陳芳 洪晨輝 朱嘉奇 仇寅 湯婷 萬鵬遠(yuǎn)

（1. 吉林大學(xué)長沙汽車創(chuàng)新研究院, 長沙 130012；2. 上海愛樂克智能科技有限公司, 上海 201805；3. 北京北大方正電子有限公司, 北京 100085）

1 研究背景

嵌入式車載系統(tǒng)為駕駛員訪問各種應(yīng)用程序提供了便利。其中大部分的應(yīng)用程序信息會(huì)以文字的形式在車載顯示器上顯示，從實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)到具有行進(jìn)路線和轉(zhuǎn)彎方向顯示的導(dǎo)航系統(tǒng)。機(jī)械按鈕和指針式的顯示已經(jīng)逐漸被更大的屏幕與更豐富的信息顯示方式所取代，這些屏幕容納的可訪問數(shù)據(jù)流越來越多。盡管國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和美國高速交通安全管理局NHTSA 制定了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定，致力于減少或禁止駕駛員和乘員在車載系統(tǒng)中某些類型的活動(dòng)，但是這種車載系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是可以提供更加豐富的信息與靈活變化的畫面，并且可以增強(qiáng)車輛內(nèi)飾的科技感。因此，對(duì)屏幕上顯示的基礎(chǔ)信息進(jìn)行有效管控極為重要。作為汽車智能座艙中人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本考慮因素，文字易讀性（即字符的可理解或可識(shí)別度）的重要程度隨著車內(nèi)視覺顯示信息的不斷增多而日益提高。因此，對(duì)于車內(nèi)的文字顯示信息，應(yīng)盡量避免因字體過小、看不清、字?jǐn)?shù)過多和操作復(fù)雜造成駕駛分神，從而影響駕駛安全。

駕駛安全性是汽車設(shè)計(jì)需要考慮重要的因素之一。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的ISO 15008: 2017[1]，對(duì)車內(nèi)顯示的英文最小字號(hào)做出了明確的要求，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的文字系統(tǒng)對(duì)于駕駛員分神所造成的影響。美國高速交通安全管理局發(fā)布的NHTSA-2010-0053:Vi?sual- Manual NHTSA Driver Distraction Guidelines for In-Vehicle Electronic Devices[2]和其他相關(guān)文件描述了文字信息對(duì)于駕駛行為的影響及相關(guān)測(cè)量和使用標(biāo)準(zhǔn)（其它關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)有ISO 15008:2017[1]、ISO 16673:2017[3]、ISO 4513:2010[4]和SAE-J1751-1[5]）。由于上述文件都以拉丁文字為基礎(chǔ)而設(shè)定，許多條例不符合中文文字的閱讀和認(rèn)知特點(diǎn)，中國汽車企業(yè)進(jìn)行中文文字顯示設(shè)計(jì)時(shí)，往往缺少相關(guān)理論和標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。因此，相關(guān)的說明和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)作適應(yīng)中國的本土化調(diào)整，以制定出適合中國駕駛員使用的標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究現(xiàn)狀

駕駛員分神對(duì)駕駛的影響不僅取決于分神的類型，還取決于任務(wù)的頻率和持續(xù)時(shí)間。即使一項(xiàng)任務(wù)的分神程度不高，但頻繁或長時(shí)間從事該任務(wù)的駕駛員也可能將碰撞危險(xiǎn)性增加到與較少執(zhí)行更為困難任務(wù)相當(dāng)?shù)乃?。因此，美國、歐洲和日本的汽車工業(yè)，都對(duì)駕駛分神進(jìn)行了很多有價(jià)值的研究，陳芳[6]在《以人為本的智能汽車交互設(shè)計(jì)（HMI）》書中對(duì)駕駛員分神、駕駛?cè)蝿?wù)和潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了總結(jié)。同時(shí)，NHTSA-2010-0053[2]也對(duì)相關(guān)的研究進(jìn)行了概括，增加了有關(guān)駕駛員分神及其對(duì)安全性影響的研究?jī)?nèi)容，研究結(jié)果表明NHTSA和ISO在制定駕駛員分神相關(guān)的設(shè)計(jì)指南時(shí)提供了很多科學(xué)依據(jù)。由于操作駕駛次任務(wù)而影響駕駛安全是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的問題，因此不是單因素的測(cè)量可以闡述清楚的。許多研究表明，認(rèn)知分神對(duì)駕駛安全的影響沒有視覺分神嚴(yán)重，而且認(rèn)知分神不易測(cè)量，因此各國在制定分神相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，皆以視覺分神為依據(jù)。本文的研究的主要依據(jù)NHTSA-2010-0053[2]中的2個(gè)原則：

（1）眼睛單次注視（離開駕駛正前方路面）的時(shí)間不得超過2 s。

（2）完成一個(gè)次任務(wù)時(shí)眼睛離開正前方路面的總時(shí)間不得超過15 s。

目前，國內(nèi)外普遍采用駕駛模擬器來進(jìn)行不同車載顯示系統(tǒng)對(duì)駕駛員分神影響的試驗(yàn)研究。采用非動(dòng)態(tài)駕駛模擬器比用實(shí)車駕駛更容易控制試驗(yàn)條件，可以相對(duì)減少測(cè)量誤差。同時(shí)，采用低保真模擬器得出的各種條件間對(duì)比結(jié)果的敏感性并沒有減少[2]。

