陳寧 秦華 褚英帆 張然

（北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院,北京 102616）

隨著自動(dòng)駕駛汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),在公共交通中引入完全自動(dòng)駕駛汽車將成為現(xiàn)實(shí)[1]。在這種情況下,今天的行人將很難再依賴于駕駛員行為中的線索去選擇是否過街。為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車與行人之間高效、安全的交互,以及自動(dòng)駕駛汽車如何將其意圖傳達(dá)給行人,由此設(shè)計(jì)了很多種車輛外部接口[2],也就是自動(dòng)駕駛汽車的外顯界面,它能將車輛的模式和內(nèi)容與行人進(jìn)行通信,很好的代替了傳統(tǒng)車輛中駕駛員的行為線索。目前為止,自動(dòng)駕駛汽車外顯界面有許多種表現(xiàn)形式,比如文字、圖案等,此前有許多人研究這些表現(xiàn)形式對(duì)行人過街行為的影響[3]。例如文字溝通形式適用于呈現(xiàn)簡(jiǎn)短、明確的信息,研究者常用文字信息向行人呈現(xiàn)當(dāng)前車輛狀態(tài)、意圖或?qū)π腥说闹甘尽Ｎ淖中畔⒉恍枰豢桃獾貙W(xué)習(xí), 能更明確地傳達(dá)車輛的讓行意圖, 且更具說服力, 也讓行人感覺更安全；圖標(biāo)界面溝通方式多采用簡(jiǎn)單圖像呈現(xiàn)交互線索, 按照呈現(xiàn)的圖形特點(diǎn)可以分為兩種類型：擬人化/非擬人化圖形;靜態(tài)/動(dòng)態(tài)圖形[4]。與非擬人化的圖形相比, 擬人化圖形,能夠更明確傳達(dá)有關(guān)當(dāng)前過街是否安全的信息(Fridman et al.),研究者們還發(fā)現(xiàn), 靜態(tài)信息在可識(shí)別性和信息傳遞效果方面都不如動(dòng)態(tài)圖形(Othersen et al.),并且此類界面的可理解性需要通過培訓(xùn)才能被提高。此外,信息呈現(xiàn)角度同樣有研究表明,自動(dòng)駕駛汽車外顯界面的信息可分為兩類[5]：涉及行人的信息以及涉及自動(dòng)駕駛汽車為中心的信息。例如在某個(gè)特定的場(chǎng)景中以行人需要過街為背景,如果外顯界面提供了一個(gè)以汽車為中心信息,行人首先需要解釋自動(dòng)駕駛汽車將要做什么,然后才能決定行人是否可以過馬路。相比之下,如果外顯界面顯示以行人為中心的信息,行人可以直接遵守該信息[6]。因此,我們預(yù)計(jì)以行人為中心的信息將被視為比以汽車為中心的信息更清晰。但是目前尚不清楚自動(dòng)駕駛汽車是否應(yīng)指示其狀態(tài)或行人要求采取的行動(dòng)[7]。綜上所述,目前外顯界面與行人交互的研究大都集中在國(guó)外,且研究?jī)?nèi)容相對(duì)分散并未將外顯界面的多方影響因素進(jìn)行整體性的研究,國(guó)內(nèi)更是鮮有此類探究。本研究則是從呈現(xiàn)形式和呈現(xiàn)角度兩個(gè)研究因素出發(fā),通過多維度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了整合性分析,為未來(lái)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛提供外顯界面在呈現(xiàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)提供新的視角和方向。

1 研究方法

考慮到當(dāng)前自動(dòng)駕駛汽車外顯界面的呈現(xiàn)形式中文字、圖案的研究比較廣泛,本研究就針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車外顯界面中文字、圖案、圖文結(jié)合這三種不同的呈現(xiàn)形式以及以汽車為中心和以行人為中心兩種不同的呈現(xiàn)角度一共設(shè)計(jì)了6 組實(shí)驗(yàn)。6 組實(shí)驗(yàn)都是自動(dòng)駕駛汽車給行人讓行的意圖,但其中也加入了不讓行的設(shè)計(jì),是為了避免行人每看到一個(gè)呈現(xiàn)內(nèi)容都會(huì)選擇過街的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)過程分為：（1）采用綠野仙蹤實(shí)驗(yàn)法；（2）當(dāng)每個(gè)參試者完成一組實(shí)驗(yàn)需要填寫一份問卷,一共6 組實(shí)驗(yàn)全部完成需要填寫6 份問卷；（3）在后續(xù)還會(huì)進(jìn)行一個(gè)焦點(diǎn)小組訪談。

