（应用心理学专业论文）大屏幕显示器上显示区位对目标觉察和搜索的影响.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 大屏幕显示器能综合显示大量信息，丰富信息显示方式，逼真模拟虚拟的工作环境。 同时，不可避免的是大屏幕显示会带来信息量的剧增，如何避免信息显示的冗杂，提高重 要信息的获取速度，这是需要解决的问题。本研究在仔细分析以往理论研究成果的基础上， 从信息显示区位的角度出发，对小屏幕及大屏幕显示中觉察和搜索任务效率进行分析，目 的在于寻找出合理解决方案，提高重要信息的获取速度。共做了4 个实验，分别对小屏幕 显示器上信息显示区位对觉察效率的影响，大屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影 响，小屏幕显示器上信息显示区位对搜索效率的影响，大屏幕显示器上信息显示区位对搜 搜效率的影响展开研究。每个区位的反应时结果会从具体细化区位、上下视野、不同离心 距三个方面进行分析处理。 实验得到以下结果： ( 1 ) 在小屏幕显示器上，信息的不同显示区位与觉察效率和视觉搜索效率存在显著 差异。上下视野的不对称性在两类任务中也存在显著差异。 ( 2 ) 在大屏幕显示器上，不同信息显示区位之间觉察效率和视觉搜索效率存在显著 差异。上下视野的不对称性也两类任务中发现。随着离心距的增加，觉察效率和视觉搜索 效率逐渐降低。 ( 3 ) 与小屏幕显示相对比，大屏幕显示由于尺寸上的增加，带来的区位效应更为显 著。同样，上下视野的不对称性和距离效应的影响也更为突出。 关键字区位，上下视野不对称性，距离效应，大屏幕显示 h 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h el a r g es c r e e nd i s p l a yc o u l db ei n t e g r a t e dd i s p l a yf o rl a r g ea m o u n t so fi n f o r m a t i o n ， i n c r e a s ei nt h ef o r m o fi n f o r m a t i o np r e s e n t e d ，r e a l i s t i cs i m u l a t i o no fav i r t u a lw o r ke n v i r o n m e n t h o w e v e r , t h el a r g es c r e e nd i s p l a yp r e s e n t e dt h ep r o b l e mo fc l u t t e r , w h i c hr e s e a r c h e r s 仃i c dt o s o l v e b a s e do nt h ec a r e f u la n a l y s i so ft h ep r e v i o u st h e o r y , t h i ss t u d ys e a r c h e df o rt h ee f f e c to f t h el o c a t i o n so nd e t e c t i o na n dv i s u a ls e a r c ht a s k sw i t hal a r g es c r e e nd i s p l a yi no r d e rt of i n da r e a s o n a b l es o l u t i o n ，w h i c h i m p r o v e dt h ea c q u i s i t i o no fc r i t i c a li n f o r m a t i o n t h es t u d y c o n d u c t e df o u re x p e r i m e n t s ： e x p e r i m e n t l ：t h ee f f e c to ft h ei n f o r m a t i o nl o c a t i o n so nt h ed e t e c t i o nt a s kw i t has m a l l s c r e e n d i s p l a y ； e x p e r i m e n t 2 ：t h ee f f e c to ft h ei n f o r m a t i o nl o c a t i o n so nt h ed e t e c t i o nt a s k 、析也al a r g e e x p e r i m e n t 3 ：t h ee f f e c to ft h ei n f o r m a t i o nl o c a t i o n so nt h ev i s u a ls e a r c ht a s kw i t has m a l l s c r e e nd i s p l a y ； e x p e r i m e n t 4 ：t h ee f f e c to ft h ei n f o r m a t i o nl o c a t i