基于触知觉认知的图形浮凸设计的应用研究

张 璟（中国美术学院 上海设计学院，上海 201203）

长久以来，凸字（或称点字）一直是视力障碍人群通过触摸获取信息的主要文字载体，也是几乎唯一的盲人专用的文字形式。虽然盲文可以使视障人群较方便地进行阅读和信息交流，但因其特殊的组织方式以及由此导致的编码逻辑的局限性。故在不同国家，尤其是母语不同的国家，盲文的使用具有不相通的现象。如使用拉丁字母的国家往往将每个字母对应固定形式的盲文进行编码转换，并在此基础上实现原单词由单个字母拼写组成的方式。而在中国则无法使用该方法，取而代之的则是用盲文来表示构成汉字拼音的声母和韵母，进而通过表达发音来表示字词。这就导致在中西方之间，盲文不可通用的情况。本课题的研究之初衷就在于，试图从浮凸形式的几何图形的角度来探寻现行盲文系统以外的另一个可传递信息的、可被触知觉捕捉的媒介形式，并且该形式具有跨国家和民族的通用性，不被母语所束缚。这对于基于通用设计理念的产品界面设计有着重要的参考意义。

通过笔者于本项目研究初期进行的关于视障人群对浮凸形式的几何图形的触摸认知能力的实验发现，该人群对浮凸的基本几何图形不存在触摸认知的障碍问题，因为现行的盲校教育体系中包含了对形体和图形的认知课程。对于图形的呈现要求而言，几何图形的合理浮凸高度在0.6mm左右，并且轮廓须清晰完整。但在进一步的实验中笔者也注意到，先天性视觉障碍或无视觉经验的人群（弱视除外），在识别部分几何图形的过程中容易出现误判现象。通过对这部分集合图形的分析以及对实验数据进行整理后则可以发现，容易造成误判的图形之间的形态相似性表现为以下几点：①构成图形的边和角的数量相同，如正方形、长方形以及梯形均为4条边和4个角组成；锐角三角形、钝角三角形、直角三角形等则都是由三条边和三个角构成等。②图形特征相似且强烈，这方面除了以上所列举过的图形以外，还特别体现在正圆形和椭圆形上，它们均是由弧线构成的回转式图形，特点是不含有直线边和角。以上是从实验所使用的基本几何图形的形式特征方面来分析，而从视障群体的认知行为和认知心理的角度来分析则可以发现，对图形的区别和误判往往和对图形特征的记忆性描述以及对被描述对象之间的形态关系的信息掌握有关。前者可以理解为是视障者在触摸浮凸的几何图形时通过认知该图形的形态特征后对该图形所下的定义。比如正方形是具有4条边的图形，当然定义的内容也可以为：正方形是具有4个角的图形。同理，直角三角形是有3个角的图形；正圆形是光滑的/没有角和直线的/由弧线构成的图形。这些定义是围绕几何图形的最基本特征而被建立的。但在对几何图形的进一步特征描述时，触摸认知能力的不足就会体现出来。这种描述可以被认为是对于图形基本要素的构成性特征信息的定义。具体而言，如对于四边形图形（正方形、梯形、长方形、平行四边形等）的基础特征描述是该图形由4个角/边组成。但进一步的则需要通过对这4个角/边的相对位置关系以及尺度上的差异性特征来准确区别这些拥有相同基础特征描述的图形，这对于只通过触知觉来感受的视障人群而言则很困难。同样的，对于多边形图形的边长的认知和区别也是较难准确掌握的（对于不同边长之间相对差异的程度与通过触知觉区分判断之间的关系则还需进一步研究）。要注意的是，以上论述中所涉及到的内容恰恰是在认知和区分不同图形的过程中所需要的最关键要素。在今天的基础几何学中对于基本几何图形的界定也多来自于对这些特征的量化判断，比如正方形除了要满足一般四边形的条件外，还需要满足四个角均为直角以及四条边相等的条件。后两者就是基于四边形的基本图形特征的前提下，对其边和角的尺寸予以精确地描述后得到的结论。同理，三角形中的钝角三角形、直角三角形以及锐角三角形则是通过对角度的描述而加以区分的，其中等边三角形和等腰三角形则又要涉及到关于边长的趋同性和差异性的描述问题。正圆形和椭圆形的区分，其关键则在于对于弧度的变化描述或者是直径的变化描述。而以上的认知判断对于无法宏观地感知图形内容的视障人群而言则具有较高的难度，因为触知觉的信息获得特征呈现出点式的和路径式的，所以对于没有受过相关训练的视障者来说，他们所获取的图形信息是不完整的、碎片式的。这其中角度的感知是最为模糊和迟钝的，故在本项目研究过程中的实验数据上反映出了明显的视障群体对于不同类型的三角形的区分能力的缺陷。但同时笔者也发现，在区分正方形/长方形类图形与普通平行四边形类图形的时候，视障者可以表现出比较清晰和准确的认知判断。但在此要说明的是，在实验中所使用的普通平行四边形的内锐角角度为45°。换言之，在角度的设计上要保持在怎样的范围内还尚需进一步通过实验和研究来得到明确的结论。根据对实验情况的记录和观察笔者认为，当锐角小于60°的情况下，视障者能较为顺利地将其与直角进行准确地区分。且这一推断如果成立，则对于梯形同正四边形类图形的区别也同样适用。同理，对于钝角来说，当角度大于120°时，该钝角能被明显与直角相区别。而在正圆形与椭圆形的区分问题上，目前还较难通过已有的实验观察来获取直接的参考依据。但通过调整椭圆形的长轴与短轴的长度比例，或许能找到将其区别于正圆形的规律。

