情感的数学模型的数学定义

当事物的价值率大于主体的中值价值率时，主体就会不断扩大其作用规模或增加其价值资源投入量；相反，当事物的价值率小于主体的中值价值率时，主体就会不断缩小其作用规模或减少其价值资源投入量。

可以看出，主体的中值价值率是主体对于不同事物确定不同的价值资源投入原则的分界点，主体只要识别出事物的价值率与自己的中值价值率的差值，就可以确定对于不同事物的价值资源投入方向，以实现价值资源的最佳配置。为此做出如下定义： 事物的价值率P与主体的中值价值率Po之差值，称为该事物的价值率高差，用△P来表示，即

△P = P—Po (1-21)

根据这个定义，“中值价值率分界定理”又可理解为：当某事物的价值率高差大于零时，主体就会扩大其作用规模或增加其价值资源投入量；相反，当某事物的价值率高差小于零时，主体就会缩小其作用规模或增加其价值资源投入量。

由此可见，事物的价值率高差是一个非常重要的价值特性参量，它从根本上决定着人对该事物基本的“立场、态度、原则和行为取向”，决定着人对该事物的价值投入方式和投入规模，因而必然会反映了人的头脑中来，形成一种特定的主观意识——情感。为此，对情感做出如下定义： 人对事物的价值率高差△P所产生的主观反映值，定义为人对该事物的情感，用μ来表示。

情感发生的逻辑过程：当事物的价值率高差大于零时，人通常会产生正向情感（如满意、愉快、信任等），价值率高差的绝对值越大，正向情感的强度就越大，从而诱导、调节和控制人的各种活动不断趋向于该事物，以不断扩大其作用规模，其结果是事物的价值率高差将会随着作用规模的增长而下降，正向情感的强度也随之下降；当事物的价值率高差小于零时，人通常会产生负向情感（如失望、痛苦、顾虑等），价值率高差的绝对值越大，负向情感的强度就越大，从而诱导、调节和控制人的各种活动背离该事物，以不断缩小其作用规模，其结果是事物的价值率高差将会随着作用规模的缩小而上升，负向情感的强度也随之下降；当事物的价值率高差等于零时，人通常不会产生情感，从而维持了事物原有的作用规模。

这里要注意，一般的生物规律或生理规律是：事物的价值率高差并不是以等值函数的形式反映到人的情感强度之中，也不是以线性函数的形式反映到人的情感强度之中，也就是说，情感的强度并不与事物的价值率高差成正比，而是呈现出指数函数的关系（详见本章第十节“情感强度三大定律”）：

μ=Kmlog（1+ΔP） (1-22)

式中，Km为情感强度系数。情感强度与价值率高差之间之所以具有这种函数关系，其生物规律或生理规律的客观目的是：当情感强度较小时，情感强度与价值率高差成正比，人的情感就可以较为精确而小范围地感知事物价值率的变化信息；当情感强度很大时，情感强度与价值率高差的对数成正比，人就可以粗略而大范围地获取事物价值率的变化信息。

认知、情感与意志是人类三种基本意识形式，虽然，人们对于人类的认知过程的研究，已经取得了很大的成就，目前的电脑已经能够很好地代替人脑进行各种抽象思维、逻辑推理和数学运算，但是对于人类的情感过程和意志过程的研究，却举步维艰。迄今为止，机器人除了能够机械性地模拟和很粗略地识别一些人类的简单表情以外，再也无法前进一步，情感成了人脑与电脑之间无法逾越的鸿沟，制造一台拥有人类情感的机器人似乎是一个永远无法实现的梦想。其实不然，情感只是人类一种特殊的意识形式，只要揭开了情感的哲学本质，了解情感的核心内容，就能够建立情感的数学模型，就能够对情感进行科学分析和精确计算。

PAD三维情感模型是由Mehrabian 和Russell于1974年提出的维度观测量模型，该模型认为情感具有愉悦度、激活度和优势度3个维度，其中P代表愉悦度（Pleasure-displeasure），表示个体情感状态的正负特性;A代表激活度(Arousal-nonarousal），表示个体的神经生理激活水平;D代表优势度(Dominance-submissiveness），表示个体对情景和他人的控制状态。同时也可以通过这3个维度的值来代表具体的情感，如愤怒的坐标为（-051,059,025）（各维度上的数值范围为-1到+1，+1表示在此维度上的值高，而-1表示在此维度上的值低）。

