車內(nèi)屏幕漢字顯示的易讀性探索—最小字號與最多字數(shù)

陳芳 洪晨輝 朱嘉奇 仇寅 湯婷 萬鵬遠

（1. 吉林大學長沙汽車創(chuàng)新研究院, 長沙 130012；2. 上海愛樂克智能科技有限公司, 上海 201805；3. 北京北大方正電子有限公司, 北京 100085）

1 研究背景

嵌入式車載系統(tǒng)為駕駛員訪問各種應(yīng)用程序提供了便利。其中大部分的應(yīng)用程序信息會以文字的形式在車載顯示器上顯示，從實時天氣預報到具有行進路線和轉(zhuǎn)彎方向顯示的導航系統(tǒng)。機械按鈕和指針式的顯示已經(jīng)逐漸被更大的屏幕與更豐富的信息顯示方式所取代，這些屏幕容納的可訪問數(shù)據(jù)流越來越多。盡管國際標準化組織ISO和美國高速交通安全管理局NHTSA 制定了多項標準和管理規(guī)定，致力于減少或禁止駕駛員和乘員在車載系統(tǒng)中某些類型的活動，但是這種車載系統(tǒng)的優(yōu)勢是可以提供更加豐富的信息與靈活變化的畫面，并且可以增強車輛內(nèi)飾的科技感。因此，對屏幕上顯示的基礎(chǔ)信息進行有效管控極為重要。作為汽車智能座艙中人機界面設(shè)計的基本考慮因素，文字易讀性（即字符的可理解或可識別度）的重要程度隨著車內(nèi)視覺顯示信息的不斷增多而日益提高。因此，對于車內(nèi)的文字顯示信息，應(yīng)盡量避免因字體過小、看不清、字數(shù)過多和操作復雜造成駕駛分神，從而影響駕駛安全。

駕駛安全性是汽車設(shè)計需要考慮重要的因素之一。國際標準化組織發(fā)布的ISO 15008: 2017[1]，對車內(nèi)顯示的英文最小字號做出了明確的要求，以應(yīng)對復雜的文字系統(tǒng)對于駕駛員分神所造成的影響。美國高速交通安全管理局發(fā)布的NHTSA-2010-0053:Vi?sual- Manual NHTSA Driver Distraction Guidelines for In-Vehicle Electronic Devices[2]和其他相關(guān)文件描述了文字信息對于駕駛行為的影響及相關(guān)測量和使用標準（其它關(guān)聯(lián)的標準有ISO 15008:2017[1]、ISO 16673:2017[3]、ISO 4513:2010[4]和SAE-J1751-1[5]）。由于上述文件都以拉丁文字為基礎(chǔ)而設(shè)定，許多條例不符合中文文字的閱讀和認知特點，中國汽車企業(yè)進行中文文字顯示設(shè)計時，往往缺少相關(guān)理論和標準依據(jù)。因此，相關(guān)的說明和標準應(yīng)作適應(yīng)中國的本土化調(diào)整，以制定出適合中國駕駛員使用的標準。

2 研究現(xiàn)狀

駕駛員分神對駕駛的影響不僅取決于分神的類型，還取決于任務(wù)的頻率和持續(xù)時間。即使一項任務(wù)的分神程度不高，但頻繁或長時間從事該任務(wù)的駕駛員也可能將碰撞危險性增加到與較少執(zhí)行更為困難任務(wù)相當?shù)乃健Ｒ虼?，美國、歐洲和日本的汽車工業(yè)，都對駕駛分神進行了很多有價值的研究，陳芳[6]在《以人為本的智能汽車交互設(shè)計（HMI）》書中對駕駛員分神、駕駛?cè)蝿?wù)和潛在的事故風險進行了總結(jié)。同時，NHTSA-2010-0053[2]也對相關(guān)的研究進行了概括，增加了有關(guān)駕駛員分神及其對安全性影響的研究內(nèi)容，研究結(jié)果表明NHTSA和ISO在制定駕駛員分神相關(guān)的設(shè)計指南時提供了很多科學依據(jù)。由于操作駕駛次任務(wù)而影響駕駛安全是一個相對復雜的問題，因此不是單因素的測量可以闡述清楚的。許多研究表明，認知分神對駕駛安全的影響沒有視覺分神嚴重，而且認知分神不易測量，因此各國在制定分神相關(guān)的標準時，皆以視覺分神為依據(jù)。本文的研究的主要依據(jù)NHTSA-2010-0053[2]中的2個原則：

