汽车仪表盘界面字符颜色与指针颜色的工效学研究

杨桂云，邓铸

(南京师范大学 心理学院，南京 210097)

1 引言

随着我国经济快速增长，公众对汽车的需求量越来越大。据统计，2016、2017年我国汽车年产销量分别为2803万辆和2900万辆。汽车为人民生活提供便利的同时，也引发了大量的交通安全事故，其中驾驶员操作不当是事故发生的主要原因[1]。

认知心理学家Treicher通过大量实验证实：驾驶员在进行驾驶工作时会接收到来自视觉、听觉、味觉等不同通道的信息，其中约83.3%的信息源于视觉通道[2]。有研究发现，无论驾驶员处于何种驾驶情境，每15 min内他们会不自觉地观察仪表界面数次，并根据收集到的信息对自己的驾驶状态进行调整[3]。Brown等人[4]借助眼动实验结果分析得出，新驾驶员依赖仪表界面信息程度显著高于有经验的驾驶员。因此，汽车仪表盘作为驾驶员视觉信息来源的主要途径，对其驾驶状态的准确性、高效性起着重要作用。

在以往的汽车仪表盘界面设计中，颜色相对单一，但随着人们对个性化的追求，界面设计元素变得多样化。国内外现有研究较多以仪表盘底色为自变量，探索颜色对驾驶员进行仪表界面信息读取的影响[5,7]。侯艳红等人[6]发现，色彩背景信息不仅可以调节个体的生理状态还会影响其认知任务的完成：在短波长色彩(如紫色、蓝色)背景下，个体自主神经活动强度较小但认知测试成绩较高；而在波长较长的色彩(如橙色、黄色)背景下，其各项生理指标较高但认知测试成绩较差。杨公侠等人[7]从工程心理学的角度出发，以心理物理实验为基础探究不同底色仪表盘面对检查速度的影响。实验发现绿色表盘检查速度最快，随后为灰色、蓝色，而黄色表盘检查速度最慢。部分研究者会单独选取仪表盘的字符颜色或指针颜色进行实验，张杰[8]认为黄色字符能见度最高，而蓝色字符反应时最长。孙林岩等人[9]将表盘读数和驾驶状态确认设置为双任务，发现白色字符能帮助驾驶员对仪表界面信息进行快速识读。多位研究者以不同的实验方法证明：黄色指针对驾驶员操作过程中的正确率影响显著[10-11]。调查显示，市场现有汽车仪表盘界面中字符颜色、指针颜色的搭配已达近十种，但尚未检索到关于汽车仪表界面中字符、指针颜色搭配效果的研究。

因此，本文选取汽车仪表界面中的字符颜色、指针颜色为研究对象，针对驾驶员与仪表界面交互过程中的认知及行为情况进行分析，通过研究人-机器-环境的相互作用，使仪表盘界面颜色设计符合人的认知与心理特征[12]。本文将以实验的方式确定驾驶员对仪表界面信息识读效果最优的字符颜色、指针颜色类型，为仪表界面设计人员提供参考。

2 方法

2.1 实验设计

实验采取5(字符颜色：白、橙、红、蓝、紫)×3(指针颜色：白、橙、红)×2(性别：女、男)×2(仪表盘显示状态：安全驾驶状态、危险驾驶状态)的混合实验设计，其中仪表界面的字符颜色、指针颜色为组内变量，性别为组间变量，仪表盘显示状况不作为统计变量，因变量为被试操作过程中的正确率及反应时。

2.2 实验材料

实验材料由15种不同颜色搭配的汽车仪表静态界面图片组成，每种搭配14张，共计210张图片，所选用颜色的RGB值如表1所示。

表1 实验所选颜色的RGB值

除仪表界面的字符颜色、指针颜色搭配不同外，界面其他信息均参照国标QC/T537—1999《汽车仪表一般设计要求》进行设计。为模拟真实驾驶情境，仪表盘处于视野中下方，盘面为黑色，外径为160 mm。仪表盘指针位于其底部中央并已采用正态分布思想进行均衡(Counter-Balance)处理。字符采用Times New Roman字体。图片分辨率为1024×768，以.jpg格式进行存储。实验情境的设置：驾驶员正行驶在限速为120 km/h的高速公路上，即仪表界面指针处于0～120 km/h之间时，应将其判断为安全驾驶状态；指针位置超过120 km/h时，将其判断为危险驾驶状态。实验图片示例如图1。

图1 仪表盘

2.3 实验仪器

实验图片借助E-prime软件进行呈现，实验在同一台台式电脑上进行，此电脑配置为Intel i3，主频为3.9GHz，内存为4G，显示器为液晶21.5寸。

2.4 被试

被试由42名在校大学生组成，其中男女各21名，年龄分布为20～29岁，均为右利手，无色盲、色弱等眼部疾病。所有人均已通过机动车驾驶考试且驾驶里程数少于3 000 km，属于新驾驶员。

2.5 实验程序

实验开始前，将被试双眼与电脑显示器之间的水平距离调整至60 cm左右，高度调整至显示器的中央。实验以将被试基本信息录入程序为开始，被试需通过阅读实验指导语对整个实验过程进行了解，随后进入练习阶段，待其熟悉实验流程后，开始正式实验。被试需通过对仪表盘界面信息的识读判断自己的驾驶状态，根据实验情境，当仪表界面指针位于0～120 km/h之间时，为安全驾驶状态，被试无需作反应，2 000 ms后界面信息会自动跳转；当仪表界面指针超过120 km/h时，为危险驾驶状态，被试需按“空格”键进行减速。

