燕山大學 藝術與設計學院 余 慧
摘要：為了提高視障者對漢字的認知能力，基于視障者閱讀方式的研究，依據漢字的結構構成、筆畫特點，結合當下數字化三維矩陣模塊技術，設計出三維觸感產品：方塊式盲用漢字顯示裝置，將漢字更加立體化和完整化地展現在視障者面前，從而豐富視障者的閱讀體驗。
關鍵詞：漢字 視障者 觸覺 交互體驗
中圖分類號：J0 文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069(2017)11-0136-02
Abstract：The three-dimensional touch products， the boxed blind Chinese character display device， which purposes improving the cognitive ability of Chinese characters for the visually impaired， basing on the study of the reading method of visually impaired and according to the structure of Chinese characters， the characteristics of strokes， combined with the current digital three-dimensional matrix module technology. It will display Chinese character to visually impaired people more three-dimensional and integrity， so as to enrich the reading experience of the visually impaired.
Keywords：Chinese character Visually impaired Tactility Interactive experience
引言
視障者由于視力有限，在生活、學習等方面有諸多不便，他們獲取信息的方式也非常有限，其中他們主要通過觸覺和聽覺來了解外界情況。目前市場上的視障者閱讀器，也是由這兩個角度出發，通過手指觸摸盲文書籍和專用視障者閱讀器或聆聽有聲讀物來實現閱讀［1］。但中國的盲文是由外國引進過來的，盲文最初是由法國人創造的，是由6個點組成。這使視障者無法真正了解到漢字的信息，這些障礙也增加了視障者和普通人交流和溝通的困難，甚至會影響他們的身心健康，容易產生自卑、抑郁等心理疾病。本文通過模塊的方式將漢字及其筆畫結構用三維立體的方式呈現，增加視障者觸覺交互體驗及對漢字文化的理解，同時也增強他們的幸福感和自信心。
一、視障者觸覺閱讀方式研究
按時間角度看，視障人群大概可以分為兩類，一類為先天視障者，另一類是由于后天的意外等原因導致的失明。因此根據病情的不同，視障者對漢字的理解和學習也存在著很大的不同，先天失明的視障者會更難理解漢字。尤其是一些兒童，由于受到視覺障礙的影響同對于漢字完全不了解。同時我們普通人對現有盲文也不了解，這造成了普通人與視障者之間的交流障礙。使視障人群更難融入社會，更加感到孤單。
在1821年法國人路易·布萊爾發明了盲文，用六個點就打開了視障者與世界的溝通的大門。此后在輔助視障者獲取信息的方面主要以盲文紙質書為主。直到20世紀50年代出現了視障者圖書機，多為電磁金屬觸點。50年代之后又出現了視障者打字機以及有聲閱讀設備，2000年以后，相繼出現了視障者電話掃描閱讀機、視障者平板、視障者指環等直到發展到現在的視障者顯示器。2016年，Blitab公司利用液體驅動的廉價顯示器，打造出視障者用的平板，能同時閱讀二維圖像和文字。而在國內，盲文顯示領域的研究進展較慢，其中進展突出的以清華大學和東南大學兩個研究成果為主。清華大學自動化系茅于杭等在2001年開始研發清華盲文點顯器；東南大學古春笑等人在2010年采用3×3半圓頭刺激電極對操作者指端進行刺激，實現視覺圖文顯示［2］。雖然我國針對于盲文顯示的研究已取得一定成果，但存在一些缺陷，仍需進一步發展。
