視覺顯示技術(shù)的新視角：交互顯示

葛列眾 孫夢(mèng)丹 王琦君

(浙江理工大學(xué)心理系, 杭州 310018)

1 引言

隨著科技水平的不斷提高, 人機(jī)系統(tǒng)功能日益復(fù)雜, 呈現(xiàn)給用戶的信息也越來越多, 其中視覺信息占絕大多數(shù), 因此, 解決視覺信息的有效呈現(xiàn)是目前工程心理學(xué)研究的核心問題。

為了解決人機(jī)界面視覺信息的有效呈現(xiàn)問題,以往的研究者提出了突顯技術(shù)(Wickens, Ambinder,Alexander, ＆amp; Martens, 2004; McDougald ＆amp; Wogalter,2013)、有效布局呈現(xiàn)技術(shù)(Altaboli ＆amp; Lin, 2012)、焦點(diǎn)背景技術(shù)(Utting ＆amp; Yankelovich, 1989; 葛列眾,魏歡, 鄭燕, 2012)、可視化技術(shù)(Fabrikant, Montello,＆amp; Mark, 2010)等。這些視覺信息顯示的技術(shù)可以在一定程度上提高作業(yè)績效。但是這些技術(shù)大都是一種靜態(tài)的信息顯示方式, 即界面的顯示方式?jīng)Q定于界面初始的設(shè)計(jì), 不會(huì)根據(jù)用戶實(shí)際的個(gè)體差異和交互特性進(jìn)行相應(yīng)的即時(shí)性變化以滿足用戶的操作需要, 也無法滿足操作者對(duì)復(fù)雜顯示信息進(jìn)行高效操作的要求。針對(duì)這些問題, 近年來人機(jī)界面的研究開始考察了一種新的信息顯示方式, 即顯示界面能根據(jù)用戶的即時(shí)輸入或者用戶的操作規(guī)律和特點(diǎn)改變初始設(shè)置的顯示內(nèi)容或方式, 從而滿足操作者對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行高效操作的要求。本綜述將這種在人機(jī)交互過程中, 界面能夠改變顯示內(nèi)容或者顯示方式的信息顯示技術(shù)統(tǒng)稱之為“交互顯示” (interactive display)。

交互顯示不同于傳統(tǒng)的顯示方式, 是一種以“人”為中心的新的顯示技術(shù), 研究交互顯示的特點(diǎn)和規(guī)律, 不僅能讓我們更加了解顯示方式如何影響用戶對(duì)視覺信息的感知和認(rèn)知加工能力, 也可以為未來視覺顯示界面的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。

在這篇綜述中, 我們將主要介紹近年來交互顯示方面的一些相關(guān)研究, 分析交互顯示的主要特點(diǎn), 同時(shí)期望能夠幫助相關(guān)領(lǐng)域的研究者了解交互顯示方面的研究, 并最終起到推動(dòng)這方面研究的作用。

2 交互顯示相關(guān)研究

根據(jù)界面的顯示變化由用戶當(dāng)前的簡單操作直接決定或是由系統(tǒng)基于用戶多次操作的規(guī)律特點(diǎn)得出的算法判斷后決定, 我們將交互顯示技術(shù)分為簡單交互顯示技術(shù)和智能交互顯示技術(shù)兩個(gè)大類。在人機(jī)交互過程中, 這兩種技術(shù)都可以改變界面初始設(shè)置的顯示內(nèi)容和顯示方式以滿足用戶高效操作的要求, 但是對(duì)于簡單交互顯示技術(shù)來說, 這種改變是由用戶當(dāng)前的簡單輸入操作決定的, 比如, 當(dāng)用戶用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特定視覺目標(biāo)時(shí),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件即認(rèn)為用戶當(dāng)前選擇了該目標(biāo),因而擴(kuò)大該視覺目標(biāo)的顯示區(qū)域, 而智能交互顯示技術(shù)對(duì)界面的改變是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)置的特定算法決定的。這種算法是根據(jù)用戶以往多次操作的規(guī)律和特點(diǎn)建立起來的, 例如, 當(dāng)用戶使用鼠標(biāo)選擇某一視覺目標(biāo)時(shí), 隨著光標(biāo)與視覺目標(biāo)的距離逐漸縮小, 光標(biāo)的移動(dòng)速度和加速度就會(huì)由大到小變化。根據(jù)這個(gè)規(guī)律, 研究者可以歸納出用戶選擇視覺目標(biāo)時(shí)光標(biāo)移動(dòng)的規(guī)律, 并建立算法。使用智能交互技術(shù)時(shí), 當(dāng)用戶使用鼠標(biāo)靠近特定視覺目標(biāo)時(shí), 已有的算法就會(huì)根據(jù)光標(biāo)的移動(dòng)方向、移動(dòng)速度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判定用戶選擇了哪個(gè)特定目標(biāo), 并通過特定的視覺顯示技術(shù)(如擴(kuò)大視覺目標(biāo)對(duì)象的顯示區(qū)域)來適應(yīng)用戶的操作。

