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基于情感交互的智能家居产品语音交互设计

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第40卷 第16期 包 装 工 程 2019年8月 PACKAGING ENGINEERING 37

收稿日期：2019-04-11

作者简介：廖青林（1996—），女，湖南人，四川大学硕士生，主攻人机交互、用户体验。

通信作者：王玫（1968—），女，四川人，四川大学教授、硕士生导师，主要研究方向为计算机辅助制造。 基于情感交互的智能家居产品语音交互设计

廖青林，王玫，冯战

（四川大学，成都 610065）

摘要：目的 研究智能家居产品语音助手的不同情感交互模式对产品感知拟人化程度和用户满意度的影

响，以此对未来智能家居产品的语音交互及情感交互设计提供参照。方法 通过实验测试、问卷调查及

数据分析，总结出智能家居产品的情感交互模式和智能语音助手的性别对产品感知拟人化程度的影响，

进而研究拟人化程度与用户满意度之间的关系。结论 情感交互程度越高，产品感知拟人化程度越高，

且同等条件下，女性形象的智能语音助手较男性形象的智能语音助手拟人化程度更高，产品感知拟人化

程度与用户满意度符合线性回归模型，即在一定程度上，随着拟人化程度的增加，用户满意度也会相应

增加。用户希望智能家居助手能够主动发起对话，并适当记录用户习惯和基本信息，以实现多轮对话和

持续交互。

关键词：智能家居；语音交互设计；语音用户界面；情感交互

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2019)16-0037-06

DOI：10.19554/j.cnki.1001-3563.2019.16.006

Voice Interaction Design of Smart Home Products Based on Emotional Interaction

LIAO Qing-lin, WANG Mei, FENG Zhan

(Sichuan University, Chengdu 610065, China)

ABSTRACT: This paper aims to study the influences of different emotional interactions of smart home voice assistants

on perceived anthropomorphism and user satisfaction to provide guidance for the design of voice interaction and emo-

tional interaction of smart home products in future. Through laboratory experiments along with questionnaire survey and

data analysis, this paper summarized the effects of smart home products' emotional interactions and gender difference on

perceived anthropomorphism. Thus it studied the relationship between anthropomorphism and user satisfaction. The re-

sults show that the higher the emotional interaction level is, the higher the perceived anthropomorphism reaches, and fe-

male identity shows more anthropomorphism than male identity under the same condition. The relationship between per-

ceived anthropomorphism and perceived user satisfaction turns out to be a linear regression model, i.e. with the increase

of anthropomorphism, user satisfaction increases to some extent accordingly. Users expect the smart home assistants to

initiate a conversation and save users' habits as well as basic information properly for multi-round dialogues and con-

tinuous interactions. KEY WORDS: smart home; voice interaction design; voice user interface; emotional interaction