o n so nt h ev i s u a ls e a r c ht a s k 、加mal a r g e t h er e s u l t so ft h er e a c t i o nt i m ef o re a c hl o c a t i o nw e r es e p a r a t e l yc l a s s i f i e db ys p e c i f i c l o c a t i o n s ，t h eu p p e ra n dl o w e rv i s u a lf i e l d ，o re c c e n t r i c i t y t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yw e r es m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h e r ew a sas i g n i f i c a n ti m p a c to ft h el o c a t i o n s ，a n dt h eu p p e ra n dl o w e rv i s u a lf i e l do n t h ed e t e c t i o na n dv i s u a ls e a r c ht a s k s 、加t has m a l ls c r e e nd i s p l a y 2 c o m p a r e d 、加mt h er e s u l to fas m a l ls c r e e nd i s p l a y , t h e r ew a sas i g n i f i c a n ti m p a c to f e c c e n t r i c i t i e so nt a s k s 谢也al a r g es c r e e nd i s p l a y 3 c o m p a r e dw i t ht h er e s u l to fas m a l ls c i e e nd i s p l a y , t h e r ew a sam o r es i g n i f i c a n ti m p a c t o ft h el o c a t i o n s ，t h eu p p e ra n dl o w e rv i s u a lf i e l da n de c c e n t r i c i t i e so nt a s k sw i t ha l a r g e k e yw o r d sl o c a t i o n ，u p p e ra n dl o w e r v i s u a lf i e l d sd i f f e r e n c e s ，d i s t a n c ee f f e c t ，l a r g es e r e c n d i s p l a y 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 又是一年凤凰花开时，我即将告别浙江大学研究生生活，告别最后的学校求学生涯。 在这十几年学校生活中，有过茫然、彷徨和失落，更有过欣慰、满足和喜悦，点滴经历成 熟了我的思想，丰富了我的阅历，成就了如今的我。 论文即将收笔，看着研究生阶段的学习成果，不禁想起我的导师许百华老师在研究生 阶段对我学习上的细心指导和生活上的无至关爱。在此，谨向我的导师许百华老师表示由 衷的感谢! 在论文选题到完成的每个阶段中，许老师都倾注了大量的心血，和孜孜不倦的 教导。许老师拥有渊博的专业知识，严谨的治学态度，随和亲切的待人方式，这些种种都 在无形中感染、熏陶着我。记得跨学科的我刚进入心理系求学时的那份无措和茫然，是许 老师充分考虑我所长帮我指明了前进的方向，并在一路的学习行进中，不停地辅助我成长。 我曾被凌晨许老师发给我的一份邮件而感动，已过6 0 的许老师，为了我们的学习研究而 熬夜工作，那份无私的奉献深深温暖着我的心。 其次，我要感谢实验室的同伴们，李玉明、傅亚强、汪永光、鲁良兵、赵绪伟、王萌、 蒋浩、陈丹、邵晓琳、金红军等同学对我的支持和陪伴。我敬佩李玉明师兄对学术研究的 那份执着和专注，也感谢他在学术问题上对我耐心的指导。我要谢谢傅亚强师兄对我实验 的帮助，蒋浩同学在实验工作中和我的探讨交流，陈丹和邵晓琳同学在学习生活上给予我 的帮助。 再次，我要感谢陪我一起度过研究生生活的朋友们我的室友，刘颖仪、刘炜、陈海 燕、何源和韩圣超，谢谢你们与我分享在校的生活体验。在论文研究阶段，刘颖仪与我互 相监督、相互指正，让我能更好地完成论文的撰写。我要感谢谭洁和徐沙的陪伴，是她们 给我最真挚的建议和批评，让我更客观地看到我的不足。我还要感谢同在浙大求学的高中 挚友张灵，我们彼此分享着喜怒哀乐，共同度过求学之路。 最后，我最想感谢我的父母，谢谢父母对我无私的包容和永远的支持，即使我的任性 和固执曾经辜负了你们对我的期望，但是你们还是选择站在我这边，无微不至的照顾我 陈晔 2 0 1 1 年5 月5 日 浙江大学硕士学位论文引言 1 引言 1 1 大屏幕显示器的现状、优势与应用 1 1 1 大屏幕显示器的现状 人们获取信息的途径有两个方面：一是通过声音的传输与收听，二是通过图像的传输 与收看。