1.3 文献综述

1.3.1 汽车造型设计流程

汽车造型设计是汽车产品生产过程（product evolution process PEP）的重要研发活动，产品战略转化成市场可销售产品的核心过程。汽车研发具有系统性，从产品战略到系列化生产，存在研发活动、生产活动和销售活动^[86]。

汽车研发过程的系统性赋予汽车造型流程规范性的特征。汽车造型设计首先是一个组织化过程，涉及对项目中的相关设计主体、信息及行为等要素的组织和管理；第二，汽车造型设计流程由若干个相互关联的阶段构成，分别由相对独立职能的部门负责；第三，设计过程涉及大量的、高度复杂的、不同性质的行为和信息，是一个关系到全方位、多层面的系统工程，并且与企业的营销、研发、生产、销售紧密联系^[87]。研发过程中，汽车企业会采取不同的组织形式和设计流程，如日本丰田汽车造型设计模式、保时捷CAS模式、通用9-3-1模式以及宝马A（advanced）-U（understanding）-B（Believing）-S（seeing）模式^[88]。有研究根据对当前款国内外汽车造型设计案例的研究和中气行政轿车、中气A级车、中国重汽轻卡、上汽通用五菱乘用车、长安奔奔A级车概念设计、长丰SUV、三一运势车辆设计等8个产品设计流程的分析，总结出当前汽车行业造型设计通用流程，包括商品定义、造型规划、平面研发、数字模型、小比例模型（外观）、简易模型（内室）、全尺寸模型、主模型阶段^[89]，图1.8所示。整体上外观、内室造型设计研发阶段相似，主要差异在平面研发阶段后，内室一般构建全尺寸简易模型或称之为“人机模型”“座椅模型”用以考察驾驶姿态、视野、操作性、舒适性等与人机工程学相关的设计问题^[90]。

汽车人机界面与内室造型设计关联密切。一方面，汽车内室的驾驶环境属于坐姿作业空间，具有长时间操纵、控制精度高、需要四肢共同配合的人机特征^[91]，这对内室总布置与空间设计产生直接约束。另一方面，人机界面中的显示、控制部件也是构成内室仪表板系统的重要造型设计部件^[92]，不仅具备信息显示与反馈功能，同时其形态、材质、色彩等设计是决定内室感知品质和体验品质的重要因素。因此，传统汽车研发流程中，将人机界面作为内室造型不可或缺的部分进行整体研发。从宝马A-U-B-S流程（图1.9）可见，外造型、内造型及人机界面总布置设计都开始于理解阶段，最终输出物有2D草图、效果图、1‥2.5油泥模型和全尺寸油泥模型，通过评审选择一个外观和一个内室（包括人机界面）模型作为详细设计的方向，在后续阶段中内、外室造型也以并行的模式进行^[93]。

1.3.2 交互设计的生命周期模型

交互设计由设计行为与设计活动组成，各种设计活动及活动之间的关系就构成了交互设计的生命周期模型，模型是对研发过程、进度、交付物、目标设定和资源分配的总体描述^[94]。交互设计的生命周期模型表征了交互设计的基本活动及其组织形式^[95]。交互设计的发展受软件工程与计算机人机交互的影响，因此其生命周期模型也折射出相应的领域特征。

首先，软件工程领域成熟的生命周期模型为交互设计过程构建提供了有效方法^[96]。罗伊斯（Royce）提出软件设计的瀑布模型（Waterfall Model），成为交互设计生命周期模型的典范之一，是由需求分析、设计、编码、测试、维护构成的线性流程模型。瀑布模型的问题在于是以“文档为中心”，缺乏用户参与评估和测试^[97]。巴里（Barry Boehm）提出了以降低风险为中心的螺旋模型（Spiral Model），螺旋模型引入迭代的思想，将风险分析和原型制作嵌入到迭代式框架中，但其挑战在于模型的复杂程度高^[98]。而快速应用研发模型（Rapid Application Development RAD）则是采用以用户为中心的方法，试图把研发过程中不断变化的需求所产生的风险降至最低，该模型强调用户参与、原型、重用、小规模研发。RAD的生命周期阶段包括需求规划、应用设计、研发、完成^[99]。

