不同电子文本的对比度极性和颜色组合对阅读疲劳的影响*——来自眼动追踪实验的证据

2015-12-27 06:25:36邓作兵乔翠翠王爱平
心理学探新 2015年1期
关键词:阅读者瞳孔负极

姜 哲,张 强,邓作兵,乔翠翠,王爱平,2

(1.北京师范大学心理学院,北京100875;2.北京师范大学应用实验心理北京市重点实验室,北京100875)

1 前言

电子文本是指以数据形式存在于计算机、手机、MP4、电子公告牌等电子载体上的文本形式,分为电子线性文本、引导式文本等多种类型。电子线性文本指连续的按照一维的线性顺序排列的文本,这是人们日常使用最普遍的一种线性文本;引导式文本是通过一个单行窗口,文本自右向左移动,其特点是占用空间小,显示的信息量大。对于引导式文本目前研究大多关注在文本的移动速度、一次移动的距离、移动的平滑度等因素对阅读的影响。如水仁德等人(2001)发现,引导式文本的移动速度在每分钟200 和400 字时阅读成绩没有显著差异,但当移动速度增加到每分钟600 字时阅读正确率显著下降。Wang 等人(2003)的研究发现,文本与背景的颜色组合对阅读成绩有显著影响,颜色对比度越大成绩越好。

对比度极性分为正极性和负极性,前者指在电子文本中文本为深色、背景色为浅色,后者指文本为浅色,背景色为深色(Bangor,1999)。目前各种网页、论坛、博客、电子书阅读器以及各类仪器屏幕信息的呈现均普遍使用两种极性与各种字体颜色组合的呈现方式。有研究发现,对比度极性对无视力损伤的正常人群的阅读成绩无显著影响(Bangor,1999)。还有研究表明,正极性文本比负极性文本有更好的阅读成绩和更快的阅读速度(Buchner &Baumgartner,2007;Chan & Lee,2005)。一项日文阅读的研究发现,在负极性文本阅读中存在很大的个体差异(Saito et al.,2010)。对正极性文本的优势主要的解释是:第一,人们对正极性呈现的文本更熟悉,如日常所用的手写或打印稿均为正极性文本,网络信息也以正极性文本居多;第二,在正极性显示下,屏幕反光不可见,干扰程度更小(Buchner &Baumgartner,2007;Shieh,2000)。有研究测量了人眼到屏幕的最佳阅读距离,当去除屏幕反光因素后,到负极性文本的距离显著远于正极性文本,但当加入屏幕反光后,对负极性文本影响很大,距离近于正极性文本。第三,在有反光情况下人眼更易产生视觉疲劳(Shieh,2000);第四,正极性文本的总体亮度显著强于负极性文本,更高的亮度会导致瞳孔收缩,使得在视网膜上的成像更为清晰(Buchner,Mayr,&Brandt,2009)。

关于颜色的研究,Legge 等人(1990)发现,颜色对比度对阅读速率的影响类似于亮度对比度对其的作用。在文本与背景颜色的亮度差别为零时,高颜色对比度下的阅读成绩同样能达到数值相等的亮度对比度下的最好水平。然而还有研究认为,并非颜色对比度越高越好。不同颜色的组合同样对视觉任务的成绩与主观偏好有显著影响(Shieh & Lin,2000;Ling & Schaik,2002)。Shieh 和Lin(2000)的研究还发现,当文本颜色为黄色而背景颜色为蓝色时成绩最好。颜色组合对辨别成绩和偏好水平的影响只由亮度比和极性决定,负极性下的成绩和偏好水平显著低于正极性。Ling 和Schaik(2002)比较了不同颜色组合(白底黑字,白底蓝字,黄底蓝字,黑底黄字,红底绿字),发现黑底黄字表现出最快的阅读速度,白底黑字得到最高的被试偏好水平,而红底绿字在各方面均最差。最近的一项研究以正确识别的字母数量作为易读性的标准,比较了56 种颜色组合,其中黑底黄字的成绩最好,而常见的白底黑字排名为第7。有趣的是,实验最终数据显示的成绩排名前5 名中有4 个为负极性颜色组合,该实验证实负极性文本在易读性上优于正极性(Humar,Gradisar,& Turk,2008)。

