人機(jī)界面美度研究概述

李航

摘要：人機(jī)界面是人與機(jī)器之間交互和信息交互的媒介，在人機(jī)系統(tǒng)中扮演著重要的角色。研究表明，界面的美觀度會(huì)景響人們對(duì)其可用性評(píng)價(jià)，本文闡述了用戶感知美感度對(duì)界面評(píng)價(jià)的影響，介紹了美學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)美學(xué)的發(fā)展，并重點(diǎn)分析了人機(jī)界面美度計(jì)算研究現(xiàn)狀，由此提出了該領(lǐng)域研究的前景和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)界面;實(shí)驗(yàn)美學(xué);美度

中圖分類號(hào)：J524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）01-0093-02

作為一個(gè)研究領(lǐng)域，人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、行為科學(xué)、設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉點(diǎn)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的人機(jī)界面在人們的日常生活中扮演了越來(lái)越重要的作用，包括個(gè)人電腦數(shù)字界面、手機(jī)界面、智能穿戴設(shè)備數(shù)字界面等。傳統(tǒng)上人機(jī)界面的評(píng)價(jià)以功能和可用性為重點(diǎn)，但近年來(lái)，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)越來(lái)越注重其美觀度。本文闡述了用戶感知美感度對(duì)界面評(píng)價(jià)的影響，介紹了美學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)美學(xué)的發(fā)展，并重點(diǎn)分析了人機(jī)界面美度計(jì)算研究現(xiàn)狀，由此提出了該領(lǐng)域研究的前景和挑戰(zhàn)。

1 人機(jī)界面概述

人機(jī)界面（Human-Machine Interface）又稱用戶界面（UserInterface），是人與機(jī)器之間交互和信息交互的媒介，是人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。人機(jī)系統(tǒng)指的是人和機(jī)器相互作用和依賴、為完成一定功能組成的集合體，人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交換的交界面，人從界面獲取信息并進(jìn)行操作，機(jī)器通過(guò)界面接收到的信息進(jìn)行處理，同時(shí)通過(guò)界面反饋結(jié)果。傳統(tǒng)上，人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重點(diǎn)是功能和可用性，如界面的可學(xué)習(xí)性、一致性、效率、出錯(cuò)和滿意度等，然而近年來(lái)的相關(guān)研究表明，用戶的審美偏好對(duì)界面評(píng)價(jià)有較大影響。Kurosu and Kashimura[1]進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們使用幾種不同設(shè)計(jì)的ATM機(jī)界面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試計(jì)算機(jī)界面的美感度和用戶感知的可用性之間的相關(guān)性，研究表明，僅改變界面的美感度而不改變系統(tǒng)功能就會(huì)影響人們對(duì)界面可用性的評(píng)價(jià)。此后Tractinsky等人[2]在不同環(huán)境下重復(fù)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)界面的美度與用戶感知可用性之間的強(qiáng)相關(guān)性。Phillips和Chapparro[3]的研究表明用戶對(duì)網(wǎng)站可用性的印象主要受其視覺(jué)吸引力的影響，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于那些高視覺(jué)吸引力、低可用性的界面，用戶會(huì)認(rèn)為其更易用，而那些低視覺(jué)吸引力、高可用性的界面則更難用。美學(xué)因素的積極影響甚至不止對(duì)用戶所感知可用性有影響，甚至?xí)绊懹脩舻谋憩F(xiàn)，例如，Moshagen[4]等人發(fā)現(xiàn)在執(zhí)行搜索任務(wù)時(shí)，美觀程度較高的網(wǎng)站用戶完成任務(wù)的時(shí)間明顯更短，即使這些網(wǎng)站的可用性很差。Sonderegger和Sauer[5]則研究了產(chǎn)品美度對(duì)可用性測(cè)試結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)中，兩組被試分別操作兩個(gè)功能相同但外觀不同的手機(jī)，結(jié)果顯示，那些使用外觀極具吸引力的手機(jī)的參與者的表現(xiàn)更好，任務(wù)完成時(shí)間更短。綜上所述，可以看出美學(xué)因素對(duì)于人機(jī)界面的設(shè)計(jì)非常重要。

