光標控制設備和目標方向對指點績效的影響

摘 要：【目的】探究不同光標控制設備和目標方向對指點績效的影響，旨在提高人機交互效率。【方法】基于ISO 9241-9國際標準設計多目標方向指點任務，邀請30名被試參與實驗，獲取被試使用普通鼠標、拇指式軌跡球、嵌入式滾球鼠標的反應時、正確率和主觀評分。【結果】使用三種光標控制設備的正確率無顯著差異，反應時存在顯著差異；目標方向對正確率無顯著影響，對嵌入式滾球鼠標反應時有顯著影響。【結論】①在進行交互界面圖標位置設計時，使用拇指式軌跡球交互優先考慮水平向左方向（180°）；使用嵌入式滾球鼠標時，優先考慮垂直向下方向（270°）。②在用戶疲勞度方面，拇指式軌跡球的使用最為輕松。③在進行簡單人機交互任務時，使用普通鼠標優于拇指式軌跡球和嵌入式滾球鼠標。

關鍵詞：光標控制設備；目標方向；指點績效；ISO 9241-9；人機交互

中圖分類號：X914；R135；C976.2 "文獻標志碼：A " 文章編號：1003-5168（2024）12-0009-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.002

Impact of Cursor Control Devices and Target Orientation on Pointing Performance

LEI Yuqian " "ZHENG Yanfang " "XIANG Lu " LI Zhaoxin " ZHANG Zijing

（School of Safety amp; Management "Engineering， Hunan Institute of Technology，Hengyang "421102，China）

Abstract：[Purposes] This paper investigates the effects of different cursor control devices and target directions on pointing performance， aiming to improve the efficiency of human-computer interaction. [Methods] Based on ISO 9241-9， we invited 30 subjects to participate in the experiment， and obtained the reaction time， correctness rate， and subjective scores of the subjects using a normal mouse， a thumb trackball， and an embedded rolling ball mouse. [Findings] There was no significant difference in the correct rate of pointing when using the three cursor control devices， and there was a significant difference in reaction time. The target direction had no significant effect on the correct rate but a significant effect on the response time of the embedded ball mouse. [Conclusions] ①When designing the icon position of the interaction interface， the horizontal leftward direction （180°） is prioritized when using the thumb trackball interaction; the vertical downward direction （270°） is prioritized when using the embedded rollerball mouse. ② In terms of user fatigue， the thumb-based trackball is the easiest to use. ③When performing simple human-computer interaction tasks， the use of an ordinary mouse is superior to the thumb trackball and the embedded ball mouse.

Keywords：cursor control devices; target orientation;pointing performance; ISO 9241-9;human-computer interaction

0 引言

鼠標作為圖形用戶界面最常用的指點輸入裝置，是人機交互的重要載體。在一些特殊環境，如船舶、潛艇等界面人機交互任務中，普通鼠標可能難以勝任，于是拇指式軌跡球，嵌入式滾球鼠標則成為可以考慮采用的指點裝置［1］。

目前，大多數研究主要集中在觸屏、普通鼠標、拇指式軌跡球、觸控板和視線指點等對指點績效的影響，而嵌入式滾球鼠標的影響還屬未知。例如，Card等和張彤以鼠標為研究對象，對其指點績效展開研究［2-7］。鄭彎彎［8］以觸摸屏為實驗設備，探討了指點績效的影響 。Thomas［9］對雙桿操作系統、觸控板、觸摸屏和軌跡球的指點績效進行了比較。康春燕等［10］對觸屏、鼠標、觸控板和視線指點的指點操作時間展開了研究。王春慧等［11］研究了鼠標、雙通道眼手交互界面輸入模式、觸摸板和注視交互界面輸入模式這四種交互界面輸入模式的指點績效 。Chen等［12］ 的研究評估了沉浸式虛擬現實 、鼠標和觸屏的指點任務操作績效。Jones 等［13］評估了在指點任務中使用遙控指點和鼠標的情況。而光標控制設備作為影響指點績效的主要因素，對其展開進一步的研究尤為重要。

