霧氣下心電監(jiān)護(hù)儀界面視覺搜索效率研究

池寧駿，張凱旋

霧氣下心電監(jiān)護(hù)儀界面視覺搜索效率研究

池寧駿，張凱旋*

（西安科技大學(xué)，西安 710600）

研究護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣情況下心電監(jiān)護(hù)儀界面的字符大小及顏色一致性對(duì)信息視覺搜索效率的影響。通過(guò)模擬護(hù)目鏡在不同霧氣程度下的場(chǎng)景，控制不同字符大小、顏色一致性，考察三者對(duì)醫(yī)護(hù)人員視覺搜索效率的影響。實(shí)驗(yàn)中37位被試依次完成眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，記錄其行為數(shù)據(jù)和眼動(dòng)數(shù)據(jù)，深入探討三種變量因素的交互效應(yīng)。使用心電監(jiān)護(hù)儀時(shí)不同霧氣程度、字符大小、顏色一致性三種因素的交互效應(yīng)顯著，其中行為數(shù)據(jù)的三種因素交互效應(yīng)顯著<0.001，眼動(dòng)數(shù)據(jù)的三種因素交互效應(yīng)顯著<0.05。未產(chǎn)生霧氣與低霧氣場(chǎng)景下，大字符、顏色不一致視覺搜索效率最高；中霧氣與高霧氣場(chǎng)景下，中字符、顏色不一致的視覺搜索效率最高。三種因素在不同條件下，交互效應(yīng)的視覺搜索效率不同，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)護(hù)目鏡產(chǎn)生的霧氣程度，調(diào)整心電監(jiān)護(hù)儀界面字符大小與顏色一致性，以提升醫(yī)護(hù)人員的視覺搜索效率。

人機(jī)交互；視覺搜索效率；眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)；界面優(yōu)化；心電監(jiān)護(hù)儀

心電監(jiān)護(hù)儀，是用來(lái)記錄心臟活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的，生理電信號(hào)的臨床檢查常見儀器，通常用途包括：心律失常和傳導(dǎo)障礙的診斷；跟蹤心血管健康；評(píng)估心肌梗死的病變期部位、范圍，以及演變過(guò)程。心電監(jiān)護(hù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種臨床應(yīng)用中[1]。在傳染病的救治時(shí)，醫(yī)護(hù)人員在急救手術(shù)的過(guò)程中需要全程佩戴口罩和護(hù)目鏡以避免感染。護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣使得醫(yī)護(hù)人員的識(shí)別效率下降，引起視覺疲勞或者誤判等風(fēng)險(xiǎn)[2-3]，從而導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員無(wú)法迅速搜尋到心電監(jiān)護(hù)儀上的重要生命體征信息，錯(cuò)失搶救患者的最佳時(shí)機(jī)。醫(yī)護(hù)人員使用心電監(jiān)護(hù)儀觀測(cè)生命體征時(shí)，對(duì)特定界面進(jìn)行搜索的認(rèn)知過(guò)程被稱為視覺搜索[4]，視覺搜索貫穿于人們的日常行為之中，是人們獲得外界信息并進(jìn)行信息處理的一種重要方式，在大量專門化工作中起著決定性作用。

1 提出問(wèn)題

在人機(jī)界面交互時(shí)，縮短搜索時(shí)間就代表著視覺搜索效率的提高，這將增強(qiáng)用戶體驗(yàn)感[5]。現(xiàn)階段各學(xué)者對(duì)界面的物理特征做出研究并表明界面的物理屬性會(huì)影響視覺搜索效率。宮殿坤等[6]提出宋體搜索效率高于楷體；方浩等[7]提出文字細(xì)體視覺搜索效率高于粗體；常方圓[8]提出在手機(jī)界面圖標(biāo)應(yīng)用中藍(lán)色視覺搜索效率優(yōu)于橘色；N?s?nen等[9]提出圖標(biāo)對(duì)比度與清晰度逐步增加后的視覺搜索效率更高；Huang等[10]提出在圖標(biāo)顏色與背景顏色對(duì)比關(guān)系中，黑/藍(lán)與黑/黃的視覺搜索效率高于白/黃與白/藍(lán)，除此之外圖標(biāo)的動(dòng)態(tài)性[11-13]、字符大小及密度[14-15]都會(huì)對(duì)視覺搜索效率有不同的影響。也有學(xué)者研究了在視覺識(shí)別不清晰時(shí)的視覺搜索效率影響，如濃霧中駕駛的情況。研究發(fā)現(xiàn)，具有特定光譜的光線可以更好地穿透濃霧。紫色和藍(lán)色波長(zhǎng)范圍較短，穿透力弱；而紅色波長(zhǎng)范圍較長(zhǎng)，穿透力強(qiáng)[16-17]。除了對(duì)顏色屬性的研究，有學(xué)者還提出能見度與距離也會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T的視覺和心理產(chǎn)生影響。研究表明，識(shí)別距離隨能見度的降低而降低，對(duì)距離判斷誤差也逐步增大[18]。

