视觉注意机制在游戏画面设计中的应用

文/柴瑛桢 侯雨婷 曹桂乾 胡燕翔

近年来，计算机技术突飞猛进的发展，游戏产业获得了飞速的发展，规模不断扩大，独具魅力的游戏媒体以及各种与游戏相关的产业如雨后春笋般层出不穷，这种社会现象带给人们愉悦的同时，也督促相关行业研究人员不断开发出更具魅力的游戏项目。现在来说，所谓的“游戏”已经不能够囊括现在各种与游戏相关行业的规模范围了。游戏已经成为一种促进大众互动的新的视听消遣方式，其具有独具特色的视觉机制、审美以及文化特色，正逐渐改变着人们的生活，丰富社会文化。

本文在游戏画面的设计中引入了量化的方法来对画面设计效果进行客观的评价，并提出基于视觉注意机制的游戏画面设计评价方法和设计指导原则，改变目前游戏画面设计中单纯凭借主观感觉进行设计的状况，使得游戏画面的设计具有更可靠的量化评价手段。提出的基于视觉注意机制的游戏画面设计评价方法和设计指导原则,以及设计研发的游戏画面视觉显著度的评测软件工具，有利的解决了游戏画面评价中主观差异巨大的不足，达到优化游戏界面设计、使用户能具有更好的游戏视觉效果的目的。

1 视觉注意机制概述

1.1 记忆特点

人的记忆分为短时记忆和长时记忆。短期记忆可以存储当前的信息，信息是自动存储在大脑中的，并且可以毫不费力地提取出来，正如我们在前一秒所说的那样，它自然会记住。但是这个记忆的容量是有限的，大脑只能存储一个信息项。所以人们的注意力只能在短时间内保持连续的动作。如果我们在一个设备上执行一个复杂的操作，如果有太多的水平，并且由于屏幕的限制，没有足够的直接导航显示，那么很多人在运行一段时间后会忘记返回原始接口的方式。而此时，用户对这样的产品是有茫然和烦躁感的，因为他们不知道该怎么继续下去了，此时的注意力也就中断了。

1.2 视觉注意原理

1.2.1 视觉焦点

我们的大脑需要注意和专注于某事。没有明确的目标，就会导致分心，一旦人的眼球失去焦点，就会导致人们注意力分散，失去兴趣。就像我们面对很多广告牌一样，它们非常密集，颜色各种各样，而且相互之间混合在一起。一时间，人们就会不知道去哪里看，大脑很累，我们的注意力被许多物体分散了。我们的希望用户看到的只有焦点信息，我们只能按特定顺序浏览信息，而我们的注意力集中在该焦点上。只有这样才能抓住人们的眼球，让人们对其产生深刻的印象。

1.2.2 视觉容量

在人眼黄斑附近有一个视觉上最有效的感觉部位。这种感觉部分只占人体视网膜的一小部分。我们的视觉能力非常小，很难同时容纳很多信息。在设计界面时，我们必须考虑人的视觉能力。考虑如何设计界面，以获得更好的视觉效果和更多的关注。

2 游戏交互应用中的视觉注意机制概述

2.1 简单性

简单易用的界面非常吸引人。基于以上分析，我们知道用户的注意力是非常有限的，所以当用户面对一个非常简单的界面时，他可以快速地理解界面的主要内容以及如何进行下一步，没有额外复杂的操作项，这样用户就不会迷惑也不会出错，如此的话人们必然会好感增加。想象一下，我们面对的是一个令人眼花缭乱的界面，向我们传达了很多信息。仅仅是为了找到关键信息，用户需要花大量的精力去辨别，以及在解析之后去哪里做下一步都会让我们头疼。我们喜欢简单的处理事情，而不是复杂的事情，所以简单易用的界面可以满足用户的需要。相比之下，大多数人更喜欢成功，而不是知识。

类似的设计技术可以在谷歌和百度的主页上看到。谷歌和百度的主页设计非常相似，是将简单性运用到非常完美的设计案例。不管网页在计算机上显示还是在移动终端上显示，网页的效果都非常简约，整个网页界面设计成简单的白色，不存在复杂的元素可用，只有大大的搜索框，和几个常用搜索分类按钮。界面上甚至更多的空间来放置搜索功能，而其余的不到的空间来放置不常用的一些功能，比如下载手机客户端、设置等小按钮。非常方便，而且节省了大量的控件位置来放置主要的功能，突出了用户常用的功能，提高用户使用系统时的效率。

图1：算法效果

图2：HC算法实现效果

图3：AC算法实现效果

图4：FT算法实现效果

2.2 可维持性

用户的注意力被界面的第一印象吸引后，用户开始尝试操作，最初的尝试将在清晰的层次结构中引导界面并及时反馈。之后，用户将进入深度使用阶段。在这个阶段，用户已经使用了一段时间，这可能会导致一定程度的分心、视觉疲劳和好奇心减弱。在这种情况下，需要提供一些接口的各种信息对，来对逐渐减弱的注意力产生良好的维护。从前面简单易用的标准出发，满足用户的心理需求。

2.3 存在性

存在的基本原理是每个用户必须清楚地看到每个界面中的每个功能和操作方法，并且用户只来浏览它。一项功能是否具有存在性，取决于使用者的经验和背景，以及功能出现的上下文。

3 关于图像显著性处理的研究

为了进一步研究图像处理在视觉注意机制中的作用，研究了四种简单的图像显着性区域特征提取方法，并分析了它们的相应效果。

3.1 LC算法

Mubarak Sha等提出了一种利用图像颜色统计信息计算空间显著性图的方法。该算法的实现是将每个像素的显著值作为与图像中所有其他像素的距离的总和。这个距离通常是欧几里得。如果使用直接公式，则算法的时间复杂度很高。以一个像素的灰度值作为显著性计算的基础。此图像中的最大像素数仅为256。通过算法编程，得到图像的显著性效果，如图1所示。

3.2 HC算法

在减少颜色数量的方案中，RGB分量被映射成12个相等的部分，并且隐藏图像最多仅具有12 * 12 * 12个颜色。这可以构建较小的直方图以加快算法的操作，但是由于过渡量化，结果将是有缺陷的。图2所示的效果是通过编程实现的。

3.3 AC算法

关于该算法的理论分析，完全检测到小于滤波器大小的对象，而仅大于滤波器大小的对象仅部分地检测到（靠近边缘）。最小的滤波器有利于检测小目标，而较大的则只能由大的滤波器检测。实现的结果如图3所示。

3.4 FT算法

FT算法对显著性检测提出了以下4个指标：

（1）强调最大的突出对象；

（2）统一突出整个突出区域；

（3）明确突出物的界限；

（4）高效输出全分辨率显著性图。

FT 算法实现效果如图4所示。

4 总结

现在来说，所谓的“游戏”已经不能够囊括现在各种与游戏相关行业的规模范围了。游戏已经成为一种促进大众互动的新的视听消遣方式，其具有独具特色的视觉机制、审美以及文化特色，正逐渐改变着人们的生活，丰富社会文化。本文提出的基于视觉注意机制的游戏画面设计评价方法和设计指导原则,有利的解决了游戏画面评价中主观差异巨大的不足，达到优化游戏界面设计、使用户能具有更好的游戏视觉效果的目的。