面向數(shù)字界面的視覺搜索眼動特征研究

1、<p>　　東 南 大 學 畢 業(yè) （設 計）論 文 獨 創(chuàng) 性 聲 明</p><p>　　本人聲明所呈交的畢業(yè)（設計）論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示

2、了謝意。</p><p>　　論文作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　東 南 大 學 畢 業(yè) （設 計）論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明</p><p>　　東南大學有權(quán)保留本人所送交畢業(yè)（設計）論文的復印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外

3、，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)東南大學教務處辦理。</p><p>　　論文作者簽名： 導師簽名： </p><p>　　日期： 年 月 日 日期： 年月 日 </p><p>　　面向數(shù)字界面的視覺搜索眼動特征研究</p&

4、gt;<p>　　02011430 陳茂旭</p><p><b>　　指導教師 薛澄岐</b></p><p>　　摘要：文章主要為研究在數(shù)字界面中視覺搜索過程中表現(xiàn)出的眼動特征。運用模擬數(shù)字界面以及目標元素的方法，在眼動儀上進行眼動實驗，通過觀察，統(tǒng)計在實驗中各項眼動指標的數(shù)據(jù)來分析視覺搜索的特征。經(jīng)過分析，眼動指標中完成搜索所用時間和凝視元素時間

5、以及搜索過程的視線轉(zhuǎn)移等相對重要。設計眼動實驗時，我們考慮了日常影響較為明顯的因素：數(shù)字界面排布形式（4×6和3×8），元素的刺激形式（漢字，字母，圖片），搜索任務的個數(shù)（2、3、4、5個）等，另外我們還自主加入了人們平時生活中的搜索習慣這一影響因素。通過對上述因素的分析，我們在設計實驗界面時將它們都融入我們的實驗中，我們以任務數(shù)為軸，設計了4類實驗，每類實驗都有排布形式兩個分支，每個分支又有刺激形式三個小類，每小類

6、設計5組實驗，總共120組。我們一共完成了15人份的實驗，得出龐大的數(shù)據(jù)，剔除不合格后，我們分析得出了</p><p>　　關(guān)鍵詞：眼動特征 眼動指標 眼動實驗 刺激形式 </p><p>　　Abstract: This article mainly focuses on doing the researches on Eye-movement characteristics

7、 during visual research in digital interface. We do the experiments in eye-movement instrument using ways of the simulation of digital interfaces and the analysis of eye-movement characteristics. And we count the statist

8、ical data of many eye-movement indicators to analyze some characteristics. After consideration, we find that the time it takes to fulfill the researching experiments matters much during a</p><p>　　Key words:

9、 eye-movement characteristics, eye-movement indicators, visual researches, styles of stimulating elements</p><p><b>　　1、緒論</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>

10、;　　1.1.1 現(xiàn)實生活要求</p><p>　　當前，隨著戰(zhàn)機和船舶駕駛操縱、汽車駕駛、飛船操控等系統(tǒng)變得日益復雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的日趨完善，同時自動化的程度不斷提高，人機交互的可靠性和安全性也面臨著極大的考驗與挑戰(zhàn)。近幾年空難事故發(fā)生的愈發(fā)頻繁，給我們帶來了巨大的生命安全威脅和財產(chǎn)損失。然而空難原因各種各樣，但是飛行員的觀察失誤和操作不當卻成了不可忽視的致命因素。</p><p>&

11、lt;b>　　圖1空難原因分布圖</b></p><p>　　近幾年來，伴隨我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，人民群眾交通出行需求日益增長，在帶來了公路交通的日益繁忙和機動車的高速增長的同時，也帶來了道路交通事故的頻發(fā)和嚴重程度。而導致事故的原因中，人為因素占了將近30%，不可謂不多。因此復雜系統(tǒng)中， “人”的因素已成為影響系統(tǒng)的不可忽視的關(guān)鍵性要素之一。</p><p>　　

12、1.1.2現(xiàn)實生產(chǎn)要求</p><p>　　當今社會各個系統(tǒng)變得更加復雜，系統(tǒng)各組件間的協(xié)調(diào)運作更加頻繁、精度要求也很高，傳統(tǒng)人機的交互模式越來越難滿足日益龐大的信息承載需求。而數(shù)字界面以其獨特的數(shù)字化信息集成優(yōu)勢打破了傳統(tǒng)人機界面信息呈現(xiàn)的局限，使得遠程、精確、集中等要求都可以在有限空間里完成，從而使現(xiàn)代生產(chǎn)邁進新時代。（圖2）。</p><p>　　作為人類窺探其內(nèi)部情形和外部態(tài)勢的唯

13、一窗口，復雜系統(tǒng)數(shù)字界面的信息來源渠道多、信息量大、信息結(jié)構(gòu)關(guān)系錯綜復雜，這不僅使錯誤覺察與糾正更困難，而且非常微小的錯誤也可能會導致潛在的災難性后果。近年來，數(shù)字界面的設計問題已成為人因工程學、自動控制、認知心理學、系統(tǒng)科學和設計科學等多學科領(lǐng)域共同關(guān)注的熱點和焦點問題。</p><p>　　圖2傳統(tǒng)人機交互界面（左）和數(shù)字界面（右）</p><p><b>　　1.2研究方向

14、</b></p><p>　　1.2.1兩個方向：人和界面</p><p>　　現(xiàn)代數(shù)字界面應用非常廣泛并且在未來相當長的一段時間內(nèi)將會更加普及，并且人的因素在其中扮演的角色將會越來越重要，然而數(shù)字界面也會給我們帶來一些不可避免的風險，所以為了降低人對于系統(tǒng)的數(shù)字界面由于自身判斷或者操作不當而造成大的事故的風險，我們有必要對于數(shù)字界面進行研究改良，使之更加便于我們觀察操作，并且

