陳南寧 肖穎喆 謝 勇

湖南工業(yè)大學 包裝與材料工程學院 湖南 株洲 412007

1 研究背景

包裝材料作為包裝的主體部分，不僅影響包裝的性能也決定包裝的可持續(xù)性，如延長使用壽命、可回收和再制造。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，新包裝材料也在不斷增加，可供選擇的材料超過10萬種[1]。面對如此眾多的包裝材料，如何選擇是個艱巨而又重要的課題。Xie Y.等[2]采用三階段網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包絡分析法對包裝的綠色度進行計算，綜合評價包裝在整個生命周期中對環(huán)境的影響；劉爭號等[3]基于層次分析法比較性能、成本、環(huán)境等多項評價指標，為牛奶選擇最優(yōu)包裝材料；J. Mesa等[4]以平衡材料的耐用性和對環(huán)境的負擔為目的進行材料選擇；M. L. Sanyang等[5]開發(fā)了一種應用軟件系統(tǒng)，可以方便決策者選擇合適的生物基聚合材料。

但這些研究中，大多將材料本身的物理特性、環(huán)境或經(jīng)濟因素作為材料選擇的基本依據(jù)，鮮見將用戶體驗納入到材料選擇的評價體系中。市場競爭日益激烈，包裝完成容納和保護產(chǎn)品、方便儲運等基本功能外，如何提升其促進銷售的功能，已成為許多包裝設(shè)計者追尋的目標。研究發(fā)現(xiàn)，包裝的某些特征可以傳達或暗示產(chǎn)品的信息，使消費者有意識或無意識地“使用”包裝特征（如形狀、圖案和材料）所包含的信息推斷其產(chǎn)品內(nèi)容，進而影響消費者對產(chǎn)品的體驗[6-8]。產(chǎn)品包裝營造的積極情感氛圍，可以增強消費者購買產(chǎn)品的意愿[9-10]，有助于消費者與品牌之間形成長期的互信關(guān)系。

包裝材料既是構(gòu)成包裝的主體，也是向消費者傳達產(chǎn)品信息的重要媒介[11-12]。對于包裝附加值較高、消費者體驗占據(jù)重要購買因素的化妝水產(chǎn)品而言，消費者對包裝材料的感官體驗是影響消費決策的關(guān)鍵因素[13-14]。為此，本研究以化妝水包裝材料的選擇為例，依據(jù)主、客觀評價方法研究消費者體驗與包裝材料之間的關(guān)系，采用眼球追蹤[15]、腦電圖、心率變異性及皮溫等測量技術(shù)，通過多種生理感覺信號分析包裝材料對消費者體驗的影響，以期豐富包裝設(shè)計基礎(chǔ)理論。

2 實驗部分

2.1 儀器設(shè)備

眼動儀，Tobii T60型，配套軟件Tobii Studio 2.2.8，北京津發(fā)科技股份有限公司；生理多導儀，NeXus-10型，配套軟件Bio Trace+，北京津發(fā)科技股份有限公司；色差儀，NGH-XRX20型，美國愛色麗公司；光澤度儀，KGZ-1A（60°），上海精盛科技有限公司；紫外可見光分光度計，UV2600型，島津公司；數(shù)顯硬度計，560-10D型，樂清艾德堡儀器有限公司；天平，ME104E型，瑞士Mettler Toledo集團。

2.2 材料

本研究選取市面上常見的化妝水包裝作為研究對象。為了減少包裝的形狀、體積對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，盡量將選取的包裝樣品控制在很小的尺寸偏差范圍內(nèi)，且形狀均為平肩圓柱體，并盡可能統(tǒng)一瓶蓋，減少瓶蓋對實驗結(jié)果的影響?；瘖y水包裝樣品的瓶身為不同的材料，具體參數(shù)見表1。

表1 測試樣品參數(shù)Table 1 Test sample parameters

眼球追蹤測試的刺激材料為一張如圖1所示擺放12種化妝水包裝的圖片。消費者在購買時更加有意識地依賴于包裝上的文本信息和品牌標識來決定是否購買，因此本研究測試過程中并不涉及關(guān)于包裝設(shè)計的任何文本信息和logo。

