摘  要 为研究用户在使用显控终端时注意力的分配和转移规律，从信息加工的两条通路入手，应用了情境意识的相关理论及眼动追踪技术，分析了不同界面元素布局对注意力的分配和转移的影响。研究采用26名被试分别模拟不同情境意识水平下的两类用户，在不同显控界面下完成操作任务，记录注视点分布和跳变作为分析评价指标。被试需要在仿真滚筒洗衣机界面上完成日常的洗衣操作以及固定任务操作。实验结果表明，不同的使用情境和被试不同的情境意识水平影响了注意力的分配和转移规律，界面上的信息元素布局对用户的认知过程起到关键作用，实验结果与用户主观感受基本一致，可为显控终端界面设计提供依据。

关键词  情境意识; 注意力转移; 眼动追踪; 认知工程; 界面设计

符合人-机-环境和谐交互的视觉显示终端，其设计排布依赖于视觉信息的有效获取和注意力的合理分配。随着科学技术的进步，人机界面不断向复杂化，多样化发展，正确理解用户的视觉扫视行为，从中获取有关注意力分配的有效信息，成为显控界面可用性研究的关键问题。注意是信息加工过程中一项重要的心理调节机制，它能够对有限的信息加工资源进行分配，使感知具备选择能力[1]。目前对注意力分配的建模有不同程度的研究。Senders等人建立了第一个仪表监视行为的量化模型，利用信息带宽的概念来解释作业人员的视觉扫视行为[2]。Itti等人提出基于信息突显性的注意模型，融合了信息中亮度、颜色、朝向等视觉特征[3]。Wickens将影响注意力分配的因素理解为信息突显性、努力、期望以及价值，并通过先行加权的方法建立了SEEV模型[4]。Nobuyuki等人通过给出汽车驾驶员的注意力分配模型，使用模糊控制模型来解释心理及思维活动与注意机制的关系[5]。国内北京航空航天大学的吴旭等人在从信息的两条通路入手，提出了一个基于信息重要度、发生概率、突显性及努力的注意力分配预测模型[6]。但这些模型都是基于界面元素的显示性状，结合用户的主观期望来预测注意力的分配。但是用户在使用界面时都是在一定情境下，带有一定目的的进行操作，注意力是随着任务不断转移的，注意资源应该结合不同情境来进行动态分配。

在视觉活动过程中，注意与眼动有密切的联系。一般来说，眼动能最充分地显示视觉信息加工中的选择性注意。大量研究结果证实，在许多视觉任务中，注意转换和眼跳是紧密结合在一起的[7-10]。且注意转移的位置与眼跳的位置相同。本文通过分析用户使用滚筒洗衣机显控界面的一般情境，设计典型任务，利用眼动追踪，分析用户在不同任务下，注意力在不同功能区域间的转移状态，并分析对比4款界面的优缺点。为显控界面的排布提供了参考建议。

2 基于情境意识划分用户模型

根据Endsley的三层情境意识（SA）模型[11-13]：感知当前情境信息，分析理解当前情境以及预测未来情境，我们将用户分为三类：

1、严格的新手用户，即从来没有接触过滚筒洗衣机的显控界面。在日常生活中这类用户是较少的一部分，一般是刚刚开始独立生活的年轻人，甚至是刚刚开始接触电器的儿童。这类用户由于没有种种的使用经验和习惯，对控制界面的操作学习来自于说明书或者操作尝试（Bottom-Up）。

2、一般意义上的新手用户，即有使用家用电器控制界面经验，使用新界面的用户。这类用户由于有相关的使用经验，在使用过程中会根据原有的习惯来初步使用和估计新的界面（Top-Down），但在使用过程中会因为新加入的功能或界面改变需要重新学习（Bottom-Up）。

3、有经验的用户，即有对应某家用电器控制界面的使用经验的用户，一般为有较长使用时间的电器拥有者，或者是不愿改变生活习惯的老年人。这类用户在使用过程中由于有大量的使用经验，完全凭借经验来操作控制界面（Top-Down）。

3 实验方法

3.1实验模型

为了研究用户使用界面的真实情境，我们选取了市面上四款滚筒洗衣机界面进行电子化，制作了四个flash模型，作为测试和比较对象，如图1所示。

图1四款洗衣机界面flash模型

实验界面呈现在Stimulus 显示器端，采用1440像素×900像素分辨率，被试通过鼠标进行交互。显示器的平均亮度设定为120cd/㎡，实验环境的平均照度设定为600lx。实验采用德国的SMI桌面式眼动仪（RED）来记录被试眼动情况，其优点是通过安装在底部的红外摄像头来追踪眼动轨迹，被试者不用佩戴任何设备，头部可以在一定范围内自由活动，且跟踪效果较为精确。