2.1 簡單交互顯示技術(shù)研究

簡單交互顯示技術(shù)最典型的代表是Furnas于1981年首次提出的魚眼技術(shù)(Furnas, 1981)。通常,魚眼技術(shù)是一種能同時(shí)呈現(xiàn)焦點(diǎn)(focus)區(qū)域和背景(context)區(qū)域的顯示技術(shù)。在該視圖下, 焦點(diǎn)區(qū)域的信息更加詳細(xì), 顯示尺寸更大, 而背景區(qū)域的信息則被壓縮顯示。系統(tǒng)可根據(jù)用戶的光標(biāo)當(dāng)前位置或點(diǎn)擊操作切換焦點(diǎn)和背景區(qū)域, 以滿足用戶變化的需求。

自Furnas之后, 關(guān)于魚眼技術(shù)的研究主要集中在閱讀和菜單領(lǐng)域中。Hornb?k和Fr?kj?r (2003)比較了用戶在線性、魚眼和整體細(xì)節(jié)(overview+detail)這三種顯示界面下的閱讀績效。線性界面中,文章的文字尺寸不管其重要性都保持同樣的大小。在魚眼界面下, 文章中重要部分(如段首、小節(jié)標(biāo)題)的文字尺寸與線性界面中相同, 且始終保持不變, 而其他部分的文字在一開始被縮小至用戶無法閱讀的尺寸, 但用戶可在閱讀過程中根據(jù)自己的需求改變其大小(當(dāng)用戶點(diǎn)擊文檔的某一部分時(shí), 該部分內(nèi)容的顯示尺寸變大; 再次點(diǎn)擊則縮小至初始水平); 整體細(xì)節(jié)界面結(jié)合了線性界面和魚眼界面的特點(diǎn), 它分為整體和細(xì)節(jié)兩個(gè)窗口, 細(xì)節(jié)窗口的顯示內(nèi)容和方式與線性界面一致,而整體窗口用來顯示縮小版的文章。用戶在細(xì)節(jié)窗口閱讀文章的同時(shí), 整體窗口會(huì)出現(xiàn)一個(gè)矩形框, 標(biāo)注用戶當(dāng)前閱讀的內(nèi)容在整個(gè)文檔中所處的位置。在閱讀過程中, 用戶一旦在整體窗口中用鼠標(biāo)移動(dòng)矩形框確定具體的閱讀內(nèi)容后, 細(xì)節(jié)窗口就會(huì)把該內(nèi)容顯示出來。研究者們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn), 相比于其他兩種界面, 被試在魚眼界面下的閱讀速度快了大約 16%, 但是在閱讀之后答對(duì)的問題數(shù)量更少。整體細(xì)節(jié)界面在偏好性和滿意度評(píng)價(jià)中均顯著優(yōu)于另兩種界面。