对阅读疲劳的测定,有研究发现瞳孔直径是一种可以有效衡量视觉任务疲劳程度的指标,疲劳度越 高 瞳 孔 直 径 越 小(Murata,Uetake,Otsuka,&Takasawa,2001;Uetake,Murata,Otsuka,& Takasawa,2000;李勇,阴国恩,陈燕丽,2004)。Chi 和Lin(1998)用瞳孔直径、人眼调节能力、视敏度、闪光融合频率、眼动速度、主观报告、任务成绩等七项视觉任务测试了视觉疲劳程度,发现瞳孔直径、眼动速度和主观报告三种指标对阅读任务中的视觉疲劳敏感,而瞳孔直径和光的亮度强弱与观察物体的距离有关。

自上世纪末个人电脑的普及,电子文本信息迅猛增加,为人们带来极大便利,然而长时间阅读电子信息也是导致高近视发病率的重要原因之一。电子文本与传统纸质文本在物理呈现方式上有显著不同:第一,电子文本不受传统文本印刷成本的限制,可以呈现丰富多彩的文本与背景的颜色组合;第二,电子文本不限于静态呈现,而是可使用运动或变化的文本,其所采用的彩色文本或动态文本在设计和呈现形式上均不同于纸质文本。当个体长时间面对这类信息就很可能会加剧人眼的视觉疲劳。为了掌握最适合阅读及最不易引起疲劳的对比度极性和颜色组合,根据以往研究成果,这个研究选择被试表现最好的四种颜色组合,使用瞳孔直径与主观疲劳报告作为衡量视觉疲劳的指标,考察电子线性文本和引导式文本两种形式的对比度极性和颜色组合对阅读疲劳的影响。

2 实验1

实验1 目的是考察电子线性文本的对比度极性和颜色组合对阅读疲劳的影响。

2.1 被试

选取本科生16 名,其中男女生各8 名,年龄范围为18 ~21 岁,他们的颜色知觉、视力或矫正视力均正常。

2.2 实验设计和实验材料

实验包括眼动追踪实验和主观偏好等级评定两部分。

眼动追踪实验采用2(对比度极性:正极性、负极性)×4(颜色组合:黑-白、黑-黄、蓝-白、黑-绿)完全被试内设计,因变量为阅读正确率和阅读疲劳度。

实验材料选取8 段难度相似的短文,每段字数约为1600 字,材料格式为宋体12 号字,单倍行距。控制每行字数为50 字,无段落缩进,采用全角字符。根据已有研究(Shieh & Lin,2000;Humar,Gradisar,& Turk,2008;Ling & Schaik,2002),选择颜色组合的标准是依据阅读效率较高、速度较快、引起较少视觉疲劳等指标。这里选择符合其标准的颜色组合,且颜色对比度均大于0.90。文本颜色与屏幕背景颜色组合见表1,其中各种颜色RGB 参数为:黑(0,0,0),白(255,255,255),蓝(0,0,255),黄(255,255,0),绿(0,255,0)。

表1 正、负极性和颜色组合表

主观偏好等级评定方法为,自编对8 种不同对比度极性与颜色组合呈现方式的偏好程度的主观评定表,具体内容为:调查被试平常每天阅读电子文本的平均时间1 题;调查不同极性与颜色组合呈现方式的偏好度与主观疲劳度3 题,偏好度采用李科特4 点等级评定,从1 ~4 表示非常不喜欢到非常喜欢;主观疲劳度采用李科特7 点等级评定,从1 ~7表示非常不疲劳到非常疲劳。

2.3 实验仪器和实验过程

实验采用Tobii -1750 型眼动追踪仪,采样率50Hz,精度0.5 度,屏幕刷新率60Hz,分辨率为1024×768;实验程序采用眼动追踪系统软件Clearview2.0 呈现实验材料,并同步记录眼动数据。

