图标风格、复杂程度及任务难度对工业图标视觉搜索的影响

张科,吴晓莉,2,王小妍

(1.河海大学机电工程学院，人因与信息系统交互实验室，江苏常州 213022;2.南京理工大学设计艺术与传媒学院，南京 210094)

1 引言

随着工业化信息系统的巨大化与复杂化，操作员需要从界面的巨量信息中快速分辨出目标信息，工业系统图标信息呈现的优劣，决定着操作员的视觉搜索效率。本文从工业图标的信息特征层面出发，以视觉标记为理论基础，展开以信息特征为因素的工业系统图标视觉搜索实验，探究最优的图标呈现形式，提高操作员视觉搜索效率。

国内外现有研究中，对图标的研究提供了一些方法。Isherwood[1]发现用户对图标的理解、设计师打算传达的意义以及图标功能之间的关系对于确定图标的可用性至关重要。Lim等[2]对图标设计的颜色选择进行了实验，以探索更好的图标色彩组合。孙阳等[3]通过分析警示标识中的图形、色彩等元素及其语义，探讨视觉语义在警示标识设计中的运用。彭宁玥等[4]采用视觉搜索实验范式，比较不同特征推理条件对各测量指标的影响，得出语义词引导下的目标搜索正确率最高。薛澄岐[5]提出数字界面图标优化设计的指导准则。黄雅梅[6]发现线框粗细变化对用户搜索绩效有影响，用户始终依据色彩特征进行信息搜索。金涛等[7]研究了警示性图标在不同工作载荷下的认知机理，证明警示性图标在有语义图标实验中的注意捕获效应归因于其本身携带的语义信息。张伟伟[8]等基于图标语义及设计原则对天合光能生产线系统界面中的8个站点图标进行设计，从颜色、形状、背景3种图标特征形式出发，对图标设计时的形式选择进行实验研究。严寒[9]等针对国内外工业系统图标进行指示性、安全性、色彩性等语义研究，分析了工业系统图标符号语义与实体的具体关联性。吴晓莉[10]等以信息特征及呈现方式作为变量，展开视觉搜索实验，结果表明，图标形态和信息呈现方式对视觉搜索均具有显著性影响，凝视/扫视时间及路径能够反映图标形态的复杂程度及信息呈现的难易程度。牛亚峰[11]等研究在不同时间压力(4000 ms,2000 ms)、不同图标数量(3个图标,5个图标,10个图标)下的图标记忆。李长春[12]等指出标志设计的图形、色彩、形式等元素中需要注入心理情感的表达。

国内外现有研究中，视觉标记的研究成果为图标视觉搜索提供了理论依据。Waston[13]等提出视觉标记是对先出现项目的位置做标记，这些位置受到抑制，从而使后出现的项目获得优先选择。郝芳[14]等从基于旧干扰物位置的抑制和基于旧干扰物的属性特征的抑制两方面系统地检验了基于抑制的视觉标记的解释。Agter[15]等控制颜色变量，发现当新旧项目颜色相同时，探测位置效应没有出现；当新旧项目颜色不同时，才出现探测位置效应，说明可能存在基于颜色的抑制。崔翔宇[16]等将预览搜索任务和探测任务相结合，通过两个实验证明了预览搜索中存在基于颜色的自上而下加工，一种是主要基于旧项目颜色的抑制定势，另一种是基于靶子颜色的预期定势。Atchley[17]等认为对后出现项目的优先选择是通过标记先出现项目的位置、颜色、形状和运动来实现的。崔菊丽[18]等以正五、六边形为实验材料，采用预览搜索范式，发现图形识别中存在预览效应，且它是基于旧客体位置和颜色抑制共同作用的。Hodsoll[19]等在预览搜索范式下考察背景线索效应，发现当旧项目和靶子存在某种特定的空间关系时，重复旧项目，出现预览效应，说明抑制是基于旧项目的某种特性(如空间结构)，可能这种特性便于我们把所有的旧项目作为一个整体来处理。雷学军[20]等以字母和数字为材料，考察了等亮度条件下新、旧项目的范畴关系对预览搜索的影响，发现当旧项目为数字而靶子为字母时，产生了完整的预览搜索效应；当旧项目为字母而靶子为数字时，也产生了部分预览效应，证明预览中产生了基于范畴的抑制。