1.1 參試者

本次實(shí)驗(yàn)共有10 名參與者,分為7 名男性和3 名女性,年齡從22 歲到26 歲（標(biāo)準(zhǔn)差為1.18 歲,方差為1.39 歲）,構(gòu)成最終樣本。參試者通過校內(nèi)招募,被試需滿足：（1）無(wú)自動(dòng)駕駛使用經(jīng)驗(yàn)；（2）視力良好；所有參與者隨機(jī)被安排實(shí)驗(yàn)順序,并且均是簽完書面知情同意書并獲得了金錢補(bǔ)償。

1.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

如圖1 所示,本次實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備為一輛模擬自動(dòng)駕駛汽車與放置在車頂?shù)腖ED 顯示屏（長(zhǎng)為80cm,高為16cm 的全彩LED顯示屏,分辨率為80*16）。如圖2 所示,實(shí)驗(yàn)在校內(nèi)封閉道路進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)道路長(zhǎng)度為100 米,寬度為3 米的雙車道,道路兩頭會(huì)設(shè)置路障柱將道路封閉。如圖3 所示,本次實(shí)驗(yàn)所用的汽車是采用“綠野仙蹤”實(shí)驗(yàn)法模擬的自動(dòng)駕駛汽車,將車上的駕駛員用一塊黑布擋住,只露出兩個(gè)眼睛,這樣就能達(dá)到從行人的視角來(lái)看是無(wú)駕駛員操作汽車,同時(shí)車上會(huì)坐一位安全員,目的就是為了模仿自動(dòng)駕駛汽車的行駛狀態(tài)。

圖1 實(shí)驗(yàn)車輛和LED 顯示屏

圖2 封閉實(shí)驗(yàn)道路

圖3 綠野仙蹤實(shí)驗(yàn)法

1.3 實(shí)驗(yàn)變量

研究有兩個(gè)自變量,分別是外顯界面不同的表現(xiàn)形式,文字、圖標(biāo)、圖文結(jié)合相結(jié)合三種表現(xiàn)形式；車輛信息呈現(xiàn)的角度,以汽車為中心和以行人為中心這兩種角度進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景基于交通路口,行人與自動(dòng)駕駛車輛交互時(shí),自動(dòng)駕駛汽車呈現(xiàn)信息,行人做出行為反饋。由此,實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

表1 LED 外顯界面6 種不同的呈現(xiàn)內(nèi)容

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)：將參試者在面對(duì)6 組不同的外顯界面呈現(xiàn)內(nèi)容時(shí)過街的平均通過時(shí)間以及通過率作為客觀指標(biāo)進(jìn)行分析。

主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)：為了對(duì)自動(dòng)駕駛汽車外顯界面有一個(gè)主觀評(píng)價(jià),從黎蘭平的自動(dòng)駕駛汽車車外人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)研究中引入了簡(jiǎn)單明確性、熟悉性、一致性、舒適性這四個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)外顯界面整體的呈現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)總體評(píng)價(jià)。其中簡(jiǎn)單明確性、熟悉性、一致性、舒適性這四種評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為（1-5 分）；總體評(píng)價(jià)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為（1-10 分）,分?jǐn)?shù)越高代表越好。

1.5 實(shí)驗(yàn)過程

首先,行人閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。然后參試者戴好眼罩由實(shí)驗(yàn)員帶到實(shí)驗(yàn)交通路口的道路兩邊進(jìn)行等候,同時(shí)駕駛員需要用一塊黑布將自己遮擋住來(lái)模仿綠野仙蹤實(shí)驗(yàn)法,車上還需配備一名安全員,起到保證實(shí)驗(yàn)安全的目的。

