基于感知反饋的UI界面數據可視化傳遞仿真

王 楠，裘曉菲

(江漢大學，湖北 武漢 430056)

1 引言

數字時代是目前社會重要的發展趨勢，信息傳遞已進入新階段，數字時代為帶來便捷的體驗性以及快速性。UI界面是新媒體時代的重要產物[1]，受到眾多人們重視，UI界面可將信息感受直觀傳遞于用戶，UI界面質量決定品牌吸引力以及用戶使用感受。利用UI界面設計提升用戶使用感受是新媒體時代設計人員的主要研究熱點。

數據獲取、信息創建以及交互設計是可視化設計的關鍵，利用具有多元化、即時性以及互動性的可視化UI界面設計可提升用戶使用感受[2]。良好的UI界面可視化傳遞可提升用戶選擇信息以及識別信息水平，降低用戶操作時間，提升用戶閱讀趣味性以及傳遞準確性。體繪制是體數據可視化重要算法，體繪制無須生成中間幾何圖元即可實現數據場觀察[3]，明確界面信息綜合分布情況，已廣泛應用于工程計算、科學計算等眾多領域中，傳遞函數設計是體繪制算法關鍵，可決定UI界面可視化質量。傳遞函數可實現UI界面開發，調節傳遞函數可提升設計效率。傳遞函數將體數據內數據轉化為不透明度值以及顏色[4]，通過體繪制算法將數據直接轉化為圖形，形成可視化效果。數據可視化傳遞的重要意義是利用圖形化語言實現數據可視化，數據可視化傳遞具有較強的大數據價值，可將隱藏信息為人所用，體現較高的社會價值[5]。UI界面是人類與機器間交換以及傳遞信息的重要媒介，屬于人機工程學、計算機科學等學科的交叉領域。

移動終端設備伴隨移動通信技術高速發展已占據重要地位，用戶感知對于各項APP發展極為重要。以往通常通過管理網元實現用戶感知體驗[6]，無法真實體現用戶感受，尤其是網絡中包含眾多層次用戶時，將由于巨大差異的反饋結果影響用戶感知結果，無法依據用戶的真實感知滿足用戶需求。

目前針對數據可視化設計研究較多，張玉振等人[7]分析基于CiteSpace的我國教育大數據可視化；梁野等人[8]研究基于設計情境與腦機反饋融合的產品設計知識需求感知技術，可實現不同情境下的可視化設計，但UI界面顯示效果較差。研究基于感知反饋的UI界面數據可視化傳遞仿真，充分考慮用戶感知情況，利用用戶感知反饋結果實現UI界面數據可視化傳遞。

2 感知反饋的UI界面數據可視化傳遞仿真

2.1 UI界面數據可視化傳遞平臺

UI界面數據可視化傳遞平臺總體結構主要包括底層數據庫、中間層數據訪問層以及上層用戶端三部分[9]。UI界面數據可視化傳遞平臺總體結構如圖1所示。

圖1可以看出，通過三層服務實現UI界面應用程序運行。利用底層數據庫為UI界面數據可視化傳遞提供數據服務；中間層數據訪問提供平臺的業務服務以及中間層服務程序；用戶端服務程序利用上層用戶端實現。

2.1.1 上層用戶端

利用上層用戶端采集用戶信息，上層用戶端工作原理圖如圖2所示。

圖2 工作原理圖

上層用戶端通過前臺檢測用戶所輸入數據以及所顯示信息。選取ActiveX平臺作為可視化UI界面上層用戶端平臺，檢測用戶端發送請求能力，提供服務至用戶。可視化UI界面元素利用ActiveX控件提供，將元素完成打包后嵌入至HTML頁面，實現可視化UI界面與用戶實時交互。利用ActiveX控件調用遠程數據服務組件與IE瀏覽器實現用戶與UI界面交互。采集用戶數據后利用感知反饋算法采集用戶相關數據，利用所反饋數據調節傳遞函數。

2.1.2 中間層數據訪問

利用中間層數據訪問層實現不同業務邏輯處理以及數據層與UI界面層交互訪問操作，隔離數據庫訪問以及用戶操作。中間服務部件以及業務服務利用中間層提供，其它業務服務所發來請求利用中間層響應，執行業務任務，并簡單處理相應數據。

基于關系數據庫管理系統應用基礎建立數據庫，用戶通過服務器訪問實現數據操作。文件中信息利用DLL從動態鏈接庫內獲取函數執行代碼，實現底層數據庫訪問。

應用程序采用中間層方法設計，每次請求過程中建立鏈接，服務器將服務結果發送至界面后即刻將與用戶機連接斷開，實現服務器端資源共享[10]，同時提供服務至眾多并發用戶。