图像信息包括各种图像信号、数据信号、图表等。随着信息化技术的发展，对信 息显示设备的要求越来越高，要求显示设备显示的图像清晰，还要求显示的信息足够多， 图像足够大，这就推动了大屏幕显示器和大屏幕显示技术的发展。大屏幕显示追求大画面、 多色彩、高亮度、高分辨率的显示效果，而这正是传统c r t 显示器无法比拟的优势。 目前主流的大屏幕显示器可分为三类：液晶显示器( l c d ) 、等离子显示器( p d p ) 、 l e d 显示器。相对于传统的c r t 显示器，大屏幕显示器具有许多优势，首先这几类显示 器都实现了真正的物理纯平，解决了过去c r t 显示器所出现的几何失真、线性失真等显 示问题；其次，都采用数字i c 进行控制和驱动，减少由于数字信号和模拟信号转换而引 起的画面质量下降；第三，都能达到1 9 2 0 x 1 0 8 0 的高分辨率，满足高清化的要求；第四， 占用空间面积小，功耗低。 大屏幕显示器除了在显示尺寸和画面质量上有重大突破以外，其应用也拓宽到综合 信息管理、监控等领域。在办公领域，大屏幕显示器能同时容纳本地视频、远程视频和共 享应用软件的显示，为协作应用提供了更好的解决方案。在工业领域，大屏幕数字系统将 各类计算机信号、视频信号传送到大屏幕显示器上显示，从而形成功能完善、技术先进的 信息管理系统，为用户提供一个交互式的人机界面，满足工业监控调度所需的实时、多画 面的显示需求。在军事领域，飞行员的信号传递越来越依靠于图形显示，飞行员对信号的 处理也越来越偏向“态势”处理。随着军事理念的升级和技术的发展，未来战斗机将会面 临更为复杂甚至极端恶劣的环境，需要在立体环境条件下执行多平台、多任务的高度信息 化的作战样式。座舱显示正面临着显示信息膨胀、态势感知需求、显示系统布局和信息显 示方式等多方面的压力。国外研究和实践证明，采用大屏幕显示器替代目前使用的多个多 功能显示器，能减少飞行员在信息管理和整合上花费的时间，并通过增加座舱仪表板上的 有效显示面积可呈现更多的作战信息，增强飞行员对作战飞行中“态势”的了解。 1 1 2 大屏幕显示器的优势分析 大屏幕显示已经在航空、工业领域发展较长一段时间，其显示优势也在实践和应用中 显现出来。分析大屏幕显示的主要优势，并罗列如下 。 1 浙江大学硕士学位论文引言 ( 1 )综合显示信息，扩大信息显示量，丰富信息显示方式。 以往的军用喷气机包含3 个多功能显示器( m f d s ) 和众多电子设备的显示仪表。飞 行员必须先根据各种不同功能显示器和电子仪表盘的显示数据，整合信患，然后根据飞行 员自己的合理认知和经验，作出操作决策。大屏幕一体化显示器综合显示信息，不仅减少 了飞行员在管理各类分散仪表信息方面的时间，同时增加了屏幕的信息显示量( m i l n et j ， 2 0 0 1 ) 在空中客车的单通道飞机系列的研究中，研究人员试图用3 个l c d 大屏幕显示器替 代使用中的6 个小显示器。目前，许多商业飞机的玻璃座舱中都使用6 个显示器单元。研 究表明如果使用3 个l c d 大屏幕显示器会比目前的6 个显示器单元呈现更多的信息。例 如飞行地形相关的垂直飞行路径信息就可以以逼真的方式在大屏幕中显示( d er e u s ，a j c ，2 0 0 5 ) 。大屏幕显示可以突破小屏幕显示的瓶颈，支持各类图表、图片的显示，模拟虚 拟飞行环境，更逼真的呈现飞行数据。 ( 2 )减少认知负荷，支持全景显示。 工业过程控制和航空座舱应用中，使用者需要从每个传感器上读取相关的数据，在对 数据根据自我经验进行整理处理，这样大大增加了使用者的信息摄入量，增加了认知负荷 大屏幕显示综合显示每个仪表盘上的数据，用各种显示方式描述整个系统的运行状况，方 便使用者获取目标信息，减少认知负荷。在飞行座舱现实中，便于飞行员建立“态势”。 ( 3 )便于实现以人为中心的座舱设计，实现信息交互。 大屏幕显示器可以省去以往负责各自具体信号显示的链路模块，让原有的信号综合呈 现在大屏幕显示器上，从而让飞行员灵活机动地选择提取数据，为决策提供更有效的依据。 大屏幕显示器同时还可以提供战术形式的总体显示，加强飞行员的情景意识( 态势) 和决 策加工过程( d u d f i e l dh j ，2 0 0 1 ) ( 4 )减低成本。 空中客车的单通道飞机系列中，6 个显示器替换成3 个显示器( 如图1 1 所示) ，减少 了显示器的使用，降低了显示器成本。另一方面，大屏幕的显示也取代了其他处理显示专 门数据的电子电路单元，和一些传感器的专门显示仪表，从而降低了硬件成本 2 浙江大学硕士学位论文引言 图1 1 飞机座舱的3 个l c d 大屏幕显示图 1 1 3 大屏幕显示器的应用 由于技术系统复杂性的增加，越来越多大屏幕显示器被应用于工业控制室，实现对工 业系统的有效和安全监控。核电控制室就也是如此，它包括具有高安全需求的复杂加工， 因此目前核电控制室正经历着现代化技术升级，以实现高技术支持和计算机系统控制。这 其中人系统接1 2 ( h u m a n s y s t e mi n t e r f a c e ，h s i ) 的升级尤为重要，而大屏幕显示器是h i s 的重要一环。