研究表明，利用P、A、D三个维度可有效地解释人类的情感。例如，Mehrabian等人利用这3个维度可解释其他42种情感量表中的绝大部分变异，而且这3个维度并不限于描述情感的主观体验，它与情感的外部表现、生理唤醒具有较好的映射关系。值得注意的是以往情感研究较多地关注愉悦度和激活度，但这2个维度并不能有效地区分有些情感（如愤怒和恐惧），而PAD三维情感模型则可以区分愤怒和恐惧，因为这两种情感都属于愉悦度低、激活度高的情感，但它们却在优势度上相反，愤怒属于优势度高的情感，而恐惧属于优势度低的情感

人们期盼着能拥有并使用更为人性化和智能化的计算机。在人机交互中，从人操作计算机，变为计算机辅助人；从人围着计算机转，变为计算机围着人转；计算机从认知型，变为直觉型。显然，为实现这些转变，人机交互中的计算机应具有情感能力。情感计算研究就是试图创建一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算系统。

情感被用来表示各种不同的内心体验（如情绪、心境和偏好），情绪被用来表示非常短暂但强烈的内心体验，而心境或状态则被用来描述强度低但持久的内心体验。情感是人与环境之间某种关系的维持或改变，当客观事物或情境与人的需要和愿望符合时会引起人积极肯定的情感，而不符合时则会引起人消极否定的情感。

情感具有三种成分：⑴主观体验，即个体对不同情感状态的自我感受；⑵外部表现，即表情，在情感状态发生时身体各部分的动作量化形式。表情包括面部表情（面部肌肉变化所组成的模式）、姿态表情（身体其他部分的表情动作）和语调表情（言语的声调、节奏、速度等方面的变化）；⑶生理唤醒，即情感产生的生理反应，是一种生理的激活水平，具有不同的反应模式。

概括而言，情感的重要作用主要表现在四个方面：情感是人适应生存的心理工具，能激发心理活动和行为的动机，是心理活动的组织者，也是人际通信交流的重要手段。从生物进化的角度我们可以把人的情绪分为基本情绪和复杂情绪。基本情绪是先天的，具有独立的神经生理机制、内部体验和外部表现，以及不同的适应功能。人有五种基本情绪，它们分别是当前目标取得进展时的快乐，自我保护的目标受到威胁时的焦虑，当前目标不能实现时的悲伤，当前目标受挫或遭遇阻碍时的愤怒，以及与味觉（味道）目标相违背的厌恶。而复杂情绪则是由基本情绪的不同组合派生出来的。

情感测量包括对情感维度、表情和生理指标三种成分的测量。例如，我们要确定一个人的焦虑水平，可以使用问卷测量其主观感受，通过记录和分析面部肌肉活动测量其面部表情，并用血压计测量血压，对血液样本进行化验，检测血液中肾上腺素水平等。

确定情感维度对情感测量有重要意义，因为只有确定了情感维度，才能对情感体验做出较为准确的评估。情感维度具有两极性，例如，情感的激动性可分为激动和平静两极，激动指的是一种强烈的、外显的情感状态，而平静指的是一种平稳安静的情感状态。心理学的情感维度理论认为，几个维度组成的空间包括了人类所有的情感。但是，情感究竟是二维，三维，还是四维，研究者们并未达成共识。情感的二维理论认为，情感有两个重要维度：⑴愉悦度（也有人提出用趋近-逃避来代替愉悦度）；⑵激活度，即与情感状态相联系的机体能量的程度。研究发现，惊反射可用做测量愉悦度的生理指标，而皮肤电反应可用做测量唤醒度的生理指标。

在人机交互研究中已使用过很多种生理指标，例如，皮质醇水平、心率、血压、呼吸、皮肤电活动、掌汗、瞳孔直径、事件相关电位、脑电EEG等。生理指标的记录需要特定的设备和技术，在进行测量时，研究者有时很难分离各种混淆因素对所记录的生理指标的影响。情感计算研究的内容包括三维空间中动态情感信息的实时获取与建模，基于多模态和动态时序特征的情感识别与理解，及其信息融合的理论与方法，情感的自动生成理论及面向多模态的情感表达，以及基于生理和行为特征的大规模动态情感数据资源库的建立等。