（1）眼睛單次注視（離開駕駛正前方路面）的時間不得超過2 s。

（2）完成一個次任務(wù)時眼睛離開正前方路面的總時間不得超過15 s。

目前，國內(nèi)外普遍采用駕駛模擬器來進行不同車載顯示系統(tǒng)對駕駛員分神影響的試驗研究。采用非動態(tài)駕駛模擬器比用實車駕駛更容易控制試驗條件，可以相對減少測量誤差。同時，采用低保真模擬器得出的各種條件間對比結(jié)果的敏感性并沒有減少[2]。

當前，對于車載的漢字顯示相關(guān)研究較少，Viita等[7]在對車內(nèi)顯示的中英文字符在不同字號下的可接受性與舒適性進行了對比，指出中控區(qū)域的中文閱讀最低舒適性字號閾值在4.0~5.2 mm，最低可接受字號閾值為3.1~4.0 mm。儀表盤區(qū)域的中文閱讀最低舒適性字號閾值在3.6~4.0 mm，最低可接受字號閾值在3.0~3.6 mm。Chen等[8]在對多任務(wù)狀態(tài)下的繁體漢字快速理解試驗中，得出漢字展示速度提高到430字/min時開始出現(xiàn)理解效率明顯下降，且在單行文字浮現(xiàn)速度在282 字/min 時的理解效率比單個詞浮現(xiàn)速度在332字/min時的理解效率高[9]。在車載英文字符顯示的探索中，Crundall等[10]在駕駛模擬器試驗中對英文偽文本的閱讀行為進行了試驗，試驗結(jié)論為字號在4~9 mm（距離屏幕70 cm）時的駕駛員眼動行為會隨字號減少，出現(xiàn)更多的凝視時間（長于2 s），且試驗中的掃視總時間和駕駛績效未在偽文本字號改變時表現(xiàn)出顯著性。Hoffman等[11]在駕駛模擬器中的英文顯示試驗中，指出顯示句子長度與切換速率在眼動行為中僅在凝視頻率上產(chǎn)生顯著性差異，而凝視時長未表現(xiàn)出顯著性差異。

針對非駕駛場景，進行了常規(guī)漢字顯示易讀性的探索試驗，得出如下結(jié)論。

（1）對于簡體漢字，字號對易讀性有著顯著的影響[12-13]，且在圖像分辨率（dpi）為125、視角為0.62°，或圖像分辨率（dpi）為200、視角為0.43°時[13]，閱讀效率最高；

（2）字符復雜度也對易讀性有顯著影響[12]。對于繁體漢字，字號大小[14-16]、文字方向[15]、顯示行數(shù)與行間距離[17-18]、字間距[14]、漢字復雜度[16]與展示方式[18]均對易讀性產(chǎn)生影響。字號設(shè)置在41′、字間距為1/8字符寬度時，閱讀效率更高，且小字號會在眼動行為中帶來更長注視時間與更少的注視次數(shù)[14]。

3 研究目的

本研究的目的是研究車內(nèi)所有顯示屏顯示的中文字符的最小字符高度、單次信息顯示最多字符數(shù)、單次駕駛?cè)蝿?wù)信息顯示的最多字符數(shù)，以此避免駕駛員分神，確保駕駛安全。整個研究分為3個試驗：

（1）最小字符高度試驗；

（2）單次掃視最多字數(shù)試驗；

（3）多次掃視完成一個任務(wù)最多字數(shù)試驗。

對于車載系統(tǒng)顯示的文字來說，字號、字數(shù)、字體、字間距、行間距、屏幕亮度對比度、文字特征與背景顏色、顯示環(huán)境參數(shù)都有可能會影響駕駛員從文字中提取信息的能力。但相對而言，字號對人的眼睛在一定距離內(nèi)是否能夠看清文字起到?jīng)Q定性的作用。最小字符高度的限定是為了保證駕駛員能看清儀表盤、中控區(qū)域顯示器及其它潛在的可向駕駛員傳遞文字信息的位置中所能閱讀的最小字符高度。測試時，不僅要考慮到駕駛員的視力，還需要考慮一些文字外、可能對可閱讀的最小字符高度產(chǎn)生影響的參數(shù)，比如顯示器距離、顯示硬件參數(shù)、駕駛員視角的變化和環(huán)境光照。

