基于ACT-R的交互行為認(rèn)知模型仿真研究

仇榮榮

東南大學(xué)

隨著科技的發(fā)展，各種各樣的產(chǎn)品已經(jīng)成為人們?cè)诠ぷ骱蜕钪械奶娲罚跒槿祟悗?lái)極大便捷的同時(shí)，產(chǎn)品的副作用也隨之增多。本文以當(dāng)前信息環(huán)境下界面布局為載體進(jìn)行研究分析，在信息爆炸的時(shí)代，在有限的呈現(xiàn)空間內(nèi)，用最快速度尋找對(duì)自己最有用的信息是一個(gè)非常有意義的話題。判斷界面布局的好壞，當(dāng)下已有很多從各種角度各個(gè)方面所做的研究，例如圖標(biāo)、文字、圖片、信息密度、布局類型、顏色、顯示格式等等。然而，大多數(shù)的研究只是針對(duì)界面本身進(jìn)行展開(kāi)，對(duì)于用戶行為傾向的研究如人們的認(rèn)知習(xí)慣和行為方式（即人的原因）卻少之又少。如果界面布局的設(shè)計(jì)能夠符合人的認(rèn)知習(xí)慣及行為傾向，不僅在一定程度上降低用戶與界面之間的認(rèn)知鴻溝、認(rèn)知障礙，使界面操作更加高效和舒適，而且深入研究用戶的自然行為傾向，還能幫助我們對(duì)人類的行為進(jìn)行有效的控制和預(yù)測(cè)，從而更好的使人和界面布局的效能發(fā)揮到最大。

1 ACT-R介紹

著名的設(shè)計(jì)心理學(xué)家諾曼通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用戶在使用產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，認(rèn)知鴻溝往往存在于行為的執(zhí)行階段和評(píng)估階段，阻礙著人的正常行為。操作者行為意圖和可允許操作之間的差距所產(chǎn)生的執(zhí)行難度使得產(chǎn)品不能讓操作者輕易完成他想做的或者產(chǎn)品采用了不符合操作者意圖的操作方法；評(píng)估階段的障礙反映了操作者在對(duì)產(chǎn)品工作狀態(tài)的判斷或者決定自己期望目的或意圖能否達(dá)到時(shí)遇到的困難，這些障礙都是由于產(chǎn)品操作和人的行為傾向不符導(dǎo)致的。因此，想要消除人對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知差異可以從這些障礙切入，在設(shè)計(jì)根源減少或者消除人的行為和產(chǎn)品操作之間差異。為了提高用戶操作界面的流暢度，在此背景下提出利用ACT-R對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的輔助。

ACT-R是一種認(rèn)知架構(gòu)，用以仿真并理解人的認(rèn)知。它已經(jīng)被廣泛使用來(lái)模擬人類認(rèn)知行為的不同方面，根據(jù)大量的認(rèn)知心理學(xué)實(shí)驗(yàn)圣之石核磁共振實(shí)驗(yàn)精確驗(yàn)證得到程序的內(nèi)部構(gòu)架和參數(shù)設(shè)定，外在表現(xiàn)為一種編程語(yǔ)言。利用這種編程語(yǔ)言編寫(xiě)的程序符合ACT-R背部認(rèn)知參數(shù)，能夠與真人實(shí)驗(yàn)認(rèn)知過(guò)程達(dá)到一致效果，完成仿真。其目標(biāo)是使系統(tǒng)能夠執(zhí)行人類的各種認(rèn)知任務(wù)，如捕獲人的感知、思想和行為，并已經(jīng)被用來(lái)研究人類性能的不同的方面包括感知和注意力、學(xué)習(xí)和記憶、問(wèn)題解決和做決定、語(yǔ)言處理、智能代理、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)、人類－計(jì)算機(jī)交互等。

