基于“眼動+面部表情”的航空公司官網(wǎng)用戶體驗分析與預(yù)測

賀強， 王凱

(中國民用航空飛行學(xué)院航空工程學(xué)院， 廣漢 618307)

官網(wǎng)是航空公司在基于互聯(lián)網(wǎng)的全球在線預(yù)訂時代的標(biāo)準(zhǔn)配置，已經(jīng)成為吸引客戶注意力、建立品牌并拓展影響力、快速便捷完成銷售活動的關(guān)鍵企業(yè)信息系統(tǒng)。航空公司間的激烈競爭催生了低成本航空公司的興起，并且競爭也日趨激烈。官網(wǎng)的用戶體驗也成為低成本航空公司競爭的新焦點。

用戶體驗是以用戶為中心的設(shè)計的重要考慮因素，已經(jīng)形成了由用戶體驗理論、度量與評估模型、應(yīng)用等組成的技術(shù)體系[1]。在用戶體驗理論方面，《以人為中心的交互系統(tǒng)設(shè)計》(ISO 9241-210—2019)給出了用戶體驗的標(biāo)準(zhǔn)定義，但用戶體驗的內(nèi)涵在不同行業(yè)、不同情境下各具差異[2]。在網(wǎng)頁設(shè)計領(lǐng)域，用戶體驗的研究包括用戶體驗的組成、評價指標(biāo)體系以及主客觀的評價方法[3]。在用戶體驗的度量與評估方面，用戶體驗質(zhì)量(quality of experience, QoE)[4]用于評價用戶對網(wǎng)頁的認(rèn)可度，性能指標(biāo)如文檔完成加載時間[5]、網(wǎng)頁加載即時時間指標(biāo)和積分時間指標(biāo)[6]、性能與質(zhì)量綜合的評價指標(biāo)體系[7]、網(wǎng)頁資源加載的等待時間[8]等用于用戶體驗的評估。生理信號是網(wǎng)頁使用中人機交互過程的產(chǎn)物，將生理信號應(yīng)用于用戶體驗的度量與評估能更準(zhǔn)確地評價網(wǎng)頁的用戶體驗[9]，常用的生理信號包括眼動[10-11]、生理電[12]等。用戶體驗分析結(jié)果應(yīng)用于網(wǎng)頁內(nèi)容和布局設(shè)計、結(jié)構(gòu)與性能等方面的優(yōu)化，充分體現(xiàn)了“以人為中心”的設(shè)計理念[13]。但針對航空公司官網(wǎng)的用戶體驗，現(xiàn)有的研究主要專注網(wǎng)頁技術(shù)性能和可用性方面，對人與網(wǎng)頁交互過程中的情感體驗研究不足。在用戶體驗評價方面，基于生理信號的方法更加綜合體現(xiàn)了網(wǎng)頁的技術(shù)、用戶和環(huán)境系統(tǒng)，能靈活支持網(wǎng)頁設(shè)計要素的動態(tài)評價而成為用戶體驗評價的發(fā)展趨勢[9]，但現(xiàn)有的研究大多只利用了單一的生理指標(biāo)，且未構(gòu)建基于生理信號的用戶體驗評價模型。

為此，以低成本航空公司官網(wǎng)的用戶體驗為研究對象，采用“眼動+面部表情”兩種生理信號對網(wǎng)頁的感觀、功能和情感體驗進行系統(tǒng)分析，面部表情用面部活動單元(action unit, AU)表示，進而基于數(shù)據(jù)分析提取與用戶體驗顯著相關(guān)的眼動和AU指標(biāo)，并利用支持向量機(support vector machines, SVM)方法構(gòu)建用戶體驗的預(yù)測模型。

1 用戶體驗評價實驗

1.1 實驗人員

參加低成本航空公司官網(wǎng)用戶體驗實驗的人員為某高校在校大學(xué)生志愿者。為使測試結(jié)果科學(xué)有效，從志愿者中隨機抽取了11名實驗人員。其中，使用過航空公司官網(wǎng)的有5人，從未接觸航空公司官網(wǎng)的有6人，實驗人員年齡分布為20～26歲，視力正常，色覺正常，均掌握基本的計算機操作。

1.2 實驗設(shè)備與數(shù)據(jù)處理

眼動跟蹤采用瑞典Tobii 公司生產(chǎn)的Tobii Glasses2 RU 眼動儀，采樣頻率為25幀/s。一臺高清攝像機用于采集用戶實驗過程的視頻。一臺筆記本電腦用于運行實驗所需的官網(wǎng)。

