（设计艺术学专业论文）基于眼动追踪的手机界面可用性评估研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着手机功能的不断强大，人与手机的交互关系变得越来越复杂，特别是多 点触摸技术被应用于手机操作后，手机屏幕即具有信息输入功能，又具有信息输 出功能。这为手机界面的设计带来了更大的挑战。设计师需要能够更加客观的评 估手机界面布局的合理性和界面元素的可见性及表征含义，衡量不同界面间不同 操作指标间的内在差异。仅仅通过传统的可用性评价指标来衡量手机界面的可用 性水平无法解决这些问题。 本研究针对两款音乐手机原型界面进行用户绩效测试，将眼动追踪技术引入 手机界面可用性评估中。将眼动数据与传统可用性评价指标结合使用，来衡量两 款手机界面的可用性水平并对手机界面间的内部差异作量化分析。从任务测试的 结果，可以发现眼动数据可以很好地比较两款手机界面间的内部差异，并能够揭 示测试用户在手机界面上如何搜索他们的目标选项和信息。 与以往的研究相比，本研究提出了基于眼动追踪的手机可用性评估方法，将 眼动数据引入可用性评价的指标体系，并就任务测试结果设计了新的音乐手机原 型界面，经对比性测试后证明可用性水平得到有效提高。这些结果对于指导手机 可用性评价的实践，进一步完善手机可用性评价指标体系有着重要的意义。 关键词： 可用性评估，眼动追踪，手机可用性，可用性指标，界面设计 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ep h o n e ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e np e o p l e a n d m o b i l e p h o n e i n t e r f a c eb e c o m em o r e c o m p l i c a t e d , e s p e c i a l l yw h e nt h e m u l t i t o u c ht e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e dt ot h em o b i l ep h o n e t h es c r e e no fm o b i l e p h o n ei sr e q u i r e db ei n p u t t e di n f o r m a t i o na sw e l l 嬲o u t p u tt h ei n f o r m a t i o n i tt a k e sa l a r g ec h a l l e n g et ot h em o b i l ep h o n ei n t e r f a c ed e s i g n d e s i g n e r sw a n tt ok n o wt h e d e t a i l e dd a t aa b o u tt h eu s e rv i s u a la t t e n t i o no nu s e ri n t e r f a c ee l e m e n t sa n da s s e s st h e i n t e r f a c el a y o u ti nq u a n t i f i c a t i o n i ti sv e r yd i f f i c u l tt om e a s u r et h ei n n e rd i f f e r e n c e so f t h em o b i l ep h o n ei n t e r f a c eb yt h et r a d i t i o n a lo p e r a t ei n d i c a t o r si nt h eu s a b i l i t yt e s t i n g t h i sp a p e ri n t r o d u c e se y e - t r a c k i n gi n t ot h eu s a b i l i t ye v a l u a t i o no fm o b i l ep h o n e i n t e r f a c e t h eu s a b i l i t yo ft w om u s i c a lm o b i l ep h o n e si sb e e nc o m p a r e db yb o t h e y e t r a c k i n gd a t aa n dt r a d i t i o n a li n d i c a t o r s t h ei n n e rd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e ma r e a l s ob ea n a l y z e d r e s u l t ss h o wt h a te y e - t r a c k i n gd a t ac a l lb ea p p l i e dt ob e t t e r