基于行为实验和眼动追踪实验的图标语意研究

论文总字数：20027字

摘 要

图标是介于用户与电子计算机或图形图像交互界面之间的一个载体,它有着独特的视觉化和风格鲜明的形象化表达方式,是软件界面的重要组成部分。图标语意表达的准确性会直接影响用户的操作效率。图标语意表达的准确性研究涉及图标的设计准则问题和软件的可操作性问题，目前国内对此尚未有系统性的研究。

本文从图标的概念、发展进程、现状、设计原则和作用意义等方面，进行了系统的研究与归纳。从语意表达准确性和认知负荷的角度对比了符号图标与实物图标认知准确性，认知效率。探讨了功能提取出的符号的通用性对用户认知效率和认知准确性的影响。通过行为实验和眼动追踪实验分析得出：若将软件界面中功能图标的内容提取成一个符号表示，那么该符号图标比实物图标语意表达更准确，用户对符号图标认知效率更高，认知负荷更低。

关键词：图标设计；眼动；语意；行为实验；符号图标；认知负荷

Semantic Research of Icons based on Behavioral Experiments and Eye-Tracking Experiments

02611109 zhangqiang

Supervised by wanghaiyan

Abstract： With the continuous development of computer technology, Operability of software is becoming increasingly important. Icons as an important part of the software . Unscientific icon design will largely affect the operational efficiency of users. A wide variety of icons don`t have standardized design method. Those icons give users a great deal of inconvenience.

This paper introduces the principle of icon design and raised the issue. Function icon is very important in the software. If the function can be expressed by the common symbol ,what kind of icons semantic expression more quickly and accurately real icon or symbol icon? This paper studies this problem by behavioral experiments and eye tracking experiments together. Behavioral experiments completed by E-prime software. I designed the experiment. Purpose of the experiment is to study what kind of icons semantic expression more quickly and accurately real icon or symbol icon? Eye tracking experiments completed by the eye tracker .Purpose of the experiment is to study the impact of symbol`s generic .After the analysis of experimental data we found that Function icon can be expressed by symbol icon and symbol icons semantic expression more quickly and accurately

Key words: Icon design; Eye-Tracking experiments ; semantics; behavioral experiments; symbol icons; Cognitive load

目录

1、绪论 6

1.1图标语意研究的背景与意义 6

1.1.1课题背景 6

1.1.2课题的研究目的及意义 6

1.2课题研究方法 7

1.3 研究工具 7

2、图标设计综述 8

2.1 图标的定义 8

2.2 图标的发展 8

2.3图标设计原则 10

2.4 E-prime软件及眼动仪介绍 11

2.4.1 E- Prime软件简介 11

2.4.2 眼动仪简介 12

3、实验任务 15

3.1.实验界面的建立 15

3.2实验内容的确定 15

3.2.1功能 15

3.2.2表现方式 15

3.3实验评价标准 16

3.4实验影响因素 16

3.4.1图标大小 16

3.4.2界面布局 16

3.4.3 颜色的影响 16

3.5实验界面建立 16

3.5.1界面建立的工具选择 17

3.5.2图标元素在界面上的排布 18

4、实验设计 20

4.1 E-prime软件下行为实验分析 20

4.1.1实验图标的选取 20

4.1.2被试者选择 20

4.1.3实验过程 20

4.1.4实验程序 21

4.1.5行为实验数据分析 22

4.1.6结论 23

4.2眼动实验分析 23

4.2.1实验目的 23

4.2.2实验图标选取 23

4.2.3被试选择 24

4.2.4实验过程 24

4.2.5实验结果分析 24

4.2.6结论 28

5、总结和未来展望 29

5.1总结 29

5.2未来展望 29

基于行为实验和眼动追踪实验的图标语意研究

1、 绪论

1.1图标语意研究的背景与意义

1.1.1课题背景

随着电脑功能的越来越强大，人和人之间的交流，人和设备之间的交流也发生了翻天覆地的改变。随着人们需求的增加，软件的功能也变得越发全面，图标作为软件和用户之间重要的交互的媒介正渐渐取代文字在软件中的作用，用户可以通过理解图标来知晓软件的基本功能。

20世纪70年代，Xerox帕罗奥多研究中心公司为设备开发出图标。图标真正流行的时间为苹果电脑公司的Macintosh和微软的Windows流行后。现代图标随着计算机技术的快速发展被广泛应用。1984年图形图像操作系统由苹果电脑公司首创。很快这种简单有效的操作方式让许多人对图标有了新的认识。现在图形学、符号学的研究和图标设计已经成为一门新兴研究领域。图标设计学发展迅速的国家有美国、法国、日本、韩国等。一些国际知名公司，如三星、松下、索尼等都发现了图标设计背后的巨大隐藏价值，因此花费大量资金进行图标设计学的研究。

