圖標風格、復雜程度及任務難度對工業圖標視覺搜索的影響

張科,吳曉莉,2,王小妍

(1.河海大學機電工程學院，人因與信息系統交互實驗室，江蘇常州 213022;2.南京理工大學設計藝術與傳媒學院，南京 210094)

1 引言

隨著工業化信息系統的巨大化與復雜化，操作員需要從界面的巨量信息中快速分辨出目標信息，工業系統圖標信息呈現的優劣，決定著操作員的視覺搜索效率。本文從工業圖標的信息特征層面出發，以視覺標記為理論基礎，展開以信息特征為因素的工業系統圖標視覺搜索實驗，探究最優的圖標呈現形式，提高操作員視覺搜索效率。

國內外現有研究中，對圖標的研究提供了一些方法。Isherwood[1]發現用戶對圖標的理解、設計師打算傳達的意義以及圖標功能之間的關系對于確定圖標的可用性至關重要。Lim等[2]對圖標設計的顏色選擇進行了實驗，以探索更好的圖標色彩組合。孫陽等[3]通過分析警示標識中的圖形、色彩等元素及其語義，探討視覺語義在警示標識設計中的運用。彭寧玥等[4]采用視覺搜索實驗范式，比較不同特征推理條件對各測量指標的影響，得出語義詞引導下的目標搜索正確率最高。薛澄岐[5]提出數字界面圖標優化設計的指導準則。黃雅梅[6]發現線框粗細變化對用戶搜索績效有影響，用戶始終依據色彩特征進行信息搜索。金濤等[7]研究了警示性圖標在不同工作載荷下的認知機理，證明警示性圖標在有語義圖標實驗中的注意捕獲效應歸因于其本身攜帶的語義信息。張偉偉[8]等基于圖標語義及設計原則對天合光能生產線系統界面中的8個站點圖標進行設計，從顏色、形狀、背景3種圖標特征形式出發，對圖標設計時的形式選擇進行實驗研究。嚴寒[9]等針對國內外工業系統圖標進行指示性、安全性、色彩性等語義研究，分析了工業系統圖標符號語義與實體的具體關聯性。吳曉莉[10]等以信息特征及呈現方式作為變量，展開視覺搜索實驗，結果表明，圖標形態和信息呈現方式對視覺搜索均具有顯著性影響，凝視/掃視時間及路徑能夠反映圖標形態的復雜程度及信息呈現的難易程度。牛亞峰[11]等研究在不同時間壓力(4000 ms,2000 ms)、不同圖標數量(3個圖標,5個圖標,10個圖標)下的圖標記憶。李長春[12]等指出標志設計的圖形、色彩、形式等元素中需要注入心理情感的表達。

國內外現有研究中，視覺標記的研究成果為圖標視覺搜索提供了理論依據。Waston[13]等提出視覺標記是對先出現項目的位置做標記，這些位置受到抑制，從而使后出現的項目獲得優先選擇。郝芳[14]等從基于舊干擾物位置的抑制和基于舊干擾物的屬性特征的抑制兩方面系統地檢驗了基于抑制的視覺標記的解釋。Agter[15]等控制顏色變量，發現當新舊項目顏色相同時，探測位置效應沒有出現；當新舊項目顏色不同時，才出現探測位置效應，說明可能存在基于顏色的抑制。崔翔宇[16]等將預覽搜索任務和探測任務相結合，通過兩個實驗證明了預覽搜索中存在基于顏色的自上而下加工，一種是主要基于舊項目顏色的抑制定勢，另一種是基于靶子顏色的預期定勢。Atchley[17]等認為對后出現項目的優先選擇是通過標記先出現項目的位置、顏色、形狀和運動來實現的。崔菊麗[18]等以正五、六邊形為實驗材料，采用預覽搜索范式，發現圖形識別中存在預覽效應，且它是基于舊客體位置和顏色抑制共同作用的。Hodsoll[19]等在預覽搜索范式下考察背景線索效應，發現當舊項目和靶子存在某種特定的空間關系時，重復舊項目，出現預覽效應，說明抑制是基于舊項目的某種特性(如空間結構)，可能這種特性便于我們把所有的舊項目作為一個整體來處理。雷學軍[20]等以字母和數字為材料，考察了等亮度條件下新、舊項目的范疇關系對預覽搜索的影響，發現當舊項目為數字而靶子為字母時，產生了完整的預覽搜索效應；當舊項目為字母而靶子為數字時，也產生了部分預覽效應，證明預覽中產生了基于范疇的抑制。