u n d e r s t a n dh o wu s e r si n i t i a t eas e a r c hf o rat a r g e t e do b j e c t , s t a n d a r du s a b i l i t y e v a l u a t i o no fm o b i l ep h o n ei nu n d e r s t a n d i n gu s e re x p e c t a t i o n s ，a n dm a k ed e s i g n r e c o m m e n d a t i o n s c o m p a r e dt ot h ep r e v i o u ss t u d i e s ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nu s a b i l i t ye v a l u a t i o no f m o b i l ep h o n ei n t e r f a c eb a s e do ne y e - t r a c k i n g ，i n t r o d u c e se y e - t r a c k i n gd a t ei n t ot h e u s a b i l i t yi n d i c a t o rs y s t e ma n dd e s i g n san e w m o b i l ep h o n ei n t e r f a c ep r o t o t y p ew i t h b e t t e ru s a b i l i t y t h er e s u l t sh a v ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et h a ti tg u i d e st h ep r a c t i c eo f m o b i l ep h o n eu s a b i l i t ye v a l u a t i o na n df u r t h e ri m p r o v e st h eu s a b i l i t yi n d i c a t o rs y s t e m k e y w o r d s ：u s a b i l i t ye v a l u a t i o n , e y e t r a c k i n g , u s a b i l i t yo fm o b i l ep h o n e ，u s a b i l i t y i n d i c a t o r , u s e ri n t e r f a c ed e s i g n 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图1 1 以用户为中心的手机设计流程3 图1 2 手机界面的发展7 图1 3 基于眼动追踪的手机界面可用性评估研究流程9 图2 1 眼动追踪录像截图15 图2 2 扫描路径15 图2 3 热点图16 图2 4 兴趣区对比1 6 图3 1 诺基亚n 7 3 和索爱w 9 5 8 c 1 9 图3 2 主要任务的四象限分析图2 1 图3 3 手机可用性测试流程2 5 图4 1 诺基亚n 7 3 和索爱w 9 5 8 c 原型界面3 2 图4 2 美国a s l 的e y et r a c k e r6 0 0 0 摄像头式眼动仪3 2 图4 3 测试用户进行原型界面可用性测试3 3 图4 4 基于眼动追踪的手机界面可用性测试实验流程3 4 图4 5 手机原型界面的注视时间3 7 图4 6 手机原型界面的注视点数3 8 图4 7 索爱w 9 5 8 c 原型在完成任务2 时的热点图3 9 图4 8 诺基亚n 7 3 原型在完成任务2 时的热点图4 0 图4 9 测试用户在进行任务6 时的扫描路径图4 1 图4 1 0 索爱w 9 5 8 c 原型在完成任务6 时的热点图4 1 图5 1 改进后手机音乐播放器主界面4 4 图5 2 三款手机原型界面的注视时间4 7 图5 3 三款手机原型界面的注视点数4 8 i i i 浙江大学硕士学位论文 表目录 表目录 表3 1 诺基亚n 7 3 主要任务。2 0 表3 2 索爱w 9 5 8 c 主要任务2 0 表3 3 手机可用性测试典型任务2 2 表3 4 手机界面的典型任务操作时间2 5 表3 5 手机界面的任务完成率2 5 表3 6 手机界面的操作出错分析2 6 表3 7 手机界面的主观评价结果2 7 表3 8 诺基亚n 7 3 的可用性问题清单一2 7 表3 9 索爱w 9 5 8 c 的可用性问题清单2 8 表3 1 0 传统可用性评估方法的优点和局限性2 8 表4 1 基于眼动追踪的手机界面可用性测试的典型任务3 3 表4 2 手机原型界面的任务完成率3 8 表4 3 手机原型界面的翻页偏差度3 9 表4 4 诺基亚n 7 3 原型界面的可用性问题清单。