15、適合人的身心，從根本上降低犯錯率。</p><p>　　因此我們決定從人和界面兩個方面出發(fā)，一方面使界面設計、信息元素種類、元素排布等更加合理，更加切合我們的心理和身體。另一方面從人的習慣入手，詳細分析各種人在操作數(shù)字界面時的習慣和偏好，從而在界面設計時做出針對性的改良。</p><p><b>　　1.2.2兩個簡化</b></p><p>

16、　　對于任意一個數(shù)字界面或者人機交互界面來說，人類對于其中信息獲取絕大多數(shù)依賴于眼睛，因而眼動追蹤技術(shù)就是探知信息搜索、獲取和處理的較為合理且優(yōu)秀的手段之一。</p><p>　　我們決定從眼動實驗做起，將日常生活中的復雜系統(tǒng)簡化為排布不同的數(shù)字界面，界面上分布不同的信息元素；將我們?nèi)粘＝佑|到的操作簡化為視覺搜索任務。通過在眼動儀上進行實驗，完成給定搜索任務，比較完成任務過程中的眼動特征。</p>

17、<p><b>　　1.2.3實驗指標</b></p><p>　　為了從我們的實驗中得出合理的結(jié)果，我們必須對于所做實驗有嚴格的判定標準。因為實驗都是在眼動儀上進行，它可以完整還原實驗的過程，所以我們決定從眼動特征來入手，分析實驗過程中出現(xiàn)的特點——眼動指標。</p><p>　　對于眼動指標來說有很多，結(jié)合實驗本身的目的，我們選定了如下幾個指標</

18、p><p>　　實驗用時：判定完成一個實驗優(yōu)劣程度的最直觀因素就是用時長度，如果用時較短，說明完成實驗較為順利，側(cè)面反映該界面對于人的觀察或操作相對輕松合理；</p><p>　　熱點：該指標可以反映我們在觀察界面時的視線集中情況，以便于我們對界面的優(yōu)化進行合理安排；</p><p>　　視線停留時間：如果實驗時在一個點停留過久，說明這個點可能有特殊的功能或者問題，需具

19、體問題具體分析；</p><p><b>　　…………</b></p><p>　　1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在項目涉及的相關(guān)學術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外學者進行了大量深入的研究，取得了許多階段性研究成果，具有代表性的研究工作和最新研究進展有：</p><p>　　Hollender[1]等（2010）通過調(diào)查學生使

20、用學習管理系統(tǒng)時的眼動軌跡模式和體驗，對用戶界面的設計作出評估；Fabio Aloisea[10]等（2013）通過眼動分析，以用戶對購物網(wǎng)站界面中手提包視覺注意力為案例研究，總結(jié)如何控制界面中視覺焦點以及如何調(diào)整界面元素引起用戶的視覺注意；Xiaocong Fan[3]等（2011）提出了針對核能發(fā)電廠操作界面設計中建立設計需求方法，為復雜系統(tǒng)界面的評估提供借鑒。Nelson[4]等（2008）分析了不同圖形界面特征對人機交互任務效率

21、的影響；Wei Hengyang[5]等（2013）提出了基于時間的數(shù)據(jù)-用戶-任務的設計三角模型，并利用數(shù)據(jù)分析構(gòu)建出可視化高層次框架，使得設計流程變得更加簡單高效。在眼動跟蹤測評應用方面，Nuraslinda[6]等（2014）利用視覺分析工具包，突破傳統(tǒng)的眼動數(shù)據(jù)分析方法，創(chuàng)新性地提出了眼動數(shù)據(jù)的空間度量分析法，總結(jié)出用戶在地圖中搜索信息時的搜索策略；Boha[7]等（2013）通過分析水平和垂直掃視的眼動軌跡，比較出不同掃視策略

22、的優(yōu)勢和效率；Mayauda[8]等（2013）以餐館菜單設計為案例</p><p>　　前人的研究成果十分豐富，成就突出，不過也有一些局限性。第一，實驗大多是界面信息感知和操作過程中對用戶反應的仿真研究，通過實驗數(shù)據(jù)分析可能存在的設計風險并以此開展設計優(yōu)選和設計改良。第二，研究對象相對單一，忽視了信息之間的相互聯(lián)系以及信息與認知之間的作用機理。第三，研究結(jié)論主要服務于設計終端的方案優(yōu)化和績效評估，對設計前端的方

23、案生成方法始終研究并不夠深入，研究的普適性相對有限，從而導致界面的設計和優(yōu)化的過程中過度依賴設計師的主觀意見</p><p>　　在前人的基礎(chǔ)上，本次研究將會從界面排布、界面信息、任務個數(shù)出發(fā)，探究視覺搜索與上述因素的理論聯(lián)系，探究界面不同設計對于視覺搜索的影響，同時加入人的搜索認知習慣這一因素，綜合以上因素，研究對界面設計的綜合影響，從而為界面優(yōu)化打下理論基礎(chǔ)。</p><p><

24、b>　　1.4研究工具</b></p><p>　　前面說過本次研究主要方法為眼動追蹤技術(shù)，所以定然會使用到這個領(lǐng)域的專用工具：眼動儀。眼動儀是心理學基礎(chǔ)研究的重要工具，主要用于記錄人在視覺信息處理過程中的運動軌跡和一些相關(guān)特征，廣泛應用于閱讀、視知覺等領(lǐng)域。</p><p>　　眼動技術(shù)就是通過對眼動軌跡的記錄從中提取眼動技術(shù)就是通過對眼動軌跡的記錄從中提取諸如注視點，

25、注視次數(shù)和時間，瞳孔大小，眼跳距離等數(shù)據(jù)，從而研究個體的內(nèi)在認知過程。20世紀60年代以來，隨著攝像技術(shù)，紅外技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的運用，推動了高精度眼動儀的研發(fā)，極大地促進了眼動研究在國際心理學及相關(guān)學科中的應用。眼動心理學的研究已經(jīng)成為當代心理學研究的一種有用范型。</p><p>　　本次實驗使用的眼動儀為Tobii X2-30 compact，可輕松地將它固定在筆記本、電腦屏幕或甚