实验过程为基线实验和正式实验两部分,为排除正、负极性及各颜色组合下背光亮度差别对瞳孔大小的影响,在正式实验前先做基线实验,基线实验材料与正式实验形式相同,内容不同。(1)基线实验过程:首先被试端坐在屏幕前约50cm 处,要求在实验中保持身体和头部不要移动。基线实验采用一个视觉搜索任务来测量不同极性下的瞳孔直径。首先在屏幕上依次呈现两种极性和四种颜色组合条件的中文材料,每种条件的材料1 篇,共8 篇,每篇约1600 字,呈现时间为30 秒,要求被试在呈现时间内找出某个特定词语,并眼动追踪实验过程,记录的瞳孔直径作为该被试在各极性和颜色组合条件的瞳孔直径基线值。(2)正式实验有三部分:阅读刺激材料,回答阅读理解问题,填写阅读疲劳度和颜色组合偏好评定表。首先呈现指导语,接着在屏幕上呈现不同极性和颜色组合的电子文本,每篇短文的呈现时间为4 分钟。若被试在4 分钟内完成阅读,则按键进入下一环节,未能完成则自动进入下一环节,眼动追踪仪实时记录眼动数据。8 篇文章的呈现次序不变,不同极性和颜色组合按拉丁方顺序呈现,以消除顺序效应和时间效应。被试每读完一篇文章,需要回答3 道阅读理解单选题,完成后就刚才阅读时所感到的疲劳度和对呈现该文章的颜色组合偏好填写阅读疲劳度和个人偏好主观评定表,整个实验约1 小时。

2.4 实验结果分析

统计每篇文章阅读理解题的正确率、阅读时间、瞳孔直径大小以及被试主观疲劳度、颜色偏好度等数据,其中阅读理解题正确率为控制指标,正确率过低将剔除该被试的数据,全部数据用SPSS16.0 统计分析软件处理。

阅读理解平均正确率为83.15% ±9.92%;平均阅读时间188.7 ±49.5 秒。

基线实验与正式实验中不同对比度极性与颜色组合下的瞳孔直径均值的计算方法为:正式实验的瞳孔直径值减去基线值,并取负值得到瞳孔直径的缩小量。取左右眼改变量的均值,不同对比度极性、颜色组合的瞳孔直径改变量的描述性统计结果见表2。

表2 瞳孔直径缩小量(mm)、主观疲劳度、主观偏好度描述统计(N=16)

注:瞳孔直径缩小量为负值表示瞳孔直径放大,正值表示缩小。

对各对比度极性、颜色组合的瞳孔直径改变量的方差分析表明,对比度极性主效应不显著;但颜色组合主效应显著,F(3,45)=15.831,p <0.001,η2=0.513;对其事后检验结果为,黑-白、蓝-白两种颜色组合瞳孔直径缩小量要显著高于黑-黄、黑-绿颜色组合,黑-白与黑-黄、黑-绿:MD=0.145,p <0.05,MD =0.226,p <0.001;蓝-白与黑-黄、黑- 绿:MD =0. 234,p =0. 001,MD =0. 315,p <0.001。这说明在阅读中,黑-白与蓝-白两种颜色组合的疲劳度显著高于黑-黄、黑-绿组合。再有对比度极性与颜色组合有显著交互作用,F(3,45)=4.184,p <0.05,η2=0.218。简单效应检验发现,颜色组合在正、负极性两种水平均有显著差异:F正极性(3,45)=13. 05,p <0. 001,F负极性(3,45)=9.36,p <0.001;而对比度极性在四种颜色组合均无显著差异。

