自驱动可触用户界面的理论及关键技术研究

In the research work for the next generation Natural User Interface, Tangible User Interface (TUI) provides a new method of utilizing physical objects to manipulate digital data, however, few methods can provide feedback also in physical forms. As a result, most TUIs only establish an one-way projection from physical world to digital world..This research project proposes to bring actuating mechanism to traditional TUIs in order to provide physical feedbacks in many forms. Thus a bi-directional coupling between physical world and digital world can be established. This project attempts to reveal "affordance-constraints" characteristics of actuated TUIs with specific physical feedback metaphor, and explore technical schemes for those actuated TUIs with a high usability. In addition, by studying specific application domains, this project also tries to find new possibilities of applying actuated TUIs in future interactive systems..This research project has three main objectives: revealing "affordance-constraints" characteristics of certain physical feedback metaphors; prototyping some actuated TUIs with specific physical feedback; and revealing usability and possibility for future applications for proposed actuated TUIs.

在对下一代自然用户界面的研究中，可触用户界面提供了利用物理实体操作数字对象的新的方法，然而绝大多数可触用户界面无法提供物理形式的反馈，从而使得可触界面交互仅仅成为物理空间向数字空间的一种单向映射。.本研究提出在可触用户界面中引入自驱动机制，提供多种形式的物理反馈，从而实现从数字世界到物理世界的双向耦合。本研究尝试揭示具有“移动性”和“形变性”这两种特定物理反馈隐喻的可触用户界面的“示能性-约束”特性，并探寻具有高可用性的技术实现方案。此外，通过对特定应用领域的研究，本项目尝试发现将物理反馈隐喻以及自驱动可触界面应用于未来人机交互系统的新的可能性。.本研究有三个研究目标：揭示不同物理反馈隐喻的“示能性-约束”特性；提出具有特定物理反馈隐喻的技术实现方案；以及揭示这些新型可触界面的用户可用性特性。

自然科学基金青年项目《自驱动可触用户界面的理论及关键技术研究》（项目号：61402250），于2015年立项，项目周期三年。立项以来，项目按照计划开展，并于2017年12月基本完成研究目标。在不同形式的物理反馈机制对用户体验影响方面，本项目探索了基于铰链结构的刚性形变界面和基于液态金属的非刚性形变界面等不同形式的形变方式下“示能性-约束”特性；通过具体原型设计，本项目提出了几种不同的具备物理反馈的自驱动TUI设计策略。取得的主要研究进展包括两组形变TUI设计方法；两套可形变TUI界面原型，以及若干篇学术论文。其中，基于液态金属设计的非刚性形变界面，在国际上首次提出了受电控液态金属用于界面设计的方法，并完成了原型样机开发和实验。基于这一成果的论被国际顶级学术会议UIST 2016接收，并作为当年大陆唯一参会论文到会进行口头报告。项目共完成论文4篇，其中顶级会议论文一篇。获得中国发明专利1项。通过该项目共培养7位硕士生，1位博士生。7位硕士生均已毕业，其中2位硕士分别获得清华大学优秀毕业生和北京市优秀毕业生荣誉称号。学生在国际会议中获得各类奖项共三人次。