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三分設｜連接知識，幫助全球 1 億設計師成長

作者：張小璽

編輯：李凱悅

共 4960 字 8 圖預計閱讀 13 分鐘

虛擬助理的有限使用，反映了它們糟糕的可用性。改變人們對于智能系統(tǒng)的心智模型，往往不是一件容易的事情?！拔蚁Ｍ袷且粋€私人助理，而不是提問式的機器。讓它來找我，而不是我來找它”。這些訴求也表明了當前車載交互系統(tǒng)存在的問題，快來看看 Apple CarPlay 是如何理解工作記憶和認知負擔的，它們對設計產生了哪些影響？未來，Apple CarPlay 需要從哪些角度減少交互干擾，提升駕駛安全和駕駛體驗?？靵砜纯窗蓗

今天，吸引我們注意力的事物比以往任何時候都多，需要兼顧工作、家庭和社交生活。盡管嘗試處理多項任務，但我們的注意力范圍非常有限。最近的研究結果表明，我們的短期記憶可以保存 3~5 個項目。這意味著我們在任何既定時刻只能專注幾個項目，當涉及大腦其他部分時可能更少，例如開車。在忙碌的生活中，電子郵件、電話和導航觸手可及，開車時使用移動設備很常見。歐盟委員會最近的一項研究結論：駕駛員分心可能占到每年歐洲道路碰撞事故因素的 10～30%。在過去的 10 年中，美國各地制定了免提電話法，汽車制造商也在大多數(shù)車載 “信息娛樂系統(tǒng)” 中制定了免提通話標準。

2014 年，蘋果推出了 Carplay，將 iPhone 與汽車信息娛樂系統(tǒng)無縫整合。該系統(tǒng)不僅包括免提通話，還可以通過 Siri 進行音樂選擇和導航等功能的語音控制。人類的工作記憶是有限的，在開車時使用移動設備會增加認知需求。隨著語音控制功能的進一步發(fā)展，蘋果 Carplay 可以幫助駕駛員在駕駛時安全地進行互動。

01. 定義工作記憶

早在 1883 年，弗朗西斯·高爾頓就定義了兩種不同類型的記憶 —— 長期記憶 和 短期記憶。2012 年，艾倫 · 巴德利（Alan Baddeley）發(fā)表了關于工作記憶的綜合發(fā)現(xiàn)，更準確地描述了短期記憶。他假設短期記憶是 “簡單的信息儲存”，而工作記憶意味著 “儲存和操作的結合”。Baddeley 提出了一個工作記憶系統(tǒng)，由四部分組成：中央執(zhí)行官、視覺空間畫板、語音循環(huán)和情景緩沖器。中央執(zhí)行官負責注意力部分；視覺空間畫板是一個短期的視覺信息存儲器，容量非常?。徽Z音循環(huán)是指語言信息的存儲；情景緩沖器是對所有工作記憶部分的鏈接。他認為，前額皮質是工作記憶發(fā)揮作用的地方。

02. 定義認知負荷

在研究工作記憶和駕駛限制的關系時，我們分析了導致分心的原因：視覺、操作和認知的組合構成了干擾。當工作記憶的注意力充分集中時，駕駛才能安全完成。分心駕駛 是指駕駛員的注意力從安全有效駕駛的功能轉移到競爭性刺激，可能會導致對安全駕駛任務缺乏關注。例如，當你開車時，你必須監(jiān)視道路、閱讀路標、以及操控駕駛方向盤。如果 “注意力普遍轉移” 或走神的認知成分開始起作用，司機就會分心。認知負荷 指的是另一項任務所需要的能量，它通常與認知分心交替發(fā)生。在工作記憶和駕駛影響的研究中，認知負荷的因素占很大比例。

03. 多任務處理和瓶頸效應

Meyer 和 Kieras（1997）完成了 “認知過程” 與 “多任務績效” 的研究。他們推斷當面對多個任務時，大腦不能完全集中注意力。如果同時執(zhí)行多個任務，不僅容易出錯，還需要更長的完成時間（可能是完成任務所需時間的 2 倍）。他們認為，在進行任務轉換時，大腦必須重新啟動才能再集中，不僅做事效率較低，轉換過程中還會浪費時間。

Ruthruff（2001）聚焦于人們同時執(zhí)行兩個不同反應任務時產生的 ”瓶頸效應“，即人們在任務處理中存在反應延遲。此外，他還指出，第二項任務在開始時通常比較慢，當刺激減少時，才會加快速度。這個發(fā)現(xiàn)被稱為 “心理不應期（PRP）效應”。

