王偉偉 武桐

摘要：隨著數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，用戶長(zhǎng)時(shí)間使用可視化界面的情景變得越來(lái)越普遍，特別是對(duì)VDT（Visual Display Terminal）視疲勞患者而言，界面設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)辦公視覺搜索績(jī)效的影響日益顯著。色彩是數(shù)據(jù)界面設(shè)計(jì)的重要因素之一，基于此，文章采用眼動(dòng)追蹤技術(shù)，根據(jù)注視時(shí)間、注視點(diǎn)、熱點(diǎn)圖等眼動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合VDT視疲勞患者的主觀感受評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)，研究不同色彩對(duì)VDT視疲勞患者視覺體驗(yàn)的影響情況，并將相關(guān)結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程，提升VDT視疲勞患者在使用數(shù)據(jù)可視化結(jié)果時(shí)的搜索績(jī)效和視覺體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)界面;眼動(dòng)追蹤;VDT患者;視覺體驗(yàn);搜索績(jī)效

中圖分類號(hào)：TP393.092 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）19-000-05

近年來(lái)，數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于政府部門、企業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，已成為管理數(shù)據(jù)的有效工具。VDT（Visual Display Terminal）視疲勞指由于長(zhǎng)時(shí)間操作視屏顯示終端而引起的雙眼干澀、疼痛、視朦、頭痛、頸部及四肢麻等一系列眼部和全身癥狀[1]。在倡導(dǎo)無(wú)紙化辦公的大環(huán)境下，VDT視疲勞患者大幅增加，VDT視疲勞已對(duì)VDT作業(yè)人員造成嚴(yán)重困擾。金茹娜等人研究發(fā)現(xiàn)，在職醫(yī)護(hù)人員的VDT視疲勞發(fā)生率達(dá)52.3%[2]。大量的VDT視疲勞患者需要長(zhǎng)時(shí)間注視電腦端可視化界面，獲取圖表數(shù)據(jù)信息。良好的可視化界面設(shè)計(jì)可以提升VDT視疲勞患者的數(shù)字辦公體驗(yàn)，提高他們的工作效率和準(zhǔn)確性。

色彩是可視化界面視覺體驗(yàn)的基本要素，是決定人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵因素[3]。張德乾等通過(guò)計(jì)算機(jī)辨別字符反應(yīng)的方法，探索了448種目標(biāo)色—背景色具體匹配條件? 下的視覺辨別反應(yīng)時(shí)間，指出顏色視覺績(jī)效取決于前景色和背景色以及亮度水平的具體匹配[4]。宮勇通過(guò)視覺搜索實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加色彩數(shù)量會(huì)在一定程度上降低圖形符號(hào)的視覺搜索效率，而利用色彩拉大圖形符號(hào)之間的差異，則能大幅度提升圖形符號(hào)的視覺搜索效率[5]。馮紓等通過(guò)眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)得到，在1.0～3.5 lux光照條件下，低明度背景色人機(jī)界面的視覺工效優(yōu)于高明度背景色人機(jī)界面[6]。總之，界面背景色的明度和前景色對(duì)視覺績(jī)效和體驗(yàn)有顯著影響，本文通過(guò)綜合分析注視時(shí)間、注視點(diǎn)、熱點(diǎn)圖等眼動(dòng)數(shù)據(jù)和參與者的主觀感受數(shù)據(jù)，探索面向VDT視疲勞患者的人機(jī)界面背景明度和前景色設(shè)計(jì)規(guī)律，以提升VDT視疲勞患者群體的視覺體驗(yàn)和搜索績(jī)效。

1 數(shù)據(jù)界面的用戶體驗(yàn)與視覺搜索績(jī)效

1.1 數(shù)據(jù)界面用戶體驗(yàn)