人在閱讀的過程中，一般都會從一句話的起始字開始讀起。如果一句話沒有讀完就被中斷，視線也離開了原文，再繼續(xù)讀時，人很難直接從中斷的地方繼續(xù)讀，尤其是當中斷發(fā)生在一段文字中間（2個標點符號之間），人們往往會從這句話的起始位置重新讀起，因此需要研究駕駛員在眼睛離開前方道路2 s內(nèi)單次掃視所能夠閱讀到的最多中文字數(shù)極限，以保證駕駛員在讀取中文信息時，不會造成視覺分神。單次掃視最多字數(shù)試驗是根據(jù)駕駛員視線離開路面不應(yīng)超過2 s為原則，測試在這2 s內(nèi)駕駛員最多單次閱讀字數(shù)。

多次掃視完成一個任務(wù)最多字數(shù)的試驗是根據(jù)駕駛員在駕駛過程中在屏幕上完成一個操作目標的時間不能超過15 s，在一個完整的任務(wù)中所能閱讀的最多字數(shù)。多次掃視最多字數(shù)試驗探索同等環(huán)境條件，閱讀的字數(shù)與其它控制變量的關(guān)系。

4 試驗方法

4.1 被試甄別

有效被試人數(shù)為128人，具有高中及以上學歷，非調(diào)研或咨詢行業(yè)相關(guān)人士。被試分成4個年齡組：

（1）18~24歲；

（2）25~39歲；

（3）40~54歲；

（4）55歲及以上。

各年齡組的人數(shù)分配如圖1 所示，各年齡組男女比例為7∶3。

圖1 被試的年齡分配

被試者雙眼裸眼視力或者矯正視力需達到對數(shù)視力表4.9以上。單眼視力障礙，優(yōu)眼裸視力或者矯正視力達到對數(shù)視力表5.0以上，且水平視野達到150°。

4.2 試驗環(huán)境及設(shè)備參數(shù)

4.2.1 試驗環(huán)境

本試驗根據(jù)NHTSA-2010-0053[2]標準，采用臺架（圖2）模擬座艙環(huán)境進行測試，房間為正常散射光線，不會對屏幕造成反光。座椅高度及屏幕點位根據(jù)實車距離固定。

圖2 非動態(tài)駕駛模擬器

根據(jù)試驗需求，每位被試者需要在模擬器上的5個位置點分別測試。5個位置點為在駕駛員可視范圍內(nèi)，替代可能顯示文字的屏幕位置，即：儀表盤、中控屏、副駕屏、內(nèi)后視鏡的位置（圖3）。研究人員根據(jù)ISO 15008:2017 的測量方式，測量了6 個主機廠的代表車型（北汽X7、長安CS55、上汽RX5、寶馬3系、紅旗H9 和大眾帕薩特），測量參數(shù)取平均值作為試驗時5個測試點的距離，具體參數(shù)見表1。

表1 車內(nèi)顯示位置測量參數(shù)（相對眼部中心距離） mm

圖3 臺架布置點位示意

試驗使用微軟Surface 12.3 英寸顯示屏作為試驗顯示設(shè)備，分辨率為2 736×1 824，像素密度為267。屏幕大小適中、顯示效果理想，符合試驗要求。

4.2.2 測試文本與字體選擇

GB/T 2312—1980編碼標準包含6 763個漢字，其中一級漢字3 755 個，二級漢字3 008 個，是中國制定發(fā)布的一份簡體字庫國家標準，中國幾乎所有的中文系統(tǒng)和國際化的軟件都支持GB/T 2312—1980。試驗中的文字試題由方正集團的字體專家優(yōu)先從一級漢字中選取測試字，保證測試者能夠正確識讀。