圖1 刺激材料及樣品編號Fig. 1 Stimulus materials and sample number

2.3 被試

以本科及以上學歷的在讀學生為被試樣本主體，年齡在18～25歲，男女各占一半。參加正式實驗的人數(shù)為39人，生理和心理均為健康，視力或矯正視力正常，對化妝水包裝無極端偏向。被試在測試前均參加了培訓，整個測試過程為30 min。被試在進入測試環(huán)境中后，實驗員會向其說明實驗目的、過程和相應的要求，詢問被試的舒適感，并要求其填寫知情同意書。所有包裝樣品在測試前均不被被試知曉。

2.4 測試方法及過程

消費者體驗研究的方法包括主觀和客觀評價方法。主觀評價方法主要是通過消費者的語言描述獲取相應的體驗信息，包括用戶訪談、焦點小組和問卷調(diào)查。但語言描述通常是一些抽象、模糊或概念性的術(shù)語表達，不能完全呈現(xiàn)消費者的體驗，還會受到被試的記憶和選擇性報告偏見的影響?？陀^評價方法主要分為兩類：1）人的身體信號。如面部表情、語言、肢體動作等，易于收集，但由于人們相對容易控制身體信號來隱藏自己的真實情緒，無法保證其可靠性。2）內(nèi)部生理信號。在消費者情緒研究中，最流行的自主神經(jīng)系統(tǒng)測量方法包括面部肌電圖、腦電圖（electroencephalogram，EEG）、心率變異性（heart rate variability，HRV）、呼吸、皮膚傳導反應和眼球追蹤[16-17]。

雖然很多研究使用調(diào)查問卷來評估被試情緒，但純粹使用主觀評價方法具有一定的局限性，被試可能扭曲或不明確表達自己的感受。因此，本研究采用主觀調(diào)查問卷與生理信號客觀評價方法相結(jié)合，對消費者體驗進行分析，更準確、更具說服力。

2.4.1 眼球追蹤測試

要求被試坐在距離眼動儀顯示屏（分辨率：1920×1080）大約60 cm的位置，再根據(jù)校準的情況微調(diào)座位位置，并使被試保持舒適穩(wěn)定的狀態(tài)。在測試前，采用五點定標法對眼動儀進行定標校準，結(jié)果如圖2所示。

圖2 眼動系統(tǒng)定標校準界面Fig. 2 Calibration interface of eye tracking system

測試過程中，被試需代入在購物環(huán)境中的實際反應。刺激材料的呈現(xiàn)時間設(shè)置為25 s，足夠被試觀看完所有包裝樣品，測試過程示例如圖3所示。刺激材料呈現(xiàn)25 s后，系統(tǒng)自動結(jié)束測試。

圖3 眼動測試過程示例Fig. 3 Example of eye tracking test process

2.4.2 腦電、心率、皮溫測試

腦部的頂葉是處理各類感覺信息的中樞，具有調(diào)配注意力的機能，腦電圖是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)最直接的測量手段之一[18-19]。當人處于生理或心理應激時，自主神經(jīng)系統(tǒng)變得活躍，進而影響心率及其他生理變化[20-21]。心率變異性反映了中樞自主神經(jīng)系統(tǒng)的瞬時輸出以及人通過交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的活性調(diào)節(jié)情緒表達的能力，可作為評估情緒反應的客觀工具[22]，在研究和檢測情緒中起著重要作用。除此之外，中樞神經(jīng)和交感神經(jīng)在處于活躍狀態(tài)時，會使汗腺分泌汗液活動變強，血管舒張導致血流加快，從而導致皮膚溫度升高[23-25]。不同的情緒狀態(tài)與不同的生理信號指標有關(guān)，這也是多特征情緒識別的生理基礎(chǔ)。

本研究采用雙極導聯(lián)進行腦電電位測試，按照圖4所示的標準10-20電極系統(tǒng)的位置規(guī)定，將電極片分別固定在被試的前額頂葉FP1和FP2、雙側(cè)耳垂FT7和FT8，以及左耳后方的參考電極處。為了盡可能不妨礙被試的活動，將心率和皮溫傳感器分別固定在被試的左手食指和中指處。所有與傳感器接口接觸的部位均用酒精棉片擦拭干凈，以減少噪聲信號干擾。使用藍牙無線NeXus10生理多導儀采集心率、皮溫和腦電信號，并將數(shù)據(jù)同步到Bio Trace+計算機軟件中，測試過程如圖5所示。

圖4 國際10-20系統(tǒng)電極放置Fig. 4 International 10-20 system electrode placement

圖5 腦電、心率、皮溫測試過程示例Fig. 5 Example of EEG, heart rate and skin temperature test process

