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作者：谢伟，辛向阳，丁静雯 （江南大学 设计学院） 摘要：产品人机界面交互设计的目的是为了提高产品的可用性，而传统的产品设计中关于可用性和用户体验的测量方法和评估标准存在着一定的差异。文中提出基于眼动测试的产品无意识认知评估方法，并根据以人为中心的设计理念，结合无意识认知理论的研究成果，构建了产品的无意识认知交互设计流程。以一款电饭煲人机界面为例，采用眼动试验对其进行基于无意识认知评估的改良设计，并通过对改良方案的可用性和用户体验评估验证了该方法的有效性，为建立能同时满足可用性和用户体验的一致性评估方法提供了新的方向。 关键词：产品设计；人机界面；眼动测试；无意识认知；可用性；用户体验 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-2354（2015）12-0110-06 Interaction design of product HMI based on eye tracking testing XIE Wei，XIN Xiang-yang，DING Jing-wen （School of Design，Jiangnan University，Wuxi 214122） Abstract：The purpose of interaction design of product HMI is to improve product usability， there exists difference between the testing method and assessment standard on the usability and user experience in traditional product design． The product unconscious cognitive assessment method based on eye tracking experiments was proposed， Combined with achievements of unconscious cognition theories， the unconscious cognition interactive design process was presented according to the humancentered idea． Taking the HMI of a rice cooker as example， improved design based on unconscious cognitive assessment was carried out by eye tracking experiments． When the validity of unconscious cognition interactive design was proved through usability and user experience assessment， a new direction for establishing a consistent assessment method which can meet demands on usability and user experience was put forward． Key words：product design；HMI；eye tracking testing；unconscious cognition；usability；user experience * 收稿日期：2015-07-20；修订日期：2015-08-26 基金项目：国家社会科学基金资助项目（12BG055）；产品创新与文化理论及创新方法研究资助项目（2015JDZD03）；江苏省高校哲学社会科学研究资助项目（2014SJD342）；江南大学自主科研计划重点资助项目（2015JDZD13）；2013 年度江南大学校内自主科研计划－青年基金资助项目（JUSRP1079） 产品界面是用户与产品传递和交互信息的媒介［1］。用户通常通过与产品界面进行信息交互来了解产品的功能并使用产品。因此，产品人机界面的交互设计直接关系到产品设计的成功与否［2］。为衡量产品界面设计的优劣，评估是设计流程中必不可缺少的环节。以往以人为中心的设计大都采用基于外显行为测量的可用性或用户体验评估方法［3－7］。由于传统的可用性和用户体验存在概念和方法上的差异， 导致设计评估标准缺乏一致性［8］。基于无意识认知的眼动测试为建立一个有效的、一致性的产品界面评估方法提供了契机。文中通过剖析可用性、用户体验和无意识认知之间的关系，结合以人为中心的设计思想， 构建了无意识认知交互设计流程。由于眼动测试可发现主观报告中所不能显示的无意识认知心理过程［9］，因此，眼动测试被认为是一个较为有效的无意识认知评估方法。以一款电饭煲人机界面为例， 采用眼动试验对其进行基于无意识认知评估的改良设计，得到设计方案，并通过对设计方案的可用性和用户体验评估验证了方法的有效性。 1 无意识认知交互设计 产品交互设计的目的就是要达到可用性目标和用户体验目标［10］，一个满足可用性目标的设计体现为用户行为的高效， 而满足用户体验目标的设计则会让用户产生更多的良好情感体验。 现代认知心理学研究发现，人脑存在一个快速、自动、无需花费很多脑力并受情感和习惯支配而不受意识控制的无意识认知系统［11－14］。大量科学研究［15－19］证明，人类高效、情感化的行为正是人脑无意识认知系统的加工结果。因此，可用性和用户体验的最终目标就是让用户对信息进行无意识地认知和加工， 也即交互界面设计的最终目标。图1 给出了可用性、用户体验与无意识认知的逻辑关系。
根据上述内容，无意识认知交互设计可定义为：为达到无意识认知目标而进行的一切交互设计活动。 2 无意识认知交互设计流程 2010 年国际标准化组织认定［20］，一个以人为中心的交互设计应符合以下基本原则：（1）设计应充分考虑使用者及其任务需求和使用环境；（2）用户应参与到整个设计流程中；（3）应通过以人为中心的评估方法不断完善设计；（4）整个设计过程是迭代的；（5）设计应考虑用户的所有感受和体验；（6）设计团队应具备多学科知识背景和技术。根据以人为中心的交互设计原则，结合无意识认知设计理念， 得到基本的无意识认知交互设计流程，如图2 所示。