e r i e a 在挪威能源所的支持下，对挪威一座核电站控制室的大屏幕显示器使 用情况进行实际调研。在该核控制室里，仅有一个大屏幕，高为2 米，宽为2 5 米( 如图 1 2 所示) ，左右分列着安全仪表盘和涡轮仪表显示墙。该控制室的现代化高科技建设已经 持续5 、6 年，大屏幕显示是近期装置的设备，以此作为人机接口的最新升级。将大屏幕 显示器与桌面显示器相结合建立起以计算机控制为基础的核控制室，目的在于改变传统的 仪表墙和模拟指针显示方式。大屏幕显示器完成了对工厂信号的全局信息显示和共享，控 制室所有的操作人员不仅能同时对异常状态进行监控，而且能了解彼此的工作状态保证工 作操作之间的协同合作。研究中指出，大屏幕显示应该关注与显示的设计，例如要改变信 号输出形式，用趋势图替代具体数据，用同质性信号模式替代杂乱的信号显示模式，以此 提高对异常信号的觉察速度( e r i e a h 静e f o r s ，2 0 0 8 ) 。 航空航天的座舱显示研究中，早在7 、8 年前一些研究学者就把目光转向了大屏幕显 示器。快速喷射驾驶舱设计中，就研究了对比了多功能组合显示器和大屏幕显示器的优劣， 并对大屏幕显示器的相关工效学因素进行了研究。在战术环境的系统管理研究中，研究者 开始采用大屏幕显示器作为研究工具。因为首先大屏幕显示器能帮助减少飞行员从各种传 感器上提取数据的时间，便于更快的做出战术决策；其次大屏幕能增加有效战术信息的显 示区域，充分显示各类重要信号。在飞行员训练上，大屏幕显示器的综合显示功能应用于 训练飞行员建立起“态势”的意识，培养飞行员对军事战术环境的综合分析能力和反应能 浙江大学硕士学位论文引言 如。 一 r 一? 二 i二一 图1 2 在核控制室中的大屏幕显示( 在安全仪表盘和控制涡轮仪表盘之间) 大屏幕显示器在过程控制、航空领域应用已经有十年左右，但是相对于应用的广度， 具体的成功典型案例数量不算太多。从最初大屏幕显示技术的研究，近几年，对大屏幕显 示的研究重点已经从技术层面转向人类工效学、交互设计的心理学角度。许多研究也围绕 心理学的因素展开。屏幕的增大确实能带来全景显示和虚拟模拟显示，但是忽略人机接口 中人的环节，那大屏幕显示器也就只能用作放大图片，而不能针对实际情况，达到减少操 作者认知负荷，有效提取重要信息的目的。 除此之外，鉴于能支持各种复杂逼真的显示类型，例如地图、图片等，大屏幕显示器 常常被用来模拟现实环境，以达到各类仿真研究的目的。w i l l i a m s 利用大屏幕显示器提供 真人大小的图像，模拟分析图像上对手的动作意向和预计下一步动作，借此研究专家训练 对军事意识的影响( w i i l i a m s ，2 0 1 1 ) 。e l v e d i ni o j u n o 把大屏幕显示器作为图像输出端，利用 虚拟显示和运动平台，建立车辆运动的仿真模拟系统( e l v e d i nk l j u n o ，2 0 0 8 ) 。在紧急医疗 的事务处理系列研究中，大屏幕显示器也被采用为信息显示设备。 1 2 觉察与视觉搜索的研究范式 1 2 1 觉察的研究范式 觉察的经典研究范式有两种，分别是目标觉察范式和变化觉察范式。 b i e d e r m a n 最早提出了目标觉察范式( o b j e c td e t e c t i o np a r a d i g m ) 。在该范式中，按照 目标物体名称、注视点、一个场景刺激、掩蔽刺激、在掩蔽上再用一个圆圈来提示目标物 4 浙江大学硕士学位论文 引言 体出现的位置的顺序呈现，最后让被试做是或否的按键判断，记录其按键反应时。位置提 示出现在场景呈现前，反应时从场景呈现开始记录到按键反应后结束记录。 变化觉察范式( c h a n g ed e t e c t i o np a r a d i g m ) 是由p h i l l i p s 提出的。在该范式中，按照 初始刺激、探测刺激的顺序呈现。在其中一半的测试中，探测刺激和初始刺激完全一致， 而在另一半的测试中，改变探测刺激的一个视觉属性，要求被试判断探测刺激是否与初始 刺激_ 致，被试只要作出是或否的按键反应即可。其中，因变量为被试的反应正确率。这 个范式多应用于视觉工作记忆容量的研究。通过调整刺激数量来检验当被试正确率开始下 降时的刺激项目数。 1 2 2 视觉搜索的研究范式 视觉搜索的经典研究范式有两种。一种范式是先呈现目标靶子，后呈现相应干扰物， 被试被要求从干扰项目中快速准确的找出目标刺激物，并做出是否含有目标物的按键反应 ( w a t s o n ，a b ，1 9 8 2 ) 。另外一种范式是同时呈现目标刺激和干扰刺激，被试被要求快速 准确的判断是否有不同于干扰刺激的目标刺激出现，并作出按键反应。因变量一般是反应 时和正确率。 除了以上搜索反应实验以外，还有精确判断的实验方法。首先呈现固定时间的目标刺 激，然后呈现遮蔽物，借着呈现干扰刺激，通过调整目标刺激与干扰刺激之间的时间间隔， 来判定视觉搜索的成绩。 1 2 3 视觉搜索的相关理论 在视觉搜索的相关研究中，以特征整合理论、引导搜索理论最具影响力和代表性。特 征整合理论是t r e is m a n 和g e l a d e 提出来的一个涉及自动加工的注意理论。