康文科 楊華 俞瀟 劉華靜

摘要：視覺(jué)是重要的人機(jī)交互手段，也是人體舒適度感知最直觀的來(lái)源和效果體現(xiàn)。但是，由于舒適度是人體的主觀感受，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)定量化的測(cè)量和評(píng)價(jià)。本研究以閱讀手機(jī)電子書(shū)為例，研究被試者閱讀手機(jī)電子書(shū)一段時(shí)間之后的視覺(jué)舒適程度，并且跟蹤一定條件下其視覺(jué)舒適度與時(shí)間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)信息感知的舒適度量化計(jì)算，建立以視覺(jué)為基礎(chǔ)的人機(jī)交互舒適度量化模型，最后進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)模型加以驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：視覺(jué);人機(jī)交互;舒適度量化;多信息融合;匹配模型

1引言

1.1研究背景、目的和意義

如今，手機(jī)占據(jù)了人們生活的絕大部分，人們每天會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間在手機(jī)閱讀上，但是人們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間使用手機(jī)閱讀后，常會(huì)出現(xiàn)眼睛干澀酸痛等視疲勞現(xiàn)象。視覺(jué)是人類(lèi)最重要的感覺(jué)，但是，因?yàn)槭孢m度是人體的主觀感受，在目前的研究中普遍都是定性描述。因此，研究視覺(jué)的舒適度的定量化檢測(cè)，具有重要意義。

視覺(jué)舒適度則是指眼睛接受外界電磁波時(shí)眼睛主觀的舒適感受，具體表現(xiàn)在用眼一段時(shí)間后眼睛的疲勞程度。

2 評(píng)價(jià)模型

視覺(jué)舒適度是人對(duì)光環(huán)境的心理感覺(jué)的舒適程度， 因此視覺(jué)舒適度是一個(gè)心理感覺(jué)量。影響視覺(jué)舒適度的因素很多，在建立視覺(jué)舒適度的數(shù)學(xué)模型時(shí)， 必須考慮到視覺(jué)舒適度具有“心理感覺(jué)量”和“取決于多種不確定因素”這兩個(gè)特征。

以隨閱讀時(shí)間變化的閱讀舒適度變化為例開(kāi)展研究，確定可用性、感知的視覺(jué)舒適度為主觀測(cè)量指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)直接詢問(wèn)被測(cè)試者的感受，運(yùn)用量表對(duì)被測(cè)試者的主觀感覺(jué)進(jìn)行量化。研究量表為：0——沒(méi)有疲勞感;1——基本沒(méi)有疲勞感;2——有輕微疲勞感;3——有明顯疲勞感，但在耐受范圍內(nèi)：4——疲勞感加劇，出現(xiàn)多種眼部不適。

3 實(shí)踐

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用組間重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，選擇了手機(jī)自帶閱讀APP作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。被試者為20位年齡在19-22歲之間的志愿者，均為無(wú)重度近視和散光的大學(xué)生。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，安排被試者休息至舒適度測(cè)試為0（完全舒適）的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，被試者每使用手機(jī)閱讀5分鐘電子書(shū)，立刻詢問(wèn)被試者的主觀視覺(jué)舒適度后填寫(xiě)量表。每位參與者需50—60分鐘完成實(shí)驗(yàn)的所有內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)流程為：1測(cè)試者休息至完全舒適狀態(tài);2閱讀標(biāo)準(zhǔn)電子書(shū)5分鐘;3感受視覺(jué)舒適度并記錄結(jié)果;4重復(fù)2、3步驟9次;4整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

4 案例分析

筆者采用控制變量法，對(duì)20個(gè)被測(cè)者在相同時(shí)間段、相同地點(diǎn)進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，共計(jì)20組數(shù)據(jù)。 以實(shí)驗(yàn)記錄次數(shù)為x軸，以視覺(jué)舒適度為y軸，如圖1所示在x-y坐標(biāo)系里畫(huà)出散點(diǎn)圖。

圖1實(shí)驗(yàn)時(shí)間與視覺(jué)舒適度y之間的關(guān)系曲線

根據(jù)散點(diǎn)圖中視覺(jué)舒適度的變化規(guī)律及趨勢(shì)線，筆者發(fā)現(xiàn)視覺(jué)舒適度與時(shí)間的變化曲線類(lèi)似s型增長(zhǎng)，將數(shù)據(jù)代入origin非線性擬合，通過(guò)對(duì)比，得出擬合模型為Slogisticl1 S型函數(shù)時(shí)擬合度最高，R平方為0.991.此時(shí)方程為y=a/[1+e-k（x-xc）]。

擬合得——a=3.12966，xc=35.94068，k=0.15607，擬合方程為y=3.12966/{1+e-[0.15607*（x-35.94068）]}

該式就是所求的信息感知中的視覺(jué)舒適度值y與時(shí)間變量x之間關(guān)系的表達(dá)式。

舒適度量化的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型關(guān)系式的準(zhǔn)確性，又對(duì)另外的5名實(shí)驗(yàn)者在相同的條件下進(jìn)行模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舒適度和通過(guò)數(shù)學(xué)模型關(guān)系式轉(zhuǎn)化得出的視覺(jué)舒適度進(jìn)行比較。圖2為驗(yàn)證數(shù)據(jù)相較于關(guān)系式曲線的散點(diǎn)圖。

圖2為驗(yàn)證數(shù)據(jù)相較于關(guān)系式曲線的散點(diǎn)圖

從上表中的驗(yàn)證數(shù)據(jù)看，從實(shí)驗(yàn)中的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)關(guān)系表達(dá)式的計(jì)算得出的視覺(jué)舒適的數(shù)學(xué)模型基本符合。

5 結(jié)論

本研究對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象做了大量實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入origin軟件，繪出視覺(jué)舒適度隨閱讀時(shí)間的變化曲線，以S型曲線為參考進(jìn)行擬合，得出了視覺(jué)舒適度與閱讀時(shí)間之間的關(guān)系式，建立閱讀時(shí)間與視覺(jué)舒適度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。其結(jié)果表明：該實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)學(xué)模型能較好的反應(yīng)視覺(jué)舒適度隨閱讀時(shí)間變化的客觀規(guī)律，該數(shù)學(xué)模型可以為設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的視覺(jué)時(shí)間配置提供理論依據(jù)，使產(chǎn)品在視覺(jué)人機(jī)交互方面更加人性化。

參考文獻(xiàn)：

[1]Zhang L，Zhang YQ，Zhang JS，et al.Visual fatigue and discomfort afterstereoscopic display viewing[J].Acta Opthalmologica，2013，91（ 2） ：149-153.

[2]蔡建奇， 王薇， 邵光達(dá). LED電視在3D模式下的視覺(jué)健康舒適度測(cè)試研究[J]. 電視技術(shù)， 2014， 38（24）：55-57.