基于眼動追蹤技術的即時通訊APP導航界面設計

李森，呂偉，郭伏，劉成龍

(東北大學 工商管理學院，沈陽 110167)

1 引言

2015年李克強總理宣布將“互聯網+”上升至國家戰略，中國全面迎來互聯網時代。在當前時代背景下，互聯網用戶的時間、興趣、需求和行為等都呈現出“碎片化”的狀態[1]。智能手機應運成為滿足用戶“碎片化”需求的重要平臺。手機應用(Applications，APP)是裝載在智能手機等移動終端中的軟件程序，作為移動互聯網的內容載體，能為用戶提供各種便捷的服務，包括社交通訊、出行導航、金融理財、娛樂健康、消費娛樂等。IM(Instant Messaging，即時通訊)類APP以其實時性、跨平臺性、低成本、高效率等諸多優勢成為互聯網用戶使用最為廣泛的APP，并對傳統的電話、短信等通訊方式帶來了沖擊[2]。

當前，APP市場發展迅猛，能夠滿足用戶不同需求的APP層出不窮，但相同類別的APP在功能與設計上也呈現出嚴重的同質化趨勢。此外，當前APP市場尚無統一的導航設計標準，加之部分應用研發團隊刻意追求應用投入市場的進度，導致IM類APP在功能性、美觀性、易操作性等方面無法滿足用戶的需求。Hoffmann等人在《用戶體驗要素》一文中指出，APP屬于自助式產品，在使用過程中通常沒有老師或者操作手冊加以引導，需要用戶自己摸索如何使用[3]。這對APP的設計提出了兩點要求：(1)APP的結構層設計需要符合用戶的使用習慣，能夠使用戶自然而然的找到需求的功能入口；(2)對于用戶未知的任務路徑要有良好的引導。APP導航作為用戶獲取信息以及實現自我需求的重要入口，導航設計的優劣將直接影響用戶的操作體驗。良好的導航設計可以讓用戶快速了解產品的功能和信息組織架構，減少學習成本，提高用戶的搜索、操作效率與滿意度[4-5]。

當前，已有部分研究關注APP導航設計中的問題。龔詩雅(2007年)等人采用主觀調查問卷和任務績效評價的方法，借助Silverback移動互聯網應用可用性評價軟件，以拼車APP為研究對象，研究了目前市場上主流的拼車APP導航設計存在的不足[6]。陳馳等人(2015年)從導航的基本概念和設計原則出發，采用主觀問卷和績效評價的手段研究了APP的導航情感化設計，他指出在設計過程中不僅要遵循形式美的法則，從用戶的認知、審美、本能行為出發，考慮圖標、文字、色彩、布局、操作習慣、細節等多項內容，讓用戶在使用導航時產生一種積極的情感狀態[7]。汪洋研究了消費者在操作不同復雜程度、不同密度的模擬手機APP分類導航界面時的搜索效率，發現消費者在操作淺色背景的簡單圖片導航時效率最高[8]。張悅指出App 界面導航設計的最終目的是實現視覺信息導航，并基于視覺傳播的機制與模式分析了APP界面導航中的視覺傳播過程以及相應的導航設計策略[9]。當前已有的APP導航研究在研究方法上主要依賴于訪談法與問卷調查等主觀方法，缺乏來自用戶的客觀數據，如操作績效、眼動數據、腦電數據等；在研究內容上主要集中在對APP的使用情況與用戶滿意的調查方面，缺乏對影響用戶體驗的深層原因的探索以及基于用戶數據的APP導航設計與優化。

基于上述背景，本文立足于APP導航方式的優化設計，以IM類APP為例，從用戶的角度入手，嘗試用先進的眼動追蹤設備挖掘用戶深層次的需求，尋求對傳統導航設計方法的創新，指導APP導航設計的全過程。本文的內容安排如下：首先為IM類APP導航系統可用性評價詞對篩選與確定，其次為導航系統關鍵設計要素確定與原型設計，再次為結合主觀量表與眼動追蹤技術的導航系統可用性測量實驗，最后為APP導航系統的設計優化與驗證。

