趙敏君,宮勇,張三元

(1.寧波大學 潘天壽建筑與藝術(shù)設計學院， 浙江 寧波 315211;2.浙江大學 計算機科學與技術(shù)學院， 杭州 310027)

1 引言

圖標作為人機溝通的重要手段之一，具有超越語言障礙的特性，被廣泛應用于人們生產(chǎn)生活的各個領域。圖標能夠幫助人們快速的識別和理解所要傳遞的信息，指導人的行為，避免發(fā)生不必要的危險。圖標的類型多種多樣，包括安全標志、交通標志、警示標志、提示標志等等，具有顯著特征的圖標易于引導人注意，能增加閱讀、理解和回憶等的可能性[1]。

有研究表明，人趨向于對更吸引人注意的圖標做出遵循和服從行為?？梢?，注意是圖標信息處理的第一步，圖標只有首先被注意到，才能吸引人進行下一步的加工、識別和理解[2-3]。因此，增加圖標對人的注意力和吸引力，對于幫助人們高效抓取及認知圖標信息并作出相應反應具有一定作用。

在圖標的設計中，有很多因素都會對圖標的識別、理解以及注意捕獲產(chǎn)生影響，如顏色、形狀、圖像、警示詞等。Young[4]以彩色幾何圖形和線條等作為視覺特征素材進行實驗研究，發(fā)現(xiàn)注意能被突顯性視覺特征自下而上地自動引導，并且此類突顯性視覺特征能夠增加警示圖標的注意捕獲效應[5]。牟兵兵等[6]也發(fā)現(xiàn)，視覺突顯特征即便與任務無關，其作為圖標獲得優(yōu)先加工的重要因素之一，也能無意識地吸引注意資源。宮勇等[7]研究表明，顏色數(shù)量會影響視覺搜索的效率，當圖標顏色存在差異時，搜索效率明顯更高，且搜索效率隨著顏色數(shù)量的減少而增加。也有學者發(fā)現(xiàn)可以通過增加顏色對比產(chǎn)生的色差，使得目標項從干擾項中隔離出來，并以此提高搜索效率[8-9]。除此之外， Byrne[10]利用 ACT-R 模型模擬圖標搜索任務,證明圖標邊框可以增加圖標語義。并且，邊框形狀的不同會導致認知結(jié)果存在區(qū)別，在面積相等的情況下，圖標的外框形狀中存在越多的銳角則越容易識別，存在越多的鈍角則越難以進行識別[11]。但是，過多的圖標形狀在凸顯目標項的同時，也會增加界面的復雜度，加大人的認知負荷，降低搜索和識別圖標的效率，所以需要通過控制圖標形狀的種類以達到有效凸顯目標項的目的[12]。

對于圖標，人們首先關注的是其物理性質(zhì)，其次是它們的語義關聯(lián)[13]。文字是呈現(xiàn)語義的方式之一，Wogalter 等人[14]發(fā)現(xiàn)信號詞的使用可以增加警示標志的有效性。金濤[5]通過采用工作載荷范式進行的無語義圖標實驗證實，注意系統(tǒng)能自動捕獲具有明確語義信息的警示性圖標，其中圖形語義信息是影響圖標獲得加工的關鍵因素。這是因為圖片具有直觀性，加工層次淺，使得其與句子理解相比更為簡單[15]。圖形作為傳遞和表達語義的另一種方式，其具體展現(xiàn)形式對圖標的認知績效也存在影響。在工業(yè)系統(tǒng)圖標設計中，語義特征為類象符號的圖標相比其象征符號的圖標，識別性更強[16]。掃視動作主要是沿著圖形的輪廓進行的[17]，在圖標的搜索任務中，簡單的圖標比復雜圖標的搜索效率更高；形象圖標比抽象圖標所需要的反應時更長，正確率也更低。但Young等人[18]有不同的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)生動形象的繪畫可以增加對圖標信息的注意和理解，從而增強對圖標信息的記憶效果，這可能是由于針對人群的不同而造成的。此外，根據(jù)執(zhí)行語義可以把圖標劃分為名詞圖標和動詞圖標[19]，通過訪談發(fā)現(xiàn)，“名詞”與“名詞+名詞”圖標是對物體和狀態(tài)的直接表示，辨識較為直接簡單，而“動詞”圖標需要用戶想象動作的流程和進行動作的步驟[20]。具有一定的抽象性，因此會帶給用戶更多的挑戰(zhàn)。

