姜穎，洪軍，王崴，瞿玨

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面向VDT顯示界面的視覺舒適度客觀描述方法

姜穎1，洪軍1，王崴2，瞿玨2

(1. 西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安，710054；2. 空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西西安，710051)

通過主、客觀實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)面向視覺顯示終端(VDT)的信息顯示界面視覺舒適度的客觀描述模型進(jìn)行研究。以不同色彩組合的儀表界面為測(cè)試對(duì)象，采集被試者的腦電信號(hào)，得到P100和P300幅值、潛伏期以及各頻段下的腦波能量，并對(duì)表盤界面進(jìn)行舒適度主觀評(píng)分。利用多項(xiàng)式擬合回歸，建立視覺舒適度(VC)與P4和波能量P之間的數(shù)學(xué)模型。研究結(jié)果表明：通過相關(guān)性分析，得到視覺舒適度分別與頂葉P4處的P300幅值P4(相關(guān)系數(shù)為0.644，顯著性＜0.05)、波能量P(相關(guān)系數(shù)為0.850，＜0.005)及比值(α+θ)/β(相關(guān)系數(shù)為?0.872，＜0.005)均顯著相關(guān)。模型顯示視覺舒適度與P4呈正向線性關(guān)系，與P呈二次拋物線關(guān)系，二者的交互作用與視覺舒適度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。利用該數(shù)學(xué)模型對(duì)視覺舒適度進(jìn)行客觀描述是可行的，同時(shí)該模型可用于對(duì)VDT視覺顯示界面視覺舒適度的評(píng)價(jià)。

視覺顯示終端(VDT)；顯示界面；視覺舒適度；客觀描述；模型；腦電信號(hào)

基于視覺顯示終端(visual display terminals, VDT)的視覺顯示界面已被廣泛應(yīng)用于各種工程設(shè)備中，與傳統(tǒng)的物理式信息界面相比，VDT界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)顯示界面的整合，增加了人機(jī)互動(dòng)。然而，不當(dāng)?shù)腣DT視覺界面色彩搭配會(huì)導(dǎo)致視覺系統(tǒng)負(fù)荷過大，如在同一界面中同時(shí)使用位于可見光譜兩端的顏色會(huì)造成人眼晶狀體處于頻繁的調(diào)節(jié)狀態(tài)中，從而導(dǎo)致眼部肌肉疲勞并引發(fā)視覺不適；而視覺舒適度是衡量視覺不適的1個(gè)重要指標(biāo)。視覺舒適度是人眼對(duì)刺激感受的舒適程度，它是1個(gè)心理感受量。通常視覺舒適度通過主觀評(píng)價(jià)[1?2]方法獲得，但是由于主觀評(píng)價(jià)往往會(huì)受到人的心理及精神因素的影響，造成評(píng)價(jià)結(jié)果不能反映真實(shí)的視覺舒適度狀態(tài)。因此，對(duì)視覺舒適度進(jìn)行客觀的測(cè)量是有必要的，目前的客觀測(cè)量方法主要為生理指標(biāo)測(cè)量。早期的生理測(cè)量指標(biāo)主要是人眼生理指標(biāo)，包括眼表面積[3]、瞳孔尺寸[4?5]、晶狀體調(diào)節(jié)能力[4]等。視覺舒適度越高，眼表面積越小[3]；眼睛越放松，瞳孔尺寸越小[5]。但長時(shí)間的VDT操作會(huì)降低視覺舒適度，進(jìn)而引發(fā)視覺疲勞，發(fā)生視覺疲勞后，人眼瞳孔反射和晶狀體調(diào)節(jié)能力減弱，眼球調(diào)節(jié)和瞳孔尺寸減小。人在接收視覺刺激的過程中，由視網(wǎng)膜接收到的視覺刺激經(jīng)視覺回路傳導(dǎo)至枕葉皮層，引起神經(jīng)信號(hào)電位變化，從而引起人體相應(yīng)器官的反應(yīng)。這說明以上客觀指標(biāo)的變化都是視覺感受器接收到視覺刺激后，人體大腦的神經(jīng)信號(hào)發(fā)生變化所引起的。人體大腦的神經(jīng)信號(hào)不僅會(huì)因外界的刺激而發(fā)生變化，而且會(huì)受到人體自身因素(如情緒、精神狀態(tài))的影響，因此，直接利用人眼結(jié)構(gòu)的生理指標(biāo)變化對(duì)視覺舒適度進(jìn)行描述存在一定的局限性。腦電信號(hào)(electroencephalogram, EEG) 是大腦在活動(dòng)時(shí)，腦皮質(zhì)細(xì)胞群之間所形成的電位差，從而在大腦皮質(zhì)的細(xì)胞外產(chǎn)生電流。它記錄了大腦活動(dòng)時(shí)的電波變化，是腦神經(jīng)細(xì)胞的電生理活動(dòng)在大腦皮層或頭皮表面的總體反映[6]。目前EEG已經(jīng)作為人的認(rèn)知進(jìn)程的直接分析工具，廣泛用于分析不同認(rèn)知狀態(tài)下的大腦活動(dòng)情況，尤其是對(duì)不易定量化的心理感受指標(biāo)的評(píng)估上[7?10]。然而，上述研究的主要結(jié)果大多是停留在對(duì)心理感受指標(biāo)的定性分析層面上。本文作者以航空速度表界面為測(cè)試對(duì)象，采集被試在觀察不同儀表界面時(shí)的腦電信號(hào)，通過分析EEG指標(biāo)和視覺舒適度之間的相關(guān)關(guān)系，建立基于EEG的儀表顯示界面視覺舒適度數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表顯示界面視覺舒適度的客觀描述，該模型也可以用于顯示界面的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。