當(dāng)前，對(duì)于車載的漢字顯示相關(guān)研究較少，Viita等[7]在對(duì)車內(nèi)顯示的中英文字符在不同字號(hào)下的可接受性與舒適性進(jìn)行了對(duì)比，指出中控區(qū)域的中文閱讀最低舒適性字號(hào)閾值在4.0~5.2 mm，最低可接受字號(hào)閾值為3.1~4.0 mm。儀表盤區(qū)域的中文閱讀最低舒適性字號(hào)閾值在3.6~4.0 mm，最低可接受字號(hào)閾值在3.0~3.6 mm。Chen等[8]在對(duì)多任務(wù)狀態(tài)下的繁體漢字快速理解試驗(yàn)中，得出漢字展示速度提高到430字/min時(shí)開始出現(xiàn)理解效率明顯下降，且在單行文字浮現(xiàn)速度在282 字/min 時(shí)的理解效率比單個(gè)詞浮現(xiàn)速度在332字/min時(shí)的理解效率高[9]。在車載英文字符顯示的探索中，Crundall等[10]在駕駛模擬器試驗(yàn)中對(duì)英文偽文本的閱讀行為進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論為字號(hào)在4~9 mm（距離屏幕70 cm）時(shí)的駕駛員眼動(dòng)行為會(huì)隨字號(hào)減少，出現(xiàn)更多的凝視時(shí)間（長于2 s），且試驗(yàn)中的掃視總時(shí)間和駕駛績(jī)效未在偽文本字號(hào)改變時(shí)表現(xiàn)出顯著性。Hoffman等[11]在駕駛模擬器中的英文顯示試驗(yàn)中，指出顯示句子長度與切換速率在眼動(dòng)行為中僅在凝視頻率上產(chǎn)生顯著性差異，而凝視時(shí)長未表現(xiàn)出顯著性差異。

針對(duì)非駕駛場(chǎng)景，進(jìn)行了常規(guī)漢字顯示易讀性的探索試驗(yàn)，得出如下結(jié)論。

（1）對(duì)于簡(jiǎn)體漢字，字號(hào)對(duì)易讀性有著顯著的影響[12-13]，且在圖像分辨率（dpi）為125、視角為0.62°，或圖像分辨率（dpi）為200、視角為0.43°時(shí)[13]，閱讀效率最高；

（2）字符復(fù)雜度也對(duì)易讀性有顯著影響[12]。對(duì)于繁體漢字，字號(hào)大小[14-16]、文字方向[15]、顯示行數(shù)與行間距離[17-18]、字間距[14]、漢字復(fù)雜度[16]與展示方式[18]均對(duì)易讀性產(chǎn)生影響。字號(hào)設(shè)置在41′、字間距為1/8字符寬度時(shí)，閱讀效率更高，且小字號(hào)會(huì)在眼動(dòng)行為中帶來更長注視時(shí)間與更少的注視次數(shù)[14]。

3 研究目的

本研究的目的是研究車內(nèi)所有顯示屏顯示的中文字符的最小字符高度、單次信息顯示最多字符數(shù)、單次駕駛?cè)蝿?wù)信息顯示的最多字符數(shù)，以此避免駕駛員分神，確保駕駛安全。整個(gè)研究分為3個(gè)試驗(yàn)：

（1）最小字符高度試驗(yàn)；

（2）單次掃視最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)；

（3）多次掃視完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)。

對(duì)于車載系統(tǒng)顯示的文字來說，字號(hào)、字?jǐn)?shù)、字體、字間距、行間距、屏幕亮度對(duì)比度、文字特征與背景顏色、顯示環(huán)境參數(shù)都有可能會(huì)影響駕駛員從文字中提取信息的能力。但相對(duì)而言，字號(hào)對(duì)人的眼睛在一定距離內(nèi)是否能夠看清文字起到?jīng)Q定性的作用。最小字符高度的限定是為了保證駕駛員能看清儀表盤、中控區(qū)域顯示器及其它潛在的可向駕駛員傳遞文字信息的位置中所能閱讀的最小字符高度。測(cè)試時(shí)，不僅要考慮到駕駛員的視力，還需要考慮一些文字外、可能對(duì)可閱讀的最小字符高度產(chǎn)生影響的參數(shù)，比如顯示器距離、顯示硬件參數(shù)、駕駛員視角的變化和環(huán)境光照。

