基于多因素融合的健身器材人機界面評價方法研究

趙彩云，李娟莉，任家駿，薛安虎

基于多因素融合的健身器材人機界面評價方法研究

趙彩云1，李娟莉1，任家駿1，薛安虎2

(1. 太原理工大學機械與運載工程學院，山西 太原 030024；2.山西澳瑞特健康產業股份有限公司，山西 長治 046000)

為了優化健身器材界面操作的人機體驗，加強界面造型與企業文化的融合度，提出了多因素融合的健身器材人機界面評價方法，首先運用語義差異法，美度評價公式，征集用戶試驗3種方法，對樣本的產品意象風格、布局美度評價、人機績效測評3個指標進行綜合評價；然后運用模糊層次分析法實現多目標意向下方案的最優決策；最終以某企業健身車界面設計為例，驗證了該方法在多目標決策中的可行性。實驗表明該方法在優化用戶體驗的同時提高了產品的品牌識別度，為設計師提供了可靠的科學依據。

人機界面；多因素融合；健身器材；模糊層次分析法；因子分析；美度評價；績效評估

隨著全民健身的不斷發展和普及，健身器材在人們追求健康生活方式中扮演了重要的角色。面對復雜的健身器材人機界面布局以及多因素的情感需求，企業在項目進程中，往往面臨多種方案難以抉擇的情況。因此，提出一種科學的健身器材界面評價方法，可以實現多因素相互制約下最優方案的快速決策，節約時間成本，對企業項目的高效進行有重要意義。

在界面設計評價研究中，相關研究者已經開展了許多工作[1-5]，但目前針對健身器材界面評價的研究較少，且主要集中在界面可用性方面[6-9]，未融入企業意象風格的考量，缺少多維度融合的界面設計評估方法，導致設計方案單一化、片面化。

為了對健身器材復雜界面進行較全面的評價，本文引入企業文化的感性意象，提出了基于企業意象風格、美度評價、績效測評3方面融合的健身器材界面評估方法，從企業文化的造型意象、視覺感受的界面排布、人機工學的績效功能3方面對界面進行綜合性評估。運用模糊層次分析法對樣本進行評估及多目標決策，并通過企業產品實例驗證了評價方法的可行性。

1 界面評價指標

基于模糊層次分析法的多因素界面評價流程如圖1所示。

圖1 界面評價流程

1.1 產品意象風格

基于企業文化的產品造型意象風格設計步驟如下：

(1) 產品分析。收集企業相關產品圖片，結合企業文化及理念，生成產品意象風格語義詞集合。征集被測者，填寫調查問卷。

(2) 感性認知關鍵詞確定。采用因子分析法分析問卷結果，根據最大特征值和貢獻度選出有代表性的意象語義詞匯，作為企業文化特征的感性認知關鍵詞。

(3) 量化評價。運用語義差異法對樣本的產品風格意象進行量化評價，得到各樣本與企業感性認知關鍵詞的契合程度。為后續綜合評價提供數據支撐。

1.2 美度意象指標

界面美度評價通過計算按鍵、屏幕等部分的具體排布，能夠更為客觀、具體地反映界面元素布局的美學特征。本文采用平衡度、整體度、簡潔度 3個美度意象因子作為評價指標。計算方法參考文獻[10]。

1.3 績效功能評估

在績效測評中，主要由完成任務時間、按鍵點擊效率、出錯次數3個具體的指標量化得出。其中按鍵點擊效率為達到最終目的的最優按鍵次數與實際按鍵次數之比值，出錯次數為被試者在任務過程中的按鍵錯誤次數。

2 模糊層次分析評價

通過對逼近理想解法、灰色關聯度法、模糊層次分析法進行對比研究，本文選用模糊層次分析法，利用三角模糊數的函數特性，解決了用戶操作時間、出錯次數等指標的數值大小和結果優劣程度成反比的問題。模糊層次分析法的具體操作步驟參考文獻[11-12]。

3 實例驗證

本文以某企業健身車界面設計為例，如圖2所示，且對6個樣本進行評估。

圖2 健身車界面設計樣本

3.1 意象風格評價

收集企業現有產品圖片，結合企業文化理念，得到意象詞集合。征集30名用戶采用語義差異法[13]對圖片的意象風格進行問卷調研。運用SPSS軟件對結果進行處理，挑選因子中貢獻度較大的形容詞對，最終得到目標形容詞對為幾何-有機、輕巧-厚重、大眾化-獨特、數據中因子負荷量均為正相關。樣本的語義差異評估結果見表1。