1 EEG測(cè)試指標(biāo)分析

在舒適度的研究中，疲勞是影響舒適度心理因素中最重要的因子[11]，腦電能量參數(shù)(+)/，/和/常被用來評(píng)估疲勞[12]。波(0.5~4 Hz)，波(4~8 Hz)；波(8~14 Hz)和波(14~30 Hz)是EEG信號(hào)中與精神和心理因素密切相關(guān)的4個(gè)典型節(jié)律[13]。在一般情況下，波和波的出現(xiàn)表明人體處于困倦和嗜睡狀態(tài)，即大腦皮層的活動(dòng)受到了抑制；而波是在人體清醒、安靜、閉目時(shí)出現(xiàn)，當(dāng)人睜眼、思考問題或受刺激時(shí)則會(huì)減少；波活動(dòng)是與認(rèn)知進(jìn)程、決策、問題解決及信息處理聯(lián)系緊密的[14]，當(dāng)人處在警覺狀態(tài)和任務(wù)狀態(tài)下，波活動(dòng)則會(huì)出現(xiàn)增多。人的腦皮層活動(dòng)狀態(tài)取決于存在于人腦中的活動(dòng)與抑制2個(gè)神經(jīng)組織系統(tǒng)的均衡情況，它們的機(jī)能分別為增加和降低腦皮層的激活程度。當(dāng)活動(dòng)系統(tǒng)處于優(yōu)勢(shì)地位時(shí)，人的機(jī)體處于興奮狀態(tài)中，表現(xiàn)為高頻腦電波能量升高，外部生理表現(xiàn)為對(duì)周圍事物和工作感到新鮮、興趣濃厚和非常清醒；當(dāng)抑制系統(tǒng)處于優(yōu)勢(shì)地位時(shí)，則表現(xiàn)為低頻腦電波能量升高，生理表現(xiàn)為機(jī)體對(duì)刺激的應(yīng)答能力減弱。腦電能量參數(shù)則反映了機(jī)體神經(jīng)組織的這種均衡關(guān)系。

事件相關(guān)電位(event related potential, ERP)是通過記錄頭皮電壓振幅或成分來反映與信息加工和有關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)的時(shí)間序列，P100和P300是ERP中的主要成分。P100成分波出現(xiàn)在刺激出現(xiàn)后50~150 ms之間，P100潛伏期反映了刺激從視覺感受器官傳遞到視皮層所用的時(shí)間[15]。P300成分波出現(xiàn)在刺激出現(xiàn)后的300 ms之后，其幅值與所投入的心理資源量成正相關(guān), 而刺激辨別的難易程度直接影響著潛伏期，使其隨難度增加而變長[16]。因此，ERP可以客觀反映刺激的顯示屬性，同時(shí)也能反映出操作者對(duì)刺激的應(yīng)答狀態(tài)。