3.2实验对象

参与实验的被试共26人，考虑到滚筒洗衣机的使用者以女性居多，因此被试中女性用户占多数（20人），全部为家庭中有滚筒洗衣机且是洗衣机的实际使用者，年龄在26-40岁之间，右利手，视力或矫正视力在1.0以上，无色盲或色弱。被试平均分为A、B两组，其中A组在进行任务前没有熟悉测试界面，作为新手用户参加实验；B组在每个界面测试前先浏览整个界面再进行任务，作为有经验的用户参加实验。

3.3实验设计

根据用户的一般使用习惯，模拟界面分别是针对以下五点界面元素的不同布局和不同整合形式提出的：元素1电源按键，元素2开始/暂停按键，元素3程序旋钮，元素4显示屏，元素5功能按键。实验通过一个连续任务和用户自由操作两部分，让用户熟悉和感受不同布局界面的操作流程及注意转移规律，结合用户访谈获得用户对界面操作的整体感受。整个过程使用眼动仪对用户视觉及操作流程进行追踪记录。

3.4实验步骤

（1）实验准备阶段向用户介绍flash的操作方法及眼动仪注意事项。指定被试坐在距被试机显示器50cm处的椅子上，自行调整到一个舒适的坐姿，然后对被试进行头、眼校准。在每组测试前利用9点矩阵对眼动仪进行调节和校准，并在每次测试前进行漂移校正，同时要求被试在实验中头和身体尽量不要动。

（2）在正式测试之前，让用户在测试界面上进行一次练习操作。

（3）正式实验中，四个界面分别进行测试，且每次测试前重新进行视觉定位矫正，以保证眼动仪记录数据的准确性。

（4）每次测试有两个任务：针对每款界面设计的连续的单线任务和开放性任务。实验分为A/B两组，A组用户先完成单线任务，再完成开放性任务，B组用户先完成开放性任务，再完成单线任务；在每个界面任务操作完成后，请用户为每个界面进行打分，打分依据为用户操作该界面的方便及流畅程度，分值为1-5分；四个界面的出现顺序是随机的，即不同用户完成任务的顺序是不同的。

4、实验结果分析

为了得到用户在操作过程中注意的分配转移情况以及扫视规律，通过新手用户和有经验用户的扫视规律对比，总结界面元素布局对注意的影响，我们将每个界面根据不同元素划出5个兴趣区域（Area of Interest,AOI），如图2所示。通过对不同兴趣区域（AOI）内用户停留注视时间、注视点的百分比，以及注视点在各个兴趣区域（AOI）之间的转换矩阵，分析评价界面布局的合理性。

图2界面2信息元素兴趣区域（AOI）划分

4.1电源键的位置、大小和形状对注意的影响

各个界面开机任务下，因为任务较为简单，新手用户和有经验用户所用时间较短差别不大（界面三除外），我们可以根据用户扫视的轨迹来观察用户在该情境下如何进行决策。

界面1：新手用户在寻找电源键时大多先向界面的右上角扫视，然后发现电源键在右下角，总体趋势如下图所示。完成速度快，定位容易，与有经验用户差别不大。

图3新手用户（A 05）完成界面1开机任务扫视轨迹

界面2：新手用户首先向右上角扫视，在要搜索到电源按键时，被右下角更为醒目的“启动”按键吸引，发生注意力转移，发现不是目标后，立刻返回，总体趋势如下图所示。完成速度稍受“启动”按键影响，定位容易，与有经验用户差别不大。

图4新手用户（A01）完成界面2开机任务扫视轨迹

界面3：所有新手用户在完成界面三的开机任务时都遇到了同样的问题，用户都被习惯还有界面右侧的“开始”按键所引导，视线直接扫向右侧，并且将“开始”键当作电源键点击，操作失败后才注意到其不是电源按键，部分用户只能靠主持人提示才能发现真正的电源按键是跟程序旋钮合二为一的，如图5所示。甚至部分有经验用户也在第一时间犯错，但能在一两次眼跳内找到正确注意方向如图6所示。新手用户完成速度慢，甚至无法完成，定位困难，有经验用户稍受影响。新手用户和有经验用户差距较明显。