在醫(yī)療儀器的界面優(yōu)化探索中，Yao等[19]考察了手持溫度計(jì)信息界面的字體傾斜度、屏幕亮度及環(huán)境照度對(duì)信息識(shí)別的影響。結(jié)果表明，字體的傾斜角度為20°（向右）時(shí)，反應(yīng)時(shí)間最快，識(shí)別效率最高；字體的傾斜角度為–10°（向左）時(shí)，反應(yīng)時(shí)間最慢，識(shí)別效率最低。從環(huán)境照度影響分析，當(dāng)環(huán)境照度為50 lx時(shí)，反應(yīng)時(shí)間最快，隨著環(huán)境照度的不斷提高，手持式溫度計(jì)界面的識(shí)別效率會(huì)逐漸下降。該研究為相關(guān)界面的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和參考。Ren等[20]通過(guò)對(duì)心電圖機(jī)的界面和可讀性進(jìn)行模糊仿真，對(duì)界面中數(shù)字字體的目標(biāo)識(shí)別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，考察了護(hù)目鏡的霧化程度、字體顏色及屏幕亮度的相互作用對(duì)信息識(shí)別的影響。結(jié)果表明，在中等亮度（150 cd/m2）的屏幕下，被試有較好的視覺表現(xiàn)，識(shí)別界面中數(shù)字字體的效率最高。在顏色變化方面，黃色和綠色字體的整體識(shí)別效率相對(duì)較高，但錯(cuò)誤率波動(dòng)也很大，在中等亮度（150 cd/m2）的屏幕下綠色字體比黃色和藍(lán)色字體的識(shí)別效率更高，為心電信號(hào)接口的界面優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

綜上所述，界面的字符大小、字符傾斜程度、圖標(biāo)顏色、屏幕的亮度等物理屬性的相互組織形式均會(huì)影響視覺搜索效率，顏色和字符作為界面設(shè)計(jì)的重要物理屬性，不僅是人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中必不可少的因素，也是眾多研究者關(guān)注的重點(diǎn)。但先前針對(duì)醫(yī)療儀器界面優(yōu)化的研究，主要集中在字符間距和傾斜度、屏幕亮度、環(huán)境照度，以及顏色等因素的探討上。實(shí)際上，還沒有研究考察護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣時(shí)字符大小及顏色一致性之間的交互效應(yīng)。本文在分析了大量人機(jī)交互界面中顏色、字符等因素構(gòu)成特征的基礎(chǔ)上，參考先前醫(yī)療儀器界面優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，以心電監(jiān)護(hù)儀界面為例，利用眼動(dòng)追蹤技術(shù)構(gòu)建模擬實(shí)驗(yàn)，達(dá)到更加精確、客觀地記錄與觀察的效果，重點(diǎn)考察護(hù)目鏡在不同霧氣程度下，心電監(jiān)護(hù)儀界面字符大小及顏色一致性對(duì)醫(yī)護(hù)人員視覺搜索效率的影響，為現(xiàn)有醫(yī)療儀器界面優(yōu)化提供改良意見。同時(shí)提供定量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持并提出有效參考標(biāo)準(zhǔn)，也為以后醫(yī)療儀器界面的設(shè)計(jì)提供參考，以減少緊急環(huán)境下醫(yī)護(hù)人員使用醫(yī)療儀器的醫(yī)療失誤。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)被試

招募參與者50位并選擇符合要求的37位作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其中校醫(yī)護(hù)人員7位，相關(guān)醫(yī)學(xué)專業(yè)研究生5位，設(shè)計(jì)學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生25位。男性20名，女性17名，校醫(yī)護(hù)人員平均年齡為32～48歲，研究生群體年齡為23～26歲。實(shí)驗(yàn)對(duì)象均滿足不斜視、不散光、無(wú)色弱色盲的生理?xiàng)l件，且實(shí)驗(yàn)時(shí)需滿足不戴美瞳、裸眼或戴眼鏡情況下視力不低于5.0的條件，被試完成實(shí)驗(yàn)后將獲得一定報(bào)酬。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料以可孚品牌心電監(jiān)護(hù)儀界面區(qū)域作為AOI興趣區(qū)（實(shí)驗(yàn)材料中畫出包含實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵對(duì)象的區(qū)域），探討在不同霧氣程度下字符大小、顏色一致性的視覺搜索效率。將心電監(jiān)護(hù)儀320 px×240 px的界面有效信息在白色背景上呈現(xiàn)，并顯示在S2421HSX的戴爾23.8英寸（1英寸=2.54 cm）顯示器上。