国内外学者对图标可视化以及视觉标记理论有了一定的研究基础，但对于工业系统图标的研究较少，视觉标记的研究也主要集中在实验心理学领域，而在应用领域较少，尤其是在工业系统图标上研究较少。本实验为了解决工业系统图标辨识度低的问题，探究工业图标的不同特征对视觉搜索效率的影响，将预搜索实验范式应用到工业系统图标的分析上，以信息特征作为实验变量，设计目标搜索任务，开展心理学行为反应实验，探究最优的图标呈现形式，提高操作员视觉搜索效率。

2 方法

2.1 实验假设

本文以视觉标记理论为依据，根据预搜索实验范式，在复杂信息界面进行目标搜索任务时，以图标风格、复杂程度、任务难度作为变量，研究反应时间的变化。提出如下假设：

(1)在图标风格上，2.5D图标搜索效率优于扁平图标；在复杂程度上，简单图标搜索效率优于复杂图标；

(2)扁平特征受到的抑制强于2.5D特征，复杂特征受到的抑制强于简单特征；

(3)在对不同数量级的图标进行视觉搜索时，呈现的图标越多，视觉搜索效率越低。

2.2 实验设计

本实验中，将提取具有代表性的工业信息特征，如图1所示，选取天合光能产线控制系统的24个站点图标，将图标按照风格分为扁平图标和2.5D图标，按照复杂程度分为简单图标和复杂图标。颜色是刺激材料设计的重要元素之一，选取当前系统所用图标配色，白色为背景色，蓝(RBG 29/44/101)、橙(RGB 212/94/23)2色作为图标符号的常用色。

图1 天合光能产线控制系统图标分类

本实验的自变量(刺激变量)分为3组，分别为图标风格(扁平、2.5D),复杂程度(简单、复杂)，任务难度(6级、9级、12级)。按照风格分为扁平图标和2.5D图标，扁平图标具有简洁的特点，分为线性图标、面性图标和线面结合图标；2.5D图标是介于扁平图标与3D图标之间的一种风格，具有扁平图标的简洁感和3D图标的空间感。简单图标由较少的元素构成，表示简单的设备及加工流程；复杂图标由较多的元素构成，表示复杂的设备及加工流程。任务难度由搜索界面中出现的图标总量决定，本实验中设定了3种不同难度层级的搜索界面，图标放置的数量分别为6个、9个、12个。

实验因变量(反应变量)为被试的反应时间，实验任务为规定时间内，在给定界面区域内寻找目标图标，找到按“1”，未找到按“0”。本实验采用2x2x3混合实验设计，为保证实验数据的可靠性，另外设置重复组，共24组实验，实验安排如表1所示。

表1 实验安排

实验流程：进入实验，出现第一张实验介绍界面，按任意键进入任务流程，首先出现目标图标界面，3000 ms后出现遮蔽界面，1000 ms后出现干扰物界面，3000 ms后出现的任务搜索界面，任务搜索时间为5000 ms，找到按“1”，未找到按“0”， 至此一个任务流程结束，共有24个任务流程，实验流程如图2所示。

图2 实验流程

2.3 实验设备与被试

该实验在河海大学人因与信息系统交互实验室进行，实验设备为一台像素显示为1366(px)×768(px)，颜色质量为64位的计算机，实验程序采用E-Prime编写，将刺激材料导入计算机，设定目标靶子和任务材料，以及间隔时间。选取20名工科背景大学生作为被试，年龄在20～26周岁之间，平均年龄22周岁，无色盲、色弱等现象。矫正视力在1.0以上。

3 结果

首先删除了被试中反应时超过5000ms的数据和未找到目标物的数据,删除每个被试反应时平均数上下 3个标准差之外的数据,最后一共删除了1.2%的数据。平均反应时间Levene检验中，平均反应时间方差无统计学差异(P=0.593,P>0.05)，可认为各组因变量误差方差相等这一原假设成立，满足方差齐性，可以进行下一步的方差分析，如表2所示。

