朱田牧，葛列眾，李宏汀，胡信奎

(1.浙江理工大學 心理學系，杭州 310018；2.浙江大學心理科學研究中心，杭州 310028)

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)時代帶來的信息過載使得人們無法簡單憑借自己的大腦在海量信息中迅速有效地尋找到關(guān)鍵信息。因為在對海量信息進行視覺搜索時，人的視覺注意和認知資源是有限的[1]。因此，如何有效在海量信息中快速有效地呈現(xiàn)出關(guān)鍵信息是工程心理學研究的重要問題之一[2]。從二十世紀八九十年代起，為了解決視覺信息有效呈現(xiàn)的研究主要集中在突顯技術(shù)領(lǐng)域。突顯是指在與視覺搜索任務(wù)有關(guān)的計算機屏幕顯示中，采用某種方式突出顯示多個項目中的關(guān)鍵項目，從而提高視覺搜索績效的一種方法或技術(shù)。該技術(shù)通過改變目標的顯示方式，吸引用戶的注意引導(dǎo)用戶進行搜索，幫助用戶更準確快捷地找到目標[3]，減少用戶的操作時間[4]，從而提高操作績效。

在以往研究中，突顯對視覺搜索操作績效的影響主要受突顯的類型、背景和材料等因素的影響。突顯類型方面的研究表明，以顏色(黃色)作為突顯類型時效果較好，閃爍[5-6 ]，相框[7]和下劃線突顯[8]對視覺搜索的促進效果顯著；逆顯(目標與目標所占的背景顏色互換)是會降低視覺搜索績效的一種突顯類型[9]。視覺背景方面的研究表明，黑背景下突顯顏色選用紅、黃、綠，突顯效果顯著，白背景下突顯效果不顯著[10]；單彩色背景和復(fù)雜彩色背景[11]以及背景的明暗程度對均對目標的突顯有著重要的影響[12]。視覺材料方面的研究表明，在以圖形為視覺搜索材料的研究中，圖形的底紋可以顯著提高視覺搜索績效[13]，此外，顏色和閃爍的突顯方式顯著促進了被試視覺搜索績效，但分別作為冗余代碼時效果不顯著[14]。在復(fù)雜情境中，突顯關(guān)鍵的圖符可以有效提示警告信息[15]。

近期突顯技術(shù)與眼控技術(shù)相結(jié)合，研究者開發(fā)了一種通過基于眼動控制的交互式的眼控突顯(也稱視線突顯)技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合低通濾波算法，通過對用戶注視點的捕捉，隨著用戶視線的變化而改變突顯的內(nèi)容，實時突顯用戶視線所在位置的信息。實驗結(jié)果證實，該技術(shù)是一種可以有效提高海量信息下的目標定位績效的新型技術(shù)[16]。

總結(jié)以往研究發(fā)現(xiàn)，雖然突顯技術(shù)較為成熟且一直在發(fā)展，但目前存在兩個問題:一是傳統(tǒng)的突顯技術(shù)是一種靜態(tài)的顯示技術(shù)，無法在視覺搜索過程中，動態(tài)地在多個目標中優(yōu)先突顯重要的目標；二是視線突顯技術(shù)雖然可以根據(jù)用戶的操作的特點實時突顯視覺材料內(nèi)容，但這并沒有針對任務(wù)要求或目標的重要性等特點進行突顯。因此，在以往傳統(tǒng)突顯的基礎(chǔ)上，本研究提出一種新型突顯技術(shù)，稱為動態(tài)突顯。該突顯技術(shù)可以在與視覺搜索任務(wù)有關(guān)的目標呈現(xiàn)方式中，根據(jù)任務(wù)要求或目標特征，優(yōu)先突顯多個目標中的重要目標，從而提高視覺搜索效率。