随着科技的不断进步，尤其是近几年来互联网及

各种智能技术的蓬勃发展，智能化人机交互借由各类

新兴传感器的问世受到了广泛的关注。智能家居物联

网逐渐进入了人们的日常生活中。语音交互以其速度

快、自然度高，支持多任务实时工作，能实现解放双手、快速输入等优点[1]在智能家居产品设计中得到了

更加普遍的运用。智能家居产品往往是通过1个虚拟

语音助手来帮助用户完成各项工作，语音用户界面

（VUI）的投入和使用甚至超过了图形用户界面

（GUI）。智能化和情感化程度的提高，意味着语音38 包 装 工 程 2019年8月

交互产品与用户交互程度的提高，更贴近真人对话的

模式，也势必会影响用户对产品的主观感受。本研究

以智能家居助手作为研究对象，分析不同情感交互程

度对拟人化程度和用户满意度的影响。

1 研究现状

声音的差异性非常显著。旧金山湾区的捷运系统

BART使用不同性别的文本转换语音（TTS）来表示

不同方向驶入的列车。Guzman等人[2]发现用户会将

产品的语音下意识地分为嵌入产品的声音和产品自

身的声音两类，前者的代表性产品是智能手机语音助

手；后者则为各种带有语音提示的设备。

语音对话是人和人之间最为简便和自然的交往

模式。声音中不仅包含有语义信息，而且有着许多情

感信息。Romportl[3]的实验显示，大多数人都倾向于

选择自然程度更高的声音，且学历水平高或来自计算

机专业背景的被试喜欢自然语音的比例更大。Stein J

P等人[4]做了1组实验，发现当被试在同一声音中感

受到不同情感时，会产生不同的主观反应。

目前有关人机情感交互和语音情感交互的相关

研究主要集中在人工智能的模式识别和情感计算两

方面，通过算法和各种情感模型合成机器人的“情

感”，更关注基础频率、时长、音质和清晰度等声音

的基本属性[5]。然而从以用户为中心的角度来看，情

感交互其实涉及到两个维度，即用户感受到机器人传

达出的情感和用户自己本能的情绪反馈。前者体现在

感知社交支持、感知情感支持上；后者则体现在交互

过程中用户主观的情绪表征。来自Samsung公司的

Ghost S等人[6]研究发现，对手机语音助手来说，沉

稳、专业、理性的人物形象更受到用户青睐，虚拟助

手的个性和情感不应被过多地展现。Niculescu等人[7]

针对酒店问讯机器人做了1组实验，研究了社交机器

人的音调、幽默和同情心对用户体验的影响。Lee等

人[8]认为对智能家居产品而言，情感和陪伴是用户满

意度非常关键的影响因素。目前少有研究是针对智能

家居助手和用户之间的情感交互模式。 2 语音用户界面的设计方法和流程

2.1 语音对话设计原则

语音交互的设计初衷就是模拟人和人之间的交

互模式，设计的方向和宗旨即是以贴近真人对话为

准，实现自然交互，因此需要遵循人类语音的对话原

则。语言学家格莱斯在1975年提出了合作原则（Co-

operative principle或Gricean's conversational maxims），

认为人与人之间的对话模式可分为质的原则、量的原

则、关系原则、方法原则四大基本原则[9]，格莱斯合

作原则见表1。

表1 格莱斯合作原则 Tab.1 Co-operative principle by Grice

四项原则具体表述

a.对话所提供的信息量应当满足对方需求量的原则b.对话所提供的信息量不应超出对方需求

a.不说自己认为是虚假的话 质的原则b.不说未经过证实的话

关系原则a.说话要相关

a.说话要让对方容易理解

b.说话不要让对方产生误解

c.说话要简洁明了 方法原则

d.说话要有逻辑和条理

2.2 语音交互设计流程

1套完整的语音交互系统由语音识别（ASR）、

自然语言处理（NLP）和文本语音合成转化（TTS）3

个板块组成。系统识别到用户输入的音频后，进行自

然语言处理、后台分析，调出相应的回复文本，最后

再合成为语音输出给用户。然而对语音交互设计，还

没有业界一致认定的方法和流程。目前亚马逊和谷歌

发布了自己的语音界面设计规范，将语音交互设计流

程做了不同的划分。综合亚马逊和谷歌的设计规范，

语音交互设计流程见图1。

图1 语音交互设计流程 Fig.1 Design workflow of voice interaction

2.3 语音用户界面测试方法

绿野仙踪测试法（Wizard of Oz），即WoZ测试

法，是目前语音交互设计中广泛使用的用户测试方

法。实验时，由一位“人类巫师”到与被试相隔的另外

一个房间，在不告知被试的情况下，由其对产品系统

进行操作。这种方法具有低成本、易搭建、反馈及时的优点，在产品软件、硬件等技术条件尚未成型的开

发阶段，可通过绿野仙踪测试法进行用户测试，了解

用户需求和产品定位，并检验早期的产出成果是否达

到了设计师的预期目标。Portet等人[10]利用绿野仙踪

技术评估了老年用户对智能家居技术的接受度，Lee

等人[8]也通过绿野仙踪测试法研究了有媒介交互和

无媒介交互的智能家居物联网对用户感知的影响。

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AI技术在智能家居中的情感识别与反馈

AI技术在智能家居中的情感识别与反馈

AI技术在智能家居中的情感识别与反馈

智能家居是指将各种物联网技术与家庭生活相结合，通过智能化设备与系统实现对家庭生活的自动化、智能化管理。而人们对于家庭环境的情感往往是复杂而多变的，传统的智能家居系统难以准确感知和理解人类的情感需求。然而，随着人工智能技术的不断发展，情感识别与反馈成为了智能家居领域研究的重要方向之一。本文将探讨AI技术在智能家居中的情感识别与反馈的应用，以及对未来发展的展望。

