旋挖鉆線性圖標(biāo)線寬和面積比對(duì)搜索績(jī)效的影響

朱 惠， 邵 將， 張 瀅

（中國礦業(yè)大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116）

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)施工范圍的不斷擴(kuò)大，旋挖鉆作為一項(xiàng)先進(jìn)高效的灌注樁式成孔設(shè)備， 被廣泛應(yīng)用于水利、高層建筑、城市建筑、鐵道公路橋梁等樁式基礎(chǔ)工程的施工。 在智能制造信息系統(tǒng)集成化發(fā)展趨勢(shì)的影響下，工業(yè)信息系統(tǒng)圖標(biāo)量相應(yīng)增加，而圖標(biāo)復(fù)雜性也有所增加。 圖標(biāo)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)加重操作者的認(rèn)知負(fù)荷，甚至造成操作失誤，繼而引發(fā)事故。 因此，對(duì)工業(yè)信息圖標(biāo)進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，對(duì)降低操作者認(rèn)知負(fù)荷，準(zhǔn)確、高效獲取界面信息，及時(shí)得到反饋有重要意義。

1 研究現(xiàn)狀

目前已有較多學(xué)者對(duì)圖標(biāo)特性展開了大量研究。 圖標(biāo)特性包括圖標(biāo)尺寸，圖標(biāo)的視覺復(fù)雜度，圖標(biāo)顏色，圖標(biāo)風(fēng)格等。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多數(shù)圖標(biāo)特性對(duì)圖標(biāo)的搜索績(jī)效有顯著影響。

圖標(biāo)尺寸。 設(shè)計(jì)元素圖標(biāo)尺寸會(huì)影響圖標(biāo)搜索的速度和準(zhǔn)確性。 人眼是外界信息輸入的主要渠道，在特定觀察距離范圍內(nèi)圖標(biāo)尺寸決定了視網(wǎng)膜成像的大小， 進(jìn)而影響視覺信息的處理。 因此，過大的圖標(biāo)尺寸和過小的圖標(biāo)尺寸都會(huì)增加視覺搜索的難度。 Lindberg 等研究發(fā)現(xiàn)，隨著圖標(biāo)尺寸的減小，搜索性能下降。 并提出圖標(biāo)（界面元素）的最小尺寸不應(yīng)小于0.7°的視角[1]。 Zhangfan Shen等[2]研究了顏色組合、亮度對(duì)比度和圖標(biāo)面積比對(duì)搜索績(jī)效的影響， 認(rèn)為中低面積比更有利于被試識(shí)別圖標(biāo)。 此外， 不同類型的圖標(biāo)對(duì)圖標(biāo)尺寸的要求也是不同的。 例如，常凱[3]通過研究發(fā)現(xiàn)：擬物化圖標(biāo)需要設(shè)置更大的圖標(biāo)尺寸，扁平化圖標(biāo)具有較高的認(rèn)知效率，較小的圖標(biāo)尺寸也可以滿足搜索需要。

圖標(biāo)風(fēng)格。 吳曉莉等[4]按照?qǐng)D標(biāo)風(fēng)格將工業(yè)信息圖標(biāo)分為四類：面性圖標(biāo)、線性圖標(biāo)、擬物圖標(biāo)和3D 圖標(biāo)。 研究表明，不同風(fēng)格的圖標(biāo)對(duì)視覺搜索績(jī)效有顯著影響。 任宏等[5]采用ERP 技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，相比于擬物圖標(biāo)，扁平化圖標(biāo)更易于被試識(shí)別，反應(yīng)時(shí)更短。然而Burmistrov 等[6]的研究給出了相反的結(jié)論， 他們發(fā)現(xiàn)扁平化圖標(biāo)的反應(yīng)時(shí)是擬物圖標(biāo)的兩倍。 所以扁平化圖標(biāo)與擬物圖標(biāo)在搜索績(jī)效方面仍需深入研究。 胡瑩[7]選取智能手機(jī)APP 圖標(biāo)作為研究對(duì)象進(jìn)行分析， 研究結(jié)果得出面性圖標(biāo)與線形圖標(biāo)相比較，面性圖標(biāo)更容易引起用戶視覺注意，從視覺舒適度來看，二者并無顯著性差異。