在試驗文本的選擇上，要考慮決定中文字形是否容易辨認的2個因素：

（1）文字自身的復雜程度，即所擁有的筆畫數(shù)量，筆畫數(shù)量越多，筆畫之間的白空間越小，對字號、對比度的要求越高。此處的筆畫多少并非實際的筆畫數(shù)量，是筆畫視覺上的體量，例如，一個短橫和一個橫折勾，后者在視覺體量上所占空間更多，只有視覺體量是與白空間直接相關(guān)的；

（2）是否有形狀相近的漢字，如“已”字雖然筆畫簡單，僅有3筆，但易于與“己”字混淆。

以此建立坐標系，將測試字分為4種類型:

（1）字比較簡單，但容易認錯的字；

（2）筆畫復雜的，不容易辨認的字；

（3）對對比度（字和背景）比較敏感的且必須測的字；

（4）容易混淆的字。

易混淆文字選擇的分類方式可以按照圖4的方式分為4個象限，為了使選字更有針對性，可將坐標進一步細化為8個象限，選字應(yīng)更多地選擇靠近坐標中心位置的4個象限。

圖4 字形劃分象限

（1）字比較簡單，但容易認錯的字：

1-A：補樸撲畢華抗杭針釘佘余休體代伐帥師；

1-B：未末汁計沒設(shè)已己勺勻勾迂遷甲申冶治。

（2）筆畫復雜的，不容易辨認的字：

2-A：亭亮殼堅豎銜街浙淅哀衰棄弈；

2-B：撤撒徽微怒恕游漩陳陣譯澤。

（3）對對比度（字和背景）比較敏感的且必須測試的字：

3-A：創(chuàng)刨諧詣讀瀆卓阜盲肯競竟捐捎旁勞導尋亨享李季；

3-B：慷慵賽塞揶挪栽載熱熟漫謾器囂乘乖受愛劇刷。

（4）容易混淆的字：

4-A：奈宗攔欄搶槍壞坯討付幻幼字學務(wù)劣札禮巨臣吩盼戒戎陽阻料科；

4-B：犬尤仁仨它侖冗亢兌克藝乞芳旁助則動功劫譏設(shè)岡網(wǎng)兇。

最后，本試驗采用“方正悅駕黑”作為試驗字體，該字體是由方正集團專為車載系統(tǒng)設(shè)計的嵌入式中文字體。該字體設(shè)計清晰、簡潔，是一款適應(yīng)性強、識別效率高字體，在快速掃視環(huán)境下（如汽車儀表，顯示器界面）該字體是最佳無襯線字體之一。

4.2.3 最小字符高度表述方式

有關(guān)“最小字符高度”的表述方式，一般有2種方式：

（1）使用絕對物理高度進行表述；

（2）使用視覺中心點與字符上下邊界的連線夾角進行表述，如圖5所示。

圖5 視覺連線夾角示意

圖5 中，h為字符在屏幕中的實際高度，b為眼球到屏幕的距離，α為視覺連線夾角，由于b遠遠大于h，因此α、h、b之間的換算關(guān)系如式（1）。

分析2類最小字符高度表示方法的優(yōu)劣如表2所示。

表2 最小字符高度表示方法對比

（1）物理高度的表述方式（如使用“4.41 mm”表述）是在試驗中座椅距離屏幕可調(diào)整的最大距離基礎(chǔ)上獲得的，因此對于一般駕駛員而言，往往視線離屏幕更近。因此，用一個絕對的物理高度定義最小字符高度，將失去在實際使用中的靈活性。另一方面，采用視覺連線夾角的表述方式，將視覺距離與字符高度之間形成了一個正比關(guān)系，使用靈活；

（2）雖然采用視覺連線夾角的表述方法，對于實際測量來說較為復雜，但還是仍可以實現(xiàn)；

（3）國際標準中通常采用視覺連線夾角的表述方式。

綜上所述，本文將以視覺連線夾角作為最小字符高度的換算表述方式。另一方面，為了方便起見，在試驗執(zhí)行和數(shù)據(jù)分析過程中，采用字號作為數(shù)據(jù)記錄的單位。試驗最終結(jié)果通過換算將字號轉(zhuǎn)換為視覺連線夾角α的表述。

4.3 試驗流程

試驗時，被試者在試驗間對每個有效樣本都進行了3 個獨立的試驗。每個試驗有5 組，即對應(yīng)靜態(tài)駕駛模擬器上的5個位置點（圖3）。完成一個位置點試驗后，由主持試驗人員將屏幕放到下一個位置點，試驗總時長約為50 min（根據(jù)答題速度和休息時間略有浮動）。以下為試驗基本流程：

