感性量化評價技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的認(rèn)知研究與應(yīng)用
——以智能電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)的眼動實(shí)驗(yàn)為例

劉　淼，聶桂平，馬　翀，章　彰

(華東理工大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)與傳媒學(xué)院，上海 200237)

感性量化評價技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的認(rèn)知研究與應(yīng)用
——以智能電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)的眼動實(shí)驗(yàn)為例

劉淼，聶桂平，馬翀，章彰

(華東理工大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)與傳媒學(xué)院，上海 200237)

運(yùn)用眼動追蹤技術(shù)對智能電源產(chǎn)品的造型形態(tài)、功能組件在交互界面中的體量規(guī)模，以及在空間設(shè)置中的視覺效果進(jìn)行眼動實(shí)驗(yàn)．通過采集被試者在觀察該類電源產(chǎn)品原型機(jī)與改良型樣機(jī)的眼動數(shù)據(jù)，比較被試者在觀察兩款產(chǎn)品時眼動數(shù)據(jù)上的差異，分析存在差異的原因，驗(yàn)證眼動實(shí)驗(yàn)對產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)評估的有效性．實(shí)現(xiàn)眼動追蹤技術(shù)與感性量化評價手段之間的結(jié)合，在判斷產(chǎn)品視覺要素對影響用戶認(rèn)知效果上進(jìn)行了探索性嘗試．

工業(yè)設(shè)計(jì)；感性量化；眼動實(shí)驗(yàn)；認(rèn)知評估；智能電源

人類社會發(fā)展至今，人造物的產(chǎn)生已由低級的生理需要發(fā)展到滿足使用者安全保障、情感訴求的功能需要，乃至更高級的社會道德、環(huán)保持續(xù)要求．無論何種需求都必須首先明確人的認(rèn)知規(guī)律[1]，而對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，如何快速捕捉和量化用戶對產(chǎn)品的感性評價是企業(yè)和設(shè)計(jì)師面臨的最為迫切的問題．近年來，隨著人類認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，眼動技術(shù)在心理學(xué)研究領(lǐng)域中越來越受到重視，并涌現(xiàn)了大量科研成果[2]，有些成果甚至已經(jīng)進(jìn)入了醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn)階段，為實(shí)現(xiàn)人類對產(chǎn)品的感性判斷與認(rèn)知量化問題提供了有效手段．但眼動技術(shù)并沒有被充分運(yùn)用于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，市場上缺乏產(chǎn)品感性量化評價的成功案例，其研究成果多集中于平面廣告、動漫游戲等的設(shè)計(jì)評價[3]．基于以上研究現(xiàn)狀，本文以智能電源產(chǎn)品為實(shí)驗(yàn)載體，以明確人的認(rèn)知規(guī)律為研究目標(biāo)，在判斷產(chǎn)品視覺要素對用戶認(rèn)知效果的影響上進(jìn)行探索性嘗試．

1　研究方法

量化在廣義上是指使目標(biāo)或任務(wù)具體、明確，達(dá)到可以清晰度量的程度，根據(jù)實(shí)際情況以數(shù)量、數(shù)字體現(xiàn)一維長度、二維范圍、三維體積、四維時間等．在感性工學(xué)中量化的核心任務(wù)是明確關(guān)系，對工業(yè)設(shè)計(jì)而言就是將人的感性材料與設(shè)計(jì)元素之間建立關(guān)系，并予以數(shù)字呈現(xiàn)．本文力求運(yùn)用眼動追蹤技術(shù)獲取信息、建立關(guān)系，詮釋人的認(rèn)知反應(yīng)，歸納自身的認(rèn)知反應(yīng)傳遞反饋給外界的一般規(guī)律．

通過明確模糊的感性信息，使設(shè)計(jì)師和企業(yè)能夠快速直觀地判別與確認(rèn)新產(chǎn)品與以往同質(zhì)產(chǎn)品在形態(tài)表現(xiàn)上的優(yōu)劣．通過與原型產(chǎn)品進(jìn)行對比評估，明確新產(chǎn)品是否在人性化(造型感、色覺感)方面有所提升，是否更符合人的審美法則，從而進(jìn)一步指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅可以滿足“物”的功能需求，而且能更好地滿足“人”的心理需求．