測試過程包括試驗引導、穿戴設(shè)備、調(diào)試、正式測試、結(jié)束處理，整個測試過程花費將近30 min。測試中，要求被試盡量以真實的購物體驗對待所有測試包裝樣品，允許觸摸和反復觀看；每個包裝按照順序依次展示給被試，展示時間由被試決定；相鄰包裝測試之間會間隔10 s，以確保被試體驗不受上個包裝樣品的影響。同時，在測試過程中盡量避免肢體運動，以免對信號采集產(chǎn)生不必要的機械干擾。

在結(jié)束測試后，被試需填寫10分李克特量表調(diào)查問卷，分別對所有化妝水包裝進行評分，評價范圍：1“非常不滿意”～10“非常滿意”。

3 結(jié)果與討論

3.1 單個被試的生理信號數(shù)據(jù)預處理

本研究利用Tobii Studio 2.2.8軟件，對眼動儀記錄的眼球運動進行預處理，生成熱點圖和凝視圖。熱點圖是通過編碼顏色來區(qū)分被試的注視時長和次數(shù)，顏色越淺表示關(guān)注越少，即紅色區(qū)域表示關(guān)注最多，黃色次之，綠色更少。凝視圖則是通過數(shù)字編號直觀顯示被試的注視順序，以注視點的尺寸大小和數(shù)量表示注視時長。通過熱點圖和凝視圖分析被試對每個化妝水包裝樣品的視覺關(guān)注。

圖6是單個被試對12個化妝水包裝樣品的視覺關(guān)注所生成的熱點圖和凝視圖。如圖6所示，包裝9所處的區(qū)域，分布更多的紅色熱點（見圖6a），凝視圖（見圖6 b）中注視點也更加密集，由此說明該被試的視覺關(guān)注更多地集中在編號9的包裝上。

彩圖

為了消除干擾和偽跡，將NeXus-10生理多導儀采集到的腦電信號波按照不同頻率分為以下6種節(jié)律[26]。δ（0～4 Hz）：大腦放松、深度睡眠狀態(tài)；θ（4～8 Hz）：疲勞、睡眠狀態(tài)；α（8～12 Hz）：放松、休息狀態(tài)；感覺運動節(jié)律（sensory motor rhythm，SMR，12～15 Hz）：注意力集中狀態(tài)；βL（13～21 Hz）：注意力集中、活躍狀態(tài)；βH（21～35 Hz）：緊張、興奮、壓力狀態(tài)。因為被試所處的實驗環(huán)境為購物環(huán)境，處于靜息睜眼狀態(tài)，且本研究僅需區(qū)分被試對不同包裝產(chǎn)生“興趣”的積極情緒高低，故剔除掉僅表征睡眠狀態(tài)的δ、θ和α節(jié)律[27]，將SMR、βL和βH節(jié)律作為腦電興奮指標。盡管這些頻段也包含一些不同的情緒類別，但本研究的情緒狀態(tài)較為單一，可簡單分為“感興趣”和“不感興趣”兩類，并結(jié)合調(diào)查問卷來加強結(jié)果的準確性。

測試過程中，分別記錄每個被試對不同包裝的測試時段，單個被試生理信號的分段統(tǒng)計如圖7所示。

圖7 單個被試生理數(shù)據(jù)示例Fig. 7 Example of physiological data of a single subject

如前所述，所有包裝樣品的測試過程是連續(xù)的，即時間的變化表示樣品的變化，且相鄰包裝測試之間會間隔10 s，同時在軟件中進行了標記。由圖7可以看出，被試在面對不同的刺激對象時，相關(guān)的生理信號也是動態(tài)變化的，這表明使用生理信號測試消費者對不同包裝材料的體驗是具有參考價值的，但同時也體現(xiàn)了分析生理信號數(shù)據(jù)較復雜，需對其進行特征提取后降維處理。

3.2 生理信號特征提取與分析

將采集的信號分別在Tobii Studio 2.2.8和Bio Trace+兩個軟件中進行特征提取，并以每個化妝水包裝所收集的信號在整個圖片上實際所占的區(qū)域作為其感興趣區(qū)域，由此可通過Tobii Studio2.2.8軟件計算出各化妝水包裝的注視時長和注視點個數(shù)。