1）自變量1：盡管較多研究表明字符細(xì)體的視覺搜索效率高于粗體，但心電監(jiān)護(hù)儀中常用文字仍為粗體，本研究依舊采用粗體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將心電監(jiān)護(hù)儀界面中代表生命體征（心率、血壓、血氧、呼吸率、體溫）數(shù)值的字符大小按照特征梯度分類[21]，以10 pt為1個(gè)梯度，其中30～90 pt為合理，低于合理區(qū)間會(huì)看不清內(nèi)容，高于合理區(qū)間則會(huì)產(chǎn)生界面負(fù)擔(dān)。為更加明顯表達(dá)字符大小，將字符分為小字符（30 pt）、中字符（60 pt）、大字符（90 pt）3種不同大小。圖示字符大小以心率數(shù)值為例，如圖1～3所示。

圖1 小字符（30 pt）

圖2 中字符（60 pt）

圖3 大字符（90 pt）

2）自變量2：實(shí)驗(yàn)時(shí)心電監(jiān)護(hù)儀界面的圖標(biāo)顏色采用心電監(jiān)護(hù)儀界面中常用的綠色（：0；：255；：0）、藍(lán)色（：0；：0；：255）、紅色（：255；：0；：0）、黃色（：255；：255；：0）、白色（：255；：255；：255），配以與圖標(biāo)顏色一致和不一致的數(shù)值顏色，為使實(shí)驗(yàn)具有更好的代表性和均衡性，需避免主觀意識(shí)對(duì)顏色不一致的干涉，將不一致顏色設(shè)置為常用5種顏色的隨機(jī)顏色，且每個(gè)被試觀看的不一致顏色都是同一樣本。圖標(biāo)與數(shù)值顏色一致性以心率圖標(biāo)與數(shù)值為例，如圖4～5所示。

3）環(huán)境變量：為接近醫(yī)護(hù)人員佩戴護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣的真實(shí)情況，將1∶1大小的心電監(jiān)護(hù)儀界面居中顯示在顯示器上，并在三維軟件中還原實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，測(cè)出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的關(guān)鍵尺寸。在距離顯示器正面6 cm的位置放置不同透光程度的玻璃板（通過(guò)計(jì)算得出顯示屏到磨砂玻璃板之間的最大距離為12 cm，距離超出12 cm后，磨砂玻璃板會(huì)擋住眼動(dòng)儀采集被試的眼動(dòng)數(shù)據(jù)）。模擬護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣的三種程度，分別為：低霧氣（10%～40%）、中霧氣（40%～70%）、高霧氣（70%～100%）,并以一款未產(chǎn)生霧氣的常規(guī)醫(yī)用護(hù)目鏡作為參考。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬不同霧氣程度下觀測(cè)心電監(jiān)護(hù)儀界面如圖6～9所示。

圖4 圖標(biāo)與數(shù)值顏色一致

圖5 圖標(biāo)與數(shù)值顏色不一致

圖6 未產(chǎn)生霧氣的心電監(jiān)護(hù)儀界面

圖7 低霧氣環(huán)境下心電監(jiān)護(hù)儀界面

圖8 中霧氣環(huán)境下心電監(jiān)護(hù)儀界面

圖9 高霧氣環(huán)境下心電監(jiān)護(hù)儀界面

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)采用4（不同霧氣程度）×3（界面字符大小）×2（界面圖標(biāo)與數(shù)值顏色是否一致）的3因素被試內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。霧氣程度分為未產(chǎn)生霧氣、低霧氣、中霧氣、高霧氣4種水平；字符分為小字符、中字符、大字符3種水平；圖標(biāo)與數(shù)值顏色分為一致和不一致2種水平。研究被試在觀測(cè)不同霧氣程度時(shí)心電監(jiān)護(hù)儀界面信息搜索過(guò)程中的行為數(shù)據(jù)、眼動(dòng)追蹤情況。為了增加實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的隨機(jī)性，其中心電監(jiān)護(hù)儀的數(shù)值正常范圍與不正常范圍的比例為8∶2，每個(gè)被試完成5組實(shí)驗(yàn)，其中包括1組練習(xí)實(shí)驗(yàn)，4組正式實(shí)驗(yàn)，正式實(shí)驗(yàn)共觀測(cè)24種條件下心電監(jiān)護(hù)儀界面。