26、至是平板電腦上來實現(xiàn)緊湊、高度便攜式的眼動追蹤解決方案。僅通過一根USB線就可完成連接。該眼動跟蹤系統(tǒng)功能齊全，采用與我們其他眼動跟蹤設備相同的高新技術(shù)，體積大幅縮小，但是并沒有因體積的減小而減少或降低性能與質(zhì)量。其強大的便攜性與較低的成本，讓我們可以將眼動跟蹤與任何界面設計或通信項目整合。</p><p>　　與實驗眼動儀相配套的有一款軟件為Tobii Studio。它是一款功能能全面的眼動數(shù)據(jù)分析和可視化軟件

27、 。Tobii Studio可以讓我們自由的設計測試項目，遠程監(jiān)控，記錄回放，可視化分析數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計指標計算，所有功能均可在一個方案內(nèi)解決。</p><p><b>　　二、實驗任務</b></p><p><b>　　2.1實驗準備</b></p><p>　　2.1.1實驗界面的建立</p>

28、<p>　　我們在生活生產(chǎn)中會遇到各種各樣的界面，從汽車的駕駛界面到網(wǎng)站的各類元素再到遙控器的按鈕分布等等。而這些界面都有會著各自的特點來使界面更加適合用戶，比如界面大小、界面排布、信息密度、信息元素刺激類型、層次等等。但是大多數(shù)界面都會有一些共性，比如相似的形狀，元素排布的規(guī)律等。在進行實驗時，考慮到界面的美觀和元素排布整齊等要求，我們將現(xiàn)實界面抽象成一個長方形的框，其中均勻排布著一定數(shù)量的信息元素（字母、漢字、圖形等等）。

29、</p><p>　　對于實驗界面，我們借鑒網(wǎng)站設計，將其設置為一個像素為1024*768的長方形框，當中均勻排布這24個元素，而界面元素也選擇我們?nèi)粘＝佑|很多的三類——字母，數(shù)字，圖標——作為對照。</p><p>　　2.1.2實驗內(nèi)容的確定</p><p>　　在現(xiàn)在界面應用廣泛的領(lǐng)域，界面操作變得越來越頻繁和重要，同時對我們的操作能力和準確度也提出了更高的要

30、求。很多時候，我們對于界面的操作更多時候集中在任務式的認知，我們在短時間內(nèi)收到的任務信息數(shù)量可能也會不同。</p><p>　　于是：為了適應我們對于現(xiàn)實界面的掌握要求，我們采用信息搜索的方式來取代現(xiàn)實界面操作：即給定一個信息搜索任務（元素搜索），我們需從給定界面中搜索到它。另一方面我們給定的任務可能包含多個元素的搜索，即代替復雜的多目標的界面操作任務。當完成全部元素搜索后實驗結(jié)束。</p><

31、;p><b>　　2.1.3實驗指標</b></p><p>　　在進行實驗后，我們需要對實驗數(shù)據(jù)進行處理，從而分析得出一些相應的結(jié)論。因此我們需要一些指標，而我們再利用眼動儀進行實驗的時候，能夠很方便地得到非常多的眼動指標，經(jīng)過分析，完成任務的時間將會最直觀反映完成任務的難易程度，側(cè)面反映界面的合理性；另外，實驗過程的熱點圖也可以反映我們在實驗過程中的視線集中區(qū)域，便于我們判斷我們的

32、注意力集中位置；最后就是我們在實驗過程中的視線轉(zhuǎn)移過程，幫助我們排除不合格實驗以及我們視線轉(zhuǎn)移的傾向和習慣。</p><p><b>　　2.2實驗界面因素</b></p><p>　　2.2.1信息排布方式的影響</p><p>　　由于數(shù)字界面的大小，信息內(nèi)容和數(shù)量多種多樣，界面的排布也會有很大不同，不同的界面排布方式可能會對我們的認知和操

33、作產(chǎn)生不一樣的影響。為了研究排布方式對于我們的搜索的影響程度，我們首先考慮研究相同信息密度下界面信息元素的排布方式對我們視覺搜索的影響。</p><p>　　在我們所抽象的一個長方形框（像素為1024*768）中，我們均勻排列著24個元素（亂序），但是這24個元素排列方式有4×6、3×8、2×12等等，考慮到界面元素分布的合理性和資源利用率，再結(jié)合日常生活中常用的數(shù)字界面，我們選擇4

34、×6和3×8這兩種較為合理的排布方式，如下圖所示：</p><p><b>　　4×6字母界面</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　2）3×8字母界面</b></p><p><b>　

35、　圖4</b></p><p>　　2.2.2連續(xù)任務的數(shù)量</p><p>　　日常生活中，一個數(shù)字界面上的信息是多種多樣的，比如飛行員的操作界面。而且我們對于界面信息的處理和操作也會出現(xiàn)多個連續(xù)任務，抽象到我們實驗界面中，就是可能給出若干搜索任務。而任務數(shù)量不同，最終的搜索和反應結(jié)果可能也會大不相同，所以我們需要對連續(xù)任務數(shù)量進行討論，研究相應的眼動特征。</p>

36、;<p><b>　　1）二個連續(xù)任務</b></p><p>　　在一個界面中隨機給定兩個搜索元素，如B-D，則要求實驗者按照順序依次從界面中找出這兩個元素，記錄實驗的整個過程。</p><p><b>　　2）三個連續(xù)任務</b></p><p>　　隨機給定三個搜索元素，如B-D-H，則要求實驗者按照順

37、序依次從界面中找出這三個元素，記錄實驗的整個過程。</p><p><b>　　3）四個連續(xù)任務</b></p><p>　　隨機給定四個搜索元素，如B-D-H-S，則要求實驗者按照順序依次從界面中找出這四個元素，記錄實驗的整個過程。</p><p><b>　　4）五個連續(xù)任務</b></p><p&

38、gt;　　隨機給定三個搜索元素，如B-D-H-S-L，則要求實驗者按照順序依次從界面中找出這三個元素，記錄實驗的整個過程。</p><p>　　注：如果給出的任務中出現(xiàn)了相同字母，如A-C-G-A，則A需要按照任務順序依次尋找兩次。</p><p>　　2.2.3搜索距離的影響</p><p>　　從我們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)：一般的，如果一個任務中兩個連續(xù)元素之間

