汽车导航平视显示的信息组织和视觉设计
- Update:2014-10-15
- 曾庆抒 赵江洪
- 来源: 《装饰》杂志第8期
内容摘要
本文的研究基于汽车导航平视显示的经典设计案例，提出平视显示的信息组织策略和视觉设计策略，并在此基础上结合设计实践，初步验证了研究的可行性，为汽车交互视觉信息显示设计提供了重要的理论和实践基础。
关键词 ：汽车导航、平视显示、信息组织、视觉设计
汽车导航功能主要通过智能手机和中控界面来实现，两者均不在驾驶员的最佳视野，因此带来潜在安全隐患。平视显示系统 (Head Up Display，HUD) 将信息投射到汽车前风挡等驾驶视野上部，具有更好的驾驶体验和安全性[1]。本文采用案例分析法，分析导航平视显
示的经典设计案例，提出 HUD 的信息组织策略和视觉设计策略，在此基础上结合设计实例，验证信息组织策略和设计策略的可行性，为汽车交互设计提供理论基础。
一、平视显示与汽车交互界面
汽车交互视觉信息显示界面涉及路况自然显示界面、辅助驾驶显示界面、车内外信息交互与娱乐界面、移动设备与汽车的整合界面等，具有高度复杂性[2]。传统汽车内室属于“低头”显示系统（head-down display HDD），主、副仪表台和中控区域的信息显示界面一般处于视野下部。然而，随着车联网和多维信息的大量介入，平视或“抬头”（HUD）显示将成为汽车交互界面的设计方向。
二、汽车导航平视显示的设计案例
HUD 在汽车上的应用可以从视觉设计策略层面看两者在空间布局上存在的差异。宝马 HUD 的显示载体是前挡玻璃，显示界面与真实的驾驶视野具有高度的重合性，但也对驾驶的主视野形成干涉。先锋 HUD 的显示载体是加装在主驾遮阳板位置的显示屏，驾驶主视野与 HUD 显示分开，这样的界面布局对驾驶主视野无干涉，但会造成视线迁移。从视觉元素看，二者都采用了与背景形成高度对比的色块 ；采用了边界较粗、具有良好辨识度的字体、箭头、符号。从视觉风格看，宝马界面简洁精练，而先锋界面细腻精致。
后则会消失。从理解性角度看，汽车导航平视显示的信息组织和视觉设计
1. 宝马、先锋 HUD 界面
三、汽车导航系统平视显示的信息组织策略
1. 平视显示的信息组织准则
所谓信息组织即对产品功能、数据元素的定义以及对产品功能模块和操作层级的界定。导航系统提供给用户的是基于空间认知的富信息（information-rich）体验，因此，驾驶者对导航复杂信息的识别和理解是 HUD 信息组织准则的核心[3]。从识别性角度看，界面布局存在一致性和减少认知循环准则，即驾驶者在不同情境下保持一致性方向感和关联感。例如，先锋 HUD界面中稳定信息区域的显示内容和位置相对稳定，而迭代信息区域则随驾驶情境变化而实时推送，如当行驶接近交叉路口 50 米时，迭代区域会推送预选车道提醒图标，经过存在按驾驶者熟知的视觉元素进行信息组织的准则，以构成认知迁移（cognitive migration）。例如，宝马HUD 导航界面的限速提醒标志与真实道路的限速标志设计一致 ；代表距离的数字和指代方向的箭头被布局在同一水平维度，与实际道路的指示牌设计非常相似。
2. 平视显示的信息构架
信息构架（information architecture）的目的是将若干信息有机地组织在一起，使用户能够快捷、准确地查询所需要的信息。HUD信息构架分为 3 个构件 ：数据、功能元素定义，信息层级划分，信息模块构建。
构件 1 ：数据、功能元素定义
数据和功能元素是界面中要展现给用户的数据和功能，即内容。HUD 导航系统所呈现的数据元素主要是数字、图标、文字和字符，通过视觉符号进行表征。功能元素是功能需求的转换，也是对数据元素的操作。导航系统的核心功能是目的地引导，在 HUD 界面上可以归纳成地点信息相关（地名、距离提醒）、航道信息相关（方向、车道选择）以及其他的行车辅助信息（车速、进程信息提醒等）。
如图2左侧图所示，先锋HUD 的功能元素分为 5 类，每一类下又进行了多项功能细分，功能元素对应数据元素的组合。如图 2右侧图所示，宝马 HUD 的功能元素分为地名、距离提醒等 8 项，每项功能对应相应的数据元素。由此可见，两者具有一定共性，例如距离、方向、地名提醒等，这些元素构成了导航 HUD 的核心功能。
2. 宝马、先锋 HUD 信息内容与视觉符号
构件 2 ：信息层级划分
划分信息层次即将功能元素与数据元素所组成的信息内容进行层级区分，依次为方向引导、距离提醒、地名提醒以及驾驶辅助功能，各层级对应不同的数据元素，如图 3 所示。例如在先锋 HUD 界面中，重要的功能元素（方向、距离、地名）以信息组合框的形式稳定地呈现于界面的中心位置 ；而在宝马 HUD 界面，方向与距离信息也处于界面中心位置。由此可见，两者在信息层级划分上具有共同点，即方向、距离、地名为重要功能信息，布局于界面中心区域。
3. 信息层级
构件 3 ：信息模块构建
所谓信息模块构建，即将具有相似意义的功能、数据元素在空间布局上以模块化的处理方式分类组织在一起。从认知经济性（cognitive economy）[4] 的观点来看，通过模块化来归纳多样的视觉信息可以节约驾驶者有限的认知资源，对视觉信息的处理更具及时性和准确性。图 4 左侧图所示先锋 HUD 界面，分为时间、地点、航道信息模块 ；图 4 右侧图所示宝马 HUD 界面，分为导航系统和辅助驾驶模块。由此可见，信息模块是对信息内容的整合，而信息层级的划分则是信息模块界面布局的依据。
