燕山大学 艺术与设计学院 余 慧
摘要：为了提高视障者对汉字的认知能力，基于视障者阅读方式的研究，依据汉字的结构构成、笔画特点，结合当下数字化三维矩阵模块技术，设计出三维触感产品：方块式盲用汉字显示装置，将汉字更加立体化和完整化地展现在视障者面前，从而丰富视障者的阅读体验。
关键词：汉字 视障者 触觉 交互体验
中图分类号：J0 文献标识码：A
文章编号：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
视障者由于视力有限，在生活、学习等方面有诸多不便，他们获取信息的方式也非常有限，其中他们主要通过触觉和听觉来了解外界情况。目前市场上的视障者阅读器，也是由这两个角度出发，通过手指触摸盲文书籍和专用视障者阅读器或聆听有声读物来实现阅读［1］。但中国的盲文是由外国引进过来的，盲文最初是由法国人创造的，是由6个点组成。这使视障者无法真正了解到汉字的信息，这些障碍也增加了视障者和普通人交流和沟通的困难，甚至会影响他们的身心健康，容易产生自卑、抑郁等心理疾病。本文通过模块的方式将汉字及其笔画结构用三维立体的方式呈现，增加视障者触觉交互体验及对汉字文化的理解，同时也增强他们的幸福感和自信心。
一、视障者触觉阅读方式研究
按时间角度看，视障人群大概可以分为两类，一类为先天视障者，另一类是由于后天的意外等原因导致的失明。因此根据病情的不同，视障者对汉字的理解和学习也存在着很大的不同，先天失明的视障者会更难理解汉字。尤其是一些儿童，由于受到视觉障碍的影响同对于汉字完全不了解。同时我们普通人对现有盲文也不了解，这造成了普通人与视障者之间的交流障碍。使视障人群更难融入社会，更加感到孤单。
在1821年法国人路易·布莱尔发明了盲文，用六个点就打开了视障者与世界的沟通的大门。此后在辅助视障者获取信息的方面主要以盲文纸质书为主。直到20世纪50年代出现了视障者图书机，多为电磁金属触点。50年代之后又出现了视障者打字机以及有声阅读设备，2000年以后，相继出现了视障者电话扫描阅读机、视障者平板、视障者指环等直到发展到现在的视障者显示器。2016年，Blitab公司利用液体驱动的廉价显示器，打造出视障者用的平板，能同时阅读二维图像和文字。而在国内，盲文显示领域的研究进展较慢，其中进展突出的以清华大学和东南大学两个研究成果为主。清华大学自动化系茅于杭等在2001年开始研发清华盲文点显器；东南大学古春笑等人在2010年采用3×3半圆头刺激电极对操作者指端进行刺激，实现视觉图文显示［2］。虽然我国针对于盲文显示的研究已取得一定成果，但存在一些缺陷，仍需进一步发展。
中国盲文是我国视障人群使用的触觉凸点文字。我国现行的盲文方案已经使用了五六十年，目前仍被我国视障人群广泛使用［3］。但是我国的视障者对于我国本土汉字的了解确实一片空白。而且，在中国针对于视障者对于汉字文化的学习的意识薄弱，只有少数盲校中会开展汉字课程，首先通过手指触摸完整汉字的字形贴纸了解字形，再按汉字的不同笔画在纸上刻出其形状排列，目的是练习笔画顺序，最后，在橡皮泥等物体上，练习书写汉字，摸读并进行矫正。汉字的组合方式比现行的双拼盲文组成方式复杂得多，视障者往往难以良好掌握汉字间架结构的组合方式以及词语表达的含义。
二、汉字的呈现方式及设计研究
（一）汉字的结构特点
汉字又称为方块字，汉字在结构上如同积木一样组合而成。其中汉字组成的字根空间配置对字义有影响：①如同样是“口跟贝”的合体，左右排是“呗”，上下排是“员”，排列不同，导致不同含义［4］。②但是当排序一样，顺序不一样时，也会产生不同意义的汉字，例如“立跟曰”的合体，都采用上下排列，但是出现“昱”和“音”这两个完全不同的汉字。③在研究金文、甲骨文的考古中发现，文字右边有“乂”这个字的部件，这表示右手持某物对左边字根作某事［5］。
（二）汉字及其笔画结构呈现原则及其原理
