人機界面美度研究概述

李航

摘要：人機界面是人與機器之間交互和信息交互的媒介，在人機系統中扮演著重要的角色。研究表明，界面的美觀度會景響人們對其可用性評價，本文闡述了用戶感知美感度對界面評價的影響，介紹了美學尤其是實驗美學的發展，并重點分析了人機界面美度計算研究現狀，由此提出了該領域研究的前景和挑戰。

關鍵詞：人機界面;實驗美學;美度

中圖分類號：J524 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）01-0093-02

作為一個研究領域，人機界面是計算機科學、認知心理學、行為科學、設計等學科的交叉點。近年來，隨著計算機軟硬件和互聯網技術的發展，各種各樣的人機界面在人們的日常生活中扮演了越來越重要的作用，包括個人電腦數字界面、手機界面、智能穿戴設備數字界面等。傳統上人機界面的評價以功能和可用性為重點，但近年來，人機界面的設計越來越注重其美觀度。本文闡述了用戶感知美感度對界面評價的影響，介紹了美學尤其是實驗美學的發展，并重點分析了人機界面美度計算研究現狀，由此提出了該領域研究的前景和挑戰。

1 人機界面概述

人機界面（Human-Machine Interface）又稱用戶界面（UserInterface），是人與機器之間交互和信息交互的媒介，是人機系統的重要組成部分。人機系統指的是人和機器相互作用和依賴、為完成一定功能組成的集合體，人機界面是人與機器進行信息交換的交界面，人從界面獲取信息并進行操作，機器通過界面接收到的信息進行處理，同時通過界面反饋結果。傳統上，人機交互界面設計領域的重點是功能和可用性，如界面的可學習性、一致性、效率、出錯和滿意度等，然而近年來的相關研究表明，用戶的審美偏好對界面評價有較大影響。Kurosu and Kashimura[1]進行了一項實驗，他們使用幾種不同設計的ATM機界面進行實驗，以測試計算機界面的美感度和用戶感知的可用性之間的相關性，研究表明，僅改變界面的美感度而不改變系統功能就會影響人們對界面可用性的評價。此后Tractinsky等人[2]在不同環境下重復了這項實驗，結果同樣發現界面的美度與用戶感知可用性之間的強相關性。Phillips和Chapparro[3]的研究表明用戶對網站可用性的印象主要受其視覺吸引力的影響，他們發現對于那些高視覺吸引力、低可用性的界面，用戶會認為其更易用，而那些低視覺吸引力、高可用性的界面則更難用。美學因素的積極影響甚至不止對用戶所感知可用性有影響，甚至會影響用戶的表現，例如，Moshagen[4]等人發現在執行搜索任務時，美觀程度較高的網站用戶完成任務的時間明顯更短，即使這些網站的可用性很差。Sonderegger和Sauer[5]則研究了產品美度對可用性測試結果的影響，實驗中，兩組被試分別操作兩個功能相同但外觀不同的手機，結果顯示，那些使用外觀極具吸引力的手機的參與者的表現更好，任務完成時間更短。綜上所述，可以看出美學因素對于人機界面的設計非常重要。

2 美學及其發展

美學一詞來源于希臘語“Aesthrtik”，意為對事物的感覺和情感。美學是哲學的一個分支學科，它是研究美、丑、崇高等審美范疇和人的審美意識，美感經驗，以及美的創造、發展及其規律的科學。美學思想的產生和形成雖然很早，但是美學作為一門獨立的科學卻是近代科學發展的產物。1735年德國哲學家鮑姆嘉在其《關于詩的哲學沉思錄》中，首次使用“美學”這個概念，1750年，在他出版的《美學（Aesthetica）》第一卷中，使用了美學來表明這一感性認識的理論，并規定了這門科學的研究對象和任務[6]。19世紀中下葉，受自然科學發展的影響，德國心理學家費希納首先把心理實驗法引入美學領域，開創了實驗美學（Experimental Aesthetics）這一美學理論，該理論拋棄了傳統的形而上的美學研究，而是采用“自下而上”的研究方法，運用心理學和物理學定量分析法來測定某些刺激物引起的人的審美感受[7]。在費希納之后，屈爾佩則詳細探討了實驗美學的研究方法，將其總結為印象法、表現法、制作法三大類，這些方法廣泛運用于實驗美學領域。80年代以來，在實驗美學的基礎上又發展了信息論美學，試圖運用信息論的概念和原理來解釋審美價值。1952至1958年，信息論美學首先在法國建立起來，它的創始人是亞伯拉罕·A·莫爾斯，他在1958年出版的《信息論與審美感知》一書闡發了自己的主張。莫爾斯認為信息論美學的基礎就是“所有的藝術作品——廣而言之，藝術表現的任何形式，都可以被視為一種信息。它由發送者——一個有創造力的個人或小團體即藝術家，發送給來自一個特定社會文化團體的個別接收者。傳遞通道可以是視覺、聽覺，或其他的感受系統[8]。此外，Semir Zeld首創了神經美學（Neuroaesthetics），神經美學可視為實驗美學的子學科，致力于探究人類審美這一心理活動的神經機制和生物學基礎[9]。