Tobii Pro Glasses Lab軟件用于處理和導(dǎo)出實驗生成的眼動數(shù)據(jù)。開源工具OpenFace[14]則對視頻中實驗人員體驗網(wǎng)頁過程的面部AU進行提取。在情感計算中，通常將情感建模為離散的“高興”“沮喪”“驚奇”等情感狀態(tài)，根據(jù)情感狀態(tài)與AU之間的映射關(guān)系就可以利用AU來間接得到情感狀態(tài)[15]。如AU6、AU12、AU25同時出現(xiàn)對應(yīng)情感“高興”，AU1、AU4、AU15同時出現(xiàn)標(biāo)記為“悲傷”等，其他情感與AU的映射關(guān)系參見文獻[15]，在此不再贅述。OpenFace逐幀提取AU，每幀對應(yīng)的情感通過相應(yīng)的AU邏輯求和即可得到情感是否出現(xiàn)及其強度。

1.3 實驗材料

根據(jù)實驗材料需具有代表性和內(nèi)容穩(wěn)定性原則，選擇九元、西部、幸福、成都、中國聯(lián)合和春秋航空的官網(wǎng)為實驗材料。這6家航空公司官網(wǎng)中，雖然網(wǎng)頁設(shè)計各有不同，但均具有導(dǎo)航、廣告和購票3個功能區(qū)。按照3個功能區(qū)的布局，將其分為3類。

(1)九元、西部航空。功能區(qū)分散縱向疊加，呈“三”字型橫向排列，如圖1所示。

(2)成都、春秋航空。功能區(qū)呈“三”字型橫向排列，購票區(qū)內(nèi)嵌于廣告區(qū)，如圖2所示。

(3)幸福、中國聯(lián)合航空。功能區(qū)呈“品”字型，購票區(qū)內(nèi)嵌在廣告區(qū)中，如圖3所示。

1.4 實驗過程

實驗分為準(zhǔn)備和測試兩個階段，設(shè)置負(fù)責(zé)人1名，具體實驗步驟如下。

圖2 第二類官網(wǎng)Fig.2 Official website of class 2

圖3 第三類官網(wǎng)Fig.3 Official website of class 3

步驟1準(zhǔn)備階段。①完成實驗材料和用品的準(zhǔn)備；②選擇實驗環(huán)境，完成攝像機的架設(shè)。實驗環(huán)境的噪聲，光線和溫度適宜；③連接好眼動儀，然后校準(zhǔn)，實驗負(fù)責(zé)人說明實驗要求、任務(wù)以及注意事項。

步驟2測試階段。①實驗人員佩戴眼動儀，調(diào)整座椅高度，保持距離電腦屏幕 60～65 cm，并且平視時，注視點位于屏幕的正中央；②負(fù)責(zé)人在Tobii Glasses 2 Controller系統(tǒng)中為實驗人員填寫官網(wǎng)名稱、實驗人員姓名等，然后開始實驗；③實驗人員進行30 s的官網(wǎng)瀏覽任務(wù)，然后在官網(wǎng)上完成一次購票任務(wù)。任務(wù)完成后，填寫《用戶體驗評價表》；④重復(fù)①～③，直至所有人員完成實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 官網(wǎng)體驗中的眼動行為

2.1.1 注視行為分析

實驗人員對各個官網(wǎng)的注視持續(xù)時間和平均注視時間，如圖4所示。各官網(wǎng)的注視熱點圖如圖5所示，顏色越深的區(qū)域，注視點的數(shù)量越多。

注視持續(xù)時間的統(tǒng)計結(jié)果表明，各官網(wǎng)內(nèi)容的認(rèn)知難度和所需的注意力分配各不相同，但表現(xiàn)出與官網(wǎng)布局分類一致的變化趨勢。結(jié)合平均注視時間的統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，布局類型一致的官網(wǎng)差異不大，表明同類布局的官網(wǎng)的信息加工平均時間差異很小。幸福航空和成都航空的平均注視時間較長，表明其需要更多的認(rèn)知加工和注意力分配。

九元和西部航空的注視熱點圖[圖5(a)、圖5(b)]中，注視點主要集中在廣告區(qū)，特別是廣告區(qū)的宣傳文字，表明廣告區(qū)文字的吸引力大。這與用戶首次使用網(wǎng)頁時，最想要了解畫面中的文字內(nèi)容的習(xí)慣一致。在瀏覽時，用戶會首先了解網(wǎng)頁能干什么，因此會習(xí)慣性地尋找購票區(qū)。這種“三”字形布局，很好地將用戶的注視點從購票區(qū)轉(zhuǎn)移到廣告區(qū)，從而實現(xiàn)廣告宣傳目的。航空公司可以通過廣告區(qū)的宣傳文字更好地吸引用戶。相較于九元航空的廣告區(qū)，西部航空的廣告區(qū)色彩更為豐富，其注視熱點分布更廣泛，說明用戶更加全面地觀看了廣告區(qū)。