2 IM類APP導航系統可用性評價詞對確定

首先收集能反映IM類APP導航系統可用性的意象詞對，通過語義差異量表測量，獲取用戶對導航系統可用性的意象評價。通過查詢導航設計相關期刊11本、“Google”、“百度”等搜索引擎以及導航設計類文獻數十篇，并與專業人士進行詞對比較分析，篩選出原始感性詞對28組，利用該28組詞對對用戶進行感性詞對問卷初步調查。選取IM類應用中下載量最高的微信作為預實驗材料，在被試體驗完APP后現場對被試發放并回收問卷30份(其中男女被試各15人)。調查結果顯示被試選擇比例在30%以上的詞對共有13組，如表1所示。

表1 初步選取的可用性評價意象詞對

以該13組詞對為基礎開發APP導航可用性測量問卷，對各年齡段用戶進行問卷調查，共發放問卷140份，實際收回問卷135份，剔除問卷答案不清晰、字跡潦草等出現明顯差錯的問卷4份，最終得到實際有效問卷131份(其中男性67份，女性64份)。將問卷數據進行項目分析與獨立樣本檢驗后發現詞對“花哨的——素凈的”、“明確的——迷茫的”不具備顯著性，予以剔除。在剔除2組詞對后，采用因子分析探索剩余的11組詞對中是否存在潛在的共性因子。通過KMO檢驗(0.828)和巴特利特檢驗(顯著性P<0.001)后，進行探索性因子分析后發現當成分確定為3個因子時，累積百分比為70.568%，后續因子繼續增加引起累積百分比變化幅度小于6%，因此確定提取三個因子。為確定3個因子包含的感性評價評價詞對，需對問卷結果進行進一步的主成份分析。經過旋轉后的成分矩陣如表2所示。按照Hair(1998年)提出的因子載荷標準，詞對“易學的―難學的”在3個成分中載荷均<0.5，詞對“好看的——難看的”在成分1和成分2中均>0.5，不符合Hair提出的因子載荷標準，予以剔除。

表2 旋轉后的成份矩陣

從表2中可以看出成分1包含的詞對側重APP導航的設計復雜度方面，成分2側重導航外觀審美方面，成分3側重導航的易用性方面，因此分類結果從邏輯上可以進行解釋。將篩選過的九個詞對重新賦變量，結果如表3所示。

表3 產品情感意象劃分

3 IM類APP導航系統關鍵設計要素確定與原型設計

3.1 代表性IM類APP的選取

本研究選擇Android系統的IM類手機APP作為研究對象，參考豌豆莢、360手機助手等APP下載平臺，根據下載量收集到在中國大陸地區使用量較高的IM類手機APP，包括信使、KK覓友、小恩愛、飛信、飛聊、環聊、百度Hi、Line、陌陌、What’sAPP、來往、Skype、米聊、翼聊、沃友、手機QQ、有信、YY語音、新浪UC、有你、微信、口信、個信、Imessage、旺信、易信、愛聊、佳話、KaKaoTalk和有聊共計30款軟件。

3.2 代表性IM類APP多維尺度分析

將收集到的30款IM類APP隨機編號，然后開展問卷調查，要求被試根據軟件名稱、軟件圖標、一級導航界面圖像和提供的軟件功能簡介等方面的信息對該30款軟件進行分組，分組數量和規則不加限定。共計發放調查問卷40份，回收33份，其中有效的調查問卷30份(其中男女各15人)。被調查者均為具有IM類APP使用經驗的在校學生或企業職員，平均年齡為24.4歲。將分組的結果進行統計，記錄某一款軟件與其他軟件被分配在一組的次數，整理后得出被調查軟件相似矩陣并進一步轉化為距離矩陣，最后將得到的距離矩陣輸入到SPSS 18.0中，采用多維尺度分析，得到不同維度下的Stress值與RSQ值。當維度數量為6時，Stress值<0.100且RSQ值>0.800，滿足多維尺度分析條件。將30款手機APP的6維度坐標值輸入到SPSS 18.0中，使用分層聚類方法得到將30款軟件的分類情況，統計軟件輸出的樹狀圖如圖1所示。