為了驗證這種新型突顯技術(shù)的有效性，本研究采用以數(shù)字為材料的多目標視覺搜索任務(wù)，通過比較傳統(tǒng)突顯與動態(tài)突顯完成時間和點擊效率的差異，驗證動態(tài)突顯的有效性。

2 方法

2.1 被試

共66名(男28人，女38人)在校學生參加實驗，年齡16-25歲，平均年齡19.32±1.95歲，均為右利手，視力或矯正視力正常，無色盲或色弱，實驗結(jié)束后給予報酬。

2.2 實驗設(shè)備

實驗材料呈現(xiàn)在14英寸的LED防眩光屏幕上(型號為戴爾Vostro14-5 480)，分辨率為1 366×768。實驗過程中被試全程使用鼠標(型號為羅技G102有線電競鼠標)進行點擊操作。實驗程序在.NET框架下用C#編寫而成。

2.3 實驗材料

實驗材料為10×10的數(shù)字矩陣，矩陣所在區(qū)域大小為320像素×320像素(8.5 cm×8.5 cm)，視場大小約為10.20°×10.20°。矩陣位于電腦屏幕中央，矩陣中心與屏幕中心重合。矩陣內(nèi)每個數(shù)字所占的區(qū)域相同，高20像素(0.53 cm)，寬14像素(0.37 cm)，視場大小約為0.65°×0.45°。每個數(shù)字的中心與其所占方塊的中心重合，相鄰的數(shù)字中心與數(shù)字中心的間距為32像素(0.85 cm)。矩陣100個數(shù)字中，目標數(shù)字為1、2、3、4，每種五個共二十個，干擾數(shù)字為5、6、7、8、9，每種十六個共八十個。目標數(shù)字的分布滿足如下五個條件：第一，每種目標數(shù)字在每個象限至少出現(xiàn)一個，至多出現(xiàn)兩個；第二，相鄰試次中兩個同一種目標數(shù)字所在的象限不同，整個實驗中兩個每種目標數(shù)字出現(xiàn)在每個象限的總次數(shù)相同；第三，每個象限中，每行每列只有一個目標數(shù)字；第四，目標數(shù)字之間不存在橫向、縱向的連續(xù)情況，同一種目標數(shù)字不存在斜向連續(xù)的情況；第五，10×10矩陣中心的2×2區(qū)域內(nèi)沒有目標數(shù)字，矩陣的四個角也沒有目標數(shù)字。非目標數(shù)字按照5到9從矩陣的第一列第一行開始逐行依次循環(huán)填補空余位置?；谝陨蠗l件共篩選出48個數(shù)字矩陣，8個用于練習，40個用于正式實驗。

屏幕為灰色RGB(128，128，128)，矩陣所在區(qū)域的背景為黑色，數(shù)字共有三種顏色，非目標數(shù)字和沒有突顯的目標數(shù)字為白色，突顯的目標數(shù)字為紅色RGB(255，0，0)，鼠標點擊某個數(shù)字后該數(shù)字變成灰色RGB(128，128，128)。材料示意圖如圖1所示：

圖1 兩種突顯條件的材料示意圖

2.4 實驗任務(wù)

實驗任務(wù)為點擊任務(wù)，即點擊目標數(shù)字得分。要求被試盡快點擊并且盡可能多得分，點擊4得4分，點擊3得3分，點擊2得2分，點擊1得1分。點擊非目標數(shù)字5、6、7、8、9不得分。在點擊任務(wù)開始前，需要被試做好點擊的準備，把右手自然地放在鼠標上，食指放在鼠標左鍵上，中指放在鼠標右鍵上，任務(wù)中的操作均為用食指單擊鼠標左鍵。每次點擊開始時鼠標起始點位于矩陣中心。每個試次點擊任務(wù)的最長時間為16s(通過預(yù)實驗結(jié)果設(shè)定)，保證絕大多數(shù)被試可以完全點完所有的目標數(shù)字。