人在閱讀的過程中，一般都會(huì)從一句話的起始字開始讀起。如果一句話沒有讀完就被中斷，視線也離開了原文，再繼續(xù)讀時(shí)，人很難直接從中斷的地方繼續(xù)讀，尤其是當(dāng)中斷發(fā)生在一段文字中間（2個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)之間），人們往往會(huì)從這句話的起始位置重新讀起，因此需要研究駕駛員在眼睛離開前方道路2 s內(nèi)單次掃視所能夠閱讀到的最多中文字?jǐn)?shù)極限，以保證駕駛員在讀取中文信息時(shí)，不會(huì)造成視覺分神。單次掃視最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)是根據(jù)駕駛員視線離開路面不應(yīng)超過2 s為原則，測(cè)試在這2 s內(nèi)駕駛員最多單次閱讀字?jǐn)?shù)。

多次掃視完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)的試驗(yàn)是根據(jù)駕駛員在駕駛過程中在屏幕上完成一個(gè)操作目標(biāo)的時(shí)間不能超過15 s，在一個(gè)完整的任務(wù)中所能閱讀的最多字?jǐn)?shù)。多次掃視最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)探索同等環(huán)境條件，閱讀的字?jǐn)?shù)與其它控制變量的關(guān)系。

4 試驗(yàn)方法

4.1 被試甄別

有效被試人數(shù)為128人，具有高中及以上學(xué)歷，非調(diào)研或咨詢行業(yè)相關(guān)人士。被試分成4個(gè)年齡組：

（1）18~24歲；

（2）25~39歲；

（3）40~54歲；

（4）55歲及以上。

各年齡組的人數(shù)分配如圖1 所示，各年齡組男女比例為7∶3。

圖1 被試的年齡分配

被試者雙眼裸眼視力或者矯正視力需達(dá)到對(duì)數(shù)視力表4.9以上。單眼視力障礙，優(yōu)眼裸視力或者矯正視力達(dá)到對(duì)數(shù)視力表5.0以上，且水平視野達(dá)到150°。

4.2 試驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備參數(shù)

4.2.1 試驗(yàn)環(huán)境

本試驗(yàn)根據(jù)NHTSA-2010-0053[2]標(biāo)準(zhǔn)，采用臺(tái)架（圖2）模擬座艙環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，房間為正常散射光線，不會(huì)對(duì)屏幕造成反光。座椅高度及屏幕點(diǎn)位根據(jù)實(shí)車距離固定。

圖2 非動(dòng)態(tài)駕駛模擬器

根據(jù)試驗(yàn)需求，每位被試者需要在模擬器上的5個(gè)位置點(diǎn)分別測(cè)試。5個(gè)位置點(diǎn)為在駕駛員可視范圍內(nèi)，替代可能顯示文字的屏幕位置，即：儀表盤、中控屏、副駕屏、內(nèi)后視鏡的位置（圖3）。研究人員根據(jù)ISO 15008:2017 的測(cè)量方式，測(cè)量了6 個(gè)主機(jī)廠的代表車型（北汽X7、長安CS55、上汽RX5、寶馬3系、紅旗H9 和大眾帕薩特），測(cè)量參數(shù)取平均值作為試驗(yàn)時(shí)5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的距離，具體參數(shù)見表1。

表1 車內(nèi)顯示位置測(cè)量參數(shù)（相對(duì)眼部中心距離） mm

圖3 臺(tái)架布置點(diǎn)位示意

試驗(yàn)使用微軟Surface 12.3 英寸顯示屏作為試驗(yàn)顯示設(shè)備，分辨率為2 736×1 824，像素密度為267。屏幕大小適中、顯示效果理想，符合試驗(yàn)要求。

4.2.2 測(cè)試文本與字體選擇

GB/T 2312—1980編碼標(biāo)準(zhǔn)包含6 763個(gè)漢字，其中一級(jí)漢字3 755 個(gè)，二級(jí)漢字3 008 個(gè)，是中國制定發(fā)布的一份簡(jiǎn)體字庫國家標(biāo)準(zhǔn)，中國幾乎所有的中文系統(tǒng)和國際化的軟件都支持GB/T 2312—1980。試驗(yàn)中的文字試題由方正集團(tuán)的字體專家優(yōu)先從一級(jí)漢字中選取測(cè)試字，保證測(cè)試者能夠正確識(shí)讀。

在試驗(yàn)文本的選擇上，要考慮決定中文字形是否容易辨認(rèn)的2個(gè)因素：

（1）文字自身的復(fù)雜程度，即所擁有的筆畫數(shù)量，筆畫數(shù)量越多，筆畫之間的白空間越小，對(duì)字號(hào)、對(duì)比度的要求越高。此處的筆畫多少并非實(shí)際的筆畫數(shù)量，是筆畫視覺上的體量，例如，一個(gè)短橫和一個(gè)橫折勾，后者在視覺體量上所占空間更多，只有視覺體量是與白空間直接相關(guān)的；

（2）是否有形狀相近的漢字，如“已”字雖然筆畫簡(jiǎn)單，僅有3筆，但易于與“己”字混淆。

以此建立坐標(biāo)系，將測(cè)試字分為4種類型:

（1）字比較簡(jiǎn)單，但容易認(rèn)錯(cuò)的字；

（2）筆畫復(fù)雜的，不容易辨認(rèn)的字；

（3）對(duì)對(duì)比度（字和背景）比較敏感的且必須測(cè)的字；

（4）容易混淆的字。

易混淆文字選擇的分類方式可以按照?qǐng)D4的方式分為4個(gè)象限，為了使選字更有針對(duì)性，可將坐標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化為8個(gè)象限，選字應(yīng)更多地選擇靠近坐標(biāo)中心位置的4個(gè)象限。