1.1研究被試者

被試者為華東理工大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)(工科類)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)(文科類)的本科生和碩士研究生，藝術(shù)審美水平較高，感性認(rèn)知能力較強(qiáng)[4]．被試人數(shù)為20人，男性10人，女性10人，平均年齡為21歲，裸眼視力或矯正視力均在1.0以上，無色弱、色覺認(rèn)知障礙．

1.2研究工具

眼球軌跡追蹤儀、智能電源(原型產(chǎn)品、改良型產(chǎn)品)、電子計(jì)算機(jī)、計(jì)時器、繪圖用具．作為實(shí)驗(yàn)觀察對象的智能電源產(chǎn)品是一款基于電能儲存與分流技術(shù)的民用商品，其改良型產(chǎn)品尚處于研發(fā)階段．為保證本文數(shù)據(jù)采集的公平合理性，實(shí)驗(yàn)對象在被試者觀察時，選取以三點(diǎn)透視(相同視角)為基本表現(xiàn)形式的產(chǎn)品靜幀圖片．眼動數(shù)據(jù)由專業(yè)的眼動分析軟件采集與輸出，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析由EXCEL與SPSS完成．

1.3研究過程

本文運(yùn)用感性量化技術(shù)，對現(xiàn)有工業(yè)原型產(chǎn)品與改良型產(chǎn)品進(jìn)行眼動數(shù)據(jù)的量化采集．通過眼動實(shí)測的整體定量分析與AOI(areas of interest)區(qū)域數(shù)據(jù)的局部對比分析[5]，獲取用戶對工業(yè)產(chǎn)品外觀造型的一般認(rèn)知規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)的圖像復(fù)原分類法進(jìn)行輔助驗(yàn)證．

2　研究內(nèi)容及分析

2.1眼動實(shí)測數(shù)據(jù)定量分析

通過排除不受大腦意識控制的反射性眼球運(yùn)動，針對主動性眼動系統(tǒng)進(jìn)行視覺數(shù)據(jù)記錄，結(jié)果如表1和2所示．

表1　原型產(chǎn)品的眼動實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1　Eye tracking test data of the prototype

表2　改良型產(chǎn)品的眼動實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2　Eye tracking test data of the improved product

(續(xù)　表)

對比表1和2可知：

(1) 無論是注視次數(shù)還是跳視次數(shù)，被試者在改良型產(chǎn)品上的停留點(diǎn)數(shù)較原型產(chǎn)品都有明顯的增多，且增幅分別為3.6%和5.0%．這里的停留點(diǎn)數(shù)都是以100 ms以上的采樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的[6]．根據(jù)眼動心理學(xué)理論，視線在被觀察目標(biāo)上的一系列停留點(diǎn)之間進(jìn)行飛速跳動，其中只有在停留點(diǎn)上的視覺信息才會產(chǎn)生有效的影像認(rèn)知信號，也才具備進(jìn)一步加工的可能[7]．因此可以得出，改良型產(chǎn)品在整體的造型元素選取和搭配上比原型產(chǎn)品有一定程度進(jìn)步的定量推斷.

(2) 被試者在觀察過程中，改良型產(chǎn)品在注視頻率與跳視頻率較原型產(chǎn)品都有明顯增長．人類通過頻繁地對刺激信息進(jìn)行選擇與尋找，雖無法獲得清晰的影像但可以獲得相對的空間信息[8]．即眼球注視方位發(fā)生變化的運(yùn)動強(qiáng)弱，可以為產(chǎn)品造型特征的豐富程度及設(shè)計(jì)元素間對比明顯與否提供量化參考．但評價設(shè)計(jì)作品的優(yōu)劣，與“造型特征的豐富”或者“元素間對比顯著”并不是正比關(guān)系，需要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析.

(3) 被試者對改良型產(chǎn)品和原型產(chǎn)品的跳視幅度與跳視速率差別并不明顯．這主要因?yàn)閮煽町a(chǎn)品在產(chǎn)品類別上同為電源類產(chǎn)品，根據(jù)其使用環(huán)境的限制并沒有在體量上進(jìn)行大幅度的調(diào)整．

2.2AOI區(qū)域數(shù)據(jù)對比分析

根據(jù)產(chǎn)品基本功能要求對改良型產(chǎn)品與原型產(chǎn)品進(jìn)行AOI區(qū)域劃分作業(yè)，分別為輪廓特征、主控標(biāo)識、電源開關(guān)、指示燈、插孔組5大區(qū)域，針對每個區(qū)域的AOI注視次數(shù)及AOI滯留時間比例(區(qū)域內(nèi)注視時間與刺激總時間的比值)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3和4所示．