4 2 表4 5 爱w 9 5 8 c 的原型界面的可用性问题清单4 2 表5 1 对比实验的典型任务4 5 表5 2 改进后手机原型界面典型任务完成率4 9 表5 3 三款原型界面的多余翻页偏差度4 9 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望盘鲎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：黼 年多月掣 e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解澎姿态堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：曰妒渤 导师签名： 签字日期：加专年6 月4 日签字日期：切口g 年 牡 易月乒日 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 截至2 0 0 7 年l o 月统计数据显示，我国移动电话用户总数合计5 3 1 亿户，普 及率达到3 9 9 。手机已成为人们生活当中不可或缺的工具。目前，音乐手机、 智能手机、拍照手机等多功能手机的出现，使手机日渐成为以通讯功能为主，集 成众多功能特征的个人数码产品。手机功能的不断强大，为用户带来了全新的体 验和方便，但也使人与手机之间的交互关系变得越来越复杂。 如何使手机不但具有众多强大的功能，而且使这些功能好用、易用、使用户 能够真正享受技术进步所带来的愉悦与便利，成为手机交互设计的主要问题。以 用户为中心的手机设计是解决这一问题的良好途径。而可用性是以用户为中心设 计的基本属性。手机的可用性是指从人的角度来看手机是否易用、高效、令人满 意。在手机设计的不同阶段运用不同的可用性评估方法可以有效的帮助设计人员 设计出高水平的产品。 目前，根据可用性的研究文献，在手机的可用性测试中，以任务的完成率和 出错来评价有效性，用操作时间和操作路径来评价效率。以主观评价来衡量主观 满意度。但是这些传统的评价指标并不能直观的反映系统结构是否符合用户的思 维方式，不能为设计师揭示用户在界面上所采用的策略，很难回答不同界面间不 同操作指标间的内在差异。 眼动跟踪技术可以揭示用户在屏幕上感兴趣或注意的空间位置及注意的转移 过程，可以进行界面分析、可用性测试以及人操作的内因分析等。因此眼动追踪 技术可以与传统的可用性测试方法相结合，用来更加全面直观地评价手机界面的 可用性水平，并为设计师提供解决界面可用性问题的线索。 1 2 研究背景 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 1 2 1 手机交互界面的特征方式 人机界面( h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 或用户界面( u s e ri n t e r f a c e ) ，是人与 机器进行交互的操作方式，即用户与机器相互传递信息的媒介，其中包括信息的 输入与输出。手机交互界面按照信息传递的方式可分为：图形用户界面( g r a p h i c u s e ri n t e r f a c e ) 、实体用户界面( s o l i du s e ri n t e r f a c e ) 和声音用户界面( a u d i ou s e r i n t e r f a c e ) 。手机交互界面按照手机屏幕与手机键盘的操作方式可分为：直板式、 翻盖式、滑盖式、旋转式和触摸式。 对于手机的交互界面，主要的设计挑战有两方面：一是如何简化用户需求， 便于用户输入和交互操作；另一方面是如何高效的利用受限制的显示区域【l 】。 1 2 2 可用性工程在手机界面设计中的应用 以用户为中心的设计( u s e r - c e n t e r e dd e s i g n ，u c d ) 将用户置于整个设计 过程的中心，是设计可用性产品的技术、方法和程序的统称。u c d 目标在于“设 计出的产品能使用户在完成相应的使用、操作、服务和支持等任务时效率最高， 压力最小 。g o u l d 和l e w i s 认为u c d 中存在三条原则： ( 1 ) 将用户和任务置 于设计过程的中心位置；( 2 ) 对产品使用情况进行验证性测量；( 3 ) 设计是个 循环过程，要反复进行产品的设计、修改和测试【2 】。 以用户为中心的手机界面设计包括三个阶段：策略分析( s t r a t e g ya n a l y s i s ) 和用户分析( u s e ra n a l y s i s ) 阶段；设计与评估阶段；实施与评估阶段。整个设 计流程如图1 1 。可用性工程贯穿于产品生命周期的整个过程。 i s o9 2 4 1 1 1 国际标准对可用性( u s a b i l i t y ) 作了如下定义产品：在特定使用 环境下为特定用户用于特定用途时所具有的有效性( e f f e c t i v e n e s s ) 、效率 ( e f f i c i e n c y ) 和用户主观满意度( s a t i s f a c t i o n ) 【3 】o 其中有效性指用户完成特定 任务和达到特定目标时所具有的正确和完整程度；效率指用户完成任务的正确和 完整程度与所使用资源( 如时间) 之间的比率；满意度指用户在使用产品过程中 所感受到的主观满意和接受程度。 