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1.內(nèi)容提要 本書以復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)界面需求為導(dǎo)向,以均衡認(rèn)知負(fù)荷為研究目的,通過設(shè)計(jì)編碼手段及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了提高人機(jī)交互效率、降低人為失誤的設(shè)計(jì)方法和理論。為人機(jī)交互研究學(xué)者、界面設(shè)計(jì)人員以及廣大讀者提供了一種從用戶認(rèn)知能力出發(fā)進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)的新方法。 本書既可作為從事信息系統(tǒng)開發(fā)、人機(jī)交互信息設(shè)計(jì)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)等相關(guān)領(lǐng)域的研究者和設(shè)計(jì)者的業(yè)務(wù)參考用書,也可以作為信息科學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的專題教材。 2.前言 復(fù)雜信息系統(tǒng)環(huán)境中人機(jī)界面的信息容量巨大、結(jié)構(gòu)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜,容易造成界面信息編碼與人類認(rèn)知機(jī)理之間的不平衡。復(fù)雜信息系統(tǒng)中的超視距全局態(tài)勢(shì)顯示人機(jī)界面是系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。而擺脫了硬件表盤限制的設(shè)計(jì)師,可以通過以數(shù)字界面為基礎(chǔ)的多通道交互方式,為界面設(shè)計(jì)打開創(chuàng)意的大門。本書以復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)界面需求為導(dǎo)向,以均衡認(rèn)知負(fù)荷為研究目的,通過設(shè)計(jì)編碼手段及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了提高人機(jī)交互效率、降低人為失誤的設(shè)計(jì)方法和理論。 實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷的均衡需要注意的是:認(rèn)知負(fù)荷的過高或過低都會(huì)對(duì)人的信息加工能力造成負(fù)面的影響,降低操作者的反應(yīng)速度和正確性,乃至系統(tǒng)任務(wù)的效率。針對(duì)上述兩大方向的問題,本書在分析國(guó)內(nèi)外人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷問題及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,運(yùn)用理論研究、實(shí)驗(yàn)觀察、原型開發(fā)和實(shí)例驗(yàn)證相結(jié)合的方法,圍繞均衡認(rèn)知負(fù)荷的理論基礎(chǔ)、方法和優(yōu)化策略展開研究。首先,通過研究人機(jī)界面信息編碼的設(shè)計(jì)信息編碼和大腦信息解碼兩階段過程,找到大腦信息解碼與認(rèn)知負(fù)荷的關(guān)系;綜合人機(jī)界面中認(rèn)知負(fù)荷的來源、分類、資源消耗和層次結(jié)構(gòu),構(gòu)建認(rèn)知負(fù)荷與設(shè)計(jì)元素的關(guān)聯(lián);以工作記憶為突破口,最終提出均衡認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)及關(guān)系框架,為論文后述的方法研究提供了理論依據(jù)。其次,根據(jù)均衡認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)及關(guān)系框架模型,從工作記憶容量、客體工作記憶和空間工作記憶能力三部分內(nèi)容出發(fā),尋找均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼規(guī)律。一方面,基于復(fù)雜信息系統(tǒng)的任務(wù)特征及視覺認(rèn)知特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)獲取不同時(shí)間壓力的水平等級(jí);結(jié)果應(yīng)用于認(rèn)知容量實(shí)驗(yàn),獲得不同時(shí)間壓力下的顏色、形狀編碼閾值,建立不同時(shí)間壓力下的信息編碼原則。另一方面,針對(duì)覺察和分辨負(fù)荷,對(duì)于顏色和形狀編碼,利用時(shí)間相關(guān)性原理、注意捕獲理論和辨別任務(wù)實(shí)驗(yàn),建立視覺感知層次性的客體信息編碼原則;針對(duì)理解、獲取和預(yù)測(cè)負(fù)荷,對(duì)于布局和可視化結(jié)構(gòu)編碼,利用時(shí)空接近性原理、空間構(gòu)型原則和背景線索效應(yīng)的視覺搜索眼動(dòng)實(shí)驗(yàn),建立視覺感知次序性的空間信息編碼原則。最后,綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以活動(dòng)為中心的設(shè)計(jì)、感知層次和感知次序編碼理論方法,構(gòu)建人機(jī)界面的信息編碼層次結(jié)構(gòu)、均衡認(rèn)知負(fù)荷的編碼原則和方法;從提高認(rèn)知能力和績(jī)效方面考慮,應(yīng)用顏色感知分層原則進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)原型開發(fā);根據(jù)提出的信息編碼結(jié)構(gòu)、流程、原則和方法,進(jìn)行專題界面的設(shè)計(jì)和認(rèn)知負(fù)荷評(píng)估實(shí)驗(yàn),通過眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本書提出的信息編碼方法和框架的有效性和可行性。 