>描述了这样一种有趣的创新方式,其方法表明,除汽车制造公司的生产商和经理之外,个人用户也是创新的额外来源｡外包是这种开放式创新模式的一部分,在这种模式下,客户､供应商或消费者积极融入创意增值过程｡用户通过特定工具参与产品创新和设计,该方式可通过不同的客户偏好结果在企业与消费者的关系中创造新的价值｡因此,众包策略可以看作研究汽车界面色彩偏好的一种有效方法｡
基本假设
本文从用户所在地､性别和色彩情绪3个方面来研究汽车人机交互界面的颜色偏好,提出如下假设:
假设1来自不同地区的用户有不同的颜色选择偏好｡地理因素和文化因素会影响一个人对颜色的选择,传统色彩在相对封闭的环境中保持相对稳定的状态,形成了独特的色彩文化进而传承下来｡同时,不同地区的气候条件也会对颜色偏好产生影响<7>｡本文假设用户对汽车人机交互界面颜色的选择会受到地理位置的影响,并反映出不同偏好｡与建筑颜色一样,这种由区域差异引起的颜色偏好差异也可能会影响人们对人机交互界面的颜色选择｡
假设2不同性别的用户有不同的颜色选择偏好｡色彩是自我表达的一种重要方式,人们通过所穿衣服的颜色､购买的车辆以及用来粉刷墙壁的颜色表达自己｡对性别间颜色偏好比较的研究表明<7,8>,男性和女性之间存在着各种差异｡基于以上发现,本文假设由性别差异引起的颜色偏好会影响驾驶员对汽车人机交互界面颜色的选择,不同性别在选择颜色时会表现出不同倾向｡
假设3在汽车人机交互界面颜色偏好中,更倾向于选择冷色｡人们对图像颜色的偏好受到个体主观心理因素的影响,与现实世界的颜色不同｡一些研究人员指出<9>,人们基于主观期望和理想颜色的参考可以用来评价图像表现｡在一些研究中,不同颜色样本可能会引起相同情绪反应｡例如,绿色和蓝色都有利于平静､宁静和放松<10,11>｡
在驾驶行为中,对安全的需求是最主要的理性情绪之一<12>｡人们对颜色的情感需求比对感知的需求更为理性｡对于界面颜色,本文预测参与者更倾向于冷色系的选择｡
数据分析结果
收集数据
为了得出用户对汽车界面色彩偏好的数据,项目组通过微信小程序链接筛选了部分受调查用户的数据作为样本｡此外,通过微信公众号､社交网络(如微博)､相关汽车网站和设计平台向互联网用户发送参与链接,并邀请大学校内群体(如吉林大学､武汉大学等)积极参与设计,在这里特别重点关注无相关设计知识人群的参与｡通过链接进入小程序后,参与者首先回答基础问题(如个人基本信息､职业背景､驾驶习惯等)(见图1(a)),之后将进入小程序主界面(见图1(b))｡为定制界面色彩方案,参与者可以选择汽车仪表界面的各个部分,包括仪表灯､道路显示､油量标志､背景颜色,并为各部分选择颜色方案｡颜色方案在选择的过程中可实时同步到设计界面｡对于每个部分的颜色,数据收集人员将这些颜色按坐标进行分类,并对每个部分使用的不同颜色数量,颜色之间的组合,以及对最终界面设计结果进行评估｡
描述统计学
本文共调查828名参与者,并提交了人机交互界面的颜色配置｡这些样本主要来自中国各地,年龄在17~67岁之间(见表1)｡17~25岁组占比26.9%,26~35岁组占比41.3%,36~67岁组占比31.8%｡男性和女性参与者分别占总参与者的54.3%和45.7%｡来自不同城市的参与者绘制了一幅中国的热图（见图2）。热力图结果表明，数据高度分散，包括22个省。根据区域城市的统计，南方占62.8%，北方占37.2%。
基于地区分层的颜色选择差异性比较