2.1.3 底層數據庫

數據存儲與調用通過底層數據庫實現，底層數據庫可實現數據庫內數據讀寫管理，更新與檢索大量數據。底層數據庫結構圖如圖3所示。

圖3 底層數據庫結構圖

UI界面可視化傳遞的存儲管理程序利用數據庫存儲器獲取待查詢信息，事務管理器可保證UI界面各項運行不存在沖突，查詢以及更新操作利用通用接口實現。底層數據庫選取SQL語言實現服務程序與用戶程序間各項請求，數據庫利用關系表形式發送至用戶程序。

2.2 感知反饋算法

感知反饋算法具有便捷、簡單的優勢，可提升用戶感知準確率以及UI界面可視化穩定性。

2.2.1 獲取多層用戶感知信息

檢測全部用戶感知信息，將檢測函數置于全部用戶感知信息中，獲取可生成最終用戶感知信息的多層用戶反饋信息。利用所獲取感知信息生成集合，集合內樣本數量表示用戶反饋信息感知數量以及信息層次。獲取用戶感知結果主要包括主動獲取以及被動獲取兩部分。

主動獲取方式需設定檢測標準，利用反饋函數內所包含全部反饋特征表達式形成相關用戶反饋信息，確認分析用戶反饋信息[11]。確認分析結果為滿足用戶反饋信息特征標準時，該信息為用戶感知體現信息。

被動獲取方式通過被動方式獲取用戶感知信息，實現用戶反饋信息采集，利用被動獲取方式所獲取用戶感知信息不包含無用信息，可直接應用于后期感知分析中。

2.2.2 多層用戶感知信息融合

設用戶感知反饋信息存在較大差異，需融合不一致用戶感知結果，獲取更加精準的多層用戶感知結果。利用模糊聚類方法建立反饋信息整合模塊，整合處理差異反饋信息。反饋信息整合模塊可依據反饋時間用戶感知信息建立反饋信息初始矩陣如下

(1)

式(1)中，i與j分別表示用戶反饋信息集合內樣本數量以及反饋信息數量，Yij表示反饋信息點i在j層模型內獲取值。

用v與β表示依據反饋信息所獲取各層反饋結果的平均值以及多層反饋信息衡量標準，其公式分別如下

(2)

(3)

依據所獲取結果整合存在差異的多層反饋信息結果，反饋信息集合在各層模型中模糊集合選取模糊聚類方法獲取公式如下

Y′ij=Yij/β

(4)

sij=f(Yi，Yj)

(5)

以上公式中，sij與f(Yi，Yj)分別表示模糊集合近似矩陣以及i層反饋信息與j層反饋信息間隔，可得公式如下

(6)

依據多層反饋模型內各層用戶反饋信息，整理反饋信息間關系，反饋信息系數集合用R={Rj|2

模型層數所獲取結果對最終用戶感知精準性影響用各層用戶感知反饋結果表示，用戶感知結果的精準性與權值呈正態分布。不同權值可體現各層用戶感知結果對最終結果影響。利用權值調節各層用戶感知結果存在差異，平均處理各層數據所獲取單獨用戶感知節點權值，獲取重要性系數實現歸一化處理。最終感知權值公式如下

(7)

式(7)可知，bjj>0。

感知信息融合公式如下

(8)

利用整合與聚類處理不同用戶感知結果，避免各層次所獲取結果存在差異對用戶感知結果的影響，利用權值修正提升用戶感知結果準確率。

2.3 傳遞函數

利用用戶感知反饋結果調節UI界面可視化設計的傳遞函數。傳遞函數是UI界面數據體可視化的核心問題，體數據R內采樣值利用傳遞函數轉化為不透明度以及顏色，利用體繪制算法將眾多體數據轉化為UI界面圖像。

定義傳遞函數公式如下

T:x|→{d，σ，X}，x∈Rn

(9)

式(9)中，{d，σ，X}表示UI界面數據可視化顏色以及不透明度三元組，x與n分別表示體數據屬性值以及屬性數量。利用體數據屬性值所建立空間即為特征空間[12]，依據特征空間內體數據分布利用傳遞函數實現分類，同時將體數據轉化為光學屬性。

選取易于存儲以及計算的參數化函數存儲與運算傳遞函數，選取以數據為中心方法實現傳遞函數設計。

3 仿真測試

為檢驗本文方法所研究基于感知反饋的UI界面數據可視化傳遞仿真有效性，選取Matlab 2019b 軟件作為仿真軟件，利用仿真軟件搭建采用本文方法所設計UI界面，檢測所研究UI界面數據可視化傳遞有效性。