该流程与其他以人为中心的设计过程区别在于采用了无意识认知评估取代了传统的基于主观报告的可用性和用户体验的评估。 3 无意识认知眼动评价指标 在产品的无意识认知交互设计流程中， 无意识认知评估是最重要的环节。眼动被认为与人脑的认知加工是一致的［21］，是有效的无意识认知测量方法。 根据认知心理学研究发现， 视觉信息加工过程中存在两个阶段， 即早期的前注意阶段和后期的集中注意阶段［22－24］。前注意阶段进行无意识的平行加工，不受意识支配，眼跳能迅速指向目标物；集中注意阶段是有意识参与的系列加工，受意识控制，相比前注意阶段缓慢。前注意加工可在200～250 ms 内快速完成视觉信息搜索［25］。由于眼动测试中首次注视时间（Time to first fixation）可精确地测量从试验开始到第1 个注视点进入兴趣区所用的时间，即用户真正搜索的时间，被认为是反映前注意阶段无意识认知加工相对最有效的指标［26－27］。因此在无意识认知设计流程的评估阶段， 设定首次注视时间为250 ms，作为设计是否达到无意识认知的评判指标。 4 设计应用 将无意识认知交互设计流程应用于美的MBWFS4017TM型号智能电饭煲交互界面（图3）的改良设计中， 通过对用户进行眼动测试作为无意识评估方法来不断迭代改进产品界面， 最终获得了符合无意识认知目标的改良界面设计方案。为不同认知阶段的界面元素能有效吸引用户的无意识注意， 该界面采用了以LED 灯光交互的方式，当完成当前层级任务，下一层级任务的灯光即亮起，因此，每个步骤突显的层级按钮都有所不同。同时，根据美的品牌理念，采用整体追随界面的造型， 最终获得的电饭煲界面改良设计方案效果如图4 所示。
图4 改良设计后的电饭煲界面方案 4．1 眼动试验 4．1．1 试验设计 根据测试任务要求， 将设计好的高保真原型界面（分辨率102 4×768）分解成6 张对应的实际认知步骤图片，每张图片都设有1 个兴趣区（Area of Interest，AOI）， 每个AOI 都对应了实际任务中的主要认知加工区，分别为：AOI＿1（开始）→AOI＿2（煮粥）→AOI＿3 （预约时间）→AOI＿4（小时）→AOI＿5（分钟）→AOI＿6（运行）。 被测试的用户20 名，均为在校大学生，男女各占50％，年龄平均为20．5 岁，色觉正常，右利手，裸眼或矫正视力正常，以往没有使用过该型电饭煲经验，也从没参加过类似试验。 试验仪器采用TobbiX120 型眼动仪和482．6 mm（19 inch）戴尔电脑组成的桌面视线追踪系统，采样频率为60 Hz，其余参数系统默认设置。 试验为单因素被试内设计。自变量为IAOI，为6 个水平，从IAOI＿1～IAOI＿6，代表6 个不同的认知加工步骤。因变量为被测试者操作的正确率、反应时及眼动指标。 4．1．2 试验过程 试验前，被测试者先阅读测试电饭煲界面说明书，了解电饭煲各操作功能， 直到能向主测试者说明各个功能键作用为止。然后告知被测试者需要完成的任务。在被测试者熟悉了整个试验流程和操作之后， 进入眼动实验室进行测试，被测试者根据实际任务步骤，通过用鼠标点击对应图片中的操作按钮来切换图片， 直至结束。系统自动记录下行为和眼动数据。眼动试验结束后采用10 点等距量表让被测试者对测试的界面进行 满意度打分。 4．2 测试结果分析 以上只是迭代设计过程中的一个实例， 为验证最终通过无意识评估获得的界面设计方案的有效性，将设计方案测试获得的数据与原电饭煲界面的测试数据进行了比较分析。尽管改良设计方案测试与原产品测试在操作方式、用户体验等方面或许存在一定差异，但针对认知过程的效率评估仍然是有效的［28］，并且能弥补真实产品测试受环境影响较大的缺陷。比较分析主要从3 个层面展开：首先是无意识认知评估，主要从无意识眼动测试结果来比较设计方案和原有的产品界面是否满足首次注视时间≤250 ms。此外，无意识认知评估可同时满足可用性和用户体验评估标准，因此，从产品界面是否能同时满足可用性和用户体验评估也可验证无意识评估的有效性。 4．2．1 无意识认知评估 界面改良设计方案和原产品界面的平均首次注视时间如表1 和表2 所示。表1 和表2 中的兴趣区代表了认知步骤。 表1 界面改良设计方案的平均首次注视时间
对表1 进行独立样本t 检验， 各兴趣区与无意识首次注视时间（标准值为250 ms）无显著差异（所有P＞0．05）， 这说明最终界面的设计方案符合无意识认知评估标准。 对表2 进行独立样本t 检验， 各兴趣区与无意识首次注视时间（标准值为250 ms）存在显著差异（所有P＜0．05），这说明原产品界面的设计不符合无意识认知评估标准。 首次注视时间反映了设计元素捕获注意的难易程度。测试结果表明，最终界面的设计元素在认知步骤上比原产品界面更能无意识地吸引用户的注意力。 4．2．2 可用性评估 可用性量化评估一般通过测量用户执行操作的正确率和反应时来评估产品使用的方便性和高效性［29］。此外， 眼动测试的热点图由于可直观地显示用户对界面的关注程度， 也被经常用于评估产品界面的可用性水平。 （1）操作的正确率和反应时。被测试者在设计方案界面和原产品界面上执行操作的平均正确率和反应时如表3 所示。 表3 平均正确率和反应时
总之，从被测试者行为分析的结果来看，改良后的界面设计在可用性上要优于原产品界面。 （2）眼动热点图。热点图使用不同颜色来展示被测试者在某个区域的视觉停留时间。红色表示注视时间最长的区域，绿色较短。通过热点图可直观了解被测试者的认知加工方式， 从而判断界面设计的合理性。图5、图6 给出了原产品和改良设计后的界面测试热点图。 图5 原产品界面的热点图