數(shù)據(jù)界面用戶體驗(yàn)指目標(biāo)用戶在特定環(huán)境下認(rèn)識(shí)、使用數(shù)據(jù)界面過(guò)程中獲得的全部感受，包含功能規(guī)劃、信息構(gòu)架與設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、視覺設(shè)計(jì)等層面，其中視覺設(shè)計(jì)與用戶關(guān)系最為密切。在杰西·詹姆斯·加勒特的用戶體驗(yàn)要素模型中，視覺設(shè)計(jì)共包含位置、明暗、形狀、顏色等要素[7]。呂陽(yáng)等提出，在可視化用戶界面中，色彩的象征性、色彩和圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系、色彩搭配對(duì)用戶的視覺體驗(yàn)都有非常重要的影響[8]。黃紅燕指出，色彩作為界面第一視覺要素，直接影響用戶體驗(yàn)的成敗[9]?？梢?，色彩元素直接影響用戶對(duì)界面的視覺感受，用戶對(duì)色彩的捕捉和反應(yīng)效能大于形狀、文字等其他元素[10]，它是影響數(shù)據(jù)界面用戶體驗(yàn)最基礎(chǔ)、最主要的元素。

1.2 視覺搜索績(jī)效

視覺搜索績(jī)效是指通過(guò)眼睛去尋找特定目標(biāo)所用的時(shí)間及準(zhǔn)確率。用戶通過(guò)數(shù)據(jù)界面進(jìn)行視覺搜索并完成工作任務(wù)，工作效率取決于界面信息檢索獲取的速度。在信息時(shí)代，視覺搜索績(jī)效已成為人機(jī)交互過(guò)程中影響用戶體驗(yàn)的重要因素之一。注視行為能夠反映用戶體驗(yàn)的好壞[11]，陳學(xué)強(qiáng)從眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)角度分析了用戶搜索效率[12]，發(fā)現(xiàn)提高搜索績(jī)效能改善用戶體驗(yàn)，減輕認(rèn)知負(fù)荷。用戶在視覺搜索時(shí)心理負(fù)荷較重，界面中的干擾信息容易影響搜索效率[13]，宮勇等通過(guò)視覺搜索實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，顏色數(shù)量和一致性對(duì)圖標(biāo)視覺搜索績(jī)效有顯著影響[14]。視覺搜索績(jī)效與用戶體驗(yàn)相互影響，用戶在搜索過(guò)程中認(rèn)知、記憶、思考，完成任務(wù)，用戶體驗(yàn)則經(jīng)歷了對(duì)可視化系統(tǒng)的感知，通過(guò)操作滿足任務(wù)需求，對(duì)系統(tǒng)形成操作習(xí)慣。

1.3 眼動(dòng)追蹤技術(shù)與視覺體驗(yàn)評(píng)價(jià)

眼動(dòng)追蹤技術(shù)是指度量凝視點(diǎn)或測(cè)量眼球相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)，即通過(guò)眼動(dòng)追蹤儀記錄在可視點(diǎn)上最活躍的區(qū)域和每只眼睛的運(yùn)動(dòng)。眼動(dòng)追蹤技術(shù)是視覺體驗(yàn)和界面設(shè)計(jì)優(yōu)劣的主要評(píng)測(cè)手段，相較于傳統(tǒng)的推測(cè)和調(diào)查用戶喜好等方法，其在準(zhǔn)確性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。薛澄岐等指出，眼動(dòng)追蹤技術(shù)的應(yīng)用為界面可用性測(cè)試提供了一種有效的判斷方法[15];唐佩璐等利用眼動(dòng)追蹤測(cè)試的客觀數(shù)據(jù)，為新聞?lì)怉PP的界面設(shè)計(jì)提供了普適性的設(shè)計(jì)意見[16];栗覓等通過(guò)眼動(dòng)追蹤技術(shù)，研究網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面視覺搜索和瀏覽的視覺特征和對(duì)應(yīng)策略的差異，通過(guò)瞳孔直徑變化可以監(jiān)測(cè)用戶視覺搜索行為[13]，為界面設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支撐和參考。