2.5 實驗設(shè)計

實驗為單因素被試間設(shè)計。

自變量為突顯類型，分為傳統(tǒng)突顯和動態(tài)突顯。

傳統(tǒng)突顯條件下，所有目標數(shù)字在整個被試執(zhí)行點擊任務(wù)過程中均為紅色突顯，被試點擊某個紅色目標數(shù)字后獲得相應(yīng)分數(shù)，同時該數(shù)字變灰，再次點擊該灰色數(shù)字不得分。

動態(tài)突顯條件下，目標數(shù)字在整個被試執(zhí)行點擊任務(wù)過程中按照4-3-2-1的順序紅色突顯，并且待被試點擊完一種目標數(shù)字后再突顯下一種。首先突顯所有的4(共有五個)，待被試點擊完這五個4，突顯所有的3，待被試點擊完，突顯所有的2，以此類推。點擊某個目標數(shù)字(可能是紅色或白色)后該數(shù)字變灰，再次點擊該灰色數(shù)字不得分。

在上述兩種條件下，所有非目標數(shù)字均為白色。如果被試點擊非目標數(shù)字，不得分，但白色非目標數(shù)字也會變?yōu)榛疑?/p>

因變量為完成時間和點擊效率。完成時間為被試點擊完全部目標數(shù)字所用的時間。實驗中點擊效率的計算方式為：分數(shù)/點擊目標個數(shù)，即被試單位時間(每秒)內(nèi)得到的分數(shù)除以點擊到的目標個數(shù)。因變量數(shù)據(jù)由程序自動記錄。

2.6 實驗流程

被試隨機分為兩組，對應(yīng)進入傳統(tǒng)組(共34人，男生15人，女生19人)和動態(tài)組(共32人，男生14人，女生18人)。主試錄入被試的基本信息后進入實驗程序，請被試做好點擊的準備。實驗分為練習階段和正式實驗階段。練習階段請被試熟悉實驗流程和操作，共8個試次，隨后進入正式實驗，共40個試次，20個試次后休息30 s。

每個試次流程為，矩陣所在的區(qū)域呈現(xiàn)0.5 s黑屏，隨后在該區(qū)域中心呈現(xiàn)白色注視點“+”0.5 s，隨后呈現(xiàn)0.5 s黑屏，然后呈現(xiàn)數(shù)據(jù)矩陣，被試開始點擊操作，點擊時間最長為16 s(通過預(yù)實驗確定)，16 s之內(nèi)點完或者超時，矩陣都會消失，自動進入下一個試次。

3 結(jié)果

實驗數(shù)據(jù)通過SPSS 13.0分析。剔除沒有完全點完試次的數(shù)據(jù)和三個標準差之外的數(shù)據(jù)(共占總實驗數(shù)據(jù)的2.50%)后，先分析傳統(tǒng)與動態(tài)突顯的完成時間，再分析點擊效率。

3.1 傳統(tǒng)與動態(tài)突顯的完成時間分析

對完成時間沒有要求的情況下，傳統(tǒng)組的完成時間(M=11.34，SD=1.41)快于動態(tài)組(M=13.17，SD=1.03)，獨立樣本T檢驗結(jié)果表明兩者差異顯著(t(64)=-6.05，P<0.001，d=1.49)。這個實驗結(jié)果說明：在區(qū)分目標重要程度的多目標視覺搜索情境中，傳統(tǒng)突顯比動態(tài)突顯的完成時間更短。完成時間如圖2所示:

圖2 兩種條件下的完成時間(s)

3.2 傳統(tǒng)與動態(tài)突顯的點擊效率分析

傳統(tǒng)組在1-7 s的點擊效率低于動態(tài)組，8-10 s高于動態(tài)組，11-15 s又低于動態(tài)組。1 s表示0-1 s之內(nèi)，以此類推，點擊效率的平均數(shù)和標準差見表1。