在手机界面设计的各阶段，都可以运用不同的可用性方法，以使设计达到较 2 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 高的可用性水平。 策略分析 用户分析 设计与 评估 实施与 评估 图1 1 以用户为中心的手机设计流程 在策略分析与用户分析阶段，可以运用观察法和用户访谈的方法了解用户的 需求，收集用户意见，记录产品真实的使用情况，并可运用经验性评估和用户绩 效测试的方法对市场上的同类竞争性产品作竞争性分析。通过竞争性分析，可以 就所开发产品面临的各种用户界面设计问题，对他们各自的不同处理方法进行比 较性分析。在进行任务分析时，可以运用观察法、问卷调查、访谈和焦点小组【5 】 等可用性方法。 在设计与评估阶段，可以在手机界面设计的早期阶段和整个迭代式设计的过 程中运用经验性评估。经验性评估又称为启发式评估【6 】最早是由j a k o bn i e l s e n 和r o l f m o l i c h 在1 9 9 0 年提出的，之后j a k o bn i e l s e n 又对它进行了改进和确认【4 j 。 liiiiii一lliilllliijilll_1 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 经验性评估通常让一小组评估人员来检查界面，并判断界面与已知可用性准则 ( 经验) 的符合程度【8 1 。经验性评估的可用性原则共有1 0 条。 ( 1 ) 简洁而自然的对话。用户界面应当尽可能简洁并且以一种自然的方式符 合用户任务。 ( 2 ) 少即是多。为了保持界面信息精炼简洁，在界面上应该只提供真正必要 的信息。过多不必要的信息不但会使新手用户感到困惑，也会减慢熟练用户的操 作速度【9 】。 ( 3 ) 一致性。一致性是最基本的可用性法则之一。一致性包括两个方面，内 部一致性和外部一致性，内部一致性指的是系统的各部分之间要保持一致，外部 一致性是指系统应该和其他系统、传统习惯及标准保持一到2 1 。 ( 4 ) 使用用户的语言。作为以用户为中心设计的一部分，用户界面中的词汇 应当使用用户的语言而不是面向系统的术语1 7 。 ( 5 ) 图形设计和颜色。对于具有图形用户界面的现代计算机系统来说，好的 图形设计是形成简单自然对话过程的一个重要基础【8 】。 ( 6 ) 将用户的记忆负担减到最小。尽量让用户识别界面信息而不是回忆。用 户应该不需要在系统的一个部分记忆一些信息，才能使用系统的另一部分 9 1 。 ( 7 ) 提供显著的系统状态。系统应该随时让用户知道什么正在发生，这应该 是在合理的时间内，通过提供正确的反馈来达到。 ( 8 ) 清楚地标识退出。用户有时会错误地使用系统的功能，他们需要一个清 晰的紧急出口离开当前不必要的状态，支持撤销和恢复的功能。 ( 9 ) 快捷方式。为用户提供捷径。这些捷径经常可以大大提高熟练用户的使 用效率，让用户能方便地启用频率较高的功能。 ( 1 0 ) 好的出错信息。出错信息应当用清晰、精确、友好的语言表达，并对 用户解决问题提供建设性帮助。 已有研究表明通过用户绩效测试的方法对计算机模拟的手机原型界面进行可 用性评估是有效的【1 0 1 。在手机界面设计的原型开发阶段对计算机模拟的手机原型 进行绩效测试，可以告诉设计师用户是如何理解界面所传达的信息以及界面的确 4 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 切问题所在。绩效测试是指测试用户会在测试人员的陪同下完成一系列的典型任 务。在征得参与者的同意后测试过程将被摄像，测试人员将持续观察、了解用户 的操作过程、思维过程以及相关各项指标( 包括用户出错次数、完成任务的时间 等) ，记录用户遇到的可用性问题并分析【1 1 1 。 在实施和评估阶段，可以采用用户绩效测试的方法来衡量手机界面设计是否 达到了可用性目标。 在手机推出市场后，可运用问卷调查、跟踪测试等方法来追踪产品的使用情 况，为后续的产品开发和设计提供参考的资料。 可用性研究在手机界面设计中的应用主要是在诺基亚、摩托罗拉等这些跨国 公司企业。2 0 0 4 年1 2 月，可用性研究首次应用到国内企业的手机界面设计中【挖】。 但是，可用性工程并没有贯穿于手机开发的整个过程，而仅是在产品开发的后期 对最终的产品做可用性的测试，来检验产品是否符合用户的操作习惯。这时如果 发现产品存在严重的可用性问题，再对产品设计进行改进，不但成本非常高，甚 至有可能因此延长将产品推向市场的时间。 1 2 3 眼动追踪技术的发展 早期的眼动跟踪技术主要用于心理学研究( 如阅读研究) ，助残等领域。后来 才用于图像压缩，人机交互技术。1 9 3 5 年，b u s w e l l 测量了被试在自由观察艺术 品时的注视密度( f i x a t i o nd e n s i t i e s ) 和系列扫描路径，他发现眼睛沿人物的主要 轮廓线移动，加工难度越大注视时间越长【1 3 】。