欧洲和美国的各大信息技术实验室正加紧进行情感计算系统的研究。剑桥大学、麻省理工学院、飞利浦公司等通过实施“环境智能”、“环境识别”、“智能家庭”等科研项目来开辟这一领域。例如，麻省理工学院媒体实验室的情感计算小组研制的情感计算系统，通过记录人面部表情的摄像机和连接在人身体上的生物传感器来收集数据，然后由一个“情感助理”来调节程序以识别人的情感。如果你对电视讲座的一段内容表现出困惑，情感助理会重放该片段或者给予解释。麻省理工学院“氧工程”的研究人员和比利时IMEC的一个工作小组认为，开发出一种整合各种应用技术的“瑞士军刀”可能是提供移动情感计算服务的关键。而目前国内的情感计算研究重点在于，通过各种传感器获取由人的情感所引起的生理及行为特征信号，建立“情感模型”，从而创建个人情感计算系统。研究内容主要包括脸部表情处理、情感计算建模方法、情感语音处理、姿态处理、情感分析、自然人机界面、情感机器人等。

情境化是人机交互研究中的新热点。自然和谐的智能化的人机界面的沟通能力特征包括：⑴自然沟通：能看，能听，能说，能触摸；⑵主动沟通：有预期，会提问，并及时调整；⑶有效沟通：对情境的变化敏感，理解用户的情绪和意图，对不同用户、不同环境、不同任务给予不同反馈和支持。而实现这些特征在很大程度上依赖于心理科学和认知科学对人的智能和情感研究所取得的新进展。我们需要知道人是如何感知环境的，人会产生什么样的情感和意图，人如何做出恰当的反应，从而帮助计算机正确感知环境，理解用户的情感和意图，并做出合适反应。因此，人机界面的“智能”不仅应有高的认知智力，也应有高的情绪智力，从而有效地解决人机交互中的情境感知问题、情感与意图的产生与理解问题，以及反应应对问题。

显然，情感交流是一个复杂的过程，不仅受时间、地点、环境、人物对象和经历的影响，而且有表情、语言、动作或身体的接触。在人机交互中，计算机需要捕捉关键信息，觉察人的情感变化，形成预期，进行调整，并做出反应。例如，通过对不同类型的用户建模（例如，操作方式、表情特点、态度喜好、认知风格、知识背景等），以识别用户的情感状态，利用有效的线索选择合适的用户模型（例如，根据可能的用户模型主动提供相应有效信息的预期），并以适合当前类型用户的方式呈现信息（例如，呈现方式、操作方式、与知识背景有关的决策支持等）;在对当前的操作做出即时反馈的同时，还要对情感变化背后的意图形成新的预期，并激活相应的数据库，及时主动地提供用户需要的新信息。

情感计算是一个高度综合化的技术领域。通过计算科学与心理科学、认知科学的结合，研究人与人交互、人与计算机交互过程中的情感特点，设计具有情感反馈的人机交互环境，将有可能实现人与计算机的情感交互。迄今为止，有关研究已在人脸表情、姿态分析、语音的情感识别和表达方面取得了一定的进展。

目前情感计算研究面临的挑战仍是多方面的：⑴情感信息的获取与建模，例如，细致和准确的情感信息获取、描述及参数化建模，海量的情感数据资源库，多特征融合的情感计算理论模型；⑵情感识别与理解，例如，多模态的情感识别和理解；⑶情感表达，例如，多模态的情感表达（图像、语音、生理特征等），自然场景对生理和行为特征的影响；⑷自然和谐的人性化和智能化的人机交互的实现，例如，情感计算系统需要将大量广泛分布的数据整合，然后再以个性化的方式呈现给每个用户。

情感计算有广泛的应用前景。计算机通过对人类的情感进行获取、分类、识别和响应，进而帮助使用者获得高效而又亲切的感觉，并有效减轻人们使用电脑的挫败感，甚至帮助人们理解自己和他人的情感世界。计算机的情感化设计能帮助我们增加使用设备的安全性，使经验人性化，使计算机作为媒介进行学习的功能达到最佳化。在信息检索中，通过情感分析的概念解析功能，可以提高智能信息检索的精度和效率。

展望现代科技的潜力，我们预期在未来的世界中将可能会充满运作良好、操作容易、甚至具有情感特点的计算机。

美国著名营销学家Richard l Oliver提出的“期望与实绩”模式是最广泛应用的一种病人满意度模式。根据这个模式，如果病人感觉到的服务质量超过对服务质量的期望，就会感到满意；否则就会不满意。按照病人满意度来评估服务质量，管理者不仅应重视服务过程和服务结果，更应分析、掌握病人的看法及服务过程中影响服务人员和病人相互交往的心理、社会和环境因素。