因變量：采用行為數(shù)據(jù)（初次點(diǎn)擊時(shí)間）和眼動(dòng)數(shù)據(jù)（總注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)量）作為指標(biāo)考察“視覺搜索效率”，具體如下。

1）初次點(diǎn)擊時(shí)間，指被試從任務(wù)開始到發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并單擊的時(shí)間，時(shí)間越短視覺搜索效率越高。

2）總注視時(shí)間，指AOI興趣區(qū)內(nèi)的所有注視時(shí)間的總和，主要受認(rèn)知因素的制約，注視時(shí)間越短，認(rèn)知加工負(fù)荷越低，目標(biāo)視覺搜索效率越高。

3）注視點(diǎn)數(shù)量，指被試對(duì)AOI興趣區(qū)內(nèi)注視點(diǎn)數(shù)量，注視點(diǎn)越少則被試的眼跳次數(shù)更少，對(duì)目標(biāo)越確定，目標(biāo)視覺搜索效率越高。

2.4 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)在采用aSee Pro F100桌面式眼動(dòng)儀與aseestudio分析軟件的基礎(chǔ)上利用角膜反射法，并使用暗瞳追蹤技術(shù)記錄被試的眼動(dòng)軌跡，采用9點(diǎn)校準(zhǔn)法校準(zhǔn)，取樣速率達(dá)到100 Hz，被試在55～80 cm內(nèi)觀測(cè)顯示在分辨率為1 920 px×1 080 px屏幕上的實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被試雙眼數(shù)據(jù)采集正常，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.5 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)以單個(gè)對(duì)象測(cè)試的方法展開，被試依次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)過(guò)程保持安靜，步驟如下。

1）在實(shí)驗(yàn)開始之前測(cè)試員對(duì)被試進(jìn)行眼動(dòng)相關(guān)課程培訓(xùn)，令其掌握一定的眼動(dòng)知識(shí)，并介紹心電監(jiān)護(hù)儀的數(shù)據(jù)含義，使被試達(dá)到較高的配合度與對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解度。

2）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)區(qū)域，為避免光線對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，采用國(guó)際醫(yī)院病房照明標(biāo)準(zhǔn) 100 lx 并以地面為參照標(biāo)準(zhǔn)。

3）提前導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)材料，保證實(shí)驗(yàn)器材正常工作。

4）幫助被試進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)，并調(diào)整座椅高度和距離。

5）被試按照實(shí)驗(yàn)要求，在完成1組測(cè)試實(shí)驗(yàn)并休息1 min后開始正式實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)心電監(jiān)護(hù)儀的心率圖標(biāo)與數(shù)值，觀測(cè)完成后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵。接著完成心電監(jiān)護(hù)儀上所有圖標(biāo)與數(shù)值的觀測(cè)，完成后點(diǎn)擊左鍵進(jìn)入下一張測(cè)試。

在完成一種環(huán)境變量下觀測(cè)字體大小與顏色一致性的實(shí)驗(yàn)后，更換模擬環(huán)境的不同透光程度玻璃板，重新校準(zhǔn)再實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖10所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括行為數(shù)據(jù)（初次點(diǎn)擊時(shí)間）和眼動(dòng)數(shù)據(jù)（總注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)量）兩大部分。通過(guò)多因素方差分析對(duì)霧氣程度、字符大小、顏色一致性在用戶視覺搜索過(guò)程中的影響進(jìn)行討論，以行為數(shù)據(jù)和眼動(dòng)數(shù)據(jù)作為衡量被試視覺搜索效率的參考指標(biāo)并加以分析。