成都和春秋航空的注視熱點圖[圖5(c)、圖5(d)]中，注視點主要集中在網(wǎng)頁的中間區(qū)域，視覺中心是購票區(qū)內(nèi)嵌在廣告區(qū)的位置。這表明用戶對購票區(qū)的關(guān)注度較高。用戶首次使用網(wǎng)頁，會習(xí)慣性關(guān)注網(wǎng)頁的功能，故視線會自然轉(zhuǎn)向購票區(qū)。由于購票區(qū)內(nèi)嵌于廣告區(qū)，用戶在注視購票區(qū)時，被色彩更豐富的廣告區(qū)圖文所吸引，注視點從購票區(qū)不斷向廣告區(qū)發(fā)散，注視熱點呈現(xiàn)出從購票區(qū)向廣告區(qū)發(fā)散的現(xiàn)象。這種內(nèi)嵌式布局，不僅使用戶關(guān)注購票區(qū)，同時潛移默化地使用戶把注意力分配到廣告區(qū)，達到宣傳目的。春秋航空的廣告區(qū)色彩更豐富，宣傳字體形式變化更大，因而廣告區(qū)的注視熱點更加分散。這表明用戶對廣告區(qū)的注視更加細(xì)致，廣告宣傳效果更好。

幸福航空的注視熱點圖[圖5(e)]中，注視熱點主要分布在購票區(qū)和廣告區(qū)。其中，廣告區(qū)因有色彩更豐富的圖片，導(dǎo)致注視熱點集中在宣傳圖案上，但單一色調(diào)的區(qū)域沒有被集中觀察，用戶的信息反饋略顯不足。幸福航空官網(wǎng)呈“品”字形布局，同樣是購票區(qū)內(nèi)嵌在廣告區(qū)中，但官網(wǎng)的視覺中心分散在左右兩邊，用戶搜索信息較為煩瑣。中國聯(lián)合航空的官網(wǎng)也采用“品”字形布局，注視熱點主要集中在購票區(qū)，廣告區(qū)沒有注視熱點出現(xiàn)。這表明廣告區(qū)的宣傳內(nèi)容比較單調(diào)，色彩單一，字體統(tǒng)一，無法有效吸引用戶的注意，廣告區(qū)的宣傳效果不佳。

2.1.2 眼跳行為分析

統(tǒng)計各官網(wǎng)的眼跳數(shù)據(jù)，如圖6所示。將所有眼動數(shù)據(jù)疊加，輸出航空公司官網(wǎng)的注視軌跡圖，如圖7所示。

由圖6可和，官網(wǎng)的布局和內(nèi)容影響眼跳的持續(xù)時間和次數(shù)。同類布局官網(wǎng)的眼跳持續(xù)時間和次數(shù)差異較小，表明同類官網(wǎng)的內(nèi)容量相當(dāng)，信息選擇消耗時間相當(dāng)。

“三”字形布局的九元、西部航空公司的注視軌跡圖體現(xiàn)了經(jīng)典的網(wǎng)頁 “F”形瀏覽模式[16]。該模式下，注視點主要集中于廣告區(qū)的圖案和文字，并且在兩者間橫向反復(fù)瀏覽。這種布局讓用戶更全面地獲取廣告區(qū)信息，但購票區(qū)的注視點較少，即使有注視點落在了購票區(qū)，也很快轉(zhuǎn)移到廣告區(qū)。該布局對促進用戶最終購票并不理想。

根據(jù)成都和春秋航空的注視軌跡圖，注視熱點在網(wǎng)頁中心，且集中在購票區(qū)和廣告區(qū)的結(jié)合處。用戶視線從中心向四周發(fā)散，遍布整個網(wǎng)頁。雖然瀏覽習(xí)慣會使用戶視線橫向移動，但廣告區(qū)豐富的色彩更吸引用戶，視線又會折回到網(wǎng)頁中心。用戶的大部分視線集中在網(wǎng)頁中心，在全面搜索廣告信息的同時，又在潛移默化中長期反復(fù)瀏覽購票區(qū)，從而不斷激發(fā)用戶的購買欲望。

