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智能機(jī)器人可用性及造型設(shè)計(jì)年齡差異

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智能機(jī)器人可用性及造型設(shè)計(jì)年齡差異

摘要:細(xì)分智能機(jī)器人的用戶群體并研究用戶差異。設(shè)計(jì)組間重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn),在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)上進(jìn)行人機(jī)交互,分析年輕人和老年人這兩組不同人群對(duì)智能機(jī)器人可用性與造型設(shè)計(jì)評(píng)分。年輕人的可用性與造型設(shè)計(jì)評(píng)分高于老年人,且存在顯著差異。通過年輕人和老年人對(duì)家庭智能機(jī)器人可用性與造型感知主觀差異的量化分析,探究內(nèi)在原因,并歸納具體差異的表現(xiàn)形式。設(shè)計(jì)應(yīng)尊重用戶差異,根據(jù)不同用戶需求設(shè)計(jì)智能機(jī)器人,以提升用戶體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:家庭智能機(jī)器人;可用性;造型;年齡差異;組間重復(fù)測(cè)量

引言

指出,“中國將成為機(jī)器人的最大市場(chǎng)”。按照核心支持技術(shù)的演變,機(jī)器人經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:電氣時(shí)代的一代產(chǎn)品由既定程序控制,只做固定動(dòng)作,無感應(yīng)和適應(yīng)能力;數(shù)字時(shí)代的二代產(chǎn)品裝有傳感器,通過計(jì)算機(jī)控制獲取服務(wù)環(huán)境和對(duì)象信息,初步具備簡單智能;人工智能時(shí)代的三代產(chǎn)品是基于知識(shí)的控制,使用機(jī)器視覺、自然語音處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)[1],具備高級(jí)智能,被廣泛應(yīng)用到家庭生活領(lǐng)域。家庭智能機(jī)器人的運(yùn)行主要聚焦在家庭中的生活場(chǎng)景和行為,感知能力和交互能力更高。因此,對(duì)于此類產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)而言,進(jìn)行深入的人機(jī)交互可用性以及造型研究就顯得非常關(guān)鍵。當(dāng)下,此類產(chǎn)品的開發(fā)流程仍然是憑借設(shè)計(jì)師的主觀經(jīng)驗(yàn),采用手繪、計(jì)算機(jī)三維仿真、樣機(jī)制作等方法來推進(jìn)。設(shè)計(jì)方案定稿之后,通過制作樣機(jī)來反復(fù)測(cè)試產(chǎn)品和用戶的人機(jī)交互可用性以及修改整體造型設(shè)計(jì)方案,導(dǎo)致開發(fā)周期很長。

一、相關(guān)研究現(xiàn)狀述評(píng)

虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形、仿真和傳感等技術(shù)[2],能給用戶提供非常有沉浸感的產(chǎn)品交互體驗(yàn)。在已有的研究中,曹國忠[3]等搭建了清分扎把機(jī)產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái),讓用戶在其中進(jìn)行體驗(yàn)并提出造型修改意見;李太然[4]等將工業(yè)機(jī)器人的操作過程置入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境去執(zhí)行人機(jī)交互,減輕了用戶操作負(fù)擔(dān);李婷婷[5]等利用虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了博物館互動(dòng)展示系統(tǒng)。上述研究驗(yàn)證了使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展產(chǎn)品人機(jī)交互體驗(yàn)的可行性,但未對(duì)產(chǎn)品可用性進(jìn)行分析和測(cè)試。朱彥[6]運(yùn)用主成分分析法對(duì)用戶的感性意象進(jìn)行量化,運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)了某一特定造型風(fēng)格的家庭服務(wù)機(jī)器人造型設(shè)計(jì)要素模型;婁熙純[7]等基于老年人的情感訴求設(shè)計(jì)了智能陪伴機(jī)器人的人機(jī)交互方案,使用戶有更好的使用體驗(yàn)。上述研究均沒有對(duì)設(shè)計(jì)完成的智能機(jī)器人方案進(jìn)行交互體驗(yàn)量化研究,更沒有設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)亩嘁蛩貙?shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)不同用戶在使用同一產(chǎn)品時(shí)的差異性。人工智能技術(shù)的推廣,使得智能機(jī)器人將會(huì)更普遍地走進(jìn)尋常百姓家庭。智能機(jī)器人是所有家庭設(shè)備交互的中樞和智能運(yùn)算的終端,其將要面對(duì)的用戶不僅有年輕人,還有老年人和兒童等。這些家庭成員在使用智能機(jī)器人時(shí),都有自己特定的使用場(chǎng)景,呈現(xiàn)出需求多元化的發(fā)展趨勢(shì)。只有針對(duì)家庭中的不同用戶進(jìn)行深入細(xì)致的研究,細(xì)分用戶群體,才能推出滿足用戶差異的個(gè)性化服務(wù)。本研究旨在運(yùn)用家庭智能機(jī)器人的人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來測(cè)量機(jī)器人的可用性與造型設(shè)計(jì)在面對(duì)不同用戶時(shí)是否存在差異。即選取家庭智能機(jī)器人的可用性和整體造型作為研究對(duì)象,探究適合年輕人使用的產(chǎn)品是否也能讓老年人接受并樂于使用。