3.1 初次點(diǎn)擊時(shí)間

對(duì)初次點(diǎn)擊時(shí)間進(jìn)行多因素方差分析發(fā)現(xiàn)，霧氣程度、字符大小、顏色一致性3種因素的交互效應(yīng)顯著（6，216）=7.781，<0.001。經(jīng)進(jìn)一步簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在未產(chǎn)生霧氣場(chǎng)景中，在小字符與大字符水平下，顏色不一致的視覺搜索效率顯著高于顏色一致，而在中字符水平下，顏色不一致的視覺搜索效率與顏色一致無(wú)顯著差異。在低霧氣場(chǎng)景中，在小字符與大字符水平下，顏色不一致的視覺搜索效率顯著高于顏色一致，而在中字符水平下，顏色一致的視覺搜索效率略高于顏色不一致。在中霧氣場(chǎng)景中，在小字符、中字符與大字符水平下，顏色不一致的視覺搜索效率均顯著高于顏色一致。在高霧氣場(chǎng)景中，在小字符與中字符水平下，顏色不一致的視覺搜索效率顯著高于顏色一致，而在大字符水平下，顏色一致的視覺搜索效率顯著高于顏色不一致。將所有水平下的視覺搜索效率進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在未產(chǎn)生霧氣場(chǎng)景中，大字符顏色不一致組合的初次點(diǎn)擊時(shí)間最短，而在高霧氣場(chǎng)景中，小字符顏色一致組合的初次點(diǎn)擊時(shí)間最長(zhǎng)。初次點(diǎn)擊時(shí)間的多因素方差分析結(jié)果如表1所示。

圖10 不同霧氣程度下觀測(cè)24種實(shí)驗(yàn)處理水平實(shí)驗(yàn)過(guò)程示例

表1 初次點(diǎn)擊時(shí)間多因素方差分析結(jié)果

Tab.1 Time to first click multivariate ANOVA results

霧氣程度與字符大小的交互效應(yīng)顯著（6，216）= 34.905，<0.001，交互效應(yīng)如圖11所示；霧氣程度與顏色的一致性交互效應(yīng)顯著（3，108）=2.884，<0.05，交互效應(yīng)如圖12所示；字符大小與顏色一致性的交互效應(yīng)顯著（2，72）=90.500，<0.001，交互效應(yīng)如圖13所示。大字符水平下，未產(chǎn)生霧氣的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著低于高霧氣。小字符水平下，中霧氣的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著高于未產(chǎn)生霧氣。顏色一致水平下，高霧氣的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著高于未產(chǎn)生霧氣，小字符的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著高于大字符。顏色不一致水平下，未產(chǎn)生霧氣的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著低于高霧氣，大字符的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著低于小字符。

圖11 霧氣程度與字符大小交互效應(yīng)

圖12 霧氣程度與顏色一致性交互效應(yīng)

圖13 字符大小與顏色一致性交互效應(yīng)

霧氣程度的主效應(yīng)顯著（3,108）=317.585，<0.001；字符大小的主效應(yīng)顯著（2,72）=427.680，<0.001；顏色一致性的主效應(yīng)顯著（1,36）=77.541，<0.001（顏色一致性不足3組不做事后檢驗(yàn)）。對(duì)霧氣程度與字符大小的事后檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，未產(chǎn)生霧氣的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著低于低霧氣、中霧氣和高霧氣。小字符的初次點(diǎn)擊時(shí)間顯著高于大字符。

3.2 總注視時(shí)間

對(duì)總注視時(shí)間進(jìn)行多因素方差分析發(fā)現(xiàn)，霧氣程度、字符大小、顏色一致性3種因素的交互效應(yīng)顯著（6,216）=2.643，<0.05。經(jīng)進(jìn)一步簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在未產(chǎn)生霧氣場(chǎng)景中，在小字符與中字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間顯著低于顏色一致，而在大字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間略低于顏色一致。在低霧氣場(chǎng)景中，在小字符與中字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間顯著低于顏色一致，而在大字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間與顏色一致無(wú)顯著差異。在中霧氣場(chǎng)景中，在小字符與大字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間顯著低于顏色一致，而在中字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間與顏色一致無(wú)顯著差異。在高霧氣場(chǎng)景中，在小字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間顯著低于顏色一致，而在中字符與大字符水平下，顏色不一致的總注視時(shí)間與顏色一致無(wú)顯著差異。將所有水平下的總注視時(shí)間進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，在未產(chǎn)生霧氣場(chǎng)景中，大字符顏色不一致組合的總注視時(shí)間較短，而在高霧氣場(chǎng)景中，小字符顏色一致組合的總注視時(shí)間最長(zhǎng)。總注視時(shí)間的多因素方差分析結(jié)果如表2所示。

表2 總注視時(shí)間多因素方差分析結(jié)果

Tab.2 Multivariate ANOVA results of total fixation time

霧氣程度與字符大小的交互效應(yīng)顯著（6，216）= 8.988，<0.001，交互效應(yīng)如圖14所示；字符大小與顏色的一致性交互效應(yīng)顯著（2，72）=42.503，<0.001，交互效應(yīng)如圖15所示。在小字符水平下，未產(chǎn)生霧氣的總注視時(shí)間顯著低于高霧氣。在大字符水平下，未產(chǎn)生霧氣的總注視時(shí)間顯著低于高霧氣。在顏色一致和顏色不一致兩種水平下，小字符的總注視時(shí)間均顯著高于大字符的總注視時(shí)間。