通过调研，常常发现病人对医务人员提供的服务不满意，而医务人员感到自己已经尽力，对病人的不理解感到委屈。因此，本次调查着重研究医护人员、患者对服务质量理解的差异性，以便为病人提供更能满足其需要的服务。

通过本能层、行为层和反思层的设计，增强产品设计中的情感体验。

要成为一名出色的设计师，仅仅了解用户的反应是不够的，你还得了解为什么用户会做出这样的反应。为什么有些用户会对这个界面感到愉悦，而其他用户却不高兴？为什么我们修改了配色后，转化率变低了？为什么有些用户会去分享他们的体验，而其他用户不会？

在《情感化设计》一书中，Don Norman探讨了三种不同层次的设计：本能、行为和反思。告诉了我们用户是如何在情感上与事物发生联系。

愉悦

“愉悦”是本能、行为和反思在情感化设计的交叉点（我们将进一步探讨）。至关重要的是，设计师要理解这些情感反应不是偶然的，它们可以通过以人为本的设计方法来培养和创造，提供持久和印象深刻的价值。

首先，在用户使用产品的过程中，必须让用户获得一些预期的价值。如果用户跟产品的第一次见面，就感受到了产品的价值，那么用户会更乐意去使用它，产品的留存就会高。所以产品设计一定要突出核心价值。

