人工智能(AI)浪潮的到来使得计算机拥有了更强的感知环境和探知人类意图的能力,极大地模糊了人与物交互的边界,丰富了其内容和手段,也对自然交互界面的设计研究提出了新的要求。在交互输入特别是手势方面,可感应设备的无处不在和交互场景的自由化、碎片化使人们在条件允许的情况下更倾向于发挥自身的交互偏好,从而确保自然的交互感受,这就导致用户在已有知识的迁移和衍生上生成多样化的思维模型。因此,本文针对的基本研究问题是:如何从用户的认知处理中提取出概念化上的共性特征并将其转化为设计语言,令设计人员能洞悉对用户来说相对自然的手势形式——意义关系理解,进而发展出既充分表达这一关系又便于使用、且易获得技术支持的手势表现。这其中包括了两个研究课题,一是关于人们在将手势和它对应的交互内涵进行认知关联时在概念化上的共性特征,文中认为意象图式是对这种特征比较组织化、系统化和高度抽象的描绘;二是关于意象图式在交互手势上的反映,它表示为意象图式在用户手势的产生和分类上所起的持续性作用。本文的研究内容为:第一章定义了研究问题、对象和关键术语,划定了研究的相关领域。这些领域涵盖人机交互、认知心理学、认知语言学、用户研究等几大方向,通过对有关概念的梳理和对现有研究的总结,明确了文章的主旨和技术路线。第二章提出了以意象图式作为手势交互的认知背后的思维共性这一原理,以及从用户多方位的口语报告中识别意象图式运用的设想。通过文献的推论、整理与案例分析,指出意象图式的特性与文本理解的重要关系。第三章介绍了意象图式编码的概念和起指导作用的工作方法、规律、要旨,以此为依据提出了从用户自定义手势的意象图式分组中评选方案的设计方法论。在本章中,以案例和实证交叉的方式详述了该方法的执行细节、可行性与现实意义。第四章是将该方法应用于手势交互场景,用模拟的复杂条件和实验设置来衡量手势方案的执行绩效,从而通过判断其对于不同界面环境与操作者不同主观状态的适应度来检验设计方法的实际效用。在第五章中,研究专门讨论了情境因素对意象图式激活和使用的影响,它更直接影响了表达由意象图式所联结的认知域的手势的外在形式。研究认为在情境化设计框架下进行用户启发调查可以从更多细节辨析用户熟悉的知识迁移模式,从而提高偏好陈述和编码各方面的准确性。研究的成果和创新点可以概括为三个方面:第一,研究以概念隐喻理论为出发点,结合双层节点映射模型的理论成果,指出交互手势完整的形式——意义关系的产生所涉及的四组相互映射的认知域,它们以共享意象图式的方式维持着手势从语义到行动的认知一致性,一方面也通过意象图式令手势语义和目标任务的语义彼此关联。第二,本文在指明了识别手势背后的意象图式思维的价值之基础上,根据认知语言学相关理论和文献,提出意象图式识别的四条策略,并且总结出从动词、介词这样的表动态和空间的语素以及从语言隐喻中解读意象图式的参考性指南。经过将手势编码为典型意象图式,可以得到参与建构手势的形式——意义关系认知的意象图式类型,即用户设定、理解和回想手势时潜在使用的思维模型。选择各类型的代表性手势是为了评价用户对激发这些思维模型的自然程度的感受,这样就能够在利用专家知识兼顾手势可用性的同时,让用户对差异化的认知结构做出符合自己习惯的选择。第三,在分析了交互手势的设计空间后,本文在基于桌面设备的实体交互界面和握物状态下的微手势界面两个方向进行设计实践,证明了设计方法的效果,也揭示了它的不足之处。研究还显示意象图式编码的思路可以从设计研究方法论的高度,为使用者认知的分析作出相应的贡献。