沈竹琦　薛澄岐　牛亞峰

摘要：為了探索用戶使用數(shù)字界面時情緒與眼球運(yùn)動的聯(lián)系，采用單因素完全被試內(nèi)設(shè)計進(jìn)行實驗研究，使用眼動儀記錄被試眼動數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，不同界面間的愉悅度、控制度、注視持續(xù)時間平均值、掃視持續(xù)時間最大值具有顯著差異。研究證實了眼動行為與用戶情緒之間具有一定的相關(guān)關(guān)系，可將注視持續(xù)時間平均值、掃視持續(xù)時間最大值、掃視率這三個眼動數(shù)據(jù)作為衡量用戶情緒的指標(biāo)，對于用戶體驗的定量化表示有一定的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字界面 情緒 眼動追蹤 用戶體驗 PAD情緒模型

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2018）01-0158-03

引言

隨著現(xiàn)代計算機(jī)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字界面作為人機(jī)交互過程的載體和媒介得到了廣泛的使用，它包含了網(wǎng)頁界面、軟件界面、移動設(shè)備界面、多媒體界面等。用戶體驗是人機(jī)交互研究中的重點，數(shù)字界面的用戶體驗主要體現(xiàn)在美觀體驗、價值體驗和情緒體驗上，而用戶的情緒狀態(tài)最能直觀地表現(xiàn)出來，反映用戶體驗水平的高低，為設(shè)計者提供參考。因此，測量情緒是度量用戶體驗的有效方法，情緒測量技術(shù)近年來受到研究者的廣泛關(guān)注，對用戶情緒的研究正是體現(xiàn)了“以用戶為中心”的設(shè)計理念。

眼睛是人機(jī)交互中獲得信息的重要通道之一，大量研究表明眼動數(shù)據(jù)與情緒有很大的相關(guān)性。Partala和Surakka（2003）用聲音激發(fā)被試者的情緒，發(fā)現(xiàn)受試者在積極和消極情緒狀態(tài)下的瞳孔直徑明顯大于中性情緒時的，并提出可以用瞳孔尺寸變化作為輸入信號來計算情緒狀態(tài)。Bradley等（2008）發(fā)現(xiàn)人們在觀看情緒激發(fā)圖片時瞳孔直徑都會變大，同時也伴隨著皮膚電傳導(dǎo)的變化，證實了觀看情緒圖片的反應(yīng)與交感神經(jīng)系統(tǒng)活動的增加有關(guān)。De Lemos等（2008）運(yùn)用一種叫作Emotion Tool的分析軟件來識別用戶情緒，通過收集用戶使用產(chǎn)品或觀看廣告過程中的眼動數(shù)據(jù)（包括注視特征、眨眼特性和瞳孔變化特征）來判斷情緒狀態(tài)，識別用戶的心情是否愉快。Alshehri和Alghowinem（2013）用電影片段作為刺激源，激發(fā)被試者愉快和不愉快的情緒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注視持續(xù)時間與注視次數(shù)與情緒狀態(tài)有顯著關(guān)系，因此注視相關(guān)的指標(biāo)可能可以用于檢測積極或消極的情緒狀態(tài)。郭伏（2013）等人基于情感三層次理論，測量了用戶在瀏覽網(wǎng)頁時的主觀情緒以及生理指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)用戶在瀏覽不同電子商務(wù)網(wǎng)站時的體驗差異主要反映在眼動數(shù)據(jù)及主觀情感報告上，情感體驗的三層次之間具有相互作用的影響，并且會在某種程度上影響用戶的行為和意向。李森等（2013）通過PAD情緒量表取得被試在瀏覽不同音樂網(wǎng)站時的情緒狀態(tài)，通過眼動儀收集被試眼動數(shù)據(jù)，用偏最小二乘法建立了眼動指標(biāo)與用戶情緒的回歸方程，該模型在情感預(yù)測上有一定的信效度。

Mehrabian（1996）建立了PAD情緒模型用于描述人類的情感狀態(tài)，將情緒分為3個維度，P代表愉悅度（pleasure-displeasure），A代表激活度（arousal-nona rousal），D代表控制度（dominance-submissiveness）。愉悅度表示個體情感狀態(tài)的正負(fù)特性，激活度表示個體的神經(jīng)生理激活水平，控制度表示個體對情景和他人的控制狀態(tài)。這三維特質(zhì)相互獨立，構(gòu)成了三維情緒空間。每一個情緒的狀態(tài)均可由上述空間中的位置來表示。根據(jù)這3個維度可以將情緒劃為8個區(qū)間，（如圖1）所示。