與 Hornb?k 和 Fr?kj?r (2003)的研究不同,Baudisch, Lee和Hanna (2004)將魚眼技術(shù)和整體細(xì)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)頁的瀏覽, 并采用特定任務(wù)來比較線性網(wǎng)頁、魚眼網(wǎng)頁和整體細(xì)節(jié)網(wǎng)頁的可用性。三種界面的顯示方式與 Hornb?k和 Fr?kj?r(2003)研究中的設(shè)置基本一致, 不同的是在魚眼網(wǎng)頁中, 內(nèi)容顯示尺寸根據(jù)光標(biāo)的移動(dòng)而即時(shí)改變, 而不要求用戶進(jìn)行點(diǎn)擊操作。研究者發(fā)現(xiàn), 被試在不同界面下完成任務(wù)的時(shí)間受到任務(wù)要求的影響, 但綜合來說, 相較于使用另兩種網(wǎng)頁, 被試在魚眼網(wǎng)頁下完成任務(wù)更快; 而在錯(cuò)誤率指標(biāo)上, 被試在整體細(xì)節(jié)界面下的錯(cuò)誤率最低, 而魚眼界面的錯(cuò)誤率最高。在偏好性評(píng)價(jià)中, 大多數(shù)被試偏好于整體細(xì)節(jié)界面。

Hornb?k和 Fr?kj?r (2003)的研究以及 Baudisch等(2004)的研究都表明, 魚眼界面能提高被試的任務(wù)操作速度, 而整體細(xì)節(jié)界面更有利于被試進(jìn)行深度加工。但有趣的是, 在主觀報(bào)告中, 被試對(duì)于魚眼網(wǎng)頁的偏好性趨于兩極化。有被試認(rèn)為,魚眼能使整個(gè)網(wǎng)頁都顯示在同一視野中, 有助于對(duì)其的整體加工; 但也有被試表示, 當(dāng)滑動(dòng)鼠標(biāo)來改變焦點(diǎn)區(qū)域時(shí)很容易找不到當(dāng)前正在閱讀的位置。也有研究證實(shí)了這種魚眼視圖存在焦點(diǎn)定位問題, 即當(dāng)用戶在重新定位焦點(diǎn)區(qū)域時(shí), 其光標(biāo)經(jīng)過區(qū)域的顯示內(nèi)容的大小不斷改變會(huì)導(dǎo)致用戶錯(cuò)過目標(biāo)位置, 并為解決該問題改進(jìn)了魚眼技術(shù)的算法(Song, Fu, Zhang, ＆amp; Zhang, 2013)。

魚眼技術(shù)除了在閱讀相關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,也有一些研究集中考察了魚眼菜單的有效性。2000年, Bederson制作了魚眼菜單(Bederson, 2000)。在該菜單中, 焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的菜單項(xiàng)目以較大尺寸顯示, 而越遠(yuǎn)離焦點(diǎn)區(qū)域的菜單項(xiàng)目, 尺寸越小。用戶可上下移動(dòng)光標(biāo)位置來改變菜單項(xiàng)目的顯示大小。研究結(jié)果表明, 被試對(duì)于魚眼菜單的滿意度受到任務(wù)類型的影響。在目標(biāo)定位任務(wù)中, 層級(jí)菜單的滿意度略優(yōu)于魚眼菜單; 而在瀏覽任務(wù)中,魚眼菜單是最受被試喜歡的。2007年, Hornb?k和 Hertzum還利用眼動(dòng)儀, 比較了被試在使用魚眼菜單和傳統(tǒng)的線性菜單時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)(Hornb?k＆amp; Hertzum, 2007)。結(jié)果表明, 相比于魚眼菜單,被試在線性菜單下的注視時(shí)間更短, 掃描路徑也更短。這一結(jié)果說明, 線性菜單的操作對(duì)被試的視覺搜索的要求更低。這些國外研究者從用戶滿意度和眼動(dòng)指標(biāo)對(duì)魚眼菜單進(jìn)行了研究, 結(jié)果說明了魚眼菜單具有一定的優(yōu)越性。國內(nèi)的研究者也對(duì)魚眼菜單做了研究。張麗霞, 梁華坤, 傅熠,宋鴻陟(2011)的研究將 Bederson的魚眼菜單進(jìn)行了簡化和修改, 并且探究了在確定性任務(wù)和瀏覽型任務(wù)條件下, 魚眼、線性和層級(jí)等不同菜單結(jié)構(gòu)對(duì)被試目標(biāo)選擇操作時(shí)間的影響。在確定型任務(wù)下, 被試需要找到某個(gè)特定的菜單項(xiàng), 而瀏覽型任務(wù)是讓被試在某個(gè)范圍內(nèi)自由選擇, 如“請(qǐng)?jiān)阢y行類網(wǎng)站中選擇一個(gè)你喜歡或熟悉的網(wǎng)站”。結(jié)果表明, 用戶操作魚眼菜單的正確率總體較差,操作層級(jí)菜單的任務(wù)用時(shí)少于另兩種菜單結(jié)構(gòu);另外, 用戶操作魚眼菜單瀏覽型任務(wù)中的完成時(shí)間也少于確定型任務(wù)。研究者指出, 魚眼菜單存在著定位困難問題。宋鴻陟、李安、傅熠和張麗霞(2011)的研究也提出了同樣的問題。針對(duì)該問題,張麗霞等人(2011)對(duì)魚眼菜單做出了改進(jìn), 提出“粘滯式魚眼菜單”的設(shè)計(jì)。在粘滯式菜單下, 程序會(huì)在用戶選擇目標(biāo)菜單項(xiàng)的時(shí)候自動(dòng)進(jìn)入焦點(diǎn)鎖定模式, 從而幫助用戶進(jìn)行目標(biāo)定位和選擇。