圖14 霧氣程度與字符大小交互效應(yīng)

圖15 字符大小與顏色一致性交互效應(yīng)

霧氣程度的主效應(yīng)顯著（3,108）=79.624，<0.001；字符大小的主效應(yīng)顯著（2,72）=167.878，<0.001；顏色一致性的主效應(yīng)顯著（1,36）=97.312，<0.001（顏色一致性不足3組不做事后檢驗(yàn)）。對(duì)霧氣程度與字符大小的事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未產(chǎn)生霧氣的總注視時(shí)間顯著低于低霧氣、中霧氣和高霧氣。小字符的總注視時(shí)間顯著高于中字符與大字符。

3.3 注視點(diǎn)數(shù)量

對(duì)注視點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行多因素方差分析發(fā)現(xiàn)，霧氣程度、字符大小、顏色一致性3種的因素交互效應(yīng)顯著（6,216）=2.301，<0.05。經(jīng)進(jìn)一步簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在未產(chǎn)生霧氣場(chǎng)景中，在小字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于顏色一致；在中字符與大字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量略低于顏色一致。在低霧氣場(chǎng)景中，在小字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于顏色一致，而在中字符與大字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量略低于顏色一致。在中霧氣場(chǎng)景中，在小字符與大字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于顏色一致，而在中字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量與顏色一致無(wú)顯著差異。在高霧氣場(chǎng)景中，在小字符與中字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于顏色一致，而在大字符水平下，顏色不一致的注視點(diǎn)數(shù)量與顏色一致無(wú)顯著差異。將所有水平下的注視點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，未產(chǎn)生霧氣下大字符顏色不一致組合的注視點(diǎn)數(shù)量最少，而高霧氣下小字符顏色一致組合的注視點(diǎn)數(shù)量最多。注視點(diǎn)數(shù)量的多因素方差分析結(jié)果如表3所示。

表3 注視點(diǎn)數(shù)量多因素方差分析結(jié)果

Tab.3 Multivariate ANOVA results of foveated number

霧氣程度與字符大小的交互效應(yīng)顯著（6，216）= 10.719，<0.001，交互效應(yīng)如圖16所示；字符大小與顏色一致性的交互效應(yīng)顯著（2，72）=31.703，<0.001，交互效應(yīng)如圖17所示。在小字符水平下，高霧氣的注視點(diǎn)數(shù)量顯著高于未產(chǎn)生霧氣。在大字符水平下，未產(chǎn)生霧氣的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于高霧氣。在顏色一致水平下，小字符的注視點(diǎn)數(shù)量顯著高于大字符。在顏色不一致水平下，小字符的注視點(diǎn)數(shù)量顯著高于大字符。

圖16 霧氣程度與字符大小交互效應(yīng)

圖17 字符大小與顏色一致性交互效應(yīng)

霧氣程度的主效應(yīng)顯著（3,108）=105.760，<0.001；字符大小的主效應(yīng)顯著（2,72）=182.267，<0.001；顏色一致性的主效應(yīng)顯著（1,36）=114.332，<0.001（顏色一致性不足3組不做事后檢驗(yàn)）。對(duì)霧氣程度與字符大小的事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未產(chǎn)生霧氣和低霧氣的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于中霧氣與高霧氣。大字符的注視點(diǎn)數(shù)量顯著低于小字符與中字符。

4 結(jié)果討論

本研究旨在考察不同霧氣程度下字符大小及顏色一致性對(duì)醫(yī)護(hù)人員長(zhǎng)時(shí)間佩戴護(hù)目鏡的視覺搜索效率的影響。在實(shí)驗(yàn)中探討了不同霧氣程度、字符大小與顏色一致性的單獨(dú)影響效應(yīng)；霧氣程度與字符大小、霧氣程度與顏色一致性、字符大小與顏色一致性，以及3者之間的交互效應(yīng)影響。實(shí)驗(yàn)表明霧氣程度、字符大小、顏色一致性均對(duì)視覺搜索效率有顯著影響。

