楊桂云，鄧鑄

(南京師范大學(xué) 心理學(xué)院，南京 210097)

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，公眾對(duì)汽車的需求量越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016、2017年我國(guó)汽車年產(chǎn)銷量分別為2803萬輛和2900萬輛。汽車為人民生活提供便利的同時(shí)，也引發(fā)了大量的交通安全事故，其中駕駛員操作不當(dāng)是事故發(fā)生的主要原因[1]。

認(rèn)知心理學(xué)家Treicher通過大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)：駕駛員在進(jìn)行駕駛工作時(shí)會(huì)接收到來自視覺、聽覺、味覺等不同通道的信息，其中約83.3%的信息源于視覺通道[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，無論駕駛員處于何種駕駛情境，每15 min內(nèi)他們會(huì)不自覺地觀察儀表界面數(shù)次，并根據(jù)收集到的信息對(duì)自己的駕駛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整[3]。Brown等人[4]借助眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，新駕駛員依賴儀表界面信息程度顯著高于有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員。因此，汽車儀表盤作為駕駛員視覺信息來源的主要途徑，對(duì)其駕駛狀態(tài)的準(zhǔn)確性、高效性起著重要作用。

在以往的汽車儀表盤界面設(shè)計(jì)中，顏色相對(duì)單一，但隨著人們對(duì)個(gè)性化的追求，界面設(shè)計(jì)元素變得多樣化。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究較多以儀表盤底色為自變量，探索顏色對(duì)駕駛員進(jìn)行儀表界面信息讀取的影響[5,7]。侯艷紅等人[6]發(fā)現(xiàn)，色彩背景信息不僅可以調(diào)節(jié)個(gè)體的生理狀態(tài)還會(huì)影響其認(rèn)知任務(wù)的完成：在短波長(zhǎng)色彩(如紫色、藍(lán)色)背景下，個(gè)體自主神經(jīng)活動(dòng)強(qiáng)度較小但認(rèn)知測(cè)試成績(jī)較高；而在波長(zhǎng)較長(zhǎng)的色彩(如橙色、黃色)背景下，其各項(xiàng)生理指標(biāo)較高但認(rèn)知測(cè)試成績(jī)較差。楊公俠等人[7]從工程心理學(xué)的角度出發(fā)，以心理物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)探究不同底色儀表盤面對(duì)檢查速度的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)綠色表盤檢查速度最快，隨后為灰色、藍(lán)色，而黃色表盤檢查速度最慢。部分研究者會(huì)單獨(dú)選取儀表盤的字符顏色或指針顏色進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，張杰[8]認(rèn)為黃色字符能見度最高，而藍(lán)色字符反應(yīng)時(shí)最長(zhǎng)。孫林巖等人[9]將表盤讀數(shù)和駕駛狀態(tài)確認(rèn)設(shè)置為雙任務(wù)，發(fā)現(xiàn)白色字符能幫助駕駛員對(duì)儀表界面信息進(jìn)行快速識(shí)讀。多位研究者以不同的實(shí)驗(yàn)方法證明：黃色指針對(duì)駕駛員操作過程中的正確率影響顯著[10-11]。調(diào)查顯示，市場(chǎng)現(xiàn)有汽車儀表盤界面中字符顏色、指針顏色的搭配已達(dá)近十種，但尚未檢索到關(guān)于汽車儀表界面中字符、指針顏色搭配效果的研究。

因此，本文選取汽車儀表界面中的字符顏色、指針顏色為研究對(duì)象，針對(duì)駕駛員與儀表界面交互過程中的認(rèn)知及行為情況進(jìn)行分析，通過研究人-機(jī)器-環(huán)境的相互作用，使儀表盤界面顏色設(shè)計(jì)符合人的認(rèn)知與心理特征[12]。本文將以實(shí)驗(yàn)的方式確定駕駛員對(duì)儀表界面信息識(shí)讀效果最優(yōu)的字符顏色、指針顏色類型，為儀表界面設(shè)計(jì)人員提供參考。

2 方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采取5(字符顏色：白、橙、紅、藍(lán)、紫)×3(指針顏色：白、橙、紅)×2(性別：女、男)×2(儀表盤顯示狀態(tài)：安全駕駛狀態(tài)、危險(xiǎn)駕駛狀態(tài))的混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中儀表界面的字符顏色、指針顏色為組內(nèi)變量，性別為組間變量，儀表盤顯示狀況不作為統(tǒng)計(jì)變量，因變量為被試操作過程中的正確率及反應(yīng)時(shí)。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料由15種不同顏色搭配的汽車儀表靜態(tài)界面圖片組成，每種搭配14張，共計(jì)210張圖片，所選用顏色的RGB值如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所選顏色的RGB值