39、的距離越近，那我們在完成搜索任務的過程可能會比較迅速，即搜索的效率更高；如果兩個元素相距較遠，我們依次發(fā)現(xiàn)目標元素的困難相對較大，即搜索效率較低；但是這兩種情況也不是絕對，所以我們需要設計一組實驗來比較目標元素之間的距離對搜索過程的影響程度。</p><p>　　1）任務目標元素的距離較小</p><p>　　將一個任務中的連續(xù)目標元素之間的直線距離設置為小，即兩元素相距不遠（一般為相鄰元

40、素或者對角元素，或者相隔一個元素），進行實驗，記錄完成實驗的整個過程。</p><p>　　2）任務目標元素的距離中等</p><p>　　將一個任務中的連續(xù)目標元素之間的直線距離設置為中等（一般為兩倍的近距離），進行實驗，記錄完成實驗的整個過程。</p><p>　　3）任務目標元素的距離很大</p><p>　　將一個連續(xù)任務的目標元素之

41、間的直線距離設置為很大（一般為三到四倍的近距離），進行實驗，記錄完成實驗的整個過程。</p><p>　　2.2.4刺激元素的影響</p><p>　　在日常生活中，我們所了解和接觸到的數(shù)字界面的形式是非常多的，而其中信息元素的表現(xiàn)形式和傳達方式也各不相同，其中影響最重要的就是界面信息的體現(xiàn)形式，即視覺搜索中對眼睛的刺激形式。比如，我們將現(xiàn)實界面的信息抽象成了實驗界面中A~X這樣的字母，字

42、母就是一種刺激形式，但是這樣是不夠全面的，所以我們還需要研究其他刺激形式對于我們搜索任務的影響。于是我們考慮了現(xiàn)實生活接觸非常多元素：漢字和圖片。對于漢字來說，它的種類也非常多，復雜簡單的也很難分清楚，所以我們考慮用常用的五筆的漢字來作為實驗代表；而圖片刺激的話更加復雜，查閱了一些設計元素網(wǎng)站之后，考慮排除其他刺激形式的干擾，我們決定用類似于安卓手機圖標形式的圖片來作為我們的另一種刺激元素。</p><p>　　

43、在此，我們將信息元素抽象成五畫的漢字，同樣的，結(jié)合我們開始所說的界面排布形式，我們將新加入的兩類元素界面也分為3*8和4*6兩種。如下圖所示:</p><p><b>　　1）漢字界面</b></p><p>　　圖5 3*8漢字界面</p><p>　　圖6 4*6漢字界面</p><p><b>　　2）圖

44、片界面</b></p><p>　　圖7 3*8圖片界面</p><p>　　圖8 4*6圖片界面</p><p>　　2.2.5搜索路徑的影響</p><p>　　對于一個優(yōu)秀或者合理的數(shù)字界面來說，它總是能夠?qū)⒔缑嫘畔⒑侠矸植?，突出重點，方便我們尋找和搜索信息并且易于操作，所以剛剛我們討論了一個合理界面應該考慮的影響因素（排布

45、形式、元素刺激等）。但是有了理論上合理的界面，并不意味著我們在現(xiàn)實認知和操作界面時就一定處于最佳選擇上，因為每個地區(qū)、時代、年齡的人都有著一些自己獨特且大眾化的搜索習慣和偏好，比如有的人習慣了從左往右觀察一個界面，而有的卻習慣從右往左，有的人從上往下，有的人從下往上等等。所以說理論合理界面與實際最優(yōu)界面可能有一些差別，所以我們需要將人的因素加入我們的界面設計當中去。</p><p>　　為了結(jié)合人的搜索習慣，我們

46、決定從搜索任務出發(fā)，將任務元素的搜索順序與它們在界面中的位置聯(lián)系起來（比如任務為依次搜索D-G，而這兩個字母在界面中的位置是D在左，G在右，即可以探究從左往右任務的完成情況），代表人的日常搜索習慣。</p><p>　　具體分為四類：從左往右、從右往左、從上往下、從下往上，示例如下：</p><p>　　1）從左往右的搜索任務</p><p>　　給定的連續(xù)任務中信

47、息元素從左往右分布。如下圖</p><p>　　搜索任務：N-C-U</p><p>　　2）自上而下的搜索任務</p><p>　　給定的連續(xù)任務中信息元素自上而下分布。如下圖</p><p><b>　　搜索任務：W-J</b></p><p>　　3）從右往左的搜索任務</p>

48、<p>　　給定的連續(xù)任務中信息元素從右往左分布。如下圖</p><p>　　搜索任務：W-M-Q</p><p>　　4）自下而上的搜索任務</p><p>　　給定的連續(xù)任務中信息元素自下而上分布。如下圖</p><p>　　搜索任務：O-V-M</p><p><b>　　2.3實驗界面建立

49、</b></p><p>　　在確定了實驗過程中所必須考慮到的實驗因素之后，我們最首要也是最重要的一步還需要設計優(yōu)化：界面的形式設計。</p><p>　　2.3.1界面建立的工具選擇</p><p>　　最開始，我用的是在Word軟件里插入表格，調(diào)整一下表格的大小，在表格中依次填入刺激元素，然后用截圖工具將這部分內(nèi)容給截出來。后來看了效果發(fā)現(xiàn)，這種方法

50、問題很多，首先表格的形狀和大小難以控制，導致元素的位置可能會產(chǎn)生不同誤差；其次，截圖的時候難以保證圖片的大小和像素一樣，以至于界面元素的密度有差異；最后，可能會存在很多不必要的未知影響因素，影響實驗結(jié)果。</p><p>　　于是，我們選擇了用Photoshop去定制每一個界面，保證每一個界面的大小，形狀，像素和刺激元素的位置，大小等都完全相同。而對于界面的大小，我們調(diào)查了許多視頻網(wǎng)站和圖片網(wǎng)站，其中最流行的應該