测试结果表明， 原产品界面中的红色热点区域有多个，且并不完全集中在认知区。相反，改良设计后的界面中的热点区较集中， 且大都集中在操作模块上，与认知步骤一致。这说明对于原产品界面，由于设计的不合理性导致了被测试者关注点分散，干扰了正常操作步骤的速度。而改良后的界面通过LED 灯突显当前的操作步骤， 改善了无关界面元素对当前操作步骤的干扰， 从而加快了当前的认知速度。该结果很好地解释了可用性评估在行为测试结果上的差异。 4．2．3 用户体验评估 一般情况下， 用户体验评估主要是对用户使用产品过程中的情感体验测量。传统的情感测量大都采用量表进行，而量表法获取的是被测试者的主观数据。当前越来越多的研究发现， 瞳孔直径大小的测量值可作为客观数据来评价用户的情绪状态， 例如： 有研究显 示， 正常人在积极愉快情绪下的瞳孔直径大于情绪平静时候的瞳孔直径［30］［3］。相反，也有研究显示，在因悲伤、疼痛引起的负面情绪影响下的瞳孔直径小于平静状态下的瞳孔直径［31－32］［3］。瞳孔大小应用于用户体验的评估可弥补量表主观测评的不足。 （1）瞳孔大小测评。改良界面和原产品界面在测试任务中用户平均瞳孔直径的大小如表4 所示。 表4 用户平均瞳孔直径大小
（2）量表测评。试验后，被测试者对产品界面进行了主观满意度评分，评分采用的是等距10 点量表（1～10 分），1 分代表最差，10 分代表最好。表5 给出了被测试者对两种不同界面的平均满意度评分。 表5 满意度评分
综合所有分析结果， 通过眼动无意识认知评估获得的界面设计方案比原产品界面有更好的可用性和更满意的用户体验。这也证明了眼动评估方法在产品界面的无意识认知交互设计中的有效性。 5 结论 基于无意识认知的眼动评估方法满足了以往传统的可用性和用户体验的评估标准， 为建立系统的人机交互科学理论和方法提供了新的方向。 以无意识认知交互设计理论为核心构建了无意识认知交互设计流程。采用眼动评估方法对智能电饭煲交互界面进行了无意识认知改良设计， 最后通过可用性和用户体验评估方法验证了眼动测试在产品界面无意识认知交互设计中的有效性。 基于无意识认知的眼动评估方法具有良好的适用性和通用性， 也可应用到其他更为复杂的产品界面设计中，如各类机电装备的复杂人机操作界面等。未来有必要在这些领域进行更多的应用来不断完善和发展无意识认知交互设计方法。 参考文献 ［1］ Jacob，Robert J K． Elements of next-generation non-WIMP user interfaces ［C］//Graphics Interface 2001，Ottawa，2001：235－235． ［2］ Jef Raskin． 人本界面：交互式系统设计［M］． 史元春，译．北京：机械工业出版社，2011． ［3］ 刘颖． 人机交互界面的可用性评估及方法［J］． 人类工效学， 2002，8（2）：35－38． ［4］ Nielsen J． How to conduct a heuristic evaluation ［EB/OL］．http：//www.useit.com/papers/heuristic/heuristic-evaluation.html，1995－01－01． ［5］ Richardson D J． Cognitivewalkthrough［EB/OL］． http：//www.ics.uci.edu/djr/classes/ics121/Presentation HTML/Topic6/sld010．html，2001－10－08． ［6］ Robert A，Virzi． Usability Inspection Methods［C］//Handbook of Human ComputerInteraction（2nd），Amsterdam，The Netherlands，1997：705－714． ［7］ Law E，Roto V，Vermeeren A P O S，et al． Towards a shared definition of user experience［C］//Proceeding of the Twentysixth Annual CHI Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems-CHI′ 08，Florence，2008：2395－2398． ［8］ Homas Baekdal． The battle between usability and user-experience ［EB/OL］． http：//www.baekdal.com /articles/usability/usability-vs-user-experience-battl，2006－06－19． ［9］ 谢伟，辛向阳，胡伟峰． 产品设计中用户的内隐测量方法研究现状［J］． 机械设计，2015，32（2）：105－110． ［10］ Preece Jennifer，Rogers Yvonne，Sharp Helen． Interaction design beyond human computer Interaction［M］． New York：John Wiley ＆ Sons Inc，2002． ［11］ Sloman S A． The empirical case for two systems of reasoning［J］． Psychological Bulletin，1996，119（1）：3－22 ［12］ Kahneman D． A perspective on judgment and choice： mapping bounded rationality ［J］． American Psychologist，2003，58（9）：697－720． ［13］ Dijksterhuis A，Nordgren L． A theory of unconscious thought［J］． Perspectives on Psychological Science，2006，1（2）：95－109． ［14］ Evans J S T． In two minds：dual-process account of reasoning［J］． Trends in Cognitive Sciences，2003，7（10）：454－459． ［15］ Goel V，Dolan R J． Explaining modulation of reasoning by belief［J］． Cognition，2003，87（1）：11－22． ［16］ Nessler D，Mecklinger A，Penney T B． Perceptual