基于SEM的交互式公共导识系统体验设计研究

胡 珊，蒋 旭，符凯杰，周明煜，罗亦鸣，乔忠林

基于SEM的交互式公共导识系统体验设计研究

胡 珊1，蒋 旭1，符凯杰1，周明煜1，罗亦鸣2，乔忠林3

(1. 湖北工业大学工业设计学院，湖北 武汉 430068；2. 湖北工业大学艺术设计学院，湖北 武汉 430068；3. 清华大学美术学院，北京 100084)

为改善用户对交互式导识系统的满意度并帮助设计人员精准获取用户需求，引入结构方程模型(SEM)于交互式导识系统中，将交互式公共导识系统的用户体验(UX)要素分成 4个潜变量，然后通过专家访谈的形式分析每个潜变量影响UX满意度的可观测变量并设立SEM调查问卷，最终通过问卷调查与数据分析，建立交互式公共导识系统用户满意度的SEM并得出4个潜变量及其可观测变量的影响权重大小。以校园交互式公共导识系统为例，通过用户满意度SEM对其功能、造型和用户界面进行改良设计来提升UX，并结合PSSUQ与现有交互式公共导识系统进行比较，以验证设计方案的可行性，为交互式公共导识系统体验设计研究提供理论参考。

交互设计；用户体验设计；结构方程模型；交互式公共导识系统；用户需求

交互式公共导识系统是在相对独立的公共空间中，为用户提供寻路问题的解决方案。在使用时更注重与用户进行双向信息传输活动[1]，并辅以合理的反馈机制和新的互动方式来为用户提供多元化体验[2]。但现有交互式公共导识系统在设计过程中对用户因素的考虑并不到位，设计人员缺乏理论依据和科学分析。此外，交互式公共导识系统因公共空间的多元性、复杂性，导致其影响用户体验(user experience，UX)的因素亦趋于复杂，在设计过程中往往会出现设计师由于用户需求过多而使其无法精准获取某一设计重点。本文引用结构方程模型(structural equation model，SEM)，以UX五要素为理论依据，分析交互式公共导识系统的体验设计要素对用户满意度的影响，帮助设计师找到合适的切入点，以及为交互式公共导识系统体验设计提供更为优化的解决方案。

1 UX-SEM模型的建立

UX对产品的设计和研究有着非常重要的帮助。曹建中和辛向阳[3]从体验设计的角度提出银行推进远程视频柜员机体验设计的基本路径；张立祥等[4]通过UCD-Kano模型进行用户需求研究，以洗衣机为例进行设计，以提升UX；胡飞等[5]提出基于可拓学拓展分析法和优度评价法，结合用户研究中的非参与式观察法及访谈法等，构建UX的优度评价模型。

SEM属于多变量统计模型[6]。其可直接观察测量的变量以及能同时处理多个因变量，并允许变量包含测量误差，填补了传统统计分析方法的不足，因此成为各领域重要的数据分析工具。郭伏等[7]通过SEM建立用户偏好模型以及造型因素与意境词对之间的关系模型，为产品造型的优化设计提供了新思路和新方法；黄务兰和张涛[8]通过SEM分析了移动图书馆影响UX的主要因素，以提升UX；李玲玲和张翠娜[9]通过建立SEM分析休闲空间中的六大设计要素对休闲活动的影响并得到设计启示。

SEM包括测量模型和结构模型2个基本模 型[10]。测量模型反映了隐变量和显变量之间的联系，由潜在变量和观察变量组成。结构模型是说明潜在变量间因果关系的模型，仅含有潜在变量。

(1) 测量模型。指标和潜变量之间的关系为

(2) 结构方程。其为潜变量之间的联系，即

其中，为内生潜变量；为外源潜变量；为内生潜变量间的关系；为外源潜变量对内生潜变量的影响；为结构方程的残差项，反映了方程中未能被解释的部分。

轮换求解式(1)~(3)，并附加一些条件，就可以求出SEM中的各个参数。当以UX理念构建用户模型并分析用户群体的需求时，在设计过程中会由于用户需求过多而导致设计人员无法抓住设计重点及切入点，通过结合SEM挖掘设计重点，找到最合适的解决方案。UX-SEM可帮助设计师找到合适的设计切入点，为提高UX和产品创新设计提供了新思路。图1为UX-SEM产品创新设计模型。