3 美度與美度計算

對于人機界面的美學測量主要有兩種方法：一是主觀問卷調查法來衡量用戶所感知的美度，另一種是通過定量的數值計算分析界面元素與用戶感知美度之間的關系，即美度計算。對于美度的量化計算，BirkhofF[10]在1933年發表的《美度測量（AestheticsMeasures）》一書中提出了產品美度的計算公式：M=O/C，其中，M（Measures）表示美度、O（Order）表示秩序度、C（Complexity）表示復雜度。按照這個公式，視覺刺激的美度與審美對象的秩序度成正比，復雜度成反比，利用此公式，Birkhoff計算了90個多邊形輪廓線的美度，從其計算結果顯示正方形的美度值最高，但是，這個公式很快就因為其太過籠統和局限性遭到反駁。之后，Beebe-Center J G和Praft C C[11]又將秩序度又分為垂直和旋轉對稱秩序、均衡秩序、水平垂直交叉秩序以及不滿意形式秩序，改進了Birkhoff的數學模型，提高了計算結果和測試結果的一致性。Moon與Spencer[12]也基于Birkhoff的模型提出了一種色彩美度計算方法。Penousal Machado和Amilcar Cardoso[13]結合人的視覺認知加工過程，提出了新的美度計算模型，并將其應用與圖片美度計算中。Tullis等人[14]提出了衡量屏幕界面美度的四個指標：總體密度、局部密度、分組和布局復雜度，并將其應用于兩種不同格式的屏幕設計中，結果顯示這種方法能很好地提供客觀的界面評價數據。之后，Ngo等人[15]在Tullis等的基礎上提出了13個美度量化指標的計算方法用以衡量屏幕界面的美感度，包括：平衡度（Measure ofBalance，BM）、均衡度（Measure of Equilibrium，EM）、對稱度（Measureof Symmetry、SYM）、連續度（Measure of Sequence，SQM）、凝聚度（Measure of Cohesion，CM）、整體度（Measure of Unity，UM）、比例（Measure of Proportion，PM）、簡單度（Measure of Simplicity，SMM）、密集度（Measure of Density，DM）、規律度（Measure ofRegularity，RM）、經濟性（Measure of Economy，ECM）、同質度（Measure of Homogeneity，HM）、節奏度（Measure of Rhythm，RHM）。Ngo等人[16]又將該計算模型應用于57個不同美度的數據輸入界面，t檢驗的結果表明平衡度、整體度和連續度對是貢獻度最高的指標。此外，Michael Bauerly[17]等研究了界面元素的對稱性、平衡性以及數量對界面美度評價的影響，結果表明，對稱的圖像評分更高，增加界面元素的數量也會導致美度評價降低。SimonLok等[18]基于視覺重量和視覺平衡的概念，提出了表示元素視覺權重的WeightMaps的算法，以允許自動布局系統評估其布局的有效性。Balinsky等[19]提出了一種自動檢測界面元素軸向對稱的方法。Kang等[20]提出了一種形狀和色彩相結合的色彩美度評價方法。周蕾等[21]運用感性工學對人類感性體驗的定量分析方法，構建了界面美度的意象結構、評價指標體系和評價方法，指出界面的平衡、比例、簡潔、呼應為影響用戶美感體驗的關鍵性潛在因子，提出12個美度指標并構建了界面美度的計算體系，開發了交互界面美度計算原型系統，并對某插箱面板界面進行了美度評價，但其研究沒有評估每個評價指標對于美度評價的影響力，對界面設計缺乏指導性。袁培颯等人[22]在Ngo的14個評價指標的基礎上，又提出4個色彩特征計算公式，并采用SVM方法建立特征與軟件美感之間的關系模型，以期找出對界面美感影響較大的特征。結果表明，簡單度和比例美感是影響用戶對界面美感認知的主要特征。但該研究缺乏色彩相關的評價指標的構建過程方面的論述，也沒有闡述其在界面美度評價方面的影響。張娜等[23]抽取了平衡度、整體度、簡潔度和統一度4個美度意象指標，采用A日尸方法計算各意象指標的權重，以打印機界面和熱水器界面為例驗證了該方法能夠客觀、準確地反映人機界面形態元素布局的美度水平。

4 結語

美學因素在人機交互的研究和設計實踐中愈發重要，現代美學在自然科學和信息論的影響下逐步發展出以實驗美學為代表的自下而上的研究方法，隨著人機界面的廣泛應用，界面美度計算研究得到了深入發展，但這些研究還存在以下局限性：（1）研究對象局限于特定類型的頁面，而且這些界面結構和布局都比較簡單，研究結果難以推廣到更一般的人機界面中;（2）色彩對界面美度的影響很大，但界面布局美度的研究大多忽略了色彩因素，缺乏形狀與色彩相結合的美度計算模型;（3）缺乏認知風格、審美偏好等主觀因素對于界面美度計算結果影響的研究。可以看到，人機界面美度計算領域仍有廣闊的研究前景，但也面臨著許多挑戰。

參考文獻

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