二、測(cè)量指標(biāo)和數(shù)據(jù)采集

邀請(qǐng)兩位專家對(duì)30個(gè)家庭智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和研究,挑選出4個(gè)典型方案參加實(shí)驗(yàn)評(píng)估,如圖1所示。機(jī)器人的可用性評(píng)價(jià)采用ASQ量表(AfterscenarioQuestionnaire,ASQ),具有客觀性、復(fù)用性、量化性、經(jīng)濟(jì)性、普適性的特征。該量表由JamesR.Lewis編制,探測(cè)用戶整體上完成任務(wù)的難易度、完成時(shí)間和對(duì)支持信息的滿意度,包括易用性、有用性和滿意度三個(gè)層面。整體ASQ得分是各個(gè)題目所反饋得分的均值,其測(cè)量的信度范圍為0.9-0.96(Lewis,1990b,1991,1995)。ASQ在Lewis等(1990,分析報(bào)告Lewis,1995)中的使用顯示,ASQ分?jǐn)?shù)與場(chǎng)景任務(wù)的成功率之間存在顯著相關(guān)[8](r(46)=-0.4,p<0.01)。機(jī)器人的造型評(píng)價(jià)采用用戶主觀評(píng)分的方式,以Likert7級(jí)量表完成測(cè)評(píng)。本實(shí)驗(yàn)的虛擬平臺(tái)系統(tǒng)選用HTCVIVE設(shè)備進(jìn)行交互,過程中需要實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)選功能集中在兩個(gè)操作手柄上。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在家庭智能機(jī)器人早期三維模型設(shè)計(jì)階段構(gòu)建用戶與產(chǎn)品的交互場(chǎng)景,用戶通過虛擬平臺(tái)與產(chǎn)品進(jìn)行交互并得到體驗(yàn)反饋,能幫助設(shè)計(jì)者及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案,比制作產(chǎn)品實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行可用性測(cè)試的成本低,同時(shí)又能完成多次快速迭代。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(一)實(shí)驗(yàn)被試招募。實(shí)驗(yàn)被試對(duì)象為年輕人和老年人,兩組被試分別招募了22人。其中,年輕人均具有本科以上學(xué)歷,年齡在25—35歲之間,平均年齡為30.5歲,標(biāo)準(zhǔn)差是3.16;老年人均具有高中以上學(xué)歷,年齡在60—70歲之間,平均年齡為65.7歲,標(biāo)準(zhǔn)差是2.66。為了消除性別對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,控制兩組被試的性別人數(shù)比基本接近1:1。

(二)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)采用組間重復(fù)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,要求每位被試依次觀看4個(gè)家庭智能機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)影像。在構(gòu)建交互場(chǎng)景時(shí),首先梳理研究用戶的需求點(diǎn)。趙雅婷[9]等利用Kano模型計(jì)算出老年人對(duì)服務(wù)機(jī)器人的功能需求并進(jìn)行了重要度排序,依據(jù)此方法同樣可以得到年輕人的需求點(diǎn);整理后,根據(jù)每個(gè)家庭智能機(jī)器人的功能定位和造型特征,分別賦予不同的典型交互任務(wù),如表1所示。此外,根據(jù)測(cè)試目的的不同和設(shè)計(jì)展開的具體情況,每次實(shí)驗(yàn)時(shí)家庭智能機(jī)器人的選擇和交互任務(wù)的定義都可以有不同的組合情況。被試與每個(gè)家庭智能機(jī)器人在虛擬場(chǎng)景中的交互時(shí)間為1分鐘。嚴(yán)格控制任務(wù)數(shù)量和交互時(shí)間的目的是避免被試參加實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長,可能會(huì)產(chǎn)生生理疲勞,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。確定典型任務(wù)后,利用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)計(jì),為了消除室內(nèi)環(huán)境可能對(duì)被試產(chǎn)生的外在影響,將4個(gè)家庭智能機(jī)器人均置入同一個(gè)虛擬家居環(huán)境中,如圖2所示。