在進(jìn)行情緒研究時，多使用主觀報告法與生理測量結(jié)合的手段，以提升實驗研究的信效度。在眼動追蹤技術(shù)用于用戶情緒研究方面，主要的測量指標(biāo)是瞳孔直徑。注視、掃視、眨眼相關(guān)的指標(biāo)也被證明與情緒相關(guān)，但此方面的研究尚未有公認(rèn)的結(jié)論。目前用眼動追蹤技術(shù)研究情緒的刺激源主要是圖片、文字，而使用交互界面作為刺激源的研究較為缺乏。

本文以軟件界面為對象，界面瀏覽和搜索為實驗任務(wù)，探究眼動各子級指標(biāo)與用戶情緒三維度之間的內(nèi)在關(guān)系，通過開展眼動實驗，運(yùn)用眼動數(shù)據(jù)對用戶情緒進(jìn)行解讀與分析，發(fā)掘眼動與情緒之間的規(guī)律。本文的研究內(nèi)容對用戶情緒定量化的表示和對揭示用戶心理活動具有一定的參考意義。

一、研究方法

（一）實驗準(zhǔn)備

1.情緒量表選取

PAD情緒量表是根據(jù)Mehrabian建立的PAD情緒模型發(fā)展而來的情緒測量量表。本實驗選用由中科院心理研究所修訂的《中文簡化版PAD情緒量表》，情緒的每個維度由4個表示不同情緒狀態(tài)的形容詞對描述，共12個詞對，每個詞對采用九點語義差異量表，根據(jù)所感受到的情緒更傾向哪個詞以及強(qiáng)烈的程度來選擇分?jǐn)?shù)，從左到右分?jǐn)?shù)分別為“-4”到“4”，標(biāo)定在中間時，記為“0”分，最后分?jǐn)?shù)為測量該維度的4個項目得分的平均數(shù)。

2.眼動指標(biāo)選取

通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)合現(xiàn)有儀器的數(shù)據(jù)采集范圍，注視、掃視和瞳孔直徑相關(guān)的眼動指標(biāo)與情緒有關(guān)，由于本次實驗素材為不同的應(yīng)用軟件，為排除不同產(chǎn)品及操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)差異性，此處選擇比率性質(zhì)、均值性質(zhì)以及最值性質(zhì)的眼動指標(biāo)，分別為：注視率（count/s）、注視持續(xù)時間平均值（ms）、注視持續(xù)時間最大值（ms）、注視持續(xù)時間最小值（ms）、掃視率（count/s）、掃視持續(xù)時間平均值（ms）、掃視持續(xù)時間最大值（ms）、掃視持續(xù)時間最小值（ms）、瞳孔直徑平均值（mm）、瞳孔直徑最大值（mm）、瞳孔直徑最小值（mm）、掃視距離平均值（px）、掃視速度平均值（px/ms）。

3.交互界面選取

天氣類應(yīng)用軟件是普遍使用的一類軟件，大多數(shù)用戶對該類軟件較為熟悉。天氣類應(yīng)用軟件所呈現(xiàn)的信息本身是中性的，而不同界面之的用戶體驗差異能引發(fā)用戶不同的情緒，其中界面間的用戶體驗差異越大，引起的用戶情緒差異也越大，故實驗中選取代表性界面作為實驗對象。在Windows 8.1的應(yīng)用商店中預(yù)選出8個天氣應(yīng)用軟件，以調(diào)查問卷的方式，選擇其中激發(fā)用戶情緒差異最大的軟件界面2個，分別為“MSN天氣”與“極速天氣”，作為實驗所用的交互界面素材。

（二）實驗被試與設(shè)備

1.實驗被試

實驗被試人數(shù)28人，男女各14人，年齡為21～25周歲，均為東南大學(xué)的在讀本科生或研究生，均無色盲色弱，雙眼矯正視力均在1.0以上，有三年以上網(wǎng)齡且熟悉計算機(jī)操作。