2 數(shù)據(jù)界面色彩視覺搜索績(jī)效研究

2.1 界面色彩影響視覺搜索績(jī)效的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

眼動(dòng)儀型號(hào)為Tobii X2-30，采樣率為30赫茲，延遲時(shí)間為50～70毫秒，精準(zhǔn)度為0.5～1度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讓被試者選擇日常辦公的舒適坐姿，保持身體穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)共邀請(qǐng)40名被試者，其中男性20名，女性20名，年齡在23～31歲之間，均為長(zhǎng)期使用可視化界面的工作人員，矯正視力1.0以上，無(wú)任何隱形視力問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬辦公環(huán)境和光照，使VDT視疲勞患者設(shè)想為日常工作，完成工作任務(wù)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)素材處理

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的實(shí)操性和有效性，界面左右模塊依據(jù)實(shí)際工作界面設(shè)計(jì)，設(shè)置相同常見的圖表形式，確保任務(wù)點(diǎn)到中心點(diǎn)距離相同，界面尺寸分辨率為1920*1080。界面色彩采用HSB（H色相、S飽和度、B明度）模式，通過(guò)控制定量與變量，獲取符合實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的色彩值。

實(shí)驗(yàn)樣本分為兩組。第一組研究背景色明度對(duì)視覺搜索績(jī)效的影響，明度以黑白為參考，每三個(gè)色階為一個(gè)等級(jí)，分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。其中，中明度40%～60%屬于灰色范圍，因此深色背景和淺色背景明度分別取值0%～30%和70%～100%。由于深色背景飽和度顯示效果差異不大，結(jié)合肖宏偉研究結(jié)論[17]，深色背景飽和度取值為90%，淺色背景飽和度取值范圍為0%～30%，背景色樣本為20個(gè)。第二組研究界面色系對(duì)視覺搜索績(jī)效的影響，依據(jù)蔣雨妤實(shí)驗(yàn)取值方式[18]，結(jié)合實(shí)際工作界面色彩取值情況，主題色取值正向范圍為25～215度，去掉干擾色值，主題色樣本為21個(gè)。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了兩組測(cè)驗(yàn)，分別為可視化界面背景色明度對(duì)比測(cè)試、可視化界面主題色對(duì)比測(cè)試。每一組測(cè)驗(yàn)程序相同，為避免記憶效應(yīng)，兩組被試人員不同，具體如下所述。

第一，適應(yīng)模擬的辦公環(huán)境和光照，要求被試者的座椅高度調(diào)整至視線平行于正前方熒幕中心，距離為70～80厘米，對(duì)眼動(dòng)儀進(jìn)行校正。

第二，向被試者說(shuō)明測(cè)試的設(shè)計(jì)方案，并告知具體的實(shí)驗(yàn)流程和界面區(qū)域位置名稱。

第三，對(duì)測(cè)試設(shè)計(jì)方案進(jìn)行眼動(dòng)測(cè)試，在出現(xiàn)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本前，告知被試者視覺目標(biāo)任務(wù)信息，然后被試者捕捉設(shè)計(jì)方案上的視覺目標(biāo)并回答目標(biāo)任務(wù)信息，回答完成后用右手食指敲擊對(duì)應(yīng)鍵盤，出現(xiàn)等待畫面，繼續(xù)接收下一個(gè)任務(wù)信息。

第四，眼動(dòng)測(cè)試完成后，被試者對(duì)主觀量表進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 數(shù)據(jù)采集與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析使用SPSS軟件，通過(guò)計(jì)算被試者的目標(biāo)注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)、熱點(diǎn)圖數(shù)據(jù)說(shuō)明信息加工難度和任務(wù)完成效率。