綜上，之前學(xué)者的研究大多以手機(jī)圖標(biāo)為載體，研究簡(jiǎn)單幾何線形圖標(biāo)中，圖形面積比對(duì)搜索績(jī)效的影響。對(duì)于復(fù)雜的工業(yè)信息圖標(biāo)少有涉及。 旋挖鉆圖標(biāo)作為典型的線性工業(yè)圖標(biāo)，圖標(biāo)復(fù)雜度高，圖標(biāo)面積比對(duì)搜索績(jī)效的影響還有待探究。 此外線性圖標(biāo)的線寬也是重要的圖標(biāo)特征。因此，線性工業(yè)圖標(biāo)設(shè)計(jì)的面積比和線寬問題還需要進(jìn)一步研究。本文以不同線寬、不同面積比的組合圖標(biāo)作為實(shí)驗(yàn)材料，研究交互效應(yīng)對(duì)搜索績(jī)效的影響。

2 視覺搜索實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

圖標(biāo)面積比是圖標(biāo)的圖形面積與背景面積的比例[10]。但是，由于圖標(biāo)中的圖形大多不是規(guī)則的幾何圖形，所以計(jì)算圖標(biāo)中圖形的面積大小不夠精確。 本文將采用圖標(biāo)上下左右切線所圍成的正方形面積表示圖形的面積大小。 因此，我們使用圖標(biāo)中圖形所圍正方形區(qū)域（中的灰色區(qū)域，圖1）來代替圖形的面積來計(jì)算相對(duì)圖標(biāo)面積比。

圖1 圖標(biāo)面積比

旋挖鉆機(jī)控制界面圖標(biāo)采用矩形線框， 本實(shí)驗(yàn)主要研究線性圖標(biāo)的圖標(biāo)面積比及圖標(biāo)線形粗細(xì)的變化對(duì)圖標(biāo)搜索反應(yīng)時(shí)及準(zhǔn)確率的影響。實(shí)驗(yàn)以旋挖鉆機(jī)控制界面圖標(biāo)為背景，根據(jù)實(shí)際圖標(biāo)大小，線框采用大小為15mm×15mm 的矩形。 實(shí)驗(yàn)各線框之間的間距為5mm。自變量主要包括：（A）圖標(biāo)線寬和（B）圖標(biāo)面積比，因子A 有4 個(gè)水平（0.5px、1px、1.5px、2px），因子B 有5 個(gè)水平（30%、40%、50%、60%、70%）即（8.2mm×8.2mm、9.5mm×9.5mm、10.6mm×10.6mm、11.6mm×11.6mm、12.5mm×12.5mm）5 個(gè)等級(jí)，見圖2。 因變量是用戶反應(yīng)時(shí)間（RT）及正確率（ACC）。

圖2 自變量A 和B

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及被試

實(shí)驗(yàn)所使用的儀器是Tobii Pro X3-120 屏下非接觸式眼 動(dòng) 儀。 23.5 英 寸顯示屏呈現(xiàn)刺激。 液晶顯示器（惠普u2414h）具有1920×1080 分辨率和100Hz 刷新頻率。 觀看距離設(shè)定并保持在離屏幕50cm。被試為中國礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院在校研究生，年齡在22～28 歲，矯正視力1.0 以上，無色盲或色弱。實(shí)驗(yàn)會(huì)對(duì)被試的姓名、年齡、性別等信息進(jìn)行收集。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