随着越来越多的人选择网上购物，网上卖家渴望找到一种最吸引用户的网站模式。然而让很多网站设计者感到困扰的是,用户可以很容易的离开一个网站。网站设计者面临的实质性的问题是缺乏对用户长时间的网站浏览的深层了解。用户在浏览网站时的认知过程对于网站设计者理解用户行为非常重要。视觉符号应用最为普遍，因为视觉符号能传递的信息范围大、形式多样，显示屏上的文字符号和图形符号都被视觉符号包括 ^[8]。虽然以前的研究已经在网站、网页认知复杂度和认知负荷之间提出一个隐含的联系，通常认知负荷只能在用户协调手头工作时被定义。然而，少许超前的网站复杂度研究把任务复杂度考虑了进去，这样得出的结论可能引起与上述的一些发现冲突。任务复杂度是一个人完成任务时必须处理任务相关信息数量的时间。需要处理的信息越多，任务复杂度越高。复杂的任务需要更多的认知负担，例如心理比较。 “认知负荷”，它为更好的理解网站复杂度和任务复杂度对用户态度和行为发挥了作用。近年来，用户界面设计的情感和认知方面受到越来越多的关注。眼动追踪技术被广泛的应用在人机交互领域，眼睛的运动可以反映视觉的搜索模式，这对揭示认知的处理机制非常重要。

运用眼动追踪技术来检查网页的设计有几个优势。第一，眼动跟踪删除主体性的自我报告数据。第二，眼动跟踪帮助我们追踪用户面对不同网页元素时用户的反应，可以显示哪些部分页面捕获参与者的大多数注意力。

认知负荷理论描述了工作记忆引起的局限性。认知负荷理论认为人的认知能力是非常有限的，他们可以同时处理有限的信息块。如果需要处理的信息超出了限制，那么人就会不堪重负。一般来说大多数现存的研究认为有三种类型的认知负荷：内在的负荷，外在的负荷和额外的负荷。内在的认知负荷与实质的内容联系，外在的认知负荷基于表现形式，额外的负荷涉及信息的优化整合。网站的复杂性涉及外部认知负荷，任务的复杂度涉及到内部认知负荷，内在的认知负荷不能被改变，因为它取决于材料或任务本身。额外的认知负荷是不需要的，可以通过重组的视觉显示和素材本身的设计消除。Lavie负载理论提出，有两种选择性机制需要注意，第一个是感性选择机制，当他或她是在感性负载高的情况下，这意味着个人可以忽略无关的干扰刺激。第二种机制是更积极机制，注意力控制需要拒绝无关甚至当这些被认为无关的干扰，（在低的感性负载的情况下）^[21]。

国内图标设计研究方面的最早的机构微软亚洲研究院在1998年11月在北京成立，研究方向主要是如何让用户更加高效、准确、自然的通过图标设计手段认知并使用图形图像的交互界面。目前国内图标设计方面的研究已经相对成熟。很多优秀的图标作品应用并取得了良好的用户反馈。但是图标设计发展过快，图标种类杂乱也暴露了图标设计方面的问题如：可识别性差，图标不能准确的表达相对应的操作，图标风格、色彩等图标设计的基本原则不统一。设计师没有深入调研或水平不过关，图标的设计的正确与否直观的影响到了用户的判读和理解，进而影响用户的操作效率。更有甚者，一些设计不当，语意表达不明确的图标甚至会误导用户。图标设计师在没有进行用户调查，缺乏实验论证的基础上设计出来的图标给用户带来极大的不便。近些年来，越来越多图标如雨后春笋般的出现，图标的样式不一，种类繁多。如此多的差异也说明了图标设计的问题。图标表达意思不准确，或完全不符，图标在其他类型的软件意义不同，图标设计没有统一的设计原则。

相关文献^{[17][18][19][20]}表明图标设计是一门复杂的学问，是受到许多不同的学科共同影响，集合了心理学、符号学、社会学等各个专业的知识。因此图标的设计方法应符合实际并结合各个学科的经验，不能凭借自己的主观意愿设计图标，否则图标就失去了意义。