他们区分客体 和特征，将特征看作是某个维度的一个特定值，而客体是一些特征的结合。该理论认为视 觉搜索有两个阶段，第一个阶段就是对刺激基本特征的加工，在这个阶段中刺激特征是平 行加工的，相互独立的。第二个阶段就是对特征的整合加工，在这个阶段中刺激整合后的 联合特征是系列加工的，按照一定的空间序列进行逐一比较直到找到目标。但是有些研究 中还提出在整合加工过程中可能进行平行加工。t h e e u w e s 、a n d r e w 的相关研究中就发现 在整合加工过程中存在平行加工过程，而且具有较高的视觉搜索效率。所以有些研究学者 认为在无论在特征加工阶段还是在整合加工阶段，并不是单一的进行平行加工或者系列加 工。 针对特征整合理论的一些不足和争议，c a v e 和w o l f e 提出了引导搜索理论，作为特 征整合理论的修订。引导搜索理论认为视觉搜索有平行搜索阶段和系列搜索阶段。平行搜 索阶段对刺激进行自上而下加工，觉察比较刺激的特征差异和相似性，并在每个位置上赋 浙江大学硕士学位论文引言 予相应的激活值，这样在每个特征维度上形成一个激活图，依次作为系列搜索的基础。之 后进入下一个阶段，注意先被引导到在激活图中激活程度较高的位置，然后依次进行系列 搜索。引导搜索理论中相似的特征会比有差异的特征获取更多的注意资源，所以在这里注 意不是平均分配的，而是有一定偏向性的。 1 3 视野知觉不对称性的相关研究 1 3 1 知觉不对称性 视知觉是对视觉信息的理解和组织过程，即对视觉图像的形状、大小、方向、位置、 颜色等特征进行认知和辨别的过程。由于大脑对视觉刺激的选择偏好和视觉刺激在视网膜 的不同成像位置，使视知觉具有了变化性和非对称性。例如人对垂直刺激的感知和表征要 优于斜刺激的感知和表征( f u r m a n s k i e n g e l ，2 0 0 0 ) ，中央凹的视敏度要优于外周刺激 ( d u n c a n & b o y n t o n ，2 0 0 3 ) 。在过去几十年的研究，此类知觉不对称性的现象已经被许多 研究学者发现，但是我们在认知加工中却很少关注 近几年的研究发现，不同视觉刺激在相同视野的相同位置，有些视觉刺激的信息加工 速度快，而有些视觉刺激的信息加工速度慢。同一视觉刺激，在不同视野的信息加工速度 也不相同。由此可将视觉的知觉不对称性研究分为视野内不对称性( w i t h i n v i s u a lf i e l d ) 和视野间不对称性( b e t w e e n v i s u a lf i e l d ) 两大类。视野内不对称性研究主要围绕方向加 工、运动加工、空间频率加工这三方面展开。视野间不对称性研究主要围绕中央视凹与外 周视野、上下视野、左右视野这三方面展开。 1 3 2 同一视野内不对称性 方位倾斜效应就是一种方向加工不对称性，它的表现是对水平和垂直方位刺激的光栅 视敏度( v i s u a la c u i t y ) 要强于倾斜方位的光栅视敏度。同时，在一些其他视觉指标中，如 反应时、位置评估、方位判断，也存在这样的差异性。f f m i 研究也证实了光栅视敏度在 垂直和水平方向上要高于倾斜的刺激，并且相应v l ( 视觉初级皮层纹皮层) 神经元在垂 直和水平方向上的激活程度也高于倾斜刺激的激活程度( f u r m a n s k i ，& e n g e l ，2 0 0 0 ) 。除了 方位倾斜效应外，研究者还在各种视觉任务中证实了纵向横向不对称性的存在。在视野 横向中线和纵向中线的对比研究中证实在视野横向中线上，人的对比敏感性和空间分辨率 更高( c a r r a s e o ，t a l g a r , & c a m e r o n ，2 0 0 1 ) 。这与神经生理研究成果相符，在十字坐标系中， 横向水平线的神经细胞要比纵向水平线的神经细胞更多( l ie ta 1 ，2 0 0 3 ) 方位倾斜效应同样存在于知觉运动客体过程中( l o f t i e r & o r b a c h ，2 0 0 1 ) 在运动方向 辨认中，研究者多以方向的异质性作为考察指标。在中央视野和某个固定离心距的具体视 觉空间中都存在方向辨认的异质性。神经生理学的研究中也正是具有方向偏好的神经元对 6 浙江大学硕士学位论文引言 特定方向的刺激在v 1 脑区的激活程度要高于相反方向的刺激。 此外，空间频率加工不对称性研究中发现在视觉皮层空间频率的偏好是连续分布的。 研究者在空间频率融合和辨别任务中发现视觉皮层对空间频率信息进行多通道加工，每个 通道只加工处理一种固定范围的空间频率( w a t s o n ，1 9 8 2 ) 同样，空间频率偏好也出现在 视觉信息的后期加工阶段，偏好程度随着视觉区域的不同而发生改变。空间频率偏好无论 在中央视野还是在外周视野都是存在的。在中央视野，频率偏好表现明显，而在外周视野 随着离心距的不断变大，频率偏好程度逐渐降低( i s s a , t r e p e l ，s t r y k e r , 2 0 0 0 ) 。 1 3 3 不同视野间不对称性 人对刺激的感知能力依赖于刺激在视野中的位置。刺激的视觉感受性、对比敏感度和 颜色觉察辨认性在中央视野要优于外周视野。