4.1 霧氣程度、字符大小、顏色一致性對(duì)視覺搜索效率的行為指標(biāo)分析

采用行為指標(biāo)（初次點(diǎn)擊時(shí)間）作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，行為數(shù)據(jù)結(jié)果表明，霧氣程度、字符大小與顏色一致性對(duì)用戶的視覺搜索效率的交互效應(yīng)顯著。在護(hù)目鏡未產(chǎn)生霧氣、低霧氣場(chǎng)景下大字符顏色不一致的視覺搜索效率更高，這與其他研究結(jié)果基本一致。宮勇等[22]提出利用顏色來(lái)區(qū)分圖標(biāo)之間的差異，從而更加有效地提高圖標(biāo)的視覺搜索效率。特征整合理論[23]認(rèn)為視覺加工主要有兩大階段，對(duì)特征基本元素的處理發(fā)生在較早的特征登記階段（前注意階段），這一階段不需要集中性關(guān)注，處理過(guò)程是一種平行的、自動(dòng)化的過(guò)程，當(dāng)圖標(biāo)與數(shù)值顏色不一致時(shí)，視覺系統(tǒng)在特征登記階段通過(guò)圖標(biāo)與數(shù)值的較大顏色差異，可以快速識(shí)別圖標(biāo)與數(shù)值，提高視覺搜索效率；視覺加工的第二個(gè)階段是特征整合階段（物體知覺階段），這一階段需要集中性注意處理特征的位置信息，是一種非自動(dòng)化、序列的處理，當(dāng)圖標(biāo)與數(shù)值顏色一致時(shí)，視覺搜索目標(biāo)需要檢驗(yàn)各圖標(biāo)與數(shù)值信息，此時(shí)視覺系統(tǒng)進(jìn)行序列加工，初次點(diǎn)擊時(shí)間變長(zhǎng)，視覺搜索效率降低。同時(shí)基于認(rèn)知負(fù)荷理論[24]，在未產(chǎn)生霧氣與低霧氣的識(shí)別界面信息中認(rèn)知負(fù)荷較低，用戶搜索更為容易，視覺搜索效率更高。在護(hù)目鏡霧氣程度達(dá)到中霧氣與高霧氣時(shí)，中字符顏色不一致的視覺搜索效率更高，這與許百華等[25]提出隨著字符逐步增大，能提高視覺搜索效率與正確率的結(jié)果不太一致。合理的解釋是，用戶在中霧氣、高霧氣水平下觀測(cè)主要受霧氣模糊程度的影響較大，大字符反而會(huì)增加用戶的認(rèn)知負(fù)荷，產(chǎn)生負(fù)向作用，從而增加用戶的初次點(diǎn)擊時(shí)間。

4.2 霧氣程度、字符大小、顏色一致性對(duì)視覺搜索效率的眼動(dòng)指標(biāo)分析

采用眼動(dòng)指標(biāo)（總注視時(shí)間與注視點(diǎn)數(shù)量）作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。總注視時(shí)間指在AOI興趣區(qū)內(nèi)或單個(gè)目標(biāo)上所有注視時(shí)間的總和，它反應(yīng)的是總時(shí)間上的信息加工。總注視時(shí)間越長(zhǎng)，認(rèn)知加工過(guò)程就越慢，視覺搜索效率越低。注視數(shù)量代表被試群體對(duì)AOI興趣區(qū)內(nèi)或圖形界面認(rèn)知加工的次數(shù)，注視點(diǎn)數(shù)量越多表示被試對(duì)該區(qū)域的絕對(duì)注意力，也可理解為不理解程度越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，霧氣程度、字符大小與顏色一致性對(duì)用戶的視覺搜索效率交互效應(yīng)顯著。在護(hù)目鏡未產(chǎn)生霧氣、低霧氣與中霧氣場(chǎng)景下大字符顏色不一致的總注視時(shí)間更少，注視點(diǎn)的數(shù)量更少，視覺搜索效率更高。而顏色一致的總注視時(shí)間更長(zhǎng)，注視點(diǎn)的數(shù)量更多，視覺搜索效率低于顏色不一致，這是由于顏色一致性帶來(lái)的信息加工難度大于顏色一致，需要分配的注意資源更多，消耗的時(shí)間也就越長(zhǎng)。但當(dāng)護(hù)目鏡霧氣程度達(dá)到高霧氣時(shí)，中字符顏色不一致的總注視時(shí)間更少，注視點(diǎn)的數(shù)量更少，視覺搜索效率更高，這與行為指標(biāo)中作出的解釋一致。由于較小字符、極端情況下的大字符與顏色一致給用戶帶來(lái)的認(rèn)知負(fù)荷較大，需要投入更多的注意，過(guò)多的信息量會(huì)消耗大量的認(rèn)知資源，從而導(dǎo)致總注視時(shí)間與注視點(diǎn)數(shù)量的增加，以及視覺搜索效率的降低。

