你在手机屏幕上的轻松一划,背后可是一部人类「驯化」机器的历史

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11-28 12:02

本文来自公众号果壳(ID:Guokr42),爱范儿经授权发布。

iPhone 手机屏幕的尺寸为什么基本与成年人手掌面积基本相同?电脑屏幕的详情菜单为何都是向右或向下弹出?为什么绝大多数机械设备的「开启」键都是向上扳动?为什么游戏主机厂商热衷于开发各种体感式控制设备?

技术进步史,归根结底是一部人的行为与新技术相互适应,影响的历史。那么我们是从何时开始意识到,技术,必须以人为本的?

不是人搞砸了,而是设计搞砸了

你在手机屏幕上的轻松一划,背后可是一部人类“驯化”机器的历史

▲一架降落时坠毁的 B17 | https://www.worldwarphotos.info

要想回答这个问题,我们必须把视线移到 70 多年前。1944 年底,正当第二次世界大战的硝烟席卷世界的时候,美国俄亥俄州代顿的怀特·帕特森空军基地附近的艾罗医学研究中心,来了一位年轻的心理学家保罗·菲茨(Paul Fitts)。他的工作,就是分析堆积在案头的上千份军用飞机事故报告。
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▲保罗·菲茨(Paul Fitts)|https://aresluna.org/

表面上看,这些事故都可以归因为「飞行员操作失误」,而且原因很简单:成千上万适龄的美国青年应征入伍,经过短期高强度,流程大大压缩的训练,就承担起了操纵各种复杂军用设备和机械的重担,所以事故频发是理所当然的事情。然而,出于心理学家的职业习惯,在和许多从事故中幸免于难的飞行员进行对话后,菲茨发现有些东西不对头,不能简单用飞行员缺乏经验或训练来解释。例如,大名鼎鼎的美国 B17「空中堡垒」四引擎轰炸机,已经发生近千起「飞行员操作失误」导致的坠机事故,其中有 475 起的过程几乎完全一样:事故发生在降落阶段,飞行员认为自己的操作步骤完全正确,但无一例外,飞机突然失速,然后机腹着地。菲茨的副手发现,之所以飞行员坚持认为自己并没有发生误操作,是因为在 B17 驾驶舱的操作系统布局中,负责控制襟翼和起落架的两支操纵杆位置不但相近,而且外观几乎一模一样,从而导致很多飞行员在完成惊心动魄的轰炸任务后返航时,拉动了错误的操纵杆,然后导致飞机首先在降落阶段失速,最后在起落架没有放下的情况下坠毁……换而言之,这种惨剧完全应该归咎于飞行操作系统上的设计不当。菲茨由此提出了一份报告,建议所有军用飞机操纵杆和阀门的外形尺寸都必须各不相同,使得飞行员哪怕仅凭触感,也能辨认无误。很快,B17 的起落架操纵杆头部被设计成圆盘轮胎型,采用了橡胶材质;而襟翼操纵杆则维持原有的硬塑料材质,外形为 V 字楔形。

一个公式,关于我们和机器如何互动

然而菲茨和他的同事并不满足于这种小打小闹,开始考虑工业设计和人类本能习惯之间的关系:「机械的操纵应该与我们本能的行为模式一致,如果我们想让飞机或者车辆左转,方向盘与操纵杆就必须设定向左转动,如果我们想启动某项功能,那么启动开关就必须向上扳动。」他在报告中写道:「我们从来不是以最佳状态在最优环境中使用外接设备,而是常常处于分心、恐惧、困惑、疲劳、情绪波动等非理想状态下,因而任何人机交互界面必须简洁,清晰,辨识度高,尽可能使入门新手经过短期训练能够快速上手,并在极端条件下也能把操作错误率降到最低。」
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▲菲茨法则函数图|https://www.semanticscholar.org

1954 年,菲茨出版了他的论文《人体机能与目标指向运动》,从而奠定了一门全新的交叉学科,工程心理学的诞生。核心即是研究人对机械的操控行为会受到哪些内在与外在因素的影响。在论文中,菲茨提出了著名的「菲茨法则」:人类操纵某个客体并将其移动至指定区域所需要的时间,以及这一行动出现错误与偏差的概率,由移动的距离和客体的大小决定,后两者构成了一个复杂的函数关系。菲茨法则诞生后,迅速被应用于工业设计,尤其在用户交互界面设计上。例如机械控制设备的按钮尺寸必须足够显眼,操纵单项特定任务的相关设备之间距离必须足够近,外形也要具备显著的差异性。直至今日,这项被称为「外形编码」(shape coding)的设计原则在工业设计中依旧行之有效。

让机器适应人类?必须的!