m a c k w o r t h 发现高显示密度( d i s p l a y d e n s i t i e s ) 条件的注视时间比低显示密度条件多出5 0 - - - 1 0 0m s 。k o l e r s 等人在阅 读任务中发现组织紧凑的、单字行间距的材料上每行注视次数增多，每词注视次数 减少；在小号字材料上注视次数减少但注视时间增长【1 4 1 。l o h s e 考察了用户浏览 电话黄页广告时的眼动行为，他们发现分栏广告比文本清单广告更引人注目；用 户先注视彩色广告，后注视黑白广告，而且对前者注视时间更长，注视次数更多。 刘颖在视觉搜索过程中发现，视觉搜索时间( 即所有用于搜索目标的注视时间之 和) 主要受目标项位置影响，而与菜单长度和菜单格式关系不明显【1 5 】。f i t t s 、j o n e s 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 和m i l t o n 将视线追踪技术应用于驾驶舱设计的可用性研究中，考察了每个感兴趣 区域凝视数量率( 凝视数m a n ) 、每个感兴趣区域平均凝视时间、每个感兴趣区 域凝视时间率、各个感兴趣区域间的转换比例【1 6 】。 近年眼动跟踪与网页应用的可用性评估逐渐融合起来。在可用性研究中，为 眼睛运动与认知活动做出一些假设，例如：视觉注视的频率与操控有关，注视持 续的时间长短则与理解信息的难度有关等。一些研究项目在用户浏览网页时，运 用眼动跟踪来发现用户对界面的不同部分的视觉注意力的具体目标或找出他们 的兴趣区等。所得出来的数据可以使用不同的方法比较，当中包括先后次序、数 量和对每个兴趣区注视持续的时间【1 7 】。 由于眼动追踪技术以用户的视线( e y e - g a z e ) 运动为测量依据，所以它主要适 合于视觉用户界面的评估。界面的眼动追踪评估最适合于考察界面元素的可见 性、表征含义和界面布局等，并可为产品开发提供客观的、可以相互比较的、量 化的度量标准，因而眼动追踪技术可用于提高视觉用户界面评估的客观性和有效 性。 1 3 研究构架 1 3 1 研究目的与意义 本研究的目的有两个： ( 1 ) 研究眼动追踪技术在手机界面可用性评估中的应用方法，从而更加客观， 定量的考察手机界面元素的可见性、意义性和手机界面布局，揭示用户在操作手 机时的思维活动方式，为设计师改进手机界面提供科学的量度和解决可用性问题 的线索。通过使眼动追踪技术与传统的用户绩效测试相结合，将眼动数据引入可 用性评价指标体系，从而完善手机界面可用性评估的指标体系，以更加客观、科 学的评价手机界面的可用性水平。 ( 2 ) 通过对两款典型的音乐手机的音乐播放器进行可用性分析，设计一款可 用性水平比这两款手机更高的手机音乐播放器界面。 本研究的意义在于，随着手机功能的不断强大，人与手机的交互关系变得越 6 浙江人学硕一 = 学位论文 第l 审绪论 来越复杂，手机的交互界面也变得越来越复杂，如图1 2 ，特别是多点触摸技术 被应用于手机操作后，手机屏幕即具有信息输入功能，又具有信息输出功能【6 j 。 这为手机界面的设计带来了更大的挑战。在手机界面所传递的信息越来越多的情 况下，如何保证手机界面具有良好的可用性，成为设计师所关注的问题。仅仅通 过传统的可用性测试只能评价手机的可用性水平，却很难衡量手机界面间不同操 作指标间的内在差异。设计师需要能够更加客观的，可以相互比较的评估手机界 面元素的可见性、意义性和界面布局。 图1 2 手机界面的发展 眼动追踪技术为设计人员够揭示用户在界面上所采用的策略。在用户意识不 到的情况下，为测试者提供用户的搜索和加工过程的时问和空问信息。有效缩短 测试时间，直接发现用户界面设计上的缺陷，减轻数据整理、现象解释的难度， 能有效地提高测试的效率。但是目前的视线追踪技术还主要集中在网页界面的可 用性测试中，而在手机的可用性测试中视线追踪技术还仅仅局限于手机的外观比 较方面，对于手机界面设计的可用性测试则没有很好的应用。本研究探索将眼动 追踪技术与传统的手机可用性评估相结合的可用性评估方法，一方面更加客观、 全面、可量化的量度手机界面的可用性水平，另一方面为设计师揭示用户的思维 活动，提供解决可用性问题的线索。从而打破传统可用性测试在手机界面设计上 的局限性，使可用性方法能够更好的帮助设计师创造出可用性优良的产品。 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 3 2 研究构思 本研究选择诺基亚n 7 3 音乐版和索爱w 9 5 8 c 的音乐播放器作为测试材料进行 研究。这两款手机所走得市场路线都是音乐手机，它们的音乐播放功能的界面设 计非常具有典型性。诺基亚n 7 3 界面的菜单结构采用单层显示：每个对象的所有 操作选项在一层菜单中全部显示。用户通过方向导航键进行选择。索爱w 9 5 8 c 界面采用多层次菜单结构：每个对象的所有操作被分为若干类，然后分层次显示。 用户通过点击菜单选项卡进行选择。 本研究通过将眼动仪与传统的可用性测试相结合，评价诺基亚n 7 3 和索爱 w 9 5 8 c 的音乐播放器的可用性。