圖4 字形劃分象限

（1）字比較簡(jiǎn)單，但容易認(rèn)錯(cuò)的字：

1-A：補(bǔ)樸撲畢華抗杭針釘佘余休體代伐帥師；

1-B：未末汁計(jì)沒設(shè)已己勺勻勾迂遷甲申冶治。

（2）筆畫復(fù)雜的，不容易辨認(rèn)的字：

2-A：亭亮殼堅(jiān)豎銜街浙淅哀衰棄弈；

2-B：撤撒徽微怒恕游漩陳陣譯澤。

（3）對(duì)對(duì)比度（字和背景）比較敏感的且必須測(cè)試的字：

3-A：創(chuàng)刨諧詣讀瀆卓阜盲肯競(jìng)竟捐捎旁勞導(dǎo)尋亨享李季；

3-B：慷慵賽塞揶挪栽載熱熟漫謾器囂乘乖受愛劇刷。

（4）容易混淆的字：

4-A：奈宗攔欄搶槍壞坯討付幻幼字學(xué)務(wù)劣札禮巨臣吩盼戒戎陽阻料科；

4-B：犬尤仁仨它侖冗亢兌克藝乞芳旁助則動(dòng)功劫譏設(shè)岡網(wǎng)兇。

最后，本試驗(yàn)采用“方正悅駕黑”作為試驗(yàn)字體，該字體是由方正集團(tuán)專為車載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的嵌入式中文字體。該字體設(shè)計(jì)清晰、簡(jiǎn)潔，是一款適應(yīng)性強(qiáng)、識(shí)別效率高字體，在快速掃視環(huán)境下（如汽車儀表，顯示器界面）該字體是最佳無襯線字體之一。

4.2.3 最小字符高度表述方式

有關(guān)“最小字符高度”的表述方式，一般有2種方式：

（1）使用絕對(duì)物理高度進(jìn)行表述；

（2）使用視覺中心點(diǎn)與字符上下邊界的連線夾角進(jìn)行表述，如圖5所示。

圖5 視覺連線夾角示意

圖5 中，h為字符在屏幕中的實(shí)際高度，b為眼球到屏幕的距離，α為視覺連線夾角，由于b遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于h，因此α、h、b之間的換算關(guān)系如式（1）。

分析2類最小字符高度表示方法的優(yōu)劣如表2所示。

表2 最小字符高度表示方法對(duì)比

（1）物理高度的表述方式（如使用“4.41 mm”表述）是在試驗(yàn)中座椅距離屏幕可調(diào)整的最大距離基礎(chǔ)上獲得的，因此對(duì)于一般駕駛員而言，往往視線離屏幕更近。因此，用一個(gè)絕對(duì)的物理高度定義最小字符高度，將失去在實(shí)際使用中的靈活性。另一方面，采用視覺連線夾角的表述方式，將視覺距離與字符高度之間形成了一個(gè)正比關(guān)系，使用靈活；

（2）雖然采用視覺連線夾角的表述方法，對(duì)于實(shí)際測(cè)量來說較為復(fù)雜，但還是仍可以實(shí)現(xiàn)；

（3）國際標(biāo)準(zhǔn)中通常采用視覺連線夾角的表述方式。

綜上所述，本文將以視覺連線夾角作為最小字符高度的換算表述方式。另一方面，為了方便起見，在試驗(yàn)執(zhí)行和數(shù)據(jù)分析過程中，采用字號(hào)作為數(shù)據(jù)記錄的單位。試驗(yàn)最終結(jié)果通過換算將字號(hào)轉(zhuǎn)換為視覺連線夾角α的表述。

4.3 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)時(shí)，被試者在試驗(yàn)間對(duì)每個(gè)有效樣本都進(jìn)行了3 個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)有5 組，即對(duì)應(yīng)靜態(tài)駕駛模擬器上的5個(gè)位置點(diǎn)（圖3）。完成一個(gè)位置點(diǎn)試驗(yàn)后，由主持試驗(yàn)人員將屏幕放到下一個(gè)位置點(diǎn)，試驗(yàn)總時(shí)長約為50 min（根據(jù)答題速度和休息時(shí)間略有浮動(dòng)）。以下為試驗(yàn)基本流程：

（1）引導(dǎo)被試者進(jìn)入試驗(yàn)場(chǎng)地，檢查視力、年齡是否真實(shí)，是否符合招募要求；

（2）引導(dǎo)被試者閱讀知情同意書，明確試驗(yàn)流程與風(fēng)險(xiǎn)后，在文件上簽字；

（3）引導(dǎo)被試者坐到臺(tái)架上，在屏幕上輸入被試個(gè)人及試驗(yàn)起始參數(shù)信息；

（4）測(cè)量被試者雙眼中心點(diǎn)到不同屏幕的距離，用來換算最小字符高度視線夾角；

（5）引導(dǎo)被試者熟悉環(huán)境光線、操作頁面和屏幕亮度；

（6）引導(dǎo)被試者在屏幕上選擇能看清的最小字符高度；（7）引導(dǎo)被試者完成最小字符高度試驗(yàn)的練習(xí)試驗(yàn)；（8）待被試者進(jìn)行多輪練習(xí)試驗(yàn)，確認(rèn)已完全熟悉試驗(yàn)流程后，開始正式試驗(yàn)；