從幸福航空和中國聯(lián)合航空的注視軌跡圖中可以看出，用戶在瀏覽“品”字形布局網(wǎng)頁時，注視點主要集中于網(wǎng)頁兩邊的購票區(qū)和廣告區(qū)。這種布局不符合正常的瀏覽習(xí)慣，在橫向掃視時，先出現(xiàn)購票區(qū)，但中途斷開換成了廣告區(qū)，導(dǎo)致用戶信息搜索過程斷開，破壞了整體印象。兩個區(qū)的注視點間距較遠(yuǎn)，意味著需要花費更多時間在兩個區(qū)之間反復(fù)跳躍，頻繁的長距離眼跳會加劇網(wǎng)頁瀏覽的疲勞感。這類官網(wǎng)的購票區(qū)是“Z”形布局，購票需要收集“出發(fā)地—到達地—出發(fā)時間”信息，違背了正常的橫向掃視習(xí)慣，注視軌跡反復(fù)在購票區(qū)移動，表明用戶在瀏覽時處理信息比較困難，而 “出發(fā)地-到達地-去程日期-返程日期”的 “一”字形布局，則更適合用戶的信息加工。

2.2 官網(wǎng)體驗中的情感分析

統(tǒng)計用戶體驗各官網(wǎng)過程中的情感頻次和強度，發(fā)現(xiàn)體驗過程中出現(xiàn)的情感主要是“高興”“驚奇”“無情感”。其中，“高興”和“驚奇”情感狀態(tài)出現(xiàn)的頻次和強度如圖8所示。

利用《用戶體驗評價表》從舒適度和易用性兩方面進行主觀用戶體驗評分，結(jié)果如表1所示。舒適性和易用性評分中，非常好為5分、比較好為4分、一般為3分、比較差為2分、非常差為1分。

圖8和表1的結(jié)果表明積極的情感狀態(tài)會產(chǎn)生好的用戶體驗。九元航空官網(wǎng)的用戶體驗最佳。色彩簡潔，布局合理，操作方便是獲得最佳用戶體驗的主要原因。

從舒適度而言，眼動數(shù)據(jù)較好的成都航空和春秋航空，用戶體驗的主觀評價不高，且體驗過程中出現(xiàn)的積極情感頻次和強度均低。主要原因是網(wǎng)頁元素多，信息量大不利于用戶的觀感，以致體驗不佳。從易用性而言，“品”字形布局的幸福航空、中國聯(lián)合航空主觀評價較差，與眼動數(shù)據(jù)表現(xiàn)相似。

圖4 注視類眼動數(shù)據(jù)Fig.4 Fixation eye movement data

圖6 眼跳類眼動數(shù)據(jù)Fig.6 Sacccade eye movement data

因此，眼動數(shù)據(jù)有利于評價用戶體驗的認(rèn)知需求，用戶體驗則需要綜合考慮認(rèn)知需求和情感需求。航空公司網(wǎng)頁設(shè)計應(yīng)該在文字內(nèi)容、功能區(qū)布局、色彩和操作性方面取得平衡才能獲得好的用戶體驗。

數(shù)字反映了注視的先后順序圖7 注視軌跡圖Fig.7 Fixation trajectory

2.3 官網(wǎng)用戶體驗的差異性分析

根據(jù)實驗人員對官網(wǎng)的用戶體驗評分，進行用戶體驗的單因素方差分析以確定6個官網(wǎng)的用戶體驗是否存在顯著性差異。然后對用戶體驗進行多重比較檢驗以進一步確定用戶體驗的差異程度。用戶體驗主觀評價得分的方差齊次性檢驗的顯著性概率為0.128，表明用戶體驗的方差具有齊次性。ANOVA分析結(jié)果中，顯著性概率為0，表明各個航空公司官網(wǎng)的用戶體驗具有顯著性差異。

利用Tukey HSD法對不同官網(wǎng)的用戶體驗進行兩兩比較，結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明：1、2表示官網(wǎng)與其他官網(wǎng)的用戶體驗有顯著性差異，而1、2之間的用戶體驗沒有顯著性差異。根據(jù)多重比較檢驗結(jié)果的同類子集，在95%置信度下，九元和西部航空公司官網(wǎng)的用戶體驗為同一子集，其余官網(wǎng)的用戶體驗為同一子集。

圖8 官網(wǎng)體驗中“快樂”和“驚喜”情緒的頻次和強度Fig.8 Frequency and intensity of “happy” and “surprise” emotions in the official website experience