探索更加客观、全面、可量化的度量手机界面可 用性水平的方法，为设计师揭示用户的思维活动，提供解决可用性问题的线索。 最后根据对两款手机的可用性问题分析，设计全新的、可用性更高的手机音乐播 放器界面。本研究的研究流程如图1 2 。 本研究由三个实验组成： 实验一：运用传统的可用性评价指标来评价手机界面的可用性水平。运用用 户绩效测试对诺基亚n 7 3 和索爱w 9 5 8 c 两款手机的可用性水平进行评估，并根 据测试结果分析存在的可用性问题。通过分析实验结论，提出传统可用性评价指 标体系在手机界面评估方面的局限性和问题。针对这些局限性和问题，提出基于 眼动追踪的手机界面可用性评估方法。 实验二：运用基于眼动追踪的手机界面可用性评估方法评价诺基亚n 7 3 原型 界面和索爱w 9 5 8 c 原型界面的可用性水平。通过传统的评价标准和眼动数据相结 合的方法，评估手机原型界面的可用性水平，分析界面存在的可用性问题，列出 可用性问题清单，并根据眼动数据所揭示的用户搜索策略，提出解决可用性问题 的方法。 实验三：根据可用性问题清单设计全新的手机音乐播放器的原型界面，并运 用基于眼动追踪的手机界面可用性评估方法对新的原型界面进行可用性评估，验 证经基于眼动追踪的手机界面可用性评价改进后的手机界面设计可以减少可用 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 性问题，提高可用性水平。 在研究的最后，说明基于眼动追踪技术的手机界面可用性评估方法适用于的 手机设计的哪些阶段及未来的发展前景。 臣困 l 运用传统的可用性评价指标来评价 i 手机的可用性水平。 上 针对传统的可用性评价指标体系所 存在的问题，提出基于眼动追踪的 手机界面可用性评价方法。 上 运用基于眼动追踪的手机界面可用 性评估方法对手机界面原型进行测 试。 上 对改进的手机界面进行对比测试， 验证可用性水平是否得到了提高。 上 总结与展望 图1 3 基于眼动追踪的手机界面可用性评估研究流程 1 3 3 研究创新点 本研究的创新点在于： ( 1 ) 提出将眼动追踪技术应用于手机界面可用性评估的方法。 ( 2 ) 完善手机界面可用性测试的评价体系。 ( 3 ) 设计了可用性水平更高的手机音乐播放器界面。 1 3 4 本章小节 本章首先介绍了本研究的背景，包括手机交互界面的特征方式，可用性工程 9 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 在手机设计过程中的应用和眼动追踪技术的发展。然后介绍了本研究的目的，意 义和研究方法，最后给出了本研究的主要创新点。 1 0 浙江大学硕士学位论文 第2 章眼动追踪技术与可用性研究 第2 章眼动追踪技术与可用性研究 对于界面设计师和可用性工程师来说，了解用户在进行界面交互时的思维活 动是非常重要的。出声思维法【1 8 】和可用性测试后的访谈可以部分了解用户在使用 过程中的想法。但是这些方法很大程度上依赖于测试用户的主观回忆，并可能影 响可用性测试的结果【1 9 1 。眼动追踪技术是可以有效的追踪用户在操作界面时的眼 睛运动过程，从而客观地揭示用户的思维过程。 2 1 眼睛运动的基本形式 人类眼睛的构造存在中心凹感知和棒状视觉斟2 0 1 。在中心视觉1 。2 。的范 围内，视觉敏锐度最高，提供主要的信息。而棒状视觉区则主要感知光的亮度变 化，光的闪动和物体的运动。 眼睛的运动大概可分为9 种形式：注视、眼球震颤、漂移和微震颤、眼球生 理震颤、急速运动、追逐运动、眼跳、转动和收敛【2 0 1 。 当用户心里思考一个操作任务或要解决一个问题时，眼睛的运动方式是主动 地，主要为注视和眼跳。注视是指眼睛在1 5 0 m s , - 一3 0 0 m s 时间内稳定在一定的空间 范围【2 l 】。大多数通过注视得到的信息都是有效的。眼部注视的主要目的是为了辨 别被注视物。眼跳是眼睛突然飞快地从一点转到另一点，眼球在视场内运动从一 个观察位置到另一个观察位置的基本运动方式。从一个注视过渡到另一个注视之 间，眼睛会迅速地、突然地跳跃性扫视，每次大约持续5 0 m s 。眼跳的角度可以小 到3 。或者大到2 0 。，这意味着每次眼跳的距离不相等。一般情况下，每秒钟眼 睛发生3 次眼跳，然而扫视所占的时间很短，大约为全部观看时间的1 0 【2 2 1 。 在认知的过程中，视觉的注视不仅仅是眼睛的一个固有生理特性，而且与大 脑的认知活动有密切的关系。当大脑在思考时，眼睛会停顿注视。思考的时间越 长，眼睛停顿的时间也相应增长。因此，从用户操作计算机过程中，眼睛在屏幕 上注视的时间可以大致观察出他们认知活动所使用的时间【2 0 】。用户在搜索一个目 标时，眼睛的运动表现为眼跳。眼跳的次数反映了人机界面的设计好坏，如果用 l l 浙江大学硕士学位论文第2 章眼动追踪技术与可用性研究 户经过许多次眼跳和注视后才找到目标，就应该引起设计师注意，这可能意味着 设计存在问题。 