國內外學者對圖標可視化以及視覺標記理論有了一定的研究基礎，但對于工業系統圖標的研究較少，視覺標記的研究也主要集中在實驗心理學領域，而在應用領域較少，尤其是在工業系統圖標上研究較少。本實驗為了解決工業系統圖標辨識度低的問題，探究工業圖標的不同特征對視覺搜索效率的影響，將預搜索實驗范式應用到工業系統圖標的分析上，以信息特征作為實驗變量，設計目標搜索任務，開展心理學行為反應實驗，探究最優的圖標呈現形式，提高操作員視覺搜索效率。

2 方法

2.1 實驗假設

本文以視覺標記理論為依據，根據預搜索實驗范式，在復雜信息界面進行目標搜索任務時，以圖標風格、復雜程度、任務難度作為變量，研究反應時間的變化。提出如下假設：

(1)在圖標風格上，2.5D圖標搜索效率優于扁平圖標；在復雜程度上，簡單圖標搜索效率優于復雜圖標；

(2)扁平特征受到的抑制強于2.5D特征，復雜特征受到的抑制強于簡單特征；

(3)在對不同數量級的圖標進行視覺搜索時，呈現的圖標越多，視覺搜索效率越低。

2.2 實驗設計

本實驗中，將提取具有代表性的工業信息特征，如圖1所示，選取天合光能產線控制系統的24個站點圖標，將圖標按照風格分為扁平圖標和2.5D圖標，按照復雜程度分為簡單圖標和復雜圖標。顏色是刺激材料設計的重要元素之一，選取當前系統所用圖標配色，白色為背景色，藍(RBG 29/44/101)、橙(RGB 212/94/23)2色作為圖標符號的常用色。

圖1 天合光能產線控制系統圖標分類

本實驗的自變量(刺激變量)分為3組，分別為圖標風格(扁平、2.5D),復雜程度(簡單、復雜)，任務難度(6級、9級、12級)。按照風格分為扁平圖標和2.5D圖標，扁平圖標具有簡潔的特點，分為線性圖標、面性圖標和線面結合圖標；2.5D圖標是介于扁平圖標與3D圖標之間的一種風格，具有扁平圖標的簡潔感和3D圖標的空間感。簡單圖標由較少的元素構成，表示簡單的設備及加工流程；復雜圖標由較多的元素構成，表示復雜的設備及加工流程。任務難度由搜索界面中出現的圖標總量決定，本實驗中設定了3種不同難度層級的搜索界面，圖標放置的數量分別為6個、9個、12個。

實驗因變量(反應變量)為被試的反應時間，實驗任務為規定時間內，在給定界面區域內尋找目標圖標，找到按“1”，未找到按“0”。本實驗采用2x2x3混合實驗設計，為保證實驗數據的可靠性，另外設置重復組，共24組實驗，實驗安排如表1所示。

表1 實驗安排

實驗流程：進入實驗，出現第一張實驗介紹界面，按任意鍵進入任務流程，首先出現目標圖標界面，3000 ms后出現遮蔽界面，1000 ms后出現干擾物界面，3000 ms后出現的任務搜索界面，任務搜索時間為5000 ms，找到按“1”，未找到按“0”， 至此一個任務流程結束，共有24個任務流程，實驗流程如圖2所示。

圖2 實驗流程

2.3 實驗設備與被試

該實驗在河海大學人因與信息系統交互實驗室進行，實驗設備為一臺像素顯示為1366(px)×768(px)，顏色質量為64位的計算機，實驗程序采用E-Prime編寫，將刺激材料導入計算機，設定目標靶子和任務材料，以及間隔時間。選取20名工科背景大學生作為被試，年齡在20～26周歲之間，平均年齡22周歲，無色盲、色弱等現象。矯正視力在1.0以上。