車輛從距離行人100 米處開始加速行駛,當(dāng)行駛到距離行人50 米處時(shí)汽車速度需要達(dá)到15km/h,然后保持這個(gè)速度進(jìn)行勻速行駛（15km/h 等于4.6m/s,一個(gè)成年人正常的過街的步行速度大約為1m/s,所以通過3m 寬的街道大約需要3s,而汽車行駛以15km/h 的速度行駛50m 需要13s,所以即使汽車勻速行駛行人也有足夠的時(shí)間穿過街道）,與此同時(shí)行人需要摘下眼罩,車輛上的LED 顯示屏開始播放需要展示的內(nèi)容,行人開始觀察車輛上的LED顯示屏所顯示的內(nèi)容,并且做出自己的過街決策。

每個(gè)行人共有6 個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)（分別為以行人為中心的三個(gè)任務(wù)和以汽車為中心的三個(gè)任務(wù)）,每完成一個(gè)任務(wù)時(shí)行人都需要重新返回起點(diǎn)處進(jìn)行準(zhǔn)備下一次的實(shí)驗(yàn)；汽車也需要重新返回到距離行人100 米處的地方開始準(zhǔn)備下一次的實(shí)驗(yàn),直到當(dāng)完成6 個(gè)任務(wù)為止,則算是一個(gè)行人完成了所有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。每個(gè)行人遇到汽車上的LED顯示屏所顯示內(nèi)容的順序都是隨機(jī)排列的,并不是每個(gè)人都按統(tǒng)一的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

每個(gè)參試者每完成一個(gè)任務(wù)需要填寫一份問卷,填完之后再進(jìn)行下一個(gè)任務(wù),以此類推到6 個(gè)任務(wù)都完成并且填完6 份問卷算是任務(wù)結(jié)束。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果

2.1 描述性統(tǒng)計(jì)

2.1.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)表2 可以知道在實(shí)驗(yàn)中通過率最高的為B 任務(wù)和E任務(wù),都達(dá)到了100%的通過率,并且B任務(wù)和E 任務(wù)平均通過時(shí)間最低,都為5.5s。在實(shí)驗(yàn)中通過率最低的為D 任務(wù),只有60%的通過率,并且D 任務(wù)的平均通過時(shí)間也是最高的,為7.16s。參試者對(duì)于3 種顯示方式（文字、圖案、圖文結(jié)合）理解最好的為以行人為角度的文字和圖文結(jié)合的顯示方式,理解最差的為以汽車為角度的圖案的顯示方式。

表2 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.2 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)性來(lái)說評(píng)分最高的為E,評(píng)分最低的為D；對(duì)于總體評(píng)價(jià)來(lái)說評(píng)分最高的為E,評(píng)分最低的為D。從上述的分析可以得出在不同的顯示內(nèi)容中文字和圖標(biāo)的表現(xiàn)方式的得分最高,而圖標(biāo)的表現(xiàn)方式得分最低,這就說明對(duì)于文字、圖標(biāo)、圖文結(jié)合這三種表現(xiàn)方式來(lái)說最能被大家所理解、所接受的表現(xiàn)方式為圖文結(jié)合,而大家最不認(rèn)可的表現(xiàn)形式為圖標(biāo)。

表3 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 方差分析結(jié)果

2.2.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

由表4 可知,A 顯示方式與D 和F 這兩種顯示方式存在顯著性影響（P=0.003 和P=0.011）,B 顯示方式與D 和F 這兩種顯示方式同樣存在顯著性影響（P=0.001 和P=0.004）,C 顯示方式與D顯示方式存在顯著性影響（P=0.045）,D顯示方式與A、B、C、E 這四種顯示方式存在顯著性影響（P=0.003、P=0.001、P=0.045、P=0.001）,E 顯示方式與D 和F 這兩種顯示方式存在顯著性影響（P=0.001 和P=0.004）,F 顯示方式和A、B、E 這三種顯示方式存在顯著性影響（P=0.011、P=0.004、P=0.004）。