2.實驗設(shè)備

實驗設(shè)備選取Tobii X2-30眼動追蹤儀，采樣率30Hz，具有便攜式的特點。該眼動儀允許被試者頭部移動的范圍較大，能最大程度減少實驗儀器的約束對實驗過程的干擾。同時，實驗所用的筆記本電腦裝有與眼動儀配套的ToNi Studio 3.2.1軟件，實驗過程中被試者通過該筆記本電腦瀏覽和操作應(yīng)用軟件。

（三）實驗設(shè)計

本實驗采用單因素（界面）二水平（MSN天氣、極速天氣）完全被試內(nèi)設(shè)計，考察被試在使用不同軟件界面時產(chǎn)生的情緒狀態(tài)?？紤]到界面呈現(xiàn)順序和被試性別對實驗結(jié)果的影響，將這兩個因素作為實驗的兩個區(qū)組。界面呈現(xiàn)順序A為先呈現(xiàn)“MSN天氣”再呈現(xiàn)“極速天氣”，界面呈現(xiàn)順序B為先呈現(xiàn)“極速天氣”再呈現(xiàn)“MSN天氣”。

（四）實驗過程

實驗在安靜、光線均勻的實驗室中進(jìn)行，實驗流程（如圖2）所示。被試進(jìn)入實驗室后首先放松5分鐘，閱讀實驗指導(dǎo)書。向被試介紹實驗流程、進(jìn)行儀器校準(zhǔn)等準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備完成后開始實驗，被試首先隨意瀏覽第一個軟件60秒，隨后查找“北京”這個城市并向主試報告北京明天的最高氣溫；之后被試有3分鐘的時間填寫PAD情緒量表。休息1分鐘后，再次進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，然后對下一個界面進(jìn)行同樣的瀏覽、查找天氣和填寫情緒量表。收集到的實驗數(shù)據(jù)包括被試情緒的PAD值和分別使用“MSN天氣”和“極速天氣”軟件時的眼動數(shù)據(jù)。

二、實驗數(shù)據(jù)分析

（一）單因素方差分析

為了研究兩個軟件界面引起的用戶情緒和眼動數(shù)據(jù)的差異，對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。運(yùn)用SPSS 22.0軟件，對主觀情緒PAD值與眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，首先根據(jù)箱線圖剔除極端異常值，然后進(jìn)行正態(tài)性檢驗。除了注視持續(xù)時間最小值、掃視持續(xù)時間最小值、瞳孔直徑最小值三個變量外，其余變量均滿足顯著性大于0.05的條件，服從正態(tài)分布。

剔除不服從正態(tài)分布的變量后，將界面類型作為影響因素，界面呈現(xiàn)順序、被試者性別作為區(qū)組，對主觀情緒PAD值和眼動數(shù)據(jù)作方差分析，影響因素“界面”間的P值（p=0.000）、D值（p=0.000）、注視持續(xù)時間平均值（p=0.037）和掃視持續(xù)時間最大值（p=0.001）滿足顯著性小于0.05的條件，區(qū)組“順序”間的P值（p=0.007）和掃視率（p=0.037）滿足顯著性小于0.05的條件，區(qū)組“性別”間的掃視速度平均值（p=0.016）滿足顯著性小于0.05的條件，表明這些數(shù)據(jù)與用戶使用軟件時的情緒有關(guān)，可作進(jìn)一步分析。

（二）相關(guān)分析

為了研究情緒的三維指標(biāo)與眼動數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，將愉悅度P、喚醒度A、控制度D分別與眼動指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)在±0.3～±0.5之間的為低度相關(guān)，掃視持續(xù)時間最大值與愉悅度P的相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)（0.367），注視持續(xù)時間平均值與控制度D呈現(xiàn)出低度的負(fù)相關(guān)（-0.338），掃視率、掃視持續(xù)時間平均值和掃視持續(xù)時間最大值與控制度D呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)（分別為0.400、0.325和0.350）。

三、討論

從方差分析的結(jié)果可以看出，兩個不同的界面在引發(fā)用戶主觀情緒的P值、D值，和注視持續(xù)時間平均值、掃視持續(xù)時間最大值上具有顯著差異。對這幾項數(shù)據(jù)作箱線圖，（如圖3）所示。

