图标的认知属性分析及定量研究

宫勇 霍发仁 沈法

摘要：为了考察认知属性对图标理解的影响以及图标各认知属性之间的相互关系，采用命名法和量表评定法，对270个图标的视觉复杂性、熟悉性、语义距离、具体性及命名一致性进行了测试。结果发现图标各项认知属性之间存在着显著的相关性。熟悉性与命名一致性以及概念一致性的相关度最高，表明熟悉性是影响图标理解的最重要因素；语义距离和具体性也与命名一致性和概念一致性的相关度比较高，表明语义距离和具体性也对国标理解有较大影响。研究结果对图标设计及选用具有重要意义。

关键词：图标 人机交互 认知属性 用户体验

中图分类号：J052 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2018）04-0054-03

一、研究背景

随着交互技术的发展，人机交互界面从早期的命令行界面向图形用户界面（graphical user interface，GUI）、多媒体界面、虚拟现实以及多通道用户界面方向发展Ⅲ，目前，GUI仍然是人机交互界面的主流形式。GUI中的图标即可以表示文件、程序等对象或打印、复制/粘贴等操作，也可以表示颜色、渐变填充等对象属性或关键的系统警告和错误等。图标具有能够跨越语言障碍、有效降低用户的认知和记忆负担、比文本更容易回想和识别、降低界面复杂度以及美化界面等优点，因此成为GUI的重要组成部分。

图标是用户与包括计算机在内的各种机器、系统进行交互的重要方式，其本质功能是传递信息。因此，能否正确理解图标的含义关系着人与机器或人与环境之间的信息交流能否顺利实现。由于信息技术的快速发展，使得软件产品更新换代的速度比较快，客观上决定了图标无法像公共信息标志一样需要经过严格的筛选和理解度测试。而长期以来，设计人员把图标设计当作是纯粹的图形设计，往往过分追求图标的美观而忽视了其传达信息的本质，界面评估人员则用评价艺术设计作品的方式和理念来评价国标的优劣。以上情况导致在实际使用过程中，用户看不懂或找不到图标的情况经常发生，给用户的交互过程带来了极大的挫败感，有时甚至会带来错误的操作行为而导致严重后果。因此，研究影响图标认知理解的相关因素，不仅能为设计师设计图标提供相关的理论指导，也能为交互过程带来更好的用户体验。

在认知心理学的相关研究中，图片是一类典型的实验刺激材料。大量研究证实，图片本身的属性会影响图片的认知加工过程，这些属性包括名称一致性、概念熟悉性、表象一致性、视觉复杂性等。Snodgrass和Vanderwart最早对260幅图片材料进行了量化研究，提出了在各种实验任务中有较大影响的四个图片特性是：命名一致性、熟悉性、表象一致性和视觉复杂性。此后，研究者针对不同语言对图片的认知属性进行了量化研究，主要包括法语嘲、西班牙语、意大利语、希腊语、荷兰语以及日语等。在国内，舒华等对Snodgrass和Vanderwart研究中的260幅图片的认知属性进行了量化研究，发现其中有235幅图片在上述四项认知属性上与国外研究结果较为一致，并建立了国内首套图片认知属性的标准化资料。张清芳和杨玉芳通过测量311张图片的H值、命名一致性百分数、概念一致性百分数、表象一致性、熟悉性、视觉复杂性、词长以及图片命名的时间来探索影响图片命名潜伏期的因素，结果发现概念一致性、熟悉性、表象一致性以及词频是影响图片命名时间的主要因素。陈永香和朱莉琪通过图片命名和评定任务，获取了265张动词图片的中文名称、命名反应时、H值、命名一致性、熟悉性、视觉复杂性、表象一致性以及口语习得年龄等指标，通过影响动作图片命名反应时的因素分析，发现H值、熟悉性和视觉复杂性三个变量可以解释动词图片命名反应时72.4%的变异。同时结果也发现，与名词图片相比，动词图片的视觉复杂性更高、命名一致性更低、命名反应时更长。

图标也是一类特殊的小图片，分析研究图标的认知属性，对提高图标的信息传达质量具有重要的设计指导意义。相对于一般图片材料的大量研究而言，图标的相关研究则非常少。仅有Mcdougall等对239个图标的具体性、视觉复杂性、意义性、熟悉性、语义距离、命名一致性、概念一致性等进行了标准化评定，并发现图标各项认知属性之间存在着显著的相关性。

目前，国内尚无关于图标认知属性研究的标准化资料，本文将对图标的认知属性进行分析，并通过命名法和量表评定法对图标各项认知属性进行量化研究。通过对一般图片材料和图标认知属性研究文献的分析，本文研究的图标认知属性主要包括：熟悉性、视觉复杂性、语义距离、具体性以及命名一致性等。