（9）詢問被試者是否要休息一下眼睛；

（10）引導(dǎo)被試者選擇看得最舒服的字號(hào)；

（11）引導(dǎo)被試者繼續(xù)完成剩余2個(gè)試驗(yàn)的練習(xí)試驗(yàn)和正式試驗(yàn)，期間也可休息一次眼睛；

（12）試驗(yàn)完成之后，主持試驗(yàn)人員對(duì)被試者進(jìn)行訪談，詢問是否愿意來參加動(dòng)態(tài)駕駛模擬對(duì)比試驗(yàn)。

4.4 最小字符高度試驗(yàn)

最小字符高度試驗(yàn)的方法是在屏幕上同時(shí)出現(xiàn)3個(gè)字，被試者需要回答看到3個(gè)字是或者不是同一個(gè)字，即3個(gè)字只要有1個(gè)字不同就回答“否”。

最小字符高度界面使用方法及試驗(yàn)具體流程和邏輯如下。

第1 步：讓被試者從圖6 中先選出能看清的最小字符高度（字號(hào)）。在正式試驗(yàn)中，在被試者選出的最小字號(hào)基礎(chǔ)上，將該字號(hào)增大和減小2 pt，并選擇這3種字號(hào)進(jìn)行隨機(jī)混合。如，被試者在圖6中選擇18 pt字作為其能看清的最小字符高度，則在試驗(yàn)中采用3種不同的字號(hào)：16 pt、18 pt、20 pt，進(jìn)行試驗(yàn)。

圖6 試驗(yàn)界面：選擇能看清的最小字符高度

第2 步：讓被試者使用其選擇的字號(hào)進(jìn)行練習(xí)試驗(yàn)，練習(xí)題總共為2 題，答案是一題相同，一題不同。被試者在此階段可反復(fù)試做，直到完全熟悉試驗(yàn)形式和答題方式。例如，屏幕上出現(xiàn)“術(shù)術(shù)木”這3個(gè)字，被試者需要給出的正確答案是“否”；如果屏幕上出現(xiàn)“術(shù)術(shù)術(shù)”這3個(gè)字，被試需要給出的正確答案是“是”。

第3步：在完成了所有的練習(xí)試驗(yàn)，被試者適應(yīng)回答方式和顯示速度之后，可進(jìn)入正式試驗(yàn)。正式試驗(yàn)除試題外，其余與練習(xí)試驗(yàn)一致。

正式試驗(yàn)共測(cè)試5個(gè)位置點(diǎn)（圖3），每個(gè)位置共48道題，出題順序隨機(jī)。直到一組48題全部出完。試驗(yàn)過程中，若被試者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未作答，判為答錯(cuò)，并自動(dòng)進(jìn)入下一題，以防止被試者思考過久盲目猜測(cè)。

試驗(yàn)中，文本展示時(shí)間為0.5 s，被試者作答時(shí)間為2 s，每道題準(zhǔn)備時(shí)間為2 s，試驗(yàn)時(shí)長為25 min。

4.5 單次掃視最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)

最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱丝简?yàn)駕駛員對(duì)文字內(nèi)容的接受能力。

如果以視線離開路面不得超過2 s（NHTSA-2010-0053）為基礎(chǔ)，并考慮視線移動(dòng)的時(shí)間約為0.2 s，因此被試者對(duì)每道試題的觀察時(shí)間為1.8 s，即在試題出現(xiàn)1.8 s后會(huì)自動(dòng)消失。

文獻(xiàn)[9]表明，成人一般能讀300~400 字/min，即1.8 s能讀9~11個(gè)字。所以試驗(yàn)范圍設(shè)定在9~14個(gè)字的句子是否可以在1.8 s內(nèi)讀完。

測(cè)試用的句子包含比較中性的生活類及汽車類內(nèi)容，字?jǐn)?shù)為9~14 字。被試者在每個(gè)位置點(diǎn)完成18道題，每種字?jǐn)?shù)的題目有3道題，有5個(gè)位置點(diǎn)（圖3），總計(jì)90道題。

該試驗(yàn)的界面、試驗(yàn)流程和邏輯如下：

第1 步：被試者先選出自己最喜歡的字號(hào)。這里主持試驗(yàn)人員需要引導(dǎo)被試者盡量選擇看得最舒服，并且覺得掃一眼讀取內(nèi)容比較多的字號(hào)，避免直接選擇最大的那個(gè)。