根据以上的论述，基于触知觉对于基本几何图形浮凸的区别性认知可以获得以下的规律来对相关的产品界面设计予以指导。首先是基于边、角的数量所划分出的不同图形种类，如3边/3角类、4边/4角类、5边/5角类、6边/6角类以及0边/0角类；其次是根据边/半径的长短差/长短比或者角度差来进一步区分出的图形，如四边形类图形中的长方形与正方形、矩形与一般平行四边形、梯形与以上诸图形、三角形类图形里的钝角三角形与锐角三角形与直角三角形之间的区分、正圆形与椭圆形。这里需要说明的是，三角形中的等边三角形作为锐角三角形的一种可以通过认知角度来同钝角三角形和直角三角形加以区别，但要同其他的锐角三角形进行区别，目前还未有可能的有效方法。这是因为，它们之间的差别主要表现在前者的三条边相等，后者三条边不相等，但对于视障者来说，仅通过触知觉来比较三条类似线条的长度有很高的难度。而同样作为锐角三角形，它们的内角角度差也较小，故很难通过比较角度来判断相同和相异的情况。另外要注意的是，对于多边形图形而言，可以通过不同数量的边和角来互相进行区分，但当边和角的数量超过6的时候将会出现区分难度的增加以及区分效率的降低。这是因为受到人的短时间记忆项目数量的限制而造成的。据此，站在通过触知觉进行认知的角度来对浮凸形式的基本几何图形可以作如下的分级。首先是基于不同角和边的数量区分出的一级图形（包括圆形类、3—6边/角类图形）；其次是需要根据边/半径的长短差/长短比以及角度差进行进一步区分的图形（包括正四边形、长方形、梯形、一般平行四边形类、非正多边形（多于4边/4角的）、锐角/直角/钝角三角形等）；接着是在第二层次图形类别中还需要进一步区分的图形，如等边三角形、等腰梯形、菱形等。（图1）

综上所述，利用基于触知觉而设计的带有浮凸效果的基本几何图形进行信息的传递是一种可行的能跨越视障群体与明眼群体之间障碍的产品界面设计方向。通过对视障群体进行有关浮凸形式的基本几何图形的触摸认知能力的实验和研究发现，图形的基本构成元素：边、角的数量是进行图形认知判别的基本内容，并构成了视障人群对于基本集合图形认识所需的基本定义。在此基础上对于边和角的几何形态的量化特征及相互之间的几何关系的描述则是进一步认知和区分几何图形的关键，同时这种通过触知觉感知几何图形所传递的信息的方式，其难点也主要集中在这一层面上。故基于此，从设计的角度来说，可以将运用于触知觉认知的浮凸形式的基本几何图形进行三个层级的划分，从简到难分别是以边/角的数量判别图形的第一层次，以边/角的长度/角度来界定不同的几何图形的第二层次，以及在第二层次基础上进一步细化区别的第三层次几何图形。这种划分几何图形的作用则在于为不同认知能力或难度要求情况下的相关产品界面设计提供参考。要强调的是，本文所讨论的是基本几何图形的触知觉认知问题，对于更复杂的或者不规则的浮凸形式的图形的认知问题以及在设计中的运用方法则还需通过进一步的研究来探索和实践。此外还需强调的是，这种试图扩展和跨越不同认知能力人群之间的信息承载媒介的设计研究，其真正地实现和普及离不开相关教育体系的助力和完善。且这类带有通用设计精神的设计探索不仅是从功效的广泛性角度出发和被评价，而是包含了对不同群体的人文关怀以及实现社会公平的责任。