人物形象作為圖標常用的表達元素，被廣泛應用于圖標設計中。目前關于圖標的研究中，大多集中在顏色、形狀以及有無語義等方面，對于圖標內(nèi)不同語義產(chǎn)生的注意吸引程度的研究較少，因此，本研究將主要探討人物形象作為圖標的語義內(nèi)容，是否會比非人物形象更容易吸引人們的注意。

2 對象與方法

2.1 被試

選擇20名在校大學生和研究生參與本次實驗，被試年齡在20-25歲之間，均為右利手，視力或矯正視力正常，無色盲或色弱，無任何心理或精神疾病。被試此前從未參加過類似實驗，本次均為自愿參加，且實驗前不知道實驗意圖。

2.2 實驗材料

實驗材料為一組風格相同的圖標，共四十個，根據(jù)圖標的圖形語義分為兩組，一組語義為人物形象圖標，每一組采用正方形和三角形兩種不同的邊框形狀；一組為非人物形象圖標，每一組同樣采用正方形和三角形兩種不同的邊框形狀。所有圖標均為150×150像素，統(tǒng)一為黑底白線，存儲格式為PNG。實驗材料如圖1所示。

圖1 圖標示例

2.3 實驗設計

本實驗為2(高/低認知負荷)×2(三角形/正方形圖標邊框形狀)×2(人物形象/非人物形象圖標圖形語義)被試內(nèi)設計。以白色“+”注視點為圓心，半徑為170.5 mm構(gòu)成一個虛擬圓形軌跡，6個字母均勻分布在該圓形軌跡上，構(gòu)成一個搜索集。在搜索集外圍以16%的幾率隨機出現(xiàn)干擾刺激，干擾刺激都由外部邊框(線寬0.3 mm)和內(nèi)部圖形組成，且分為兩類，一類有三角形和正方形兩種邊框形狀，一類有人物形象和非人物形象兩種圖形語義。其中,在高認知負荷條件下,一個字母X或字母N和五個不相同的非目標字母(在A,E,F,K,H,M中任選5個)構(gòu)成搜索集；在低認知負荷條件下，一個目標字母X或N、一個非目標字母(在A,E,F,K,H,M中任選1個)和四個字母O構(gòu)成搜索集。所有的字母隨機出現(xiàn)在搜索集虛擬圓形軌跡的六個位置上。

2.4 實驗儀器

2.9 Hz CPU的計算機一臺，刺激材料顯示在一個19英寸的Dell顯示器中央，顯示器屏幕分辨率為1 024×768像素，刷新率為75 Hz。眼睛與顯示屏中心的距離大約為600 mm。實驗控制程序采用Experiment Builder軟件編寫。

2.5 實驗程序

實驗流程如圖2所示，測試背景為黑色，在呈現(xiàn)完指導語后，顯示屏中央會出現(xiàn)并持續(xù)呈現(xiàn)一個白色注視點“+”1 500 ms，隨后注視點消失，搜索集出現(xiàn)在屏幕中央并且持續(xù)呈現(xiàn)800 ms，要求被試在搜索集中盡快找到目標字母X或N，并做出相應按鍵反應：如果找到X則按下X鍵，如果找到N則按下N鍵，若被試按鍵后或1 500 ms后無反應，則進入下一輪實驗。干擾圖標有16%的幾率出現(xiàn)在正式實驗中的搜索集外圍，并持續(xù)300 ms，其中，各種類別的干擾圖標出現(xiàn)幾率相等。為了避免搜索集內(nèi)字母對干擾刺激產(chǎn)生認知干擾，所有試次中的干擾圖標出現(xiàn)位置均與搜索集中的字母間隔至少一個字母大小。在另外84%的正式實驗試次中，搜索集外不出現(xiàn)干擾圖標。

圖2 實驗過程示例

在正式實驗之前，要進行10個試次的預實驗，預實驗的搜索集外圍不出現(xiàn)干擾圖標，以免被試對干擾圖標的出現(xiàn)產(chǎn)生預期。正式實驗分為五組，每組50個試次，共250個試次，且每組的前10個試次不會出現(xiàn)干擾圖標，每組實驗的高低認知負荷情況混合出現(xiàn)且概率均等。實驗前告知被試實驗全程保持頭部不動，整個實驗過程耗時約15 min。

3 結(jié)果

本文實驗測試了不同認知負荷下，圖標的邊框形狀和圖形語義對被試注意捕獲能力的影響，實驗結(jié)果中的行為數(shù)據(jù)包括平均反應時間和反應正確率。采用SPSS軟件對平均反應時間和反應正確率進行分析。