第2步：基于被試者選擇的字號(hào)，進(jìn)行2輪練習(xí)試驗(yàn)。練習(xí)題總共為2題，例如，有一句話“小明修改駕駛目的地到肇嘉浜路”問答題1：請(qǐng)問主人公是叫小明嗎？正確回答是“是”；問答題2：請(qǐng)問主人公是去祁連山路嗎？正確回答是“否”。

第3步：在完成所有的練習(xí)試驗(yàn)之后，點(diǎn)擊主頁界面“直接開始”進(jìn)入正式試驗(yàn)。

正式試驗(yàn)方式和練習(xí)試驗(yàn)一致，正式試驗(yàn)需測(cè)試5 個(gè)位置點(diǎn)（圖3），每個(gè)位置內(nèi)9~14 字的不同字?jǐn)?shù)的題目會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)，每種字?jǐn)?shù)有3道題，直到一個(gè)位置點(diǎn)18題全部出完，每道題只會(huì)出現(xiàn)一次。若被試者在一定時(shí)間內(nèi)未作答，按答錯(cuò)計(jì)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入下一題。

正式試驗(yàn)題目總數(shù)為90道題，每句話展示時(shí)間為1.8 s，被試者有5 s回答時(shí)間，試驗(yàn)時(shí)長約為15 min。

4.6 多次掃視15 s內(nèi)完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)

多次掃視完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)的目的是為了得到駕駛員在完成一個(gè)完整的任務(wù)中所能閱讀的最多字?jǐn)?shù)。試驗(yàn)方式是在屏幕中央顯示一段話讓被試者閱讀，顯示的這段話每1.8 s會(huì)消失一次，模擬駕車時(shí)駕駛員視線回到路面再回到屏幕，進(jìn)行多次掃視閱讀的情況。15 s之后會(huì)將這段話完整顯示在屏幕上。

試題文本會(huì)基于“單次掃視最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)”第一步中被試者選擇的字號(hào)顯示。每次閱讀100字左右的文本，文本由4字成語組成的段落或者生活化的文章段落，16個(gè)字左右為一行，字間距為字體默認(rèn)值，行距為1.5倍。

該試驗(yàn)的界面、試驗(yàn)流程和邏輯如下：

第1步：引導(dǎo)被試者進(jìn)行2輪練習(xí)試驗(yàn)，練習(xí)試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)一段約60 字的文字，顯示1.8 s，然后關(guān)閉1.95 s，再開啟1.8 s，一共開啟4 次，即總時(shí)長為15 s。然后屏幕中會(huì)顯示：請(qǐng)問您讀到哪啦？之后會(huì)將這一段話再次顯示在屏幕中央，由被試者點(diǎn)擊剛才讀到的最后的一個(gè)字。練習(xí)試驗(yàn)總共為2題，一題為成語段落，另一題為生活類的文章段落。

第2步：進(jìn)入正式試驗(yàn)，正式試驗(yàn)的文本顯示效果和回答方式同練習(xí)試驗(yàn)一致，不同的是正式試驗(yàn)文本字?jǐn)?shù)會(huì)更多，100字左右，5個(gè)位置點(diǎn)（圖3），每個(gè)位置點(diǎn)有6題，成語和短文各3題隨機(jī)出現(xiàn)。例如1個(gè)成語段落、1 個(gè)文章段落、再1 個(gè)文章段落、1 個(gè)成語段落（無規(guī)律可循），直到每一個(gè)位置點(diǎn)的6題都出完，每一題只會(huì)出現(xiàn)一次。正式試驗(yàn)題目總數(shù)為30題，試驗(yàn)時(shí)長約為10 min。

5 試驗(yàn)結(jié)果

5.1 最小字符高度試驗(yàn)結(jié)果

在數(shù)據(jù)分析的過程中，選擇了被試者回答正確率最高的字號(hào)為最小字符高度，用于統(tǒng)計(jì)分析。被試的數(shù)據(jù)顯示，在被測(cè)的3類字符高度（字號(hào)）中，并非總是字符高度越大，判斷的準(zhǔn)確性就越高。組內(nèi)與組間的個(gè)體差異比較大。

對(duì)比了同一顯示位置，不同年齡組間的差異（圖7）和同一年齡組不同位置間的差異（圖8）。結(jié)果顯示，同一位置，年齡間對(duì)比，差異較大，而同一年齡，位置間對(duì)比，差異不大。從圖8中可以看出，年齡在20~39 歲之間，對(duì)最小字號(hào)選擇的差異不大，但伴隨年齡的增長，對(duì)最小字號(hào)的選擇明顯大于年輕人。盡管存在視力矯正，一般40歲后眼睛會(huì)開始老花，顯示的字需要大些才可以看清楚。統(tǒng)計(jì)分析證明，它們相互間沒有顯著差異。圖7、圖8 中顯示器位置標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)于圖3中的位置標(biāo)號(hào)。

圖7 最小字號(hào)、相同位置和被試者不同年齡間最小字號(hào)對(duì)比

圖8 最小字號(hào)、被試同年齡組不同顯示位置的對(duì)比

另一方面，考慮需要獲知駕駛員能夠看清的最小字符高度，將不同位置對(duì)不同年齡段75%的人群答題正確率為100%的最小字號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 75%能答對(duì)所有問題的人可分辨的最小字號(hào) pt