2.2.1 界面色彩對(duì)搜索績(jī)效的影響

以信息檢索時(shí)間為因變量，背景色和主題色為自變量，統(tǒng)計(jì)分析被試者完成任務(wù)的平均時(shí)間。在深色背景測(cè)試中，20位被試者平均信息檢索時(shí)間最短為背景B30%，時(shí)長(zhǎng)為1.41（±1.09）秒;在淺色背景測(cè)試中，20位被試者平均信息檢索時(shí)間最短為背景S20%、B90%，時(shí)長(zhǎng)為1.76（±0.76）秒;在深淺色背景對(duì)比測(cè)試中，被試者平均信息檢索時(shí)間最短為背景S90%、B30%，時(shí)長(zhǎng)為1.14（±1.09）秒;在色系風(fēng)格測(cè)試中，20位被試者平均信息檢索時(shí)間最短為主題色H35，時(shí)長(zhǎng)為2.07（±1.81）秒。因此，背景色B30%、S90%的檢索效率最高，主題色H35檢索效率最高。

2.2.2 眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果

注視時(shí)間是指被試者在目標(biāo)區(qū)域獲取任務(wù)信息所消耗的時(shí)間，注視時(shí)間越短說(shuō)明認(rèn)知負(fù)荷越低，完成效率越高。注視點(diǎn)數(shù)則用于表明被試者處理信息的深度，是驗(yàn)證搜索績(jī)效的重要指標(biāo)，注視點(diǎn)數(shù)越多說(shuō)明信息加工越深入。實(shí)驗(yàn)使用ErgoLAB眼動(dòng)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后對(duì)比分析。

測(cè)試1：背景色明度眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

深色背景測(cè)試結(jié)果如表1所示。在深色背景明度對(duì)比中，注視時(shí)間主效應(yīng)邊緣較為顯著（F=3.150，p=0.054），注視點(diǎn)數(shù)主效應(yīng)邊緣不顯著（F=0.369，p=0.777），說(shuō)明深色背景明度變化對(duì)認(rèn)知負(fù)荷會(huì)有影響，對(duì)搜索績(jī)效影響不大。樣本4的平均注視時(shí)間最短，說(shuō)明深色背景中B30%的獲取目標(biāo)信息速度最快。

淺色背景測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。在淺色背景明度對(duì)比中，注視時(shí)間主效應(yīng)邊緣較為顯著（F=1.888，p=0.041*），注視點(diǎn)數(shù)主效應(yīng)邊緣顯著（F=2.407，p=0.008**），說(shuō)明淺色背景明度變化對(duì)認(rèn)知負(fù)荷和搜索績(jī)效均有明顯影響。飽和度在10%～20%范圍內(nèi)，明度為100%的捕捉信息速度明顯低于其他明度，樣本14平均注視時(shí)間最短，說(shuō)明淺色背景S20%、B90%獲取目標(biāo)信息較快。

在深色與淺色背景明度對(duì)比中，為保障對(duì)比結(jié)果的可靠性，選擇相對(duì)應(yīng)的飽和度。對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如表3所示，深色與淺色背景明度對(duì)比的注視時(shí)間主效應(yīng)邊緣較為顯著（F=2.713，p=0.025*），注視點(diǎn)數(shù)主效應(yīng)邊緣顯著（F=5.017，p=0.001**），說(shuō)明深色與淺色背景明度對(duì)比對(duì)認(rèn)知負(fù)荷和搜索績(jī)效均有明顯影響。

深色與淺色背景明度對(duì)比中，深色背景整體平均注視時(shí)間明顯短于淺色注視時(shí)間，說(shuō)明深色背景獲取目標(biāo)信息效率更高。同時(shí)，深色背景平均注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)均明顯低于淺色背景，說(shuō)明深色背景比淺色背景認(rèn)知負(fù)荷輕，完成效率更高，淺色背景更容易造成視覺疲勞，但淺色背景信息加工更加深入。

測(cè)試2：主題色色系風(fēng)格眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

主題色測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果如表4所示，在主題色色相對(duì)比中，注視時(shí)間（F=0.570，p=0.923）與注視點(diǎn)數(shù)（F=0.948，p=0.530）主效應(yīng)邊緣均不顯著，即主題色變化對(duì)認(rèn)知負(fù)荷、搜索績(jī)效影響不大。樣本2的平均注視時(shí)間最短，即H35獲取目標(biāo)信息相較于其他色相更快。