圖1 IM類APP聚類樹狀圖

從分層聚類的樹狀圖中可以看出，在聚類為4類時，隨著距離的變化分類數趨于穩定，因此選定4類作為30款IM類APP軟件的分類數；利用K均值聚類分析方法再次對選定的6維度坐標值進行快速聚類分析，設定聚類數目值為4，得到運行結果見表4所示。

從表4的快速聚類分析的結果可看出，30款軟件可以分為4類，各類別所包含的IM類APP如表5所示。按照聚類分析的結果，由每一類別中選擇出兩款代表性產品，根據該軟件距離該類別中心的距離遠近進行排序，選出兩款距離中心最小的作為代表性軟件，如表5所示。將選出的八款軟件作為本研究的代表性研究產品，即導航設計解構對象，提取關鍵設計要素，為后續實驗用APP設計做準備。

表4 IM類APP快速聚類表

表5 IM類APP聚類結果與代表性APP選擇

3.3 IM類APP導航系統關鍵設計要素提取

人機界面元件法HIEs(Human Interface Elements)由Han 于2003年率先提出，是影響用戶情感的最基本要素[10]。根據Han的定義，HIEs指用戶所見、所觸或所用的設計特征集合，是產品與人的多種感官發生信息交互的最小單位。本文所定義的導航是指用戶想要完成某一操作時，從起始點到達目的地并返回的過程中，APP所提供給用戶的全部，包括信息顯示、提供操作、反饋信息等等。結合前人對HIEs解構方法的研究[11-12]，提出基于HIEs的IM類APP導航系統解構方法如下(如圖2所示)：

在設計要素提取的過程中，首先邀請15名熟練使用手機APP的大學生進行眼動實驗，在實驗過程中記錄被試在實際操作過程中的注視點、掃視軌跡與操作過程等。然后以視頻記錄為基礎，眼動注視點、興趣區域為輔助，依據HIEs解構方法對IM類APP導航系統進行解構，提取影響導航可用性的HIEs要素的組合屬性、交互屬性，分別是導航方式、返回方式和操作手勢。對選出的APP導航設計要素進行全要素組合，選出具有代表性的組合原型進行APP導航系統原型設計，并用于后續的APP導航實驗研究。

3.3.1 導航方式的確定

針對于八種代表性APP在預實驗中的表現，最終設計的導航方式共三種，如圖3所示，從左到右依次為TAB式導航、舵式導航、抽屜式導航。

圖3 APP導航方式設計

3.3.2 操作手勢確定

通過眼動數據分析發現，影響APP導航可用性的不僅有APP設計因素，還包括用戶的使用方式，習慣操作手勢等，有調查顯示大多數人習慣使用單手操作手機，約占到總人群的60%，習慣雙手操作手機的用戶所占比例僅為15.6%[13]；所以將操作手勢納入導航可用性評價實驗設計中。

3.3.3 返回方式確定

分析預實驗中被試操作八種代表性APP的過程，發現在返回導航方面主要受返回方式的影響，返回方式分為返回按鈕返回和向右滑動手勢返回兩種。各設計要素及其相應水平如表6所示。

表6 導航設計要素

3.4 IM類APP導航系統原型設計

依據以上三個設計要素，參考Smith & Chaparro(2015)研究輸入法可用性的實驗設計[14]，通過對關鍵設計要素的全組合，利用Mocking Bot軟件設計了12款導航系統原型，導航系統的詳細信息見表7。