（1）引導被試者進入試驗場地，檢查視力、年齡是否真實，是否符合招募要求；

（2）引導被試者閱讀知情同意書，明確試驗流程與風險后，在文件上簽字；

（3）引導被試者坐到臺架上，在屏幕上輸入被試個人及試驗起始參數(shù)信息；

（4）測量被試者雙眼中心點到不同屏幕的距離，用來換算最小字符高度視線夾角；

（5）引導被試者熟悉環(huán)境光線、操作頁面和屏幕亮度；

（6）引導被試者在屏幕上選擇能看清的最小字符高度；（7）引導被試者完成最小字符高度試驗的練習試驗；（8）待被試者進行多輪練習試驗，確認已完全熟悉試驗流程后，開始正式試驗；

（9）詢問被試者是否要休息一下眼睛；

（10）引導被試者選擇看得最舒服的字號；

（11）引導被試者繼續(xù)完成剩余2個試驗的練習試驗和正式試驗，期間也可休息一次眼睛；

（12）試驗完成之后，主持試驗人員對被試者進行訪談，詢問是否愿意來參加動態(tài)駕駛模擬對比試驗。

4.4 最小字符高度試驗

最小字符高度試驗的方法是在屏幕上同時出現(xiàn)3個字，被試者需要回答看到3個字是或者不是同一個字，即3個字只要有1個字不同就回答“否”。

最小字符高度界面使用方法及試驗具體流程和邏輯如下。

第1 步：讓被試者從圖6 中先選出能看清的最小字符高度（字號）。在正式試驗中，在被試者選出的最小字號基礎(chǔ)上，將該字號增大和減小2 pt，并選擇這3種字號進行隨機混合。如，被試者在圖6中選擇18 pt字作為其能看清的最小字符高度，則在試驗中采用3種不同的字號：16 pt、18 pt、20 pt，進行試驗。

圖6 試驗界面：選擇能看清的最小字符高度

第2 步：讓被試者使用其選擇的字號進行練習試驗，練習題總共為2 題，答案是一題相同，一題不同。被試者在此階段可反復試做，直到完全熟悉試驗形式和答題方式。例如，屏幕上出現(xiàn)“術(shù)術(shù)木”這3個字，被試者需要給出的正確答案是“否”；如果屏幕上出現(xiàn)“術(shù)術(shù)術(shù)”這3個字，被試需要給出的正確答案是“是”。

第3步：在完成了所有的練習試驗，被試者適應(yīng)回答方式和顯示速度之后，可進入正式試驗。正式試驗除試題外，其余與練習試驗一致。

正式試驗共測試5個位置點（圖3），每個位置共48道題，出題順序隨機。直到一組48題全部出完。試驗過程中，若被試者在規(guī)定時間內(nèi)未作答，判為答錯，并自動進入下一題，以防止被試者思考過久盲目猜測。

試驗中，文本展示時間為0.5 s，被試者作答時間為2 s，每道題準備時間為2 s，試驗時長為25 min。

4.5 單次掃視最多字數(shù)試驗

最多字數(shù)試驗目的是為了考驗駕駛員對文字內(nèi)容的接受能力。

如果以視線離開路面不得超過2 s（NHTSA-2010-0053）為基礎(chǔ)，并考慮視線移動的時間約為0.2 s，因此被試者對每道試題的觀察時間為1.8 s，即在試題出現(xiàn)1.8 s后會自動消失。

文獻[9]表明，成人一般能讀300~400 字/min，即1.8 s能讀9~11個字。所以試驗范圍設(shè)定在9~14個字的句子是否可以在1.8 s內(nèi)讀完。

測試用的句子包含比較中性的生活類及汽車類內(nèi)容，字數(shù)為9~14 字。被試者在每個位置點完成18道題，每種字數(shù)的題目有3道題，有5個位置點（圖3），總計90道題。