二、研究方法

（一）实验材料与方法

实验收集了270个图标，所有图标均被处理成白底黑图、大小相同的统一格式。图标打印在白色A4纸上并装订成册呈现给被试，每册10页，每页27个图标随机打印。其中，命名一致性测试中，每个图标下方画有一条横线，被试可以在横线上写下图标的含义。其他属性的测试中，每个图标下方对应一个5点量表。册子中每页顺序通过拉丁方设计排序，确保图标呈现给每个被试的顺序不同。册子封面是关于图标属性和实验过程说明。对图标各项认知属性的评定要求如下：

1.熟悉性

熟悉性主要指用户对图标或对图标描绘的物体的经验。试验中要求被試每看一个图标后，在五点量表上评定对该图标的熟悉程度。五点量表中，1为非常生疏，5为非常熟悉。

2.视觉复杂性

视觉复杂性是指图标所包含的细节或曲折变化的线条的多少，细节和曲折变化的线条越多，图标的视觉复杂度就越高，反之亦然。例如（图1f）就具有较高的视觉复杂度，而（图1g）的视觉复杂度则较低。要求被试在五点量表上评定其视觉复杂程度。五点量表中，1为非常简单，5为非常复杂。

3.语义距离

语义距离指的是图标本身与其表达的功能含义之间关系的远近程度。（图1a）所示，打印机与打印功能之间就是一种直接、紧密的对应关系。（图1b）所示，加密是从锁这一形象中推断出的引申含义，因此二者之间的语义距离较远。（图1f）所示图形与生物性危害含义之间没有视觉上的联系，只有在用户学习了它们的含义之后，它们才有意义。实验要求被试对图标与其表达的含义之间的语义距离进行评定。五点量表中，1表示图标与其表达的功能含义之间的语义距离非常远，5表示图标与其表达的功能含义之间的语义关系非常近。

4.具体性

具体性是指图标形象与图标所指对象在视觉上的关联程度。具体图标是对现实生活中事物的模仿性表达，图标形象与图标所指对象在视觉上存在较强联系，（如图1a）和（图1d）。与之相对的是使用线条和箭头等几何图形的抽象表达，图标形象与图标所指对象没有视觉上的联系，（如图1c）和（图1g）。实验要求被试对图标的具体性进行评定。五点量表中，1为非常抽象，5为非常具体。

5.命名一致性

反映了图标与表达图标含义的词语之间的匹配程度，命名一致性越高，表明认为该图标表达同一个含义的人数就越多，因此，命名一致性在某种意义上也反映了对图标的理解程度。要求被试看到一个图标后，在相应的横线上写下该图标的名称，如果写不出名称记“N”，不认识记“O”。

被试为在校大学生，共150人。其中，视觉复杂性、熟悉性、语义距离、具体性以及命名一致性测试各30人，每个被试只参加其中一项认知属性的测试，所有被试均为自愿参加实验，且无相关实验经验。全部测试完成之后，对所有被试的数据进行整理和分析。

（二）各项认知属性的计算

命名一致性的计算，主要参考舒华等研究中采用的方法，主要包括名称一致百分数、H值以及概念一致百分数三项指标。名称一致百分数只计算给出该图标最集中的一个名称的被试比例，并严格要求名称中的每一个字都完全相同才计算在内。H值的计算利用了信息论中不确定性的计算，其公式为：

其中k为所有被试对同一个图标给出的不同名称的种类数，Pi表示每种名称所占的比例。对于不认识图标或叫不出图标名称的情况均不包含在H值的计算中，H值反映了被试对图标命名的不确定性程度。对同一个图标，如果所有被试用同一名称命名，表明对该图标命名的不确定性最小，命名一致性最好，此时，H值为0。如果被试对同一个图标命名的名称种类增多，表明对该图标命名的不确定性增加，命名一致程度降低，H值也相应增大。H值考虑了被试给出的各种名称的分布，比名称一致百分数更为精确地反映了命名一致性的情况。

概念一致百分数是指那些给出概念相同，而字组成不完全相同的名称所占全部名称的比例，如“行李手推车”、“行李搬运车”、“行李拖车”、“行李推车”，它们在名称上是不一致的，但表达的概念是一致的。因此，概念一致百分数反映的是把图标归为同一指涉概念的被试的百分比，其中包含了记“N”和“O”的被试。视觉复杂性、熟悉性、语义距离以及具体性的计算则依据每个被试的量表打分，计算所有被试的平均值得到。

三、结果分析

（一）总体结果

（表1）显示了图标各项指标的统计值，Q1是25%点的对应值，Q3是75%点的对应值，Q1和Q3反映了各变量的离散分布情况。总体来看，H值的平均值较高，而命名一致百分数和概念一致百分数较低，表明被试对这套图标的命名比较分散，概念一致性较低。熟悉性较高，表明多数图标是中国被试熟悉的。视觉复杂性较低，表明一般被试认为这套图标较为简单。具体性评定的平均数呈现以3为中心的分布，与图标的实际情况相吻合。