fluency，semantic familiarity and recognition-related familiarity：an electrophysiological exploration［J］． Cognitive Brain Research，2005，22（2）：265－288． ［17］ Wang X T． Emotions within reason：resolving conflicts in risk preference ［J］． Cognition and Emotion，2006，20 （8）：1132-1152． ［18］ Berlin H A． The neural basis of the dynamic unconscious［J］． Neuropsychoanalysis，2011，13（1）：5-31． ［19］ Braisby Nick，Angus Gellatly． Cognitive psychology ［M］．Oxford：Oxford University Press，2012． ［20］ ISO 9241-210—2010 Ergonomics of human-system interaction-part 210：human-centred design for interactive systems［S］． ［21］ Just M A，Carpenter P A． A theory of reading：from eye fixations to comprehension ［J］． Psychological Review，1980，87（4）：329－354． ［22］ Treisman A M，Gelade G． A feature-integration theory of attention［J］． Cognitive Psychology，1980，12（1）：97－136． ［23］ Humphreys G W，Cinel C，Wolfe J，et al． Fractionating the binding process：neuropsychological evidence distinguishing binding of form from binding of surface features ［J］． Vision Research，2000，40（12）：1569－1596． ［24］ Friedman-Hill S，Robertson L C，Treisman A． Parietal contributions to visual feature binding：evidence from a patient with bilateral lesions ［J］． Science，1995，269 （5225）：853 －855． ［25］ Healey C G，Enns J T． Large datasets at a glance：combining textures and colors in scientific visualization［J］． IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，1999，5（2）：145-167． ［26］ Irwin D E，Brockmole J R． Mental rotation is suppressed during saccadic eye movements［J］． Psychonomic Bulletin ＆Review，2000，7（4）：654－661． ［27］ Theeuwes J，Godijn R． Pratt J． A new estimation of the duration of attentional dwell time ［J］． Psychonomic Bulletin ＆ Review，2004，11（1）：60－64． ［28］ 戴均开，葛列众． 手机原型界面的可用性评估［J］． 人类工效学，2007，13（2）：13－15． ［29］ Rolf M，Joseph S D． Comparative usability evaluation（CUE-4）［J］． Behaviour ＆ Information Technology，2008，27 （3）：263－281． ［30］ Blackburn K，Schirillo J． Emotive hemispheric differences measured in real-life portraits using pupil diameter and subjective aesthetic preferences［J］． Brain Res，2012，219（4）：447－455． ［31］ Bradshaw D H，Donaldson G W，Jacobson R C，et al． Individual differences in the effects of music engagement on responses to painful stimulation［J］． The Journal of Pain，2011，12（12）：1262－1273． ［32］ Bradshaw D H，Chapman C R，Jacobson R C，et al． Effects of music engagement on responses to painful stimulation ［J］．The Clinical Journal of Pain，2012，28（5）：418－427． 作者简介：谢伟，系江南大学设计学院副教授，用户体验与认知科学实验室负责人。2012年6月华东师范大学心理信息工程专业博士毕业，2010年英国伯明翰大学联合培养博士生，2011年成为英国伯明翰大学荣誉研究员，与认知神经心理学家Glyn Humphreys教授从事视觉认知与分类决策方面的研究。留学期间，与Glyn Humphreys教授一起创造了研究意识和无意识决策的新范式。 |
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