中國盲文是我國視障人群使用的觸覺凸點文字。我國現行的盲文方案已經使用了五六十年，目前仍被我國視障人群廣泛使用［3］。但是我國的視障者對于我國本土漢字的了解確實一片空白。而且，在中國針對于視障者對于漢字文化的學習的意識薄弱，只有少數盲校中會開展漢字課程，首先通過手指觸摸完整漢字的字形貼紙了解字形，再按漢字的不同筆畫在紙上刻出其形狀排列，目的是練習筆畫順序，最后，在橡皮泥等物體上，練習書寫漢字，摸讀并進行矯正。漢字的組合方式比現行的雙拼盲文組成方式復雜得多，視障者往往難以良好掌握漢字間架結構的組合方式以及詞語表達的含義。
二、漢字的呈現方式及設計研究
（一）漢字的結構特點
漢字又稱為方塊字，漢字在結構上如同積木一樣組合而成。其中漢字組成的字根空間配置對字義有影響：①如同樣是“口跟貝”的合體，左右排是“唄”，上下排是“員”，排列不同，導致不同含義［4］。②但是當排序一樣，順序不一樣時，也會產生不同意義的漢字，例如“立跟曰”的合體，都采用上下排列，但是出現“昱”和“音”這兩個完全不同的漢字。③在研究金文、甲骨文的考古中發現，文字右邊有“乂”這個字的部件，這表示右手持某物對左邊字根作某事［5］。
（二）漢字及其筆畫結構呈現原則及其原理
我們的啟發來源于2008年中國奧運會開幕式。其中在開幕式倒計時的時候，鳥巢中央出現擊鼓方陣，鼓面會通過擊打震動亮起，形成方塊光點。在舞臺上，方塊點亮數字，出現十、九、八、七等漢字。在后面文字篇章的表演中，舞臺中間立體的出現了活字印刷體，方塊漢字凹凸起伏，不斷發生變化，在此過程中展現了中國“和”字的演變過程。這些對我們產生很大影響，我們分析現有的盲文觸點為半圓形，而根據漢字的特點，展現漢字的觸點不能過于圓滑，否則會影響想要表達的效果。在觸感漢字處理的方法和規律上我們首先要遵循設計原則的基礎，還要考慮文字的特性，由于漢字的多樣性，要避免傳統的視覺認知的方式，增加視障者對漢字的理解、興趣。同時在設計漢字展示時我們遵循三個原則：①簡潔性原則，我們要盡量地將每一個漢字重新設計，尤其是象形文字，比如“羊”，我們要簡單概括出羊的基本特征，用正確簡單易懂的形式呈現在視障者“眼前”；②系統性原則，便于技術上的實現，但是要在同一系統下做出變化。關于圖形繪制的原理：用矩形方格的方式來呈現，通過點排列的疏密、方式等表現出不同的面和線，通過點的高低錯落的秩序表現三維立體的效果；③保留性原則，我們在某些字體的呈現上保留原有的字體特征來進行再設計，加入部分文字本身的含義增加一些趣味性，來增加視障者們的閱讀興趣。
（三）漢字及其筆畫呈現方式處理與規律
將現有的文字歸類，主要依據偏旁部首筆畫等，以當下應用廣泛的宋體為主，結合宋體文字的筆畫特點，然后在三維模塊矩陣中呈現。就像我們平時見的像素點排列一樣，按照漢字的間架結構和特點排列顯示；比如“永”字，“點”、“豎”、“橫”、“彎勾”等筆畫特征通過點的不同排列呈現出三維立體的效果（如圖1），視障者可以通過觸摸漢字，感受漢字的書寫過程和構造。并將漢字的基礎筆畫提取出來延伸出更多的漢字。其中所有漢字的呈現，全部都是由不同的排列方式，不同的疏密，不同的高度來呈現的。將二維構成與空間立體相結合，表現出無論是正常人看的視覺上還是視障者的觸覺上都有很好的形式美感。
三、產品設計實踐
我們想做的就是讓視障者也可以了解、理解并感受漢字。使視障者通過觸覺的方式更進一步地了解漢字，理解漢字，了解漢字的文化，同時增加他們的信心。這是我們的目的也是我們的出發點，將漢字、漢字的筆畫結構與現代技術結合，提出了關于視障者觸覺漢字呈現的研究。
（一）產品技術原理
采用現有的電磁式盲文顯示裝置的原理，利用計算機控制橡膠觸點的升降以顯示盲文［2］。同時加入矩形陣列原理，以方塊式的觸點呈現出來。通過方塊與方塊觸點之間的拼接形成視障者想要得到的漢字，并通過觸摸方形觸點實現視障人群的漢字學習和理解。從而設計出方塊式盲用漢字顯示裝置。顯示裝置由電腦終端來控制，融入現有的盲文輸入法，視障者能夠自己輸入想要的漢字，使學習漢字變得更加靈活方便。