4.3 霧氣程度、字符大小、顏色一致性對(duì)視覺搜索效率的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)向，對(duì)心電監(jiān)護(hù)儀界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高醫(yī)護(hù)人員的視覺搜索效率。在未產(chǎn)生霧氣和低霧氣場(chǎng)景下，大字符顏色不一致的顯示界面在行為指標(biāo)評(píng)價(jià)和眼動(dòng)指標(biāo)評(píng)價(jià)中表現(xiàn)最好；在中霧氣和高霧氣場(chǎng)景下，中字符顏色不一致的顯示界面在行為指標(biāo)評(píng)價(jià)和眼動(dòng)指標(biāo)評(píng)價(jià)中表現(xiàn)最好。根據(jù)視覺后負(fù)像產(chǎn)生干擾效應(yīng)[26]和布局位置對(duì)視覺搜索效率的影響[27]，進(jìn)行顏色不一致配色，并遵循三大原則：避免強(qiáng)對(duì)比色或互補(bǔ)色；避免低明度色在弱勢(shì)區(qū)的使用；突出重要信息，將高明度色放在醒目區(qū)。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案如圖18～19所示。

圖18 未產(chǎn)生霧氣和低霧氣環(huán)境下優(yōu)化方案

圖19 中霧氣和高霧氣環(huán)境下優(yōu)化方案

5 結(jié)語(yǔ)

本研究利用眼動(dòng)追蹤技術(shù)，通過(guò)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)與視覺搜索實(shí)驗(yàn)對(duì)被試的行為數(shù)據(jù)與眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了全方位分析，得出以下結(jié)論：醫(yī)護(hù)人員佩戴護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣的環(huán)境因素與界面設(shè)計(jì)中字符大小、顏色一致性3者之間的交互效應(yīng)顯著。當(dāng)在未產(chǎn)生霧氣與低霧氣的場(chǎng)景下戴上護(hù)目鏡時(shí)，建議數(shù)值使用大字符、圖標(biāo)與數(shù)值采用顏色不一致的界面設(shè)計(jì)，降低認(rèn)知負(fù)荷，增大編碼之間的特征以達(dá)到提高視覺搜索效率的作用。當(dāng)在霧氣程度上升的情況下戴上護(hù)目鏡，可見度降低時(shí)，建議數(shù)值使用中字符、圖標(biāo)與數(shù)值采用顏色不一致的界面設(shè)計(jì)以提高醫(yī)護(hù)人員的讀取效率。

本研究存在一定的局限性，具體如下。

1）考慮到護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣后眼動(dòng)儀不能準(zhǔn)確捕捉瞳孔信息，故采用不同透光程度的玻璃板離開顯示屏一定距離的觀測(cè)方法模擬護(hù)目鏡產(chǎn)生霧氣的情況，這和醫(yī)護(hù)人員在手術(shù)時(shí)的實(shí)際情景有一定的區(qū)別。在未來(lái)的研究中，將對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2）由于本實(shí)驗(yàn)的被試多為設(shè)計(jì)學(xué)在校研究生，而醫(yī)護(hù)人員與具有醫(yī)學(xué)相關(guān)背景人員的樣本較少，存在些許不足，后續(xù)研究將擴(kuò)充醫(yī)護(hù)人員樣本，進(jìn)行更加全面的實(shí)驗(yàn)。

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Visual Search Efficiency of ECG Monitor Interface under Fog

CHI Ningjun, ZHANG Kaixuan*

(Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710600, China)

The work aims to investigate the effect of character size and colour consistency on the visual search efficiency of information in the ECG monitor interface in the presence of fog on the goggles. By simulating the scenario of the goggles under different fog levels and controlling different character sizes and color consistency, the effect of the three factors on the visual search efficiency of the health care workers was examined. In the experiment, 37 subjects completed the eye movement experiment successively, and their behavior and eye-movement data were recorded to explore the interaction effect of the three variables in depth. The results of the study found a significant interaction effect among the three factors of different fog levels, character size and colour consistency when the ECG monitor was used, with a significant< 0.001 interaction of the three factors for the behavior data and a significant< 0.05 interaction of the three factors for the eye movement data. Under no fog and low fog, the visual search efficiency of large character and color inconsistency was the highest. Under medium fog and high fog, the visual search efficiency of medium character and color inconsistency was the highest. The visual search efficiency of the interaction effect differs under different conditions of the three factors. Designers can adjust the character size and color consistency of the ECG monitor interface according to the level of fog generated on the goggles to improve the visual search efficiency of the health care workers.

human-computer interaction; visual search efficiency; eye movement experiment; interface optimization; ECG monitor

TB472

A

1001-3563(2024)04-0271-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.029

2023-09-07