本書從降低認(rèn)知負(fù)荷過載所帶來的事故風(fēng)險(xiǎn)和減少認(rèn)知負(fù)荷過低所導(dǎo)致的人因失誤兩個(gè)方面,提出了均衡認(rèn)知負(fù)荷水平的設(shè)計(jì)元素的選取和編碼的定量和定性的原則,為復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互領(lǐng)域解決認(rèn)知負(fù)荷問題提供了信息編碼方法和實(shí)驗(yàn)方法,為認(rèn)知負(fù)荷失衡的人機(jī)界面問題提供了有效的研究思路和方向。從設(shè)計(jì)角度為提升我國(guó)復(fù)雜信息系統(tǒng)多維數(shù)字化人機(jī)交互環(huán)境下的人員認(rèn)知能力和決策判斷的可靠性做出了積極的貢獻(xiàn)。 感謝薛澄岐老師、王海燕老師、徐江老師在我學(xué)習(xí)、課題研究及論文寫作過程中,給予的關(guān)心、指導(dǎo)與鼓勵(lì)。謹(jǐn)向各位恩師致以最誠(chéng)摯的感謝和最崇高的敬意,感謝各位恩師在學(xué)習(xí)上誨人不倦的教導(dǎo)與鼓勵(lì),在生活上無微不至的關(guān)懷與照顧。感謝實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)畢業(yè)的各位學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐,同級(jí)的陳默、吳曉莉、牛亞峰、沈張帆、邵將,以及學(xué)弟學(xué)妹們給予我學(xué)習(xí)與生活中的支持與幫助。 著者2018年3月 3.目錄 1緒論(1) 1.1研究背景及意義(1) 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(4) 1.3課題研究?jī)?nèi)容(10) 1.4本書撰寫安排(12) 1.5本書結(jié)構(gòu)(13) 本章小結(jié)(14) 2基于認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼機(jī)理分析(15) 2.1信息編碼研究(15) 2.1.1信息編碼過程(15) 2.1.2設(shè)計(jì)信息編碼(16) 2.1.3大腦信息解碼(18) 2.2認(rèn)知負(fù)荷的產(chǎn)生原因及原理(22) 2.2.1概念的提出(22) 2.2.2認(rèn)知負(fù)荷的影響因素(23) 2.2.3認(rèn)知負(fù)荷的分類及特性(24) 2.3人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)(25) 2.3.1注意和記憶與認(rèn)知負(fù)荷的關(guān)系(25) 2.3.2基于認(rèn)知階段資源消耗的認(rèn)知負(fù)荷(26) 2.3.3人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷的層次結(jié)構(gòu)(27) 2.3.4人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷與設(shè)計(jì)元素的關(guān)系(28) 2.4現(xiàn)有控制認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼手段(32) 2.4.1信源編碼(33) 2.4.2設(shè)計(jì)層信道編碼(33) 2.4.3顯示層信道編碼(33) 2.4.4大腦層信道編碼(33) 2.4.5信宿編碼(34) 2.5認(rèn)知負(fù)荷的均衡策略(34) 2.5.1人機(jī)界面認(rèn)知負(fù)荷失衡問題(34) 2.5.2認(rèn)知負(fù)荷的均衡基礎(chǔ)和原理(37) 2.5.3均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼方法(38) 2.5.4均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼總體架構(gòu)(42) 本章小結(jié)(44) 3基于時(shí)間壓力的信息編碼研究(45) 3.1概述(45) 3.2時(shí)間壓力(47) 3.2.1時(shí)間壓力的影響(47) 3.2.2時(shí)間壓力的水平(47) 3.3時(shí)間壓力的獲取(48) 3.3.1傳統(tǒng)的時(shí)間壓力獲取方法(48) 3.3.2生理技術(shù)獲取方法(48) 3.3.3獲取時(shí)間壓力水平的實(shí)驗(yàn)研究(49) 3.4均衡時(shí)間壓力的認(rèn)知容量實(shí)驗(yàn)(51) 3.4.1視覺認(rèn)知容量的研究現(xiàn)狀(51) 3.4.2實(shí)驗(yàn)方法(51) 3.4.3實(shí)驗(yàn)材料(52) 3.4.4實(shí)驗(yàn)程序(53) 3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析(54) 3.5.1視覺認(rèn)知績(jī)效和反應(yīng)時(shí)分(54) 3.5.2視覺認(rèn)知容量分析(55) 3.5.3編碼方式與視覺認(rèn)知容量/速度之間的關(guān)系(56) 3.5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證分析(57) 3.5.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論(58) 本章小結(jié)(58) 4基于感知分層的信息編碼研究(59) 4.1概述(59) 4.2感知分層方法的理論基礎(chǔ)(59) 4.2.1時(shí)間相關(guān)性原理(59) 4.2.2注意捕獲理論(60) 4.2.3辨別任務(wù)范式(61) 4.3信息編碼與視覺感知分層(61) 4.3.1顏色編碼與視覺感知分層(61) 4.3.2形狀編碼與視覺感知分層(63) 4.4顏色編碼的層次性感知實(shí)驗(yàn)(64) 4.4.1實(shí)驗(yàn)方法(64) 4.4.