自變量A、B 均相同的情況下，即圖標(biāo)線寬和面積相同，隨機(jī)選取3 個(gè)目標(biāo)圖標(biāo)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。設(shè)定同一圖標(biāo)面積比為一組，共5 組實(shí)驗(yàn)（5 級(jí)圖標(biāo)面積比），每組實(shí)驗(yàn)包括4 種線寬，共60 次實(shí)驗(yàn)。 每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束由被試自行決定休息時(shí)間。在執(zhí)行視覺搜索任務(wù)時(shí)，被試要先記憶目標(biāo)圖形。 本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)搜索頁面采用4×4 矩形陣列的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為消除位置效應(yīng)的影響，目標(biāo)圖標(biāo)均呈現(xiàn)在屏幕中央75mm×75mm 的矩形中（視角為距視線水平±4.1°，觀察距離500mm）。圖3 分別為目標(biāo)圖標(biāo)呈現(xiàn)頁面和圖標(biāo)的搜索頁面，目標(biāo)呈現(xiàn)頁面中央呈現(xiàn)單獨(dú)的圖標(biāo)，目標(biāo)搜索頁面呈現(xiàn)4×4 的圖標(biāo)陣列。

圖3 目標(biāo)圖標(biāo)呈現(xiàn)頁面和圖標(biāo)搜索頁面

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)采用ErgoLAB 全程錄屏，每個(gè)試驗(yàn)組的亮度、顏色、記憶時(shí)間是相同的。搜索任務(wù)為被試先對(duì)目標(biāo)圖標(biāo)進(jìn)行記憶，2s 后， 屏幕出現(xiàn)測(cè)試的一組目標(biāo)搜索圖標(biāo)。被試需要找到目標(biāo)圖標(biāo)并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)位置。 為了排除熟練度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，被試會(huì)在正式實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行10 次訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。 圖4展示了實(shí)驗(yàn)流程圖。

圖4 實(shí)驗(yàn)流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

當(dāng)被試搜索目標(biāo)圖標(biāo)位置時(shí)，ErgoLAB 人機(jī)環(huán)境平臺(tái)自動(dòng)收集被試的反應(yīng)時(shí)、正確率及多維眼動(dòng)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由內(nèi)置于ErgoLAB 的實(shí)驗(yàn)程序記錄，剔除無效數(shù)據(jù)和極端值后，通過SPSS 對(duì)線寬主效應(yīng)、面積比主效應(yīng)、線寬面積比交互效應(yīng)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)定的顯著性水平值P=0.05。

3.1 圖標(biāo)線寬

對(duì)線寬的4 個(gè)水平的視覺搜索任務(wù)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)和正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 圖5 顯示了不同線寬的平均反應(yīng)時(shí)。 圖6 顯示了不同線寬的正確率。

圖5 不同線寬的反應(yīng)時(shí)

圖6 不同線寬正確率

對(duì)線寬的4 個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。 結(jié)果表明，不同線寬對(duì)反應(yīng)時(shí)有顯著影響（F=3.6，P=0.02＜0.05），線寬1.0px 的反應(yīng)時(shí)間最短， 線寬1.5px 反應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)。不同線寬對(duì)正確率的影響也具有顯著性（F=5.279，P=0.003＜0.05），線寬為0.5px 時(shí)正確率最低。

3.2 圖標(biāo)面積比

對(duì)圖標(biāo)面積比的5 個(gè)水平的視覺搜索任務(wù)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)和正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 圖7 顯示了不同線寬的平均反應(yīng)時(shí)。 圖8 顯示了不同線寬的正確率。

圖7 不同面積比的反應(yīng)時(shí)

圖8 不同面積比正確率

對(duì)面積比的5 個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。 結(jié)果表明，不同面積比對(duì)反應(yīng)時(shí)有顯著影響（F=3.6，P=0.02＜0.05），面積占比為50%時(shí)，反應(yīng)時(shí)最短；面積比為30%時(shí)，反應(yīng)時(shí)最長(zhǎng)。不同面積比對(duì)正確率的影響沒有顯著性差異（F=1.471，P=0.221＞0.05），隨著面積比增大，視覺搜索的正確率逐漸增加， 面積比50%時(shí)正確率最高，60%時(shí)下降，70%時(shí)有所回升。