目標方向也是影響指點績效的因素之一，但現有研究中研究結果并不一致。比如，Card等［2］和Kotani等［6］研究發現目標方向不存在主效應。但是，Boritz等［14］研究發現水平向右方向的移動速度比垂直向下方向更快。Mackenzie等［15］研究發現右上方向的運動速度明顯慢于水平向右和垂直向上方向。基于此，本研究關注光標控制設備和目標方向對指點績效的影響，基于任務反應時和正確率指標對指點裝置的效能進行評估，并結合被試的主觀感受進行比較分析，以期為用戶合理選擇光標控制設備等方面提供理論支持。

1 方法

1.1 被試

試驗招募30名本科在校生（男15名，女15名），被試平均年齡為21.2±1.2歲，無色盲色弱，身心健康，手部操作正常，慣用手為右手。

1.2 儀器設備

①E-prime3.0，編制試驗程序，呈現試驗任務。

②戴爾DESKTOP-NFMFBKA筆記本電腦（分辨率：1920*1080），呈現試驗界面。

③光標控制設備：英非克M6P鼠標、羅技M575鼠標軌跡球、研龍HS050嵌入式滾球鼠標，具體如圖1所示。

④EV錄屏軟件，錄制試驗過程，用于確認被試按鍵位置。

1.3 試驗設計

試驗采用3×8兩因素被試內設計。自變量為光標控制設備（普通鼠標、拇指式軌跡球、嵌入式滾球鼠標）和目標方向（0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°）。因變量為正確率、反應時和主觀評分控制。變量的設置：目標大小48像素［16］、目標距離600像素［17］。本研究基于ISO 9241-9國際標準設計多目標方向指點任務和用戶調查問卷［18］。試驗過程中，被試依次點擊黑色實心圓與灰色實心圓，構成一個試次，灰色實心圓隨機出現在圓周的8個不同位置方向上。 指點任務界面示意如圖2所示。

1.4 試驗流程

被試坐在試驗桌前，身體正對電腦屏幕，距離60 cm左右。練習階段，被試練習16個試次以熟悉實驗任務且達到 80%以上的正確率。練習結束后，被試需要在正式實驗中完成 40 個試次的指點任務。試驗結束后，第一時間要求被試填寫調查問卷，并保存被試數據。

問卷，并保存被試數據。

1.5 數據分析與處理

采用E-Prime中的數據合并模塊E-Merge整合試驗收集的數據，使用重復測量方差分析對數據進行統計學分析。試驗數據使用SPSS19.0進行分析，顯著性水平為 0.05。

2 結果

2.1 光標控制設備對指點績效的影響

光標控制設備反應時之間存在顯著差異，plt;0.001。成對比較的結果表明，普通鼠標指點的反應時顯著小于其他兩種條件，plt;0.01；拇指式軌跡球指點的反應時顯著小于嵌入式滾球鼠標，plt;0.01。對于正確率，不同交互方式之間均無顯著差異，pgt;0.05。

2.2 目標方向對光標控制設備指點績效的影響

對于正確率，8種目標方向在三種設備下的主效應均不顯著，pgt;0.05。對于反應時，在普通鼠標指點任務下，不同方向下的主效應不顯著，pgt;0.05；在拇指式軌跡球指點任務下，不同方向下的主效應不顯著，pgt;0.05；在嵌入式滾球鼠標指點任務下，不同方向下的主效應顯著，plt;0.05。