04. 工作記憶與驅動

工作記憶的極限對駕駛員來說意味著什么？麻省理工學院（MIT）的一項研究表明，隨著司機認知需求的增加，他們對環(huán)境的意識會下降。這項研究收集了 108 名司機的視線和駕駛表現(xiàn)記錄，他們來自于馬薩諸塞州波士頓地區(qū)，年齡段為 20～29 歲、40～49 歲、60～69 歲。

一輛中型跑車（沃爾沃 XC90）安裝了傳感器，包括攝像頭和眼球追蹤系統(tǒng)，可以捕捉駕駛員行為、車輛周圍環(huán)境和錄音。實驗是在一條限速 65 英里的公路上進行的，駕駛員面臨低、中、高三種程度的認知負荷。低認知負荷，司機會得到一組數(shù)字，大聲重復數(shù)字即可。中認知負荷，司機要記憶每個數(shù)字，并大聲背誦。高認知負荷，要求司機心算所給數(shù)字的總和。駕駛速度、方向盤位置和加速度數(shù)據(jù)直接由汽車內置傳感器或 CAN（控制器區(qū)域網絡）記錄。駕駛員的視覺注意力是通過眼睛在垂直平面上的 x/y 坐標和擋風玻璃的距離來確定的。通過觀察 “注視坐標” 與 “標準注視坐標” 的偏差來確定注視的集中程度。研究發(fā)現(xiàn)，隨著認知需求的增加，水平凝視的集中程度會顯著提高，這意味著目光分散較?！跋鄬τ趩稳蝿振{駛，67% 的司機在最高需求期間縮小了注視的分布”?；谧⒁饬y量得出的駕駛員視覺需求，高級駕駛員支持系統(tǒng)的開發(fā)應該將注意力集中程度作為衡量駕駛員認知負荷的一種手段。

05. Apple Carplay 與認知表現(xiàn)研究

英國最大的獨立道路安全慈善機構 IAM Roadsmart 發(fā)布了一份研究報告，在該報告中，注意力集中程度是檢查駕駛員安全的標準之一。這項研究為 Apple Carplay 理解 “司機認知表現(xiàn)的影響“ 提供了新思路。研究使用了一個駕駛模擬器來測量駕駛員的“反應時間、眼睛注視行為和車輛控制”。一個是 “聲控驅動器”，駕駛員只使用聲控功能執(zhí)行任務;另一個是 “觸控驅動器”，通過觸摸屏執(zhí)行任務。在駕駛過程中，測試者被要求使用語音功能或觸摸功能完成五項系統(tǒng)任務，包括：

在 Spotify 上播放音樂
播放 BBC 廣播
導航
接收短信
打電話

當他們完成這些任務時，通過對屏幕上紅色條形圖的感知時長，得出駕駛員與信息娛樂系統(tǒng)交互時對外部刺激的反應時間。

研究中使用的駕駛模擬器視圖

發(fā)送給參與者的短信是：嗨，羅西。期待以后再見到你。你能帶些蘋果、郵票、感謝卡、防曬霜、洋蔥、咖啡和發(fā)膠嗎?。第二個任務要求參與者打一個電話。在通話過程中，他們需要盡可能多地回憶清單上的項目（這個列表包含了 7 個條目，已經超出了工作記憶的極限）。

研究結果顯示，在 19 名參與者中，76 個反應時間事件中，他們在觸摸任務中有 14 次對紅色條沒有反應，在語音任務中有 8 次，在控制驅動中有兩次。這一數(shù)據(jù)表明，使用觸摸與蘋果 Carplay 互動 “干擾了參與者對紅色條的反應能力”。使用觸摸時，Spotify（圖1）和無線電任務的反應時間最慢，但使用語音時，導航任務的反應時間最慢（圖2）。

基于控制、聲音和觸摸任務的反應時間

總的來說，在觸摸任務期間的平均駕駛速度明顯低于公布的速度限制（標準偏差約為每小時 7 英里）。在駕駛過程中處理觸摸和語音任務，司機都難以保持車道位置。當被要求回憶購物清單時，9 名參與者在語音任務中回憶了 3 個項目，6 名參與者在觸摸任務中回憶了 4 個項目。參與者說，在執(zhí)行語音任務時，感覺注意力不那么分散。這與工作記憶的局限性是一致的。眼動追蹤數(shù)據(jù)顯示，在 Spotify 任務、導航任務和閱讀短信/打電話任務中，參與者看信息娛樂系統(tǒng)的次數(shù)最多。在語音部分，看屏幕的時間明顯更少。