3.3 線寬面積比組合

線寬（4 個(gè)水平）和面積比（5 個(gè)水平）共20 種組合方式， 對(duì)組合視覺搜索任務(wù)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)和正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同組合的反應(yīng)時(shí)及正確率見圖9、圖10。

圖9 不同線寬與面積比組合的反應(yīng)時(shí)

對(duì)組合圖標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。結(jié)果表明，不同線寬和面積比的組合對(duì)反應(yīng)時(shí)有顯著影響 （F=3.855，P=0.007＜0.05），在線寬為1px，面積比為50%時(shí)反應(yīng)時(shí)最短，搜索績(jī)效最佳。 在線寬為1.5，面積比為30%時(shí)平均反應(yīng)時(shí)最長(zhǎng)。不同線寬和面積比組合對(duì)正確率的影響也具有顯著性（F=3.192，P=0.000＜0.05），線寬為1.5px，面積比為30%時(shí)正確率最低。 綜上所述，復(fù)雜的線性工業(yè)圖標(biāo)的圖標(biāo)特征推薦值為線寬1px，面積比50%。

4 討論

上述研究發(fā)現(xiàn)， 圖標(biāo)線寬與面積比對(duì)搜索績(jī)效均有顯著影響， 兩者的交互效應(yīng)也具有顯著性。 當(dāng)改變線性圖標(biāo)線寬時(shí)，完成視覺搜索任務(wù)的反應(yīng)時(shí)呈現(xiàn)波動(dòng)性變化。 線寬為0.5px～1px 時(shí)，視覺搜索任務(wù)的反應(yīng)時(shí)變短，搜索績(jī)效提高，推測(cè)這是由于圖標(biāo)的線寬較細(xì)時(shí)，圖標(biāo)的可識(shí)別性較低， 被試執(zhí)行視覺搜索任務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)。 隨著線寬的增加，圖標(biāo)更易識(shí)別，從而縮短了搜索時(shí)間。這與先前學(xué)者[9]的研究結(jié)果一致。 線寬為1px～1.5px 時(shí)，視覺搜索任務(wù)的反應(yīng)時(shí)變長(zhǎng)，且正確率降低，推測(cè)是由于圖標(biāo)線寬增加，對(duì)視覺舒適度產(chǎn)生了影響，同時(shí)隨著線寬的增加，圖標(biāo)的特征性減弱，相似性圖標(biāo)的差異性減弱。 根據(jù)刺激相似度理論， 目標(biāo)與干擾物之間的相似程度會(huì)影響搜索任務(wù)的難度[10]，當(dāng)干擾物在視覺上與目標(biāo)視覺屬性相似時(shí)，被試搜索的難度會(huì)增大[11]。因而被試用于記憶目標(biāo)圖形，分辨、識(shí)別、確認(rèn)搜索圖標(biāo)的時(shí)間增加，搜索績(jī)效降低。線寬為1.5px～2px 時(shí)， 被試用于視覺搜索任務(wù)的時(shí)間變短， 推測(cè)是由于當(dāng)線寬為2px 時(shí)， 圖標(biāo)更類似于面性圖標(biāo)，面性圖標(biāo)的搜索績(jī)效高于線性圖標(biāo)[7]，因而縮短了搜索時(shí)間。

當(dāng)改變線性圖標(biāo)面積比時(shí)，反應(yīng)時(shí)隨著面積比增大而縮短。當(dāng)面積比達(dá)到60%以上時(shí)，面積比對(duì)搜索績(jī)效的影響不再顯著。 這與Huang K C 等[8]關(guān)于圖形/背景區(qū)域比例和顏色組合對(duì)搜索績(jī)效的影響結(jié)論一致。