目標方向在不同光標控制設備下的反應時見表1，拇指式軌跡球和嵌入式滾球鼠標反應時兩兩比較結果見表2。由表1和表2可知，對于拇指式軌跡球，45°和225°方向反應時顯著反應時大于180°。對于嵌入式滾球鼠標，0°方向反應時顯著小于135°和225°； 45°方向反應時顯著小于135°和225°，但顯著大于270°；90°方向反應時顯著小于135°和225°；135°方向反應時除與225°不顯著外，均顯著大于其他方向； 180°方向反應時顯著小于135°和225°，顯著大于270°；225°方向反應時除與135°無顯著差異外，均顯著大于其他方向；270°方向反應時除與0°和90°無顯著差異外，均顯著小于其他方向；315°方向反應時顯著小于135°和225°，顯著大于270°。

2.3 問卷調查結果分析

普通鼠標、嵌入式滾球鼠標和拇指式軌跡球的Cronbach's Alpha 系數分別為0.71、0.707和0.659，在信度檢驗中，0.6～0.8表示信度較好［19］。三種鼠標的KMO值分別為0.705、0.770、0.657，均大于0.5。因此，本試驗調查問卷的信度和效度狀況良好。

不同維度下主觀評分雷達圖如圖3所示。除了問題4是分值越高評價結果越好，其余問題則相反。總體使用感受為普通鼠標最好，拇指式軌跡球次之，嵌入式滾球鼠標最差。但在用戶疲勞度方面，拇指式軌跡球的使用最為輕松。

3 討論

本研究基于反應時、正確率和主觀評分發現，光標控制設備和目標方向對正確率均無顯著影響。通過分析可知，可能是由于在試驗設計時未設置時間壓力，使被試有足夠的時間作出反應，從而導致正確率差異不明顯。而三種設備反應時之間存在的顯著差異為普通鼠標lt;拇指式軌跡球lt;嵌入式滾球鼠標。

本研究結果發現目標方向對普通鼠標反應時無顯著影響，與Lee［20］研究得出的結論不一致。導致差異的原因可能為：①目前普通鼠標在人體工學設計上已經更加符合人的生理特性，靈敏度高。②被試為青年群體，對普通鼠標的使用較頻繁，熟練程度高。拇指式軌跡球水平向左方向運動快于左對角線方向（45°和225°），這與Yau［21］研究結論相一致。綜上可以得出：水平向右（0°）和垂直方向（90°和270°）運動速度最快；水平向左、右上和右下方向次之；左上和左下最差。

基于正確率和反應時繪制目標方向二維散點圖。反應時越低、正確率越高，代表該目標方向指點績效越好，即為最佳位置。普通鼠標目標方向無差異，無須考慮，只考慮拇指式軌跡球和嵌入式滾球鼠標下的目標方向指點績效，如圖4和圖5所示。

由圖4、圖5可知，對于拇指式軌跡球，水平向左方向（180°）下指點績效最優，對于嵌入式滾球鼠標，垂直向下（270°）指點績效最優；拇指式軌跡球和嵌入式滾球鼠標，左下（225°）方向的指點績效最差，其原因是受到生物力學的影響。被試在向225°方向移動時，手指滑動滾球為逆方向，從而產生一定阻力。

最后，從舒適度、疲勞度、可用性等維度對光標控制設備進行評價，發現總體使用感受為普通鼠標最好，拇指式軌跡球次之，嵌入式滾球鼠標最差。但在用戶疲勞度方面，拇指式軌跡球的使用最為輕松，這與王碧英［22］得出的結論是一致的。

4 結論

①綜合正確率和反應時，使用拇指式軌跡球交互可以優先考慮水平向左方向（180°）；使用嵌入式滾球鼠標進行交互時，優先考慮垂直向下方向（270°）。

②在用戶疲勞度方面，拇指式軌跡球的使用最為輕松。因此，對于需要頻繁操作界面的作業人員，可以考慮使用拇指式軌跡球以減輕疲勞，提高人機交互效率。

③普通鼠標指點的反應時顯著小于其他兩種條件。因此，在進行簡單人機交互任務時，普通鼠標的指點績效高于拇指式軌跡球和嵌入式滾球鼠標。

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