基于眼动追踪技术的软件界面评价方法

朱 伟，何 威

(中国电子科技集团公司第三十六研究所， 浙江 嘉兴 314033)

基于眼动追踪技术的软件界面评价方法

朱 伟，何 威

(中国电子科技集团公司第三十六研究所， 浙江 嘉兴 314033)

软件界面是人与计算机交互的重要组成部分，目前软件界面普遍存在操作难的问题，使用过程中增加了用户的操作失误和认知负担，而科学合理的软件界面设计质量评价方法尚在探讨之中。文中提出了基于眼动追踪技术的软件界面评价方法，通过建立眼动追踪评价指标，收集典型任务眼动数据，并运用数据分析软件分析实验结果，从而发现软件界面设计的缺陷与弊端，最终实现对软件界面可用性水平的评价。

软件界面；眼动追踪技术；可用性

引 言

眼睛是人体的重要器官，它是人获得外界信息最主要的输入渠道[1]。自1879年Emile Javal教授发现人们在阅读印刷品时视线除进行平滑扫视还存在短暂的停顿和跳动后，人类就开始对阅读过程中眼动行为进行研究。最新研究表明，人的眼动行为基本分为注视、眼跳和平滑追随运动3种模式[2]。

运用眼动追踪技术获取人的视觉注意力分布情况，已成为探索人体从视觉上获取信息时如何进行思维判断的一种重要手段[3]。眼动测量的研究自1898年起已经有110多年的历史。最初，人们只是通过观察进行主观分析；后来开始采用机械记录的方式测量眼动情况；近几年来，针对机械记录操作复杂和测量结果准确性低的缺点，研究者们创造出了一系列具有操作简单、测量方便等优点的新技术。主要有：脑电图法、眼电图法、探测线圈法、红外光电反射法、红外电视法等[4]。

本文通过眼动追踪实验对软件界面进行评价，可以客观、科学地评价软件界面元素的可见性、意义性以及软件界面的布局，揭示用户在进行操作时的思维活动，从而评估软件界面的可用性水平。

1 眼动数据指标

在实际实验中运用眼动追踪技术时，实验人员应注意选择与任务、认知活动相关的眼动追踪模型。眼动数据指标大致可分为搜索指标、加工指标和其他指标3种，如图1所示。

图1 眼动追踪模型数据指标

2 实验目的

以某导航软件为例进行眼动追踪实验，该实验的目的是测试导航软件界面的信息结构、界面布局、界面元素表征含义对用户的搜索速率及使用效率的影响，通过眼动实验数据来描述和研究用户行为，用实验研究得到的变量对被测试导航软件的可用性水平进行评价。

3 实验方法

3.1 测试用户

本实验的参与者共11人，6名男性，5名女性，年龄21～30岁之间。参与者中没有使用导航仪或者导航软件经历的为7人，有使用经历的为4人，其中1人是能够熟练使用被测试导航软件的专家用户。

3.2 实验装置

实验装置为德国SensoMotoric仪器公司生产的SMI HED头戴式眼动仪，见图2。该设备主要由头戴式眼动仪、一台配套的移动工作站及视频采集软件和眼动数据分析软件组成。眼动仪视频采样频率为50 Hz。由BeGaze专用软件完成对采样视频的眼动数据分析。

图2 SMI HED头戴式眼动仪

3.3 实验任务

测试用户的实验任务按照指定的典型任务进行操作，具体典型任务：(1)打开导航软件，搜索最近的“加油站”，并设为目的地，开始“导航”。(2)取消“导航”，选择保存路线“践线1”，开始“导航”。(3)取消“导航”，关闭导航仪软件。

3.4 评价指标

实验选择的评价指标为注视时间和注视点数。

(1)注视时间

注视时间是指测试用户开始操作后直至完成典型任务的界面注视时间。某一典型任务中注视时间越长表明测试用户在完成该典型任务过程中从软件界面中提取信息越为困难。测试用户操作失败的任务，注视时间不纳入统计。任务操作失败包括：测试用户在90 s内没有完成某一典型任务操作；测试用户没有按要求结束典型任务的操作。

(2)注视点数

注视点数是指测试用户开始操作后直至完成典型任务的界面注视点数。某一典型任务中总的注视点个数反映了测试用户完成该典型任务的搜索绩效，相同任务注视点数量越多的用户其搜索绩效越低。测试用户操作失败的任务，注视点数不纳入统计。

3.5 实验流程

实验流程分为准备阶段和测试阶段[5]。

(1)准备阶段

1)实验人员检查实验材料、实验设备、实验环境以及测试用户的准备情况。

2)实验人员记录测试用户的相关信息，讲解实验主要流程和注意事项。

3)将导航软件设置到初始界面。确保测试用户坐姿舒适，能以最优视线注视计算机显示屏，且方便操控鼠标。实验人员调整头戴式眼动仪到最佳状态，使测试用户的视线能够透过镜片观察到整个软件界面。

