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1、 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研宄成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： %年 i月 j日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： |名年 月 5日 硕士学位论
2、文 面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计研究 摘 要 随着我国步入老龄化社会，在可预见的未来，老年人对医疗产品及服务的需求会越 来越大，因此社会医疗资源缺乏、家庭养老压力增大的问题也会日益凸显。而与之相对 应的现状是，老年人家用医疗产品市场发展不成熟，针对老年人生理、心理特征进行设 计和优化的产品不多。 自然交互方式作为当下人机交互领域的发展趋势，是人机交互方式的一种新的探 索。相对于传统交互方式，自然交互方式有较高的自然性和直观性，可以给老年人带来 更为自然、舒适的使用体验，为老年人家用医疗 产品设计提供新的切入点。 本文首先对自然交互与老年医疗产品的研宄背景、研究现状作详细梳理，并提出
3、了 相应的研究方法。其次在分析自然交互的概念、支持理论和技术要素后，结合实例，总 结出了自然交互的四个典型特征：操作行为的模糊性、功能可供性、自然性与预见性、 体验的沉浸性。接着通过对老年人群的用户访谈和行为观察，利用行为基因分析法对他 们的需要以及需要产生的自然行为作深入分析和总结。在此基础上提出了老年人自然行 为与自然交互方式的转化途径，针对面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计原则 和策略进行了归纳，构建 出面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计的概念模型。 研宄最后，以老年人上下肢康复训练产品为例进行设计实践。将肢体障碍老年人群 的典型自然行为转化为产品的自然交互方式，遵循面向自然
4、交互方式的老年人家用医疗 产品设计概念模型进行产品功能创新设计，提升了肢体障碍老年人的康复训练体验。 关键词：老年人，自然交互方式，家用医疗产品，自然行为，概念模型，康复 Abstract 硕士学位论文 Abstract With our country stepping into aging society gradually, and in the predictable future, the elderly?s needs on medical products and service will keep rising, so the issues on the burden of f
5、amily supporting and lacking social medical resource become more and more serious day by day. Accordingly, optimized products designed according to the elderly physiological and psychological features are very few in the current market. Natural interaction is the developing trend of human-computer i
6、nteraction. Compared to traditional interaction, natural interaction has higher naturalness and directness, provides the elderly more natural, comfortable experience and also provides new access to the household medical products design for the elderly. First of all, this essay makes detailed conclus
7、ion on the research background and current status of natural interaction and household medical products for the elderly and proposes corresponding research methods. Secondly, this essay analyzes the concept, supporting theory and technological elements of natural interaction, combines empirical anal
