佐江麗

摘要：為探究管制員在與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互過(guò)程中的相關(guān)特征，邀請(qǐng)8位管制學(xué)員進(jìn)行材料觀察實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)眼動(dòng)儀記錄管制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，分析管制學(xué)員實(shí)驗(yàn)后的相關(guān)眼動(dòng)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，被試在注視屏幕時(shí)距屏幕邊界具有一定的范圍，但是距不同的邊界距離值不同;此外可以發(fā)現(xiàn)，被試對(duì)淺藍(lán)色和綠色更加敏感。這一研究成果可在今后的管制員交互設(shè)備界面中加以應(yīng)用，促進(jìn)管制員的工作更加安全和高效。

關(guān)鍵詞：管制員;人機(jī)交互;界面范圍;色彩偏好

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）32-0239-02

人機(jī)界面fHuman Machine Interaction，HMI）也即用戶(hù)界面，是人與計(jì)算機(jī)、設(shè)備或系統(tǒng)之間傳遞和進(jìn)行信息交換的接口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息與人類(lèi)認(rèn)識(shí)形式之間的轉(zhuǎn)換。而友好的人機(jī)界面可以使用戶(hù)在接觸時(shí)更加方便操作，想要的信息和功能都能方便找到和使用，HMI的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，即實(shí)現(xiàn)交互界面的人性化。

當(dāng)前階段，研究人員對(duì)于人機(jī)交互的研究越來(lái)越成熟，在多領(lǐng)域均有應(yīng)用。但對(duì)于管制員人機(jī)交互方面的研究相對(duì)較少。洪遠(yuǎn)曾在人機(jī)交互的基礎(chǔ)上研究了管制員的工作負(fù)荷問(wèn)題，通過(guò)眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，得到相關(guān)眼動(dòng)指標(biāo)和管制員工作負(fù)荷之間的關(guān)系，便于今后建立管制員工作負(fù)荷測(cè)量模型。何瀟等從管制員和飛行員的數(shù)據(jù)鏈通信角度出發(fā)，研究了CP-DLC人機(jī)交互界面存在的不足，并對(duì)相關(guān)界面進(jìn)行了改進(jìn)，這是對(duì)管制員人機(jī)交互探索的有效探索。而眼動(dòng)技術(shù)是進(jìn)行人機(jī)交互研究的有效方法，并得到廣泛認(rèn)可，例如數(shù)控機(jī)床操縱面板和智能界面設(shè)計(jì)等。

由于從未有學(xué)者從基礎(chǔ)研究中探索管制員在與管制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互時(shí)的注視特征，為了彌補(bǔ)這一研究不足，并為今后的管制交互設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考，故開(kāi)展下述相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1研究對(duì)象

根據(jù)人機(jī)交互研究的基本理論，發(fā)現(xiàn)交互問(wèn)題的可能性，可用表示為公式：

p=1-（1-A）ⁿ（1）

其中，n為參與實(shí)驗(yàn)的人數(shù)。A是實(shí)驗(yàn)對(duì)象發(fā)現(xiàn)任一問(wèn)題的可能性。且Nielsen和Landauer發(fā)現(xiàn)，λ=31%。本項(xiàng)研究中的研究對(duì)象為8人，根據(jù)公式可知，8名實(shí)驗(yàn)對(duì)象可以發(fā)現(xiàn)人機(jī)交互中94.9%的相關(guān)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)具有可行性。

所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象均為管制學(xué)員，熟悉計(jì)算機(jī)基本操作，無(wú)色盲、色弱或高度近視等影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視覺(jué)缺陷。

1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）測(cè)試用戶(hù)的界面全局視覺(jué)搜索特點(diǎn)

通過(guò)將三個(gè)不同形狀（五角星、橢圓和圓角矩形）的實(shí)驗(yàn)素材鋪滿(mǎn)頁(yè)面，以分析用戶(hù)在進(jìn)行視覺(jué)搜索時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域，進(jìn)而可以得出用戶(hù)在掃視界面時(shí)最佳的范圍和最優(yōu)的長(zhǎng)寬比。并且通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)被試習(xí)慣的界面注釋區(qū)域，以便在實(shí)際應(yīng)用中將重要信息或按鈕置于該區(qū)域。