图1 UX-SEM产品创新设计模型

2 交互式公共导识系统体验设计评价维度及指标的建立

建立交互式公共导识系统体验设计满意度的SEM第一步是基于“UX五要素”建立其交互式公共导识系统体验设计评价体系及相应指标。JESSE[11]在《用户体验要素》一书中将UX划分为5个层次，即表现层、框架层、结构层、范围层和战略层，而每个层次中均有许多影响因素。五要素在指导设计工作中，有着不可或缺的作用。然而交互式公共导识系统由于城市环境的复杂性逐渐加大，导致其设计也更加趋向复杂。其次，用户在实际体验过程中，许多影响因素不容易体现，因此需要对交互式公共导识系统的UX各要素进行重新的分析和划分，从而更好地分析和解决问题。

通过针对性地选取10位符合条件的用户进行定性研究，包括4名导识系统使用人员和6名导识系统设计专家。利用用户访谈和情景观察，对用户的寻路目标、在使用交互式公共导识系统时的寻路情境以及寻路体验等相关影响因素进行深入且细致地了解，并整理、分析了访谈的原始记录，将影响交互式公共导识系统UX的因素初步归纳为表现层、框架层、功能层、用户层4个评价维度，并明确了相应评价指标。同时为提升选择指标的公正性，在最终确定评价指标体系前，需要通过公信度评价对泛选的指标进行多次筛选，以增加评价指标的科学性。将初选的4类指标发送给交互设计师、产品设计师和设计管理人员等专家进行公信度测评。本文选取了150位设计专家进行问卷调查，根据其自身经验选择对交互式公共导识系统有重要影响的评价指标。专家判断是偏向个人主观经验的，但也具有一定的准确性和合理性，可通过对专家意见的对比分析，较客观地反映评价指标的重要性。经过公信度评价，最终确立4个评价维度和30个评价指标，见表1。

3 交互式公共导识系统的SEM建立

对上述的4个评价维度和30个评价指标设定对应的符号(表1)，定义交互式公共导识系统体验设计满意度为Y，以此建立SEM调查量表并使用“李克特七级量表” (Likert Scale)进行评定。调查量表共发放420份，调研对象为：来访学生(非本校学员，且来访校区次数不超过3次)、在校学生(本科或硕士在读，校园生活时间短于3年)和教职工(工龄大于5年的行政工作人员)作为调研人群，最终得到有效问卷340份。运用SPSS软件对数据进行初步处理，进行信效度分析。结果显示=0.807，KMO为0.957，表明问卷可信度和有效度很高。将数据导入AMOS软件，运用极大似然法进行验证性因素分析。图2为标准化路径系数图，即为因子结构效度分析表。在运用验证性因素分析对模型适配度进行评价时，最好能同时考虑绝对适配度、增值适配度和简约适配度等指标。一般而言，卡方自由度比(2/df)介于1~3表示模型有简约适配程度，较严格的适配度准则是介于1~2之间。平均近似平方误根系数( root mean square error of approximation，RMSEA)<0.05表示模型适配最佳。增值适配度包括3个指标，Tucker-Lewis指数(Tucker-Lewis index，TLI)、修正拟合指数(incremental fit index，IFI)、比较拟合指数(comparative fit index，CFI)均>0.8表示模型适配最佳。简约适配度的2个指标为，简约拟合优度指数(parsimony goodness of fit index，PGFI)、简约赋范拟合指数(parsimony normed fit index，PNFI)均>0.5表示模型可接受。

表1 模型变量解释

图2 标准化路径系数图

由表2可知，所有假设模型适配度指标值均在可接受范围内，因此理论模型能契合实证数据的结构且适配度较好。

表2 因子结构效度分析表

通过Amos软件采用极大似然估计法分析指标间的路径系数。由表3可知，显示的4条回归系数全部显著。同时4条回归系数对满意度的值均小于0.050，达到显著性水平，且系数为正，说明4个维度对用户满意度有显著的正向影响。由回归系数可知各因素对满意度的影响从大到小依次是：功能层、框架层、表现层和用户层。

由表4可知，各因素的负荷量值均大于0.500，说明模型的基本适配度良好，有较高的结构效度。根据表4细分功能层、框架层、表现层和用户层的可观测变量影响大小，可知在功能层中，应先着重关注交互式公共导识系统的隐私安全性、个性化需求和功能准确性等；框架层应关注信息更新的及时性、系统传播的实时性和多感官通道的体验；表现层中应先关注信息内容的内涵、产品造型和色彩搭配；用户层中应先关注认知风格、情绪和性别。