除了菜單和閱讀方面的應(yīng)用外, 魚眼技術(shù)還有一些其它的應(yīng)用, 例如, 1993年 Robertson和Mackinlay提出了基于魚眼技術(shù)的三維顯示技術(shù)——文檔鏡頭(document lens)技術(shù)(Robertson ＆amp;Mackinlay, 1993)。使用該技術(shù), 用戶可以通過鼠標(biāo)來控制矩形鏡頭在X軸和Y軸上的運(yùn)動(dòng), 通過鍵盤控制鏡頭在Z軸上的運(yùn)動(dòng)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的顯示界面就像是被截去了頂端的金字塔, 焦點(diǎn)區(qū)域(矩形鏡頭內(nèi)部)的文字被放大, 背景區(qū)域的文字被適量地壓縮, 但整個(gè)文檔在界面中都是可見的。相比于二維平面的交互顯示技術(shù), 文檔鏡頭技術(shù)能更大程度地實(shí)現(xiàn)在單個(gè)界面中呈現(xiàn)大量文本,同時(shí)又保證了不丟失焦點(diǎn)和背景信息。到了 2011年, Jo, Hwang, Park和Ryu還提出了一種基于魚眼技術(shù)的可用于三維顯示的周邊地圖(Aroundplot)技術(shù)(Jo, Hwang, Park, ＆amp; Ryu, 2011)。使用該技術(shù), 圖片上背景信息的顯示尺寸可以隨著用戶視圖的移動(dòng)自動(dòng)放大。但是, 研究者對(duì)這些基于魚眼技術(shù)的三維顯示技術(shù)沒有進(jìn)行相關(guān)的實(shí)證性研究來考察其可用性, 因此其特點(diǎn)和規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。

上述的研究均在 PC端顯示界面中展開并以鼠標(biāo)和鍵盤為輸入方式, 除此之外, 魚眼技術(shù)也被應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備, 如掌上電腦和手機(jī)。由于移動(dòng)電子設(shè)備的屏幕空間有限, 魚眼技術(shù)具有更大的發(fā)揮空間, 以實(shí)現(xiàn)信息的有效呈現(xiàn)。Bederson,Clamage, Czerwinski和Robertson (2004) 在基于觸筆的掌上電腦中, 將魚眼鏡頭與移動(dòng)終端的日歷應(yīng)用程序結(jié)合, 提出了日歷鏡頭(DateLens)交互技術(shù)(圖1)。在初始狀態(tài), 該日歷應(yīng)用顯示較長一段時(shí)間內(nèi)(如, 一個(gè)月)用戶的日程概況, 每天具有相等大小的顯示區(qū)域(矩形) (見圖1(a))。當(dāng)用戶想要詳細(xì)查看某一天的日程安排, 則使用觸筆點(diǎn)擊該天所在區(qū)域, 該區(qū)域面積擴(kuò)大, 以列表方式詳細(xì)顯示該天的活動(dòng), 而其他區(qū)域則被壓縮(見圖1(b))。研究者將日歷鏡頭和微軟掌上電腦 2002的日歷進(jìn)行可用性比較, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在復(fù)雜任務(wù)下, 日歷鏡頭表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)(任務(wù)完成時(shí)間更短)。