然后，在我们培养这些情感体验之前，必须满足一套先决条件，即产品的可用性和易用性。

最后，如果体验能引起积极的本能、行为和反思性的情绪反应，人们会喜欢这个产品并分享给其他人。

现在，我们将探讨这些层次的基本知识，以及它们如何应用于产品设计的例子。我们还将从认知科学的角度来构建这些层次。

情感化设计元素

情感化设计可以将功能性产品转化为难忘和持久的体验。

这通常表现为4个方面：

情感记忆链接 -情感会不停地在我们的记忆中发酵，超出了产品的基本功能价值。我们会记得让我们有某种感觉的事情。

美观的可用性效果 -美观增强了可用性，增加了用户学习和适应的意愿。

说服性情感（直觉） -情感使用户能够做出直觉和快速的决定。我们用认知来理解和解释我们的世界，但是我们的情绪会加快我们的决策。

所有权效应 -用户将花更多的精力在其感到有主导权的地方，就像产品是他们自己的延伸。所以要让用户参与到产品中来，让用户可以一起建设产品。

在任何设计中，本能、行为和反思这三个不同的层面都是互相交织的。没有一种设计能完全独立于这三个层面之外。——诺曼，《情感化设计》

接下来就让我们一起走进情感化设计的三个层面：本能、行为、反思。

一、本能情感设计

本能反应是由最初的感官体验触发的。正是这种第一印象决定了用户将要探索其他一切功能的心情和最初的框架。

MacBook Pro开箱

强烈而积极的本能反应有以下好处：

他们为每个后续的交互创建了一个积极的环境。

如果最初的体验是非常积极的，那么用户更容易原谅错误。

“一见钟情”将更易于引导用户分享产品。

本能设计包括用户的意识状态、产品的最初吸引力和用户的整体感受。

二、行为情感设计

行为反应是我们沉浸在产品体验中的感受。这就是我们如何对产品交互做出反应，继而从产品中获得价值，也就是常说的可用性。

从情感的角度来看，当交互是流畅的、熟悉的、符合预期的，那么用户就会从产品的可用性中获得快乐和满足。

行为设计包括可用性、产品功能、性能和使用效果。

捷豹气温控制系统

强有力和积极的行为反应有以下好处：

它们让用户感受到一种控制感。

通过在用户的行为和预期价值之间建立直接的联系来培养信任和可靠性。

我们应鼓励重复的反应，因为人们更倾向于再次体验那种快乐。

三、反思情感设计

反思性的反应是用户沉浸在某种体验后的感受。用户会记住这个体验给他带来的感受，它决定了用户是再次体验，还是回避它。

强烈而积极的反思反应有以下好处：

他们鼓励用户与他人分享他们的体验。

通过使用延伸到产品本身之外的情境来唤起一种自豪感和认同感。

总的来说，反思性情感设计捕捉到了产品的意义、思想的影响、体验的分享以及文化的影响。

情感化设计技巧

为了创造愉悦的体验，设计师必须掌握情感化设计的技巧。以下是情感化设计技巧：

个性化和定制 -个性化用户体验，让您的用户感受到主导权。允许用户将体验定制为自己的延伸

富有表现力的图像 -使用用户可以与之产生共鸣的、插图和动画-视觉效果本身可以展示情感并帮助用户移情。

正面惊喜 -通过让你的用户惊喜来引起正面的情绪反应。

人性化口吻 -使用更人性化的口吻与用户交谈。通过对话表达情感、同理心和鼓励。

幽默 -笑声和欢乐是非常强烈的积极情绪，可以减轻恐惧和不确定性，同时唤起一种快乐的感觉。

讲故事 -有助于人们理解体验的历程，构建他们的互动框架，甚至在使用产品后也能回忆起他们的体验。

微交互 -微妙的暗示使界面更加活跃和有趣，更能促进互动。

总结

本能的、行为的和反思性的情感设计创造了持久和愉快的产品体验。

情感化设计三层模型

设计师必须了解情感设计是如何涵盖整个体验的，从最初发现产品到使用产品，再到产品使用后的思考。

仅仅用“一见钟情”来培养体验是不够的。这种爱必须是永久的、持久的和可分享的。

本篇文章偏理论，意在先树立情感化设计的意识和理论基础。我还会再写一篇文章，更加具象化的阐述如何进行情感化设计。

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情感在性质、强度、紧张度等方面存在的向背两极状态，就是情感的两极性。向背两极性不是各占一端，截然对立，而是在一个连续体上的向背两极的变化。美国心理学家普拉切克提出的情绪三维模式(如图8-2)，就反映了情绪在强度上的变化以及彼此之间的对立性质。

在他绘制的空间模型图上，最上面的八个扇面里代表八种基本情绪，它们烈，故居于顶端，沿扇面向下，越靠近底部，这种情绪就越微弱。在扇面上越邻近的情绪性质上越相似，距离越远，差异越大，互为对顶角的两个扇形中的情绪则是相互对立的。如憎恨和接受，是对立的两种情绪，靠近憎恨的悲痛与其比较近似，靠近接受的喜悦在性质上与其也更为接近。

情感两极性具体表现在以下四个方面。

肯定与否定的两极性。一般来讲，当人们的需要获得满足时产生的是肯定的情感，如满意、愉快、接受、爱慕等；当人们的需要不能得到满足时产生的是消极的情感，如烦恼、忧虑、悲伤、愤怒等。但在社会生活中，有些情感表达并非如此简单，有时历经磨难，愿望终于得以实现时，反倒悲从中来，喜极而泣；有时愿望无法得到满足时，又会哭笑不得。

积极与消极的两极性。从情感对行为的动力作用看，肯定的情感一般起着“增力”作用，促使人们积极行动，提高活动效率；否定的情感更多地产生“减力”作用，使人意志消沉，不思进取，妨碍活动的顺利完成。当然，在具体情境中，不切实际地盲目乐观，过于兴奋，也会造成不良后果，而忧伤和愤怒有时也能激发人的内在力量，去不断奋斗，有所创造。

强与弱的两极性。人的很多情感存在着由弱到强的程度上的变化。就愤怒来讲，前后就有不同的变化：愠怒、愤怒、大怒、暴怒、狂怒。此外，从好感到酷爱，从愉快到狂喜，从忧伤到剧痛，都是强弱两极上的变化。情感的强度越大，人的行为受其支配的可能性就越大，就越难以自控。

紧张与轻松的两极性。紧张与轻松的体验常常发生在生活中的危急关头或关键时刻。当消防队员去奋力灭火，医疗人员去救死扶伤，演员上台表演，运动员参加大赛，经常会处于高度的情绪紧张状态，一旦这些任务完成，危险解除或关键时刻过去，随之而来的是一种轻松的情绪体验。当然，紧张感也和当事人的处事经验和应变能力有关，有些人越到紧急关头，反而越镇静和从容。过度的紧张感会使人不知所措，弄巧成拙。

激动与平静的两极性。激动通常是由于生活中的重要事件引起的强烈而时间短暂的情绪状态，如狂喜、大怒、极度恐惧等。和激动相对立的是平静的情绪，强度较弱，而持续时间较长。人们正常的学习和工作一般都需要在乎静的情绪状态下完成，在生活中崇尚“淡泊宁静”也说明平静的情绪对人的生活有重要意义。