2）測(cè)試用戶(hù)的色彩偏好

實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試十種基本色（包括深紅色、紅色、橙色、黃色、淺綠色、綠色、淺藍(lán)色、藍(lán)色、深藍(lán)色和紫色），探索管制員對(duì)顏色的敏感程度，作為今后相關(guān)軟件設(shè)計(jì)配色的參考。

1.3實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)與眼動(dòng)儀共同搭建界面基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)評(píng)估平臺(tái)。計(jì)算機(jī)顯示器為27英寸，分辨率為1920x1080。實(shí)驗(yàn)使用的眼動(dòng)儀為T(mén)obii X2-30 Compact，采樣率為30Hz，它可實(shí)現(xiàn)無(wú)屏幕式眼動(dòng)追蹤，允許較大的頭動(dòng)范圍，并且不會(huì)對(duì)被試形成干擾，能夠提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和穩(wěn)定的追蹤能力。在計(jì)算機(jī)上安裝tobii眼動(dòng)儀的運(yùn)行軟件后，可通過(guò)USB接線(xiàn)將眼動(dòng)儀連接至計(jì)算機(jī)，并利用支架固定在電腦屏幕上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

每位被試實(shí)驗(yàn)一次性完成。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容置于PPT中，每頁(yè)P(yáng)PT的自動(dòng)播放時(shí)間為1min。全局視覺(jué)搜索特點(diǎn)測(cè)試共3頁(yè)，色彩偏好測(cè)試共四頁(yè)，增加黑、白兩色后共12種基本色，拉丁方均勻排列于界面內(nèi)，共設(shè)計(jì)不同的四種排列方式。

2）實(shí)驗(yàn)步驟

①測(cè)試人員按照（1）中內(nèi)容提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)素材，并導(dǎo)人實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)中，并配置相關(guān)硬件設(shè)備并調(diào)試眼動(dòng)儀;

②被試靜坐于試驗(yàn)臺(tái)前，主試講解實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并提醒被試在實(shí)驗(yàn)前眼動(dòng)儀校準(zhǔn)時(shí)的注意事項(xiàng);

③被試進(jìn)行眼動(dòng)儀校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后效果如圖1所示：

④被試進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。依次觀看7頁(yè)P(yáng)PT中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試素材，每頁(yè)素材的瀏覽時(shí)長(zhǎng)為1min。

1.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1）為使得校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確且不影響后續(xù)使用，要求被試在進(jìn)行眼動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，盡量不要眨眼;

2）在測(cè)試對(duì)象進(jìn)行眼動(dòng)校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，周?chē)藨?yīng)位于距眼動(dòng)儀2m以外的位置，避免眼動(dòng)儀捕捉到測(cè)試對(duì)象以外的瞳孔信息導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

2數(shù)據(jù)分析及討論

2.1全局視覺(jué)搜索特點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分析

熱點(diǎn)圖可以反映管制員在實(shí)驗(yàn)中的瀏覽和注視情況，被試對(duì)某一區(qū)域的注視越多，該區(qū)域的顏色越偏向于紅色。通過(guò)對(duì)8名被試的實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)圖進(jìn)行分析，可以得到被試在屏幕上的主要注視區(qū)域，以被試5為例，其實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)圖如圖2所示。

因此，由熱點(diǎn)圖可見(jiàn)，不同被試間注視區(qū)域、注視時(shí)長(zhǎng)有所差異f熱點(diǎn)圖紅色分布區(qū)域有所差異。但主要集中在屏幕上方、中部、左側(cè)區(qū)域。因此對(duì)8名被試的眼動(dòng)數(shù)據(jù)熱點(diǎn)圖進(jìn)行重合疊加后計(jì)算，計(jì)算方法如下：