該試驗的界面、試驗流程和邏輯如下：

第1 步：被試者先選出自己最喜歡的字號。這里主持試驗人員需要引導被試者盡量選擇看得最舒服，并且覺得掃一眼讀取內(nèi)容比較多的字號，避免直接選擇最大的那個。

第2步：基于被試者選擇的字號，進行2輪練習試驗。練習題總共為2題，例如，有一句話“小明修改駕駛目的地到肇嘉浜路”問答題1：請問主人公是叫小明嗎？正確回答是“是”；問答題2：請問主人公是去祁連山路嗎？正確回答是“否”。

第3步：在完成所有的練習試驗之后，點擊主頁界面“直接開始”進入正式試驗。

正式試驗方式和練習試驗一致，正式試驗需測試5 個位置點（圖3），每個位置內(nèi)9~14 字的不同字數(shù)的題目會隨機出現(xiàn)，每種字數(shù)有3道題，直到一個位置點18題全部出完，每道題只會出現(xiàn)一次。若被試者在一定時間內(nèi)未作答，按答錯計，系統(tǒng)自動進入下一題。

正式試驗題目總數(shù)為90道題，每句話展示時間為1.8 s，被試者有5 s回答時間，試驗時長約為15 min。

4.6 多次掃視15 s內(nèi)完成一個任務(wù)最多字數(shù)試驗

多次掃視完成一個任務(wù)最多字數(shù)試驗的目的是為了得到駕駛員在完成一個完整的任務(wù)中所能閱讀的最多字數(shù)。試驗方式是在屏幕中央顯示一段話讓被試者閱讀，顯示的這段話每1.8 s會消失一次，模擬駕車時駕駛員視線回到路面再回到屏幕，進行多次掃視閱讀的情況。15 s之后會將這段話完整顯示在屏幕上。

試題文本會基于“單次掃視最多字數(shù)試驗”第一步中被試者選擇的字號顯示。每次閱讀100字左右的文本，文本由4字成語組成的段落或者生活化的文章段落，16個字左右為一行，字間距為字體默認值，行距為1.5倍。

該試驗的界面、試驗流程和邏輯如下：

第1步：引導被試者進行2輪練習試驗，練習試驗中會出現(xiàn)一段約60 字的文字，顯示1.8 s，然后關(guān)閉1.95 s，再開啟1.8 s，一共開啟4 次，即總時長為15 s。然后屏幕中會顯示：請問您讀到哪啦？之后會將這一段話再次顯示在屏幕中央，由被試者點擊剛才讀到的最后的一個字。練習試驗總共為2題，一題為成語段落，另一題為生活類的文章段落。

第2步：進入正式試驗，正式試驗的文本顯示效果和回答方式同練習試驗一致，不同的是正式試驗文本字數(shù)會更多，100字左右，5個位置點（圖3），每個位置點有6題，成語和短文各3題隨機出現(xiàn)。例如1個成語段落、1 個文章段落、再1 個文章段落、1 個成語段落（無規(guī)律可循），直到每一個位置點的6題都出完，每一題只會出現(xiàn)一次。正式試驗題目總數(shù)為30題，試驗時長約為10 min。

5 試驗結(jié)果

5.1 最小字符高度試驗結(jié)果

在數(shù)據(jù)分析的過程中，選擇了被試者回答正確率最高的字號為最小字符高度，用于統(tǒng)計分析。被試的數(shù)據(jù)顯示，在被測的3類字符高度（字號）中，并非總是字符高度越大，判斷的準確性就越高。組內(nèi)與組間的個體差異比較大。

對比了同一顯示位置，不同年齡組間的差異（圖7）和同一年齡組不同位置間的差異（圖8）。結(jié)果顯示，同一位置，年齡間對比，差異較大，而同一年齡，位置間對比，差異不大。從圖8中可以看出，年齡在20~39 歲之間，對最小字號選擇的差異不大，但伴隨年齡的增長，對最小字號的選擇明顯大于年輕人。盡管存在視力矯正，一般40歲后眼睛會開始老花，顯示的字需要大些才可以看清楚。統(tǒng)計分析證明，它們相互間沒有顯著差異。圖7、圖8 中顯示器位置標號對應(yīng)于圖3中的位置標號。

圖7 最小字號、相同位置和被試者不同年齡間最小字號對比

圖8 最小字號、被試同年齡組不同顯示位置的對比

另一方面，考慮需要獲知駕駛員能夠看清的最小字符高度，將不同位置對不同年齡段75%的人群答題正確率為100%的最小字號進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 75%能答對所有問題的人可分辨的最小字號 pt