2 基于EEG的視覺舒適度客觀描述模型建立

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

影響視覺舒適度的主要因素有光照水平[5]、屏幕顯示的亮度對(duì)比[17]及色彩組合等因素。相對(duì)于環(huán)境照明、亮度水平和刺激類型，不同目標(biāo)色和背景色的組合對(duì)視覺舒適度的影響更為顯著[18]。因此，本文將以不同色彩組合的儀表顯示界面為測(cè)試對(duì)象。采用背景色、指針色、安全區(qū)刻度色3個(gè)儀表設(shè)計(jì)因素建立虛擬實(shí)驗(yàn)表盤。依據(jù)航空儀表中的常用色彩[2]，建立如表1所示的儀表設(shè)計(jì)因素水平表。此外，表盤數(shù)字均使用白色Arial字體，警戒區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)刻度的顏色分別為黃色 (RGB(255,255,0)) 和紅色(RGB (255,0,0))。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，選用L9(34)正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得到如圖1所示的9個(gè)實(shí)驗(yàn)表盤。把每個(gè)表盤界面做成一個(gè)刺激圖片，圖片長×寬為8 cm×8 cm，作為本文的測(cè)試材料，同時(shí)采集被試者在觀察每個(gè)刺激時(shí)的腦電信號(hào)。

表1 儀表界面設(shè)計(jì)因素

(a) Dial 1；(b) Dial 2；(c) Dial 3；(d) Dial 4；(e) Dial 5；(f) Dial 6；(g) Dial 7；(h) Dial 8；(i) Dial 9

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)正常照明、安靜、舒適的環(huán)境下進(jìn)行，室溫(25 ℃)，光照強(qiáng)度為450 lux。被試者為25名年齡在20~28歲之間的志愿者(男20名，女5名)，且均身體健康，右利手，無腦部疾病史和心理疾病，視力或矯正視力正常，色覺正常。實(shí)驗(yàn)前被試者要保證睡眠充足，避免酒、茶和咖啡等任何中樞興奮或抑制性的食物和藥物，避免劇烈運(yùn)動(dòng)，并完全了解整個(gè)測(cè)試程序和要求。所有被試者均自愿參加且合作態(tài)度良好。

實(shí)驗(yàn)分為客觀測(cè)試和主觀評(píng)分2部分。在客觀測(cè)試中，采用心理學(xué)實(shí)驗(yàn)范式Oddball范式，并利用E-Prime?呈現(xiàn)刺激。將上述9個(gè)表盤圖片依據(jù)背景顏色的不同被分為3組，每組中的每個(gè)圖片依次作為目標(biāo)刺激(TS)，剩下的2個(gè)表盤作為非目標(biāo)刺激(NTS)進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)圖片單獨(dú)作為一個(gè)刺激呈現(xiàn)在23″液晶顯示屏中央，圖片呈現(xiàn)背景為黑色，顯示器的分辨率為1 440×900，顯示屏亮度為72 cd/m2。目標(biāo)刺激的出現(xiàn)概率為20%，每個(gè)目標(biāo)刺激的出現(xiàn)次數(shù)為40次；刺激呈現(xiàn)時(shí)間為150 ms，兩刺激之間的時(shí)間間隔為800 ms，刺激為隨機(jī)呈現(xiàn)。被試者雙目距顯示器的水平距離為60 cm，被試者通過鼠標(biāo)僅對(duì)目標(biāo)刺激進(jìn)行反饋操作。實(shí)驗(yàn)過程中，使用Neuroscan?40通道腦機(jī)接口設(shè)備采集全程被試者在觀察表盤時(shí)的腦電信號(hào)，采樣頻率為1 kHz，采用國際上常用的10~20導(dǎo)聯(lián)方法聯(lián)接電極，采用的電極位為Fz，F(xiàn)Cz，T3，C3，Cz，C4，T4，CPz，P3，Pz，P4，O1，Oz和O2，各導(dǎo)聯(lián)阻抗均小于5 kΩ。

客觀測(cè)試結(jié)束后，將上述9個(gè)刺激圖片單獨(dú)并隨機(jī)地呈現(xiàn)在顯示屏中央，每個(gè)圖片顯示15 s，顯示的時(shí)間間隔為10 s，被試者需在每個(gè)圖片消失前按相應(yīng)鍵進(jìn)行主觀舒適度評(píng)分，分值設(shè)定為5個(gè)等級(jí)：1表示不舒適，2表示較不舒適，3表示一般，4表示較舒適，5表示舒適。

2.3 結(jié)果

2.3.1 視覺舒適度與ERP的相關(guān)性

利用scan?4.5對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，選取刺激前100 ms至刺激發(fā)生時(shí)(?100~0 ms)的腦電信號(hào)作為基線，用于校正刺激后腦電信號(hào)，選取刺激發(fā)生時(shí)至刺激后700 ms時(shí)間段(0~700 ms)進(jìn)行分析，得到每個(gè)表盤作為目標(biāo)刺激時(shí)的P100和P300幅值與潛伏期。