表3 标准化的回归系数及其显著性检验

表4 模型中各指标的标准载荷系数

4 基于SEM的交互式公共导识系统设计案例——校园交互式公共导识系统体验设计

随着上世纪90年代末科教兴国战略的实施，中国教育事业得到巨大的发展，但也存在一些发展中的问题，如高校校园服务设施问题。导识系统作为校园服务设施中的重要组成部分，协助用户与校园环境的良好信息传递，从而充分满足用户在日常工作、学习和生活等方面的需求。此外，现今的高校已发展成为集教学科研、学术交流、生活娱乐等一身的综合型教育部门，这就要求高校具有良好的社会服务形象。导识系统作为一种直观表现高校形象的载体，其设计是否合理与人性化，很大程度上影响着高校在社会公众中的形象和地位。

高校校园内有教职工、学生和来访人员，其在校园内的寻路目的不一。在设计交互式公共导识系统时，要考虑其作为普适类系统，需满足大众共性需求，但也要提供用户寻路行为的精准化和个性化服务。复杂系统呈现多层次多维度的特征，结合表3，在进行交互式公共导识系统开发设计中，需要着重考虑其功能层、框架层和表现层。

4.1 功能层和框架层设计

功能层和框架层主要体现在产品的功能方面。本交互式公共导识系统适用路面步行和骑行的人群，应用人脸识别技术，避免多位用户同时使用产生泄露隐私的可能。特设方向完全相反的两块触摸显示屏，配备可全方位旋转的指向牌，摄像头配置在指向牌旋转中轴处，且正反各配备一块电子显示屏。用户在终端界面输入欲前往的目的地后，系统后台生成导识路线，导向牌根据系统指令进行方向旋转，由显示屏进行信息输出，随后用户可直接根据导向牌指示方向行进，以至到达下一个系统终端，系统终端即可直接通过人脸识别技术获知并确定用户信息并作出方向指引，同时通过语音进行信息反馈，双通道交互方式确保系统安全高效地指引用户到达目的地。图3为使用场景图。

4.2 表现层和用户层设计

交互式公共导识系统不仅需具备引导用户寻路工具的功能，更应与环境和谐共生。系统表现层主要针对产品的外观造型和界面设计。其整体采用简约造型，既现代又不失亲和力，颜色采用蓝白搭配更易融入环境。界面设计在保证科学的信息架构及清晰的交互流程前提下，简化信息层级，提高用户寻路效率。采用扁平化设计风格，呈现简洁的视觉画面同时具备设计感，保证功能及内容清晰明了，使信息准确传递。图4为产品效果图，图5为界面效果图。

图3 使用场景图

图4 产品效果图

图5 显示屏界面

用户层的体验设计主要针对用户与用户之间的生理和心理差异，例如在陌生环境中男性往往比女性更善于寻路[12]。为改善这种差异性，可在用户寻路过程中当系统感知到用户出现3次寻路错误时，便将相关的指引信息发送至用户手机中，并通过二维或三维的形式展现出来。当用户到达指定地点时便对目的楼层和教室的平面信息加以展现，进而帮助用户更精准的认识和熟悉环境，另外也可平复用户在寻路过程中形成的不稳定情绪，提升用户安全感。图6为界面功能图。

图6 显示屏界面

4.3 设计评估

将上述设计方案制作成功能样机，利用整体评估可用性问卷(post-study system usability questionnaire，PSSUQ)与校园已有交互式公共导识系统进行比较。PSSUQ用于评估用户对计算机系统或应用程序所感知的满意度[13]，与评估用户对公共导识系统用户满意度的目标相一致。问卷采用“李克特7级量表”进行评分，非常不同意为 1分，非常同意为7分。整体评估可用性问卷有整体、系统质量、信息质量和界面质量4个指标。每个指标取其对应题项集合的平均值，分数高表示更高的满意度，反之则代表更低的满意度。

每位用户结合这2种交互式公共导识系统的使用体验各填写一份整体评估可用性问卷。2套问卷各发放40份，通过筛选分析，每套最终得到有效数据36份。导入SPSS 23.0计算2套问卷的系数为0.940和0.789，表明问卷可信度水平符合要求。将其整体、系统质量、信息质量和界面质量4个指标进行对比分析，图7显示基于SEM而设计的交互式公共导识系统的得分高于校园内现有交互式公共导识系统，表明其用户满意度有一定的提升。

图7 2种交互式公共导识系统得分数据

5 结束语

本文基于SEM改善用户对交互式导识系统的满意度和帮助设计人员精准获取用户需求。以UX五要素为理论依据，构建SEM将影响交互式公共导识系统UX的要素划分为功能层、框架层、表现层和用户层4个潜变量并确立对应可观测变量，通过问卷调查和Amos分析定量反映四要素对UX满意度的影响。以交互式校园导识系统设计为例，将分析结果应用其中，为针对交互式公共导识系统体验设计的研究学者和设计人员提供新的思路和方法。

[1] 胡珊, 周明煜, 熊欢. 交互式导识设计中视觉认知差异的研究与应用[J]. 包装工程, 2019, 40(10): 12-17.