對39名被試的注視點個數(shù)、注視時長、心率、低頻功率（low frequency，LF）與高頻功率（high frequency，HF）的比值（LF/ HF）、皮溫、SMR、βL和βH節(jié)律進行統(tǒng)計，且每個被試的數(shù)據(jù)分為靜息狀態(tài)和測試狀態(tài)（12個包裝樣品），故所有生理信號的數(shù)據(jù)統(tǒng)計值共39×8×13=4056個。

心率、皮溫和腦電數(shù)據(jù)因個體差異而不同。為了消除個體差異帶來的影響，以靜息狀態(tài)的數(shù)據(jù)作為基線，對每個被試的測試數(shù)據(jù)進行基線校準，剔除掉異常值。因不同被試對不同包裝的觀察時長均有差異，且數(shù)據(jù)波動較大，故取心率、皮溫和腦電相應頻段的幅值最大值作為比較數(shù)據(jù)。對39名被試的8個生理信號指標進行均值統(tǒng)計，結(jié)果如圖8所示。

圖8 經(jīng)處理過的被試生理數(shù)據(jù)Fig. 8 Processed physiological data of subjects

選擇決策與注視時長、注視點個數(shù)成正相關(guān)[28]，較長的平均注視時長表明被試可能花費更多的注意力在該刺激材料上[29]。由圖8可知，注視時長最長的為包裝9，高達5.02 s，占總時長的20.08%，相比于注視時長最短的包裝11高出了18.8%；其次注視時長較長的還有4.19 s的包裝10；其它生理指標中包裝9, 10表現(xiàn)也較為突出（皮溫指標除外，其不受包裝材料影響，隨時間的增長呈穩(wěn)定上升趨勢）。由此可知，被試對甲基丙烯酸甲酯（包裝9, 10）這種化妝水包裝材料更感興趣。綜合心率、LF/HF和腦電節(jié)律等指標可知，除了部分異常值外，被試對化妝水包裝材料的關(guān)注基本一致，即被試對甲基丙烯酸甲酯材料（包裝9, 10）的體驗較優(yōu)于玻璃（包裝1, 2, 3, 4,12），更優(yōu)于高密度聚乙烯材料（包裝5），而聚對苯二甲酸乙二醇酯（包裝6, 7, 8）和低密度聚乙烯材料（包裝11）表現(xiàn)不理想。

此外，本研究還將39名被試對12個包裝的調(diào)查問卷結(jié)果進行了均值統(tǒng)計，結(jié)果如圖9所示。

圖9 各包裝的調(diào)查問卷結(jié)果Fig. 9 Questionnaire results of packaging

由圖9可見，被試對包裝9的滿意評分最高，包裝10次之，這與注視時長和注視點個數(shù)等生理信號所得結(jié)論相符。同種材料之間，如玻璃（包裝1, 2, 3,4, 12）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（包裝6, 7, 8），被試的滿意評分無明顯差距，但可結(jié)合生理信號指標進行區(qū)分。

本研究通過主客觀相結(jié)合的方法，所得到的實驗結(jié)果更加接近被試的真實體驗反饋。綜合圖8～9所得結(jié)論可知，被試對12個化妝水包裝的感官體驗度從高到低的編號排序為：9, 10, 12, 3, 2, 4, 1, 5, 6, 7, 8,11。在這5種材料中，甲基丙烯酸甲酯包裝材料評分最高、最受被試歡迎，玻璃材料其次。

3.3 生理信號與滿意評分的數(shù)據(jù)分析

當人體的中樞神經(jīng)和交感神經(jīng)處于活躍狀態(tài)時，汗腺分泌汗液活動變強，血管舒張導致血流加快，從而導致皮膚溫度升高；積極情緒中平均心率、LF/HF也更高[30-31]；腦電SMR、βL和βH節(jié)律的功率譜密度的高低與興奮程度成正比[32]。因此，本研究分別對被試的各項生理指標與滿意評分之間進行皮爾遜相關(guān)性（F）與顯著性（p）分析，結(jié)果如表2所示。

表2 生理指標與滿意評分之間的統(tǒng)計學分析Table 2 Statistical analysis between physiological indexes and satisfaction score

由表2可知，注視點個數(shù)、注視時長和心率這3項指標與被試滿意評分存在較強的正相關(guān)關(guān)系，并且顯著性高于其他指標；LF/HF、SMR和βH生理指標表現(xiàn)出弱相關(guān)性；βL、皮溫與被試滿意評分完全不存在相關(guān)性。