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出：灰色背景下的主觀舒適評(píng)價(jià)值顯著低于其他2種背景下的分值。

針對(duì)各因素及其組合的交互作用對(duì)主觀舒適度的主效應(yīng)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表2所示。不同背景色及不同的色彩組合對(duì)主觀舒適度的主效應(yīng)影響顯著，顯著性均小于0.05，不同指針色和刻度色對(duì)主觀舒適度的主效應(yīng)影響不顯著。

圖2 主觀舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果

表2 主觀舒適度方差分析結(jié)果

注：*號(hào)表示顯著性＜0.05。

對(duì)主觀舒適度與P100和P300幅值和潛伏期之間的相關(guān)性進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果顯示，主觀舒適度僅與P4處的P300幅值P4的相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)為0.644 (＜0.05)(見表3)，這表明視覺舒適度與P4處的P300幅值呈正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2 視覺舒適度與腦電波能量的相關(guān)性

通過Scan? 4.5計(jì)算得到4個(gè)腦電頻段(0.5~4 Hz)，(4~8 Hz)，(8~14 Hz)和(14~30 Hz)的腦電波能量。將主觀舒適度分別與各頻段的腦電波能量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。主觀舒適度與波、波和波能量之間的相關(guān)性均不顯著，與波能量P和腦電能量參數(shù)P/β，P/β和(α+θ)/β的相關(guān)性均高度顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.850(＜0.005)，?0.750 (=0.005)，?0.887(＜0.005)和?0.872(＜0.005)，這表明視覺舒適度與P呈正相關(guān)關(guān)系，與P/β，P/β和(α+θ)/β呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表3 視覺舒適度與P100和P300的幅值與潛伏期的相關(guān)系數(shù)及顯著性

注：括號(hào)外數(shù)據(jù)表示相關(guān)系數(shù)；括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)表示顯著性，下同。

表4 視覺舒適度與腦電波能量的相關(guān)系數(shù)及顯著性

注：*號(hào)表示＜0.01；**號(hào)表示＜0.005。

綜上所述，主觀評(píng)價(jià)與客觀生理指標(biāo)測(cè)量結(jié)果一致，說明測(cè)試結(jié)果可信度較高，即P4處的P300幅值P4及波能量P和腦電能量參數(shù)P/β，P/β和(α+θ)/β均可定性描述視覺舒適度。

2.4 視覺舒適度客觀描述模型建立

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，視覺舒適度與P，P/β，P/β和(α+θ)/β的相關(guān)性均顯著，而P/β，P/β和(α+θ)/β之間具有數(shù)值關(guān)系P/β+P/β=(α+θ)/β，因此，模型的自變量將不考慮P/β和P/β。由于P和(α+θ)/β具有相關(guān)性，故P和(α+θ)/β將分別作為自變量建立方程。

令Pa=P/10，a=P4/10，分別將P4和P調(diào)整到與主觀舒適度相一致的范圍。將a，Pa和(α+θ)/β作為自變量1，2和3，將視覺舒適度作為因變量，同時(shí)考慮因素間的交互作用，分別建立與1和2以及與1和3之間的回歸方程。

兩因素交互作用的回歸模型為

式中：和表示因素。

利用SPSS?，采用向后剔除(Backward)分析方法進(jìn)行回歸分析，分別得到與1和2以及與1和3之間的回歸方程：

(3)

分別對(duì)方程(2)和(3)及其回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(見表5)。

表5 回歸方程及其回歸系數(shù)的顯著性

回歸方程(2)和(3)在零水平上均高度顯著(＜0.001)，且方程(2)的回歸系數(shù)顯著性均達(dá)到了＜0.05的顯著水平；而方程(3)的交互作用項(xiàng)的系數(shù)顯著性為=0.075，未達(dá)到＜0.05的顯著水平，且擬合度0.799低于方程(2)的擬合度0.856，故選擇方程(2)作為視覺舒適度(VC)客觀描述模型，即