由于在外周视野锥体细胞的稀少和视觉皮层 的神经结构，使我们看到视角边缘的刺激时，感觉刺激模糊不清。视觉系统中视觉感受器 的分布随着与中央凹距离的增大而越来越稀疏。很多例如客体、人脸辨认和立体体验等视 觉功能也只能局限在中央视野。因此当人脸出现在较远地方时，视觉皮层对人脸的辨认会 出现困难( e i m e r , 2 0 0 0 ) 。 虽然在外周视野的视觉能力不如中央视野，但不代表着在上下视野也会如此。事实上， 在相同离心距条件下，下视野的视觉表现要比上视野更好( l e v i n e & m c a n a n y , 2 0 0 5 ) 。研 究表明下视野的优势功能在于瞬时感知、对比敏感度、视敏度、空间分辨率和色调、运动 加工。神经生理学研究已经证实了下视野在对比敏感度方面的优势( p o r t i nk ，v a n n is ， v i r u sv ，& h a dr ，1 9 9 9 ) 。而上视野的优势功能在于对局部信息的加工和对刺激的分类判断， 例如客体辨认、视觉搜索中( p r e v i ce h ，& b l u m ej ，1 9 9 3 ) 。 左右视野不对称性依赖于刺激的空间属性。例如，有关于空间信息的加工左视野更为 优势，而有关于非空间信息的加工右视野更为优势( c o r b a l l i s2 0 0 3 ) 。左视野在简单线条 方向、游游标偏移、大小辨别上具有显著表现( c o r b a l l i se ta 1 ，2 0 0 2 ) 。右视野在瞬时感知 ( o k u b o n i c h o l l s ，2 0 0 8 ) 、言语、认知加工方面更具有显著表现( c o r b a l l i s ，2 0 0 3 ) 。左视 野的优势功能是由于右半球在空间注意上的加工优于左半脑所决定的。同样，当任务材料 是言语时，左半脑神经元的激活程度更高，因此对相关任务的加工就偏向于右视野 1 4 问题的提出和研究方案设计 1 4 1 研究的目的和意义 新技术、新科技大都从军用领域发展到民用领域。大屏幕信息综合显示器，正是在航 空航天领域起步，逐步向工业、信息化办公方向发展。在航空航天领域，随着电子新技术、 新工艺的发展和新型显示器元件的不断涌现更新，飞机座舱显示系统布局日趋完善，信息 7 浙江大学硕士学位论文引言 显示方式日新月异，显示器数量急剧减少，主显示器尺寸不断加大，最高分辨率不断提升， 并日趋朝着大屏幕、综合化、信息智能化的方向发展。目前，一体化大屏幕显示器正成为 飞机座舱显示的发展方向。但是，一体化大屏幕显示器也有不可避免的问题存在，其中最 重要的就是信息显示量的增加，那么如何提高信息显示的有效性和理解性这就需要人机工 效学等相关研究的辅助。 为了提高重要信息的提取速度，很多研究者从整合信息和降低信息杂乱度两个方面 考虑。k r o i t e r 和w i c k e n s 利用n e i s s e r 的系列终端搜索模型( s e r i a ls e l ft e r m i n a t i n gs e a r c h m o d e l ) 去加强信息的整合显示。除此之外，还可以通过减少信息杂乱度的途径来提高信 息获取速度，其一方法是利用突显的方式提高重要信息的认知效率，另一种方法就是通过 减少背景上下文的复杂度直接减低信息杂乱度( r e m i n g t o ne ta 1 ，2 0 0 0 ，w i c k e n se ta 1 ， 2 0 0 4 ) 。 本研究则是从第三个角度切入，试图从信息显示空间位置本身出发，研究不同区位对 信息认知效率的影响，从而给信息布局合理化和信息认知快速有效化提供实验室依据，促 进一体化大屏幕显示系统的发展和完善。 1 4 2 研究的内容和构想 有关于视觉搜索的研究，大都集中研究分析在前注意信息的影响，尤其是对搜索策略 的影响。由于在实验设计中，不能对无关变量进行严格的控制，所以结论有许多的不一致。 视觉搜索是复杂的认知行为，会受到众多无关因素的影响，例如区位因素就是其中不可忽 略的影响因素之一。本研究就是重点研究区位对视觉搜索和觉察过程中的影响。回顾以往 的研究，对于空间位置的研究常从离心距和不同视野区域两方面展开。 c a r r a s c o 和n a e g e l e 将距离效应定义为目标刺激离视觉注视点越远，注意的困难度就 越大。w o l f e 等人用引导搜索理论去解释距离效应( h e n d e r s o n m a c q u i s t a n ，1 9 9 3 ) ，认为 在中央位置的刺激重要性要高于周边位置的刺激重要性，所以离视觉注视点近的刺激激活 程度要高于离注视点远的刺激，从而离注视点近的目标刺激搜索速度要快于距离远的目标 刺激搜索速度。c a r r a s c o 用单纯的视觉神经偏好来解释距离效应，认为周边区域的知觉难 度要高于中央区域的刺激知觉难度( c u r t i c ，2 0 0 5 ) 。b u r s i l l 等众多研究学者也从生理机制 ， 的角度研究外周视野搜索难度高于中央视野搜索难度的原因，提出皮质放大、空间分辨率、 横线交互作用等视觉因素的干扰影响。