不同認(rèn)知負(fù)荷下圖標(biāo)類型對注意的影響

趙敏君,宮勇,張三元

(1.寧波大學(xué) 潘天壽建筑與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院， 浙江 寧波 315211;2.浙江大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 杭州 310027)

1 引言

圖標(biāo)作為人機(jī)溝通的重要手段之一，具有超越語言障礙的特性，被廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。圖標(biāo)能夠幫助人們快速的識別和理解所要傳遞的信息，指導(dǎo)人的行為，避免發(fā)生不必要的危險。圖標(biāo)的類型多種多樣，包括安全標(biāo)志、交通標(biāo)志、警示標(biāo)志、提示標(biāo)志等等，具有顯著特征的圖標(biāo)易于引導(dǎo)人注意，能增加閱讀、理解和回憶等的可能性[1]。

有研究表明，人趨向于對更吸引人注意的圖標(biāo)做出遵循和服從行為?？梢姡⒁馐菆D標(biāo)信息處理的第一步，圖標(biāo)只有首先被注意到，才能吸引人進(jìn)行下一步的加工、識別和理解[2-3]。因此，增加圖標(biāo)對人的注意力和吸引力，對于幫助人們高效抓取及認(rèn)知圖標(biāo)信息并作出相應(yīng)反應(yīng)具有一定作用。

在圖標(biāo)的設(shè)計中，有很多因素都會對圖標(biāo)的識別、理解以及注意捕獲產(chǎn)生影響，如顏色、形狀、圖像、警示詞等。Young[4]以彩色幾何圖形和線條等作為視覺特征素材進(jìn)行實驗研究，發(fā)現(xiàn)注意能被突顯性視覺特征自下而上地自動引導(dǎo)，并且此類突顯性視覺特征能夠增加警示圖標(biāo)的注意捕獲效應(yīng)[5]。牟兵兵等[6]也發(fā)現(xiàn)，視覺突顯特征即便與任務(wù)無關(guān)，其作為圖標(biāo)獲得優(yōu)先加工的重要因素之一，也能無意識地吸引注意資源。宮勇等[7]研究表明，顏色數(shù)量會影響視覺搜索的效率，當(dāng)圖標(biāo)顏色存在差異時，搜索效率明顯更高，且搜索效率隨著顏色數(shù)量的減少而增加。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)可以通過增加顏色對比產(chǎn)生的色差，使得目標(biāo)項從干擾項中隔離出來，并以此提高搜索效率[8-9]。除此之外， Byrne[10]利用 ACT-R 模型模擬圖標(biāo)搜索任務(wù),證明圖標(biāo)邊框可以增加圖標(biāo)語義。并且，邊框形狀的不同會導(dǎo)致認(rèn)知結(jié)果存在區(qū)別，在面積相等的情況下，圖標(biāo)的外框形狀中存在越多的銳角則越容易識別，存在越多的鈍角則越難以進(jìn)行識別[11]。但是，過多的圖標(biāo)形狀在凸顯目標(biāo)項的同時，也會增加界面的復(fù)雜度，加大人的認(rèn)知負(fù)荷，降低搜索和識別圖標(biāo)的效率，所以需要通過控制圖標(biāo)形狀的種類以達(dá)到有效凸顯目標(biāo)項的目的[12]。

對于圖標(biāo)，人們首先關(guān)注的是其物理性質(zhì)，其次是它們的語義關(guān)聯(lián)[13]。文字是呈現(xiàn)語義的方式之一，Wogalter 等人[14]發(fā)現(xiàn)信號詞的使用可以增加警示標(biāo)志的有效性。金濤[5]通過采用工作載荷范式進(jìn)行的無語義圖標(biāo)實驗證實，注意系統(tǒng)能自動捕獲具有明確語義信息的警示性圖標(biāo)，其中圖形語義信息是影響圖標(biāo)獲得加工的關(guān)鍵因素。這是因為圖片具有直觀性，加工層次淺，使得其與句子理解相比更為簡單[15]。圖形作為傳遞和表達(dá)語義的另一種方式，其具體展現(xiàn)形式對圖標(biāo)的認(rèn)知績效也存在影響。在工業(yè)系統(tǒng)圖標(biāo)設(shè)計中，語義特征為類象符號的圖標(biāo)相比其象征符號的圖標(biāo)，識別性更強(qiáng)[16]。掃視動作主要是沿著圖形的輪廓進(jìn)行的[17]，在圖標(biāo)的搜索任務(wù)中，簡單的圖標(biāo)比復(fù)雜圖標(biāo)的搜索效率更高；形象圖標(biāo)比抽象圖標(biāo)所需要的反應(yīng)時更長，正確率也更低。但Young等人[18]有不同的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)生動形象的繪畫可以增加對圖標(biāo)信息的注意和理解，從而增強(qiáng)對圖標(biāo)信息的記憶效果，這可能是由于針對人群的不同而造成的。此外，根據(jù)執(zhí)行語義可以把圖標(biāo)劃分為名詞圖標(biāo)和動詞圖標(biāo)[19]，通過訪談發(fā)現(xiàn)，“名詞”與“名詞+名詞”圖標(biāo)是對物體和狀態(tài)的直接表示，辨識較為直接簡單，而“動詞”圖標(biāo)需要用戶想象動作的流程和進(jìn)行動作的步驟[20]。具有一定的抽象性，因此會帶給用戶更多的挑戰(zhàn)。