日歷鏡頭技術(shù)不僅能改變顯示尺寸, 而且在交互過程中改變了顯示內(nèi)容, 因此相比于一般的魚眼技術(shù), 其智能性有了一定的提高。Ohnishi,Arase, Hara, Uemukai和Nishio (2009)也提出了一種基于手機(jī)姿態(tài)輸入的交互顯示技術(shù)：相鄰預(yù)覽功能(Adjacent-preview Function) (圖2)。該功能根據(jù)用戶的姿態(tài)輸入實(shí)時(shí)改變顯示內(nèi)容。如圖2所示, 手機(jī)屏幕當(dāng)前顯示的內(nèi)容為 A0, 若用戶向左轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī), 屏幕的顯示內(nèi)容則會(huì)由A0變化為A2;若用戶向右轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī), 屏幕的顯示內(nèi)容則會(huì)由A0變化為A4。雖然研究者并未發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)該功能的偏好性, 但由于其自然交互的特點(diǎn), 該功能具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

綜上所述, 魚眼技術(shù)主要應(yīng)用于閱讀和菜單界面的改善。另外, 基于魚眼技術(shù)的三維顯示的文檔鏡頭和周邊地圖技術(shù)雖然已有應(yīng)用, 但是缺乏實(shí)證的研究。目前的人機(jī)界面的研究, 證明了這些簡單交互顯示技術(shù)在一定程度上能夠較好地改善用戶界面操作的體驗(yàn)(如, Bederson等人(2004)的研究), 但是也有研究表明, 簡單交互顯示方式并沒有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的顯示方式(如, 在張麗霞等人(2011)的研究), 因此有必要在控制實(shí)驗(yàn)變量的基礎(chǔ)上, 對(duì)簡單交互顯示方式的操作績效和特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

圖1 日歷鏡頭 a. 初始界面; b. 觸筆點(diǎn)擊某一日期后的顯示界面

圖2 相鄰預(yù)覽功能：顯示內(nèi)容隨手機(jī)姿態(tài)的變化而改變

2.2 智能交互顯示技術(shù)的研究

相比簡單的交互顯示技術(shù), 智能交互顯示技術(shù)更為復(fù)雜和智能。這種技術(shù)要求系統(tǒng)基于以往的用戶操作行為的特點(diǎn)和規(guī)律構(gòu)建相應(yīng)的算法,并在具體的人機(jī)交互過程中, 根據(jù)算法對(duì)用戶的操作行為判斷, 然后改變顯示界面的初始內(nèi)容或形式, 以適應(yīng)用戶的當(dāng)前操作。

智能交互技術(shù)典型的例子包括速率耦合平滑(speed-coupled flattening)技術(shù)(Gutwin, 2002), 目標(biāo)氣泡(bubble targets)技術(shù)(Cockburn ＆amp; Firth, 2004)、威力鏡頭(Power-Lens)技術(shù)(Rooney ＆amp; Ruddle, 2012)以及自適應(yīng)顯示技術(shù)(M?ntyj?rvi ＆amp; Sepp?nen, 2002;鄭璐, 2011; 陳肖雅, 2012)。