表1 兩種條件下的點擊效率

10-12 s和16 s兩組差異不顯著。

這個實驗結(jié)果說明：在短時程內(nèi)(1-7 s)，動態(tài)突顯的點擊效率好于傳統(tǒng)突顯。

每秒點擊效率差異如圖3所示：

圖3 兩種條件下的點擊效率

簡單效應(yīng)分析表明，傳統(tǒng)突顯條件下，2-7 s每秒內(nèi)點擊效率差異不顯著，動態(tài)突顯僅在2 s和3 s的點擊效率差異不顯著，說明傳統(tǒng)突顯點擊過程中存在一個平緩的階段，動態(tài)突顯則沒有。

4 討論

4.1 傳統(tǒng)與動態(tài)突顯的完成時間分析

4.2 傳統(tǒng)與動態(tài)突顯的點擊效率分析

在完成任務(wù)的過程中，傳統(tǒng)突顯的點擊效率呈現(xiàn)出2-7 s先達到一個平緩階段，8 s開始下降的趨勢。1 s時，大多數(shù)被試存在部分還沒有做出點擊操作的情況，所以整體點擊效率較低，2 s開始點擊效率接近隨機水平2.5((4×5+3×5+2×5+1×5)/20)，一直持續(xù)到7 s。由于7 s后已經(jīng)有被試完成任務(wù)，8s開始得到的分數(shù)為0，因此整體點擊效率開始下降。動態(tài)突顯的點擊效率呈現(xiàn)出先高后低的趨勢，按照目標的四個重要程度大致分為四個階段，2-4 s點擊效率最較高，接近優(yōu)先點擊重要目標的水平4((4×5)/5)，5-7 s點擊效率接近點擊第二重要目標水平3，8-10 s點擊效率接近2，11-12 s點擊效率接近1。因為9 s后開始有被試完成任務(wù)，所以從10 s開始點擊效率出現(xiàn)下降，主要是由于點擊目標的重要程度降低，以及在這個時間段已經(jīng)出現(xiàn)有被試完成任務(wù)的情況所導(dǎo)致的。

比較兩種突顯方式的點擊效率特點發(fā)現(xiàn):共同之處在于兩種突顯方式均可以有效引導(dǎo)被試的視覺搜索，與以往關(guān)于突顯可以有效引導(dǎo)用戶操作的研究結(jié)果一致；不同之處在于傳統(tǒng)突顯是以隨機的方式引導(dǎo)被試操作，動態(tài)突顯則按照目標的重要程度進行引導(dǎo)。

4.3 動態(tài)突顯的有效性

動態(tài)突顯雖然完成時間顯著慢于傳統(tǒng)突顯，但在短時程(1-7 s)的點擊效率顯著高于傳統(tǒng)突顯，說明動態(tài)突顯是一種在短時程內(nèi)比傳統(tǒng)突顯更加有效的突顯方式，且按照目標的重要程度進行操作，可以有效提高被試的視覺搜索績效。因此，如果需要處理全部目標，傳統(tǒng)突顯的績效較好；如果需要在短時程內(nèi)處理重要目標，動態(tài)突顯績效較好。動態(tài)突顯的理論意義在于提出一種新的突顯方式，豐富了突顯技術(shù)的類型；實際意義在于對人機界面設(shè)計提供指導(dǎo)，提高區(qū)分重要程度的多目標搜索的作業(yè)績效。

動態(tài)突顯選用顏色突顯(實驗中為紅色)可以有效引導(dǎo)操作人員對重要目標進行平行搜索。顏色是一種在視覺搜索早期階段容易被覺擦到的獨特的特征之一，而且在單一維度上的突顯通常會引起平行搜索[ 20-21]。平行搜索不但比序列搜索更加有效率，而且需要的注意資源較少[22]。因此，動態(tài)突顯條件下被試會首先同時覺察到五個紅色的4，而傳統(tǒng)突顯條件下被試同時覺察到全部目標。