1.1.2课题的研究目的及意义

人类与用户界面的人机交互过程极大地依赖视觉的参与，图标抽象符号既直观又形象，用户对图标的确认并不需记忆复杂的系统命令，从而大大降低记忆负荷，提高视觉目标搜索的效率^[12]。运用图标的目的是减少用户的记忆负担。在软件中存在大量的指令图标，用户在使用一款软件时需要从中快速的找出需要的图标。这时图标设计的是否正确、规范就会影响用户的操作效率。

实物与符号是两种图标表达方式，信息量以及人的认知方式表达出来都有所不同。在观察实物图标时，认知概念往往是从图标特征性外貌中得出来的。例如，从外貌形状可以大致判断出齿轮、剪刀、手电筒。这种形状信息用户容易直接理解感知，不需要在经过用户较复杂的长时间理解的过程，从而减少认知负荷，加快反映时间。

目前软件的研发重点更多的放在了功能上，注重功能是否易于达到，没有一项专门的研究是研究功能图标表达是否准确。从图标设计方面来讲，图标设计没有统一的设计原则，设计方法一般套用平面设计等设计方法，这也导致了图标准确性，实用性不足。用户在认知方面“看不懂”，“反应慢”等现象在图标实际使用过程中时有发生。语意表达不明确是这些认知问题产生的主要原因，设计师没有创意或不符合用户的思维模式，没有经过严格的用户调查研究。本文就图标语意表达准确性方面对软件中的实物图标和符号图标的实用性进行研究，实验的目的是给出图标设计标准化，规范化的图标设计方法，本文旨在为设计师在图标设计时提供依据，从而提高设计师的设计效率，增强软件整体的可操作性。

1.2课题研究方法

图标语意的研究涉及到了心理学、人机工程学、图形符号学等多门学科。图标设计复杂性也来源于此。本次论文将通过以下研究方法进行研究，行为实验研究方法：行为实验研究隶属于用户调研，用户调研是图标设计的不可或缺的一个环节。本文通过了解用户在软件界面的操作习惯。分析不同类型的图标对用户识别度的影响。并通过E-prime软件进行实验论证；眼动实验研究方法：通过对被试者眼睛进行追踪从而更加准确的得出被试者对不同类型图标的反应时间，注视时长等一系列数据从而论证论文观点。

1.3 研究工具

本文研究图标语意的表达主要研究方法为行为实验和眼动追踪实验。所以研究工具为心理学研究领域重要研究工具E-prime软件和眼动仪。E-prime能呈现的刺激可以是多种类型的素材，图像类和声音类、视频类等等。该软件提供了被试者在实验时的详细的实验信息（如呈现时间、反应时间的细节等），这些数据可为研究人员提供更多的分析依据，有助于研究人员分析实际实验运行中产生的各种问题。E-prime软件的作用主要面向心理学实验，该软件针对心理学实验优化了时间精度，同步了刺激呈现和屏幕刷新，刺激的呈现时间的精度可达毫秒^[3]。和传统编程语言相比，E-prime更加简单更加方便，能更加快速的生成实验结果。眼动仪在心理学基础研究上市一中重要研究仪器。眼动仪作用在于记录并处理人在处理视觉信息加工时的眼动的轨迹、特征视知觉等、广泛用于注意、阅读等领域的许多重要研究。眼动技术就是通过分析考察人的眼球运动规律来分析人的心理活动，通过分析眼动仪记录到的眼动数据来对眼动与人的心理活动的关系进行分析，眼动轨迹的各项指标被分析，记录用来从中提取诸如注视点、眼跳距离、注视时间和次数等数据从而研究人的内在认知过程^[2]。随着计算机技术的快速发展，眼动仪的研发方向越来越轻便化越来越高精化。这也大大的推动了眼动仪在心理学及相关学科的运用^[2]。

本文实验使用的眼动仪为Tobii X2-30 compact，这是一款轻便小巧的眼动仪，可以轻松的固定在电脑上，与电脑的连接只需一根数据线。功能强大，可以实现自由设计，可视化分析等功能。

2、图标设计综述

2.1 图标的定义

随着计算机技术的不断更新进步，软件的交互界面也发生了巨大变化。图形化界面代替文本界面使得软件界面具备更加优秀的可操作性与易读性，并且符合人因工程学的各种标。图标：呈现在屏幕或显示器上的设备用图形符号，图标可分静态图标、根据用户的输入改变的交互式图标和根据设备状态改变的动态图标^[10]。图标是一种具有明确指代含义的计算机图形，其中桌面图标是表示软件标识，界面中的图标是表示功能标识，它们的设计过程源自于生活中的各种图形和标识，图标是计算机应用图形化的重要方面。图标能帮助用户快速执行命令或者打开各种程序文件，点击图标以执行一个命令，图标也可以被用于在浏览器中快速展现浏览的内容，所有使用相同扩展名的文件相应的具有相同的图标^[1]。