NHTSA（國家公路交通安全管理局）的指導方針指出，所有遠離道路的視覺固定的總和應該小于 12 秒。上面列出的三個任務 —— Spotify 任務、導航任務和閱讀短信 / 打電話任務 —— 在驅動器的觸摸時長都高于這個指導原則。研究還發(fā)現(xiàn)，人們在分心時往往會降低速度。這指向了前面提到的 “心理不應期（PRP）效應”，即當人類大腦嘗試多任務處理時，其中一項任務可能會做得更慢。很明顯，工作記憶吸收信息的能力有限。由于駕駛占據(jù)了大量的注意力資源，幾乎沒有空間來處理額外的信息，當認知負荷過高時，就會導致駕駛表現(xiàn)不佳。

這個圖表強調了觸摸任務中，CarPlay 的使用對司機的干擾

06. 蘋果 Carplay 的設計啟示

以上提及的工作記憶和認知負荷限制，對蘋果 CarPlay 設計有明確的指導含義。蘋果公司已經采取了一些措施來解決駕駛員安全問題。首先，通過 Siri 語音控制 CarPlay 的所有任務，這確保了司機可以把注意力集中在道路上，不需要低頭看或觸摸他們的 iPhone。IAM Roadsmart 研究發(fā)現(xiàn)，與觸控相比，語音控制不太可能造成重大干擾。其次，蘋果發(fā)布的開發(fā)者指南明確表示，司機的安全是最重要的。例如，他們只允許具有Siri功能的應用程序出現(xiàn)在 CarPlay 中，需要用戶拿起手機完成的任務被嚴令禁止。第三，隨著 iOS 14 的發(fā)布，蘋果擴大了應用程序的范圍，包括電動汽車充電，停車和點餐等服務，幫助用戶在駕駛時完成復雜的任務。

顯然，蘋果的指導方針推動了開發(fā)者為驅動程序設計，但這就夠了嗎？研究表明，CarPlay 的優(yōu)勢在于 Siri，但在駕駛時使用語音助手仍會增加駕駛員的認知負荷。要想改善這一點，Siri必須變得更智能、更無縫。

改進 CarPlay 的第一步是促使駕駛員使用 Siri 而不是觸摸界面。而 IAM Roadsmart 研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人自述他們更喜歡使用觸摸界面而不是Siri功能。

參與者更傾向于使用觸摸界面而非語音功能

Raluca Budiu 在 2019 年為尼爾森諾曼集團做的研究中表明：虛擬助理的有限使用，反映了它們糟糕的可用性，遠遠不能滿足真正的用戶需求。這意味著司機對 Siri 的心智模型需要改進，這不是一件容易的事情。Budiu 表示，一旦用戶有了 IA（智能助手）的心理模型，他們就不會頻繁嘗試啟動新的任務。用戶可以學習一種新的思維模式，但他們必須受到驅動或啟發(fā)才能這樣做。這就是機器學習可以發(fā)揮作用的地方，在駕駛時根據(jù)時間和地點提供個性化建議。這項技術已經存在于最新的 iOS 系統(tǒng)中，但仍然是相當新的。如果 Siri 能夠知道司機在特定路線上的特定時間，他們通常會發(fā)出相同的短信或電話，那么它就可以進行口頭或簡單的屏幕通知來提示這種行為。學習用戶的日常模式可以減輕用戶執(zhí)行 CarPlay 的一些常見任務，例如發(fā)短信、導航、聽音樂等，開啟前置任務，比如促使司機設置地圖目的地。在 Budiu 的研究中，一名用戶談到了他們對 Siri 的渴望，“我希望它更像是一個私人助理，而不是提問式的機器。讓它來找我，而不是我來找它”。

07. 未來的意義

美國國家公路交通安全管理局的一項研究發(fā)現(xiàn)：司機發(fā)短信時，眼睛離開道路的平均時間為 5 秒。這相當于，若以每小時 55 英里的速度行駛時，駕駛員蒙眼行駛了整個足球場。顯然，在駕駛時需要一種更無縫的方式來使用語音激活。一旦自動駕駛汽車成為現(xiàn)實，對全聲控體驗的需求就會減少。這種轉變會是什么樣的呢?那些老式的、由人控制的汽車會怎么樣呢?也許手動駕駛汽車都可以使用 CarPlay，但仍需要進一步研究。在此之前，Siri 和其他智能駕駛系統(tǒng)需要改進，與用戶建立信任，并在駕駛安全方面實現(xiàn)更無縫的集成。隨著這些技術的進步，蘋果 Carplay 有可能成為一種安全、有效的方式，讓司機在與 iPhone 交互時減少駕駛分心。