基于眼动追踪的自助挂号机界面可用性设计研究

李晓英，周大涛，黄 楚，孙淑娴

1 引言

科技的发展使自助服务终端（Self-serviceterminal）在银行、交通、医疗等行业得到了广泛的运用。交互式的界面操作替代了机械按钮成为用户与产品交流之间的桥梁[1]。针对交互界面进行可用性研究，在一定程度上可以解决产品系统可用性低的问题：文献[2-3]通过眼动追踪实验，分别对平板电脑和手机APP的界面可用性进行定量研究，保证了结果的可靠性，但忽略了人的感性因素，不能反映不同群体的交互需求。文献[4]综合各学科知识，设计了交互性较强的自助挂号界面，一定程度上降低了用户的操作难度；文献[5]基于人机环境提出了医疗软件界面设计方法，并对骨科医学器械软件交互界面进行指导，该研究主要基于定性分析，与定量分析相比，其结果缺乏可靠性。针对上述问题，提出基于眼动追踪和可用性问题量表的界面评估模型，实现了定量分析与定性分析的结合，保证了设计的合理性、可靠性。

2 基于眼动追踪和可用性问题量表的评估模型

视觉是用户和界面交互的直接途径，基于视觉认知的生理指标测量是非常有效的界面交互优劣评估方法[6]。眼动在人体视觉生理指标中可以客观、实时的反映用户的认知处理过程，通过眼动追踪系统记录首次注视兴趣区[7]（Area of interest，AOI）时间和眼球运动轨迹等过程，对用户视觉认知参数进行测量和统计，利用定量的数据来评估界面的优劣，发现界面中的可用性问题。同时，眼动追踪的实验环境可控，在不干扰被试者的前提下，主动获得数据，相对于启发式评估法、绩效测试法[8]等传统界面评估方法，可以有效降低可用性评估中主观情感对实验数据造成的误差。根据国际定义，可用性是指“产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用途时所具有的有效性、效率和用户主观满意度”[9]。可用性评估较视觉信息层级评估更为复杂，包含了认知层、行为层与反思层的反应。眼动追踪实验探究的是认知层与行为层的信息处理，而在反思层面，眼动追踪实验相较于主观问答并没用优势，需要通过自我报告式的度量来评估。文献[10]提供了一种方法：通过综合SUS系统可用性量表的用户满意度和相关问题的反馈频率，输出可用性问题量表，对可用性问题严重等级进行定性评估，如表1所示。

表1 可用性问题严重等级评估Tab.1 Severity Assessment of Usability Problems

表中：弱（+）—会让被试者心烦或者沮丧但不会导致任务失败的可用性问题；中（++）—这类问题会与任务的失败有一定的关系但不会直接导致任务的失败；强（+++）—直接导致任务失败的问题。

构建了基于眼动追踪和可用性问题量表评估模型，利用眼动追踪实验定量分析界面可用性的有效性和效率，结合可用性问题量表定性分析界面可用性的用户主观满意度。结合定量与定性分析，综合评估界面可用性。

3 实例研究

3.1 眼动追踪实验设计与结果分析

3.1.1 实验资源准备

根据某医院自助挂号机实际操作流程，采用Axure7.0制作了14张高保真界面原型（分辨率1920×1080）。每张图片都对应某一步骤，并在每张图片上设有1个兴趣区，对应实际任务中主要认知加工区，如表2所示。

表2 任务步骤和基于认知活动的AOITab.2 Task Steps and AOI Based on Cognitive Activity

实验使用采样频率为120Hz的TobiiX3-120屏幕式眼动仪，可以稳定记录被试者在实验操作过程中的各项眼动指标数据，结合SPSS统计分析软件进行数据处理。

3.1.2 实验任务设计

实验采用的可用性测试指标，如表3所示。总访问时间体现了被试者操作自助挂号机的效率，时间越长，说明被试者对于整个交互界面流程的搜索、认知和加工存在障碍。首次注视时间反映了各界面AOI被捕获注意的难易程度，时间越长，说明界面元素越难以被捕获，视觉搜索效率越低。视线路径扫描轨迹图可以直观的反映出搜索时的扫描路径，扫描路径越长，搜索行为的效率越低。

表3 可用性测试指标内容和眼动数据Tab.3 Usability Test Index Content and Eye Tracking Data

3.1.3 实验样本人群

根据前期调研分析，对就医患者进行了分类。根据分类结果选取15人作为被试样本，如表4所示。实验前向被试者介绍实验任务步骤（S1-S14），如表2所示。在被试者了解实验流程和操作后，根据实验任务用鼠标点击原型界面中的操作按钮来实现界面切换，眼动追踪系统会自动记录和处理相关数据。

表4 被试者分类及特征描述Tab.4 Subjects Classification and Characterization

3.1.4 实验结果分析

在有效率上，如表5所示。老年人和低学历者均未能全部完成实验任务，说明交互界面易用性存在问题，不能保证不同群体的使用成功率。在总访问时间上，普通患者（男、女）明显低于其他患者，随着年龄的增加和教育背景的降低，被试者的总访问时间延长，操作效率降低，说明界面易学性上存在问题。

表5 不同类型患者的有效率和总访问时间Tab.5 Efficiency and Total Access Time of Different Types of Patients