表1所示為反應時間和正確率的平均值及標準差。對于平均反應時間，重復測量方差分析結(jié)果表明，認知負荷的主效應非常顯著，F(xiàn)(1，19)=54.942，P<0.001，高認知負荷下的平均反應時間(986.325 ms)顯著高于低認知負荷下的平均反應時間(836.093 ms)。圖標邊框形狀的主效應也顯著，F(xiàn)(1，19)=7.240，P=0.014，三角形邊框的平均反應時間(935.872 ms)顯著>正方形邊框的平均反應時間(886.546 ms)。圖形語義的主效應也顯著，F(xiàn)(1，19)=8.701，P=0.008，人物形象語義圖標的平均反應時間(936.836 ms)顯著高于非人物形象語義圖標的平均反應時間(885.582 ms)。認知負荷與圖標邊框形狀之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.213，P=0.284；認知負荷與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.453，P=0.509；圖標邊框形狀和圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.312，P=0.583；三個因素之間的三重交互作用邊緣顯著，F(xiàn)(1，19)=3.835，P=0.065。

表1 反應時間和正確的平均值及標準差

對于正確率，重復測量方差分析結(jié)果表明，認知負荷的主效應非常顯著，F(xiàn)(1，19)=40.812，P<0.001，高認知負荷下的正確率(74.5%)顯著低于低認知負荷下的正確率(93.5%)。圖標邊框形狀的主效應不顯著，F(xiàn)(1，19)=3.484，P=0.077。圖形語義的主效應也不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.021，P=0.885。認知負荷與圖標邊框形狀之間的交互作用顯著，F(xiàn)(1，19)=7.316，P=0.014，進一步簡單效應檢驗表明，在高認知負荷情況下，圖形邊框形狀的簡單效應非常顯著，F(xiàn)(1，19)=7.36，P=0.014；在低認知負荷情況下，圖形邊框形狀的簡單效應不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.00，P=1.000.由此可見，在高認知負荷情況下，三角形邊框圖標的正確率顯著<正方形邊框圖標；在低認知負荷情況下，圖形邊框形狀的正確率不存在顯著差異。認知負荷與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=0.304，P=0.588；圖標形狀與圖形語義之間的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.879，P=0.186；三因素之間的三重交互作用不顯著，F(xiàn)(1，19)=1.412，P=0.249。

4 討論

本文通過視覺搜索實驗，考察了認知負荷、圖標邊框形狀和圖形語義對圖標視覺搜索效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，認知負荷、圖標邊框形狀和圖形語義均對圖標注意吸引能力有顯著影響。

與高認知負荷相比，在低認知負荷情況下被試的搜索反應時間更短，正確率更高。認知負荷理論認為，人的認知結(jié)構(gòu)由工作記憶系統(tǒng)與長時記憶系統(tǒng)構(gòu)成[21]，工作記憶在接受、保持、加工信息過程中的容量是有限的，如果工作記憶容量超載，加工的信息就會受到一定的影響[22]。在本實驗中，高認知負荷情況下任務相對困難，被試需要分配更多的注意資源，投入更多的努力來完成相關搜索任務，分配給作為干擾出現(xiàn)的圖標的注意則較少，因此完成搜索任務的反應時間相對較長，正確率較低；而在低認知負荷的情況下，任務相對簡單，被試無需花費過多的注意資源完成相關搜索任務，因此完成搜索任務的反應時間相對較短，正確率相對較高，此時圖標的干擾效應增強，被試有多余的注意資源可以分配給作為干擾出現(xiàn)的圖標。因此，當圖標在低認知負荷的環(huán)境中時，更能吸引到人的注意，從而更高效地起到提醒和警示的作用。

與正方形邊框圖標相比，三角形邊框圖標的搜索反應時間更長，說明邊框為三角形圖標的注意吸引能力更強。視覺注意機制是一種信息處理瓶頸機制，足夠顯著的視覺刺激能夠從整個畫面中凸顯出來[23]，這種顯著性是自下而上的，與觀察的目的無關。Desimone和Duncan提出的偏向競爭模型也認為，視野中出現(xiàn)的各種刺激總是通過相互的競爭來引導注意，足夠凸顯的刺激能自動獲取人的注意[24]。形狀、顏色的調(diào)整和變化都能夠使圖標產(chǎn)生顯著的視覺刺激，而這種視覺刺激產(chǎn)生的突顯性特征能自上而下地引導注意[25]。研究發(fā)現(xiàn)，圖形的銳角越多，越能吸引人的注意[11]。在本實驗中，出現(xiàn)三角形邊框圖標時所需的搜索反應時間比出現(xiàn)正方形邊框圖標時更長，注意吸引能力更強。這可能是由于三角形的銳角數(shù)量比正方形更多，而銳角越多的圖形體現(xiàn)出的尖銳感更強烈，更能激發(fā)被試內(nèi)心的警惕感，從而吸引被試把更多的注意資源分配于此。