表3　原型產(chǎn)品的AOI注視次數(shù)與AOI滯留時間比例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 3　AOI fixation times and AOI delay times ratio data of the prototype

表4　改良型產(chǎn)品的AOI注視次數(shù)與AOI滯留時間比例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4　AOI fixation times and AOI delay times ratio data of the improved product

由表3和4可知：

(1) 被試者對原型產(chǎn)品及改良型產(chǎn)品5大區(qū)域的AOI注視次數(shù)規(guī)律一致，由高到低依次為插孔組、輪廓特征、主控標(biāo)識、電源開關(guān)、指示燈．由此可以歸納出被試者觀察電源類產(chǎn)品的一般規(guī)律：首先是電源產(chǎn)品的供電功能組件(插孔組)，其次為在視覺上體量感相對較大的外觀風(fēng)格(輪廓特征)，再次是具有操控指示功能的引導(dǎo)組件(主控標(biāo)識)，最后為相互聯(lián)動性最大，但體量感卻最小的兩個產(chǎn)品組件(電源開關(guān)、指示燈)．因此可以確定消費(fèi)者在選購電源類產(chǎn)品時，其優(yōu)先等級規(guī)律為：功能第一，主要關(guān)注產(chǎn)品性能是否優(yōu)異、解決問題的指向性是否明確；第二是外觀，其中體量大的外觀優(yōu)先，較小的次之；第三是操控的人機(jī)系統(tǒng)，包括引導(dǎo)標(biāo)識、工作運(yùn)行輸入、輸出顯示等.雖然產(chǎn)品設(shè)計(jì)師認(rèn)為人機(jī)關(guān)系是其從事工作任務(wù)的重心，但在消費(fèi)者的眼中人機(jī)的重要程度還遠(yuǎn)不及產(chǎn)品的功能屬性．

(2)從原型產(chǎn)品與改良型產(chǎn)品5大AOI區(qū)域的注視次數(shù)對比中，可以發(fā)現(xiàn)改良型產(chǎn)品較原型產(chǎn)品的增幅分別為插孔組(14.52%)、輪廓特征(-8.72%)、主控標(biāo)識(-5.76%)、電源開關(guān)(56.00%)、指示燈(72.73%)．除輪廓特征與主控標(biāo)識兩項(xiàng)的注視次數(shù)低于原型產(chǎn)品，其余3項(xiàng)都高于原型產(chǎn)品．增幅最大的是指示燈與電源開關(guān)．這與改良產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初衷相吻合.在改良型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，采用傳統(tǒng)的問卷調(diào)研方法，調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示原型產(chǎn)品的工作指示燈與現(xiàn)有市場上的既有產(chǎn)品，在色相選擇、光面尺寸、顯示方式上存在同質(zhì)傾向，且由于電源芯片的定位問題，電源開關(guān)在位置的設(shè)置和體量上也存在不合理的邏輯問題．因此針對這兩大問題，改良型產(chǎn)品做了相應(yīng)的改進(jìn)．此外，原型產(chǎn)品因設(shè)計(jì)了主控工作顯示與產(chǎn)品整體工作顯示兩種指示燈，兩種指示燈的顯示極易誤導(dǎo)用戶以及產(chǎn)生使用上的錯誤操作，為此在改良型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上期望可以盡可能拉大兩種指示燈的差別．通過感性的眼動量化技術(shù)，可以明顯看到負(fù)責(zé)產(chǎn)品整體工作顯示的指示燈區(qū)域的注視次數(shù)增幅為72.73%，而負(fù)責(zé)主控工作顯示的指示燈的注視次數(shù)降幅為5.76%，將功能相似的兩個部分進(jìn)行了很好的區(qū)分，解決了用戶在視覺識別上的交互問題．