(三)實(shí)驗(yàn)流程。實(shí)驗(yàn)正式開始前,被試進(jìn)入用戶體驗(yàn)與可用性實(shí)驗(yàn)室,先靜坐休息5分鐘。主試詳細(xì)講解具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作要求。然后,在主試的協(xié)助下,被試佩戴HTCVIVE設(shè)備,調(diào)試設(shè)備確保正常使用。正式開始實(shí)驗(yàn),用戶逐一觀看每個(gè)家庭智能機(jī)器人的人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像并進(jìn)行互動(dòng)。每觀看完一段影像,主試均會(huì)提醒被試暫時(shí)取下實(shí)驗(yàn)設(shè)備,填寫ASQ量表和Likert量表;然后,主試安排被試休息5分鐘后繼續(xù)觀看下一個(gè)家庭智能機(jī)器人影像,結(jié)束后再填寫量表;如此循環(huán),直到實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間,每位被試共觀看4段家庭智能機(jī)器人影像,填寫4次量表,約需20-30分鐘完成所有內(nèi)容。為了消除實(shí)驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的順序效應(yīng)和疲勞效應(yīng),按照拉丁方順序排列4個(gè)家庭智能機(jī)器人的虛擬影像讓被試觀看。實(shí)驗(yàn)從上午8點(diǎn)開始,到下午5點(diǎn)全部結(jié)束。

(四)研究假設(shè)。本研究旨在推導(dǎo)出適合年輕人使用的家庭智能機(jī)器人是否同樣能滿足老年人的使用需求。根據(jù)此研究問題,提出以下5個(gè)研究假設(shè),并用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。假設(shè)1:相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下,家庭智能機(jī)器人可用性存在顯著年齡差異。假設(shè)2:相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下,家庭智能機(jī)器人易用性存在顯著年齡差異。假設(shè)3:相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下,家庭智能機(jī)器人有用性存在顯著年齡差異。假設(shè)4:相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下,家庭智能機(jī)器人滿意度存在顯著年齡差異。假設(shè)5:用戶欣賞相同的家庭智能機(jī)器人時(shí),造型評(píng)價(jià)存在顯著年齡差異。

四、結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,首先運(yùn)用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和預(yù)處理,在去除異常值和無效評(píng)分后整理出有效問卷共40份,其中年輕人和老年人各20份。然后運(yùn)用SpssStatistics19.0版本軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,經(jīng)檢驗(yàn)顯示,所有數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,通過K-S法和S-W法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,得到方差齊結(jié)果。最后,對(duì)處理和驗(yàn)證后的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),比較兩組被試間的差異情況,輸出如下分析結(jié)果。