由（圖3）（a）、（b）可見，MSN天氣引起的用戶情緒在愉悅度（P值）和控制度（D值）上均顯著高于極速天氣，即使用MSN天氣時更能感受到愉快的情緒，并且控制感更強(qiáng)。由（圖3）（c）可見，極速天氣對應(yīng)的注視持續(xù)時間平均值顯著高于MSN天氣，可以解釋為被試對極速天氣界面的認(rèn)知加工所需時間較長，理解較為困難。由（圖3）（d）可見，MSN天氣對應(yīng)的掃視持續(xù)時間最大值顯著高于極速天氣。對比兩個應(yīng)用界面，MSN天氣的界面元素更多且更為分散，用戶的注視點在相距最遠(yuǎn)的兩個興趣元素間轉(zhuǎn)換時，產(chǎn)生掃視持續(xù)時間的最大值，因此掃視持續(xù)時間最大值反映了界面元素的分布廣度。因此，從用戶體驗的角度來看，情緒在愉悅度和控制度上呈現(xiàn)出協(xié)同增長的趨勢，表明了界面操作過程的流暢能提升用戶體驗的程度。界面的元素可以有很多，但必須是容易理解的。

此外，界面呈現(xiàn)的順序?qū)η榫w和眼動數(shù)據(jù)也有一定的影響。情緒愉悅度（P值）和掃視率對界面呈現(xiàn)順序有顯著差異，界面呈現(xiàn)順序為A（即先呈現(xiàn)MSN天氣，后呈現(xiàn)極速天氣）時，愉悅度均值較低，掃視率均值也較低。性別也是影響眼動的一個因素，掃視速度平均值在被試性別不同時有顯著差異，女性被試的掃視速度平均值均值要高于男性被試。

從相關(guān)分析的結(jié)果可以看出，掃視持續(xù)時間最大值與愉悅度P呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)，有研究表明，人們在愉快的心情下注意廣度更大，因此用戶愉悅程度較高時，瀏覽和搜索界面中各種元素的興趣也更高。注視持續(xù)時間平均值與控制度D呈現(xiàn)出低度的負(fù)相關(guān)，若用戶對該界面某一區(qū)域的注視時間越長，則加工難度越大，使用過程越不流暢，因此掌控感就越低；掃視率、掃視持續(xù)時間平均值和掃視持續(xù)時間最大值與控制度D呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)，控制感較強(qiáng)時用戶尋找興趣區(qū)的意愿更為強(qiáng)烈。眼動指標(biāo)與喚醒度A無顯著的相關(guān)性，可能的原因有二：一是所選實驗材料在喚醒度A上的差異不夠明顯；二是喚醒度A這個變量本身就無法在眼動行為上體現(xiàn)出來。

此外，本研究還存在一些不足之處。首先，用戶情緒的變化與眼動數(shù)據(jù)一樣，是連續(xù)變化的，而本次實驗中對情緒的測量是在軟件界面的瀏覽和操作過程后進(jìn)行的，存在著滯后的問題。其次，眼動數(shù)據(jù)對用戶情緒的解釋力不夠強(qiáng)，后續(xù)的研究將把眼動數(shù)據(jù)與其他生理測量數(shù)據(jù)（如腦電、皮電、心電等）結(jié)合分析，以探索數(shù)字界面用戶情緒識別的有效方法。

結(jié)語

本文探索了用戶使用不同數(shù)字界面間的眼動行為與用戶情緒之間的內(nèi)在聯(lián)系，對眼動數(shù)據(jù)與情緒數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，數(shù)字界面的用戶情緒主要體現(xiàn)在愉悅度和控制度上，兩者呈現(xiàn)出協(xié)同增長的趨勢。掃視相關(guān)的眼動指標(biāo)值與情緒的愉悅度和控制度呈正相關(guān)關(guān)系，掃視行為的增加意味著用戶體驗的提升。注視相關(guān)的眼動指標(biāo)與情緒的控制度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，注視行為的增加意味著用戶體驗的下降。眼動指標(biāo)與情緒的喚醒度之間無明顯關(guān)系。在后續(xù)的研究中，將把注視和掃視相關(guān)的數(shù)據(jù)作為用戶情緒測量的兩個參考指標(biāo)，對用戶體驗度量進(jìn)行進(jìn)一步的研究。