一、情感识别技术在智能家居中的应用

1.1 语音情感识别技术

语音情感识别技术是通过对人声语音信号进行分析与处理，从中提取情感特征，实现对情感进行准确辨别的技术。在智能家居中，语音情感识别技术可以应用于语音助手、智能音箱等设备中。通过对用户语音进行识别和分析，系统可以感知到用户的情感状态，进而作出相应反馈。例如，在用户情感较低落时，语音助手可以主动给予安慰或鼓励的话语，提高用户的情绪。

1.2 面部表情识别技术

面部表情识别技术是通过对人脸图像或视频进行分析，提取面部表情特征，从而识别出人的情感状态。在智能家居中，面部表情识别技术可以应用于智能摄像头、智能电视等设备中。通过对用户面部表情的监测，系统可以了解用户的情感状态，并根据不同情感状态作出相应的反馈。比如，当用户表现出疲劳或压力过大的面部表情时，智能家居可以调节光线、音乐等环境因素，提供良好的休息和放松氛围。

1.3 生理信号识别技术

生理信号识别技术是通过采集和分析人体的生理信号，如心率、皮肤电阻等，从中推测出人的情感状态。在智能家居中，生理信号识别技术可以应用于健康监测设备、床上系统等。通过对用户生理信号的监测，系统可以准确感知用户的情感需求，并做出相应的调整。例如，当用户处于紧张或焦虑的状态时，智能家居可以调整环境音乐、光线等，帮助用户放松身心。

二、情感识别与反馈的意义与挑战

2.1 意义

情感识别与反馈技术的应用使得智能家居系统能够更加智能化、人性化地与用户进行交互。通过准确感知用户的情感状态，智能家居可以主动调整家居环境，提供更好的使用体验。同时，智能家居还可以根据用户的情感需求提供个性化的服务，帮助用户更好地管理自己的情绪与生活。

智能交互设计

智能交互设计

智能交互设计

智能交互设计是一门涉及人机交互、用户体验和人工智能等领域的学科，旨在实现人与机器之间的高效、灵活、智能的沟通和互动。随着科技的不断进步，人们对于交互方式的要求也越来越高，智能交互设计正是为了满足这一需求而存在。

智能交互设计的定义

智能交互设计可以被定义为一种系统化的过程，通过设计和开发交互式系统，使其能够理解和解释用户的需求，并通过适当的方式与用户进行沟通和交流。智能交互设计要考虑用户的心理和行为模式，以及系统的技术特性，进行用户界面和交互模式的设计。

智能交互设计的原则和方法

1. 用户中心的设计

智能交互设计必须以用户为中心，关注用户的需求、期望和行为模式。通过用户调研、用户需求分析等方法，来了解用户的真实需求，从而设计出更符合用户期望的智能交互系统。

2. 简洁明了的界面设计

智能交互设计追求界面简洁明了、易于理解。通过规范的排版、清晰的图标和符号等方式，使用户能够迅速理解界面中的功能和操作方式。

3. 上下文感知的交互模式 智能交互设计要考虑到用户的当前环境和上下文信息，从而提供更智能化、个性化的交互方式。例如，智能音箱可以根据用户的声音和语气进行语音识别和情感分析，以提供更贴近用户需求的服务。

4. 无缝融合的技术支持

智能交互设计需要与人工智能技术紧密结合，通过机器学习、自然语言处理等技术手段，实现人机间的无缝融合。例如，智能助手可以学习用户的习惯和喜好，智能推荐系统可以根据用户的历史数据进行个性化推荐。

智能交互设计的应用领域

1. 智能家居

智能家居是智能交互设计的一个重要应用领域。通过智能家居设备的智能交互设计，人们可以通过语音、手势等方式控制家居设备，实现智能化的生活方式。

2. 智能医疗

智能交互设计在智能医疗领域也有广泛的应用。例如，智能医疗设备可以通过传感器和智能算法，实时监测患者的生理参数，并根据患者的情况提供相应的医疗建议。

3. 智能交通 智能交互设计在智能交通系统中也发挥着重要作用。通过智能交互设计，交通系统可以实现智能导航、智能停车等功能，提高交通效率和安全性。

情感化设计在产品设计中的应用

情感化设计在产品设计中的应用

情感化设计在产品设计中的应用

情感化设计是指将人的情感体验考虑为产品设计的重要因素，通过提供令人愉悦的用户体验，来建立用户和产品之间的情感连接。在产品设计中应用情感化设计可以增强用户对产品的情感参与度和依赖性，提高产品的市场竞争力。