3 討論

3.1 視覺舒適度與腦電波能量的關(guān)系

本文的研究結(jié)果顯示視覺舒適度僅與波能量相關(guān)，與，和的能量均不相關(guān)，該結(jié)果與文獻(xiàn)[8]中的研究結(jié)果一致，但與文獻(xiàn)[10]中的研究結(jié)果不一致，這主要是由于本文的測(cè)試任務(wù)本身具有緊迫感。由于刺激展示時(shí)間較短，造成被試者的緊張感，從而導(dǎo)致波活動(dòng)減弱，波活動(dòng)增加，引起波能量增加。這也表明此時(shí)大腦處于興奮狀態(tài)，即機(jī)體處于活動(dòng)系統(tǒng)占優(yōu)勢(shì)的狀態(tài)，大腦的主動(dòng)應(yīng)答能力處于增強(qiáng)的狀態(tài)，其生理表現(xiàn)為大腦清醒，對(duì)刺激物感到新鮮、興趣濃厚，這與機(jī)體主觀感受舒適的生理表現(xiàn)相吻合。同時(shí)說明視覺舒適狀態(tài)下，機(jī)體的主動(dòng)應(yīng)答能力較高；相反，在視覺舒適度較低顯示界面下，人的主動(dòng)應(yīng)答能力將被削弱。

3.2 視覺舒適度的影響機(jī)理

根據(jù)上述模型，視覺舒適度與頂葉的P300幅值呈正向線性關(guān)系，與波能量呈二次正向拋物線關(guān)系。這是由于頂葉皮層是負(fù)責(zé)注意力分配的腦皮層，頂葉P300幅值的增加表明大腦分配給刺激的注意力資源增加[19]，而舒適程度高的VDT視覺界面會(huì)較舒適程度低的界面更吸引操作者的注意力。這也說明注意力是受界面的舒適度影響的，VDT視覺界面的舒適度越高，大腦分配給它的注意力資源也就越多。

上述模型的通用方程式為

方程(5)有解的條件為

()=()2?4(+)≥0 (6)

由于本文中視覺舒適度只能為正值，因此，需要根據(jù)()的值域范圍對(duì)的值域范圍進(jìn)行討論。針對(duì)本文內(nèi)容，確定式(5)中各系數(shù)為：=2.14,=?8.57,=20.25,=?10.021,=Pa，=a，=VC，故

當(dāng)=0時(shí)，方程(7)的解為a1=0.660，a2=1.997(見圖3)。

圖3 ()曲線

Fig. 3 Curve of ()

1) 當(dāng)0.660＜a＜2.000時(shí)，＜0。此時(shí)＞0，且最小值的點(diǎn)在=?/(2)處，即Pa在1.18~3.56之間，視覺舒適度會(huì)出現(xiàn)最小值。

2) 當(dāng)a為0.660或2.000時(shí)，=0。此時(shí)，曲線與軸有1個(gè)交點(diǎn)，交點(diǎn)為0=1.18或0=3.56。當(dāng)＜0時(shí)，隨增大而減小；當(dāng)＞0時(shí)，隨增大而增大，即，Pa的值域范圍為Pa＜1.18或Pa＞3.56，并且當(dāng)Pa＜1.18時(shí)，視覺舒適度隨Pa增加而減小，Pa＞3.56時(shí)，視覺舒適度隨Pa的增加而增大；而當(dāng)1.18＜Pa＜3.56時(shí)，視覺舒適度的變化趨勢(shì)受頂葉P300幅值的變化影響。

3) 當(dāng)a＜0.660或a＞2.000時(shí)，＞0，此時(shí)，的解無法確定，即這種情況下無法確定視覺舒適度的變化趨勢(shì)。

因此，該模型只針對(duì)頂葉P300幅值在6.6~20.0 μV范圍內(nèi)的情況，當(dāng)波能量占比在11.8%~35.6%之間時(shí)視覺舒適度較低，而當(dāng)占比小于11.75%時(shí)，視覺舒適度隨P增加而減小，當(dāng)大于35.55%時(shí)，視覺舒適度隨P增加而增大。原因是波是一種低幅的快波,代表大腦皮層的去極化，在大腦皮層被激活，人體處于覺醒、興奮狀態(tài)以及波中斷時(shí)在腦電圖中出現(xiàn)，P是波在整個(gè)信號(hào)譜中的占比，它表示著大腦皮層的活躍程度。當(dāng)人處于放松休息的狀態(tài)中時(shí)，此時(shí)舒適程度較高，低頻波活動(dòng)占主要地位，機(jī)體的波活動(dòng)很少；當(dāng)人出現(xiàn)緊張和憂慮時(shí)，波活動(dòng)都會(huì)增加，而隨著波的增加，人的舒適程度會(huì)逐漸降低，而當(dāng)人處于神經(jīng)興奮的狀態(tài)時(shí)，波活動(dòng)會(huì)出現(xiàn)大幅增加，而此時(shí)，舒適程度會(huì)隨興奮程度增加。然而，當(dāng)波能量和頂葉P300幅值同時(shí)增大時(shí)，則會(huì)對(duì)視覺舒適度的提升產(chǎn)生抑制作用。