2.2 图标的发展

1、1981年施乐8010星用户的GUI电脑

世界上第一个GUI（图形用户界面）的计算系统由施乐公司编写出来。系统的名字为Xerox8010星系统。如图2.1所示我们可以看到，计算器，文件，文件夹和回收站这些图标一直应用到现在也没有改变。

图 2.1 1981 年施乐 8010 星界面图标

2、1984年苹果Macintosh 1.0图标

苹果发布Macintosh 1.0时的理念就是“良好的图标相对于插图来说更接近路标，最好能够显示一个优化清晰、简单但是令人难忘的方式的想法。”这是当时苹果的商业理念。Macintosh系统图标非常成功，容易辨认，考虑了不同国家人的使用习惯。

图 2.2 1984年苹果Macintosh 1.0系统图标

3、1990年Windows3.0实现阴影效果

微软在windows1.0和windows2.0中图标的设计以失败告终，而在windows3.0中整套图标有了很大的改进，颜色上的选择使实用性得到了提高，并实现了阴影效果。

图 2.3 1990年Windows3.0

4、1995 年—Windows95加入开始按钮

Windows95可以说是微软历史上一次历史意义的改革。Windows95不同于以往，引入了许多沿用至今的代表性元素，如：开始按钮、菜单、任务栏 。widows95相对于以往的图标来说更加具有立体感。

图 2.4 1995 年—Windows95 加入开始按钮

5、2001 年—Windows XP图标

Windows XP系统图标在windows95的基础上色彩选用、透明度、光泽度，亮度上都有了显著进步。

图 2.5 2001 年—Windows XP图标

6、2007 年—Mac OS XLeopard 视觉效果

2007年Mac OS XLeopard更加注重图标的视觉效果，给人无限的想象力

图 2.6 2007—Mac OS XLeopard 虚实结合

2.3图标设计原则

图标的创造过程是非常复杂的， 图标设计不是静态的活动，而是由多学科、多层次知识的动态碰撞产生的^[7]。图标是用户和图形交互界面软件之间的一个载体，同时图标也是图形图像交互界面中的一个重要元素,因为图标比文字更急容易记忆,图标能够通过视觉将软件程序或文件具象化成一个容易记住的“图形”。然而不合理的图标设计往往会令用户不能理解,从而导致搜索效率降低或者误操作。因此，图标设计师必须要掌握一些图标设计原则,在设计图标的时候能够运用自如，使用户达到满意。提高用户操作效率的图标设计才是好的设计,这样的图标设计是人性化的一种体现。另外设计图标时隐喻的方式对于开拓设计思路、提升用户体验都有很大的帮助^[11]。

在设计图标之前，用户所理解的图标特点一定要全部考虑清楚。首先要知道不同的用户对图标认知特点是不同的,比如:大部分交互软件的用户一般来说都具有相同的思维方式，对软件认知相对比较好，善于思考并且整体感和知觉很强。这类的图标的设计在图形图像交互软件上可以做到非常的直观,具象一些；另外有一类电子计算机交互软件的用户,他们更加注重于逻辑、抽象的思维方式。那么在图标设计时，这一类的图标可以被设计的更加抽象一些。在设计图标的同时,设计师要考虑到用户的文化背景,这才能避免设计出与用户文化背景理念上起冲突的图标内容。在图标里的具有象征性的符号与普遍公认的符号也许会不完全相同,例如，不同的传统文化背景,不同的人文地理环境人们手势等表达的意思就会不相同。所以设计师在图标设计时还需要考虑图标设计的变化,过于抽象和复杂的图标不可取,设计师要选择尽量符合用户常规的表达习惯^[4]。

在软件开发中，图标非常重要，任何一个成功的、人性化的、深受用户喜爱的软件GUI（GUI graphical user interface（图形用户接口的简称），即屏幕产品的视觉体验和互动操作部分，是人机交互图形化用户界面设计^[15]。）的实现在很大程度上是靠图标来实现的^[14]。图标设计的目的是为了使图标能够被用户简单、快捷、准确地认识而不只是美观。图标设计形式美丽与否并不是主要的方面,图标能不能被用户简单、快捷、准确地认识才应该是设计师首要关心的问题。图标只有符合大多数用户的使用习惯、通用,才能帮助用户的提高操作效率。

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