速率耦合平滑技術(shù)是2002年Gutwin基于魚眼技術(shù)提出的一種用來解決魚眼設(shè)計(jì)中目標(biāo)定位困難問題的顯示技術(shù)(Gutwin, 2002)。該技術(shù)可以根據(jù)用戶移動(dòng)光標(biāo)的速度和加速度動(dòng)態(tài)地減小焦點(diǎn)和背景區(qū)域的顯示尺寸的比值。當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)的速度和加速度較大時(shí), 系統(tǒng)算法判斷用戶的操作處于目標(biāo)定位的早期階段, 因而焦點(diǎn)區(qū)域和背景區(qū)域顯示尺寸的比值較小; 當(dāng)光標(biāo)速度小于某一閾限值時(shí)(或是光標(biāo)停止時(shí)), 系統(tǒng)算法判斷用戶的操作已接近完成或者已經(jīng)完成目標(biāo)定位, 焦點(diǎn)區(qū)域和背景區(qū)域顯示尺寸的比值逐步擴(kuò)大(或者達(dá)到最大)。研究者比較了傳統(tǒng)的魚眼技術(shù)和速率耦合平滑技術(shù)在指點(diǎn)操作的績效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,速率耦合平滑技術(shù)能顯著地減少鼠標(biāo)定位時(shí)間和定位錯(cuò)誤率。Appert, Chapuis和Pietriga (2010)的研究也證明了速率耦合平滑技術(shù)的有效性。

2002年, McGuffin和Balakrishnan探究了一種可應(yīng)用于目標(biāo)選擇任務(wù)(target selection task)中的目標(biāo)放大技術(shù)(McGuffin ＆amp; Balakrishnan, 2002)。使用該技術(shù)時(shí), 當(dāng)光標(biāo)接近目標(biāo)時(shí), 該目標(biāo)的面積會(huì)自動(dòng)增大來促進(jìn)用戶的選擇該目標(biāo)的績效。但是該技術(shù)存在一個(gè)較大的問題, 它只針對(duì)了單個(gè)目標(biāo)的選擇情況, 而在實(shí)際應(yīng)用中, 顯示界面往往存在多個(gè)目標(biāo)。因此如何確立判斷用戶行為的算法, 使該交互顯示技術(shù)在更真實(shí)的界面中發(fā)揮效果是一個(gè)值得探討的問題。2004年, Cockburn和Firth對(duì)McGuffin等人的放大技術(shù)做了改進(jìn), 提出了目標(biāo)氣泡顯示技術(shù)(Cockburn ＆amp; Firth, 2004)。與放大交互顯示技術(shù)不同的是, 當(dāng)光標(biāo)靠近視覺目標(biāo)時(shí), 視覺目標(biāo)本身的顯示尺寸不變, 但是該視覺目標(biāo)的實(shí)際有效點(diǎn)擊區(qū)域會(huì)發(fā)生變化(呈氣泡狀)。只要操作者的光標(biāo)落在該有效點(diǎn)擊區(qū)并進(jìn)行點(diǎn)擊操作, 目標(biāo)都會(huì)被激活。當(dāng)光標(biāo)接近視覺目標(biāo)時(shí), 何時(shí)增大有效點(diǎn)擊區(qū)是由計(jì)算機(jī)算法控制的。在不同任務(wù)的條件下, 研究者對(duì)目標(biāo)氣泡技術(shù)下被試的操作績效進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示, 目標(biāo)氣泡技術(shù)下被試的操作績效優(yōu)于傳統(tǒng)方法, 而且被試對(duì)該技術(shù)的滿意度評(píng)價(jià)很高。2005年, Parker, Mandryk, Nunes和Inkpen也探究了目標(biāo)放大技術(shù)對(duì)用戶目標(biāo)選擇績效的影響, 但研究者采用了一種不同于鼠標(biāo)的新型輸入設(shè)備, 即牽引光束裝置(TractorBeam) (Parker, Mandryk, Nunes,＆amp; Inkpen, 2005)。牽引光束是一種基于激光觸筆的新型輸入技術(shù), 當(dāng)觸筆指向屏幕某處時(shí), 屏幕出現(xiàn)相應(yīng)的光標(biāo), 用戶移動(dòng)觸筆直至光標(biāo)覆蓋位置,然后點(diǎn)擊觸筆上的按鈕確認(rèn)。在該研究的目標(biāo)放大技術(shù)中, 當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)了與目標(biāo)的原始距離的90%時(shí), 目標(biāo)開始放大, 直至用戶選中目標(biāo); 移出該區(qū)域時(shí)則縮小至原來的尺寸。研究結(jié)果顯示,用戶在使用目標(biāo)放大技術(shù)時(shí)完成任務(wù)的時(shí)間更短且錯(cuò)誤率更低。

