一种评估智能手机键盘设计的评估方法和工具包

摘要

所提出的协议集成了各种评估方法，并演示了一种评估智能手机键盘设计的方法。建议将英文字符匹配的对作为输入材料，并将两个键之间的过渡时间用作因变量。

摘要

键盘输入在与广大用户群的人机交互中发挥了至关重要的作用，键盘设计一直是智能设备研究的基本对象之一。随着屏幕技术的发展，智能手机可以收集更精确的数据和指示器，以深入评估键盘设计。手机屏幕的放大导致了不尽如人意的输入体验和手指疼痛，特别是对于单手输入。输入效率和舒适性引起了研究人员和设计师的注意，并提出了带有尺寸可调按钮的曲面键盘，大致符合拇指的生理结构，以优化大屏幕智能手机上的单手使用。然而，它的实际影响仍然模糊不清。因此，该协议展示了一种通用的总结方法，通过自主开发的软件评估曲面QWERTY键盘设计在5英寸智能手机上的效果，该软件具有详细的变量，包括客观行为数据，主观反馈以及每个接触点的坐标数据。关于评估虚拟键盘的现有文献足够多;然而，其中只有少数几个系统地总结了评估方法和过程并进行了反思。因此，该协议填补了这一空白，并提出了一种系统评估键盘设计的过程和方法，以及用于分析和可视化的可用代码。它不需要额外或昂贵的设备，并且易于进行和操作。此外，该协议还有助于获得设计缺点的潜在原因，并启发设计的优化。总之，这种具有开源资源的协议不仅可以成为一种课堂演示实验，以激励新手开始学习，而且还有助于改善用户体验和输入法编辑器公司的收入。

引言

键盘输入是人机交互的主流方式^1，2，随着智能手机的普及，键盘输入获得了数十亿用户。2019年，全球智能手机普及率已达41.5%3，而美国是普及率最高的国家，则高达79.1%4 。截至2020年第一季度，搜狗手机键盘日活跃用户约4.8亿^5.截至2020年5月6日，谷歌Gboard的下载量已超过10亿次^6。

不令人满意的键盘输入体验随着手机屏幕的放大而增加。虽然放大后的屏幕旨在改善观看体验，但它改变了智能手机的重力、尺寸和重量，导致用户反复改变握持姿势以到达偏远地区（例如，右撇子用户的按钮A和Q），从而导致输入效率低下。肌肉拉伸可能导致使用者患有肌肉骨骼疾病，手部疼痛和不同类型的疾病（例如，腕管综合征，拇指骨关节炎和拇指腱鞘炎^{7，8，9，10）。}喜欢单手使用的用户条件更差¹¹....

研究方案

该研究是按照伦理原则进行的，并得到了清华大学伦理委员会的批准。 图1 显示了评估智能手机键盘设计的过程。

图 1：进行键盘实验和评估键盘设计的一般过程。请点击此处查看此图的放大版本。

1. 准备工作

1. 实验设计
   1. 定义研究问题并提出假设。
   2. 根据假设设计实验并定义自变量（例如，键盘布局，打字姿势）。使用受试者内部设计，以减少参与者之间差异引起的混杂因素和方差。
2. 因变量
   1. 使用物理数据，包括手的长度，输入手指的长度和输入手指的周长，这些都是用卷尺测量....

结果

代表性研究主要遵循上述方案。该研究采用2（键盘布局：弯曲QWERTY与传统QWERTY）×2（按钮尺寸：大，6.3 mm×9 mm与小，4.9 mm×7 mm）受试者内部设计，通过我们自主开发的软件，通过字符对输入任务，评估与传统QWERTY相比，弯曲的QWERTY是否可以提高输入效率和舒适度（图3).本研究没有采用昂贵的生理检测设备或动作捕捉系统，数据分析也不包含建模或模拟。

讨论

在这项研究中，基于屏幕技术的发展，我们提出了一个总结和通用的键盘设计评估方案，以系统，准确地评估键盘设计。先前研究中的现有指标和方法，由英文字符匹配的对以及两个键之间的过渡时间被集成和修改以生成有效的协议。

在此协议中需要注意几个关键点。变量和指标的选择至关重要，因为它们决定了分析的视角，并且可以在键盘设计评估实验的后期阶段使用它?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Changxiang 6S smartphone	Huawei		Smartphone used in the examplar study
Curved QWERTY keyboard software	Tsinghua University		Developed by authors
SPSS software	IBM		Data analysis software
G*Power software	Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf		Sample size calculation
E4 portable wireless wristband	Empatica		Recording galvanic skin response and heart rate
Arqus	Qualysis		Motion capture camera platform
Passive marker	Qualysis		Appropriate sizes: 2.5 mm, 4 mm, and 6.5 mm
Trigno sEMG	Delsys		Recording electromyographic activity
Visual Studio Code	Microsoft		Python editor