表4 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方差分析結(jié)果

2.2.2 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

在利用此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的方差分析可以看出,在對(duì)于外顯界面文字、圖案、圖文結(jié)合三種不同的顯示方式和以行人為中心和以汽車為中心兩種不同的顯示角度的結(jié)果如表5 所示。其中在簡(jiǎn)單明確性中顯示方式和顯示角度都具有顯著性影響（P=0.000 和0.008）,在舒適性中顯示方式和顯示角度都具有顯著性影響（P=0.009 和0.033）,在熟悉性中顯示方式具有顯著性影響（P=0.013）,但顯示角度不具有顯著性影響（P=0.551）,在一致性中顯示方式具有顯著性影響（P=0.006）,但顯示角度不具有顯著性影響（P=0.075）,在總體評(píng)價(jià)中顯示方式具有顯著性影響（P=0.022）,但顯示角度不具有顯著性影響（P=0.135）。

表5 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方差分析

3 分析與討論

本研究通過實(shí)驗(yàn)考查了自動(dòng)駕駛汽車外顯界面不同的顯示方式以及顯示角度對(duì)行人過街決策產(chǎn)生的影響以及找出最優(yōu)外顯界面的呈現(xiàn)方式及呈現(xiàn)角度。

根據(jù)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,以行人為角度的文字的呈現(xiàn)方式效果最好,根據(jù)Schubert 的研究可知行人對(duì)外顯界面提供的信息有一個(gè)認(rèn)識(shí)和理解的過程,文字的優(yōu)勢(shì)在于語(yǔ)言是人們?nèi)粘Ｊ褂玫慕涣鞴ぞ?外顯界面的呈現(xiàn)方式用文字能夠起到通俗易懂的作用。以汽車為角度的圖案的表現(xiàn)形式效果最差,根據(jù)Sucha,M[12]的研究可知呈現(xiàn)的信息為圖案時(shí),如果未經(jīng)學(xué)習(xí)過含義的模糊性就比較高,并且當(dāng)交互界面顯示的是圖案時(shí),行人無(wú)法參考先前的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解讀,而且以圖案這種表現(xiàn)形式來(lái)看,行人往往更能理解擬人化的圖案,所以以汽車為角度的圖案的表現(xiàn)形式效果較差。

從簡(jiǎn)單明確性、舒適性、熟悉性、總體評(píng)價(jià)這四個(gè)方面來(lái)看,根據(jù)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出效果最好的為圖文結(jié)合的顯示方式E,這結(jié)果與Pavlo Bazilinskyy[13]等人的研究結(jié)果一致,這是因?yàn)閳D文結(jié)合的顯示方式更能給行人清晰、明確的信息,而且簡(jiǎn)單的圖文結(jié)合能夠讓行人更容易明確自動(dòng)駕駛汽車所傳達(dá)出的意圖；從一致性來(lái)看,根據(jù)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出效果最好的為文字顯示方式B,這和Chang C[10]等人的研究是一致的,是因?yàn)锽這種顯示方式通過外顯界面所傳達(dá)出來(lái)的意思和參試者所理解的意思最為相近,直截了當(dāng)?shù)闹该髁似嚨囊鈭D。從簡(jiǎn)單明確性、舒適性、一致性、總體評(píng)價(jià)這四個(gè)方面來(lái)看,可以看出效果最差的為圖案的顯示方式D,這結(jié)果與Stefanie M.Fass[14]等人的研究結(jié)果一致,光給出一個(gè)圖案對(duì)于行人來(lái)說并不是很好理解,反而會(huì)導(dǎo)致行人做出錯(cuò)誤的判斷,最理想的呈現(xiàn)信息為汽車狀態(tài)+意圖；從熟悉性來(lái)看,可以看出效果最差的為圖案的顯示方式C,這是因?yàn)閰⒃囌咴谏钪袑?duì)這種圖案并不常見,導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候?qū)Υ藞D案感到比較陌生,并且很難理解這個(gè)圖案所傳達(dá)出來(lái)的信息。