3 結果

首先刪除了被試中反應時超過5000ms的數據和未找到目標物的數據,刪除每個被試反應時平均數上下 3個標準差之外的數據,最后一共刪除了1.2%的數據。平均反應時間Levene檢驗中，平均反應時間方差無統計學差異(P=0.593,P>0.05)，可認為各組因變量誤差方差相等這一原假設成立，滿足方差齊性，可以進行下一步的方差分析，如表2所示。

表2 平均反應時間方差分析表

對圖標設計的三種不同變量因素進行反應時間的主體間效應檢驗可以看出，見表3所示，圖標風格的顯著性(P=0.003,P<0.05)表明圖標風格變化對反應時間具有顯著影響；復雜程度的顯著性(P=0.001,P<0.05)說明復雜程度變化對反應時間具有極顯著影響；任務難度的顯著性為(P=0.000,P<0.05)說明任務難度對反應時間具有顯著影響；三種變量因素兩兩交互(圖標風格與復雜程度交互：P=0.125,P>0.05；圖標風格與任務難度交互：P=0.616,P>0.05；復雜程度與任務難度交互：P=0.036,P>0.05)及三者交互(圖標風格、復雜程度、任務難度三者交互：P=0.161,P>0.05)時對反應時間的影響均不顯著。

表3 平均反應時間主體間效應檢驗分析表

通過控制變量分別對圖標風格、復雜程度、任務難度的反應時間進行比較。如圖3所示，通過控制變量對圖標風格的反應時間進行比較，在其它因素相同的情況下，2.5D風格圖標的反應時間均少于扁平圖標，說明在視覺任務搜索中，扁平圖標受到的抑制強于2.5D圖標；對復雜程度的反應時間進行比較，在其它因素相同的情況下，復雜圖標的反應時間均少于簡單圖標，說明在視覺任務搜索中，簡單圖標受到的抑制強于復雜圖標。如圖3所示，對不同圖標任務難度的反應時間進行比較，在其它因素相同的情況下，數量等級越高，任務難度越高，反應時間越長，說明視覺標記數量存在上限，新舊項目的比例越大，視覺搜索效率越低。

圖3 不同信息特征在各任務難度間反應時間

4 討論

圖標風格、復雜程度及任務難度對工業圖標視覺搜索的影響。

結合表1與圖3，通過對比組01和組04的實驗數據發現，在控制圖標復雜程度一定的情況下，2.5D圖標比扁平圖標視覺搜索效率高，表明目標物與干擾物在圖標風格的對比中，扁平圖標受到的抑制強于2.5D圖標。通過對比組03和組02的實驗數據發現，在控制圖標風格一定的情況下，復雜圖標比簡單圖標視覺搜索效率高。表明目標物與干擾物在圖標復雜程度的對比中，簡單圖標受到的抑制強于復雜圖標。

在任務界面空間中，扁平圖標具有抽象的特點，平面特征明顯，2.5D圖標具有具象的特點，立體特征明顯，操作員在進行視覺搜索時，空間感強的特征會抑制空間感弱的特征，在同一任務界面中，2.5D圖標空間感強，視覺搜索效率高。簡單圖標由較少的圖符構成，具有簡潔的特點，記憶點較少，復雜圖標由較多的圖符構成，具有復雜的特點，記憶點較多，操作員在進行視覺搜索時，記憶點多的特征會抑制記憶點少的特征，在同一任務界面中，復雜圖標記憶點多，視覺搜索效率高。

任務難度由目標界面的圖標總量決定，數量等級越高，新舊項目的比例越大，任務難度越高，圖標特征及圖標位置的抑制機制越不明顯，操作員在進行視覺搜索的反應時間越長，效率越低。

5 結論

(1)天合光能產線控制系統信息交互界面中，圖標風格、復雜程度及任務難度均對反應時間具有顯著影響，當圖標的圖標風格表現為“2.5D”、復雜程度表現為“復雜”時，反應時間最短，認知效率最高。

(2)視覺標記理論還存在基于特征的抑制機制，且扁平特征受到的抑制強于2.5D特征，簡單特征受到的抑制強于復雜特征。

(3)視覺對舊項目的位置及特征進行標記后，新項目的數量等級越高，新舊項目的比例越大，任務難度越高，特征及位置的抑制機制越不明顯，視覺搜索效率越低。

該實驗結論可以用于工業系統信息界面中，能夠為工業系統信息界面圖標優化提供依據，有利于提高操作員視覺搜索效率。