2.2.3 熱點(diǎn)圖

圖1、圖2分別為背景色明度對(duì)比變化和主題色色系風(fēng)格對(duì)比界面眼動(dòng)熱點(diǎn)圖。從中可以發(fā)現(xiàn)，深色背景B30%熱點(diǎn)區(qū)域分散，非目標(biāo)區(qū)域熱點(diǎn)多，淺色背景中的紅色熱點(diǎn)區(qū)域相較于深色背景更加集中，這說(shuō)明淺色比深色背景信息加工更加深入，但更容易產(chǎn)生視覺疲勞。同時(shí)，對(duì)比色系風(fēng)格發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色界面設(shè)計(jì)方案熱點(diǎn)區(qū)域集中。由此推測(cè)，在VDT視疲勞患者日常辦公情景中，S0%～30%、B70%～100%的淺色背景，色系風(fēng)格為黃綠藍(lán)的設(shè)計(jì)方案可能更容易實(shí)現(xiàn)視覺聚焦。

2.3 界面色彩對(duì)VDT視疲勞患者用戶體驗(yàn)調(diào)研與數(shù)據(jù)分析

主觀量表從界面色彩的清晰度、舒適度、可用性、滿意度、科技感五個(gè)角度評(píng)估。分析背景色主觀量表測(cè)評(píng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試者對(duì)背景色變化的主觀感受有非常明顯的浮動(dòng)，深色背景和淺色背景的清晰度、滿意度相差不大，但在舒適度方面，深色背景更加穩(wěn)定，可用性更強(qiáng)，科技感最強(qiáng)。分析主題色主觀量表測(cè)評(píng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試者對(duì)不同界面色彩風(fēng)格的主觀偏好高度一致，在五個(gè)主觀指標(biāo)中，色相165～205度范圍內(nèi)評(píng)分明顯高于其他色相范圍。

3 多維遙感數(shù)據(jù)分析處理與服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

為給VDT視疲勞患者提供更舒適的界面視覺體驗(yàn)，多維遙感數(shù)據(jù)分析處理與服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目結(jié)合眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與主觀測(cè)試結(jié)果，使用最終優(yōu)化方案，背景色B20%、主題色H180為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際效果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的界面如圖3所示。

然后，對(duì)優(yōu)化后的可視化界面再次進(jìn)行眼動(dòng)評(píng)估，實(shí)驗(yàn)環(huán)境為真實(shí)的工作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)流程不變。驗(yàn)證結(jié)果見表5，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)界面的搜索績(jī)效明顯高于優(yōu)化前的界面。該案例證明，優(yōu)化后的界面是有效的。

4 結(jié)語(yǔ)

VDT視疲勞患者需要長(zhǎng)期使用數(shù)據(jù)界面完成工作任務(wù)，本研究利用眼動(dòng)追蹤技術(shù)提升VDT視疲勞患者視覺體驗(yàn)，并探索界面色彩設(shè)計(jì)規(guī)律。以下為研究結(jié)論：可視化數(shù)據(jù)界面色彩設(shè)計(jì)對(duì)VDT視疲勞患者視覺搜索績(jī)效有顯著影響;深色背景B30%，淺色背景B90%的視覺搜索績(jī)效最佳;深色背景界面認(rèn)知負(fù)荷較輕，淺色背景界面更加簡(jiǎn)潔，大幅提高了VDT視疲勞患者的搜索績(jī)效和工作效率。因此，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)可視化數(shù)據(jù)界面時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮VDT視疲勞患者的視覺搜索績(jī)效和長(zhǎng)時(shí)間的使用體驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介：王偉偉（1983—），男，山西長(zhǎng)治人，博士，教授，研究方向：用戶體驗(yàn)與交互設(shè)計(jì)、傳統(tǒng)文化創(chuàng)意設(shè)計(jì)。

武桐（1991—），女，陜西西安人，碩士在讀，研究方向：品牌形象與視覺傳達(dá)。