第二，计算机人机交互对交互系统设计模型产生影响。哈特森（Hartson）在研究了界面设计师的工作流程后，提出星形生命周期模型，归纳出两种不同的设计活动模式，即分析模式和合成模式。前者强调的是自上而下，从系统到用户的分析方法；后者强调的是自下而上，由用户至系统的分析方法，星形生命周期模型没有指定任何活动次序，可以自由切换，但必须经由“评估”活动^[100]。黛博拉（Deborah Mayhew）提出了可用性工程生命周期模型，强调将可用性任务与传统的研发活动相联系。这个模型包括了三项阶段：需求分析、设计/测试/研发、安装，并明确指明了以“风格指南”作为可用性目标的表征^[101]。詹尼弗（Jennifer Preece）提出交互设计经典模型，即标示需要，原型设计，构建交互版本，评估。这个模型体现了迭代与用户为中心的特征^[102]。史蒂文（Steven Heimt）提出由发现、设计、评估三个阶段构成的交互设计过程通用模型，强调潜在用户的参与^[103]。戴维（David Benyon）提出以人为中心的交互设计过程，包括理解、设计、设想、评估四个阶段，强调评估是设计交互系统的核心活动，根据任务需要可以在任何阶段进行^[104]。阿兰·库珀（Alan Cooper）提出了，将用户研究转化为详细设计的目标导向设计过程，分为6个阶段：即研究、建模、定义需求、定义框架、细化、支持^[105]。董建明提出以用户为中心的设计和评估流程（User-Centered Design, UCD），分为三个主要阶段：策略和用户分析、设计和评估、实施和评估^[106]。

综合以上设计过程模型，本书将交互设计的一般生命周期归纳为研究、设计、原型与测试三个阶段，具体研发活动包括：用户研究、需求定义、任务分析、系统构架、界面效果设计、低保真原型（low-fidelity prototype）与测试、高保真原型（high-fidelity prototype）与测试、产品发布，图1.10所示。

1.3.3 汽车人机交互界面设计

随着信息技术、智能系统和网络技术在交通领域的广泛应用和车载信息技术的发展，汽车的内部空间、人机界面、操作和交互过程正在发生革命性的变化，显示和控制界面正在发生着本质改变^[107]。因此，汽车人机界面设计成为汽车设计领域的一个重要课题，既与汽车的内室造型设计、信息模型构建以及用户的操作和交互过程紧密联系，又是用户的驾驶感、安全感和体验感的重要来源。尤其在大量车载信息系统（In-vehicle Information System，IVIS）进入到驾驶空间之后，汽车正从单一的、完成乘用功能的机械产品逐步成为了一个集合信息获取、传递、交流和娱乐的交互式空间^[108]。汽车人机交互界面也呈现出造型（硬件）设计与交互（软件）设计相结合的特征。传统意义上软硬件分离的界面逐渐被具有更加丰富的交互体验和技术复杂性的整合界面所替代。事实上，“软件”和“硬件”交互的载体具有差异性，设计方法和交互方式也各不相同。图1.11所示，汽车人机交互界面设计研究是汽车造型设计、计算机人机交互设计、汽车人机工程学、人类工效学、心理学、用户体验和服务设计研究的交叉领域。