由于本次调查覆盖的城市范围较广,根据气候差异分为北方和南方｡在背景颜色的选择上,居住在南方和北方的参与者倾向于蓝色的分别占16.3%､22.1%｡此外,11.1%南方人和16.9%北方人倾向于深蓝色｡在道路显示方面,15.6%南方人选择了绿色,23.7%北方人选择了蓝色｡在仪表灯的选择上,14.0%南方人和27.3%北方人更倾向于蓝色｡在油量标志的选择上,10.8%南方人倾向于橙色,27.3%北方人倾向于红色(见表2~表5)｡为了更直观地判断数据之间是否存在差异,本文采用了卡方检验分析｡卡方检验结果显示背景颜色P值大于0.05,说明南方和北方背景颜色选择不存在差异,道路显示､油量标志､仪表灯的P值均小于0.05,说明南方和北方这3部分颜色选择存在明显差异(见表6)｡
基于性别分层的颜色选择差异性比较
对界面的颜色选择分别按男性和女性进行描述性分析(见表7~表10)｡分析表明,男性和女性在背景颜色､道路显示和仪表灯的色彩选择上以蓝色系为主,排在第一和第二位置的分别为蓝色和深蓝色｡油量标志的选择主要以红色系为
主，红色、橙色和黄色分别排名前三名。为了更直观地找到数据之间的差异，本文采用了卡方检验分析。卡方检验表明，油量标志和仪表灯的 P 值均小于 0. 05，不同性别间的油量标志和仪表灯的选择存在差异；道路显示和背景颜色的 P 值均大于 0. 05，不同性别间的道路显示和背景颜色的选择无明显差异。在人机交互界面设计的过程中，可考虑从油量标志和仪表灯方面设计适合男女用户的色彩搭配（见表 11）。男性和女性对背景颜色的选择均以蓝色为主，女性对背景颜色的选择多为蓝色系中的亮色；男性对道路显示选择以蓝色为主，女性对道路显示选择以蓝色和绿色为主，并仍以明亮为主。对于仪表灯的选择，男性倾向于选择亮度相对较低的蓝色。而女性倾向于亮度较低的色彩，与男性相比，有更多色彩选择空间。在油量标志的选择上，男性倾向于传统的红色，而女性更多的选择黄色，而且大多数都是明亮的颜色。基于以上分析可以发现，男性和女性在汽车仪表灯的颜色偏好上存在明显差别。这主要反映在女性的仪表灯颜色偏好为蓝色系、绿色系、黄色系，且希望颜色更亮。男性倾向于蓝色系和红色系且希望仪表灯的颜色更暗。
不同仪表部位的颜色选择
仪表灯的选择,参与者倾向于选择了蓝色(18.8%)､深蓝色(12.4%)和绿色(9.7%)｡道路显示的选择,参与者倾向于蓝色(15.9%)､深蓝色(12.2%)和绿色(11.1%)｡油量标志的选择,参与者倾向于红色(16.7%)､蓝色(10.9%)和绿色(9.3%)｡背景颜色的选择,参与者倾向于蓝色(18.5%)､深蓝色(13.3%)和紫色(13.3%),如表12所示｡
理想设计方案
图 3~图 6 为理想设计方案通过上述针对背景颜色、道路显示、仪表灯、油量标志的色彩分析，
发现不同性别､地区之间对车辆人机交互界面色彩的选择存在明显的差异,针对已有的数据生成了不同性别(图3､图4)､区域(图5､图6)的理想人机交互界面色彩设计方案模型｡
讨论
(1) 假设1
对于背景颜色的选择,可以发现南北地区参与者都喜欢蓝色系,占总人数的31.8%｡南方地区有143名参与者选择了蓝色系列,占南方地区总人数的27.5%,而北方地区选择蓝色系列的占39%,这说明北方地区对蓝色的偏爱｡而且南方地区参与者倾向于蓝色系列的亮色,北方地区参与者倾向于紫色系列的暗色｡对于仪表灯,虽然南方人倾向于选择蓝色,但也有很多人选择深蓝色和绿色,说明他们更喜欢蓝色和绿色｡北方人喜欢蓝色,而选择绿色的人很少,这与南方人明显不同｡对于油量标志的选择,27%北方人选择红色,对其他颜色没有表现出明显的偏好｡南方人喜欢红色､橙色､黄色的人数相对平均｡
由于中国国土面积大,结合中国地理位置的实际情况,在人机交互界面设计的颜色上存在差异,这是因为南方和北方在生活习惯和生活方式上存在明显的差异,在设计过程中应充分考虑这一因素｡地域性色彩往往是通过模仿周围环境的色彩或追求当地稀缺的色彩而形成的<13>｡颜色的偏好与人类生活地域的影响有关｡赤道地区纬度低,光照时间长,人们更容易接受长波长的光照,长波给人们的色彩感知大多集中在红､橙､黄等亮色上｡结合中国的地理位置的实际情况｡南北地区的植被也有明显差异｡南方的植被基本上一年四季都是绿色的,而北方的植被一年四季变化明显,人们只有在漫长的冬季才能看到像松树一样的深绿色,所以北方人对颜色的喜好也比较单一｡