結(jié)合表2與圖8可知，皮溫不受包裝材料變化的影響，隨時間的增長呈穩(wěn)定上升趨勢；并不是所有的腦電圖節(jié)律都攜帶顯著的信息，在βL節(jié)律上，包裝4的腦電圖活動非?；钴S，但在SMR和βH節(jié)律中表現(xiàn)卻不同。這可能是因為腦電信號受干擾的因素較多，到目前為止，對情緒進行區(qū)分還沒有形成統(tǒng)一的標準，且在不同時間里，被試對同一種情緒的腦電信號表達也可能存在差異。故本研究只能結(jié)合調(diào)查問卷分析被試對不同包裝的感官體驗差異。

3.4 生理信號與材料屬性的數(shù)據(jù)分析

為研究包裝材料的材料屬性對被試產(chǎn)生的生理信號影響，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行了相關(guān)性與顯著性分析，結(jié)果如表3所示。

表3 生理指標與材料屬性之間的統(tǒng)計學分析Table 3 Statistical analysis between physiological indexes and material properties

由表3可以看出，化妝水包裝材料的明度與注視時長、心率和LF/HF顯著相關(guān)，并均呈負相關(guān)性，這可以解釋越接近白色或者透明的包裝材料越不能引起被試興趣；硬度與注視時長、心率顯著正相關(guān)，因為材質(zhì)較硬的化妝水包裝在觸覺上給被試營造一種安全可靠的心理暗示。在這5種材料中，低密度聚乙烯的硬度最小，這可能是包裝11最不受歡迎的原因之一；滿意評分與明度顯著負相關(guān)、與密度顯著正相關(guān)，這表明被試更滿意有色彩、質(zhì)量較重的化妝水包裝。

3.5 生理信號數(shù)據(jù)檢驗

為驗證各項生理指標的合理性，以靜息狀態(tài)為參考值，將測試任務時的信號進行配對樣本t檢驗，結(jié)果如表4所示。

表4 測試前后配對樣本t檢驗結(jié)果Table 4 Paired-samples t test results of before and after experiment data

由表4可知，除心率、LF/HF和皮溫這3項指標有顯著性差異外，SMR、βL和βH的測試前后差異均無統(tǒng)計學意義。這與之前的研究[32]不一致的原因可能是：1）刺激不夠強烈，或者被試沒有表現(xiàn)出太大的期望，以致這幾種包裝材料所引起的生理反應不足以區(qū)分不同類型的情緒。因此很多生理信號測試的刺激材料常常采用電影或者音樂片段；2）被試的數(shù)量還不足以區(qū)分被試在選擇不同包裝材料之間微妙的腦電變化；3）實驗的誤差，實驗室進行的模擬測試，并不能完全反映真實的購物場景。

4 結(jié)論

本研究從消費者體驗的角度探討化妝水包裝材料選擇的問題，將消費者體驗的主觀問卷調(diào)查與客觀生理信號相結(jié)合，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，得到如下結(jié)論。

1）化妝水包裝材料的明度、硬度和密度是影響消費者體驗的主要因素，消費者更偏向有色彩、較硬、較重的化妝水包裝材料。

2）結(jié)合主觀問卷調(diào)查和客觀生理信號發(fā)現(xiàn)，眼球追蹤相關(guān)的指標及心率與消費者的感官體驗具有強關(guān)聯(lián)性，注視點個數(shù)、注視時長和心率數(shù)值越大，消費者滿意評分越高。

3）生理信號數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，消費者對12種化妝水包裝的關(guān)注更集中在包裝9, 10上，且與調(diào)查問卷結(jié)果一致，消費者對包裝9, 10表現(xiàn)出更強的喜愛和購買意圖，這表明甲基丙烯酸甲酯包裝材料更能引起消費者的注意和興趣。此外，玻璃材料也較適合作為化妝水包裝材料。

目前關(guān)于以生理信號分析消費者體驗的研究尚處于探索和假設(shè)驗證階段。利用生理信號來量化消費者的情緒反應，進而定量地評價消費者對包裝的體驗，并將其用于指導包裝材料的選擇，這是一個極具挑戰(zhàn)性的研究課題。本研究僅進行了簡單的數(shù)學統(tǒng)計分析，對于包裝材料與消費者體驗之間存在的復雜關(guān)系，需要跨學科建立更準確的數(shù)學模型進一步深入研究。