數(shù)據(jù)顯示，考慮到需要滿足人群中75%的人可分辨的最小顯示字號為18 pt 和20 pt，其中18 pt 經(jīng)過計算公式可求得其字符高度h為4.41 mm，換算成α值，即視覺連線夾角，其所對應(yīng)的值為16′（計算公式見式（1））。

5.2 一次掃視最多閱讀字數(shù)試驗結(jié)果

同樣，數(shù)據(jù)分析過程中做了年齡和顯示位置間的對比，如圖9、圖10所示。

圖9 相同位置、不同年齡組間一次掃視最多閱讀字數(shù)對比

圖10 同年齡組、不同位置間一次掃視最多閱讀字數(shù)對比

該試驗中，由于試題中使用的字號是被試者自己選的最佳閱讀字號，每個被試選擇的顯示字號都明顯大于試驗的最小字號。表4 顯示了不同年齡組選擇的最佳閱讀字號，大部分人都選擇的字號為20~22 pt。

表4 不同年齡組自選擇的最佳閱讀字號

結(jié)果表明，在相同的年齡組中，不同位置的顯示器差異不大，但年齡間是存在差異的，尤其是55歲以上的年齡組，閱讀速度明顯比年輕人慢。

同樣，需要保證人群中75%的人群能夠完整閱讀完相應(yīng)字數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計，能夠完整閱讀完相應(yīng)字數(shù)為12個字。

5.3 多次掃視15 s內(nèi)完成一個任務(wù)最多字數(shù)試驗結(jié)果

由表5所示，閱讀字數(shù)與年齡呈負相關(guān)，即使在正式試驗之前，讓被試者自主選擇其最佳觀察字號（表5），閱讀速度依舊受年齡的影響（圖11、圖12），年齡越大的被試者閱讀速度越慢，反之越快。

表5 各年齡組在不同位置的成語與段落閱讀字數(shù) 字

圖12 15 s內(nèi)完成一個任務(wù)最多字數(shù)對比

同樣，滿足75%人群可閱讀的字數(shù)量為34 個字。

6 討論

在一系列的試驗中，試驗設(shè)計面臨的第1 個問題是如何選擇被測試的文字。在本試驗開始之前，從目前中國市場上的常用車型中選了7款車做了深入的研究，發(fā)現(xiàn)有420個高頻常用字，這些常用字是本試驗選擇測試字的主要參考，并按照圖5的象限劃分來選擇的，因此有普遍的意義。

由于試驗需要控制變量的原因，限定了具體的字間距、行距、字體類型相關(guān)文字指標，試驗中采取了最常見的字間距與字行距，即0 pt 字間距與1.5 倍字行距，同時采用方正悅駕黑作為測試字體。在上述參數(shù)如何具體進一步影響中文的可讀性的問題上，關(guān)心此問題的讀者可以進行重復試驗去驗證。試驗的方法可以完全采納本文描述的方法，這些方法是嚴格按照國際標準展開的。在實際的使用過程中，若相關(guān)參數(shù)有較大的更改，如采用襯線字體時，或使用低分辨率的屏幕時，建議重復本試驗，以保證其閱讀安全性。

本試驗統(tǒng)一采用ISO 15008:2017中推薦的4類光照類型中的最常見的陽光漫反射作為試驗環(huán)境條件，4 類光照類型即陽光漫反射、陽光直射、黃昏和黑夜。對于其它光照條件，影響閱讀速率的最大因素是屏幕亮度，由于目前市面上大多數(shù)彩色顯示屏的屏幕亮度可以進行手動或者自動調(diào)節(jié)，因此在不同光照環(huán)境下，屏幕亮度是可以符合當下駕駛環(huán)境的要求，因此更多光照類型不在本次試驗的研究范圍中。