51、是1024*768格式，而且可以保證圖片的清晰度和刺激元素的大小。還有一點就是界面背景顏色和刺激元素的顏色，一般來說兩個顏色應該反差大一點，所以考慮了黑底白字和白底黑字兩種，由于現(xiàn)實中的界面白底黑字較多，我們就選擇了白底黑字這樣的界面。</p><p><b>　　圖9 界面設計</b></p><p>　　2.3.2刺激元素在界面上的排布</p>&l

52、t;p>　　建立了整體的實驗界面之后，我們需要將刺激元素放進我們的界面中去，由于元素需要均勻排列在整個界面上，所以我們要將3*8界面和4*6界面分為兩類處理，具體處理如下：在ps中打開網(wǎng)格，然后建立網(wǎng)格線，橫縱交錯，從而將整個界面分成相應的份數(shù)，而每個小格正中都是一個元素所在位置。具體分法如下圖：</p><p><b>　　三、實驗設計</b></p><p>

53、;　　通過我們第二部分的影響因素分析，我們可以將我們的任務總結(jié)為以下幾個部分：</p><p>　　界面搜索任務形式即任務連續(xù)個數(shù)的影響：兩個任務、三個任務、四個任務、五個任務；</p><p>　　界面元素之間距離的影響：較近距離、中等距離、較遠距離；</p><p>　　界面布局的影響：3×8分布、4×6分布</p><p

54、>　　界面元素刺激形式的影響：元素為字母、元素為五畫漢字、元素為簡單圖標</p><p>　　人的搜索習慣對于搜索結(jié)果的影響：自上而下、自下而上、從左到右、從右到左；</p><p>　　為了便于我們將實驗有效且高效的完成，我們對上述所有因素進行了一些整合：以任務的個數(shù)為主軸分四大類，每一大類按照界面的排布形式分為兩個方向，每一個方向中又按照刺激元素的種類分為三個小類，共24小類。這

55、樣的分類就將我們所有的因素組合分解成每一個小類，在研究每一個小類的時候不會與其他小類沖突，使得實驗的設計科學合理，同時具有非常好的條理性和可操作性。</p><p>　　任務個數(shù) 排布形式 刺激元素</p><p><b>　　字母</b></p><p>　　4*6 漢字</p><p>　　兩個

56、 圖片</p><p><b>　　字母</b></p><p>　　3*8 漢字</p><p><b>　　圖片 </b></p><p><b>　　字母</b></p><p>　　4*6 漢字<

57、;/p><p>　　三個 圖片</p><p><b>　　字母</b></p><p>　　3*8 漢字</p><p>　　實驗設計 圖片</p><p><b>　　字母</b></p&

58、gt;<p>　　4*6 漢字</p><p>　　四個 圖片</p><p><b>　　字母</b></p><p>　　3*8 漢字</p><p><b>　　圖片</b></p><p><b>

59、　　字母</b></p><p>　　4*6 漢字</p><p>　　五個 圖片</p><p><b>　　字母</b></p><p>　　3*8 漢字</p><p><b>　　圖片</b></p>

60、;<p>　　3.1搜索任務為2個的字母界面 </p><p>　　3.1.1研究界面元素距離的影響</p><p>　　這組實驗的前提是搜索任務為2個且實驗的界面為字母界面，因此可以分為兩類：3*8字母界面和4*6字母界面。而這組實驗所需要考慮的因素為距離，所以我們只需要改變目標元素的距離即可。具體設計：在兩類字母界面上分別任意給定兩個搜索目標，而兩個目標元素的距離分布為近

61、、中、遠三類，每類進行5組實驗。</p><p><b>　　1）4×6界面</b></p><p>　　比如：較近距離：H-C、O-N等；</p><p>　　中等距離：L-V、B-O等</p><p>　　較遠距離：I-T、V-K等</p><p><b>　　2）3

62、15;8界面</b></p><p>　　較近距離：D-G，E-B</p><p>　　中等距離：J-U，L-U</p><p>　　較遠距離：A-E，V-N</p><p>　　注：由于人在觀察同一個界面時會產(chǎn)生臨時的記憶性，如果在一個界面上進行5組實驗的話，實驗者很有可能將元素的位置給記憶下來，因此記憶性會使得結(jié)果產(chǎn)生非常大的

63、偏差。于是我們決定對于任何一組實驗我們都采用一個新的界面，即界面上的元素排列都是隨機產(chǎn)生各不相同的，以保證將記憶因素完全排除。下面的各組實驗也都采用隨機界面的形式。</p><p>　　3.1.2研究視覺搜索習慣的影響</p><p>　　在上述兩類字母界面上隨機給定兩個連續(xù)搜索任務，兩個元素的位置關(guān)系需滿足人眼搜索習慣的理論路徑即從上到下、從下到上、從左到右、從右到左。</p>

64、;<p>　　在研究視覺搜索習慣的時候，設計實驗可能會對元素距離的把握產(chǎn)生疑惑，如果將習慣和距離進行獨立實驗，將會產(chǎn)生很多不必要的實驗，浪費了較多時間。于是我們將其整合在一起，即在研究距離的時候也會分析習慣的影響。這可能會讓我們尋找距離相近但是位置關(guān)系不同的實驗進行對比，對我們實驗過程和實驗數(shù)據(jù)后期處理提出了更高的要求。</p><p>　　3.2研究多任務情況下各種因素的影響</p>

65、<p>　　通過分析上面的實驗所得出的結(jié)論，我們已經(jīng)知道兩個任務情況下各種因素的視覺搜索的眼動特征。所以在進行更多連續(xù)任務的實驗時，我們將多任務拆分成兩個任務來考慮，即將多任務中連續(xù)的兩個目標看作一組兩個搜索任務的實驗。比如，五個搜索任務A-B-V-J-W可以拆分成A-B,B-V,V-J,J-W這四個小任務，在研究每一個小任務時，都可以用到我們兩個搜索任務中的結(jié)論，這樣使我們的實驗處理和分析更加合理和高效。</p>