(一)家庭智能機(jī)器人可用性評(píng)價(jià)結(jié)果。分析方法是對(duì)家庭智能機(jī)器人的可用性主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)求均值,即對(duì)ASQ量表中各項(xiàng)分值求和后再求均值,以此來計(jì)算出可用性總體得分。由表2結(jié)果可見,機(jī)器人1(t=12.58,p<0.001)、機(jī)器人3(t=10.172,p<0.001)、機(jī)器人4(t=18.104,p<0.001)的可用性評(píng)分存在顯著差異,機(jī)器人2(t=1.028,p=0.311)的可用性評(píng)分無顯著差異??傮w上年輕人對(duì)家庭智能機(jī)器人的可用性評(píng)分高于老年人,且存在顯著差異,僅機(jī)器人2的評(píng)分沒有顯著差異。從評(píng)分?jǐn)?shù)值來看,年輕人和老年人對(duì)機(jī)器人2的評(píng)分?jǐn)?shù)值是所有機(jī)器人中最高的。為了更加深入剖析兩組被試對(duì)易用性、有用性和滿意度的差異,進(jìn)一步對(duì)三個(gè)維度分別進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述統(tǒng)計(jì)與分析。見表3所示,在易用性評(píng)分中,機(jī)器人2(t=0.632,p=0.531)、機(jī)器人3(t=7.061,p=0.162)無顯著差異。在有用性評(píng)分中,機(jī)器人2(t=0.623,p=0.537)、機(jī)器人3(t=9.245,p=0.268)無顯著差異。在滿意度評(píng)分中,機(jī)器人2(t=0.000,p=1.000)無顯著差異,機(jī)器人3(t=6.200,p<0.001)存在顯著差異。因此,從總體來看,機(jī)器人2的可用性評(píng)分無顯著差異,而機(jī)器人3可用性評(píng)分的顯著差異主要是受滿意度的影響,在易用性和有用性層面并沒有顯著差異。針對(duì)智能機(jī)器人可用性評(píng)價(jià)的差異,本文提出4個(gè)研究假設(shè),即相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下,家庭智能機(jī)器人可用性、易用性、有用性、滿意度的評(píng)價(jià)存在顯著年齡差異,實(shí)驗(yàn)的測(cè)試與分析結(jié)果支持部分假設(shè)內(nèi)容。在可用性評(píng)價(jià)層面,4個(gè)家庭智能機(jī)器人中有3個(gè)的結(jié)果差異是顯著的,不存在顯著差異的是機(jī)器人2。將可用性細(xì)化拆分至易用性、有用性和滿意度三個(gè)層面,分析后發(fā)現(xiàn)并不是每個(gè)可用性評(píng)價(jià)有顯著差異的機(jī)器人在這三個(gè)層面都有差異。機(jī)器人3在易用性和有用性方面都沒有差異,僅在滿意度上存在差異,說明機(jī)器人3的交互任務(wù)內(nèi)容更能滿足年輕人的期望和要求。

(二)家庭智能機(jī)器人造型評(píng)價(jià)結(jié)果。家庭智能機(jī)器人的造型評(píng)價(jià)采用主觀評(píng)分的方式,用戶觀看完每段虛擬現(xiàn)實(shí)影像后,回答一道問題,具體為“整體上,我覺得這個(gè)家庭智能機(jī)器人造型是好看的”。問題的答案以Likert量表7級(jí)尺度評(píng)分,1分代表非常不同意,4分代表中立,7分代表非常同意。由表4結(jié)果可見,機(jī)器人1(t=0.6,p=0.552)、機(jī)器人2(t=1.525,p=0.135)的造型評(píng)分無顯著差異;機(jī)器人3(t=3.416,p=0.002)、機(jī)器人4(t=2.707,p=0.01)的造型評(píng)分存在顯著差異。兩組被試對(duì)于不同機(jī)器人的造型評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分支持原假設(shè),且年輕人對(duì)4個(gè)機(jī)器人的評(píng)分均高于老年人。機(jī)器人3和機(jī)器人4的造型評(píng)價(jià)結(jié)果存在顯著差異,機(jī)器人3的造型整體機(jī)械感強(qiáng),特別是頭部扁長狹窄,顯得冰冷酷炫,更像科幻電影里的機(jī)器人形象。機(jī)器人4是雙足行走機(jī)器人,胸前沒有傳統(tǒng)智能機(jī)器人的觸摸屏,缺乏明確的引導(dǎo)交互標(biāo)識(shí),左前胸位置設(shè)計(jì)了圓形感應(yīng)區(qū),可以感應(yīng)手勢(shì)交互動(dòng)作。年輕人對(duì)機(jī)器人3和機(jī)器人4的造型更喜歡。