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(65) 4.4.3實(shí)驗(yàn)程序(65) 4.4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析(67) 4.4.5驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(71) 4.4.6實(shí)驗(yàn)結(jié)論(72) 4.5形狀編碼的注意捕獲實(shí)驗(yàn)(73) 4.5.1實(shí)驗(yàn)方法(73) 4.5.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(73) 4.5.3實(shí)驗(yàn)程序(76) 4.5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析(77) 4.5.5實(shí)驗(yàn)討論(86) 4.5.6實(shí)驗(yàn)結(jié)論(88) 本章小結(jié)(89) 5基于感知次序的信息編碼研究(90) 5.1概述(90) 5.2感知次序方法的理論基礎(chǔ)(91) 5.2.1時(shí)空接近性原理(91) 5.2.2空間構(gòu)型原則(91) 5.2.3背景線索效應(yīng)的視覺搜索范式(92) 5.3信息編碼與視覺感知次序(93) 5.3.1布局編碼與視覺感知次序(93) 5.3.2可視化結(jié)構(gòu)編碼與感知次序(94) 5.4布局編碼的感知實(shí)驗(yàn)(96) 5.4.1實(shí)驗(yàn)方法(96) 5.4.2實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)(97) 5.4.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(97) 5.4.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析(100) 5.4.5實(shí)驗(yàn)討論和結(jié)論(110) 5.5可視化結(jié)構(gòu)編碼的感知實(shí)驗(yàn)(115) 5.5.1實(shí)驗(yàn)方法(115) 5.5.2實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)(116) 5.5.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(117) 5.5.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析(118) 5.5.5實(shí)驗(yàn)討論和結(jié)論(127) 本章小結(jié)(129) 6均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼方法(130) 6.1均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼層次結(jié)構(gòu)(130) 6.2均衡認(rèn)知負(fù)荷的信息編碼原則(131) 6.2.1信息過濾原則(132) 6.2.2信息凸顯原則(132) 6.2.3構(gòu)建視覺感知的結(jié)構(gòu)化和層次化(133) 6.2.4構(gòu)建視覺感知的次序化和整體化(134) 6.3視覺感知分層編碼方法(135) 6.3.1方法原理(135) 6.3.2層次性認(rèn)知和層次化意義(136) 6.4視覺感知次序編碼方法(137) 6.4.1方法原理(137) 6.4.2一致性認(rèn)知和次序化意義(138) 6.5基于感知分層的人機(jī)界面顏色輔助設(shè)計(jì)原型開發(fā)(139) 6.5.1色彩的感知分層(140) 6.5.2系統(tǒng)功能分析(140) 6.5.3系統(tǒng)應(yīng)用分析(141) 6.5.4程序技術(shù)平臺(tái)(142) 6.5.5原型系統(tǒng)的操作步驟(145) 本章小結(jié)(150) 7專題界面設(shè)計(jì)與眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)分析(152) 7.1概述(152) 7.2專題界面設(shè)計(jì)(152) 7.2.1概念層次特征及任務(wù)流程(152) 7.2.2信息層的信息架構(gòu)模式(154) 7.2.3信息層到視覺層的映射(156) 7.2.4視覺層導(dǎo)航結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(158) 7.2.5界面設(shè)計(jì)方案(160) 7.3專題界面眼動(dòng)評(píng)估實(shí)驗(yàn)(162) 7.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境(162) 7.3.2實(shí)驗(yàn)材料及被試(162) 7.3.3實(shí)驗(yàn)任務(wù)(163) 7.3.4實(shí)驗(yàn)程序(164) 7.3.5實(shí)驗(yàn)1數(shù)據(jù)處理和分析(165) 7.3.6實(shí)驗(yàn)2數(shù)據(jù)處理和分析(169) 7.3.7實(shí)驗(yàn)結(jié)論(172) 本章小結(jié)(174) 8總結(jié)和展望(175) 8.1總結(jié)(175) 8.2后續(xù)工作展望(177) 附錄A華東四省一市汽車4S店GIS軟件監(jiān)控系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)方案(178) 附錄B實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(188) 附錄CAesthete人機(jī)界面顏色輔助設(shè)計(jì)軟件說明書(204) 參考文獻(xiàn)(206) |
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