人机界面美度研究概述

李航

摘要：人机界面是人与机器之间交互和信息交互的媒介，在人机系统中扮演着重要的角色。研究表明，界面的美观度会景响人们对其可用性评价，本文阐述了用户感知美感度对界面评价的影响，介绍了美学尤其是实验美学的发展，并重点分析了人机界面美度计算研究现状，由此提出了该领域研究的前景和挑战。

关键词：人机界面;实验美学;美度

中图分类号：J524 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）01-0093-02

作为一个研究领域，人机界面是计算机科学、认知心理学、行为科学、设计等学科的交叉点。近年来，随着计算机软硬件和互联网技术的发展，各种各样的人机界面在人们的日常生活中扮演了越来越重要的作用，包括个人电脑数字界面、手机界面、智能穿戴设备数字界面等。传统上人机界面的评价以功能和可用性为重点，但近年来，人机界面的设计越来越注重其美观度。本文阐述了用户感知美感度对界面评价的影响，介绍了美学尤其是实验美学的发展，并重点分析了人机界面美度计算研究现状，由此提出了该领域研究的前景和挑战。

1 人机界面概述

人机界面（Human-Machine Interface）又称用户界面（UserInterface），是人与机器之间交互和信息交互的媒介，是人机系统的重要组成部分。人机系统指的是人和机器相互作用和依赖、为完成一定功能组成的集合体，人机界面是人与机器进行信息交换的交界面，人从界面获取信息并进行操作，机器通过界面接收到的信息进行处理，同时通过界面反馈结果。传统上，人机交互界面设计领域的重点是功能和可用性，如界面的可学习性、一致性、效率、出错和满意度等，然而近年来的相关研究表明，用户的审美偏好对界面评价有较大影响。Kurosu and Kashimura[1]进行了一项实验，他们使用几种不同设计的ATM机界面进行实验，以测试计算机界面的美感度和用户感知的可用性之间的相关性，研究表明，仅改变界面的美感度而不改变系统功能就会影响人们对界面可用性的评价。此后Tractinsky等人[2]在不同环境下重复了这项实验，结果同样发现界面的美度与用户感知可用性之间的强相关性。Phillips和Chapparro[3]的研究表明用户对网站可用性的印象主要受其视觉吸引力的影响，他们发现对于那些高视觉吸引力、低可用性的界面，用户会认为其更易用，而那些低视觉吸引力、高可用性的界面则更难用。美学因素的积极影响甚至不止对用户所感知可用性有影响，甚至会影响用户的表现，例如，Moshagen[4]等人发现在执行搜索任务时，美观程度较高的网站用户完成任务的时间明显更短，即使这些网站的可用性很差。Sonderegger和Sauer[5]则研究了产品美度对可用性测试结果的影响，实验中，两组被试分别操作两个功能相同但外观不同的手机，结果显示，那些使用外观极具吸引力的手机的参与者的表现更好，任务完成时间更短。综上所述，可以看出美学因素对于人机界面的设计非常重要。

2 美学及其发展

美学一词来源于希腊语“Aesthrtik”，意为对事物的感觉和情感。美学是哲学的一个分支学科，它是研究美、丑、崇高等审美范畴和人的审美意识，美感经验，以及美的创造、发展及其规律的科学。美学思想的产生和形成虽然很早，但是美学作为一门独立的科学却是近代科学发展的产物。1735年德国哲学家鲍姆嘉在其《关于诗的哲学沉思录》中，首次使用“美学”这个概念，1750年，在他出版的《美学（Aesthetica）》第一卷中，使用了美学来表明这一感性认识的理论，并规定了这门科学的研究对象和任务[6]。19世纪中下叶，受自然科学发展的影响，德国心理学家费希纳首先把心理实验法引入美学领域，开创了实验美学（Experimental Aesthetics）这一美学理论，该理论抛弃了传统的形而上的美学研究，而是采用“自下而上”的研究方法，运用心理学和物理学定量分析法来测定某些刺激物引起的人的审美感受[7]。在费希纳之后，屈尔佩则详细探讨了实验美学的研究方法，将其总结为印象法、表现法、制作法三大类，这些方法广泛运用于实验美学领域。80年代以来，在实验美学的基础上又发展了信息论美学，试图运用信息论的概念和原理来解释审美价值。1952至1958年，信息论美学首先在法国建立起来，它的创始人是亚伯拉罕·A·莫尔斯，他在1958年出版的《信息论与审美感知》一书阐发了自己的主张。莫尔斯认为信息论美学的基础就是“所有的艺术作品——广而言之，艺术表现的任何形式，都可以被视为一种信息。它由发送者——一个有创造力的个人或小团体即艺术家，发送给来自一个特定社会文化团体的个别接收者。传递通道可以是视觉、听觉，或其他的感受系统[8]。此外，Semir Zeld首创了神经美学（Neuroaesthetics），神经美学可视为实验美学的子学科，致力于探究人类审美这一心理活动的神经机制和生物学基础[9]。