8、ysis and concludes the four classical features of natural interaction. Through user interview and behavior observation on the elderly, this essay obtains a large amount of first-hand users9 materials. Thirdly, this essay transfers the elderly natural behavior to natural interaction and concludes des
9、ign principle and strategy of household medical products in natural interaction, constructs the concept model of products design, thus providing reference for the research on the design of family medical products for the elderly. At last, this essay makes design practice on the instance of the elder
10、ly5s upper and lower limbs rehabilitation training products, and deeply analyzes the physical and psychological features of the elderly who suffe硕士学位论文 面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计研宂 目录 m m . i Abstract . II 1绪论 . 1 1.1研究背景 . 1 1.2国内外研宄现状 . 2 1.2.1自然交互研究现状 . 3 1.2.2老年医疗产品研宄现状 . 4 1.3研究内容与意义 . 6 1.3.1研究内容与框架
11、 . 6 1.3.2研究目的与意义 . 7 1.4研宄方法 . 8 1.4.1研究方法综述 . 8 1.4.2本文研究方法 . 8 1.5本章小结 . 9 2自然交互与家用医疗产品分析 . 10 2.1自然交互 . 10 2.1.1自然交互的概念 . 10 2.1.2自然交互的支持理论 . 13 2.1.3自然交互的发展以及技术要素 . 14 2.1.4自然交互的产品实例分析 . 19 2丄 5自然交互的特征 . 22 2.2家用医疗产品 . 24 2.2.1家用医疗产品的类别和特点 . 24 2.2.2家用医疗产品设计要素分析 . 27 2.3本章小结 . 30 3老年用户群的特征与自然行为
12、研究 . 31 3.1老年用户群的特征分析 . 31 3.1.1感觉机能 . 32 3.1.2肢体机能 . 33 3.1.3认知机能 . 33 III 目 录 硕士学位论文 3.1.4心理特征 . 34 3.2老年人群的自然行为分析 . 35 3.2.1老年人自然行为与需要的含义 . 35 3.2.2基于自然交互的老年人群用户调研 . 37 3.2.3老年人自然行为分析与总结 . 47 3.3本章小结 . 51 4面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计概念模型 . 52 4.1自然行为与自然交互方式的转化途径 . 52 4.2面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计原则 . 53 4.2.1
13、无障碍原则 . 53 4.2.2适应性原则 . 54 4.2.3体验统一性与完整性原则 . 54 4.2.4娱乐性与可体验性原则 . 54 4.3面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计策略 . 55 4.3.1合理地将自然行为转化为自然交互方式 . 55 4.3.2提高产品人机界面元素的可感知性 . 56 4.3.3以行为的方式作引导 . 56 4.3.4增加适当的文化要素和娱乐要素 . 56 4.3.5产品物联与智慧激发 . 57 4.4面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计概念模型 . 58 4.5本章小结 . 59 5面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计实践 . 60 5.1老年
14、人上下肢康复训练产品分析 . 60 5.2肢体障碍老年人的需要及其自然行为分析 . 61 5.3面向自然交互方式的老年人上下肢康复训练产品设计方案 . 62 5.3.1老年人上下肢康复训练产品自然交互方式的转化 . 62 5.3.2老年人上下肢康复训练产品主功能机构设计 . 66 5.3.3老年人上下肢康复训练产品整体效果图 . 66 5.3.4老年人上下肢康复训练产品功能设计说明 . 68 5.4本章小结 . 74 6结论与展望 . 76 6.1研究结论与仓丨新点 . 76 6.2展望 . 77 $ 胃 . 78 IV 硕士学位论文 面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计研宂 参考文献 .