根據(jù)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方差分析結(jié)果可知,A 和B 這兩種顯示方式都與D 和F 這兩種顯示方式存在顯著性影響,根據(jù)Beggiato[15]的研究可知單獨(dú)放圖案或者用圖文結(jié)合的方式時(shí)會(huì)增加會(huì)使得行人很難理解外顯界面所傳遞出來(lái)的意圖并且增加行人的認(rèn)知負(fù)荷,而且文字信息不需要刻意去學(xué)習(xí),能更明確的傳達(dá)車輛的意圖,且更具有說服力,也能讓行人感覺更加安全,并且研究者常常僅使用文字信息向行人傳達(dá)車輛狀態(tài),因此行人在面對(duì)文字時(shí)的通過率是高于圖案的。C這種顯示方式與D這種顯示方式存在顯著性影響,由于圖案是根據(jù)研究者們的設(shè)計(jì)而人為后期賦予的,行人在實(shí)驗(yàn)前并沒有學(xué)習(xí)過此類圖案的含義,因此此類界面的可理解性和清晰性需要通過培訓(xùn)才能被提高,E 顯示方式與F 顯示方式也存在顯著性影響,根據(jù)蔣倩妮[9]的研究可知向行人傳達(dá)過街指導(dǎo)或建議信息,支持行人過街決策,相比于車輛的狀態(tài)和意圖信息,在人車交互的過程中更適合呈現(xiàn)行人的建議信息。

根據(jù)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方差分析可以知道從熟悉性、一致性、總體評(píng)價(jià)這三個(gè)方面來(lái)看顯示角度對(duì)行人過街決策并沒有顯著影響。從黎蘭平[8]等人的研究可以知道,外顯界面呈現(xiàn)內(nèi)容對(duì)顏色有很大的影響,也就是外顯界面的顯示內(nèi)容在色彩設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該與當(dāng)前的交通系統(tǒng)一致,比如指示行人可以通行時(shí)應(yīng)設(shè)置為綠色的內(nèi)容,而禁止行人通行時(shí)則應(yīng)設(shè)置為紅色的內(nèi)容,以免造成行人的困惑；根據(jù)Strawderman,L.J[11]的研究可知在設(shè)計(jì)圖案時(shí)應(yīng)該用交通系統(tǒng)中常見的圖形,比如斑馬線或者綠色的步行的行人等,這樣能夠更準(zhǔn)確的傳達(dá)信息,由于參試者對(duì)于本實(shí)驗(yàn)中從兩個(gè)呈現(xiàn)角度設(shè)計(jì)的圖案都比較陌生,在未提前經(jīng)過培訓(xùn)的情況下很難理解,這樣就會(huì)導(dǎo)致參試者在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)這兩種圖案所傳達(dá)的意思產(chǎn)生理解偏差。

本研究還存在一定的局限性：（1）本次實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行了文字、圖案、圖文結(jié)合三種顯示方式去實(shí)驗(yàn),未來(lái)還可以考慮加入比如擬人化表情、仿聲學(xué)等方式去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（2）本實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)場(chǎng)地進(jìn)行的,在行人處于或接近車輛軌跡時(shí)為了保證行人的安全,車輛必須停止,且出于道德標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)車輛不能包含任何不屈服車輛,未來(lái)可以在模擬平臺(tái)上可以整合不屈服車輛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)探究了自動(dòng)駕駛汽車外顯界面對(duì)行人過街決策的影響,結(jié)果表明：

4.1 在主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中最好的呈現(xiàn)方式為圖文結(jié)合,角度為站在行人角度,也就是E 這種表現(xiàn)形式；效果最差的呈現(xiàn)方式為圖案,角度為站在汽車的角度,也就是D。

4.2 在客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中最好的呈現(xiàn)方式為B,最差的呈現(xiàn)方式為D。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車外顯界面的設(shè)計(jì)提供參考, 未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車外顯界面可以設(shè)計(jì)成文字或者圖文結(jié)合的表現(xiàn)形式,這樣更能方便行人去理解自動(dòng)駕駛汽車所傳遞出的意圖,最好不要用圖案這種表現(xiàn)形式,因?yàn)樾腥藢?duì)于這種表現(xiàn)形式的理解最差。未來(lái)研究方向：本次實(shí)驗(yàn)做的為單人單車的實(shí)驗(yàn),未來(lái)可以考慮進(jìn)行單人多車、多人多車的實(shí)驗(yàn)。