c o l e 和h u g h e s 的研究表明通过即使通过放大周边 视野中目标刺激的尺寸，来补偿外周视野视敏度和准确度的下降，也不能平衡距离效应， 因此对视觉搜索的研究中不能回避忽视离心距的影响( d o w n i n g , 1 9 8 8 ；h i k o s a k a , m i y a u c h i ， & s h i m o j o ，1 9 9 3 ) 。 一 一 浙江大学硕士学位论文引言 除了距离效应以外，视知觉不对称也可以解释视觉搜索在不同诬位上的效率不同。视 知觉的视野不对称性，一般表现为左右视野不对称性和上下视野不对称性。左视野在空间 注意方面具有优势，右视野在非空间注意方面、言语方面具有优势，上视野在视觉搜索和 局部加工方面具有优势，下视野在运动、全局加工和协作空间判断方面具有优势效应 基于上述理论，结合大屏幕显示器的实际特性，本实验分别研究区位对觉察和搜索效 率的影响，并且将区位分成具体细分区位、上下视野、不同离心距三个角度进行探讨。 1 4 3 研究假设 在前人研究的基础上，本研究提出如下假设： 在视觉觉察和搜索过程中，无论是小屏幕显示或大屏幕显示，都存在区位效应，并且 上下视野存在注意分配的差异。 1 实验一小屏幕显示器信息显示的区位对觉察效率的影响，假设： ( 1 ) 在不同区位上，觉察效率具有差异； ( 2 ) 觉察效率在不同视野具有差异。 2 实验二大屏幕显示器信息显示的区位对觉察效率的影响，假设： ( 1 ) 在不同区位上，觉察效率具有差异； ( 2 ) 觉察效率在不同视野和不同离心距上具有差异。 3 实验三小屏幕显示器信息显示的区位对视觉搜索效率的影响，假设： ( 1 ) 在不同区位上，视觉搜索效率具有差异； ( 2 ) 视觉搜索效率在不同视野具有差异。 4 实验四大屏幕显示器信息显示的区位对视觉搜索效率的影响，假设： ( 1 ) 在不同区位上，视觉搜索效率具有差异； ( 2 ) 视觉搜索效率在不同视野和不同离心距具有差异。 浙江大学硕士学位论文实验一小屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 2 实验一小屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 2 1 实验目的 每幅画面上都会显示包括数字、字母和其他符号在内的信息数据。对这些数字、字 母和符号，要根据它们对信息显示的重要程度合理分配显示区位，以便使用者在视觉负荷 过重的情况下也能及时觉察显示屏上各种重要信号的变化，并做出相应的反应。 本研究通过工程心理学模拟实验，在双任务作业下对小屏幕显示器不同显示区位上的 刺激觉察速度进行比较，为优化显示器上各类信息布局提供实验依据。 2 2 实验方法 2 2 1 实验装置和环境照明 实验在安静的暗室环境中进行，环境的照明强度为5 l x 。屏幕液晶显示器上字符的呈 现由计算机自动控制，显示屏的分辨率为1 9 2 0 x7 5 5 像素，物理大小为5 1 8 4x2 0 3 2 毫米， 实际画面显示大小为9 6 0 x7 5 5 像素( 小屏幕的显示大小) ，物理大小为2 5 9 2x2 0 3 2 毫米。 2 2 2 实验刺激 实验中，在显示屏幕周围设置8 块显示区位，在围绕中心视野分布的8 个显示区位上 各呈现绿色英文字母b ，其大小为1 0 磅【高为1 3 3 3 像素( 3 6m m ) ，宽为8 8 9 像素( 2 4 m l l l ) 】，对应的视角为1 7 6 1 1 7 ( 7 0 c m 视距) ，不加粗。字符为绿色，亮度l o c d m 2 ， 背景色为黑色。 2 2 3 实验变量设计 本实验的自变量为字符显示区位，一共有8 个字符显示区位。因变量为被试觉察字符 变化的反应时。实验采用被试内设计。目标字符在每个区位上各显示1 5 次，每位被试需 要完成1 2 0 次试验。 2 2 4 实验任务 实验采用双任务范式，以警戒任务作为主任务，觉察任务作为次任务。主任务是判读 水平刻度带上指针指示位置的变化，当指针进入红色警戒区后，要求被试立即按空格键做 出反应。次任务是采用二级反应方式的觉察任务，要求被试当觉察到某个显示区位上呈现 的字符由英文字母b 变为数字3 时，立即按小键盘中的5 键，以此视为一级反应；之后， 对目标刺激出现的区位做出相应的按键反应，以此视为二级反应。实验中，作为觉察目标 的数字3 在8 个区位上随机出现，并且出现的次数相同，其大小与颜色与原先呈现的英文 1 0 浙江大学硕士学位论文实验一小屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 字母b 保持相同。 实验用画面采用m a t l a b 软件编制。 789， ( 屏幕左上区块)( 屏幕中上区块)( 屏幕右上区块) 4 56 ( 屏幕左中区块)( 中心视野)( 屏幕右中区块) 1j o3 ( 屏幕左下区块)( 屏幕中下区块)( 屏幕右下区块) 图2 1 显示区位分布图 2 2 5 实验程序 正式实验前，被试先仔细阅读指导语，并按指导语的要求在大屏幕液晶显示器上进行 充分的练习。正式实验时，被试集中注意力观察位于屏幕中央水平刻度带上指针指示位置 的变化，指针不停地左右移动，当指针进入红色警戒区时，要求被试按空格键反应；每次 正确反应后，屏幕中央会出现“捕获”的反馈信息；反之，会出现“未捕获”的反馈信息。 