2 美學(xué)及其發(fā)展

美學(xué)一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)“Aesthrtik”，意為對(duì)事物的感覺(jué)和情感。美學(xué)是哲學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它是研究美、丑、崇高等審美范疇和人的審美意識(shí)，美感經(jīng)驗(yàn)，以及美的創(chuàng)造、發(fā)展及其規(guī)律的科學(xué)。美學(xué)思想的產(chǎn)生和形成雖然很早，但是美學(xué)作為一門獨(dú)立的科學(xué)卻是近代科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。1735年德國(guó)哲學(xué)家鮑姆嘉在其《關(guān)于詩(shī)的哲學(xué)沉思錄》中，首次使用“美學(xué)”這個(gè)概念，1750年，在他出版的《美學(xué)（Aesthetica）》第一卷中，使用了美學(xué)來(lái)表明這一感性認(rèn)識(shí)的理論，并規(guī)定了這門科學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)[6]。19世紀(jì)中下葉，受自然科學(xué)發(fā)展的影響，德國(guó)心理學(xué)家費(fèi)希納首先把心理實(shí)驗(yàn)法引入美學(xué)領(lǐng)域，開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)美學(xué)（Experimental Aesthetics）這一美學(xué)理論，該理論拋棄了傳統(tǒng)的形而上的美學(xué)研究，而是采用“自下而上”的研究方法，運(yùn)用心理學(xué)和物理學(xué)定量分析法來(lái)測(cè)定某些刺激物引起的人的審美感受[7]。在費(fèi)希納之后，屈爾佩則詳細(xì)探討了實(shí)驗(yàn)美學(xué)的研究方法，將其總結(jié)為印象法、表現(xiàn)法、制作法三大類，這些方法廣泛運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)美學(xué)領(lǐng)域。80年代以來(lái)，在實(shí)驗(yàn)美學(xué)的基礎(chǔ)上又發(fā)展了信息論美學(xué)，試圖運(yùn)用信息論的概念和原理來(lái)解釋審美價(jià)值。1952至1958年，信息論美學(xué)首先在法國(guó)建立起來(lái)，它的創(chuàng)始人是亞伯拉罕·A·莫爾斯，他在1958年出版的《信息論與審美感知》一書闡發(fā)了自己的主張。莫爾斯認(rèn)為信息論美學(xué)的基礎(chǔ)就是“所有的藝術(shù)作品——廣而言之，藝術(shù)表現(xiàn)的任何形式，都可以被視為一種信息。它由發(fā)送者——一個(gè)有創(chuàng)造力的個(gè)人或小團(tuán)體即藝術(shù)家，發(fā)送給來(lái)自一個(gè)特定社會(huì)文化團(tuán)體的個(gè)別接收者。傳遞通道可以是視覺(jué)、聽覺(jué)，或其他的感受系統(tǒng)[8]。此外，Semir Zeld首創(chuàng)了神經(jīng)美學(xué)（Neuroaesthetics），神經(jīng)美學(xué)可視為實(shí)驗(yàn)美學(xué)的子學(xué)科，致力于探究人類審美這一心理活動(dòng)的神經(jīng)機(jī)制和生物學(xué)基礎(chǔ)[9]。