界面4：所有用户都向右侧扫视，由于此款界面的电源键和“启动”键大小、形状和颜色都一样，而且只有图示没有文字说明，新手用户在扫视时均会花费一定时间将注意力放在两个按键的说明上，耗费一定的时间和注意力，如图7所示。有经验的用户能够快速分辨电源按键，但是因为按键是窄长的长方形，用户需要付出注意来确保点击准确，如图8所示。因此该任务完成速度较慢，定位有一定困难。新手用户和有经验的用户在完成时间上差别不大，但定位速度上有较大差距。

综上四款界面所示，考虑到大部分人是右利手，一般意义上的新手用户根据他们的经验（Top - Down），在接触到新的界面时习惯向右侧扫视，然后会被形状、大小和颜色比较突出的按键吸引注意力，而遇到与以往经验不同的情况时（如界面3），用户的注意负荷加重，需要遍历整个界面元素（Bottom - Up），如果该元素的表现形式不符合常规，将很有可能造成用户无法完成任务。对于有经验的用户他们的注意力转移很明确，定位较准，但如果因为按键的形状等问题（如界面4）不易操作，可能会花费一些注意来指导操作。

4.2洗衣程序在程序旋钮上的分布对注意的影响

经过调研，洗衣程序是用户较为关心区域，所有的洗衣程序都有自己的预设参数，用户需要先确定自己想要的程序，因此注意力将长时间保持在这个区域里。良好的文案排布将加快用户的信息筛选速度，为了分析重要信息的排布，使用注视热点图（Heat Map），用颜色暖色度来显示注视的时间和位置的动态变化。

界面1：如图9所示，程序旋钮的正中间受到关注最多，一般选择这个位置的程序的用户也较为普遍。用户一般习惯于左右扫视来寻找需要的程序，注意力在旋钮的上半部分较为集中。新手用户定位较轻松，耗时较少。

界面2：由于这个界面用虚线框和括号将洗衣程序进行了分类，用户查找时较为方便，定位较为准确快捷。用户注意力分布较为集中在经常使用的程序上，初次调节程序时扫视路径会出现上下扫视轨迹，并在每一个程序类中一个程序上稍作停留，判断是否是自己需要的程序。新手用户定位轻松，耗时少。

界面3：由于此界面的电源与程序旋钮结合，且电源在旋钮的正上方，用户总是习惯与注视这个位置，浪费一定的注意力。程序旋钮左上方的程序是用户首先注意到的，但确不经常使用，经常使用的程序被排列在右侧。用户担心每次从左调到右的时候都经过电源键，会对界面的物理结构有所损害，因此要仔细观察好需要的程序再进行旋转操作，增加了注意的负荷。新手用户定位较较困难，耗时较长。

界面4：此界面的程序种类较多，且程序在程序旋钮上的排布较为混乱，用户需要遍历所有的文案来寻找需要的程序。比如界面上提供两种速洗的程序，但一个位于旋钮的左下方，另一个在旋钮的右侧中部。用户每次洗衣都需要非常注意的旋转旋钮至自己需要的程序上。新手用户定位困难，耗时长。

综合分析上述四款界面的程序旋钮设计，新手用户习惯左右扫视内容信息，判断大致类别，然后定位到需要的类型后，再上下扫视来寻找需要的具体内容。根据分析可以看出，旋钮上半部分用户的注意力较为集中，因此可以调查用户经常使用的洗衣程序有哪些，并将常用的洗衣程序应分布在上半圆。洗衣程序种类可以丰富一些，但功能相似的洗衣程序最好用虚线框或括号等圈起，便于用户查找定位。

4.3 功能按键的排布对注意的影响

四个界面的功能按键的排布均不相同，我们根据每款界面的特色功能设计了不同的任务让用户完成，考察不同的按键布局对用户的注意力的影响。此阶段新手用户和有经验用户完成任务所用眼跳次数有较大差距，可以反映出排布设计问题对用户造成的影响。

界面1：在此界面下，我们要求用户完成开启“防皱浸泡”和“预约3小时”两项操作。如图13所示，在开启“防皱浸泡”功能时，新手用户和有经验用户平均所需次数差别不大；完成“预约3小时”操作所需的眼跳次数比完成开启“防皱浸泡”功能要多，且新手用户次数增长明显，几乎需要有经验用户的眼跳次数的两倍。