被试在执行警戒任务的同时，觉察8 个显示区位上字符的变化。1 个目标刺激和7 个干扰 刺激每隔5 s 8 s 随机呈现。被试觉察到目标刺激后，立即按计算机键盘上的数字5 键予以 确认，完成一级反应。与此同时，8 个字符显示区位上的字符自动消失。被试再根据目标 刺激出现的区位按相应的方位键，完成二级反应。 计算机自动记录被试做出一级反应的反应时和做出二级反应的正确率，一级反应的反 应时定义为目标刺激呈现到被试做出第一次按键反应之间的时间间隔。 2 2 6 被试 被试1 9 名，均为在校本科生，男生1 0 名，女生9 名，年龄1 8 2 2 岁，视力1 0 以上， 色觉正常 2 3 结果分析 实验结果采用s p s s1 6 0 软件包和e x c e l2 0 0 7 软件对1 9 名被试每个区位上的反应时 进行单因素重复方差分析。在本实验条件下，每名被试在每个区位上反应正确率均达到 9 7 以上每个区位上目标刺激觉察任务的平均反应时如图2 2 所示。 浙江大学硕士学位论文 实验一小屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 o v 窖 翅 蟋 _ 反应时 主下中下右下左中右中皇上中上为上 区位 图2 2 不同区位上觉察任务的平均反应时结果 表2 1 不同区位上目标刺激觉察效率差异的方差分析结果 方差来源总方差自由度均方 f 区位 2 6 6 270 3 8 0 2 8 1 8 误差 1 7 0 0 51 2 6 0 1 3 5 注：幸表示p 0 0 5 重复方差分析后，结果得表2 1 。双任务作业中，小屏幕显示条件下的目标刺激觉察 速度与信号显示区位存在显著差异( f = 2 5 2 3 ，p 0 0 5 ) 。被试在前注意阶段对刺激的觉察作 业受不同显示位置影响。每两个区位间觉察速度的差异情况见表2 2 所示。右下区位( 3 号区位) 的觉察速度显著慢于左中( 4 号区位) 、中上( 8 号区位) 和右上区位( 9 号区位) 的觉察速度。中下区位( 2 号区位) 的觉察速度要显著慢于左中( 4 号区位) 、右中( 6 号 区位) 和中上区位( 8 号区位) 的觉察速度。 1 2 一 crll烹l一携i 的 的 如 2 2 1 l 0 0 浙江大学硕士学位论文实验一小屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 表2 2 不同区位上觉察速度差异的多重比较 注：表示p o 0 5 ；l 号区位左下区位，2 号区位- 中下区位，3 号区位右下区位，4 号区位- 左中，6 号区位右中区位，7 号区位左上区位，8 号区位中上区位，9 号区位右上区位 对整个显示屏幕分成上下视野进行分析。1 、2 、3 号区位整合成下视野，7 、8 、9 号 区位整合成上视野，并对每个被试的上下视野平均值进行重复方差分析。上、下视野与觉 察任务存在显著差异( f = 1 2 1 0 1 ，p 0 0 5 2 4 讨论 从实验一的结果可知，小屏幕液晶显示器中刺激显示区位会影响觉察任务的执行绩 效。实验数据表明，右下区位的觉察速度要慢于左中、右上、中上区位的觉察速度，有慢 于其他区位觉察速度的趋势。 实验一的结果还表明了上下视野觉察速度的不对称性。上视野的觉察速度要快于下视 野的觉察速度。在前注意信息加工阶段，也就是本实验中的觉察任务，出现了知觉的不对 称现象。e f t o n 的研究中提出上视野对信息的分类判断和客体辨认具有优势，在本实验的 任务也是一个觉察辨认的过程，这充分地说明上视野觉察速度快于下视野觉察速度的结 果。但是，在本实验中未能发现离心距和觉察任务的显著性关系，具体分析在综合讨论中 详细说明。 小屏幕显示的区位实验已经表现出了区位效应和上下视野差异。大屏幕液晶显示器较 小屏幕液晶显示器在尺寸上增大、在信息量上增多，那么是否依旧存在区位效应和上下视 野的差异，离心距的影响是否在大屏幕显示的觉察任务中能够表现出来，这就需要在实验 二中进行探讨和研究。 1 4 浙江大学硕士学位论文实验二大屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 3 实验二大屏幕显示器上信息显示区位对觉察效率的影响 3 1 实验目的 为了扩大屏幕的有效显示面积，增大屏幕尺寸变为当今显示器的追求方向。实验一表 明小屏幕显示器上信息显示区位对目标觉察任务有显著性影响。本实验采用同样的实验方 法，重点考察大屏幕液晶显示器中显示区位是否影响觉察任务的效率，以及是否存在上下 视野的不对称性和距离效应。 3 2 实验方法 3 2 1 实验装置和环境照明 实验在安静的暗室环境中进行，环境的照明强度为5 l x 大屏幕液晶显示器上字符的 呈现由计算机自动控制，显示屏的分辨率为1 9 2 0 7 5 5 像素，物理大小为5 1 8 ，4 x2 0 3 2 毫 米，实际画面显示大小为1 9 2 0 x7 5 5 像素( 大屏幕显示大小) 。 3 2 2 实验刺激 实验刺激与实验一基本相同，只是在本实验中的显示区域扩大，在显示屏上围绕中央 视野设置了1 4 个显示区位，见图3 1 。实验时，在1 3 个区位上呈现英文字母符“b ”，作 为干扰项；