選取某移動運營商APP的SP業務檢測感知反饋方法有效性，選取真實物理數據作為驗證數據，驗證本文方法感知用戶數據準確性。將本文方法與Cite Space方法(參考文獻[7])以及設計情境方法(參考文獻[8])對比，對比結果如圖4所示。

圖4 用戶感知準確率對比

圖4仿真測試結果可以看出，采用本文方法感知用戶數據的感知準確率均高于97%，采用另兩種方法感知用戶數據的感知準確率均低于95%。對比結果有效驗證本文方法具有較高的用戶感知有效性，本文方法可精準感知用戶數據，依據用戶需求設計UI界面，提升UI界面可視化傳遞結果的用戶滿意度；Cite Space方法以及設計情境方法無法避免用戶感知數據準確性較差的問題，本文方法利用多層結構實現各層用戶感知結果整合，所獲取最終感知結果具有較高準確性。

統計采用本文方法調節可視化傳遞函數最終UI界面可視化的渲染效果，統計結果如表1所示。

表1 UI界面可視化渲染效果

表1仿真結果可以看出，本文方法所設計傳遞函數可實現UI界面可視化高效渲染。本文方法所獲取UI界面可視化渲染效果的邊緣清晰度、對比度、層瀏覽效果、邊緣線等渲染效果均為優秀；Cite Space方法的UI界面可視化渲染效果的邊緣清晰度效果較差，對比度以及層瀏覽效果均為中等；設計情境方法的UI界面可視化渲染效果的著色效果較差，漸變色、層瀏覽效果以及邊緣線效果均為中等。仿真測試對比結果有效驗證本文方法所設計傳遞函數具有優秀的UI界面可視化傳遞效果，可應用于UI界面設計實際應用中。

統計采用本文方法設計UI界面可視化傳遞的穩定性，穩定性決定軟件發展前景，對UI界面可視化平臺正常運行極為重要。平臺運行過程中不可出現嚴重Bug，否則影響平臺運行的用戶滿意度。統計采用三種方法在UI界面可視化傳遞平臺5次故障情況下恢復時間，對比結果如圖5所示。

圖5 平臺恢復時間

圖5仿真測試結果可以看出，本文方法在平臺出現故障情況下可快速恢復正常，100ms內即可恢復正常；另兩種方法在平臺出現故障情況下需高于200ms才可恢復正常，驗證本文方法具有較高的穩定性，可在平臺運行過程中出現Bug情況下快速恢復正常，令數據時刻保持準確性以及完整性。

UI界面可視化傳遞平臺運行的流暢性極為重要，可視化界面視頻播放畫面以及用戶操作響應流暢程度可體現平臺運行流程性。

統計三種方法在播放視頻情況下播放數據加載時間，對比結果如圖6所示。

圖6 視頻播放加載時間

統計三種方法在用戶操作時數據加載時間，統計結果如圖7所示。

圖7 用戶操作流暢程度

圖6、圖7仿真測試結果可以看出，本文方法的用戶操作響應流暢程度以及視頻播放畫面流暢程度明顯優于另兩種方法，采用本文方法的UI界面可視化傳遞平臺具有較高的流暢程度，可有效提升用戶使用滿意度。

選取100名用戶作為調查問卷對象，驗證采用本文方法的UI界面可視化傳遞平臺用戶滿意程度，并將本文方法與另兩種方法對比。從產品使用體驗、數據體驗、視覺體驗、功能體驗、社交體驗等七部分評估本文方法的UI界面用戶滿意度，選取十分制作為評價結果呈現形式，統計結果如表2所示。

表2 用戶滿意度

表2仿真結果可以看出，采用本文方法所研究UI界面可視化平臺用戶滿意度較高，用戶的數據體驗、咨詢體驗、產品使用體驗、視覺體驗等各項評價指標均明顯高于另兩種方法，主要原因是本文方法充分考慮用戶感受，利用用戶感知反饋結果確定可視化傳遞函數，用戶滿意度較高。

4 結論

UI界面設計已應用于眾多應用中，新媒體不斷發展對UI界面設計要求更加嚴格。UI界面設計過程中，需充分符合時代發展需求，充分考慮用戶體驗感受，設計可滿足用戶需求的具有功能性、美觀性以及趣味性的UI界面。所研究基于感知反饋的UI界面數據可視化傳遞仿真可獲取用戶真實感知體驗，整合眾多層次用戶感知反饋結果，考慮各層用戶感知體驗對最終結果的影響，通過權值調節用戶感知系數，提升用戶感知結果精準性。利用用戶感知結果調節設計UI可視化界面的傳遞函數，通過仿真測試驗證該方法具有較高有效性，用戶滿意度高，具有較高的數據可視化效果。