(2) 假设2
不同性别对背景颜色的选择｡男性和女性对背景色的选择以蓝色､深蓝色和紫色等深色为主｡男性对道路显示的选择以蓝色和深蓝色为主,而女性的选择是蓝色和绿色｡对于仪表灯的选择,男性和女性在蓝色和绿色的选择上比较平均｡这些部分的差异并不明显｡在成人的颜色偏好方面存在性别差异｡女性比男性更喜欢粉红色,但男女都喜欢蓝色而不是粉红色<14>｡另一个理论认为,颜色偏好可以通过最近的经验获得｡生态价值理论提出,人们学会了喜欢那些与愉快的情绪体验相关的颜色｡例如,无论是男性还是女性,都有可能喜欢蓝色,因为它与晴朗的天空和干净的水有关｡对于油量标志的选择,男性倾向于传统的红色方案,对红色有明显的偏好,而女性对红色､橙色和黄色的选择一般,男女之间存在着明显的差异｡这可能是因为男性司机更关注车辆状态信息｡服装设计领域的研究结果表明,在色调的色彩偏好上存在性别差异,与男性相比,女性更喜欢高亮度和低饱和度的服装颜色｡进一步研究发现,女性选择的红色､橙色､黄色大多集中在中等亮度和饱和度,这可能是因为屏幕色彩与服装色彩偏好的差异,以及不同材料的色彩显示作用于人眼的机制,需要进一步研究｡
(3) 假设3
在仪表灯､道路显示和背景颜色3个方面,大多数人选择蓝色,选择绿色的人数排在第二位｡从心理学角度看,蓝色具有镇定作用,可以平复情绪,摆脱紧张和焦虑,且深蓝色的镇定作用更为明显｡绿色代表稳定和舒适,可以消除紧张<15>｡仪表灯主要功能是突出车辆性能变化的功能灯(如油表显示､温度显示等)｡仪表灯和背景色之间的色差越大,对驾驶员的警告就越明显｡有利于驾驶员阅读功能数据,缩短视野范围｡仪表灯颜色对调整界面的气氛起很大作用｡当受到色彩刺激时,会下意识地在脑海中搜索固有的经验,那么色彩就很容易影响情绪和选择｡对斯坦福大学和加州大学伯克利分校学生色彩偏好的研究提供了支持｡斯坦福使用的主视觉颜色是红色和白色,而加州大学伯克利分校使用的主视觉颜色是蓝色和金色｡研究表明,斯坦福学生比伯克利学生更喜欢红色和白色,而伯克利学生比斯坦福学生更喜欢蓝色和金色｡同样,由于大多数人机界面的背景采用的是蓝色,这导致了人们对蓝色适用于人机交互界面的先入为主的认知｡
结束语
无人驾驶技术主要涉及车外的人机交互和用户对车内交互信任度的建立｡对于车外交互设计当下还未形成统一标准｡文章通过搜集前人对车内交互设计要素进行简单的总结归纳形成3种假设,然后进行交互界面的实验来验证假设的合理性｡实验结果与预期的目标基本吻合｡通过对不同用户人群的分析,车内界面色彩多通道信息的传递对用户信任度的产生具有明显的差异性｡本文进行了实验调查,观察用户对界面不同区域的颜色匹配情况｡
结果显示,来自不同地区､不同性别的人群之间存在着明显差异｡在汽车人机交互界面设计中,功能区一般选择明亮的暖色调,如红色和橙色,而其他区域则以蓝色和绿色为主｡由于仪表界面颜色是驾驶员在驾驶过程中需要经常注意的地方,因此需要使用蓝色系和绿色系,在一定程度上缓解驾驶员在驾驶过程中的紧张情绪｡暖色系也在一定程度上起到警示作用,在注意汽车屏幕界面的同时,也在一定程度上提高了驾驶员在驾驶过程中的视觉舒适度｡因此,根据地域和性别,在合理､适用范围内提供多种界面颜色方案供用户选择,不啻为一种提高用户满意度和增加好感度的有效方法｡
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<15> 王平, 杨君顺, 高晋 . 色彩心理学在产品设计中的应用
作者：张惠1，聂志玲1，肖宏伟2，王聃星1
1.中国一汽集团股份有限责任公司CAV发展研究院，长春；
2.吉林大学汽车工程学院，长春