表1 用戶體驗的主觀評價Table 1 Subjective evaluation of user experience

2.4 與用戶體驗顯著相關(guān)的眼動和AU指標(biāo)

結(jié)合已有的度量用戶體驗的眼動指標(biāo)和采集的眼動數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了平均注視時間(注視時間/注視點數(shù))、平均注視時間比(注視時間/任務(wù)持續(xù)時間)、平均眼跳時間(眼跳時間/眼跳次數(shù))、平均眼跳時間比(眼跳時間/任務(wù)持續(xù)時間)和瞳孔直徑5類眼動指標(biāo)，并與相應(yīng)的主觀用戶體驗評分進行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。根據(jù)95%置信水平下顯著正或負(fù)相關(guān)，平均注視時間與用戶體驗顯著負(fù)相關(guān)，平均眼跳時間比與用戶體驗顯著正相關(guān)，其余眼動指標(biāo)與用戶體驗不相關(guān)。

AU通過AUP(AUP表示AU出現(xiàn)的頻率)和AUI(AUI表示AU出現(xiàn)的平均強度)來表示，AUP = AU出現(xiàn)次數(shù)/幀數(shù)，AUI = AU強度/幀數(shù)。AU頻率和平均強度與用戶體驗的相關(guān)性分析結(jié)果如表4、表5所示。在95%置信水平下，AU1、AU2、AU12、AU25的頻率和平均強度均與用戶體驗顯著正相關(guān)。AU10P和AU5I與用戶體驗顯著正相關(guān)。AU4I和AU17I與用戶體驗顯著負(fù)相關(guān)。

綜合上述分析，與用戶體驗顯著相關(guān)的眼動和面部表情指標(biāo)為平均注視時間、平均眼跳時間比、AU1P、AU1I、AU2P、AU2I、AU4I、AU5I、AU10P、AU12P、AU12I、AU17I、AU25P和AU25I。這些指標(biāo)組成的特征向量構(gòu)成了可用于用戶體驗評價的特征向量模式。

表2 用戶體驗的多重比較檢驗Table 2 Multiple comparison tests of user experience

表3 眼動指標(biāo)與用戶體驗的相關(guān)性Table 3 Correlation between eye movement index and user experience

表4 AU頻率與用戶體驗的相關(guān)性Table 4 Correlation between frequency of AU and user experience

表5 AU平均強度與用戶體驗的相關(guān)性Table 5 Correlation between average intensity of AU and user experience

3 基于眼動和AU的用戶體驗預(yù)測

根據(jù)用戶體驗的差異性分析，官網(wǎng)的用戶體驗分為兩類，分別用“▼”和“▽”表示“用戶體驗好”和“用戶體驗差”。利用由眼動和AU組成的可評價用戶體驗的特征向量結(jié)合算法簡單，且具有較好魯棒性，優(yōu)異泛化能力和小樣本學(xué)習(xí)能力的有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法SVM[17]來構(gòu)建用戶體驗分類預(yù)測模型。11個實驗人員的眼動和面部表情及其對應(yīng)的用戶體驗評分構(gòu)成的特征向量來構(gòu)建模型的訓(xùn)練集和測試集。隨機從向量集中選擇12組向量作為測試集，其余共54組向量為訓(xùn)練集。模型的分類預(yù)測結(jié)果如表6所示。表6中，核函數(shù)為徑向基函數(shù)和多項式函數(shù)的非線性SVM?；?種不同內(nèi)核的SVM用戶體驗分類預(yù)測模型的準(zhǔn)確率分別為83.3%、83.3%和100%。因此，“眼動+AU”結(jié)合SVM的用戶體驗預(yù)測模型能有效度量官網(wǎng)的用戶體驗。

表6 分類預(yù)測結(jié)果Table 6 Classification prediction results

4 結(jié)論

(1)低成本航空公司官網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該在文字內(nèi)容、功能區(qū)布局、色彩和操作性方面取得平衡才能獲得好的用戶體驗。

(2)平均注視時間、平均眼跳時間比、AU1P、AU1I、AU2P、AU2I、AU4I、AU5I、AU10P、AU12P、AU12I、AU17I、AU25P和AU25I等“眼動+AU”指標(biāo)與網(wǎng)頁用戶體驗顯著相關(guān)，可構(gòu)成度量與評價用戶體驗的特征模式。

(3)“眼動+AU”結(jié)合SVM構(gòu)建的官網(wǎng)用戶體驗預(yù)測模型的分類精度能有效支持用戶體驗的客觀監(jiān)測與動態(tài)評價，可為官網(wǎng)“以人為中心”的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。