由于这款界面的“防皱浸泡”功能按键在功能按键簇里，且距离程序旋钮较近，用户选择好程序后很容易发现这项功能，因此完成该任务较为轻松。而“预约”功能按键与其他按键分隔较远，在屏幕的右上角，容易被用户忽略，且在功能按键中还有一个“预洗”按键成为了误导项。在用户的习惯（Top - Down）里所有的功能按键应该聚集形成一个功能簇，在这里如果没有找到目标选项，则用户的注意负荷升高，完成任务的效率下降较多，甚至有的用户最终没有发现预约按键，在主持人引导下完成任务。新手用户完成任务的扫视轨迹如图14和图15所示。

界面2：在此界面下，我们要求用户完成开启“银离子”功能操作。新手用户在完成开启“银离子”功能时，先阅读了屏幕左侧的功能按键，再阅读了屏幕下面的参数按键，然后左右扫视屏幕两侧的功能按键，在多次眼跳后最终找到“银离子”按键。这款界面的四个特色功能按键分列在屏幕两侧，而人们的注意力很容易转移到较近的刺激元素上，因此用户很容易发现距离程序旋钮较近的一侧的功能，另一侧因为要横跨整个屏幕，扫视困难，容易被用户忽略。新手用户完成任务的扫视轨迹如图16所示。

界面3：在此界面下，我们要求用户完成调节“转速”到1200转，并开启“高水位”功能操作。新手用户在完成调节任务时，大多将按键上方的文字误认为是按键。通过眼动轨迹可以看到用户没有注意到按键，看到按键上方的文字就直接进行点击操作。在访谈中，用户认为文字区域是按键区，而连成一排的按键被误认为是屏幕的金属边框。

“高水位”功能的显示区与按键区相隔较远，且按键上方的文字指示不清，新手用户大多注意不到对应关系，认为显示区域中“高水位”三个字是按键位置。按键信息不明确统一，与用户的一般习惯相去甚远，加重了用户的注意负荷，操作不流畅。

界面4：此款界面的所有功能都复合在功能菜单里，通过连续点击“功能”按键在不同功能中进行切换，再点击“选择”按键进行确认。虽然无论新手用户还是有经验用户都没有出现操作问题，但用户大多不喜欢这种操作模式，认为其他三个界面有单独的功能按键，可以直接点选所需功能的设计更好。界面四的功能选择方式需要用户不断点击菜单键，注意力要随着光标移动，在所有功能上都进行停留，这样比只用目光扫视要花费更长时间，用户认为效率较低。有经验的用户尤为不喜欢这种设计，认为单独的功能按键可以配合习惯，更快速的定位所需要的功能，甚至不需要观察界面。

综合以上四款界面功能按键的设计，新手用户习惯在相邻的元素间寻找目标元素，因此具有相似功能的功能按键最好能组成功能簇，统一安排在距离程序旋钮或屏幕较近的位置，方便用户选择。按键和它的文字说明应对应明确，不要让用户花费更多的注意力去进行多余的匹配。每个功能最好有自己独立的按键，用户扫视按键文字说明的速度远大于点击按键循环遍历所有功能的速度，尤其对于有经验的用户，当他们习惯了某个功能按键的位置后，直接点选功能按键甚至不需要去直接注视该按键。

4.4注意力在各个兴趣区域间转移规律

通过追踪有经验用户在自由使用四款界面时的眼动轨迹和统计眼跳情况，我们可以得到用户的注意力从一个区域跳转到另一个区域的概率，从而得出注意力在各个兴趣区域之间的跳变规律，如图19至图22所示。

从图19和图20可以看出，界面1和界面2的转移规律较为混乱，用户的注意力被临近的元素或奇异的按键性状所吸引，眼跳规律没有形成相应的操作流，操作绩效受到一定的影响。

通过图21和图22所示的眼跳规律可以看出界面3和界面4的用户基本可以形成从电源到洗衣程序，再到显示屏幕和功能按键，最后启动的基本操作轨迹流程，符合用户的使用习惯。

图22界面4用户注意力在各个AOI之间转移概率

5 总结

(1) 不同的情境影响了注意力的分配和转移，新手用户需要对界面元素信息基本特征进行平行加工，这是自下而上的通路[14]。根据研究给出了界面各个元素的设计在使用情境下对用户注意力的影响。

(2) 不同情境意识水平下，人对元素信息重要度和发生概率有所认知，注意力对某个信息特征进行整合并形成工作记忆，属于自上而下的控制加工，这符合注意的特征整合理论[15]。研究给出的客观眼动数据与被试用户的主观感受基本一致，结论真实有效。

符合人-机-环境和谐交互的视觉显示终端，其设计排布应符合具体使用情境下用户视觉信息的获取方式和注意力的分配的规律，将两种效应有机的结合起来，这样才能设计出人-机-环境和谐的产品。

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