(2)测试阶段

1)测试用户熟悉导航软件界面1 min。

2)测试用户明确第一个典型任务后，实验人员说“实验开始”，并点击记录开关，测试用户开始进行操作，眼动仪记录测试用户的视线活动。当测试用户完成该典型任务或操作时间超过90 s时，实验人员点击记录开关，关闭记录并保存实验视频，第一个典型任务完成。实验人员将导航软件设置到下一典型任务初始界面。

3)重复测试阶段步骤2，完成其他2个典型任务。

4)第一名测试用户完成所有典型任务后，对第二名测试用户进行测试。调整测试用户坐姿及眼动仪设备，重复测试阶段步骤1～3。11名测试用户全部完成实验任务后，实验结束。

图3为测试用户正在进行典型任务眼动视频采集，图4为典型任务注视点分布视频截图。

图3 测试用户进行眼动视频采集

图4 注视点分布

4 实验结果

通过BeGaze眼动数据分析软件对所采集的典型任务眼动视频进行数据处理，从而获得实验中测试用户的注视时间、注视点数等眼动视频数据，见图5。

图5 眼动视频统计表

(1)注视时间

表2为典型任务注视时间统计结果。

表2 典型任务注视时间 s

用户任务1任务2任务3专家用户12104测试用户152877测试用户2737410测试用户364—9测试用户4——9测试用户5——11测试用户682—8测试用户7686910测试用户853—8测试用户9——7测试用户1084—11

注：“—”表示该任务未完成。

由表2可见，测试用户在完成任务3时与专家用户相比注视时间略微增加，但在完成任务1和任务2时，注视时间增加明显，并且在这两个典型任务中均存在测试用户在规定时间内无法完成任务的情况。这表明被测试导航软件中与这两个任务相关的界面元素的表征含义以及界面布局存在着很大的设计弊端。

(2)注视点数

表3为典型任务注视点数统计结果。

表3 典型任务注视点数 个

用户任务1任务2任务3专家用户33229测试用户110116018测试用户214614221测试用户3127—17测试用户4——18测试用户5——24测试用户6167—15测试用户714014314测试用户8110—17测试用户9——15测试用户10166—20

由表3可见，测试用户在完成任务3时与专家用户相比注视点数略微增加，但在完成任务1和任务2时，注视点数增加明显。这表明测试用户在完成这两个任务时所涉及的软件界面存在着较大的设计缺陷，严重影响了测试用户的搜索绩效。

5 结束语

随着人机交互技术的发展，软件界面的重要性日益突出，软件界面的评价也日益重要。本文主要运用眼动追踪技术对软件界面进行评价，以最终的评价指标数据来反映使用者对软件界面操作的适应性，能够较好地评估软件界面的可用性水平，具有可靠性高、易操作的特点，为后续软件界面的设计研究工作提供了一种有效的评估方法。

[1] 孙远波, 李敏, 石磊. 人因工程基础与设计[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2010: 168-169.

[2] BOUMA H, DE VOOGD A H. On the control of eye saccades in reading[J]. Vision Research, 1974, 14(4): 273-284.

[3] 刘青, 薛澄岐, HOEHN F. 基于眼动跟踪技术的界面可用性评估[J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2010, 40(2): 331-334.

[4] YOUNG L R, SHEENA D. Survey of eye movement recording methods[J]. Behavior Research Methods and Instrumentation, 1975, 7(5): 397-429.

[5] 安顺钰. 基于眼动追踪的手机界面可用性评估研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2008.

朱 伟(1986-)，男，工程师，主要从事电子设备人因工程设计工作。

何 威(1988-)，男，工程师，主要从事电子设备热设计工作。

Method of Software Interface Evaluation Based on Eye-tracking Technology

ZHU Wei，HE Wei

(The36thResearchInstituteofCETC，Jiaxing314033,China)

Software interface is an important part for human-computer interaction. Currently, software interfaces are commonly difficult to operate, thus increasing user′s operation errors and cognitive burden. A scientific and reasonable evaluation method of software interface design quality is still in research．In this article, the method of software interface evaluation based on eye-tracking technology is given. By establishing the evaluation index of eye-tracking, collecting the data of eye-moving in typical tasks and analyzing the experimental results using data analysis software, the limitation and shortage about the design of software interface are thus found. Finally, the evaluation about the usability level of software interface is realized.

software interface; eye-tracking technology; usability

2013-05-23

TP31

A

1008-5300(2013)04-0062-03