除儀表界面的字符顏色、指針顏色搭配不同外，界面其他信息均參照國(guó)標(biāo)QC/T537—1999《汽車儀表一般設(shè)計(jì)要求》進(jìn)行設(shè)計(jì)。為模擬真實(shí)駕駛情境，儀表盤處于視野中下方，盤面為黑色，外徑為160 mm。儀表盤指針位于其底部中央并已采用正態(tài)分布思想進(jìn)行均衡(Counter-Balance)處理。字符采用Times New Roman字體。圖片分辨率為1024×768，以.jpg格式進(jìn)行存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)情境的設(shè)置：駕駛員正行駛在限速為120 km/h的高速公路上，即儀表界面指針處于0～120 km/h之間時(shí)，應(yīng)將其判斷為安全駕駛狀態(tài)；指針位置超過120 km/h時(shí)，將其判斷為危險(xiǎn)駕駛狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)圖片示例如圖1。

圖1 儀表盤

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)圖片借助E-prime軟件進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)在同一臺(tái)臺(tái)式電腦上進(jìn)行，此電腦配置為Intel i3，主頻為3.9GHz，內(nèi)存為4G，顯示器為液晶21.5寸。

2.4 被試

被試由42名在校大學(xué)生組成，其中男女各21名，年齡分布為20～29歲，均為右利手，無色盲、色弱等眼部疾病。所有人均已通過機(jī)動(dòng)車駕駛考試且駕駛里程數(shù)少于3 000 km，屬于新駕駛員。

2.5 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)開始前，將被試雙眼與電腦顯示器之間的水平距離調(diào)整至60 cm左右，高度調(diào)整至顯示器的中央。實(shí)驗(yàn)以將被試基本信息錄入程序?yàn)殚_始，被試需通過閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)語對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了解，隨后進(jìn)入練習(xí)階段，待其熟悉實(shí)驗(yàn)流程后，開始正式實(shí)驗(yàn)。被試需通過對(duì)儀表盤界面信息的識(shí)讀判斷自己的駕駛狀態(tài)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情境，當(dāng)儀表界面指針位于0～120 km/h之間時(shí)，為安全駕駛狀態(tài)，被試無需作反應(yīng)，2 000 ms后界面信息會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)；當(dāng)儀表界面指針超過120 km/h時(shí)，為危險(xiǎn)駕駛狀態(tài)，被試需按“空格”鍵進(jìn)行減速。

每種指針、字符顏色搭配下有14次反應(yīng)任務(wù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)中被試共需反應(yīng)210次。E-prime軟件會(huì)自動(dòng)記錄被試的反應(yīng)時(shí)及正確次數(shù)等認(rèn)知指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員會(huì)給被試贈(zèng)送禮物表示感謝。

3 結(jié)果

3.1 對(duì)被試反應(yīng)時(shí)與正確次數(shù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 21.0對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果如表2所示。

表2 反應(yīng)時(shí)(ms)與正確次數(shù)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，駕駛員對(duì)儀表界面信息識(shí)讀最快的三種字符顏色與指針顏色搭配類型依次為白色字符配白色指針(MD=504.79)、白色字符配橙色指針(MD=516.40)、紅色字符配橙色指針(MD=519.71)；將正確次數(shù)轉(zhuǎn)化為正確率后可知，駕駛員對(duì)儀表界面信息識(shí)別正確率最低的四種字符顏色與指針顏色搭配類型依次為白色字符配紅色指針(97.62%)、白色字符配白色指針(98.30%)、橙色字符配橙色指針(98.47%)、藍(lán)色字符配紅色指針(98.47%)。

3.2 方差分析

以反應(yīng)時(shí)(RT)為因變量，儀表盤的字符顏色、指針顏色及被試性別為自變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。表3為被試反應(yīng)時(shí)的重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果。

表3 反應(yīng)時(shí)(RT)重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果

注：*P<0.05，**P<0.01。

重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果顯示：字符顏色的主效應(yīng)顯著[F(1,4)=2.641，P=0.036，η2=0.062]。通過事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：被試對(duì)白色字符的反應(yīng)時(shí)最短，但與其他顏色無顯著差異(P>0.05)。

指針顏色的主效應(yīng)顯著[F(1,2)=6.749，P=0.002，η2=0.144]。通過事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：被試對(duì)紅色指針的識(shí)別速度顯著低于白色指針和橙色指針(P<0.05)；對(duì)白色指針與橙色指針進(jìn)行識(shí)別時(shí)，被試的反應(yīng)時(shí)沒有顯著差異(P>0.05)。

3.3 非參數(shù)檢驗(yàn)

對(duì)正確次數(shù)進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)。結(jié)果如表4所示。