我们的启发来源于2008年中国奥运会开幕式。其中在开幕式倒计时的时候，鸟巢中央出现击鼓方阵，鼓面会通过击打震动亮起，形成方块光点。在舞台上，方块点亮数字，出现十、九、八、七等汉字。在后面文字篇章的表演中，舞台中间立体的出现了活字印刷体，方块汉字凹凸起伏，不断发生变化，在此过程中展现了中国“和”字的演变过程。这些对我们产生很大影响，我们分析现有的盲文触点为半圆形，而根据汉字的特点，展现汉字的触点不能过于圆滑，否则会影响想要表达的效果。在触感汉字处理的方法和规律上我们首先要遵循设计原则的基础，还要考虑文字的特性，由于汉字的多样性，要避免传统的视觉认知的方式，增加视障者对汉字的理解、兴趣。同时在设计汉字展示时我们遵循三个原则：①简洁性原则，我们要尽量地将每一个汉字重新设计，尤其是象形文字，比如“羊”，我们要简单概括出羊的基本特征，用正确简单易懂的形式呈现在视障者“眼前”；②系统性原则，便于技术上的实现，但是要在同一系统下做出变化。关于图形绘制的原理：用矩形方格的方式来呈现，通过点排列的疏密、方式等表现出不同的面和线，通过点的高低错落的秩序表现三维立体的效果；③保留性原则，我们在某些字体的呈现上保留原有的字体特征来进行再设计，加入部分文字本身的含义增加一些趣味性，来增加视障者们的阅读兴趣。
（三）汉字及其笔画呈现方式处理与规律
将现有的文字归类，主要依据偏旁部首笔画等，以当下应用广泛的宋体为主，结合宋体文字的笔画特点，然后在三维模块矩阵中呈现。就像我们平时见的像素点排列一样，按照汉字的间架结构和特点排列显示；比如“永”字，“点”、“竖”、“横”、“弯勾”等笔画特征通过点的不同排列呈现出三维立体的效果（如图1），视障者可以通过触摸汉字，感受汉字的书写过程和构造。并将汉字的基础笔画提取出来延伸出更多的汉字。其中所有汉字的呈现，全部都是由不同的排列方式，不同的疏密，不同的高度来呈现的。将二维构成与空间立体相结合，表现出无论是正常人看的视觉上还是视障者的触觉上都有很好的形式美感。
三、产品设计实践
我们想做的就是让视障者也可以了解、理解并感受汉字。使视障者通过触觉的方式更进一步地了解汉字，理解汉字，了解汉字的文化，同时增加他们的信心。这是我们的目的也是我们的出发点，将汉字、汉字的笔画结构与现代技术结合，提出了关于视障者触觉汉字呈现的研究。
（一）产品技术原理
采用现有的电磁式盲文显示装置的原理，利用计算机控制橡胶触点的升降以显示盲文［2］。同时加入矩形阵列原理，以方块式的触点呈现出来。通过方块与方块触点之间的拼接形成视障者想要得到的汉字，并通过触摸方形触点实现视障人群的汉字学习和理解。从而设计出方块式盲用汉字显示装置。显示装置由电脑终端来控制，融入现有的盲文输入法，视障者能够自己输入想要的汉字，使学习汉字变得更加灵活方便。
显示原理：现有的电脑处理文字信息，一般使用点阵表示，即我们所称的像素。像素在计算机中放大到最大时，是由很多方形格子组成的点阵面。当要表达一个汉字的时候，通过电子方阵来表示一个字符，每个方阵有若干个小格子，其中有笔画的点亮，没有笔画的点暗，这样就实现了文字字符的显示；在表示汉字时，最低使用16×16点表示一个字符，一般要用24×24点［6］。同理转换，推出三维展示汉字字符的方式。
（二）人机工程原理
根据研究人的手掌大小的手指的交互行为和现有的盲文系统得出，现有的盲符的形状为近似半球形，点径在1.0-1.6mm之间，点高在0.2-0.5mm之间，点距在2.2-2.8mm之间，方距在3.5-4mm之间，行距一般大于5mm，一般在5-6mm之间［3］。因此为了更加形象地让视障者了解汉字，根据研究人手掌大小的手指的交互行为，方块式盲用汉字显示装置的方块触点边长设置为1.5mm，高度活动范围在5-10mm之间的方形触点。同时一个正常人的手掌长度在17-19cm之间，宽度在10.5cm左右。当手自然放置在桌面时，手掌朝下，手指处于弯曲的状态，在这时，食指、中指、无名指处于较集中区域，其中长度均值分别为食指69mm、中指77mm、无名指73mm，区域宽均值54mm，各指头宽约15mm［7］。再次结合以上所有数据，那么得出方块式盲用汉字显示装置的显示平面大概应在长26cm宽22cm左右。