图1 阅读者对比度极性与不同颜色组合主观偏好度变化趋势

不同对比度极性、颜色组合在主观报告疲劳度的主效应及交互作用均无显著差异,但在主观偏好的方差分析发现,对比度极性主效应显著,F(1,15)=19.286,p <0.001,η2=0.563,被试对正极性偏好度显著高于负极性文本;颜色组合主效应显著,F(3,45)=3.856,p <0.05,η2=0.204,对比度极性与颜色组合交互作用不显著。对颜色组合事后检验结果表明,被试对蓝-白组合的偏好显著高于黑-黄和黑-绿,MD =0.469,p <0.05,MD =0.656,p =0.001。从不同对比度极性与颜色组合的颜色偏好度变化趋势(见图1)可以看出,正极性的黑-白组合(白底黑字)有最高的偏好度,而负极性的黑-白组合(黑底白字)偏好度则最低。t 检验发现,白底黑字与黑底白字的偏好度差异显著,t =4.443,p <0.001,η2=0.568。

3 实验2

实验2 目的是考察在引导式文本中对比度极性和颜色组合对阅读疲劳的影响。

3.1 被试

选取本科生16 名,其中男女生各8 名,剔除两名被试眼动轨迹未能追踪到的数据,另补做两人。所有被试的视力或矫正视力正常,颜色知觉正常,均未参加实验1。

3.2 实验材料

实验材料选择难度相近的文章共8 段,每段字数为460 ±10 字。字体为宋体,14 号,8 段文章的呈现顺序不变。实验材料以单行引导式文本形式呈现于屏幕中央,文本自右向左移动,移动速度为200 字/每分钟。引导式文本区域宽度和高度为150×5mm。屏幕的背景颜色设置为中性灰色(128,128,128),采用的颜色组合同实验1(见图2)。

图2 采用黑-白正极性的实验材料样例

3.3 实验设计

实验设计同实验1。

3.4 实验仪器和实验过程

实验仪器同实验1。由于引导式文本所占区域很小(约占总屏幕的3%),而屏幕背景颜色为中性灰色,瞳孔直径受亮度影响很小,故忽略不计,无需做基线实验。正式实验操作步骤同实验1。

3.5 实验结果分析

被试阅读理解平均正确率为85. 55% ±7.12%。对各对比度极性和颜色组合的瞳孔直径描述统计见表3。

表3 瞳孔直径(mm)、主观疲劳度、主观偏好度描述统计(N=16)

图3 阅读者对不同对比度极性与颜色组合的主观偏好度变化趋势

对各对比度极性和颜色组合的瞳孔直径方差分析表明,对比度极性主效应显著,F(1,15)=40.566,p <0.001,η2=0.730,正极性的平均瞳孔直径(4.385mm)显著小于负极性(4.568mm),表明被试阅读正极性文本的视觉疲劳相对更大;颜色组合主效应不显著,但对比度极性与颜色组合交互作用显著,F(3,45)=3.295,p <0.05,η2=0.180。简单效应检验发现,对比度极性的瞳孔直径除了黑-绿组合无显著差异外,正极性在黑-白、黑-黄、蓝-白三种颜色组合均显著低于负极性,F黑-白(3,45)=12.49,p <0.01,F黑-黄(3,45)=31.23,p <0.001,F蓝-白(3,45)=12.64,p <0.01。颜色组合在正极性条件差异显著,F(3,45)=4.60,p <0.01,黑-白和黑-绿颜色组合显著高于黑-黄组合,而在负极性条件则无显著差异。

同实验1,阅读者在引导式文本的对比度极性和颜色组合的主观疲劳度均无显著差异,但在颜色偏好度的方差分析表明,对比度极性主效应显著,F(1,15)=5.448,p <0.05,η2=0.266,对正极性文本的偏好显著高于负极性文本。颜色组合主效应显著,F(3,45)=4.200,p <0.05,η2=0.219,对白底黑字组合的偏好显著高于其它颜色组合;二者的交互作用不显著。阅读者对各对比度极性与颜色组合的主观偏好度变化趋势见图3。

4 讨论

4.1 电子线性文本的对比度极性、颜色组合对阅读疲劳的影响

实验1 结果表明,由于实验选取的都是对比度高的颜色组合,色彩差异明显,所以阅读电子线性文本的瞳孔直径缩小量在正、负对比度极性无显著差异,这说明在电子线性文本中,视觉疲劳仅与不同颜色组合有关,背景或前景颜色的深浅并不显著影响视觉疲劳。