66、;<p>　　因此對于一個多任務實驗，我們就可以用我們的兩個任務的結(jié)論來進行分析，同時還可以比較任務個數(shù)對于實驗的影響。</p><p>　　3.2.1探索含三個搜索目標的任務的影響</p><p>　　在如下的數(shù)字界面中隨機給出三個搜索目標，實驗者必須依次尋找并發(fā)現(xiàn)這三個元素，完成搜索結(jié)束實驗，記錄統(tǒng)計實驗用時。每組界面需做5次實驗。</p><p>

67、;<b>　　1）4×6字母界面</b></p><p>　　比如：B-E-U，Q-R-B等</p><p>　　注：當三個任務目標有重復時，比如A-P-A，實驗者必須按順序?qū)⒚總€元素都找到，即重復元素需重復找出。</p><p><b>　　2)3×8字母界面</b></p><p

68、>　　實驗操作與上個實驗相同</p><p>　　3.2.2探索含四個搜索目標的任務的影響</p><p>　　實驗操作與3.2.1基本一致，只是本次實驗給出的任務含有四個搜索目標。</p><p>　　3.2.3探索含五個搜索目標的任務的影響</p><p>　　實驗操作與3.2.1基本一致，只是本次實驗給出的任務含有五個搜索目標。&

69、lt;/p><p>　　3.3刺激形式的影響</p><p>　　日常生活中，我們所接觸到的數(shù)字界面是多種多樣的，除了我們的搜索任務個數(shù)的不同，我們遇到的界面元素也不同，即對于人眼的刺激可能也會不同。比如我們對于數(shù)字比較熟悉敏感，而且數(shù)字代表的含義相對單一；而對于漢字來說，它們代表著不同且豐富的含義，而不同的人有著不同的理解；而圖形則含有更加豐富多樣的寓意，我們對于一個圖形的理解也會有很大區(qū)別

70、。所以我們就探究一下實驗目標元素不同，即刺激形式不同對于我們視覺搜索的影響。</p><p>　　3.3.1 刺激形式為漢字時的影響</p><p>　　第一種刺激形式為漢字，為了保證各個漢字本身（筆畫數(shù)、形狀、生僻程度等）不會對我們搜索產(chǎn)生額外的影響，我們決定采用五畫的結(jié)構(gòu)相近的常用漢字來作為我們的刺激元素。具體情況如下圖所示：</p><p><b>

71、　　1）4×6漢字界面</b></p><p><b>　　2）3×8漢字界面</b></p><p>　　通過更換目標元素形式，我們重復3.1和3.2的實驗步驟，來進行我們的刺激形式實驗。</p><p>　　3.3.2刺激形式為圖片時的影響</p><p>　　第二種情況是將我們的刺激

72、元素換成圖片，而我選擇了簡單易懂的小圖標，這些圖標的大小、形狀、像素都完全相同。具體如下圖所示：</p><p><b>　　1）4×6圖標界面</b></p><p><b>　　2）3×8圖標界面</b></p><p>　　實驗具體步驟依舊是重復3.1和3.2，完成整個實驗。</p>

73、<p>　　注：前面我們提高過，為了排除記憶因素的干擾并且完全模擬現(xiàn)實中作任務的隨機性（個數(shù)、種類和形式等），我們將每一組實驗的元素位置都進行了隨機，保證每一組都是獨一無二的。但是這還是不夠的，我們還需要在進行不同個數(shù)和不同刺激形式的實驗的時候，將不同個數(shù)的搜索任務和不同刺激形式的實驗進行打亂穿插，保證下一個出現(xiàn)的實驗所要搜索的目標元素個數(shù)和形式都是無法預測的。最終結(jié)果就是完全隨機出現(xiàn)。</p><p&g

74、t;　　四、實驗過程和實驗結(jié)果</p><p><b>　　4.1實驗安排</b></p><p><b>　　4.1.1測試優(yōu)化</b></p><p>　　在確定了實驗界面及設計工具和研究方法之后，我們便著手建立每一個實驗界面。在建立漢字界面和數(shù)字界面的時候，我們遇到了三個問題：字體加粗與不加粗；字體大?。?*8界面的

75、具體排布。</p><p>　　加粗與不加粗問題界面對比：</p><p><b>　　字體大小對比：</b></p><p>　　3*8界面的排布設計：</p><p>　　當出現(xiàn)這三類問題時，我們并不能確定哪一類界面對于實驗更適合，哪一類會對實驗過程產(chǎn)生額外的影響，所以我們決定進行一個測試實驗，將這幾類問題設計成相應

76、的界面在眼動儀上進行實驗，通過觀察這幾類實驗界面，對比實驗結(jié)果，以保證每一個實驗界面都是最優(yōu)設計。</p><p>　　具體結(jié)果，第一類問題，對于字體加粗界面，眼動實驗過程中的熱點圖現(xiàn)實，搜索過程的熱點區(qū)分相對明顯，在非目標元素區(qū)域，熱點相對較少而且顏色較淺；而字體不加粗界面，熱點圖中的熱點區(qū)域相對分散，顏色沒有區(qū)分，導致無法辨識目標。故選擇字體稍粗的方案。</p><p>　　第二類問題

77、，字體大小的區(qū)別。在較小字體界面上進行實驗時，由于空白較大，導致熱點圖會遍布在各個地方，完全沒有規(guī)律，而且顏色都特別淡，導致視線停留區(qū)分度不是很大。而當使用大字體時，熱點圖的集中性增強，顏色深度也有了一定的提高。故選擇大字體來設計刺激元素。</p><p>　　大字體界面 小字體界面</p><p>　　第三類問題，3*8界面的排布形式