人物形象作為圖標(biāo)常用的表達(dá)元素，被廣泛應(yīng)用于圖標(biāo)設(shè)計中。目前關(guān)于圖標(biāo)的研究中，大多集中在顏色、形狀以及有無語義等方面，對于圖標(biāo)內(nèi)不同語義產(chǎn)生的注意吸引程度的研究較少，因此，本研究將主要探討人物形象作為圖標(biāo)的語義內(nèi)容，是否會比非人物形象更容易吸引人們的注意。

2 對象與方法

2.1 被試

選擇20名在校大學(xué)生和研究生參與本次實驗，被試年齡在20-25歲之間，均為右利手，視力或矯正視力正常，無色盲或色弱，無任何心理或精神疾病。被試此前從未參加過類似實驗，本次均為自愿參加，且實驗前不知道實驗意圖。

2.2 實驗材料

實驗材料為一組風(fēng)格相同的圖標(biāo)，共四十個，根據(jù)圖標(biāo)的圖形語義分為兩組，一組語義為人物形象圖標(biāo)，每一組采用正方形和三角形兩種不同的邊框形狀；一組為非人物形象圖標(biāo)，每一組同樣采用正方形和三角形兩種不同的邊框形狀。所有圖標(biāo)均為150×150像素，統(tǒng)一為黑底白線，存儲格式為PNG。實驗材料如圖1所示。

圖1 圖標(biāo)示例

2.3 實驗設(shè)計

本實驗為2(高/低認(rèn)知負(fù)荷)×2(三角形/正方形圖標(biāo)邊框形狀)×2(人物形象/非人物形象圖標(biāo)圖形語義)被試內(nèi)設(shè)計。以白色“+”注視點為圓心，半徑為170.5 mm構(gòu)成一個虛擬圓形軌跡，6個字母均勻分布在該圓形軌跡上，構(gòu)成一個搜索集。在搜索集外圍以16%的幾率隨機(jī)出現(xiàn)干擾刺激，干擾刺激都由外部邊框(線寬0.3 mm)和內(nèi)部圖形組成，且分為兩類，一類有三角形和正方形兩種邊框形狀，一類有人物形象和非人物形象兩種圖形語義。其中,在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,一個字母X或字母N和五個不相同的非目標(biāo)字母(在A,E,F,K,H,M中任選5個)構(gòu)成搜索集；在低認(rèn)知負(fù)荷條件下，一個目標(biāo)字母X或N、一個非目標(biāo)字母(在A,E,F,K,H,M中任選1個)和四個字母O構(gòu)成搜索集。所有的字母隨機(jī)出現(xiàn)在搜索集虛擬圓形軌跡的六個位置上。

2.4 實驗儀器

2.9 Hz CPU的計算機(jī)一臺，刺激材料顯示在一個19英寸的Dell顯示器中央，顯示器屏幕分辨率為1 024×768像素，刷新率為75 Hz。眼睛與顯示屏中心的距離大約為600 mm。實驗控制程序采用Experiment Builder軟件編寫。