顯示原理：現有的電腦處理文字信息，一般使用點陣表示，即我們所稱的像素。像素在計算機中放大到最大時，是由很多方形格子組成的點陣面。當要表達一個漢字的時候，通過電子方陣來表示一個字符，每個方陣有若干個小格子，其中有筆畫的點亮，沒有筆畫的點暗，這樣就實現了文字字符的顯示；在表示漢字時，最低使用16×16點表示一個字符，一般要用24×24點［6］。同理轉換，推出三維展示漢字字符的方式。
（二）人機工程原理
根據研究人的手掌大小的手指的交互行為和現有的盲文系統得出，現有的盲符的形狀為近似半球形，點徑在1.0-1.6mm之間，點高在0.2-0.5mm之間，點距在2.2-2.8mm之間，方距在3.5-4mm之間，行距一般大于5mm，一般在5-6mm之間［3］。因此為了更加形象地讓視障者了解漢字，根據研究人手掌大小的手指的交互行為，方塊式盲用漢字顯示裝置的方塊觸點邊長設置為1.5mm，高度活動范圍在5-10mm之間的方形觸點。同時一個正常人的手掌長度在17-19cm之間，寬度在10.5cm左右。當手自然放置在桌面時，手掌朝下，手指處于彎曲的狀態，在這時，食指、中指、無名指處于較集中區域，其中長度均值分別為食指69mm、中指77mm、無名指73mm，區域寬均值54mm，各指頭寬約15mm［7］。再次結合以上所有數據，那么得出方塊式盲用漢字顯示裝置的顯示平面大概應在長26cm寬22cm左右。
（三）功能設計
通過收集大量資料，我們總結出在視障者對漢字的學習過程上，我們將會采用由易到難的學習方法。在實施上，選用傳統的方案，先將漢字拆分開來，從簡單的偏旁部首開始學起，在減輕視障者學習漢字的難度上，同時給視障者帶來新的不同的文字體驗。
我們這個產品主要通過語音輸入的方式，和盲點鍵盤輸入相結合，然后通過電腦分析，將收到的信息數字化處理，最終在矩形圖陣中顯示相應的文字及文字結構分解后的各個形狀，以便使用者觸摸理解想要找尋的文字。文字的排布按照我們設計的每一個字體高低錯落有規律的顯示。產品主要的流程為：啟動裝置，開展學習教程，對漢字的基本筆畫和偏旁部首進行學習，對其進行了解學習后，可以打開盲點輸入顯示屏，使用盲文輸入法自行輸入盲點，電腦進行信息識別與處理，彈出相應的漢字并進行語音解釋。其中共有四個主要功能：①教學功能，針對初學者，在電腦系統控制下進行觸點的上下位移，展現出漢字的基礎偏旁部首，使視障者可以進行初步學習。②輸入功能，主要通過盲點輸入顯示屏，依靠盲文輸入法輸入盲點信息。③顯示功能，通過盲文輸入法完成盲點信息的輸入后，電腦對輸入的信息進行分析識別處理，從而帶動觸點的上下位移，在顯示屏上出現相應漢字的立體展示。④播報功能，主要針對已經展現出來的立體漢字，對其進行詳細的解釋說明，減輕視障者學習漢字的困難和加深視障者對漢字的理解。
（四）產品效果展示
（如圖2）在此設計中更融入到社會新潮出現的文字的變化，并將交互設計應用其中，模擬視障者在閱讀中遇到的各類問題，從基礎開始學習，為視障者提供更加方便的閱讀方式。考慮到視障者的心理特征及特殊的需求和他們自身的特點進行設計，外觀造型上采用簡單的長方體，顯示屏以平面形式存在，更加方便視障者學習漢字，該顯示裝置前面除了設置有語音播報口外，在中間設置有觸覺顯示屏，視障者可以根據現有的盲文輸入法，輸入盲文，從而得到相應的漢字
結語
本文通過對觸感的研究、漢字及漢字發展趨勢的深入研究，設計出一種基于觸覺之上的漢字的另一種閱讀方式，使視障者更加深入地了解中國漢字。與現代三維模塊矩陣技術相結合，以 3D立體的形式將漢字展現在他們面前，更加真實地感受漢字的魅力。通過視障者閱讀理解漢字，讓視障者在閱讀中體驗，在觸覺中感受，為視障者打造一個全新的“觸手可及”的漢字世界。
基金資助：燕山大學省級大學生創新創業訓練計劃資助項目（項目編號：201610216126），河北省高等教育學會高等教育科學研究課題（GJXH2013-60），燕山大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（項目編號：201710216042）。
圖1 觸點漢字呈現圖2 方塊式盲用漢字顯示裝置效果圖
參考文獻
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