认知心理学发现，人的无意识加工阶段可在（200～250）ms内快速完成视觉信息搜索，这个过程不受意识控制。而首次注视时间被认为是测量无意识加工最有效的指标[11]。数据进行独立样本t检验，发现各界面AOI首次注视时间和无意识加工时间存在显著差异（P＜0.05），表明被试者搜索过程不符合无意识搜索标准，视觉信息搜索效率不高，界面即时吸引性存在问题，如表6所示。

注视点较多且分散，扫描路径复杂交错，选项之间相互干扰，增加了用户的认知负担，如图1所示。表明被试者搜索行为存在障碍，搜索效率低，界面即时操作性存在问题。在其他界面中也存在类似问题。

表6 各界面AOI首次注视时间Tab.6 AOI First Fixation Duration at Each Interface

图1 视觉路径扫描轨迹图Fig.1 Visual Scanpath Map

3.2 可用性问题量表统计分析

眼动追踪实验结束后填写SUS系统可用性量表，根据实验输出的数据结果，结合视频记录，对被试者进行面对面访谈，详细询问被试者遇到操作障碍时存在的疑虑，并记录可用性问题反馈频率。根据被试者的主观满意度和反馈问题的频率，输出可用性问题量表，其结果，如表7所示。

选择严重等级为强（+++）的可用性问题进行分析：在信息内容上，挂号机界面存在科室分类混乱、信息描述不明和描述过于专业的问题；在信息架构上，文字信息和页面选项显示过多导致被试者搜索目标时存在障碍。

表7 可用性问题量表（无0、弱+、中++、强+++）Tab.7 Usability Problems Scale（No 0，Weak+，Middle++，Strong+++）

3.3 医院自助挂号机交互界面综合评估

基于眼动追踪实验数据和可用性问题量表，对现有医院自助挂号机交互界面进行可用性评估，结果如下：（1）对象可用性问题：随着年龄的增加和教育背景的降低，完成任务的有效率降低，总访问时间延长，使用效率降低，界面易用性和易学性不足。（2）操作可用性问题：各AOI首次注视时间不符合无意识搜索标准，界面可见注视点较多且分散，搜索效率不高，界面即时吸引性和即时操作性不足。（3）内容可用性问题：信息内容分类混乱和描述过于专业化，信息架构繁冗。

3.4 医院自助挂号机交互界面改良方案设计

针对上述综合评估结果，界面设计改良可以从对象可用性、操作可用性、内容可用性三个维度考虑。限于篇幅，只列举部分设计改良方案。

（1）针对对象可用性问题改良设计：不同年龄、认知和背景的用户对交互内容了解程度不同，通过文本释义或语音提示辅助操作，吸引用户学习使用。界面的布局整体上分为时间提示栏、菜单栏、信息显示栏和导航栏，如图2所示。导航栏的位置在右下角固定不变，通过一致性的布局、规范化的导航来引导用户行为动作，减轻用户的记忆负担，保证界面具有良好的易学性和易用性。

图2 主界面改良方案Fig.2 Interface Improvement Designfor Main Interface

（2）针对操作可用性问题改良设计：使用模块化的网格布局，在页面不同区域之间建立适当的关系，使元素的位置更加规则，用户可以迅速搜索到AOI元素。各功能元素按照网格比例布局，一致的间距和定位可以辅助用户的无意识视觉搜索机制，提高搜索效率，如图3所示；利用色块来区分不同使用频率的元素，使用频率最高的当日挂号，用深色突出显示；使用简单的几何形状、不饱和色彩或中性色，增加颜色对比，强调重要信息，最小化视觉工作量。

图3 科室选择界面改良方案Fig.3 Interface Improvement Design for Department Selection

（3）针对内容可用性问题改良设计：根据常见认知语言对现有科室进行分类，使用简单、明确、精练的语言，简化界面文本标签和信息内容，便于用户的搜索和认知，如图4所示。同时对二级科室进行排序，对挂号已满的科室和无专家号的科室，按钮图标灰色显示并禁用此按钮，提高用户的使用效率。

图4 医生信息界面改良方案Fig.4 Interface Improvement Designfor Doctor Information

3.5 改良方案评估

（1）操作有效率和总访问时间，如表8所示。改良方案界面的操作有效率高于现有界面，改良方案界面的总访问时间明显小于现有界面。

表8 操作有效率和总访问时间Tab.8 Operation Success Rate and Total Access Time

（2）SUS系统可用性量表。填写SUS系统可用性量表。被试者对于改良界面的满意度较现有界面的满意度有显著提升，但是，老年人对于两种界面的满意度没有显著差别，且老年人的满意度平均分明显低于其他类型患者。给出了15个被试者对两种界面的满意度评分，如表9所示。

表9 SUS系统可用性量表Tab.9 Sus System Availability Scale

综合以上评估数据，改良方案的交互界面可用性高于现有自助挂号机的界面方案，验证了基于眼动追踪和可用性问题量表评估方法的有效性。

4 结论

在交互界面可用性设计研究中，为保证设计的客观性和可靠性，结合定量分析和定性分析的方法，构建基于眼动追踪和可用性问题量表的评估模型，以此来指导现有医院自助挂号机交互界面的改良设计，对其进行可用性评估，结果表明：改良方案符合用户的使用行为和认知理解，提高了交互界面在对象、操作和内容三个维度的可用性，以及不同年龄、认知、背景的用户对界面的适应性。可为相关产品的交互界面设计提供参考。