2.5 實驗程序

實驗流程如圖2所示，測試背景為黑色，在呈現(xiàn)完指導(dǎo)語后，顯示屏中央會出現(xiàn)并持續(xù)呈現(xiàn)一個白色注視點“+”1 500 ms，隨后注視點消失，搜索集出現(xiàn)在屏幕中央并且持續(xù)呈現(xiàn)800 ms，要求被試在搜索集中盡快找到目標(biāo)字母X或N，并做出相應(yīng)按鍵反應(yīng)：如果找到X則按下X鍵，如果找到N則按下N鍵，若被試按鍵后或1 500 ms后無反應(yīng)，則進(jìn)入下一輪實驗。干擾圖標(biāo)有16%的幾率出現(xiàn)在正式實驗中的搜索集外圍，并持續(xù)300 ms，其中，各種類別的干擾圖標(biāo)出現(xiàn)幾率相等。為了避免搜索集內(nèi)字母對干擾刺激產(chǎn)生認(rèn)知干擾，所有試次中的干擾圖標(biāo)出現(xiàn)位置均與搜索集中的字母間隔至少一個字母大小。在另外84%的正式實驗試次中，搜索集外不出現(xiàn)干擾圖標(biāo)。

圖2 實驗過程示例

在正式實驗之前，要進(jìn)行10個試次的預(yù)實驗，預(yù)實驗的搜索集外圍不出現(xiàn)干擾圖標(biāo)，以免被試對干擾圖標(biāo)的出現(xiàn)產(chǎn)生預(yù)期。正式實驗分為五組，每組50個試次，共250個試次，且每組的前10個試次不會出現(xiàn)干擾圖標(biāo)，每組實驗的高低認(rèn)知負(fù)荷情況混合出現(xiàn)且概率均等。實驗前告知被試實驗全程保持頭部不動，整個實驗過程耗時約15 min。

3 結(jié)果

本文實驗測試了不同認(rèn)知負(fù)荷下，圖標(biāo)的邊框形狀和圖形語義對被試注意捕獲能力的影響，實驗結(jié)果中的行為數(shù)據(jù)包括平均反應(yīng)時間和反應(yīng)正確率。采用SPSS軟件對平均反應(yīng)時間和反應(yīng)正確率進(jìn)行分析。

表1所示為反應(yīng)時間和正確率的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。對于平均反應(yīng)時間，重復(fù)測量方差分析結(jié)果表明，認(rèn)知負(fù)荷的主效應(yīng)非常顯著，F(xiàn)(1，19)=54.942，P<0.001，高認(rèn)知負(fù)荷下的平均反應(yīng)時間(986.325 ms)顯著高于低認(rèn)知負(fù)荷下的平均反應(yīng)時間(836.093 ms)。圖標(biāo)邊框形狀的主效應(yīng)也顯著，F(xiàn)(1，19)=7.240，P=0.014，三角形邊框的平均反應(yīng)時間(935.872 ms)顯著>正方形邊框的平均反應(yīng)時間(886.546 ms)。圖形語義的主效應(yīng)也顯著，F(xiàn)(1，19)=8.701，P=0.008，人物形象語義圖標(biāo)的平均反應(yīng)時間(936.836 ms)顯著高于非人物形象語義圖標(biāo)的平均反應(yīng)時間(885.582 ms)。認(rèn)知負(fù)荷與圖標(biāo)邊框形狀之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.213，P=0.284；認(rèn)知負(fù)荷與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.453，P=0.509；圖標(biāo)邊框形狀和圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.312，P=0.583；三個因素之間的三重交互作用邊緣顯著，F(xiàn)(1，19)=3.835，P=0.065。

表1 反應(yīng)時間和正確的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差

對于正確率，重復(fù)測量方差分析結(jié)果表明，認(rèn)知負(fù)荷的主效應(yīng)非常顯著，F(xiàn)(1，19)=40.812，P<0.001，高認(rèn)知負(fù)荷下的正確率(74.5%)顯著低于低認(rèn)知負(fù)荷下的正確率(93.5%)。圖標(biāo)邊框形狀的主效應(yīng)不顯著，F(xiàn)(1，19)=3.484，P=0.077。圖形語義的主效應(yīng)也不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.021，P=0.885。認(rèn)知負(fù)荷與圖標(biāo)邊框形狀之間的交互作用顯著，F(xiàn)(1，19)=7.316，P=0.014，進(jìn)一步簡單效應(yīng)檢驗表明，在高認(rèn)知負(fù)荷情況下，圖形邊框形狀的簡單效應(yīng)非常顯著，F(xiàn)(1，19)=7.36，P=0.014；在低認(rèn)知負(fù)荷情況下，圖形邊框形狀的簡單效應(yīng)不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.00，P=1.000.由此可見，在高認(rèn)知負(fù)荷情況下，三角形邊框圖標(biāo)的正確率顯著<正方形邊框圖標(biāo)；在低認(rèn)知負(fù)荷情況下，圖形邊框形狀的正確率不存在顯著差異。認(rèn)知負(fù)荷與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.304，P=0.588；圖標(biāo)形狀與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.879，P=0.186；三因素之間的三重交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.412，P=0.249。