（三）功能设计
通过收集大量资料，我们总结出在视障者对汉字的学习过程上，我们将会采用由易到难的学习方法。在实施上，选用传统的方案，先将汉字拆分开来，从简单的偏旁部首开始学起，在减轻视障者学习汉字的难度上，同时给视障者带来新的不同的文字体验。
我们这个产品主要通过语音输入的方式，和盲点键盘输入相结合，然后通过电脑分析，将收到的信息数字化处理，最终在矩形图阵中显示相应的文字及文字结构分解后的各个形状，以便使用者触摸理解想要找寻的文字。文字的排布按照我们设计的每一个字体高低错落有规律的显示。产品主要的流程为：启动装置，开展学习教程，对汉字的基本笔画和偏旁部首进行学习，对其进行了解学习后，可以打开盲点输入显示屏，使用盲文输入法自行输入盲点，电脑进行信息识别与处理，弹出相应的汉字并进行语音解释。其中共有四个主要功能：①教学功能，针对初学者，在电脑系统控制下进行触点的上下位移，展现出汉字的基础偏旁部首，使视障者可以进行初步学习。②输入功能，主要通过盲点输入显示屏，依靠盲文输入法输入盲点信息。③显示功能，通过盲文输入法完成盲点信息的输入后，电脑对输入的信息进行分析识别处理，从而带动触点的上下位移，在显示屏上出现相应汉字的立体展示。④播报功能，主要针对已经展现出来的立体汉字，对其进行详细的解释说明，减轻视障者学习汉字的困难和加深视障者对汉字的理解。
（四）产品效果展示
（如图2）在此设计中更融入到社会新潮出现的文字的变化，并将交互设计应用其中，模拟视障者在阅读中遇到的各类问题，从基础开始学习，为视障者提供更加方便的阅读方式。考虑到视障者的心理特征及特殊的需求和他们自身的特点进行设计，外观造型上采用简单的长方体，显示屏以平面形式存在，更加方便视障者学习汉字，该显示装置前面除了设置有语音播报口外，在中间设置有触觉显示屏，视障者可以根据现有的盲文输入法，输入盲文，从而得到相应的汉字
结语
本文通过对触感的研究、汉字及汉字发展趋势的深入研究，设计出一种基于触觉之上的汉字的另一种阅读方式，使视障者更加深入地了解中国汉字。与现代三维模块矩阵技术相结合，以 3D立体的形式将汉字展现在他们面前，更加真实地感受汉字的魅力。通过视障者阅读理解汉字，让视障者在阅读中体验，在触觉中感受，为视障者打造一个全新的“触手可及”的汉字世界。
基金资助：燕山大学省级大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：201610216126），河北省高等教育学会高等教育科学研究课题（GJXH2013-60），燕山大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：201710216042）。
图1 触点汉字呈现图2 方块式盲用汉字显示装置效果图
参考文献
[1] 韩凯璐，刘月林，袁放 . 面向视障者的触觉图形呈现及其设计应用 [J]. 设计 ，2015，(04):18-19.
[2] 许艳 . 电磁式盲文显示装置的研究 [D]. 浙江理工大学 ，2015，3-4.
[3] GB/T 15720—2008 中国盲文 [S]. 北京：中国盲人出版社 ，2008-09-19.
[4] 王洪瑞 . 汉字的“形与意”在招贴设计中的应用 [D]. 北京服装学院 ，2008，3-4.
[5] 钱伟 . 浅析汉字构形对中国人思维方式的影响 [J]. 中国西部科技 ，2010，(27):80-81.
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