本次試驗采用非動態(tài)的模擬臺架進行試驗，某些觀點認為低保真非動態(tài)駕駛模擬器與高保真動態(tài)模擬器存在一定的差距。該觀點認為，在行駛過程中的動態(tài)特性一定程度上會影響駕駛員閱讀速度和識別準確率。然而，在一般鋪裝路面的情況下，根據(jù)NHT?SA-2010-0053[2]所述，動態(tài)模擬器與非動態(tài)模擬器做出的此類試驗結(jié)果并無顯著性差異。與之相對的，非動態(tài)模擬器的成本更低，也更容易控制變量。同時，本次試驗也在通過動態(tài)模擬器進行了與靜態(tài)模擬器在閱讀差異上的對比試驗，試驗結(jié)論并無顯著性差異。因此，采用非動態(tài)駕駛模擬器進行閱讀分神的研究能確?？茖W、準確、高效。

中文的閱讀與拼音文字的閱讀有很大的區(qū)別，如文獻[7]中描述，單個中文字可以通過偏旁部首的形狀和上下文聯(lián)想來猜測，這也就造成了試驗數(shù)據(jù)有比較大的離散性，同時對文字顯示的位置（圖3）不敏感。本研究結(jié)果建議選擇試驗中采用18 pt 作為最小車載用字字號，即視覺連線夾角為16′。這個選擇是為了保證在任何隨機人群中75%的用戶可以在安全、不造成分神的情況下，清楚地看清車內(nèi)任何位置顯示屏中顯示的中文字。

在試驗2 中，對單次掃視可能閱讀的最多中文字做了試驗。閱讀時，標點符號的出現(xiàn)是幫助斷句，給出停頓位置。另一方面，在開車時，為確保駕駛安全，駕駛員的眼睛不得離開前方路面的時間是2 s，除去視線從前方道路轉(zhuǎn)移到顯示屏的來回時間，真正能夠停留在屏幕上的時間不超過1.5 s。因此在本試驗中，選擇1.8 s 為測試時間，是相對較寬裕的。因此，試驗的結(jié)論能夠確保75%的人群能夠在不造成分神的情況下，能夠通過一次掃視，即可完整地獲取文字的信息。

試驗3 是為了研究一個完整的車載信息任務(wù)，不應(yīng)超過的最多文字字數(shù)。研究結(jié)果表明年齡組間的差距非常大，通用設(shè)計建議需在試驗結(jié)論基礎(chǔ)上進一步總結(jié)。試驗結(jié)果中滿足75%人群可閱讀的字數(shù)量為34個字。依據(jù)Kamiya等[19]的試驗，單個漢字包含的信息量為10.8 bit，單日語片假名的信息量為9.4 bit，一個物體或者圖片（例如蘋果、香蕉或者一個圓圈）包含14 bit。一個英文字母，則是2.2 bit。同時，根據(jù)JA?MA 車內(nèi)顯示設(shè)計指導2008[20]，車載信息單任務(wù)中的片假名不超過31個。車載信息任務(wù)，一個完整的任務(wù)信息量應(yīng)該在237~294 bit。如果以294 bit為計算，相當于27 個漢字，JAMA 車內(nèi)顯示設(shè)計指導2008[20]給出的一次顯示的日文字母標準是31個。綜合考慮，將此數(shù)值劃定為30個中文漢字。

結(jié)合試驗2與試驗3，設(shè)計建議如下：當需要用比較多的漢字來表述一段信息時，建議采用的字符高度視覺連線夾角在18′~19′。同時，單次信息所使用的字數(shù)不得超過12個字。最后，對于一個完整的駕駛次任務(wù)的提示信息，所用中文總數(shù)不得超過30個字。

7 結(jié)論

本研究通過完成3 組試驗，明確了基于車內(nèi)中文文字的3類不同的參數(shù)對于文字的可讀性所造成的影響。

（1）確定了車載文字中最小視覺連線夾角為16′。

（2）確定了單次掃視中出現(xiàn)的文字數(shù)量建議不超過12個字。

（3）確定了單次次任務(wù)掃視的文字總量建議不超過30個字。

本文研究結(jié)論同時形成了中國汽車工程學會的團體標準，為國內(nèi)車企進行車載視覺中文顯示設(shè)計時，提供了理論與標準依據(jù)。由于本文研究形成的參考標準是確保駕駛員在獲取文字信息時不會造成視覺分神的最小字號與最多字數(shù)設(shè)置標準，因此建議在設(shè)計車載中文字信息時，能夠執(zhí)行此標準。