2 ACT-R在國(guó)內(nèi)的發(fā)展以及國(guó)內(nèi)對(duì)人交互行為認(rèn)知方面的研究概況

設(shè)計(jì)的作用是使人類和世界變得更加容易為人理解，但伴隨著外界因素（產(chǎn)品）和人自身?xiàng)l件的影響，在實(shí)際的產(chǎn)品使用過(guò)程還存在著大量不合理的設(shè)計(jì)，給人們的行為操作、信息傳達(dá)構(gòu)成一定程度的阻礙?，F(xiàn)階段圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究比較多，特別是以人為本的設(shè)計(jì)理念在現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)踐的影響日趨深入，設(shè)計(jì)語(yǔ)義學(xué)從認(rèn)知的高層解決用戶與產(chǎn)品之間的認(rèn)知鴻溝，由于產(chǎn)品的低層設(shè)計(jì)特征和高層語(yǔ)義描述是兩個(gè)完全不同的表征與描述空間，因此通過(guò)產(chǎn)品這一媒介進(jìn)行傳達(dá)時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)映射不準(zhǔn)確和不完善的情況，郭菲以現(xiàn)代語(yǔ)言學(xué)和設(shè)計(jì)美學(xué)為理論基礎(chǔ)，針對(duì)設(shè)計(jì)語(yǔ)義的義素信息源、潛層語(yǔ)義成分、語(yǔ)義的生成等核心問(wèn)題進(jìn)行深入的探討。蔡蕾?gòu)膶?shí)際出發(fā)解讀產(chǎn)品設(shè)計(jì)語(yǔ)義的體現(xiàn)和應(yīng)用，分別對(duì)三種表達(dá)形式進(jìn)行了闡述，并對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展及設(shè)計(jì)語(yǔ)義的元素體現(xiàn)作了實(shí)際性的設(shè)想。紀(jì)楊建，陳思聰，谷濤，陳旭等從不同的側(cè)重點(diǎn)對(duì)語(yǔ)義表達(dá)的研究、應(yīng)用與傳達(dá)進(jìn)行了研究。人機(jī)工效學(xué)則是從用戶的自身認(rèn)知的能力出發(fā)，進(jìn)行研究。

ACT-R是象征的認(rèn)知架構(gòu)，它已經(jīng)被廣泛使用來(lái)模擬人類認(rèn)知行為的不同方面。劉雁飛和吳朝暉利用ACT-R認(rèn)知行為建模方法，建立符合真實(shí)駕駛認(rèn)知行為的認(rèn)知模型并應(yīng)用于車(chē)輛輔助駕駛系統(tǒng)，達(dá)到減少交通事故的目的。通過(guò)對(duì)典型認(rèn)知體系結(jié)構(gòu)的比較和對(duì)ACT-R及其研究的分析，提出了認(rèn)知體系駕駛認(rèn)知行為建模方法。借助ACT-R建模工具，以高速公路駕駛超車(chē)認(rèn)知行為為例，基于模型的駕駛行為預(yù)測(cè)以及基于實(shí)驗(yàn)的模型有效性驗(yàn)證，證明了認(rèn)知行為建模方法具有較廣的適用性和靈活性。利用基于ACT-R認(rèn)知體系的建模工具CogTool構(gòu)建模型，實(shí)驗(yàn)和模型模擬單獨(dú)進(jìn)行，首先使用模型對(duì)要進(jìn)行的典型場(chǎng)景進(jìn)行模擬，然后，觀察駕駛員行為，結(jié)果顯示駕駛行為和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符.同時(shí)從駕駛?cè)蝿?wù)中選取典型的超車(chē)場(chǎng)景，然后用模型進(jìn)行模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí):模擬結(jié)果和實(shí)際駕駛行為符合。

李莉、魏雪峰和崔光佐利用ACT-R仿真注意過(guò)程并將之運(yùn)用到教學(xué)中，清楚地提出了描述整個(gè)注意認(rèn)知過(guò)程的概念。使用ACT-R進(jìn)行仿真注意的過(guò)程，挖掘注意的詳細(xì)過(guò)程和步驟以及一些認(rèn)知細(xì)節(jié)，整體把握注意的認(rèn)知過(guò)程和認(rèn)知規(guī)律。張萌、崔光佐以一道有余數(shù)的除法題為例，利用ACT-R進(jìn)行模擬學(xué)生解題過(guò)程，通過(guò)小學(xué)解題過(guò)程分析，提出課題教學(xué)建議。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涉及運(yùn)用ACT-R模擬進(jìn)行認(rèn)知診斷。與此相似的還有李莉等基于于ACT-R對(duì)幾何證明題解題過(guò)程的模擬，對(duì)幾何證明題進(jìn)行認(rèn)知分解，探討教學(xué)啟示。