在高認知負荷下，三角形邊框圖標出現(xiàn)時的搜索正確率顯著低于正方形邊框圖標。這可能是由于，在高認知負荷下，被試的注意資源使用狀態(tài)已經(jīng)趨于飽和的狀態(tài)，剩余可進行分配的注意資源并不充足，而三角形邊框作為十分顯著的視覺刺激，有很強烈的注意吸引能力，一方面給被試的搜索任務產(chǎn)生干擾效應，另一方面其尖銳感也給被試疊加了任務過程中的緊張感，使得被試給三角形邊框圖標分配了更多的注意資源，壓縮了分配給搜索任務本身的資源，造成搜索正確率降低。

與人物形象語義圖標相比，非人物形象語義圖標的搜索反應時間更短，正確率更低。這說明相比非人物形象語義圖標，人物形象語義圖標的注意吸引能力更強。在本實驗中人物形象語義圖標中展現(xiàn)的人物形象，大部分可以視為由人物形象、動作及相關輔助圖形構(gòu)成的組合圖標。因此，做出兩種假設：其一，人物形象語義圖標的組合特征使得其搜索反應時間更長，正確率更高；其二，人物形象語義圖標的動作特征使得其搜索反應時間更長，正確率更高。

首先，人物形象語義圖標的組合特征使得其搜索反應時間更長，正確率更高。Wolfe[26-27]等提出的視覺搜索模型認為，視覺注意的加工分為兩個階段：采用平行加工方式的前注意階段和采用序列加工方式的注意階段。特征整合理論[28]也認為，視覺加工第一階段的前注意階段是同時對視野內(nèi)全部刺激基本特征進行的加工，此時是一種自動化的、平行的加工，無需注意的參與。第二階段的特征整合階段則需要針對各個具體的刺激及特征進行非自動化的、序列的加工。在本實驗中，被試首先需要對人物形象語義圖標的基本特征進行整體性的加工，隨后在特征整合階段，把各個分散的信息組合后再進行整體特征和語義的認知，因此程序的增加導致搜索任務時間增加。

其次，人物形象語義圖標的動作特征使得其搜索反應時間更長，正確率更高。從語言學的視角，詞匯可以劃分為名詞和動詞[29]。延伸到符號學領域，圖標也可以根據(jù)執(zhí)行語義劃分為名詞圖標與動詞圖標[16]。相比起名詞圖標，動詞圖標需要用戶想象從靜止到動作的步驟[17]，具有更加抽象和復雜的認知過程。在本實驗中，人物形象語義圖標的展現(xiàn)形式實質(zhì)上是對人的動作進行的動詞化描述，被試需要通過聯(lián)想把動作與語義進行匹配，因此會捕獲更多的注意和認知資源，搜索任務的反應時間相應增加。

5 結(jié)語

本研究探究了在不同認知負荷下，通過邊框形狀和圖形語義變化產(chǎn)生的兩種圖標類型對搜索效率及注意吸引能力的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：①高認知負荷下的反應時間顯著長于低認知負荷，注意捕獲能力更強，正確率顯著低于低認知負荷；②三角形邊框圖標的反應時間顯著長于正方形邊框圖標，注意吸引能力更強，正確率差異不顯著；③在高認知負荷下，三角形邊框圖標出現(xiàn)時的搜索正確率顯著低于正方形邊框圖標，但在低認知負荷下并無顯著差異；④人物形象語義圖標反應時間顯著長于非人物形象語義圖標，注意吸引能力更強，正確率差異不顯著。

未來的研究工作將進一步結(jié)合眼動及腦電技術(shù)，深入探索圖標中人物形象在語義加工的哪一階段開始引起人的注意，以及圖標邊框、圖形語義及顏色之間的關系對圖標視覺搜索和眼動特征的影響。這些研究工作對提高圖標搜索效率及認知效率具有指導意義。