传统汽车人机交互界面的研究与汽车人机工程学领域密切相关，主要从驾驶人的角度对车内空间、显示与控制设备、汽车视野、照明等问题进行定性和定量研究，以确保产品的功能性、舒适性、便利性、安全性以及工艺性，研究包括驾驶人视觉模型、性能测量、工作负荷测量等方面。汉姆德（Hammouded）提出可预测、可辨认性的视觉显示可见度模型^[109]。汉基（Hankey）等提出车载信息系统设计评价和需求模型的计算模型，以预测与车载设备有关的驾驶人分心水平^[110]。此外蒂赫里纳（Tijerina）等基于测试车对四个商业导航系统进行评估^[111]，欧文（Owens）等基于车内使用手机和MP3播放器的使用，进行任务评估^[112]，德鲁斯（Drews）等基于驾驶模拟器对驾驶时发短信的影响进行评估^[113]。以上研究都采用用户在标准条件下驾驶行为与执行双重任务驾驶条件下的行为进行对比的方法，是从驾驶人工作负荷角度对车载系统的设计进行研究。

相关人机工程学标准的研究与制定对于人机界面的设计具有准则和规范的作用^[114]。美国汽车工程师学会SAE手册（SAE 2009）对乘员布置、主要车辆控制装置、车身与装饰部件等进行了明确的设计规定，例如SAE标准J1138推荐了各类主要及次要手动控制设备的布置位置，提供了有关识别标志和标签的要求；SAE标准J11050提供确定无遮挡区域的步骤，以确保显示设备的可视性^[115]。范·科特（Van Cott）对车内显示设备进行研究，就刻度设计和模拟仪表中数字进制提出设计原则^[116]。彼赫斯（Bhise）就仪表面板及中控收音机显示界面与控制按键进行研究，提出可视性与识别性相关的设计问题^[117]。

随着信息产品的渗透，汽车人机界面呈现出互联网交互产品的特征，吸引了计算机人机交互领域的高度关注。亚伦（Aaron Marcus）通过将计算机人机界面与汽车人机界面进行对比，针对汽车人机界面提出设计准则，包括安全的设计、减少复杂、仅在必要的情况下使用图形用户界面（Graphic User Interface GUI）、适当地使用物理控制、避免认知负载、允许用户定制的信息可视化界面等方面，认为传统的以技术和市场为驱动的研发流程应该向以用户为中心的研发流程转化，并提出新型的测试技术和快速原型工具^[118]，这反映了人机界面驱动的汽车设计流程变革。达格玛（Dagmar Kern）分析驾驶任务的输入和输出模式，研究车内显示与控制设备及其相互关系，提出汽车用户界面的设计空间^[119]。阿尔布雷克特（Albrecht Schmidt）等人提出，汽车用户界面研究的关键问题与挑战包括设计空间、技术和工具、用户研究新的方法、交互和分心、多模式反馈等方面^[120]。谭浩、赵江洪等研究了汽车人机交互的相关因素对驾驶分心、驾驶负荷、情境意识等认知指标的影响，提出了汽车内室人机界面设计要素，并针对多通道人机交互模式设计进行了探讨与设计实践^[121]。孙效华等研究了隔空手势的设计要素，提出了手势交互在汽车人机界面中的应用原则^[122]。爱德华（Edouard Thomas）、马钧等基于层次分析过程（AHP）理论，对汽车人机交互界面的逻辑框架进行分析与设计^[123]。

2009年汽车用户界面国际会议（International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications）的召开具有里程碑意义，构建了本领域研究与分享的国际平台。年度的学术会议聚集了学术界与工业界的前沿研究成果，大会将汽车人机界面的研究范畴体系划分为四个维度（图1.12），包括设备与交互界面、自动化与机制、评价与标杆、驾驶技术水平与行为。另外，在国内2009年湖南大学交通工具用户界面研究方向（Transportation user interface，TUI）开始在该领域进行探索性研究，从2012年开始设计和研发基于全新交互方式的汽车人机界面产品，2012年3月湖南大学设计艺术学院成功主办了第一届全国汽车用户界面与交互设计研讨会。此外清华大学、同济大学、广州美术学院等国内院校对于汽车人机交互界面进行了前瞻性的设计探索。

汽车人机交互界面的研究领域不断外延，呈现出跨领域交叉学科的特征，因此，基于汽车人机交互界面设计对象的变革，进行设计流程、设计工具、设计方法的研究是目前汽车创新设计的关键问题^[124]。