78、，對比下面的兩幅圖，我們會發(fā)現(xiàn)第一幅圖的中間空白范圍較大，而第一幅圖相對來說更加均勻。所以在實驗時，第二幅的圖會出現(xiàn)跟第二類問題一樣的結(jié)果，于是我們選擇更加合適的排布形式2代表的方案。</p><p>　　排布形式1 排布形式2</p><p>　　4.1.2實驗內(nèi)容設計</p><p>　　由于本次實

79、驗是屬于任務搜索型實驗，所以在每一個界面出現(xiàn)之前，我們都應該將該界面所對應的任務給出。于是實驗中120組界面對應120組任務，我們變設計了相應的120組任務界面，如下圖</p><p>　　一個實驗組（任務界面和搜索界面）</p><p>　　其中任務界面包含提示性文字“請依次搜索：”，然后就是任務中的目標元素按順序排列。在將界面導入Tobii studio軟件時，我們先是給出任務界面，然

80、后是相應的搜索界面，以此為一組完整實驗，共120組。</p><p>　　在第三章我們提到過，我們需要將24種所有類型的界面隨機混合起來以排除記憶因素的干擾，因此實驗時各組界面的順序隨機，但是每組都是任務界面-搜索界面這樣的模式。</p><p><b>　　4.1.3實驗安排</b></p><p>　　當120組共240張圖片隨機上傳至To

81、bii studio軟件之后，便可以開始實驗了。由于實驗內(nèi)容中包含了非常多的內(nèi)容，并且覆蓋范圍也很廣，所以我們邀請了15位志愿者來參與我們的實驗。</p><p>　　每個人必須連續(xù)完成所有120組實驗才能結(jié)束實驗，實驗時不得休息或者做其他無關(guān)的事情。根據(jù)具體實驗情況，一般一位志愿者完成實驗需要20~35分鐘左右。</p><p><b>　　4.2實驗數(shù)據(jù)</b>&

82、lt;/p><p>　　4.2.1實驗過程檢查</p><p>　　在進行實驗之前，我們就考慮到了實驗完成過程是否合格的情況。一方面由于連續(xù)圖片任務（比如搜索五個圖片）較多，而且圖片記憶是相對復雜的，當面臨多個圖片的時候，我們有時候會將任務圖片及順序給遺忘，而眼動儀無法回看任務，所以就會出現(xiàn)不合格的實驗組；另一方面，實驗數(shù)量較多，實驗強度大且實驗者的注意力會一直比較集中，而較長的實驗時間則會讓

83、實驗者產(chǎn)生疲勞，從而產(chǎn)生一些搜索錯誤。因此對于實驗的完整過程需要進行檢查。</p><p>　　通過眼動儀和眼動軟件的回放功能，我們可以很輕松地觀察到實驗者在實驗過程中視線的變化和移動路徑，以此我們可以一一審核每一位實驗者的搜索過程，從而將其中沒有完成搜索任務和搜索錯誤的實驗組找出，并將它們剔除在實驗分析之外。</p><p>　　經(jīng)過檢查，我們發(fā)現(xiàn)，一共有42組不合格實驗組，具體分布如下

84、：</p><p>　　從不合格實驗中我們發(fā)現(xiàn)，字母界面出現(xiàn)錯誤的概率非常小，基本集中在四個任務和五個任務；漢字界面出現(xiàn)錯誤的概率一般，也是集中在三個任務，四個任務和五個任務，而圖片界面出現(xiàn)錯誤的概率則最大，而且三個任務四個任務五個任務錯誤的組數(shù)都比較大，且依次遞增。</p><p>　　為了確保本次15人實驗結(jié)果的可信度，需要計算錯誤率。</p><p>　　錯誤

85、率=。經(jīng)檢查，錯誤率很低，所以可以認為本次實驗合格。</p><p><b>　　4.2.2實驗結(jié)果</b></p><p>　　做完實驗我們最關(guān)心的就是實驗結(jié)果，由于眼動儀保存了所有與實驗相關(guān)實驗的數(shù)據(jù)，我們在處理時為了得出本次研究的目標，需要緊扣實驗影響因素，進而在實驗數(shù)據(jù)中搜尋較為重要的眼動指標。</p><p>　　完成實驗過程中搜尋到

86、第一個目標所用時間與刺激形式和排布的關(guān)系。進行每一個實驗時從開始搜索到找到第一個任務所用時間可以區(qū)分每一種界面搜索難易程度。具體實驗數(shù)據(jù)圖表見附錄一。</p><p>　　搜索到首個任務目標所用時間與與刺激元素種類關(guān)系的數(shù)據(jù)圖示例如上所示，對于上圖以及附錄各圖，我們需要觀察的是每張圖中有五個小組，每個小組中最低的那一個柱形所代表的數(shù)據(jù)就是我們實驗過程中搜索到第一個任務所用的時間。通過將這些圖片數(shù)據(jù)進行平均處理，在

87、此需要注意的是，我們應該將實驗數(shù)據(jù)按照界面排布形式分為3*8和4*6兩類，畫出折線圖。</p><p>　　完成一組實驗所用時間與實驗任務個數(shù)、排布形式和刺激形式的關(guān)系。</p><p>　　3*8漢字界面實驗用時與與任務個數(shù)的數(shù)據(jù)圖示例如下所示，完整數(shù)據(jù)圖見附錄一。對于上圖以及附錄各圖，我們需要觀察的是每張圖中有五個小組，每個小組中最高的那一個柱形所代表的數(shù)據(jù)就是我們完成該組實驗的時長。

88、通過將這些圖片上數(shù)據(jù)進行平均處理，我們畫出折線圖。</p><p>　　為了對比界面排布形式的影響，我們還需要處理4*6界面的數(shù)據(jù)。具體見附錄一。將其處理為折線圖如下：</p><p>　　目標之間距離與實驗用時之間的關(guān)系</p><p>　　搜索習慣與實驗用時之間的關(guān)系</p><p><b>　　4.3實驗結(jié)果分析</b&