2 2 视觉行为过程 视觉行为可分为6 个心理过程：视觉寻找( v i s u a ls e a r c h ) ，发现( d e t e c t i o n ) ， 分辨( d i s c r i m i n a t i o n ) ，识别( r e c o g n i t i o n ) ，确定( i d e n t i f i c a t i o n ) 和记忆搜索 ( m e m o r ys e a r c h ) 【2 0 1 。 视觉寻找是指在视场内各处巡视可能存在的目标。在复杂的情况下，会形成 一定的搜索策略。发现是指从观察到的各种对象中发现目标，而忽略其他信息【2 5 】。 各种视觉探测到的刺激信号与预期的基本一致时，视觉就会固定跟随此视觉信 号。分辨是在若干相似对象中辨别出目标对象。当发现几个相似刺激信号时，需 要进一步探测区分各个信号细节。识别是根据视觉特征信息或细节信息的区别， 识别目标信号的含义，确认是明确捕获的对象就是目标对象。记忆搜索是指在上 述各个过程中，都要把视觉获得的信息与记忆中的信息进行比较，为此要先搜索 记忆。 2 3 眼动追踪的方法 s t i e f e l h a g e n 等人将眼动跟踪技术按其所借助的媒介分为以硬件为基础和以软 件为基础两种【2 3 1 。以硬件为基础的视线跟踪的基本工作原理是利用图像处理技 术，使用能锁定眼睛的特殊摄像机，通过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线 连续地记录视线变化，从而达到记录分析视线追踪过程的目的。视线跟踪装置有 强迫式与非强迫式，穿戴式与非穿戴式，接触式( e y e g l a s s - m o u n t e d ) 与非接触式 之分。其精度从o 1 。至1 。或2 。不等。以硬件为基础的视线追踪方法存在对用 户的一定干扰。近年来，人们为克服眼动跟踪装置对人的干扰作用，提出了用软 件实现的对用户无干扰的视线跟踪方法。其基本工作原理是先利用摄像机获取人 眼或脸部图像，然后用软件实现图像中人脸和人眼的定位与跟踪，从而估算用户 在屏幕上的注视位置，人的注视方向可以用头的方位和眼睛的方位两种方式来表 示【2 4 1 。 1 2 浙江大学硕士学位论文第2 章眼动追踪技术与可用性研究 以硬件为基础的眼动跟踪技术与以软件为基础的视线跟踪技术相比，其精度 可以达到很高( o 1 。) ，但所应用的设备却限制了人的自由度，使用起来很不方 便，对人的干扰很大。相反以软件为基础的眼动跟踪技术，对用户的限制大大降 低了( 如用户的头部可以移动) ，可以在房间内自由移动，但其精度相对来说就 低得多了，只有1 9 。有的在1 0 。以下，要想得到准确的注视焦点比较困难。 目前在国内的可用性研究中，主要采用的眼动跟踪设备是头盔式眼动仪和非 头盔式的眼动仪。当采用非头盔式系统时，会有1 0 到2 0 眼动数据丢失，且 对被试的运动有一定限制；当采用头盔式系统时，又会使用户感到不适。在典型 的w i m p 人计界面中，对用户头的限制只是轻微的干扰，但是当人计交互在一个 较大的场景时，对被试的限制则对可用性研究来说是一个影响因素【2 8 1 。 2 4 眼动追踪模型 将眼动追踪技术应用可用性测试中，研究人员必须为可用性研究选择与任务、 认知活动相关的眼动跟踪模式。由于在眼跳过程中用户不能接受有意义的信息输 入，因而在可用性测试中主要考察用户的注视行为。测量指标大致可以分为搜索 指标、加工指标和其它指标三类【2 2 1 。 2 4 1 搜索过程模型 ( 1 ) 扫描路径是指一系列注视点与眼跳的空间分布。扫描路径长度是指各取 样视点之间距离的总和【2 5 l 。扫描路径越长，表明搜索行为的效率越低。这一指标 的优点在于其计算可以不受屏幕实际布局的影响；如果在注视和眼跳基础上计算 出来，它还能用于推论用户对界面的注意分配。扫描路径时间指用于视觉搜索过 程的时间，即所有注视时间和1 艮1 0 f 时间的总和。由于眼跳时间非常短暂，而注视时 间相对较长且差异较大，所以扫描路径时间主要取决于加工复杂度，而与搜索效率 无判捌。 ( 2 ) 眼跳数目通过考察视觉搜索行为的数量，来揭示屏幕的相对组织程度。 眼跳次数多则表明搜索量大，界面设计可能存在问题。 ( 3 ) 眼跳幅度是指注视点之间的空间距离，一般取平均眼跳幅度作为量化指 浙江大学硕士学位论文第2 章眼动追踪技术与可用性研究 标。如果界面设计合理，用户就能直接到达目标项，那么平均眼跳幅度较大。如果 界面提供的线索没有意义或具有误导性，那么平均眼跳幅度就会变d d 2 9 1 。 2 4 2 加工过程的模型 ( 1 ) 注视点数量：总的注视点个数被认为是与搜索绩效相联系的指标。较大 数量的注视点表明低绩效的搜索，可能源于显示元素的糟糕的布局。 ( 2 ) 每个感兴趣区域的注视比率( 时间比) ：测试用户眼睛注视特定显示元 素( 设计者感兴趣区域) 的时间比例。在此应该分清被试在显示元素上的注视频 次和注视的时间，驻留时间反映信息提取的难度，频次反映显示区域的重要性。 ( 3 ) 平均注视驻留时间：长注视被认为是被试较困难从显示界面提取信息f 冽。 ( 4 ) 每个感兴趣区域注视点数：此指标与凝视比率密切相联系，可以用来研 究不同任务驻留时间下注视点数量。