[2] 张月, 张小开. 新媒介语境下的城市公共空间导视系统设计[J]. 包装工程, 2019, 40(2): 94-98.

[3] 曹建中, 辛向阳. 银行远程视频柜员机体验设计[J]. 机械设计, 2015, 32(12): 123-125.

[4] 张立祥, 汪利萍, 闫磊磊. 基于UCD-Kano模型的家用洗衣机设计研究[J]. 机械设计, 2018, 35(12): 110-115.

[5] 胡飞, 周坤, 麦永治. 面向产品服务系统的用户体验可拓评价方法研究[J]. 机械设计, 2018, 35(2): 109-114.

[6] 辛士波, 陈妍, 张宸. 结构方程模型理论的应用研究成果综述[J]. 工业技术经济, 2014, 33(5): 61-71.

[7] 郭伏, 张勇, 李森, 等. 基于结构方程模型的手机产品意象造型设计[J]. 工业工程与管理, 2009, 14(6): 103-108.

[8] 黄务兰, 张涛. 基于结构方程模型的移动图书馆用户体验研究: 以常州大学移动图书馆为例[J]. 图书馆杂志, 2017, 36(4): 80-89.

[9] 李玲玲, 张翠娜. 日常户外休闲体育空间设计要素研究: 基于SEM的实证分析[J]. 建筑学报, 2015(S1): 202-207.

[10] 侯杰泰, 温忠麟, 成子娟. 结构方程模型及其应用[M]. 北京: 教育科学出版社, 2014: 14-15.

[11] JESSE J G. The Elements of user experience: user-centered design for the Web and Beyond[M]. Second Edition. Berkeley: New Riders, 2002: 22.

[12] LAWTON C A. Gender differences in way-finding strategies: Relationship to spatial ability and spatial anxiety[J]. Sex Roles, 1994, 30: 765-779.

[13] JEFF S, JAMES R L. Quantifying the user experience: practical statistics for user research[M]. San Francisco: Morgan Kaufmann, 2012: 192-198.

Research on experience design of interactive public guidance system based on SEM

HU Shan1, JIANG Xu1, FU Kai-jie1, ZHOU Ming-yu1, LUO Yi-ming2, QIAO Zhong-lin3

(1. School of Industrial Design, Hubei University of Technology, Wuhan Hubei 430068, China;2. School of Arts & Design, Hubei University of Technology, Wuhan Hubei 430068, China;3. Academy of Arts and Design, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

In order to increase user’s satisfaction with the interactive guidance system and help designers to accurately obtain users’ needs, the structural equation model (SEM) is introduced into the interactive guidance system, and the elements of user experience of the interactive public guidance system are divided into four latent variables. Then, through expert interview, the observable variables affecting the user experience (UE) satisfaction of each of the four latent variables are analyzed and the SEM questionnaire is established. Next, through questionnaire survey and data analysis, the SEM of the user satisfaction of the interactive public guidance system is established. And the impact weights of the four latent variables and their observable variables are obtained. Finally, taking the campus interactive public guidance system as an example, the function, shape and user interface are improved to improve the UE based on the above user satisfaction SEM. This method is compared, with the assistance of PSSUQ, with the existing interactive public guidance system to verify the feasibility of the design and then provide theoretical implications for further research on the experience design of the interactive public guidance system.

interaction design; user experience design; structural equation model; interactive public guidance system; user requirements

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2020020204

A

2095-302X(2020)02-0204-06

2019-09-10；

2019-11-06

国家艺术学社会科学基金单列学科项目(15CG147)

胡 珊(1980–)，女，湖北宜昌人，副教授，硕士，硕士生导师。主要研究方向为信息交互设计、智能信息产品设计等。E-mail：2028621@qq.com

罗亦鸣(1979–)，男，湖北武汉人，讲师，硕士。主要研究方向为信息交互设计、交互展示等。E-mail：719612767@qq.com