4 討論

本文通過視覺搜索實驗，考察了認(rèn)知負(fù)荷、圖標(biāo)邊框形狀和圖形語義對圖標(biāo)視覺搜索效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷、圖標(biāo)邊框形狀和圖形語義均對圖標(biāo)注意吸引能力有顯著影響。

與高認(rèn)知負(fù)荷相比，在低認(rèn)知負(fù)荷情況下被試的搜索反應(yīng)時間更短，正確率更高。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由工作記憶系統(tǒng)與長時記憶系統(tǒng)構(gòu)成[21]，工作記憶在接受、保持、加工信息過程中的容量是有限的，如果工作記憶容量超載，加工的信息就會受到一定的影響[22]。在本實驗中，高認(rèn)知負(fù)荷情況下任務(wù)相對困難，被試需要分配更多的注意資源，投入更多的努力來完成相關(guān)搜索任務(wù)，分配給作為干擾出現(xiàn)的圖標(biāo)的注意則較少，因此完成搜索任務(wù)的反應(yīng)時間相對較長，正確率較低；而在低認(rèn)知負(fù)荷的情況下，任務(wù)相對簡單，被試無需花費(fèi)過多的注意資源完成相關(guān)搜索任務(wù)，因此完成搜索任務(wù)的反應(yīng)時間相對較短，正確率相對較高，此時圖標(biāo)的干擾效應(yīng)增強(qiáng)，被試有多余的注意資源可以分配給作為干擾出現(xiàn)的圖標(biāo)。因此，當(dāng)圖標(biāo)在低認(rèn)知負(fù)荷的環(huán)境中時，更能吸引到人的注意，從而更高效地起到提醒和警示的作用。

與正方形邊框圖標(biāo)相比，三角形邊框圖標(biāo)的搜索反應(yīng)時間更長，說明邊框為三角形圖標(biāo)的注意吸引能力更強(qiáng)。視覺注意機(jī)制是一種信息處理瓶頸機(jī)制，足夠顯著的視覺刺激能夠從整個畫面中凸顯出來[23]，這種顯著性是自下而上的，與觀察的目的無關(guān)。Desimone和Duncan提出的偏向競爭模型也認(rèn)為，視野中出現(xiàn)的各種刺激總是通過相互的競爭來引導(dǎo)注意，足夠凸顯的刺激能自動獲取人的注意[24]。形狀、顏色的調(diào)整和變化都能夠使圖標(biāo)產(chǎn)生顯著的視覺刺激，而這種視覺刺激產(chǎn)生的突顯性特征能自上而下地引導(dǎo)注意[25]。研究發(fā)現(xiàn)，圖形的銳角越多，越能吸引人的注意[11]。在本實驗中，出現(xiàn)三角形邊框圖標(biāo)時所需的搜索反應(yīng)時間比出現(xiàn)正方形邊框圖標(biāo)時更長，注意吸引能力更強(qiáng)。這可能是由于三角形的銳角數(shù)量比正方形更多，而銳角越多的圖形體現(xiàn)出的尖銳感更強(qiáng)烈，更能激發(fā)被試內(nèi)心的警惕感，從而吸引被試把更多的注意資源分配于此。

在高認(rèn)知負(fù)荷下，三角形邊框圖標(biāo)出現(xiàn)時的搜索正確率顯著低于正方形邊框圖標(biāo)。這可能是由于，在高認(rèn)知負(fù)荷下，被試的注意資源使用狀態(tài)已經(jīng)趨于飽和的狀態(tài)，剩余可進(jìn)行分配的注意資源并不充足，而三角形邊框作為十分顯著的視覺刺激，有很強(qiáng)烈的注意吸引能力，一方面給被試的搜索任務(wù)產(chǎn)生干擾效應(yīng)，另一方面其尖銳感也給被試疊加了任務(wù)過程中的緊張感，使得被試給三角形邊框圖標(biāo)分配了更多的注意資源，壓縮了分配給搜索任務(wù)本身的資源，造成搜索正確率降低。