(3) 被試者對原型產(chǎn)品的5大區(qū)域的AOI滯留時間比例由高到低依次為插孔組、輪廓特征、主控標(biāo)識、指示燈、電源開關(guān)．而改良型產(chǎn)品的5大區(qū)域的AOI滯留時間比例由高到低依次為插孔組、輪廓特征、主控標(biāo)識、電源開關(guān)、指示燈．根據(jù)眼動心理學(xué)理論，被試者在某個AOI區(qū)域注視時間越長說明該區(qū)域內(nèi)有越多的細(xì)節(jié)特征需要被試者的視覺中樞去進(jìn)行加工認(rèn)知．而這個認(rèn)知過程又與一種在心理學(xué)上被稱為“聯(lián)覺”的現(xiàn)象有關(guān)，其主要指人類各種感覺之間產(chǎn)生相互作用的心理現(xiàn)象，即對一種感官的刺激作用觸發(fā)另一種感覺的現(xiàn)象．從產(chǎn)品造型的方面而言，被試者注視某個AOI區(qū)域，由于聯(lián)覺的產(chǎn)生，單個造型特征被潛意識地發(fā)散成多個創(chuàng)新元素，導(dǎo)致被試者需要花費(fèi)更多的精力去斟酌，進(jìn)而引出與該AOI相關(guān)聯(lián)的用戶體驗(yàn)[9]．

(4) 較原型產(chǎn)品，被試者對改良型產(chǎn)品的AOI滯留時間增幅分別為插孔組(-11.29%)、輪廓特征(-16.84%)、主控標(biāo)識(-6.59%)、電源開關(guān)(237.21%)、指示燈(72.31%)．其中插孔組、輪廓特征、主控標(biāo)識的滯留時間有不同程度的下降，電源開關(guān)與指示燈的滯留時間卻有大幅的增加，且改良型產(chǎn)品電源開關(guān)區(qū)域的滯留時間比原型產(chǎn)品增長了近2.5倍的比例．其原因主要有兩點(diǎn)：第一，原型產(chǎn)品電源開關(guān)區(qū)域的AOI滯留時間比例基數(shù)較小，只有2.15%．原型產(chǎn)品的開關(guān)部分在材料運(yùn)用與外觀色彩上沒有創(chuàng)新，采用通用標(biāo)準(zhǔn)件，因此被試者對該區(qū)域只是一掃而過．第二，改良型產(chǎn)品的電源開關(guān)區(qū)域在材料和外觀上進(jìn)行了定向設(shè)計(jì)，且在開關(guān)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了調(diào)整，由大眾化的頂面填坑設(shè)置遷移到右側(cè)面的懸掛設(shè)置．正是由于這一調(diào)整，使被試者在該區(qū)域的視線滯留時間上成倍增加[10]．

2.3圖像復(fù)原分類輔證

對20名被試者所繪制的原型設(shè)計(jì)、改良型設(shè)計(jì)兩份紙制圖像進(jìn)行整理，可以分別歸納出6個相對集中的繪制區(qū)域/特征，分別為：輪廓特征、主控標(biāo)識、電源開關(guān)、指示燈、插孔組、主體色相．根據(jù)測試者的完成程度進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，其中完成部分標(biāo)記為“1”；未完成部分標(biāo)記為“0”，結(jié)果如表5和6所示.

表5　被試者對原型產(chǎn)品集中繪制區(qū)域Table 5　The drawing area of prototype that subjects focused on

(續(xù)　表)

表6　被試者對改良型產(chǎn)品集中繪制區(qū)域Table 6　The drawing area of improved product that subjects focused on

對比表5和6，可以得出被試者對原型產(chǎn)品、改良型產(chǎn)品的印象強(qiáng)弱有以下特點(diǎn)：

(1) 被試者集中繪制出的6項(xiàng)原型產(chǎn)品外觀特征由多到少依次為主體色相、插孔組、輪廓特征、指示燈、電源開關(guān)、主控標(biāo)識；被試者集中繪制出的6項(xiàng)改良型產(chǎn)品外觀特征由多到少依次為主體色相、插孔組、主控標(biāo)識、輪廓特征、電源開關(guān)、指示燈．其中原型產(chǎn)品的主體色相、插孔組、輪廓特征3項(xiàng)基本都有繪出，完成率在90%以上；改良型產(chǎn)品的主體色相、插孔組、主控標(biāo)識3項(xiàng)完成率甚至全部達(dá)到了100%．另一方面，關(guān)于指示燈和電源開關(guān)2項(xiàng)的繪出人數(shù)卻表現(xiàn)出較低的比例，完成率為25%～55%．通過對被試者的回訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其主要原因在于進(jìn)行圖像繪制時，被試者過分在意圖像的整體表現(xiàn)效果，在產(chǎn)品透視、明暗關(guān)系、線條流暢方面耗費(fèi)了大量的精力，且由于被試者的繪圖能力水平參差不齊,導(dǎo)致出現(xiàn)了對某些局部特征的遺漏．