通過觀察用戶眼動(dòng)軌跡發(fā)現(xiàn)， 被試在視覺搜索過程中使用了“分組策略”。針對(duì)多特征的圖標(biāo)的視覺搜索實(shí)驗(yàn)，圖11（a）是執(zhí)行同一搜索任務(wù)的兩個(gè)用戶的眼動(dòng)路徑圖，目標(biāo)圖標(biāo)設(shè)置在圖標(biāo)搜索頁面的左上方（第一行第二列），綠色軌跡的被試在搜索時(shí)第一個(gè)注視點(diǎn)落在了屏幕的中心位置上，隨后沿從左到右，從下到上的搜索路徑最終找到目標(biāo)圖標(biāo)，注視點(diǎn)先后落在含有英文字符串、單個(gè)的英文字母、數(shù)字、的圖標(biāo)上。 藍(lán)色軌跡的用戶在搜索時(shí)注視點(diǎn)首先落在了屏幕的中心位置上，在向左、向上尋找目標(biāo)圖標(biāo)的過程中， 注視點(diǎn)先后落在含有英文字符串、單個(gè)的英文字母的圖標(biāo)上，而跳過了其他形狀的圖標(biāo)。 圖11（b）是多個(gè)被試的眼動(dòng)軌跡圖，大多數(shù)被試在視覺搜索中采用了相同的搜索策略。 圖11（c）是被試的眼動(dòng)熱點(diǎn)圖，這些圖片說明被試視覺在搜索過程中對(duì)目標(biāo)圖標(biāo)的特征進(jìn)行了分解。

圖11a 用戶的眼動(dòng)路徑路

圖11b 部分用戶眼動(dòng)軌跡圖

圖11c 部分用戶眼動(dòng)熱點(diǎn)圖

通過分析發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)目標(biāo)圖標(biāo)是包含多特征的復(fù)雜圖標(biāo)時(shí)，被試的首次注視點(diǎn)均為頁面中心，眼動(dòng)的注視點(diǎn)基本都先后落在了與目標(biāo)相似， 圖標(biāo)中包含英文字母、數(shù)字、箭頭類指示圖標(biāo)上，直到搜索到目標(biāo)圖標(biāo)后，搜索任務(wù)完成。注視點(diǎn)群組均很容易回避其它純圖形圖標(biāo)，說明針對(duì)單一色彩圖標(biāo)的搜索實(shí)驗(yàn)被試都采用了以字母 （單獨(dú)字母/字符串）優(yōu)先再到數(shù)字、 再到箭頭等指示類圖形、 純圖形的目標(biāo)分解過程。 被試在視覺搜索時(shí)視覺模塊進(jìn)行自上而下的認(rèn)知加工過程，并對(duì)目標(biāo)圖標(biāo)特征進(jìn)行了提取、分解和記憶。 圖標(biāo)分解過程見表1。

表1 目標(biāo)圖形特征分解

5 結(jié)束語

本文以旋挖鉆控制界面圖標(biāo)為背景，研究了圖標(biāo)線寬、面積比組合效應(yīng)對(duì)視覺搜索績(jī)效的影響。 結(jié)果表明復(fù)雜的線性工業(yè)信息圖標(biāo)采用線寬為1px 和面積比50%的組合時(shí)，搜索績(jī)效最優(yōu)。 研究結(jié)果揭示了①復(fù)雜的線性圖標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)圖標(biāo)內(nèi)在尺寸的設(shè)計(jì)規(guī)范；②通過觀察用戶瀏覽路徑，提出了基于目標(biāo)圖標(biāo)的圖形特征分解的“分組搜索”策略。

綜上，本文研究對(duì)線性工業(yè)信息圖標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕操作員的認(rèn)知負(fù)荷，快速高效準(zhǔn)確獲取界面信息具有重要意義。 同時(shí)，對(duì)其它工程類界面圖標(biāo)設(shè)計(jì)具有借鑒意義。 但是本文的研究仍存在一定的局限性，如實(shí)驗(yàn)中未探討不同圖標(biāo)復(fù)雜度和相似性圖標(biāo)對(duì)研究結(jié)果造成的影響， 還需要展開進(jìn)一步研究。