15、 79 m 录 . 82 v 图表目录 硕士学位论文 图表目录 图 1.1 WII、 KNECT、 HOLOLENS、 平衡车 . 4 图 1.2课题研宄整体框架 . 6 图 2.1 用户界面的变革 . 10 图 2.2 传统人机交互方式案例 . 10 图 2.3 人与产品的多通道信息交换系统 . 11 图 2.4自然交互方式的人机交互模型 . 12 图 2.5自然交互方式的体验模型 . 12 图 2.6 自然交互的支持理论 . 13 图 2.7 单点触控、多点触控、 3D Touch触控维度比较 . 15 图 2.8语音识别处理过程 . 16 图 2.9 手势手套 . 17 图 2.10手势
16、识别的一般系统模型 . 17 图 2.11 INMOTION_Rl的产品功能图 . 20 图 2.12平衡车自然交互信息交换模型 . 21 图 2.13人在步行或跑步中的自然行为状态 . 21 图 2.14平衡车人机操控的自然交互方式 . 22 图 2,15深泽直人设计的 CD机 . 23 图 2.16魅族手机的呼吸灯通知设计 . 23 图 2.17智能家居系统设计 . 24 图 2.18电子血压计 . 25 图 2.19家用排痰机 . 26 图 2.20足浴盆 . 26 图 2.21康复脚踏车 . 27 图 2.22老人在家中床上使用呼吸机 . 27 图 2.23产品操作方式 . 28 图
17、2.24血压计产品界面 . 28 图 2.25现有家用医疗产品的典型颜色与形态 . 29 图 2.26电子血压计产品交互图 . 30 图 3.1 老年人保持平衡的措施 . 32 图 3.2人的自然行为一般过程 . 35 VI 硕士学位论文 面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计研究 图 3.3 2010年全球范围死亡危险因素 . 37 图 3.4考察调研的人群对健康关注的几项比例 . 40 图 3.5考察调研的人群社交行为的比例 . 40 图 3.6考察调研的人群倾向室外康复训练的比例 . 41 图 3.7考察调研的人群对独立性要求的比例 . 41 图 3.8考察调研的人群对新生事物接受度的
18、比例 . 42 图 3.9考察调研的人群推荐康复训练方法给别人的比例 . 42 图 3.10主动上下肢康复训练机 . 43 图 3.11主动上下肢康复训练机上下肢康复训练动作 . 43 图 3.12实验任务图 . 44 图 3.13男性老年人开机、查看信息反馈对比图 . 46 图 3.14所有调研对象上下肢康复操作时间对比图 . 47 图 3.15自然行为的行为基因 . 48 图 4.1老年人自然行为与产品自然交互方式的转化途径 . 52 图 4.2 名老年人在用平板电脑 . 54 图 4.3 名老年人在利用 WII娱乐产品进行康复训练 . 55 图 4.4 老年手机 . 56 图 4.5四大
19、家用医疗产品体系图 . 57 图 4.6面向自然交互方式的老年人家用医疗产品设计概念模型 . 58 图 5.1上肢康复训练产品 . 60 图 5.2下肢康复训练产品 . 60 图 5.3老年人散步步态动作分解图 . 62 图 5.4上下肢康复训练机概念原型图 . 63 图 5.5上下肢康复训练概念原型完成的步态动作分解图 . 64 图 5.6上下肢康复训练产品主功能设计方案 . 66 图 5.7健康手环效果图以及使用场景图 . 67 图 5.8上下肢康复训练产品整体效果图、尺寸以及使用场景 . 67 图 5.9上下肢康复训练产品主功能结构原理图 . 68 图 5.10老年人家用上下肢康复训练产
20、品功能框架 . 69 图 5.11操控面板及主界面 . 69 图 5.12设定功能一级页面 . 70 图 5.13显示面板及主页面 . 70 图 5.14康复训练的被动与主动模式 . 71 图 5.15康复训练功能操控面板界面操作流程 . 71 VII 图表目录 硕士学位论文 图 5.16语音指令功能设定页面 . 71 图 5.17扶手控制按钮 . 72 图 5.18智慧激发的心率、幅度与频度安全范围以及自适应措施图 . 73 图 5.19安全范围功能设定页面 . 73 图 5.20康复训练中的全景巡航功能 . 74 图 5.21面向自然交互方式的老年人家用上下肢康复训练产品完整设计说明图 .
21、75 表 1.1自然交互、老年医疗产品、自然交互应用于医疗行业的搜索数目统计 .2 表 1.2近十年国内关于交互设计、自然交互的年度文献数量统计 . 3 表 1.3近十年国内针对自然交互研究的文献课题门类 . 4 表 1.4近十年国内与老年医疗产品相关主题的年度文献数量统计 . 5 表 2.1传统交互方式与自然交互方式的差异性 . 11 表 2.2三种自然交互技术的成熟程度和技术成本比较 . 17 表 2.3常见家用医疗产品按四类功能进行分类 . 25 表 3.1 世界卫生组织年龄细分法 . 31 表 3.2针对我国老年人的年龄细分法 . 31 表 3.3 老年人各层级宏观需要表 . 36 表
