视觉人机交互舒适度量化关键方法研究

康文科 杨华 俞潇 刘华静

摘要：视觉是重要的人机交互手段，也是人体舒适度感知最直观的来源和效果体现。但是，由于舒适度是人体的主观感受，在设计过程中难以实现定量化的测量和评价。本研究以阅读手机电子书为例，研究被试者阅读手机电子书一段时间之后的视觉舒适程度，并且跟踪一定条件下其视觉舒适度与时间的关系，实现视觉信息感知的舒适度量化计算，建立以视觉为基础的人机交互舒适度量化模型，最后进行验证实验对模型加以验证。

关键词：视觉;人机交互;舒适度量化;多信息融合;匹配模型

1引言

1.1研究背景、目的和意义

如今，手机占据了人们生活的绝大部分，人们每天会花费大量的时间在手机阅读上，但是人们在长时间使用手机阅读后，常会出现眼睛干涩酸痛等视疲劳现象。视觉是人类最重要的感觉，但是，因为舒适度是人体的主观感受，在目前的研究中普遍都是定性描述。因此，研究视觉的舒适度的定量化检测，具有重要意义。

视觉舒适度则是指眼睛接受外界电磁波时眼睛主观的舒适感受，具体表现在用眼一段时间后眼睛的疲劳程度。

2 评价模型

视觉舒适度是人对光环境的心理感觉的舒适程度， 因此视觉舒适度是一个心理感觉量。影响视觉舒适度的因素很多，在建立视觉舒适度的数学模型时， 必须考虑到视觉舒适度具有“心理感觉量”和“取决于多种不确定因素”这两个特征。

以随阅读时间变化的阅读舒适度变化为例开展研究，确定可用性、感知的视觉舒适度为主观测量指标，在实验时直接询问被测试者的感受，运用量表对被测试者的主观感觉进行量化。研究量表为：0——没有疲劳感;1——基本没有疲劳感;2——有轻微疲劳感;3——有明显疲劳感，但在耐受范围内：4——疲劳感加剧，出现多种眼部不适。

3 实践

3.1 实验设计

实验采用组间重复测量实验设计方案，选择了手机自带阅读APP作为测试标准。被试者为20位年龄在19-22岁之间的志愿者，均为无重度近视和散光的大学生。

实验开始前，安排被试者休息至舒适度测试为0（完全舒适）的状态。实验过程中，被试者每使用手机阅读5分钟电子书，立刻询问被试者的主观视觉舒适度后填写量表。每位参与者需50—60分钟完成实验的所有内容。实验流程为：1测试者休息至完全舒适状态;2阅读标准电子书5分钟;3感受视觉舒适度并记录结果;4重复2、3步骤9次;4整理实验数据，实验结束。

4 案例分析

笔者采用控制变量法，对20个被测者在相同时间段、相同地点进行了多次实验，共计20组数据。 以实验记录次数为x轴，以视觉舒适度为y轴，如图1所示在x-y坐标系里画出散点图。

图1实验时间与视觉舒适度y之间的关系曲线

根据散点图中视觉舒适度的变化规律及趋势线，笔者发现视觉舒适度与时间的变化曲线类似s型增长，将数据代入origin非线性拟合，通过对比，得出拟合模型为Slogisticl1 S型函数时拟合度最高，R平方为0.991.此时方程为y=a/[1+e-k（x-xc）]。

拟合得——a=3.12966，xc=35.94068，k=0.15607，拟合方程为y=3.12966/{1+e-[0.15607*（x-35.94068）]}

该式就是所求的信息感知中的视觉舒适度值y与时间变量x之间关系的表达式。

舒适度量化的数学模型验证

为了验证该数学模型关系式的准确性，又对另外的5名实验者在相同的条件下进行模型验证实验。将实验数据舒适度和通过数学模型关系式转化得出的视觉舒适度进行比较。图2为验证数据相较于关系式曲线的散点图。

图2为验证数据相较于关系式曲线的散点图

从上表中的验证数据看，从实验中的原始数据经过关系表达式的计算得出的视觉舒适的数学模型基本符合。

5 结论

本研究对实验对象做了大量实验，将实验数据导入origin软件，绘出视觉舒适度随阅读时间的变化曲线，以S型曲线为参考进行拟合，得出了视觉舒适度与阅读时间之间的关系式，建立阅读时间与视觉舒适度关系的数学模型。其结果表明：该实验得出的数学模型能较好的反应视觉舒适度随阅读时间变化的客观规律，该数学模型可以为设计生产中的视觉时间配置提供理论依据，使产品在视觉人机交互方面更加人性化。

參考文献：

[1]Zhang L，Zhang YQ，Zhang JS，et al.Visual fatigue and discomfort afterstereoscopic display viewing[J].Acta Opthalmologica，2013，91（ 2） ：149-153.

[2]蔡建奇， 王薇， 邵光达. LED电视在3D模式下的视觉健康舒适度测试研究[J]. 电视技术， 2014， 38（24）：55-57.