在不同颜色组合条件的瞳孔直径缩小量差异显著,无论正、负极性,蓝-白色组合都导致较大的瞳孔直径缩小,这表明蓝-白色搭配不是一种适宜阅读的颜色组合;而最为常见的白底黑字颜色组合所产生的视觉疲劳在正极性中最高,这与以往研究结论是一致的,即白底黑字过强的亮度对比使人眼的调节机能始终处于高负荷状态,在长时间阅读中更容易视觉疲劳(Buchner,Mayr,& Brandt,2009)。黄底黑字、绿底黑字、黑底绿字导致的瞳孔缩小量均较小,说明这几种颜色组合不容易引起视觉疲劳。黄底黑字和绿底黑字两种颜色组合的疲劳度均较低,说明在正极性下将背景色调整为亮度较高但不如黑白对比那么强烈的颜色组合,不仅不会显著降低对比度,还可以显著降低视觉疲劳,这表明颜色差异可能也是影响视觉疲劳的因素,过大或过小的颜色对比差异都容易导致视觉疲劳。实验1 结果还发现负极性文本的变异较正极性文本更大,这印证了已有研究的结论,负极性文本有更大的个体差异(Saito et al.,2010)。

阅读者对不同颜色组合的偏好也同已有结论一致,即对正极性文本的偏好程度显著高于负极性文本,这可能是熟悉效应所致,由于以往累积的对纸质文本(白底黑字)的知觉经验和习惯,因而对正极性文本更偏好,但生理指标则表明这种颜色组合不能有效减轻眼睛负担,说明人们对颜色的主观偏好与生理反应并非是一致的。

阅读者对各对比度极性和颜色组合的主观疲劳度评定无显著差异可能的原因是:阅读每篇文章的平均时间约为4 分钟,尽管生理指标已反映出差异,但对于每天有大量阅读量的大学生来说,在主观上还未觉察到自身的疲劳感,与生理反应相比,这种主观的疲劳感觉的灵敏度较差。

4.2 引导式文本的对比度极性、颜色组合对阅读疲劳的影响

实验2 结果表明,引导式文本的对比度极性效应十分显著,正极性条件在四种颜色组合的瞳孔直径均显著小于负极性条件,这说明正极性的文本更容易使阅读者产生阅读疲劳,而在电子线性文本中则未发现这种效应,分析其原因,可能是读者在追踪动态的引导式文本时比静态的电子线性文本需要更多的认知资源,当面对更复杂的信息时,对人眼的运动和调节要求更高,因而增加了人眼的疲劳程度,相对而言,则凸显出负极性文本不易疲劳的优势。

阅读者对不同对比度极性和颜色组合的颜色偏好度主效应均显著。除黑-绿组合无显著差异外,黑-白、黑-黄、蓝-白三种颜色组合在正极性条件的偏好程度均显著高于负极性,这一结果与Shieh和Lin(2000)的结论一致。阅读者对四种颜色组合的主观偏好在正、负对比度极性的变化趋势一致,说明在引导式文本中,对比度极性的影响较为稳定。

综上所述,对于电子线性文本和引导式文本的不同极性、颜色组合和主观偏好度上阅读者在视觉疲劳度存在差异,电子线性文本在不同颜色组合存在显著差异,而引导式文本则在对比度极性上存在显著差异;但阅读者对两种文本的主观偏好度是一致的,即更偏好正极性文本。

5 结论

5.1 在电子线性文本中不同颜色组合的视觉疲劳度差异显著,黄底黑字、绿底黑字和黑底绿字引起的视觉疲劳较弱,而阅读者在正负对比度极性条件视觉疲劳度无显著差异。

5.2 在引导式文本中不同对比度极性的视觉疲劳度差异显著,正极性文本引起的视觉疲劳更强,而阅读者在不同颜色组合条件的视觉疲劳度无显著差异。

5.3 无论电子线性文本还是引导式文本,阅读者普遍更偏好正极性文本。

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