與人物形象語義圖標(biāo)相比，非人物形象語義圖標(biāo)的搜索反應(yīng)時間更短，正確率更低。這說明相比非人物形象語義圖標(biāo)，人物形象語義圖標(biāo)的注意吸引能力更強(qiáng)。在本實驗中人物形象語義圖標(biāo)中展現(xiàn)的人物形象，大部分可以視為由人物形象、動作及相關(guān)輔助圖形構(gòu)成的組合圖標(biāo)。因此，做出兩種假設(shè)：其一，人物形象語義圖標(biāo)的組合特征使得其搜索反應(yīng)時間更長，正確率更高；其二，人物形象語義圖標(biāo)的動作特征使得其搜索反應(yīng)時間更長，正確率更高。

首先，人物形象語義圖標(biāo)的組合特征使得其搜索反應(yīng)時間更長，正確率更高。Wolfe[26-27]等提出的視覺搜索模型認(rèn)為，視覺注意的加工分為兩個階段：采用平行加工方式的前注意階段和采用序列加工方式的注意階段。特征整合理論[28]也認(rèn)為，視覺加工第一階段的前注意階段是同時對視野內(nèi)全部刺激基本特征進(jìn)行的加工，此時是一種自動化的、平行的加工，無需注意的參與。第二階段的特征整合階段則需要針對各個具體的刺激及特征進(jìn)行非自動化的、序列的加工。在本實驗中，被試首先需要對人物形象語義圖標(biāo)的基本特征進(jìn)行整體性的加工，隨后在特征整合階段，把各個分散的信息組合后再進(jìn)行整體特征和語義的認(rèn)知，因此程序的增加導(dǎo)致搜索任務(wù)時間增加。

其次，人物形象語義圖標(biāo)的動作特征使得其搜索反應(yīng)時間更長，正確率更高。從語言學(xué)的視角，詞匯可以劃分為名詞和動詞[29]。延伸到符號學(xué)領(lǐng)域，圖標(biāo)也可以根據(jù)執(zhí)行語義劃分為名詞圖標(biāo)與動詞圖標(biāo)[16]。相比起名詞圖標(biāo)，動詞圖標(biāo)需要用戶想象從靜止到動作的步驟[17]，具有更加抽象和復(fù)雜的認(rèn)知過程。在本實驗中，人物形象語義圖標(biāo)的展現(xiàn)形式實質(zhì)上是對人的動作進(jìn)行的動詞化描述，被試需要通過聯(lián)想把動作與語義進(jìn)行匹配，因此會捕獲更多的注意和認(rèn)知資源，搜索任務(wù)的反應(yīng)時間相應(yīng)增加。

5 結(jié)語

本研究探究了在不同認(rèn)知負(fù)荷下，通過邊框形狀和圖形語義變化產(chǎn)生的兩種圖標(biāo)類型對搜索效率及注意吸引能力的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：①高認(rèn)知負(fù)荷下的反應(yīng)時間顯著長于低認(rèn)知負(fù)荷，注意捕獲能力更強(qiáng)，正確率顯著低于低認(rèn)知負(fù)荷；②三角形邊框圖標(biāo)的反應(yīng)時間顯著長于正方形邊框圖標(biāo)，注意吸引能力更強(qiáng)，正確率差異不顯著；③在高認(rèn)知負(fù)荷下，三角形邊框圖標(biāo)出現(xiàn)時的搜索正確率顯著低于正方形邊框圖標(biāo)，但在低認(rèn)知負(fù)荷下并無顯著差異；④人物形象語義圖標(biāo)反應(yīng)時間顯著長于非人物形象語義圖標(biāo)，注意吸引能力更強(qiáng)，正確率差異不顯著。

未來的研究工作將進(jìn)一步結(jié)合眼動及腦電技術(shù)，深入探索圖標(biāo)中人物形象在語義加工的哪一階段開始引起人的注意，以及圖標(biāo)邊框、圖形語義及顏色之間的關(guān)系對圖標(biāo)視覺搜索和眼動特征的影響。這些研究工作對提高圖標(biāo)搜索效率及認(rèn)知效率具有指導(dǎo)意義。