本文中，當(dāng)色彩對(duì)比較弱時(shí)(如圖1所示表盤4和5)，其信息的可辨性差，被大腦分配的注意資源較少，故頂葉P300波幅較低；并且較弱的色彩對(duì)比不能引起較大的視覺刺激，因此，引起的神經(jīng)沖動(dòng)也較小，但同時(shí)人在辨認(rèn)目標(biāo)中所耗費(fèi)的時(shí)長增大，負(fù)向情緒將產(chǎn)生，因此，負(fù)向情緒會(huì)消耗一部分的心理負(fù)荷量，導(dǎo)致其他操作的注意資源減少，隨著操作時(shí)間的增加，人腦疲勞感也會(huì)加速產(chǎn)生。當(dāng)色彩對(duì)比過于強(qiáng)烈時(shí)(如圖1所示表盤2，6和7)，更多的注意資源被吸引到該界面中，頂葉P300幅值增大，同時(shí)，機(jī)體的神經(jīng)沖動(dòng)也較大，人腦處于一種高度緊張的狀態(tài)下，反應(yīng)時(shí)間縮短，但隨著操作時(shí)間的增加，操作者若長時(shí)間處于這種高度刺激強(qiáng)度的狀態(tài)下，大腦的疲勞將加速形成。由于腦電能量參數(shù)(α+θ)/β通常可以作為評(píng)估和預(yù)測(cè)疲勞的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)該比值增大時(shí)，表明疲勞趨勢(shì)增強(qiáng)，相反，當(dāng)比值減小時(shí)，則表明疲勞趨勢(shì)減弱。本文中，該參數(shù)和視覺舒適度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明主觀舒適度評(píng)分低的表盤界面，其加速誘發(fā)大腦疲勞的趨勢(shì)也較大，即由于表盤2，4，5，6和7的疲勞趨勢(shì)較高，視覺舒適度得分較低。

綜上所述，所得視覺舒適度客觀描述模型可對(duì)VDT視覺顯示界面的視覺舒適度進(jìn)行客觀定量測(cè)量與評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

1) P4處的P300幅值及腦電能量P/β，P/β和(α+θ)/β均可描述視覺舒適度。

2) 建立了以P4處的P300幅值和β波能量為自變量的視覺舒適度客觀描述模型。

3) 視覺舒適度與P4處的P300幅值呈正向線性關(guān)系，與波能量呈二次拋物線關(guān)系，二者的交互作用與視覺舒適度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

4) 視覺舒適度客觀描述模型可以用于對(duì)VDT視覺界面舒適度的客觀定量測(cè)量與評(píng)價(jià)研究。

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(編輯 楊幼平)

An objective description method of visual comfort for VDT display interface

JIANG Ying1, HONG Jun1, WANG Wei2, QU Jue2

(1. State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710054, China;2. College of Air and Missile Defense, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

An objective description model was established by a combination of subjective and objective approaches. The test objects were the instrument interfaces with different color combinations. Through collecting electroencephalogram EEG signals of subjects, the amplitude and latency of P100 and P300 induced by different combinations were obtained, as well as EEG power under different bands. A subjective evaluation was carried out after the objective tests. Through the polynomial regression fitting, a mathematical model of visual comfort (VC) was established withP4andPas independent variables. The results show that through correlation analysis, the highly relevant relationships are found among the visual comfort and P300 amplitude at the parietal lobe (P4)P4(correlation coefficient of 0.644, significance＜0.05),band powerP(correlation coefficient of 0.850,＜0.005) and the rate of/(+)(α+θ)/β(correlation coefficient of ?0.872,＜0.005). The relationship between VC andP4is positive linear and the relationship between VC andPis quadratic parabola, and a negative relation is found between VC and the interaction ofP4andP. It is feasible to use this model for the objective evaluation of visual comfort. Meanwhile, this model can be used to evaluate the visual comfort of VDT display interface.

visual display terminals (VDT); display interface; visual comfort; objective description; model; EEG signal

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.01.011

TH702

A

1672?7207(2017)01?0077?07

2016?01?17；

2016?03?24

航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20131996014) (Project(20131996014) supported by the Aeronautical Science Foundation of China)

洪軍，博士，教授，從事人機(jī)界面設(shè)計(jì)研究；E-mail: jhong@mail.xjtu.edu.cn