3 美度与美度计算

对于人机界面的美学测量主要有兩种方法：一是主观问卷调查法来衡量用户所感知的美度，另一种是通过定量的数值计算分析界面元素与用户感知美度之间的关系，即美度计算。对于美度的量化计算，BirkhofF[10]在1933年发表的《美度测量（AestheticsMeasures）》一书中提出了产品美度的计算公式：M=O/C，其中，M（Measures）表示美度、O（Order）表示秩序度、C（Complexity）表示复杂度。按照这个公式，视觉刺激的美度与审美对象的秩序度成正比，复杂度成反比，利用此公式，Birkhoff计算了90个多边形轮廓线的美度，从其计算结果显示正方形的美度值最高，但是，这个公式很快就因为其太过笼统和局限性遭到反驳。之后，Beebe-Center J G和Praft C C[11]又将秩序度又分为垂直和旋转对称秩序、均衡秩序、水平垂直交叉秩序以及不满意形式秩序，改进了Birkhoff的数学模型，提高了计算结果和测试结果的一致性。Moon与Spencer[12]也基于Birkhoff的模型提出了一种色彩美度计算方法。Penousal Machado和Amilcar Cardoso[13]结合人的视觉认知加工过程，提出了新的美度计算模型，并将其应用与图片美度计算中。Tullis等人[14]提出了衡量屏幕界面美度的四个指标：总体密度、局部密度、分组和布局复杂度，并将其应用于两种不同格式的屏幕设计中，结果显示这种方法能很好地提供客观的界面评价数据。之后，Ngo等人[15]在Tullis等的基础上提出了13个美度量化指标的计算方法用以衡量屏幕界面的美感度，包括：平衡度（Measure ofBalance，BM）、均衡度（Measure of Equilibrium，EM）、对称度（Measureof Symmetry、SYM）、连续度（Measure of Sequence，SQM）、凝聚度（Measure of Cohesion，CM）、整体度（Measure of Unity，UM）、比例（Measure of Proportion，PM）、简单度（Measure of Simplicity，SMM）、密集度（Measure of Density，DM）、规律度（Measure ofRegularity，RM）、经济性（Measure of Economy，ECM）、同质度（Measure of Homogeneity，HM）、节奏度（Measure of Rhythm，RHM）。Ngo等人[16]又将该计算模型应用于57个不同美度的数据输入界面，t检验的结果表明平衡度、整体度和连续度对是贡献度最高的指标。此外，Michael Bauerly[17]等研究了界面元素的对称性、平衡性以及数量对界面美度评价的影响，结果表明，对称的图像评分更高，增加界面元素的数量也会导致美度评价降低。SimonLok等[18]基于视觉重量和视觉平衡的概念，提出了表示元素视觉权重的WeightMaps的算法，以允许自动布局系统评估其布局的有效性。Balinsky等[19]提出了一种自动检测界面元素轴向对称的方法。Kang等[20]提出了一种形状和色彩相结合的色彩美度评价方法。周蕾等[21]运用感性工学对人类感性体验的定量分析方法，构建了界面美度的意象结构、评价指标体系和评价方法，指出界面的平衡、比例、简洁、呼应为影响用户美感体验的关键性潜在因子，提出12个美度指标并构建了界面美度的计算体系，开发了交互界面美度计算原型系统，并对某插箱面板界面进行了美度评价，但其研究没有评估每个评价指标对于美度评价的影响力，对界面设计缺乏指导性。袁培飒等人[22]在Ngo的14个评价指标的基础上，又提出4个色彩特征计算公式，并采用SVM方法建立特征与软件美感之间的关系模型，以期找出对界面美感影响较大的特征。结果表明，简单度和比例美感是影响用户对界面美感认知的主要特征。但该研究缺乏色彩相关的评价指标的构建过程方面的论述，也没有阐述其在界面美度评价方面的影响。张娜等[23]抽取了平衡度、整体度、简洁度和统一度4个美度意象指标，采用A日尸方法计算各意象指标的权重，以打印机界面和热水器界面为例验证了该方法能够客观、准确地反映人机界面形态元素布局的美度水平。

4 结语

美学因素在人机交互的研究和设计实践中愈发重要，现代美学在自然科学和信息论的影响下逐步发展出以实验美学为代表的自下而上的研究方法，随着人机界面的广泛应用，界面美度计算研究得到了深入发展，但这些研究还存在以下局限性：（1）研究对象局限于特定类型的页面，而且这些界面结构和布局都比较简单，研究结果难以推广到更一般的人机界面中;（2）色彩对界面美度的影响很大，但界面布局美度的研究大多忽略了色彩因素，缺乏形状与色彩相结合的美度计算模型;（3）缺乏认知风格、审美偏好等主观因素对于界面美度计算结果影响的研究。可以看到，人机界面美度计算领域仍有广阔的研究前景，但也面临着许多挑战。

参考文献

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