式中，l1=61.75 cm，l2=31.12 cm，且考慮到實(shí)驗(yàn)用的顯示器可能與實(shí)際軟件應(yīng)用顯示器存在一定差異，不能簡(jiǎn)單計(jì)算測(cè)量注視點(diǎn)集中區(qū)域與屏幕邊界的距離，因此計(jì)算了注視區(qū)域與屏幕邊界距離占屏幕邊長(zhǎng)的比值。計(jì)算結(jié)果如下表1所示。

由計(jì)算結(jié)果可推斷，被試的注視熱點(diǎn)區(qū)域具有以下規(guī)律：

1）在屏幕顯示內(nèi)容無(wú)差異的情況下，被試注視區(qū)域與屏幕左側(cè)邊緣的距離較小，相較于右側(cè)，相差屏幕長(zhǎng)度的2.2%，即被試觀察屏幕左側(cè)區(qū)域的內(nèi)容更多;

2）在屏幕顯示內(nèi)容無(wú)差異的情況下，被試注視區(qū)域與屏幕上端邊緣的距離較小，相較于下方，相差屏幕寬度的5.4%，即被試觀察屏幕上方區(qū)域的內(nèi)容更多;

3）以上（1）（2）中結(jié)果與當(dāng)下多數(shù)網(wǎng)頁(yè)和軟件設(shè)計(jì)的基本布局相符，因此在接下來(lái)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將重點(diǎn)、重要信息主要布置在軟件界面的左側(cè)、上方位置;

4）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以認(rèn)為，軟件打開(kāi)的默認(rèn)界面也可按照這一被試注視習(xí)慣位置出現(xiàn)，并以長(zhǎng)寬比約為2：1的比例為軟件默認(rèn)打開(kāi)形式;

5）該實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了3個(gè)不同的界面，以避免實(shí)驗(yàn)內(nèi)容差異導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異性，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同形狀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異σ<0.03，在誤差允許范圍內(nèi)，因此，在計(jì)算過(guò)程中作均值處理。

2.2色彩偏好測(cè)試數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)后，按照屏幕中12個(gè)不同的顏色邊界，將屏幕劃分為12個(gè)相同大小的興趣區(qū)（AOIs），并提取相關(guān)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)不同區(qū)域平均注視時(shí)長(zhǎng)、總注視時(shí)長(zhǎng)、注視時(shí)長(zhǎng)百分比和AOIs注視次數(shù)等數(shù)據(jù)的處理，匯總后可知被試偏好的顏色如下表2所示。

類(lèi)似的，可以得到8位被試在不同眼動(dòng)材料中對(duì)顏色的偏好情況，詳見(jiàn)表3。

明顯可見(jiàn)，表2是根據(jù)興趣區(qū)中的不同眼動(dòng)指標(biāo)數(shù)據(jù)得到各個(gè)測(cè)試材料中的被試顏色偏好，表3是根據(jù)不同被試在四個(gè)測(cè)試材料中的熱點(diǎn)圖得到的，對(duì)兩個(gè)表格中各種顏色被偏好的次數(shù)進(jìn)行疊加后得到表4。

由表2可知，最受被試偏好的顏色為淺藍(lán)色，其次為綠色，此外，黃色和深紅色二者不分上下，因此，在接下來(lái)的軟件顏色選擇上，可以有意向地增加以上四種顏色元素。

3結(jié)論

本項(xiàng)研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析得到管制員人機(jī)交互界面的合適大小及管制員地顏色的偏好情況，主要可以得到如下結(jié)論：

1）軟件界面的有效邊界距離為：距屏幕左側(cè)7.4%、距屏幕右側(cè)9.6%、距屏幕上方10.6%、距屏幕下方16%;

2）根據(jù)顏色偏好測(cè)試實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示，最受被試偏好的顏色是淺藍(lán)色和綠色，建議今后在以后的軟件設(shè)計(jì)中多加應(yīng)用。