表7 12款導航系統原型

4 IM類APP導航系統可用性測量

借助第2部分制定的導航可用性評價量表與眼動追蹤系統，對第3部分開發的IM類APP導航系統原型的可用性進行綜合評價。通過對眼動數據、主觀問卷數據單獨處理分析以及兩者間的相關分析，為導航設計方案的優化提供依據。

4.1 實驗設計

本次實驗在東北大學人因工程實驗室進行，實驗設備為德國SMI公司的頭戴式視線追蹤眼動儀。本次實驗共邀請42名被試，其中有效被試30名(其中男女各15名；由于頭戴式眼動儀校準精度要求較高，另12名被試因眼動儀校準不合格被剔除)。所有被試年齡在20～28歲之間，均能熟練使用Android智能手機，有多年使用IM類APP導航系統的經驗。

本次實驗任務為IM類APP二級導航的使用。在被試熟悉實驗用APP導航系統后，請被試完成相同二級導航目錄下任務，包括(1)添加新的朋友，(2)打開掃一掃，(3)創建群聊(各任務出現順序為計算機隨機生成)。每位被試分別使用第3部分設計的12款導航系統完成實驗任務。

4.2 實驗數據與結果分析

4.2.1 問卷數據

通過第2部分提取出的導航系統可用性評價的三個維度：內容復雜度(X)，美觀性(Y)，易用性(Z)及其包含的意向詞對Wj (j=1, 2, …, 9)，本文假設各因子及其所含成分權重相等，采用李克特量表七分制打分法，對所有被試的問卷調查結果進行均值處理后的結果如表8所示。

表8 問卷數據處理結果

采用偏最小二乘建模法，借助Smartpls軟件，以導航系統的三個可用性評價維度得分情況為因變量，建立導航系統設計要素與因變量回歸模型，將數據導入SmartPLS中，運算得到的路徑模型與系數見圖4。從建模結果可以發現復雜度評價維度主要受導航方式的影響，而易用性受到三個設計要素的綜合影響，美觀性評價因子主要與導航方式有關，可以看出導航方式是最主要的影響因素。

圖4 導航系統主觀評價路徑模型

4.2.2 眼動數據

結合以往有關網頁導航研究以及眼動實驗設計指導[15-16]，選取眼跳時間、操作時間、首次注視時間、注視時間四個眼動指標對APP導航系統的可用性進行分析。將所有被試操作各個導航系統的眼動數據進行均值處理后得到的結果如表9所示。

表9 眼動數據處理結果

本研究采取3*2*2被試內實驗設計方式，先由眼動數據采集軟件BeGaze導出各被試在各種實驗條件下的眼動數據，采用SPSS統計軟件對眼動數據然后進行重復測量方差分析，分析結果如表10所示。

表10 各眼動指標的重復測量方差分析

從表10可以看出，導航方式對眼跳時間與首次注視時間有顯著影響，導航方式、返回方式、操作手勢三個設計因素對操作時間都有顯著影響。各導航設計要素與注視時間眼動指標間不存在顯著性關系。

4.2.3 相關分析

將問卷調查獲得的主觀評價數據與眼動指標中眼跳時間、操作時間與首次注視時間導入SmartPLS軟件中，得到的路徑模型與系數見圖5。

圖5 導航系統眼動數據評價路徑模型

在APP導航的實際設計中，復雜度是設計者考量的重要維度。導航的復雜度越高，首次注視時間越長，用戶搜尋有用信息的難度越大。此外，本研究發現用戶操作TAB式導航的首次注視時間小于舵式導航，而抽屜式導航的首次注視時間最長，表明TAB式導航和舵式導航能夠很好地凸顯出拓展按鈕，具備良好的導航引導作用。

在導航設計中，美觀性與眼跳時間存在高度相關性，而美觀性主要受到導航設計方式的影響。通過SPSS軟件對導航方式與眼跳時間做估計邊際均值圖分析發現，舵式導航方式在美觀性方面的表現要優于其他兩種導航方式，這一點也體現在主觀問卷美觀性維度的得分中，可以看出舵式導航更加符合用戶的審美。