數(shù)據(jù)顯示，考慮到需要滿足人群中75%的人可分辨的最小顯示字號(hào)為18 pt 和20 pt，其中18 pt 經(jīng)過計(jì)算公式可求得其字符高度h為4.41 mm，換算成α值，即視覺連線夾角，其所對(duì)應(yīng)的值為16′（計(jì)算公式見式（1））。

5.2 一次掃視最多閱讀字?jǐn)?shù)試驗(yàn)結(jié)果

同樣，數(shù)據(jù)分析過程中做了年齡和顯示位置間的對(duì)比，如圖9、圖10所示。

圖9 相同位置、不同年齡組間一次掃視最多閱讀字?jǐn)?shù)對(duì)比

圖10 同年齡組、不同位置間一次掃視最多閱讀字?jǐn)?shù)對(duì)比

該試驗(yàn)中，由于試題中使用的字號(hào)是被試者自己選的最佳閱讀字號(hào)，每個(gè)被試選擇的顯示字號(hào)都明顯大于試驗(yàn)的最小字號(hào)。表4 顯示了不同年齡組選擇的最佳閱讀字號(hào)，大部分人都選擇的字號(hào)為20~22 pt。

表4 不同年齡組自選擇的最佳閱讀字號(hào)

結(jié)果表明，在相同的年齡組中，不同位置的顯示器差異不大，但年齡間是存在差異的，尤其是55歲以上的年齡組，閱讀速度明顯比年輕人慢。

同樣，需要保證人群中75%的人群能夠完整閱讀完相應(yīng)字?jǐn)?shù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，能夠完整閱讀完相應(yīng)字?jǐn)?shù)為12個(gè)字。

5.3 多次掃視15 s內(nèi)完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)試驗(yàn)結(jié)果

由表5所示，閱讀字?jǐn)?shù)與年齡呈負(fù)相關(guān)，即使在正式試驗(yàn)之前，讓被試者自主選擇其最佳觀察字號(hào)（表5），閱讀速度依舊受年齡的影響（圖11、圖12），年齡越大的被試者閱讀速度越慢，反之越快。

表5 各年齡組在不同位置的成語與段落閱讀字?jǐn)?shù) 字

圖12 15 s內(nèi)完成一個(gè)任務(wù)最多字?jǐn)?shù)對(duì)比

同樣，滿足75%人群可閱讀的字?jǐn)?shù)量為34 個(gè)字。

6 討論

在一系列的試驗(yàn)中，試驗(yàn)設(shè)計(jì)面臨的第1 個(gè)問題是如何選擇被測(cè)試的文字。在本試驗(yàn)開始之前，從目前中國市場(chǎng)上的常用車型中選了7款車做了深入的研究，發(fā)現(xiàn)有420個(gè)高頻常用字，這些常用字是本試驗(yàn)選擇測(cè)試字的主要參考，并按照?qǐng)D5的象限劃分來選擇的，因此有普遍的意義。

由于試驗(yàn)需要控制變量的原因，限定了具體的字間距、行距、字體類型相關(guān)文字指標(biāo)，試驗(yàn)中采取了最常見的字間距與字行距，即0 pt 字間距與1.5 倍字行距，同時(shí)采用方正悅駕黑作為測(cè)試字體。在上述參數(shù)如何具體進(jìn)一步影響中文的可讀性的問題上，關(guān)心此問題的讀者可以進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)去驗(yàn)證。試驗(yàn)的方法可以完全采納本文描述的方法，這些方法是嚴(yán)格按照國際標(biāo)準(zhǔn)展開的。在實(shí)際的使用過程中，若相關(guān)參數(shù)有較大的更改，如采用襯線字體時(shí)，或使用低分辨率的屏幕時(shí)，建議重復(fù)本試驗(yàn)，以保證其閱讀安全性。

本試驗(yàn)統(tǒng)一采用ISO 15008:2017中推薦的4類光照類型中的最常見的陽光漫反射作為試驗(yàn)環(huán)境條件，4 類光照類型即陽光漫反射、陽光直射、黃昏和黑夜。對(duì)于其它光照條件，影響閱讀速率的最大因素是屏幕亮度，由于目前市面上大多數(shù)彩色顯示屏的屏幕亮度可以進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此在不同光照環(huán)境下，屏幕亮度是可以符合當(dāng)下駕駛環(huán)境的要求，因此更多光照類型不在本次試驗(yàn)的研究范圍中。

