结合认知心理学方法设计公交站牌界面设计

摘要：随着计算机技术和数字化技术的快速发展，人和各类数字化设备的交互效率，很大程度上取决于人机交互界面的设计。因此，如何科学设计和客观评估人机交互界面，成了工业设计领域的一个重要研究问题。传统的人机界面设计绝大部分取决于设计师的主观创作，缺乏科学的指导。认知心理学给予了人机界面科学的指导。而对于认知心理学在人机界面可用性的评价方法则乏善可陈，或者主观判断其优劣而缺乏客观性和说服力，或者进行繁杂的问卷调查而工作量巨大。眼动追踪技术的产生和发展则为我们直观、便捷、定量地评价数字人机界面提供了一条崭新的思路和途径。提出公交站牌界面设计和认知心理学方法结合的全新理念和思路，融入认知心理学的方法设计了新的公交站牌界面;提出运用眼动追踪技术定量评价数字人机界面的实验设计方法和数据分析处理方法。

关键词：眼动追踪;公交站牌;界面设计;认知心理学

引言：人机交互界面的设计把“以用户为中心”。①作为根本出发点和指导思想，旨在使用户更加简单、方便、快捷地使用人机界面获取信息和操作设备。人和各类数字化设备的交互的效率的高低，在很大程度上取决于人机交互界面的设计的好坏。

如果在设计人机交互界面中加入人性化设计，把认知心理学中理论结合在界面设计中，是否可以使得普通的界面变得不同，它的使用性能是否能因此而增加，面对这些问题，将用什么样的实验方法去证实。传统的对于人机界面可用性的评价方法则乏善可陈：或者主观判断其优劣而缺乏客观性和说服力;或者进行繁杂的问卷调查而工作量巨大;抑或者通过记录特定任务的完成时间和完成率来评价界面的效率和有效性，虽然相对客观许多，但是实验操作复杂且精度不高，提供的数据类型较为单一而且有限。通过与传统的测试和评价方法相结合，眼动追踪技术可以很好的对数字人机界面进行定量评价，并为设计师解决界面可用性问题和设计新界面提供一个可靠的线索。

1.前期准备

1.1研究目的

首先提出用眼动追踪技术的典型实验方案和分析方法;分析实验数据，评价公交站牌界面的设计结合认知心理学前后的优劣;基于研究结果为城市公交站牌界面的优化设计给予一定的建议。

1.2研究方法

选择公交站牌界面作为测试材料进行研究。用于测试的公交站牌旧界面为南京市现行公交站牌的界面模拟，用于测试的新界面是结合认知心理学理论基于人性化设计对公交站牌界面进行的全新设计。

实验部分运用眼动追踪技术，用任务流的方法对受测界面进行测试。实验是新、旧界面可用性的对比测试。

1.3研究创新点

提出了公交站牌界面设计的全新理念和思路，结合认知心理学理论，基于人性化设计前提下改善了现有的公交站牌，设计了新的公交站牌界面，并提出了运用眼动追踪技术来实验得到数据证明新的公交站牌界面比旧界面使用性能强。

2.界面设计传统的评价方法

传统评价方法是以用户的主观评价为主进行界面可用性研究和进行用户绩效研究的方法。主要包括出声思维法②、问卷调查法等，以传统的操作时间、完成率、主观感受与评价等指标作为衡量标准。传统评价方法获取指标的优点是操作相对比较简单，工作量较小，能反应用户的主观感受;但其也具有较大的缺点和局限性，如衡量标准单一，各项指标的精度不高，客观性较差、误差较大等，在越来越强调精度、深度和客观性的现代研究中就显得捉襟见肘。

3.公交站牌界面结合认知心理学优化设计

3.1公交站牌界面设计的基本原则

城市公共导向系统是指出现于城市的公共场所，由图形、文字、色彩等视觉元素的组合所形成的标志与箭头相结合所构成的导向识别系统，用以向人们提供某种公共信息的并引导人们选择方向③。认知心理学认为知觉是一种解释刺激信息从而产生组织和意义的过程。人对客观世界的认识过程是从感觉开始的，没有感觉信息就没有知觉过程的发生。④认知心理学研究表明，不同的刺激种类对应的绝对感受不一样，颜色的不同感受就明显不同，图形的大小，摆放的位置等也会给人以不同的感受，在整齐排列中，突出的那个也会吸引人的眼球。刺激强度高的刺激常常优先被知觉。

3.2现有城市公交站牌的界面设计不足分析――以南京新街口北站为例

通过对南京市新街口北站公交站牌界面的调查研究，提取了新街口北站现行公交站牌界面设计主要理念，并提出存在的缺点与不足。

南京市新街口北站现行公交站牌界面每一横向长条状模块代表一条公交线路，单元首或尾部用大号字体显示路线名称，其他地方显示该条线路包含的所有站点的名称，通常会用箭头等指向标志指示线路的运行方向;不同的线路模块竖向按一定编号规则排列。