動態(tài)突顯依次突顯重要目標，始終突顯當前情境中最重要的目標，符合格式塔心理學知覺組織原則的相似性原則，即具有相似特征(顏色、亮度等)的客體會被人們知覺為一個整體，其他客體被直覺為背景[23],而且人們傾向于對顏色相同的兩個目標進行類似的加工處理[24]。因此動態(tài)突顯時，同樣重要的目標作為一個整體，得到類似的加工處理，與其它次重要目標數(shù)字和非目標數(shù)字(均為白色)區(qū)分開，于是此時紅色的數(shù)字是目標，其它白色的目標數(shù)字和非目標數(shù)字是背景。相比之下，傳統(tǒng)突顯中所有的目標都是紅色，被試將所有目標知覺為一個整體，非目標數(shù)字是背景。

4.4 動態(tài)突顯的應(yīng)用范圍

動態(tài)突顯這一概念的提出，主要是基于傳統(tǒng)突顯的不足和對實際需求的考量。傳統(tǒng)突顯是一種靜態(tài)的顯示方式，無法動態(tài)地優(yōu)先顯示當前情境中重要的目標。傳統(tǒng)突顯只能突顯所有的目標，雖然在一定程度上減少了操作人員的搜索目標，但沒有直接指向重要目標，因此不適用于區(qū)分目標重要程度的多目標搜索情境或者信息過載的情境。例如，一次火車相撞事故中，監(jiān)管人員花費了很多時間搜索是哪兩輛火車引起了警報[25]，如果可以及時有效地突顯即將出事故的火車，可以避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。再如，核電站的操作界面會突顯(亮燈或閃爍)幾百個指示器[26]，如果可以優(yōu)先突顯最需要處理的目標，會提高操作人員的效率，避免災(zāi)難發(fā)生。航空管制界面中，已經(jīng)運用不同顏色表示不同海拔高度的飛機，以及用相同顏色(紅色)顯示航道兩架沖突的飛機，來協(xié)助航空管制員的操作[27]，但界面的突顯設(shè)置不夠簡潔，存在信息過載時導(dǎo)致因突顯效果不夠明顯導(dǎo)致變化盲視現(xiàn)象出現(xiàn)的風險，如果可以只突顯當前情境最重要的航班，可以避免潛在事故出現(xiàn)。

動態(tài)突顯適用于區(qū)分目標重要程度的多目標視覺搜索的情境中，例如空間站、空中交通管制、核電站、駕駛(導(dǎo)航)、地圖搜索、救援、病毒傳播、大面積農(nóng)業(yè)監(jiān)控等等。通過有效提供重要或緊急信息，使人們更有效地獲得收益或者避免損失，尤其是防止重大事故發(fā)生。未來動態(tài)突顯可以與大數(shù)據(jù)結(jié)合，通過實時數(shù)據(jù)更新信息，更有效地突顯當前最重要的信息，也可以與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合進行預(yù)測和比較；也可以與人工智能結(jié)合，通過一些算法分辨篩選信息，自行處理沒有爭議的重要目標，將有爭議的重要目標突顯出來，輔助操作人員進行高效操作。

4.5 研究的不足和展望

本研究只實現(xiàn)了動態(tài)突顯的初步的原型，視覺材料和突顯類型都比較單一，后續(xù)研究可以考察視覺材料類型和突顯類型對動態(tài)突顯績效的影響作用。又因為動態(tài)突顯的顯示方式特點是對重要目標平行加工，不需要消耗太多注意資源，所以推測這種顯示方式的績效不會受到任務(wù)負荷的影響，為后續(xù)研究提供方向。

5 結(jié)論

(1)在多目標視覺搜索任務(wù)中，當不區(qū)分目標重要程度時，傳統(tǒng)突顯績效較高；當區(qū)分目標重要程度時，動態(tài)突顯績效較高。

(2)在區(qū)分重要程度的多目標搜索任務(wù)中，動態(tài)突顯可以優(yōu)先處理重要或緊急目標。