表4 正確次數(shù)非參數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果

注：*P<0.05，**P<0.01。

結(jié)果顯示，儀表盤指針顏色的主效應(yīng)邊緣顯著，χ2=5.390，df=2，P=0.068。

4 討論

以往研究表明，在黑色背景下，駕駛員對(duì)不同顏色的目標(biāo)物反應(yīng)時(shí)差異顯著，說明顏色對(duì)認(rèn)知能力產(chǎn)生了影響[8,13]。本研究以此為基礎(chǔ)，對(duì)市場(chǎng)儀表界面現(xiàn)有字符顏色、指針顏色進(jìn)行了調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)駕駛員對(duì)白色字符的獲取速度最快、信息提取率最高，這可能是因?yàn)楹诎状钆湓谌粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)頻率較高[14]，被試對(duì)此種顏色搭配較為熟悉、反應(yīng)較快；也可能是因?yàn)榘咨繕?biāo)物在以黑色為底的襯托下對(duì)比突出明顯，有較好的視覺沖擊效果[15]，便于駕駛員快速進(jìn)行視覺搜索，從而縮短了其反應(yīng)時(shí)間[16]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，指針顏色也對(duì)駕駛員進(jìn)行儀表界面信息識(shí)讀存在影響，其中駕駛員對(duì)紅色指針的識(shí)別速度顯著慢于對(duì)橙色指針與白色指針，這進(jìn)一步驗(yàn)證了張杰[8]等人的研究成果，即背景顏色相同時(shí)，目標(biāo)物與背景之間的顏色距離越遠(yuǎn)，駕駛員對(duì)目標(biāo)物的反應(yīng)速度越快。

進(jìn)一步探究后我們發(fā)現(xiàn)，字符顏色與指針顏色的交互作用并不顯著，但字符顏色與指針顏色相同且均為白色時(shí)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間最短。這可能是因?yàn)轳{駛員在進(jìn)行儀表界面信息提取時(shí)，在視覺前注意過程中對(duì)字符顏色和指針顏色進(jìn)行了特征整合[17]，所以兩者的顏色搭配仍然存在一定程度的組合優(yōu)勢(shì)。通過實(shí)驗(yàn)人員的反思與被試的主觀報(bào)告，可將字符顏色與指針顏色交互作用不顯著的原因歸納為以下三點(diǎn)：第一，本實(shí)驗(yàn)任務(wù)難度等級(jí)較低。本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是對(duì)儀表盤指針?biāo)幬恢眠M(jìn)行判別，屬于視覺搜索任務(wù)中難度等級(jí)較低的范圍。根據(jù)Huang等人[18]的研究，任務(wù)的難度等級(jí)會(huì)影響被試的視覺搜索效率，研究發(fā)現(xiàn)，在較低等級(jí)搜索任務(wù)中，會(huì)出現(xiàn)被試效率差異不明顯的現(xiàn)象。第二，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置為單任務(wù)，而駕駛過程為多任務(wù)，根據(jù)Ryu等人[19]的研究，駕駛員對(duì)多任務(wù)的認(rèn)知過程與對(duì)單任務(wù)的認(rèn)知過程存在顯著差異。第三，被試的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)不佳。Olson等人[20]對(duì)被試在人機(jī)交互過程中的心理因素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)被試會(huì)針對(duì)任務(wù)產(chǎn)生“蒙混”的想法，即為了盡快完成任務(wù)只考慮效率，而忽略其他因素的存在。之后，我們將針對(duì)以上問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

5 結(jié)論

以往的人機(jī)界面研究，主要采用主觀評(píng)價(jià)的方法，即根據(jù)設(shè)計(jì)人員和使用人員的主觀感受對(duì)界面信息進(jìn)行選擇，因個(gè)體差異明顯，市場(chǎng)上現(xiàn)有的汽車儀表盤界面信息所含顏色較多且搭配復(fù)雜。本文通過汽車儀表界面靜態(tài)圖片呈現(xiàn)的方式，研究汽車儀表盤界面信息中字符顏色與指針顏色對(duì)駕駛員認(rèn)知過程的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，汽車儀表盤界面設(shè)計(jì)中的字符顏色、指針顏色均能影響駕駛員對(duì)儀表界面信息識(shí)讀的速度，當(dāng)儀表界面元素顏色相同且均為白色時(shí)駕駛員所需反應(yīng)時(shí)最短。此研究結(jié)論可為儀表設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行盤面設(shè)計(jì)時(shí)，提供理論支持。

今后的研究中，希望可以擴(kuò)大被試范圍并對(duì)駕駛過程中多任務(wù)、動(dòng)態(tài)操作下的人機(jī)交互工作進(jìn)行生理數(shù)據(jù)的測(cè)量，進(jìn)一步研究汽車儀表界面信息設(shè)計(jì)對(duì)于駕駛?cè)藛T的影響。