89、gt;</p><p>　　五、現(xiàn)實應用和未來展望</p><p><b>　　5.1現(xiàn)實應用</b></p><p>　　通過我們這次的研究、實驗和分析，我們會發(fā)現(xiàn)字母界面與漢字界面和圖片界面相比，它的優(yōu)勢在于簡單，具有較強的獨立性。字母相對于漢字和圖片一般來說沒有復雜的含義和信息轉(zhuǎn)化過程，因此在搜索過程中，字母任務相對迅速和高效。而由于圖片

90、任務在記憶時包含了將圖片轉(zhuǎn)化為易于記憶的信息，在搜索時又需要將這種信息轉(zhuǎn)化為圖片，因此搜索過程最為繁瑣，因而效率相對低下。</p><p>　　利用字母、漢字和圖片這三種元素的性質(zhì)，當我們以后在設計一些系統(tǒng)較為復雜或功能繁多的數(shù)字界面時，可以盡量加入一些字母元素。這樣做可以簡化用戶或者操作者對于界面的認知和記憶過程，從而提高我們認知和工作效率，同時能夠提高感知操作的準確度，減少工作中產(chǎn)生的失誤。比如在飛行界面設計

91、時，由于界面中按鈕和其他元素較多，當飛行員在遇到緊急情況，需要短時間內(nèi)進行多個操作任務時，為了提高飛行員的效率和降低犯錯概率，我們就可以在每一個按鈕上標上一個與功能相對應的能夠清楚顯示的英文單詞首字母，幫助飛行員迅速找到所需要的按鈕。</p><p>　　我們的研究也發(fā)現(xiàn)，對于一個任務中兩個連續(xù)元素，實驗者搜索所用的時間隨著距離的增加而增加，且距離越遠，增加的時間越多。所以在設計現(xiàn)實的數(shù)字界面時，比如汽車的界面或

92、者大型機器的控制界面上，我們可以將功能比較重要的按鈕或者使用次數(shù)較多的按鈕放置在靠近的易于接觸的位置，從而在遇到緊急情況時避免驚慌失措。另外，在一些鏈接較多的網(wǎng)站或者車站等公共場所的大廳顯示屏上，可以將一些比較重要的信息集中在一起，或者將同類信息放在相鄰位置，便于用戶或者群眾輕松搜索，體現(xiàn)人性化的設計理念和要求。</p><p><b>　　5.2未來展望</b></p>&l

93、t;p>　　本次研究從數(shù)字界面的優(yōu)化問題出發(fā)，考慮影響數(shù)字界面認知和操作效率的幾大顯性因素出發(fā)，將現(xiàn)實數(shù)字界面抽象成一個簡化的圖片界面，將認知和操作過程抽象為搜索過程，借助眼動儀的視覺追蹤技術(shù)進行實驗，探究排布、距離、習慣和元素形式等因素的影響。最終也得到了很多實驗數(shù)據(jù)，通過分析可以簡單了解這些因素的影響程度。</p><p>　　我們的目的是從設計前端開始形成一個優(yōu)秀界面應該滿足的條件體系，而研究的結(jié)果也

94、基本完成了我們的目標。但是數(shù)字界面的優(yōu)化和眼動特征的研究不僅僅于此，影響界面優(yōu)劣程度的靜態(tài)因素和立體因素還有很多，我們的研究只是涉足了一部分，希望以后可以繼續(xù)深入研究；另一方面，實驗所得的數(shù)據(jù)很多，肯定還包含很多有價值的信息，由于時間原因和本次研究沒有考慮到那些因素，希望未來可以探究挖掘一些更加深入的線索和信息，充實本次眼動研究。</p><p>　　通過本次研究，我們得到了很多有用的信息和結(jié)論，這些結(jié)論對于現(xiàn)實

95、數(shù)字界面的設計和優(yōu)化起著參考和啟發(fā)的作用。以后可以將它們應用到汽車駕駛界面和戰(zhàn)斗力飛行員操作界面中，能夠更加符合設計中人性化的要求，更加適于人機界面的交互，從而降低車禍和空難事故的發(fā)生；另一方面，應用于工業(yè)生產(chǎn)中大型器械的操作界面，簡化了認知操作過程，能夠提高工作效率，一定程度上提高生產(chǎn)效率，為工業(yè)生產(chǎn)帶來一場巨大的變革?？傊蹌幼粉櫦夹g(shù)從技術(shù)前端為我們提供了一個設計和優(yōu)化數(shù)字界面的方法，我們需要利用這個技術(shù)為以后的設計探究出更多更重要

96、的結(jié)論，從本質(zhì)上提升和優(yōu)化數(shù)字界面本身，為生活和生產(chǎn)提供技術(shù)層面的后臺支持和幫助，這僅僅是一個開始而已。</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　3*8漢字界面中第一次搜索到各個任務目標所用時間實驗數(shù)據(jù)圖表：</p><p><b>　　兩個任務</b></p><p>&l

97、t;b>　　三個任務</b></p><p><b>　　四個任務</b></p><p><b>　　五個任務</b></p><p>　　3*8圖片界面中第一次搜索到各個任務目標所用時間實驗數(shù)據(jù)圖表：</p><p><b>　　兩個任務</b></

98、p><p><b>　　三個任務</b></p><p><b>　　四個任務</b></p><p><b>　　五個任務</b></p><p>　　3*8字母界面中第一次搜索到各個任務目標所用時間實驗數(shù)據(jù)圖表：</p><p><b>　　兩

99、個任務</b></p><p><b>　　三個任務</b></p><p><b>　　四個任務</b></p><p><b>　　五個任務</b></p><p>　　4*6漢字界面中第一次搜索到各個任務目標所用時間實驗數(shù)據(jù)圖表：</p><

100、;p><b>　　兩個任務</b></p><p><b>　　三個任務</b></p><p><b>　　四個任務</b></p><p><b>　　五個任務</b></p><p>　　4*6圖片界面中第一次搜索到各個任務目標所用時間實驗數(shù)據(jù)

101、圖表：</p><p><b>　　兩個任務</b></p><p><b>　　三個任務</b></p><p><b>　　四個任務</b></p><p><b>　　五個任務</b></p><p>　　4*6字母界面中第一