表1 意象風格評價結果

對樣本進行評估后，得分越大的樣本越接近有機、厚重、獨特的產品意象風格，即越貼近企業文化，則具有更明顯的產品識別效應。

3.2 界面美度評價

為避免其他因素對界面美度產生干擾，規范美度評價標準，對樣本中的顯示屏、按鍵、揚聲器、USB接口等進行圖形抽象提取。利用公式對其進行平衡度、整體度、簡潔度計算，結果見表2。

表2 美度評價結果

3.3 績效功能評估

征集30名用戶對樣本績效進行實驗評估，為了得到較真實的用戶操作反饋，采用Axure軟件對樣本進行交互界面還原，得到高保真人機操作界面原型。為減少因尺寸造成的實驗誤差，實驗操作在與原樣本模型1∶1的觸摸顯示屏中完成。樣本績效測試結果見表3。

表3 績效評價結果

通過實驗發現，被測者在尋找播放、確認、返回等按鍵時會使用較長時間，可運用色彩差別提高識別速度。樣本3在方向鍵的選擇中耗時較長且發生出錯次數較多，因此方向鍵按照其對應位置呈環形排布對使用者的識別具有明顯視覺輔助作用。開關機鍵在界面中具有重要作用，但在實際操作中的按鍵次數較少，可以考慮增大其按鍵尺寸，在排布位置上置于左側或中部，將右側操作便捷區域留給操作頻率較高的按鍵。

3.4 模糊層次評價

(2) 隸屬度轉換。意象風格采用式(1)所示的隸屬函數計算，美度評價無需轉換。表4為績效功能的轉換隸屬函數。將3個因素的評價結果運用三角函數均轉換為[0,1]之間的數值，結果見表5。

表4 績效隸屬函數

表5 隸屬度轉換結果

將隸屬度轉換結果轉換為模糊數，得到模糊評價矩陣，代入權重得到樣本最終分數，即

對結果矩陣去模糊化處理，并對6個樣本進行排序，結果見表6。

表6 去模糊化與最終排序

樣本評價的排序為：樣本4>樣本2>樣本1>樣本5>樣本6>樣本3。

4 結束語

(1) 本文提出了多因素融合的健身器材界面評價方法，在現有的界面評價體系中融入企業文化理念，提高產品識別效應。

(2) 在績效測評環節引入了Axure軟件，提取按鍵與屏幕，還原操作界面原型，并采用與原界面模型1∶1的觸屏顯示屏進行用戶操作實驗，真實反饋用戶實驗行為，節約了樣本模型設計的成本，提高虛擬實驗的精確性。

(3) 通過對某企業樣本界面設計的研究，明確了企業產品的意象風格，界面元素的排布規律以及人機績效的設計要素，為企業的其他相關產品設計提供了參考依據。

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Research on Evaluation Method of Human-Machine Interface of Fitness Equipment Based on Multi-factor Fusion

ZHAO Cai-yun1, LI Juan-li1, REN Jia-jun1, XUE An-hu2

(1. School of Mechanical and Transportation Engineering, Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024, China; 2. Shanxi Orient Health Industry Limited by Share Ltd, Changzhi Shanxi 046000, China)

In order to optimize the human-machine experience of interface operation of fitness equipment and strengthen the integration of interface modeling and corporate culture, a multi-factor integration evaluation method of human-machine interface of fitness equipment is proposed. Firstly, a method based on semantic difference, beauty evaluation formula and user test were combined to evaluate the three indicators of samples, including product image style, layout beauty and human-machine performance. Then the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) is employed to realize the optimal decision-making of multi-objective intentional downward scheme. Finally, the interface design of a corporate exercise bike is taken as an example to verify the feasibility of this method in multi-objective decision making. Experiments show that this method not only optimizes user experience, but also improves the brand recognition of products providing a reliable scientific basis for designers.

human-machine interface; multi-factor-integrated; fitness equipment; fuzzy analytic hierarchy process; factor analysis; aesthetic evaluation; performance evaluation

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019050932

A

2095-302X(2019)05-0932-04

2019-05-06；

2019-07-16

山西省研究生教育改革研究課題(2017JG30)；山西省科技重大專項(20131101002)

趙彩云(1994-)，女，山西大同人，碩士研究生。主要研究方向為產品造型設計與人機工程學。E-mail：935352011@qq.com

李娟莉(1979-)，女，山西壽陽人，副教授，博士，碩士生導師。主要研究方向為產品造型設計與人機工程學。E-mail：lijuanli@tyut.edu.cn