可穿戴计算机可用性的关键问题研究

论文摘要

可穿戴计算机是一种新型的移动计算设备,能随时随地为用户提供信息获取、交换和处理的能力。随着可穿戴计算技术的不断发展,可穿戴计算机越来越多地应用于各个领域,可穿戴计算机的可用性问题也成了迫切需要解决的问题。但目前此方向上的研究才刚刚起步,除了应用传统的可用性工程的方法解决一些界面交互问题外,对于受特殊人机交互方式影响的可用性问题的研究还是空白。像穿戴的舒适度,由于人体环境约束所造成的可靠性特殊化,操控的难易程度都是影响可穿戴计算机可用性的主要因素。本文研究来源于国家高技术研究发展计划（863计划）《专用可穿戴网络终端体系结构及关键技术研究》（项目编号：2006AA012113）。主要对影响可穿戴计算机可用性的几个关键和典型的问题进行研究,比如可穿戴计算机系统穿戴的舒适度问题,由于人体环境约束的振动优化问题,操控的难易程度等。本文的主要研究内容包括：1.对影响可穿戴计算机可穿戴性能的诸多因数进行深入研究,包括可穿戴计算机采用不同体系结构对其形状系数的影响,由所能提供承载面积和承载能力的不同确定人体典型可穿戴部位的优先级别,应用快速上肢评价方法（RULA）定量分析各个可穿戴部位所对应操控姿势的优先级。2.应用多目标模糊决策机制建立的可穿戴决策模型,结合我们正在研制的一款可穿戴计算机系统制定了一套最优穿戴方案,并对我们已往采用的穿戴方案进行评估。3.对穿戴可穿戴计算机的坐姿人体机械驱动点阻抗和振动传递率进行测试,采用三自由度并联模型建立坐姿人体振动模型,得到相应的坐姿人体驱动点阻抗和人体振动传递率的特性。4.以上臂、胸部、腰部、腹部、大腿上部为对象,对两类人体振动环境进行测试和研究。在第一类人体振动环境研究中发现,人体穿戴部位产生的振动受外界振源和人体振动传递率的共同影响,当外界振源频率较低时,可以外界振动环境等效第一类人体振动环境。由于受人体运动特性的影响,第二类人体振动环境的频率很低。走动时,大腿上部产生的振动明显大于其它部位,而跑动时,所有被测部位无明显差别。5.对可穿戴计算机主板这一受振动影响最大的关键部件的振动进行理论和有限元仿真分析.结合可穿戴性研究的相关成果,应用“分组细化”的思想,采用正交试验设计求解主板振动优化模型,针对我们正在研制的一款样机进行主板振动优化设计。6.基于Fitts’law（费兹原理）,建立可穿戴计算机的专用输入设备-Twiddler的点击绩效模型,通过与鼠标点击绩效模型的对比,说明Twiddler的点击绩效很低。同时还研究了视觉反馈设备对Twiddler点击绩效的影响。通过对点击信息量与点击绩效之间关系的研究,指出图标尺寸宽度与界面宽度的比值在1/15左右时比较适合于Twiddle点击操作。本文在以下几个方面取得了创新性成果：1.建立可穿戴决策模型,可对可穿戴系统的可穿戴性能进行定量分析和评估,弥补目前在可穿戴性研究中经常使用小范围人群试用和问卷调查方式所存在的主观性太大,参与者对调查项目认知不足等缺陷。2.对人体振动环境进行研究,分析了由人体运动所产生的振动环境的特征。3.将可穿戴性引入到可穿戴计算机主板的振动优化设计中。4.建立了Twiddler点击绩效模型,通过对比分析,说明点击操作的效率低是可穿戴计算机可用性差的一方面。并给出了可穿戴计算机GUI的图标尺寸宽度设计准则。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 可穿戴计算机的发展
• 1.2.2 研究课题的提出及意义
• 1.3 本文的主要内容和贡献
• 第二章 可穿戴计算机可穿戴性研究
• 2.1 引言
• 2.2 可穿戴约束条件研究
• 2.2.1 形状系数
• 2.2.2 人体穿戴部位承载面积
• 2.2.3 人体可穿戴部位承载能力
• 2.2.4 人体上肢操控难度
• 2.2.4.1 快速上肢评价方法RULA
• 2.2.4.2 可穿戴部位RULA分值
• 2.3 可穿戴模糊决策模型研究
• 2.4 可穿戴解决方案
• 2.4.1 可穿戴决策因素的确定
• 2.4.2 可穿戴部位选择
• 2.4.3 可穿戴性评估
• 2.5 小结
• 第三章 人体振动环境研究
• 3.1 引言
• 3.2 坐姿人体振动模型研究
• 3.2.1 机械驱动点阻抗和机械传递率测试
• 3.2.2 坐姿人体振动模型参数拟合
• 3.2.3 坐姿人体振动模型的特性
• 3.3 人体振动环境研究
• 3.3.1 第一类人体振动环境研究
• 3.3.2 第二类人体振动环境研究
• 3.4 小结
• 第四章 可穿戴计算机主板振动优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 主板模态分析
• 4.2.1 主板振动理论分析
• 4.2.2 有限元模态分析
• 4.2.3 主板的有限元模型的建立
• 4.2.4 主板模态计算
• 4.2.4.1 三种模态计算方法
• 4.2.4.2 三种模态分析法的比较
• 4.3 可穿戴计算机主板受迫振动分析
• 4.4 可穿戴计算机主板振动优化设计
• 4.4.1 优化设计问题描述
• 4.4.2 设计正交试验方案求解优化模型
• 4.4.2.1 正交试验设计方法
• 4.4.2.2 "分组细化"设计试验方案
• 4.4.3 主板振动优化设计实例
• 4.5 小结
• 第五章 可穿戴计算机点击输入绩效研究
• 5.1 引言
• 5.2 FITT'S原理
• 5.3 TWIDDLER点击绩效研究
• 5.3.1 Twiddler点击绩效测试
• 5.3.2 Twiddler点击绩效模型
• 5.4 视觉反馈设备对TWIDDLER点击绩效的影响
• 5.5 基于点击绩效的命令图标尺寸研究
• 5.6 小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果