易用性同樣是評價導航系統優劣的重要維度，從路徑關系圖中可以看出易用性主要與操作時間有關。將30名被試在各任務的操作時間進行均值處理，比較不同導航方式、不同操作手勢、不同返回方式之間的操作時間差別。分析結果指出，在操作時間方面，導航方式從優到劣依次為舵式導航、TAB式導航、抽屜式導航。此外，單擊返回按鈕返回在雙手操作時明顯要快于單手操作，但是向右滑動返回方式在雙手操作時反而消耗更多的時間。

5 IM類APP導航系統優化設計與驗證

5.1 導航系統評價路徑模型修正

通過第4部分相關分析發現返回方式與操作方式的交互效應對易用性也有影響，所以對導航系統評價模型加以修正，得到的路徑模型及路徑系數如圖6所示。

圖6 導航系統主觀評價路徑模型(修正)

5.2 最優方案確定

由于導航系統評價的三個維度分別是復雜度、美觀性、易用性，各維度均具有三個水平；通過眼動數據的分析發現在三個評價維度中，復雜度與導航系統呈負相關，美觀性與易用性與導航系統呈正相關，為了取得最優的設計要素組合，設定復雜度目標值為1、美觀性目標值為3、易用性目標值為3，優化公式見公式(1)。

(1)

其中設Xi(O)為目標設計值，Xi(T)為由設計要素決定的實際值，D(O,T)為目標設計值與實際值差異，優化目標為D(O,T)的最小值，即Min(D(O,T))。目的是尋找與目標值最接近的導航設計方案。將目標值與模型結果輸入Matlab中求解得到的最優導航系統設計方案為舵式導航方式、單手操作配合向右滑動返回方式。

5.3 最優導航方案分析與驗證

為驗證最優導航設計方案進行的有效性，選擇應用商店IM類APP下載量排名第一的“微信”作為研究對象，依據最優導航設計方案參照微信設計風格設計的實驗用APP如圖7所示。

驗證性實驗選取15名被試，均參與過第4部分的實驗。實驗要求被試在手機上先使用微信完成二級導航目錄下操作，然后再熟悉實驗用APP，最后完成二級導航目錄任務，包括：(1)添加新的朋友，(2)打開掃一掃，(3)創建群聊(各任務出現順序為計算機隨機生成)。采用頭戴式眼動儀搜集眼動數據，在實驗結束后邀請被試填寫調查問卷。經均值處理后的問卷數據和眼動數據整理如表11所示。

圖7 APP導航最優化方案實驗用APP

表11 優化前后微信APP導航系統評價結果

對比優化前后的APP評價指標，導航可用性的問卷調查結果顯示，復雜度和美觀性方面兩個方案得分接近。在易用性方面，優化后的微信APP評價得分高于原版APP，在使用過程中更容易被用戶接受。眼動指標方面，眼跳時間和操作時間都顯示優化后的APP導航可用性更高；但首次注視時間方面差異不明顯，造成這一現象的原因是被試均能熟練使用微信，了解拓展按鈕的位置，在完成任務操作時并不需要對拓展按鈕進行搜索，所以不需要用到信息凸顯性。綜上所述，優化后的導航方案能夠縮短操作路徑，降低用戶的點擊成本，而且拓展按鈕布局位置獨立，不受界面當中其他元素的局限。在導航可用性方面較原版微信APP有明顯提高，驗證了優化方案的有效性。

6 結論

本文立足于APP導航方式的優化設計，以IM類APP導航為研究對象，通過導航系統可用性評價詞對選取與量表開發、關鍵設計要素提取與原型設計、可用性實驗測量以及最佳方案的實驗驗證等步驟，提出了APP導航設計與優化的系統方法。