(2) 關(guān)于主控標(biāo)識，20名被試者全部繪出改良型產(chǎn)品，而原型產(chǎn)品只有7人繪出．這主要因?yàn)楦牧夹驮彤a(chǎn)品的主控標(biāo)識添加了色彩的對比(黑/綠)，在色相、明度上都有所差別，而原型產(chǎn)品沒有特別地進(jìn)行外形設(shè)計(jì)．可以推測強(qiáng)烈的色彩對比可以加深被試者對該部分的印象．

(3) 指示燈部分卻剛好相反，20名被試者中有一半人繪出原型產(chǎn)品，而改良型產(chǎn)品只有5人繪出．其原因主要是原型產(chǎn)品的指示燈與現(xiàn)有產(chǎn)品同質(zhì)，被試者在繪制圖像時憑經(jīng)驗(yàn)推測繪出了原型產(chǎn)品指示燈的圖像，而改良型產(chǎn)品的指示燈與現(xiàn)有產(chǎn)品有所差別，并且出現(xiàn)在視野中的遠(yuǎn)側(cè)端，視覺體量感不明顯，因此繪制出的被試者較少．

3　結(jié)　語

本文利用眼球運(yùn)動追蹤技術(shù)對改良前的電源產(chǎn)品(原型產(chǎn)品)與改良后的電源產(chǎn)品(改良型產(chǎn)品)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，通過對注視、跳視的次數(shù)和頻率，以及跳視時的速率和幅度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了眼動實(shí)驗(yàn)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)評估的有效性．此外，針對區(qū)域記錄的AOI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，歸納出被試者觀察電源類產(chǎn)品的一般規(guī)律．統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)結(jié)果與之前產(chǎn)品設(shè)計(jì)目的、擬解決目標(biāo)問題相吻合；在AOI滯留時間比例方面的統(tǒng)計(jì)，也進(jìn)一步體現(xiàn)了被試者對改良型產(chǎn)品不同區(qū)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)注熱點(diǎn)．利用AOI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完全可以檢測設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)元素的加強(qiáng)或弱化是否合適，或者是否達(dá)到了預(yù)期要求．最后通過被試者繪制的圖像文件與眼動數(shù)據(jù)資料的差異性確認(rèn)，表明被試者由于自身的主觀經(jīng)驗(yàn)或參照物的視覺對比，會出現(xiàn)對記憶缺失部分進(jìn)行部件借用或替換的現(xiàn)象，這在一定程度上會干擾統(tǒng)計(jì)結(jié)果.因此在設(shè)計(jì)評估的作業(yè)過程中，建議采取眼動實(shí)驗(yàn)為主，主觀意象繪制或問卷訪談為輔的評價方法.

[1] 高闖．眼動實(shí)驗(yàn)原理：眼動的神經(jīng)機(jī)制、研究方法與技術(shù)[M]．武漢：華中師范大學(xué)出版社，2012．

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Cognition Research and Application of Kansei Quantitative Evaluation in Industrial Product Design:Case Study from Eye Tracking Test on Design of Intelligent Power Device

LIU Miao, NIE Gui-ping, MA Chong, ZHANG Zhang

(School of Art Design and Media, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

The eye tracking technology is used to estimate the visual effects of intelligent power products, including the shape design, space setting and functional components volume in the man-machine interactive interface. The experiment is designed to compare the users’ eye tracking between observing the prototype of intelligent power product and the improved model. By analyzing the data results of the experiments and evaluating the efficiency of product form design, the eye tracking technology is successfully integrated with Kansei evaluation measures, which demonstrates the validity and practicability of eye tracking test in evaluation of the visual influence on user cognition.

industrial design；Kansei evaluation；eye tracking test；cognition test；intelligent power device

1671-0444(2015)04-0536-06

2015-03-30

上海市浦江人才計(jì)劃資助項(xiàng)目(14PJC024)

劉淼(1984—)，男，浙江舟山人，講師，博士，研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、感性工學(xué)等．E-mail：183787975@qq.com

TB 472

A