表2 平均反应时间方差分析表

对图标设计的三种不同变量因素进行反应时间的主体间效应检验可以看出，见表3所示，图标风格的显著性(P=0.003,P<0.05)表明图标风格变化对反应时间具有显著影响；复杂程度的显著性(P=0.001,P<0.05)说明复杂程度变化对反应时间具有极显著影响；任务难度的显著性为(P=0.000,P<0.05)说明任务难度对反应时间具有显著影响；三种变量因素两两交互(图标风格与复杂程度交互：P=0.125,P>0.05；图标风格与任务难度交互：P=0.616,P>0.05；复杂程度与任务难度交互：P=0.036,P>0.05)及三者交互(图标风格、复杂程度、任务难度三者交互：P=0.161,P>0.05)时对反应时间的影响均不显著。

表3 平均反应时间主体间效应检验分析表

通过控制变量分别对图标风格、复杂程度、任务难度的反应时间进行比较。如图3所示，通过控制变量对图标风格的反应时间进行比较，在其它因素相同的情况下，2.5D风格图标的反应时间均少于扁平图标，说明在视觉任务搜索中，扁平图标受到的抑制强于2.5D图标；对复杂程度的反应时间进行比较，在其它因素相同的情况下，复杂图标的反应时间均少于简单图标，说明在视觉任务搜索中，简单图标受到的抑制强于复杂图标。如图3所示，对不同图标任务难度的反应时间进行比较，在其它因素相同的情况下，数量等级越高，任务难度越高，反应时间越长，说明视觉标记数量存在上限，新旧项目的比例越大，视觉搜索效率越低。

图3 不同信息特征在各任务难度间反应时间

4 讨论

图标风格、复杂程度及任务难度对工业图标视觉搜索的影响。

结合表1与图3，通过对比组01和组04的实验数据发现，在控制图标复杂程度一定的情况下，2.5D图标比扁平图标视觉搜索效率高，表明目标物与干扰物在图标风格的对比中，扁平图标受到的抑制强于2.5D图标。通过对比组03和组02的实验数据发现，在控制图标风格一定的情况下，复杂图标比简单图标视觉搜索效率高。表明目标物与干扰物在图标复杂程度的对比中，简单图标受到的抑制强于复杂图标。

在任务界面空间中，扁平图标具有抽象的特点，平面特征明显，2.5D图标具有具象的特点，立体特征明显，操作员在进行视觉搜索时，空间感强的特征会抑制空间感弱的特征，在同一任务界面中，2.5D图标空间感强，视觉搜索效率高。简单图标由较少的图符构成，具有简洁的特点，记忆点较少，复杂图标由较多的图符构成，具有复杂的特点，记忆点较多，操作员在进行视觉搜索时，记忆点多的特征会抑制记忆点少的特征，在同一任务界面中，复杂图标记忆点多，视觉搜索效率高。

任务难度由目标界面的图标总量决定，数量等级越高，新旧项目的比例越大，任务难度越高，图标特征及图标位置的抑制机制越不明显，操作员在进行视觉搜索的反应时间越长，效率越低。

5 结论

(1)天合光能产线控制系统信息交互界面中，图标风格、复杂程度及任务难度均对反应时间具有显著影响，当图标的图标风格表现为“2.5D”、复杂程度表现为“复杂”时，反应时间最短，认知效率最高。

(2)视觉标记理论还存在基于特征的抑制机制，且扁平特征受到的抑制强于2.5D特征，简单特征受到的抑制强于复杂特征。

(3)视觉对旧项目的位置及特征进行标记后，新项目的数量等级越高，新旧项目的比例越大，任务难度越高，特征及位置的抑制机制越不明显，视觉搜索效率越低。

该实验结论可以用于工业系统信息界面中，能够为工业系统信息界面图标优化提供依据，有利于提高操作员视觉搜索效率。