（二）各项认知属性之间的相关性分析

对270个图标的视觉复杂性、熟悉型、语义距离、具体性、H值、概念一致百分数以及命名一致百分数的平均数进行相关分析，发现图标各项认知属性之间存在着一定的关系（见表2）。熟悉性与视觉复杂性显著负相关（r₁₂=-.510，p<0.001），表明被试认为较熟悉的图标具有更低的视觉复杂性。熟悉性与语义距离之间存在显著正相关（r₁₃=.560，p<0.001），表明对较为熟悉的图标，被试认为其与表达的含义之间的语义距离更近。熟悉性与具体性之间有显著正相关（n₁₄=.513，p<0.001），表明被试认为较熟悉的图标更加具体。熟悉性与H值之间存在负相关（r₁₅=-.133，p=0.028），而与名称一致百分数存在显著正相关（n7=.707，p<0.001），表明被试对较熟悉的图标往往命名更加一致。熟悉性与概念一致百分数显著正相关（r₁₆=.812，p<0.001），表明被试对较熟悉的图标表达的概念更加一致。

视觉复杂性和语义距离以及具体性之间不存在任何显著的相关，表明视觉复杂性和语义距离以及具体性之间不会产生相互影响。视觉复杂性和H值之间存在显著正相关（r₂₅=.210，p=0.001），和名称一致百分数之间存在显著负相关（r₂₇=-.371，p<0.001），表明被试对视觉复杂性较高的图标往往命名更加一致。视觉复杂性和概念一致百分数之间存在显著负相关（r₂₆=-.348，p<0.001），表明被试对视觉复杂性较高的图标表达的概念更加一致。

语义距离和具体性之间显著正相关（r₃₄=.712，p<0.001），表明越具体的图标指涉的对象范围就越小，表达的含义也更加具体，图标与其含义之间的语义距离也越小，反之依然。H值和语义距离以及具体性之间不存在任何显著相关性。但名称一致百分数与语义距离（r₃₇=.521，p<0.001）以及具体性（r₄₇=.468，p<0.001）之间存在显著正相关，表明对语义距离越近、越具体的图标，被试对其命名更趋于一致。概念一致百分数与语义距离（r₃₆=.565，p<0.001）以及具体性（r₄₆=.505，p<0.001）之间存在显著正相关，表明对语义距离越近、越具体的图标，被试对其概念的表达更一致。

四、结果讨论

通过上述分析可以发现，图标各项认知属性的确会影响图标理解，并且各项认知属性之间存在着显著的相关性，研究结果对图标设计中如何提高图标的理解程度具有以下几个方面的意义：

首先，熟悉性是影响图标理解的最重要因素之一。图标承担着虚拟世界与真实世界之间的映射关系，把现实世界中人们已知的、熟悉的事物、概念、经验或行为映射到虚拟的信息世界，将抽象的、无视觉特征的交互信息表现为用户熟悉的、体验过的、可感知的视觉形象，不仅降低了用户的识别难度，也减轻了用户思维、学习和记忆的负担。但是在图标设计中，仅仅采用熟悉的事物形象是不够的，在实际对象和系统对象之间必须有一个真实的关联，一个熟悉的图像与对象的功能联系较少会导致用户对他们之间的关联提出疑问，并且使得图像的含义难以学习和记忆。

其次，设计师必须要考虑图标内容和表达的交互信息之間的语义距离，如打印机是生活中常见的、熟悉的事物，如果用打印机形象表示“回收站”的功能，则会让用户摸不着头脑，尤其是在用户学习新图标时，需要建立图标和图标表达的交互信息之间的对应关系，语义距离对新图标的可用性有着决定性的影响。

再次，在图标设计中选用具体的事物形象同样有助于用户理解图标表达的含义，尤其是对于陌生图标的识别，具体性是决定图标可用性最重要的因素，但具体化效果会因为用户对图标的熟悉而逐渐消退，很多抽象图标，当用户熟悉了之后，往往比具体图标的识别性更高。

最后，本文研究结果表明视觉复杂性与图标理解负相关，即图标视觉复杂性越低，图标的理解程度就越高。视觉复杂性对图标认知理解存在正面影响还是负面影响，目前仍然存在较大分歧。一些研究认为，图标认知需要一定的细节，详细地描画现实物体能让使用者通过已有的知识来迅速推断图标含义；然而另一些研究则认为，过分的细节可能会导致图标认知性能的退化，因此，在图标设计中，保持必要的细节使得图标能够被识别就足够了。

结语

本文通过命名法和量表评定法对一组图标的认知属性进行了量化研究和分析。研究结果证实了影响图标理解的各项认知属性之间的确存在相关性，对图标设计及选用具有重要意义。在后续研究中将不断扩充并完善图标库，不仅能为其他相关研究提供基础资料，也有利于不同研究结果之间进行对比。