特定显示元素( 感兴趣区域) 的注视点数量 反映元素的重要性，越重要的元素则有更多频次的注视。 ( 5 ) 每个感兴趣区域的平均凝视驻留时间：如果被试在特定显示元素上的凝 视较长，则表明显示元素上提取或者解释信息困剌勿。 ( 6 ) 注视率( 注视点i s ) ：与注视驻留时间密切相关。与注视时间相比，注 视点间的时间间隔明显较短，注视率应该大致与注视驻留时间相反。 2 4 3 其它指标模型 在某些情况下，下述指标有助于对界面进行深入分析。 ( 1 ) 在用户界面评估过程中，回溯性眼跳( b a c k t r a c ks a c c a d e ) 是指那些与 前一眼跳在方向上偏移9 0 。以上的眼跳，表明用户视觉搜索方向发生了急剧变 化，一般是由用户期望与实际观察的不匹配或者搜索目标的改变引起的。回溯性 眼跳比率高则表明搜索行为复杂或加工难度过高【2 6 】。 ( 2 ) 击中目标率是指落在特定的兴趣区或者对象上的注视次数占总体注视次 数的比例。比值越小则搜索效率越低。 ( 3 ) 发现目标后的注视次数。该指标是指目标得到首次注视后，在其它区域 或对象上又出现的注视次数，主要反映用户对目标项含义的理解程度。次数过多 1 4 浙江人学硕士学位论文 第2 章眼动追踪技术与可用性研究 表明元素的意义性或可见性存在问题【2 2 】。 2 5 眼动追踪数据的分析 2 5 1 现场观察与录影 眼动仪可以将被试的眼睛活动情况录制下来。可用性测试的实验人员可以通 过屏幕观察测试用户的视线活动情况。眼动仪的这个功能有助于实验人员对于测 试用户的行为作出迅速的反应。例如当被试不断察看一个项目时，主试可以讯问 他为什么这样做。如图2 1 【1 9 】。 臻一 图2 i 眼动追踪录像截图 2 5 2 扫描路径图 一系列注视点与眼跳的空间分布被称为扫描路径。如图2 2 1 9 】。蓝色的点以数 字标记注视的顺序，蓝色的线表示眼跳。扫描路径图为测试中测试用户的注意情 况提供了一幅快照。但是，如果在测试中长时问的纪录扫描路径，那么图像会变 得杂乱。如果需要常时间的纪录视线活动情况，用采用热点图比较合适。 ；麓爨橐辫德 黝一翌 镪 图2 2 扫描路径 2 5 3 热点图 热点图反映了注视点和视线活动在屏幕上的总体情况。它是通过统计多名被 试的视线活动情况的数据而绘制出来的。不同的视线追踪处理软件可以处理测试 活动的画面或是网页甚至视屏所得到的数据，绘制不同的热点图。如图2 3 j 。 舔 浙江人学硕士学位论文第2 章眼动追踪技术与町用性研究 图2 3 热点图 2 5 4 兴趣区对比 在可用性测试中，可以先预测屏幕中某些区域是用户感兴趣的，被称为兴趣 区，然后将兴趣区与眼动仪所记录的注视点，驻留时间等数据进行比较分析。兴 趣区可以是菜单、图片、搜索的线索或是有趣的内容等。 辅惭孵攀尊群谨j 蠹麓舞群一p j _ 蟹弹辕，卿必能，；馨貉雾* ” 图2 4 兴趣区对比 2 6 眼动追踪技术的优点 以往研究者往往采用完成任务时间、完成任务率、操作出错类型和数量以及 满意度的主观评价进行典型可用性测试。但这些指标很难回答不同界面问不同操 作指标问的内在差异，而运用眼动追踪技术来记录用户的日艮动则可以解决此类问 题。因为眼动模式可用f 揭示用户在屏幕上感兴趣或注意的空间位置及注意的转 塑垩奎兰堡主兰垡笙奎蔓三童坚垫望壁垫查量要旦堡婴壅 移过程，揭示用户在界面上所采用的策略【2 l 】。该技术可以在用户意识不到的情况 下，为测试者提供用户的搜索和加工过程的时间和空间信息。 相对于传统的可用性测试方法，眼动追踪技术有以下特点： ( 1 ) 直接性。多数研究表明人们在自发地或者按要求浏览界面时，只对感兴 趣的或需要加工的物体进行注视，所以注视点可以直接反映用户的注意位置，实 时反映其心理加工过程。 ( 2 ) 高效性。该技术可以有效缩短测试时间，直接发现用户界面设计上的缺 陷，减轻数据整理、现象解释的难度，能有效地提高测试的效率。 ( 3 ) 视线追踪能够揭示用户在界面上所采用的策略。该技术可以在用户意识 不到的情况下，为测试者提供用户的搜索和加工过程的时间和空间信息【2 2 1 。 随着手机功能的不断强大，人与手机的交互关系变得越来越复杂，手机的交 互界面也变得越来越复杂，但是单运用传统的可用性方法和评价标准不可能客观 和量化的对手机界面的内在元素进行评估和分析，因此需要对手机的可用性评估 方法和评价指标进行完善。由于眼动追踪技术在界面评估方面的独特优势，可以 将眼动追踪技术融入到手机的可用性评估中，为设计师评价手机界面提供新的方 法，并完善手机界面可用性评价指标体系。目前，在手机的设计过程中，已有研 究将眼动仪应用于手机外观方案的比较 2 7 1 。但在国内，还很少有研究将眼动追踪 技术融入到手机界面的可用性评估中。 2 7 本章小结 本章首先介绍了眼睛运动的基本形式和视觉行为的主要过程，然后介绍了眼 动追踪技术应用于界面评估的优越性和研究现状。 1 7 浙江大学硕士学位论文第3 章基于眼动追踪的手机可用性评估方法 第3 章基于眼动追踪的手机可用性评估方法 3 1 传统的手机界面可用性评估方法及其优缺点分析 本研究首先运用用户绩效测试的方法对手机界面进行可用性评估，以传统的