这类设计之所以能占领世界上绝大多数的公交站牌，应该归功于它的设计理念的简单。线路信息可以不经过加工或者少量加工即可被安排到界面上，且模块化的设计使得其中的线路可以任意增删而不会影响其他线路的呈现，设计工作量小，设计、修改、替换成本低。然而对于用户来说，这类界面却具有很明显的不足之处。例如，界面上的文字信息量过大，排列方式过于死板，用户在密密麻麻的文字中查找某个站点十分费劲;重复站点信息很多，用户如果要查询到达某个站点的多条线路，需要进行多次搜索过程;信息量虽然很大，但是信息的种类却很单一，只有公交站点的信息，这在多种交通方式并存和互补的大中城市中就十分不适用。比如若要寻找能换乘地铁的站点，在现行的这种界面内显然是不能找到任何信息的。可见，现行公交站牌界面的设计尽管使用度很高，经济性较强，但是随着社会的发展，它并不能很好地适应城市公交系统发展的新趋势和用户的新需求。

3.3结合认知心理学优化城市公交站牌界面设计

作为一种较新的并且快速发展的交通方式，地铁指示界面的设计或许能为我们队传统公交站牌界面的优化提供灵感和借鉴意义。

通过借鉴地铁图的设计理念

1、线路以带颜色的直线或折线表示，不同线路以不同颜色区别;

2、如果不同线路有重复站点，通过设计整合将线路的重复部分聚集在一起，站点名称只标识一次;

3、通过加入图标、颜色等设计元素以显示其他交通方式、重要公共设施等，将新界面有机融入整个城市的公共导向系统。

在结合认知心理学的指导下，对南京市新街口北站站牌进行了优化设计，用眼动实验对两类界面进行对比测试和可用性评价。

现行公交站牌界面简称为“旧”界面，优化后的公交站牌界面简称为“新”界面。为了控制变量以免字体对实验结果造成干扰，新、旧界面上相对应的信息字体类型和大小相同，如站点名称均对应相同的方正大黑体12号，线路名称均对应方正大黑体20号。

4.实验方案

4.1实验目的

本实验通过运用眼动追踪技术并结合问卷调查，对比测试公交站牌新旧界面的可用性，评价新旧界面设计的优缺点，并据此总结提出公交站牌优化设计的建议。

4.2实验材料、设备和人员

材料：受测数字界面（图片大小1024*768像素，格式为.bmp），新街口北站公交站牌新、旧界面各一张

设备：眼动仪一台、电脑主机及外设（键盘、鼠标、摄像头）、Clear view软件

人员：指导员2名、受试者不少于10名（男女各半，受条件所限，选取在校大学生）

其中受试者条件：无色盲、色弱、双眼矫正视力不低于1.0

4.3实验过程

受条件和时间所限，本次实验共有14人参加，其中男生7名，女生7名，均为来自南京理工大学的在校学生，年龄均在18～25岁之间，眼睛的生理状态符合实验要求。在本次实验前，14位受试者都使用过旧界面（即现行公交站牌界面），都从未使用过新界面。

由于所有受试者均未曾使用过新界面而对旧界面的使用较为熟练，为了减少由于不熟悉新界面而造成实验误差，在测试实验正式开始前，指导员都对界面（包括旧界面）的构成和设计理念进行了详细地介绍，所有受试者都完整的参加了上机学习。但这也并不能完全消除受试者因为对新界面的相对陌生而对实验结果造成的影响。

整个实验结束后，从软件中导出每位受试者完整的眼动数据，保存在个人存储设备中，检查确认数据完整无差错之后，清理软件中的缓存数据。

4.4新旧界面可用性对比

从表4-1的数据可以看出，受试者在新界面上的注视时间平均值及注视点数的平均值均小于旧界面，且差距较大。而从图4-2则可以直观的看出，尽管仍有1位受试者在新界面上花费的注视时间比在旧界面的注视时间略长，但整体上旧界面的注视时间曲线明显位于新界面的注视时间曲线之上，即在新界面的注视时间比在旧界面上更短。用户在新界面的获取信息的效率高于旧界面，新界面的可用性优势比较明显。

图4-3眼动仪路径分析

从图4-3的对比中可以看出：受试者在使用旧界面时，由于旧界面包含的文字信息量大，且每一条线路可能存在与其他线路重复的站点名，因此在搜索某一目标站点时，受试者为了找全所有路线不得不对每一条线路都进行搜索;再者，在旧界面中，一条线路中的站点呈左右横向分散排列布局，而线路间的排列又呈现上下纵向排列方式，因此视线需要既要在左右两侧比较长的距离范围内来回移动，又要在上下方向移动，因而受试者的注视点呈现小而多、分散分布的态势，且眼动路径总体呈现“锯齿形”，所需的注视时间相对较长，中心点的位置不明确;而在新界面中，站点与线路都呈上下纵向排列布局，因为新界面将重复站点的信息整合在一起，文字信息量大大减少，且受试者在查找到目标站点之后不需要再去考虑是否界面上其他地方是否会有“漏掉”的线路，而只要顺着目标站点对应的线路向上搜索以确定线路的名称。因此，受试者在新界面上的注视点数较少且中心点位置集中，眼动路径清晰明确，所需注视时间更短。