3 美度與美度計(jì)算

對(duì)于人機(jī)界面的美學(xué)測(cè)量主要有兩種方法：一是主觀問(wèn)卷調(diào)查法來(lái)衡量用戶所感知的美度，另一種是通過(guò)定量的數(shù)值計(jì)算分析界面元素與用戶感知美度之間的關(guān)系，即美度計(jì)算。對(duì)于美度的量化計(jì)算，BirkhofF[10]在1933年發(fā)表的《美度測(cè)量（AestheticsMeasures）》一書中提出了產(chǎn)品美度的計(jì)算公式：M=O/C，其中，M（Measures）表示美度、O（Order）表示秩序度、C（Complexity）表示復(fù)雜度。按照這個(gè)公式，視覺(jué)刺激的美度與審美對(duì)象的秩序度成正比，復(fù)雜度成反比，利用此公式，Birkhoff計(jì)算了90個(gè)多邊形輪廓線的美度，從其計(jì)算結(jié)果顯示正方形的美度值最高，但是，這個(gè)公式很快就因?yàn)槠涮^(guò)籠統(tǒng)和局限性遭到反駁。之后，Beebe-Center J G和Praft C C[11]又將秩序度又分為垂直和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱秩序、均衡秩序、水平垂直交叉秩序以及不滿意形式秩序，改進(jìn)了Birkhoff的數(shù)學(xué)模型，提高了計(jì)算結(jié)果和測(cè)試結(jié)果的一致性。Moon與Spencer[12]也基于Birkhoff的模型提出了一種色彩美度計(jì)算方法。Penousal Machado和Amilcar Cardoso[13]結(jié)合人的視覺(jué)認(rèn)知加工過(guò)程，提出了新的美度計(jì)算模型，并將其應(yīng)用與圖片美度計(jì)算中。Tullis等人[14]提出了衡量屏幕界面美度的四個(gè)指標(biāo)：總體密度、局部密度、分組和布局復(fù)雜度，并將其應(yīng)用于兩種不同格式的屏幕設(shè)計(jì)中，結(jié)果顯示這種方法能很好地提供客觀的界面評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。之后，Ngo等人[15]在Tullis等的基礎(chǔ)上提出了13個(gè)美度量化指標(biāo)的計(jì)算方法用以衡量屏幕界面的美感度，包括：平衡度（Measure ofBalance，BM）、均衡度（Measure of Equilibrium，EM）、對(duì)稱度（Measureof Symmetry、SYM）、連續(xù)度（Measure of Sequence，SQM）、凝聚度（Measure of Cohesion，CM）、整體度（Measure of Unity，UM）、比例（Measure of Proportion，PM）、簡(jiǎn)單度（Measure of Simplicity，SMM）、密集度（Measure of Density，DM）、規(guī)律度（Measure ofRegularity，RM）、經(jīng)濟(jì)性（Measure of Economy，ECM）、同質(zhì)度（Measure of Homogeneity，HM）、節(jié)奏度（Measure of Rhythm，RHM）。Ngo等人[16]又將該計(jì)算模型應(yīng)用于57個(gè)不同美度的數(shù)據(jù)輸入界面，t檢驗(yàn)的結(jié)果表明平衡度、整體度和連續(xù)度對(duì)是貢獻(xiàn)度最高的指標(biāo)。此外，Michael Bauerly[17]等研究了界面元素的對(duì)稱性、平衡性以及數(shù)量對(duì)界面美度評(píng)價(jià)的影響，結(jié)果表明，對(duì)稱的圖像評(píng)分更高，增加界面元素的數(shù)量也會(huì)導(dǎo)致美度評(píng)價(jià)降低。SimonLok等[18]基于視覺(jué)重量和視覺(jué)平衡的概念，提出了表示元素視覺(jué)權(quán)重的WeightMaps的算法，以允許自動(dòng)布局系統(tǒng)評(píng)估其布局的有效性。Balinsky等[19]提出了一種自動(dòng)檢測(cè)界面元素軸向?qū)ΨQ的方法。Kang等[20]提出了一種形狀和色彩相結(jié)合的色彩美度評(píng)價(jià)方法。周蕾等[21]運(yùn)用感性工學(xué)對(duì)人類感性體驗(yàn)的定量分析方法，構(gòu)建了界面美度的意象結(jié)構(gòu)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，指出界面的平衡、比例、簡(jiǎn)潔、呼應(yīng)為影響用戶美感體驗(yàn)的關(guān)鍵性潛在因子，提出12個(gè)美度指標(biāo)并構(gòu)建了界面美度的計(jì)算體系，開發(fā)了交互界面美度計(jì)算原型系統(tǒng)，并對(duì)某插箱面板界面進(jìn)行了美度評(píng)價(jià)，但其研究沒(méi)有評(píng)估每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于美度評(píng)價(jià)的影響力，對(duì)界面設(shè)計(jì)缺乏指導(dǎo)性。袁培颯等人[22]在Ngo的14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，又提出4個(gè)色彩特征計(jì)算公式，并采用SVM方法建立特征與軟件美感之間的關(guān)系模型，以期找出對(duì)界面美感影響較大的特征。結(jié)果表明，簡(jiǎn)單度和比例美感是影響用戶對(duì)界面美感認(rèn)知的主要特征。但該研究缺乏色彩相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建過(guò)程方面的論述，也沒(méi)有闡述其在界面美度評(píng)價(jià)方面的影響。張娜等[23]抽取了平衡度、整體度、簡(jiǎn)潔度和統(tǒng)一度4個(gè)美度意象指標(biāo)，采用A日尸方法計(jì)算各意象指標(biāo)的權(quán)重，以打印機(jī)界面和熱水器界面為例驗(yàn)證了該方法能夠客觀、準(zhǔn)確地反映人機(jī)界面形態(tài)元素布局的美度水平。

4 結(jié)語(yǔ)

美學(xué)因素在人機(jī)交互的研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐中愈發(fā)重要，現(xiàn)代美學(xué)在自然科學(xué)和信息論的影響下逐步發(fā)展出以實(shí)驗(yàn)美學(xué)為代表的自下而上的研究方法，隨著人機(jī)界面的廣泛應(yīng)用，界面美度計(jì)算研究得到了深入發(fā)展，但這些研究還存在以下局限性：（1）研究對(duì)象局限于特定類型的頁(yè)面，而且這些界面結(jié)構(gòu)和布局都比較簡(jiǎn)單，研究結(jié)果難以推廣到更一般的人機(jī)界面中;（2）色彩對(duì)界面美度的影響很大，但界面布局美度的研究大多忽略了色彩因素，缺乏形狀與色彩相結(jié)合的美度計(jì)算模型;（3）缺乏認(rèn)知風(fēng)格、審美偏好等主觀因素對(duì)于界面美度計(jì)算結(jié)果影響的研究?？梢钥吹?，人機(jī)界面美度計(jì)算領(lǐng)域仍有廣闊的研究前景，但也面臨著許多挑戰(zhàn)。

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