本次試驗(yàn)采用非動(dòng)態(tài)的模擬臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，某些觀點(diǎn)認(rèn)為低保真非動(dòng)態(tài)駕駛模擬器與高保真動(dòng)態(tài)模擬器存在一定的差距。該觀點(diǎn)認(rèn)為，在行駛過程中的動(dòng)態(tài)特性一定程度上會(huì)影響駕駛員閱讀速度和識(shí)別準(zhǔn)確率。然而，在一般鋪裝路面的情況下，根據(jù)NHT?SA-2010-0053[2]所述，動(dòng)態(tài)模擬器與非動(dòng)態(tài)模擬器做出的此類試驗(yàn)結(jié)果并無顯著性差異。與之相對(duì)的，非動(dòng)態(tài)模擬器的成本更低，也更容易控制變量。同時(shí)，本次試驗(yàn)也在通過動(dòng)態(tài)模擬器進(jìn)行了與靜態(tài)模擬器在閱讀差異上的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論并無顯著性差異。因此，采用非動(dòng)態(tài)駕駛模擬器進(jìn)行閱讀分神的研究能確?？茖W(xué)、準(zhǔn)確、高效。

中文的閱讀與拼音文字的閱讀有很大的區(qū)別，如文獻(xiàn)[7]中描述，單個(gè)中文字可以通過偏旁部首的形狀和上下文聯(lián)想來猜測(cè)，這也就造成了試驗(yàn)數(shù)據(jù)有比較大的離散性，同時(shí)對(duì)文字顯示的位置（圖3）不敏感。本研究結(jié)果建議選擇試驗(yàn)中采用18 pt 作為最小車載用字字號(hào)，即視覺連線夾角為16′。這個(gè)選擇是為了保證在任何隨機(jī)人群中75%的用戶可以在安全、不造成分神的情況下，清楚地看清車內(nèi)任何位置顯示屏中顯示的中文字。

在試驗(yàn)2 中，對(duì)單次掃視可能閱讀的最多中文字做了試驗(yàn)。閱讀時(shí)，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的出現(xiàn)是幫助斷句，給出停頓位置。另一方面，在開車時(shí)，為確保駕駛安全，駕駛員的眼睛不得離開前方路面的時(shí)間是2 s，除去視線從前方道路轉(zhuǎn)移到顯示屏的來回時(shí)間，真正能夠停留在屏幕上的時(shí)間不超過1.5 s。因此在本試驗(yàn)中，選擇1.8 s 為測(cè)試時(shí)間，是相對(duì)較寬裕的。因此，試驗(yàn)的結(jié)論能夠確保75%的人群能夠在不造成分神的情況下，能夠通過一次掃視，即可完整地獲取文字的信息。

試驗(yàn)3 是為了研究一個(gè)完整的車載信息任務(wù)，不應(yīng)超過的最多文字字?jǐn)?shù)。研究結(jié)果表明年齡組間的差距非常大，通用設(shè)計(jì)建議需在試驗(yàn)結(jié)論基礎(chǔ)上進(jìn)一步總結(jié)。試驗(yàn)結(jié)果中滿足75%人群可閱讀的字?jǐn)?shù)量為34個(gè)字。依據(jù)Kamiya等[19]的試驗(yàn)，單個(gè)漢字包含的信息量為10.8 bit，單日語片假名的信息量為9.4 bit，一個(gè)物體或者圖片（例如蘋果、香蕉或者一個(gè)圓圈）包含14 bit。一個(gè)英文字母，則是2.2 bit。同時(shí)，根據(jù)JA?MA 車內(nèi)顯示設(shè)計(jì)指導(dǎo)2008[20]，車載信息單任務(wù)中的片假名不超過31個(gè)。車載信息任務(wù)，一個(gè)完整的任務(wù)信息量應(yīng)該在237~294 bit。如果以294 bit為計(jì)算，相當(dāng)于27 個(gè)漢字，JAMA 車內(nèi)顯示設(shè)計(jì)指導(dǎo)2008[20]給出的一次顯示的日文字母標(biāo)準(zhǔn)是31個(gè)。綜合考慮，將此數(shù)值劃定為30個(gè)中文漢字。

結(jié)合試驗(yàn)2與試驗(yàn)3，設(shè)計(jì)建議如下：當(dāng)需要用比較多的漢字來表述一段信息時(shí)，建議采用的字符高度視覺連線夾角在18′~19′。同時(shí)，單次信息所使用的字?jǐn)?shù)不得超過12個(gè)字。最后，對(duì)于一個(gè)完整的駕駛次任務(wù)的提示信息，所用中文總數(shù)不得超過30個(gè)字。

7 結(jié)論

本研究通過完成3 組試驗(yàn)，明確了基于車內(nèi)中文文字的3類不同的參數(shù)對(duì)于文字的可讀性所造成的影響。

（1）確定了車載文字中最小視覺連線夾角為16′。

（2）確定了單次掃視中出現(xiàn)的文字?jǐn)?shù)量建議不超過12個(gè)字。

（3）確定了單次次任務(wù)掃視的文字總量建議不超過30個(gè)字。

本文研究結(jié)論同時(shí)形成了中國汽車工程學(xué)會(huì)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，為國內(nèi)車企進(jìn)行車載視覺中文顯示設(shè)計(jì)時(shí)，提供了理論與標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。由于本文研究形成的參考標(biāo)準(zhǔn)是確保駕駛員在獲取文字信息時(shí)不會(huì)造成視覺分神的最小字號(hào)與最多字?jǐn)?shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，因此建議在設(shè)計(jì)車載中文字信息時(shí)，能夠執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)。