首先，情感化设计可以通过外观设计来吸引用户的注意。外观是产品的第一印象，要引起用户的好感和兴趣，才能激发用户的进一步探索和使用。比如，手机的外观设计可以采用流线型的曲线和现代感强烈的材质，来给用户带来舒适和时尚的感觉。同时，配色方案也可以采用温暖的色调，如粉红、橙色等，来提升用户的愉悦感和亲和力。

其次，情感化设计可以通过交互设计来增强用户的情感参与。交互设计要注重用户体验，使用户在使用过程中感受到产品的关注和理解。比如，智能家居产品可以通过人脸识别和语音助手等功能，来实现与用户的情感互动，让用户感受到产品“懂”自己的需求和喜好。此外，也可以在产品中加入一些互动的元素，如动画效果、音效等，来增加用户的参与感和愉悦感。

再次，情感化设计可以通过功能设计来满足用户的情感需求。功能设计要贴合用户的使用习惯和心理需求，以提供更好的使用体验。比如，智能手表可以除了提供基本的时间显示和健康监测功能外，还可以增加一些与用户情感互动的功能，如心情记录、情绪提醒等，来增强用户的情感参与和依赖感。同时，也可以增加一些个性化的定制功能，使用户的需求得到更好地满足，提升用户的满意度。 最后，情感化设计还可以通过品牌塑造来建立用户对产品的情感依赖。品牌是产品的精神体现，要通过塑造品牌形象和传达品牌价值观来获得用户的情感认同。比如，苹果公司通过创造独特的苹果品牌形象和追求优质用户体验的品牌价值观，成功地让用户对其产品产生了强烈的情感依赖和追随。品牌塑造可以通过广告宣传、公益活动等手段进行，来加深用户对产品的情感认同。

总而言之，情感化设计在产品设计中的应用可以从外观设计、交互设计、功能设计和品牌塑造等方面入手，通过提供令人愉悦的用户体验来建立用户和产品之间的情感连接。情感化设计不仅可以增强用户对产品的情感参与度和依赖性，还可以提高产品的市场竞争力和用户忠诚度。因此，在产品设计中应用情感化设计是非常重要和有效的。

基于CUBI用户体验模型的智能音箱设计研究

基于CUBI用户体验模型的智能音箱设计研究

基于CUBI用户体验模型的智能音箱设计研究

随着科技的不断发展，智能音箱逐渐走进了人们的生活，成为了一种方便快捷的智能家居产品。智能音箱在智能语音助手的支持下，可以实现语音控制家庭设备、查询信息、播放音乐等功能，极大地方便了人们的生活。智能音箱的用户体验却时常受到了广泛关注，尤其是在用户界面设计和交互体验方面存在一定的问题。本文将基于CUBI用户体验模型，对智能音箱的用户体验进行研究，并提出相关设计建议。

一、CUBI用户体验模型简介

CUBI用户体验模型是目前较为成熟的用户体验模型之一，包含了四个层面：Cognitive（认知）、Usability（可用性）、Behavioral（行为）和Affective（情感），通过这四个维度来评价用户体验的全貌。认知层面关注用户的认知过程、认知负荷，可用性关注产品是否易用、有效率，行为层面关注用户与产品的交互过程，情感层面关注用户的情感体验。在智能音箱的用户体验研究中，我们将以CUBI用户体验模型为基础，对其进行创新与改进。

二、认知层面

在认知层面，智能音箱的用户体验需要考虑用户的认知负荷以及用户在语音交互中的认知过程。设计师应该尽量减少用户的认知负荷，通过精简语音交互流程，简洁明了的语音提示，降低用户操作的认知难度。应该加强对用户的语音指令的理解和识别能力，提高智能音箱的语音识别准确率，从而减少用户的操作失误，提升用户的操作效率。

三、可用性层面

在可用性层面，智能音箱的用户体验需要考虑产品的易用性和效率。设计师要充分考虑智能音箱的交互设计，确保用户能够轻松地完成各种操作，包括语音控制家居设备、查询天气、购物等功能。设计师应该不断优化产品的交互逻辑，使得用户能够更加顺畅地完成各种操作，提升用户的使用体验。

四、行为层面

在行为层面，智能音箱的用户体验需要考虑用户与产品的交互过程。需要设计出清晰明了的交互界面，让用户能够清晰地了解自己的操作结果，避免用户的操作迷失。需要充分考虑用户的交互习惯，设计出符合用户习惯的交互方式，如简单直观的语音指令，让用户能够更加轻松地完成各种操作。