4. 先锋信息模块（左），宝马信息模块（右）
四、导航系统平视显示的视觉设计策略
整体上，应该遵循视觉设计的通用规则，具有审美愉悦感。布局上应注意 HUD 的显示位置，投影在前挡玻璃容易形成驾驶主视野干涉，因此视觉符号设计应采用简洁的形态，尤其应注意大小比例，避免与背景物体形成冲突。而外置的第三方屏幕可能布局于驾驶主视野之外，易于形成驾驶视线偏移，因此在设计时应注意视觉元素的稳定性，尤其在显示的位置、颜色上应具有统一性。如图 5 所示，根据感性工学对宝马、先锋 HUD 界面，进行字体、线型、辅助视觉符号、色彩、辅助色块等界面视觉元素的设计分析，反映其不同的设计策略[5]。
5. 宝马、先锋平视显示视觉元素分析
五、汽车导航系统平视显示的设计实践案例
为了验证上述设计策略，采用案例分析方法。本设计案例基于湖南大学设计艺术学院、湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室与泛亚汽车技术中心有限公司联合研究项目（先进交互技术与汽车人机交互界面趋势设计研究）。
宏观上，遵循 HUD 的信息组织准则，即以识别性和理解性为核心进行设计。设计创新之处在于根据信息组织策略提出功能元素，划分了信息层级，并以此为基础构建信息模块 ；根据视觉设计策略提出避免主视野干涉，减少视线偏移的界面空间布局形式，提出了视觉符号的比例关系。分为两个步骤：1. 信息组织 ；2. 视觉设计。
1. 信息组织
首先，定义信息内容，即确定功能元素为方向、距离、地名、航道、预选车道、限速提醒。根据 HUD信息层级的划分，将以上功能元素根据层级关系归纳为主航道信息相关、辅助信息相关，目的是为信息模块的空间布局提供依据。
其次，遵循一致性、减少认知循环的设计准则，根据信息内容的层级，进行信息构架。（图 6）
6. 信息构架
将界面划分为两个模块，即主航道信息模块、辅助信息模块。主航道信息模块所包含的功能元素对于用户的驾驶决策具有重要意义，因此布局在界面的中心位置，与驾驶主视野重合，结构稳定，由方向、距离、地名、航道提醒功能组成。而辅助信息模块呈现的是迭代信息，只有在需要显示的情境下才会显示，因此布局在界面的右上方，以避免与 A 柱形成干涉。例如在超速行驶的情境下才会出现当前车速和限速提醒图标。
2. 视觉设计
根据以上定义的功能元素进行视觉符号的设计，采用的数据元素是数字、字符以及图标的组合。遵循理解性原则，按驾驶者熟知的道路标志表示车道提醒、限速提醒等功能，如图 7 所示。本案例中的 HUD 显示位置处于驾驶主视野，为了减少干涉，遵循视觉设计策略，对箭头、数字、字符的大小比例、颜色均进行了反复推敲，如在处理视觉符号的比例关系时，就以信息层级的划分为基础，方向提醒功能为首要信息，因此箭头符号相对于距离、地名提醒图标在主航道信息模块中所占比例较大。在处理航道提醒与路面变化关系时，采用的手法是通过三个渐变透明度的色带符号来表现道路延伸的远近空间关系。图 8 为界面低保真原型，图 9 为界面高保真原型。
7. 视觉符号
8. 界面低保真原型
9. 界面高保真原型
结论
HUD 作为车载导航界面还在不断探索和完善的阶段，这也是本文研究的现实意义所在。未来 10 年的趋势很可能是 HUD、虚拟现实、3D显示将与仪表板甚至中控台联合成一个整体的显示界面，显示内容将会整合汽车控制、导航、娱乐、通讯和网络应用。本研究对汽车交互视觉信息显示界面设计提供了重要的理论和实践基础。
＊基金项目：国家“973”科技计划（2010CB328001）； 国家“863”计划（2012AA111802）
注释 ：
[1] 赵江洪、谭浩、谭征宇：《汽车造型设计：理论、研究与应用》，北京理工大学出版社，2011.
[2] 谭浩、张文泉、赵江洪、王巍 ：" 汽车交互界面视觉信息显示设计研究 "，《装饰》，2012（9）
[3]SCHMIDT A，SPIESSL W，KERN D ：Driving Automotive User Interface Research.IEEE Pervasive Computing，2010，9（1）：85—88.
[4] Lenat D B, Hayes-Roth F, Klahr P. Cognitive economy in artificial intelligence systems．In ：Proceedings of the 6th international joint conference on Artificial intelligence-Volume 1. Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1979,531-536
[5] Shana Smith , Shih-Hang Fu. The relationships between automobile head-up display presentation images and drivers’ Kansei. Display 32(2011)58-68
曾庆抒 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室
赵江洪 湖南大学设计艺术学院
设计实践 Practice 68 总第256期 2014 08