从眼动路径图的分析中可以看出，受试者使用新界面获取信息的效率比旧界面更高，新界面的可用性优于旧界面，这与注视时间、注视点数、注视频率和完成时间分析的结果相一致。

图4-4热点

对热点图的抽样分析，可以显示出受试者在界面的哪些区域内停留的r间长。从图4-4的对比中可以看出，受试者在使用旧界面时，注视点多而分散，平均每个注视点的注视时间都较短，没有明显的注视重点;而在使用新界面时，注视点数量相对于旧界面明显少很多，目标站点和线路名称附近区域为注意力最高的地方，注视时间较长，而在目标站点和路线名称区域之外，注视点就比较少了。这表明，受试者在旧界面上往往要浏览大量无用信息才能找到目标站点，而在新界面上，用户能相对更容易锁定目标站点。因此，从热点图的分析中可以看出，受试者在新界面上获取信息的效率要高于旧界面，新界面的可用性优于旧界面，这与注视时间、注视点数、注视频率和完成时间分析以及眼动路径图分析的结果相一致。

4.5实验结论

从以上的分析过程我们可以得出以下结论：

受试者在旧界面搜索目标站点时，注视点多而分散，眼睛既要上下、左右运动交替，眼动路径呈现出锯齿形;而受试者在新界面上搜索目标站点时，注视点少而集中在目标站点和线路名称附近区域，眼睛以上下运动为主，眼动路径清晰、明确。这说明受试者在新界面上获取信息的效率要比在旧界面上高。

5.结论与展望

5.1研究结论

结合认知心理学理论设计新的公交站牌界面并运用眼动追踪技术对基于新、旧理念设计的公交站牌界面进行对比评价。实验的结论显示，相对于旧的公交站牌界面，用户在新界面上能更快的找到目标信息，新界面的对用户的引导作用更强，用户在新界面获取信息的效率整体上比旧界面更强。新界面的设计理念是成功的和进步的。

迫于时间、人力、经济、资源以及自身学术水平的限制，本次研究还有许多不足之处，由于眼动实验环境和设备的限制，实验受测公交界面只能通过一定的比例关系缩小显示在有限的屏幕范围内，而不能真正的模拟用户实际使用界面时的情形。由于界面的缩小可能引起实验结果与实际使用的产生差异。研究以新新街口北站一站牌进行研究，在线路、颜色等并未一一进行控制，如果对应每条线路有不同的颜色，相对庞大的公交线路来说是很困难的，所以只能局限于每个站牌。最后实验迫于时间和人力的限制，只测试了14位受试者且还有3个无效数据，样本容量不够大;受试者的来源单一（均为大学生），不能代表公交站牌的广大受众。

5.2研究展望

1、加强眼动追踪技术的基础性研究，探索眼动实验的基本设计方法，提取典型的眼动评价模型。

2、对新界面的设计理念进行进一步的优化，并逐步建立新界面的标准化方案。新界面尽管较旧界面是进步的，但其中还有许多不合理和值得进一步优化的地方。例如，“新界面颜色太多”的意见，可见，复杂线路界面颜色负荷过高的问题需要进一步解决，而站点密度过大时新界面对站点如何合理安排、新界面的对某些信息的省略是否合理等问题也需进一步研究。而新界面的应用则还需要更加详细地标准化方案及设计元素库作为支持。

3、新界面设计的自动化。相对于旧界面，新界面有个不容忽视的缺点是设计工作量和复杂程度都很大，设计过程成本很高。如果能够设计出一种软件，能够根据输入的站点信息自动生成新界面，则能很好的解决此问题。（作者单位：南京理工大学）

注解：

①董建明，傅利民，饶培伦，Gavriel Salvendy.人机交互：以用户为中心的设计和评估[M].清华大学出版社，2007.

②周荣刚，张侃.可用性测试中的出声思维法[J].人类工效学，2005，11（3）：55-56.

③陈晶，城市公共交通导向系统设计研究[D].东华大学硕士论文，2004.

④何亭，基于认知心理学的网络界面设计研究[D].苏州大学高等学校教师硕士学位论文，2009.

参考文献：

[1]董建明，傅利民，饶培伦，Gavriel Salvendy.人机交互：以用户为中心的设计和评估[M].清华大学出版社

[2]周荣刚，张侃.可用性测试中的出声思维法[J].人类工效学，2005，11（3）：55-56.

[3]张光强，沈模卫，陶嵘.可用性测试中的视线追踪技术[J].人类工效学，2001，7（4）：9-13.

[4]陈晶，城市公共交通导向系统设计研究[D].东华大学硕士论文，2004

[5]何亭，基于认知心理学的网络界面设计研究[D].苏州大学高等学校教师硕士学位论文，2009.