22、 3.4有康复训练需求的老年人访谈记录表 . 38 表 3.5主动式上下肢康复产品数据采集与行为分析表 . 44 表 3.6主动式上下肢康复产品使用体验反馈均值表 . 45 表 3.7生理需要及其自然行为分析表 . 48 表 3.8安全需要及其自然行为分析表 . 49 表 3.9情感与归属需要及其自然行为分析表 . 49 表 3.10尊重需要及其自然行为分析表 . 50 表 3.11自我实现需要及其自然行为分析表 . 50 表 5.1肢体障碍老 年人需要及其典型的自然行为分析表 . 61 表 5.2老年人语音操作场景、需求以及指令关键词 . 65 VIII 硕士学位论文 面向自然交互方式的老年
23、人家用医疗产品设计研宄 1绪论 1.1研究背景 近年来，我国开始步入老龄化社会。从 2001年到 2020年是快速老龄化阶段，平均每 年我国将增加 596万老年人口，年均增长速度达到 3.28%，大大超过总人口年均 0.66%的 增长速度，到 2020年，老年人口将达到 2.48亿，老龄化水平将达到 17.17% 。从 2021年 到 2050年是加速老龄化阶段，预计到2050年我国老年人口达 4. 83亿，水平达到 34. 1%, 是世界上目前人口老龄化速度较快的国家之一 1。人口老龄化是经济、科学、医疗发展 进步的产物，将会成为世界各国都要面临的重大课题。特别的，发达国家长时期、分阶 段出
24、现的老龄问题将在我国压缩到短期内同步呈现、集中爆发。 随着我国医疗条件的改善，人们的生活水平逐步提高，各年龄段人群的保健意识逐 渐加强，健康观念也开始发生转变。尤其是老年人群，他们开始重视疾病预防和身体保 健。与此同时，包括国家政府机关、福利机构、社 会商业、娱乐新闻业等在内的社会各 界人士开始关注老年人群的心理、生理、行为、人文生活环境，这对老龄产业的发展具 有一定的推动作用。 (1) 老年人对身心健康日益关注。生理方面，根据个人自身情况，平时他们开始 注重饮食起居的规律性和合理性，积极关注自身健康的变化；心理方面，以往老年人忽 视心理健康的状况目前有所改善。平时能够通过兴趣爱好培养自身良好
25、的心情，为人处 事会合理地调整自己的心态。然而，部分在生理或心理健康方面有困难的老年人群还需 社会各界人士的参与，特别是那些高龄、 “ 空巢 ” 、病残的老年人群。 (2) 老年人与家庭的关系。 2015年，为了应对老龄化社会，国家实施了二胎政策。 由于多数年轻人为独生子女，所以在可预见的未来，一对夫妻必须要同时面对四位老人 的赡养以及至少一个孩子的抚养。从儿童教育到老年照顾，会给夫妻俩带来很多生活烦 恼。儿童抚养费和老年人的医疗费在一定程度上也会增加家庭开支。 (3) 老龄化对社会的影响。对于医疗机构来说，医疗资源会面临更大压力，将会 出现医护人员和医疗设施数量远远低于老年人医疗需求的现象。
26、医疗资源不足、医疗体 制不健全将会造成老年人看病难、看病贵的问题日渐突出。与此同时，老年服务行业 也 会出现类似的状况。这也是近些年家用医疗、服务产品逐渐发展起来的一个原因。 (4) 老龄化对经济的影响。首先，在一定程度上人口老龄化会促使我国年龄结构 发生改变，劳动适龄人口开始转化为老龄人口。随着劳动适龄人口占整体人口的比重逐 步下降，将会对社会劳动生产率产生影响，从而为国家以及地区的经济发展带来一定的 不确定因素。其次，由于老年人的节俭作风以及老龄产品市场的不成熟，与其他人群相 比，老年人群对产品的消费欲望和消费频度相对较弱。他们可能不会为了追求新颖功能 1绪论 硕 士学位论文 而置换生活用
27、品、家具家电、保健用品、医疗用品等，这在一定程度上会削弱市场的经 济活力 。第三 ，伴随着老年人口的增加，人们生活水平的改善和提高，在可预见的未来， 政府和社会将会在社会养老福利、老年公共环境等方面支出更多的经费，因此政府和社 会在老年人群方面的经济支出压力将会越来越大。 1.2国内外研宄现状 国内外针对自然交互、老年医疗产品、自然交互应用于医疗行业的关注度呈增长的 趋势，并且都进行了一定的研宄。以苹果、微软、谷歌、小米等为代表的企业都推出了 与自然交互相关的产品，有望在各自领域成为行业的先行者。这些产品均将传统交互方 式与自然交互方式中的多点触控、语音、手势等操作进行了一定的整合优化，为用户
28、创 造了新的使用体验，为自然交互的发展做出了贡献。 本研究通过互联网搜索引擎的搜索结果来宏观地考量各关键领域的关注程度和研 究程度。关注程度以百度搜索和谷歌搜索结果为参考，研究程度以百度学术搜索和谷歌 学术搜索结果为参考。中文关键词搜索数据尽量参考百度搜索与百度学术，英文关键词 搜索数据尽量参考谷歌搜索与谷歌学术。搜索结束后，形成如下数据统计表 1.1。总的 来说，国外对自然交互、老年医疗产品、自然交互应用于医疗行业的关注程度以及研宂 程度要明显大于国内 （ 英文关键词搜索结果大于相对应的中文关键词搜索结果）。 表 1.1自然交互、老年医疗产品、自然交互应用于医疗行业的搜索数目统计 (截止 2015年 11月；表格来源：作者自绘 ） 关键词 谷歌 百度 谷歌学术 百度学术 自然交互 55100 54200 1880 378 Natural Interaction 227000