每种指针、字符颜色搭配下有14次反应任务，整个实验中被试共需反应210次。E-prime软件会自动记录被试的反应时及正确次数等认知指标。实验结束后，实验人员会给被试赠送礼物表示感谢。

3 结果

3.1 对被试反应时与正确次数的描述性统计分析

用SPSS 21.0对收集的数据进行描述性统计分析。结果如表2所示。

表2 反应时(ms)与正确次数的描述性统计结果

根据描述性统计结果，驾驶员对仪表界面信息识读最快的三种字符颜色与指针颜色搭配类型依次为白色字符配白色指针(MD=504.79)、白色字符配橙色指针(MD=516.40)、红色字符配橙色指针(MD=519.71)；将正确次数转化为正确率后可知，驾驶员对仪表界面信息识别正确率最低的四种字符颜色与指针颜色搭配类型依次为白色字符配红色指针(97.62%)、白色字符配白色指针(98.30%)、橙色字符配橙色指针(98.47%)、蓝色字符配红色指针(98.47%)。

3.2 方差分析

以反应时(RT)为因变量，仪表盘的字符颜色、指针颜色及被试性别为自变量进行统计处理。表3为被试反应时的重复测量方差分析结果。

表3 反应时(RT)重复测量方差分析结果

注：*P<0.05，**P<0.01。

重复测量方差分析结果显示：字符颜色的主效应显著[F(1,4)=2.641，P=0.036，η2=0.062]。通过事后检验发现：被试对白色字符的反应时最短，但与其他颜色无显著差异(P>0.05)。

指针颜色的主效应显著[F(1,2)=6.749，P=0.002，η2=0.144]。通过事后检验发现：被试对红色指针的识别速度显著低于白色指针和橙色指针(P<0.05)；对白色指针与橙色指针进行识别时，被试的反应时没有显著差异(P>0.05)。

3.3 非参数检验

对正确次数进行非参数检验。结果如表4所示。

表4 正确次数非参数检验结果

注：*P<0.05，**P<0.01。

结果显示，仪表盘指针颜色的主效应边缘显著，χ2=5.390，df=2，P=0.068。

4 讨论

以往研究表明，在黑色背景下，驾驶员对不同颜色的目标物反应时差异显著，说明颜色对认知能力产生了影响[8,13]。本研究以此为基础，对市场仪表界面现有字符颜色、指针颜色进行了调查分析，发现驾驶员对白色字符的获取速度最快、信息提取率最高，这可能是因为黑白搭配在日常生活中出现频率较高[14]，被试对此种颜色搭配较为熟悉、反应较快；也可能是因为白色目标物在以黑色为底的衬托下对比突出明显，有较好的视觉冲击效果[15]，便于驾驶员快速进行视觉搜索，从而缩短了其反应时间[16]。同时，实验结果显示，指针颜色也对驾驶员进行仪表界面信息识读存在影响，其中驾驶员对红色指针的识别速度显著慢于对橙色指针与白色指针，这进一步验证了张杰[8]等人的研究成果，即背景颜色相同时，目标物与背景之间的颜色距离越远，驾驶员对目标物的反应速度越快。

进一步探究后我们发现，字符颜色与指针颜色的交互作用并不显著，但字符颜色与指针颜色相同且均为白色时驾驶员的反应时间最短。这可能是因为驾驶员在进行仪表界面信息提取时，在视觉前注意过程中对字符颜色和指针颜色进行了特征整合[17]，所以两者的颜色搭配仍然存在一定程度的组合优势。通过实验人员的反思与被试的主观报告，可将字符颜色与指针颜色交互作用不显著的原因归纳为以下三点：第一，本实验任务难度等级较低。本实验的任务是对仪表盘指针所处位置进行判别，属于视觉搜索任务中难度等级较低的范围。根据Huang等人[18]的研究，任务的难度等级会影响被试的视觉搜索效率，研究发现，在较低等级搜索任务中，会出现被试效率差异不明显的现象。第二，本实验设置为单任务，而驾驶过程为多任务，根据Ryu等人[19]的研究，驾驶员对多任务的认知过程与对单任务的认知过程存在显著差异。第三，被试的实验状态不佳。Olson等人[20]对被试在人机交互过程中的心理因素进行了研究，发现被试会针对任务产生“蒙混”的想法，即为了尽快完成任务只考虑效率，而忽略其他因素的存在。之后，我们将针对以上问题进行实验设计的改进。

5 结论

以往的人机界面研究，主要采用主观评价的方法，即根据设计人员和使用人员的主观感受对界面信息进行选择，因个体差异明显，市场上现有的汽车仪表盘界面信息所含颜色较多且搭配复杂。本文通过汽车仪表界面静态图片呈现的方式，研究汽车仪表盘界面信息中字符颜色与指针颜色对驾驶员认知过程的影响。实验发现，汽车仪表盘界面设计中的字符颜色、指针颜色均能影响驾驶员对仪表界面信息识读的速度，当仪表界面元素颜色相同且均为白色时驾驶员所需反应时最短。此研究结论可为仪表设计人员在进行盘面设计时，提供理论支持。

今后的研究中，希望可以扩大被试范围并对驾驶过程中多任务、动态操作下的人机交互工作进行生理数据的测量，进一步研究汽车仪表界面信息设计对于驾驶人员的影响。