視覺人機交互舒適度量化關鍵方法研究

康文科 楊華 俞瀟 劉華靜

摘要：視覺是重要的人機交互手段，也是人體舒適度感知最直觀的來源和效果體現(xiàn)。但是，由于舒適度是人體的主觀感受，在設計過程中難以實現(xiàn)定量化的測量和評價。本研究以閱讀手機電子書為例，研究被試者閱讀手機電子書一段時間之后的視覺舒適程度，并且跟蹤一定條件下其視覺舒適度與時間的關系，實現(xiàn)視覺信息感知的舒適度量化計算，建立以視覺為基礎的人機交互舒適度量化模型，最后進行驗證實驗對模型加以驗證。

關鍵詞：視覺;人機交互;舒適度量化;多信息融合;匹配模型

1引言

1.1研究背景、目的和意義

如今，手機占據(jù)了人們生活的絕大部分，人們每天會花費大量的時間在手機閱讀上，但是人們在長時間使用手機閱讀后，常會出現(xiàn)眼睛干澀酸痛等視疲勞現(xiàn)象。視覺是人類最重要的感覺，但是，因為舒適度是人體的主觀感受，在目前的研究中普遍都是定性描述。因此，研究視覺的舒適度的定量化檢測，具有重要意義。

視覺舒適度則是指眼睛接受外界電磁波時眼睛主觀的舒適感受，具體表現(xiàn)在用眼一段時間后眼睛的疲勞程度。

2 評價模型

視覺舒適度是人對光環(huán)境的心理感覺的舒適程度， 因此視覺舒適度是一個心理感覺量。影響視覺舒適度的因素很多，在建立視覺舒適度的數(shù)學模型時， 必須考慮到視覺舒適度具有“心理感覺量”和“取決于多種不確定因素”這兩個特征。

以隨閱讀時間變化的閱讀舒適度變化為例開展研究，確定可用性、感知的視覺舒適度為主觀測量指標，在實驗時直接詢問被測試者的感受，運用量表對被測試者的主觀感覺進行量化。研究量表為：0——沒有疲勞感;1——基本沒有疲勞感;2——有輕微疲勞感;3——有明顯疲勞感，但在耐受范圍內(nèi)：4——疲勞感加劇，出現(xiàn)多種眼部不適。

3 實踐

3.1 實驗設計

實驗采用組間重復測量實驗設計方案，選擇了手機自帶閱讀APP作為測試標準。被試者為20位年齡在19-22歲之間的志愿者，均為無重度近視和散光的大學生。

實驗開始前，安排被試者休息至舒適度測試為0（完全舒適）的狀態(tài)。實驗過程中，被試者每使用手機閱讀5分鐘電子書，立刻詢問被試者的主觀視覺舒適度后填寫量表。每位參與者需50—60分鐘完成實驗的所有內(nèi)容。實驗流程為：1測試者休息至完全舒適狀態(tài);2閱讀標準電子書5分鐘;3感受視覺舒適度并記錄結(jié)果;4重復2、3步驟9次;4整理實驗數(shù)據(jù)，實驗結(jié)束。

4 案例分析

筆者采用控制變量法，對20個被測者在相同時間段、相同地點進行了多次實驗，共計20組數(shù)據(jù)。 以實驗記錄次數(shù)為x軸，以視覺舒適度為y軸，如圖1所示在x-y坐標系里畫出散點圖。

圖1實驗時間與視覺舒適度y之間的關系曲線

根據(jù)散點圖中視覺舒適度的變化規(guī)律及趨勢線，筆者發(fā)現(xiàn)視覺舒適度與時間的變化曲線類似s型增長，將數(shù)據(jù)代入origin非線性擬合，通過對比，得出擬合模型為Slogisticl1 S型函數(shù)時擬合度最高，R平方為0.991.此時方程為y=a/[1+e-k（x-xc）]。

擬合得——a=3.12966，xc=35.94068，k=0.15607，擬合方程為y=3.12966/{1+e-[0.15607*（x-35.94068）]}

該式就是所求的信息感知中的視覺舒適度值y與時間變量x之間關系的表達式。

舒適度量化的數(shù)學模型驗證

為了驗證該數(shù)學模型關系式的準確性，又對另外的5名實驗者在相同的條件下進行模型驗證實驗。將實驗數(shù)據(jù)舒適度和通過數(shù)學模型關系式轉(zhuǎn)化得出的視覺舒適度進行比較。圖2為驗證數(shù)據(jù)相較于關系式曲線的散點圖。

圖2為驗證數(shù)據(jù)相較于關系式曲線的散點圖

從上表中的驗證數(shù)據(jù)看，從實驗中的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過關系表達式的計算得出的視覺舒適的數(shù)學模型基本符合。

5 結(jié)論

本研究對實驗對象做了大量實驗，將實驗數(shù)據(jù)導入origin軟件，繪出視覺舒適度隨閱讀時間的變化曲線，以S型曲線為參考進行擬合，得出了視覺舒適度與閱讀時間之間的關系式，建立閱讀時間與視覺舒適度關系的數(shù)學模型。其結(jié)果表明：該實驗得出的數(shù)學模型能較好的反應視覺舒適度隨閱讀時間變化的客觀規(guī)律，該數(shù)學模型可以為設計生產(chǎn)中的視覺時間配置提供理論依據(jù)，使產(chǎn)品在視覺人機交互方面更加人性化。

參考文獻：

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