我設(shè)想可以利用基于ACT-R基礎(chǔ)上的CogTool工具開(kāi)發(fā)一款界面原型，通過(guò)用戶在界面上的操作步驟分析界面好壞，從而探討用戶認(rèn)知行為的一般習(xí)慣。李娜在網(wǎng)頁(yè)布局初探中給出了布局的原則、幾種形式和常見(jiàn)布局方法。葉新東和章道爭(zhēng)以網(wǎng)絡(luò)課程中界面布局作為研究對(duì)象，分析影響信息獲取效果的因素，以期了解界面布局對(duì)大學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)信息獲取效果的影響，希望為信息傳遞界面的設(shè)計(jì)提供有益的建議。在研究中提出了最短時(shí)間內(nèi)掌握和接受正確信息的問(wèn)題，針對(duì)背景與文字顏色、圖片、多媒體、界面排序、效果等方面做了研究探討。王建民通過(guò)對(duì)圖形用戶界面一致性、邏輯性、啟示性和習(xí)慣用法等設(shè)計(jì)原則的研究，認(rèn)為圖形用戶界面設(shè)計(jì)不但要符合設(shè)計(jì)的審美原則，更要遵循用戶的認(rèn)知心理和行為方式，體現(xiàn)了用戶界面設(shè)計(jì)具有多學(xué)科交叉的顯著特點(diǎn)。在他的文章中給出了界面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的習(xí)慣性用法。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以在基于ACT-R基礎(chǔ)上，利用用戶界面原型工具CogTool開(kāi)發(fā)一款界面原型工具。通過(guò)用戶在此界面上的操作步驟分析界面布局的好壞，建立用戶在面對(duì)界面布局時(shí)的認(rèn)知行為映射，從而探討用戶的認(rèn)知行為習(xí)慣。

[1]郭菲. 設(shè)計(jì)語(yǔ)義研究[D]. 河南大學(xué)，2005.

[2]蔡蕾. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)語(yǔ)義在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2008，02:43-46.

[3]谷濤. 設(shè)計(jì)語(yǔ)義之中國(guó)文化符號(hào)的重構(gòu)[J]. 溫州大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，04:30-33

[4]陳旭. 數(shù)字環(huán)境下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)語(yǔ)義表達(dá)[J]. 桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，04:29-32.

[5]紀(jì)楊建；譚建榮；伊國(guó)棟；馮毅雄. 基于語(yǔ)義元的設(shè)計(jì)方案形式化與重用方法研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，02:30-36.

[6]陳思聰. 產(chǎn)品語(yǔ)義學(xué)在扇產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

[7]阮寶湘. 人機(jī)工程學(xué)課程設(shè)計(jì)/課程論文選編[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2003.

[8]廖建橋. 人機(jī)工程[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[9]張晶. 基于用戶體驗(yàn)的互動(dòng)展示網(wǎng)站的交互設(shè)計(jì)研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2012.

[10]王玉珊. 由情感記憶引導(dǎo)的產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)研究[D]. 江南大學(xué)，2012.

[11]于歌. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的交互設(shè)計(jì)研究[D]. 吉林大學(xué)，2012.

[12]郝慧明. 基于用戶體驗(yàn)的4G手機(jī)交互設(shè)計(jì)研究[D]. 昆明理工大學(xué)，2012.

[13]劉雁飛和吳朝暉. 駕駛ACT-R 認(rèn)知行為建模[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，40（10）:1657-1662.

[14]李莉；魏雪峰；崔光佐. 基于ACT- R 的注意過(guò)程仿真及其在教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 教育與教學(xué)研究，2011，25（10）：31-35.

[15]張萌、崔光佐. 基于ACT.R對(duì)小學(xué)算術(shù)解題過(guò)程的分析研究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（3）：36-40.

[16]李莉；魏雪峰；崔光佐；李萬(wàn)啟. 幾何證明題的認(rèn)知分解及其對(duì)教學(xué)的啟示[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，21（12）：53-57.

[17]李娜. 網(wǎng)頁(yè)界面布局初探[J]. 才智，2011（10）:57.

[18]葉新東；章道爭(zhēng). 網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)中界面媒體元素的布局與信息獲取效果的關(guān)系研究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20（3）：87-92.

[19]王建民. 圖形用戶界面設(shè)計(jì)的原則與發(fā)展趨勢(shì)探討[J].廣西藝術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)《藝術(shù)探索》，2007. 21（2）:118-119.