五、討論和分析

本研究邀請(qǐng)了年輕人和老年人作為兩組不同的被試人群,參加了家庭智能機(jī)器人可用性測(cè)試和造型評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)。選取實(shí)驗(yàn)材料時(shí),挑選了4個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案,并針對(duì)每個(gè)家庭智能機(jī)器人的功能和角色定位,設(shè)計(jì)了各具特色的交互任務(wù)供測(cè)試使用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩組不同年齡段的人群在使用相同的家庭智能機(jī)器人時(shí),可用性評(píng)價(jià)和造型評(píng)價(jià)均存在顯著差異,設(shè)計(jì)應(yīng)尊重用戶差異,根據(jù)不同類型用戶的需求開展智能機(jī)器人設(shè)計(jì)。1.年輕人對(duì)于機(jī)器人融入日常生活的接受度更高:對(duì)照交互任務(wù)表和用戶的評(píng)分?jǐn)?shù)值,發(fā)現(xiàn)年輕人的可用性評(píng)分普遍要高于老年人,年輕人更加愿意使用機(jī)器人控制家庭的智能家居家電設(shè)備,更加樂意聽到機(jī)器人主動(dòng)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)、提醒生活細(xì)節(jié),更加享受和機(jī)器人娛樂共舞的互動(dòng),說明年輕人對(duì)于機(jī)器人融入日常家庭生活的接受度更高,在以年輕人為目標(biāo)群體設(shè)計(jì)方案時(shí)可以將機(jī)器人作為用戶與家庭生活環(huán)境之間的交流媒介,引入更多的智能控制和交互功能。2.語音交互操作是智能機(jī)器人重要的交互方式:在人類的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺這五感中,聽覺非常重要,對(duì)于任何類型的用戶而言,語音都是最自然的交流方式。此外,語音交互,讓用戶進(jìn)行多任務(wù)的操作處理。機(jī)器人2的評(píng)分無顯著差異,說明老年人與年輕人一樣,都喜歡用語音交互方式來控制機(jī)器人播放他們各自感興趣的娛樂休閑節(jié)目。這是因?yàn)檎Z言是傳遞信息和交流溝通的最重要手段,用戶進(jìn)行語音交互的學(xué)習(xí)成本最低,又可以解放雙手,同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。因此,智能機(jī)器人要想在情感交互體驗(yàn)上取得突破,必須在語音交互方式上去重點(diǎn)思考和設(shè)計(jì)。因?yàn)檎Z音交互方式讓用戶在使用機(jī)器人時(shí)更像是在和一個(gè)有生命力的對(duì)象交流,感到機(jī)器人“能聽、會(huì)說、懂你”,從而得到良好的人機(jī)交互反饋。3.年輕人對(duì)于機(jī)器人造型的包容度更大:對(duì)照4個(gè)機(jī)器人的造型圖片分析,發(fā)現(xiàn)造型特征為整體圓潤飽滿[10]、線型流暢、沒有銳利拐角的智能機(jī)器人,能同時(shí)得到年輕人和老年人的喜愛,因?yàn)檫@樣的造型與居家環(huán)境有非常好的融入感,不會(huì)額外打擾用戶的日常生活,能讓他們產(chǎn)生安全感。此外,兩個(gè)機(jī)器人的頭部造型都具備動(dòng)漫中孩童形象的外貌特質(zhì)[11],能引起用戶的喜愛和愉悅共情。相形之下,造型特征具有很強(qiáng)現(xiàn)代感和科技感的智能機(jī)器人,居家感較弱,在心理層面很難塑造親近感,較難讓老年人接受。年輕人對(duì)于新鮮事物的接受能力強(qiáng),樂于嘗試新技術(shù)體驗(yàn),對(duì)于機(jī)器人造型的包容度更大。

六、研究局限

研究在選取家庭智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案時(shí),邀請(qǐng)兩位專家憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較和篩選,存在一定程度的主觀影響。若合理增加專家人數(shù),以及充分考慮專家團(tuán)隊(duì)中學(xué)科背景的差異,可以降低這樣的影響;其次,為了控制每位被試觀看虛擬現(xiàn)實(shí)影像的時(shí)間,避免產(chǎn)生生理疲勞影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,只選擇了4個(gè)典型方案參加實(shí)驗(yàn)測(cè)試。后續(xù)可以增加更多不同的家庭智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案和交互任務(wù),合理編排實(shí)驗(yàn)的流程細(xì)節(jié),以便能做更深入的研究。最后,本次實(shí)驗(yàn)選擇了年輕人和老年人作為比較樣本,后續(xù)可以將兒童納入到樣本中,以及將樣本人群按照性別等其他屬性劃分繼續(xù)研究。

結(jié)論

本文通過組間重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)年輕人和老年人使用家庭智能機(jī)器人可用性和造型感知的主觀差異進(jìn)行了量化研究,發(fā)現(xiàn)兩類人群的可用性和造型評(píng)價(jià)存在顯著差異,探究了產(chǎn)生差異的內(nèi)在原因,并歸納了具體差異的表現(xiàn)形式。研究認(rèn)為智能家庭機(jī)器人走進(jìn)日常家庭生活中后能讓每一位家庭成員都有機(jī)會(huì)感受智能科技帶來的便捷,設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)尊重用戶的差異性,充分滿足不同用戶的需求,更好提升他們的使用體驗(yàn)。

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作者:朱彥 單位:上海電機(jī)學(xué)院設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院