进入 50 年代,随着二战中迅速发展的军用技术被广泛应用到民用消费领域,这种「人本界面」的工程设计理念也迅速被广泛接受:尤其在最尖端,最重视「人机交互」的电脑技术领域。鼠标和图形界面(GUI),被看做是微电脑时代两大最具革命性、人性化的工业设计案例。这两项技术首先被应用于导弹防御系统和军用飞行模拟系统。它们的发明者分别是斯坦福大学人类智能增强研究中心负责人道格拉斯·恩格尔巴特(Douglas Carl Engelbart)和麻省理工学院电子工程与计算机科学博士后伊凡·萨瑟兰(Ivan Sutherland)。
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▲道格拉斯·恩格尔巴特|http://programmedgeek.blogspot.com

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▲伊凡·萨瑟兰|https://bimaplus.org

恩格尔巴特和萨瑟兰都是菲茨「人性化设计」理论的忠实信徒。这种「技术获得自由」的观念,通过硅谷技术人员的自发组织「电脑自制俱乐部」,很快流行开来。在俱乐部成员名单上,不乏施乐、IBM 等大企业的技术骨干,还包括了日后建立苹果、SUN、思科等 20 余家硅谷著名高科技企业的创始人和高管。
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▲ALTO 个人电脑|https://www.computerhistory.org

1979 年,施乐公司帕罗阿尔托研究所(PARC)首先在 ALTO 个人电脑上同时使用了鼠标和「图形用户界面」(GUI)。研究所负责人拉里·泰斯勒(Larry Tesler),经常收到程序员的抱怨,在 ALTO 个人电脑上,即使编辑一段简单的程序或者文档,操作者也必须在「文档输入」和「文档删除」两种操作模式之间频繁切换,非常麻烦,经常造成失误。所以泰斯勒提出:「与其让人类适应电脑,为什么不让电脑变得更加适应人类?」解决方案就是:电脑操作者所有输入与修改删除的结果,应该直接在电脑屏幕上以直观的方式显示出来。另外,PARC 的电脑程序员苏珊·卡雷 (Susan Kare) 则依据人类在现实中的工作习惯,完善了个人电脑图形化桌面的重要组成部分,「图标」:比如「垃圾箱」和「文件夹」,就以拟物化的小图案形式分布在电脑桌面上。利用鼠标,使用者可以随心所欲地通过点击操作,将它们打开,关闭,或者拖拽到任意位置,就如同我们在现实中处理书桌上的实体文件夹与书本一样。
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▲乔布斯与苹果麦金托什个人电脑|https://www.theverge.com

1979 年 12 月,PARC 来了两个嬉皮士打扮,衣着随意的参观者:刚刚成立三年的苹果公司创始人史蒂夫·乔布斯和工程师比尔·阿特金森。在场的泰斯勒回忆说,他们被 ALTO 个人电脑人性便捷的操作方式震撼了。后来,泰斯勒和卡雷等许多 PARC 研究所的技术骨干都被挖到了苹果,泰斯勒本人后来成为了苹果首席科学家与副总裁,并于 1984 年主持发布了那款革命性的个人电脑「麦金托什」——优化后的鼠标+键盘,以及图标性操作界面,从此成为了个人电脑的标准配置。乔布斯夸口说,电脑从此变成了个人能够拥有的技术产品,像普通厨房电器一样简单好用。「菲茨法则」也走出硅谷,从消费电子产品迅速扩散至其他领域。今天,「用户体验友好」已经成为了我们对于产品设计的最基本,也是最重要的需求。无论是苹果 iPhone 手机的多点触屏技术,以身体运动取代复杂手柄控制的任天堂 switch 健身环,Nike adapt BB 运动鞋上的自动鞋带绑定系统,还是特斯拉 S 型汽车简约集成的中控屏,都深刻揭示了一个真谛:技术进步的最终目的,就是努力让人类对外在设备的驾驭,变成对自身行为本能的模拟,并能在其中实现迅速无缝切换。
参考文献
1.https://www.wired.com/story/how-dumb-design-wwii-plane-led-macintosh/2.《The Adolescence of Engineering Psychology By Stanley N. Roscoe3.《用户友好性——看不见的设计原则正在改变我们的生活,工作与娱乐》(User Friendly: How the Hidden Rules of Design Are Changing the Way We Live, Work, and Play)by Cliff Kuang & Robert Fabricant
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