除了在傳統(tǒng)顯示界面的應(yīng)用, 研究者還將目標(biāo)放大技術(shù)擴(kuò)展至其他顯示界面, 例如威力墻。威力鏡頭是一種應(yīng)用于威力墻(power wall)的交互顯示放大技術(shù)(Rooney ＆amp; Ruddle, 2012)。威力鏡頭是一種矩形的半透明鏡頭, 它的激活與否依賴于事先設(shè)定的算法。當(dāng)用戶準(zhǔn)備選擇某一個(gè)目標(biāo)時(shí),其操作的光標(biāo)會(huì)向該目標(biāo)移動(dòng), 且移動(dòng)速度逐漸減小, 通過對(duì)用戶以往的操作行為的研究可計(jì)算得出速度閾值, 當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)的速度低于某一閾值時(shí), 威力鏡頭會(huì)由計(jì)算機(jī)算法自動(dòng)激活, 矩形鏡頭覆蓋區(qū)域的顯示尺寸均被放大。然后用戶就可以在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步移動(dòng)光標(biāo)并定位目標(biāo)(圖3)。當(dāng)用戶將光標(biāo)移出威力鏡頭覆蓋區(qū)域時(shí), 威力鏡頭則會(huì)消失。研究的結(jié)果表明, 在有限空間內(nèi), 該技術(shù)可以有效地提高用戶與界面的交互效率。

上文介紹的交互顯示技術(shù)要求系統(tǒng)確立規(guī)則對(duì)用戶的行為作出判斷, 但是這些判斷算法所考慮的因素較為單一, 例如目標(biāo)放大技術(shù)僅利用對(duì)光標(biāo)和目標(biāo)的距離這個(gè)單一因素就決定目標(biāo)的面積大小。2002 年, M?ntyj?rvi和 Sepp?nen 介紹了一種更為復(fù)雜的可適應(yīng)環(huán)境的手機(jī)應(yīng)用程序(M?ntyj?rvi ＆amp; Sepp?nen, 2002)。該程序利用傳感器接收環(huán)境信息(噪音、照明), 判斷用戶當(dāng)前的活動(dòng)(移動(dòng)、走路、跑步)來調(diào)節(jié)顯示界面的亮度、字體大小以及手機(jī)鈴聲的音量。例如, 當(dāng)程序判斷用戶當(dāng)前的活動(dòng)強(qiáng)度很小且環(huán)境亮度很高時(shí), 則會(huì)調(diào)小字體的顯示尺寸, 并調(diào)低界面的亮度。研究者將該程序應(yīng)用于一個(gè)真實(shí)的場景, 并采集了真實(shí)情景的數(shù)據(jù)來評(píng)估程序的實(shí)用性。研究發(fā)現(xiàn),該程序能捕捉并使用環(huán)境信息判斷用戶的行為并在顯示界面上做出適應(yīng)性變化, 例如, 當(dāng)用戶在公車上時(shí), 程序判斷用戶的活動(dòng)強(qiáng)度很小, 因此將屏幕字體以最小尺寸顯示。

圖3 威力鏡頭:

2011年起, 浙江理工大學(xué)心理系開展了一些自適應(yīng)的交互顯示研究, 鄭璐等人的研究提出了一種自適應(yīng)的手機(jī)通訊錄(鄭璐, 2011)。該通訊錄界面會(huì)隨著聯(lián)系人的撥打頻率而改變, 按照撥打電話的頻率高低從通訊錄的頂端依次向底端排列。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明, 相比于固定界面, 被試在自適應(yīng)界面下的任務(wù)績效較高。陳肖雅(2012)的研究設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)軟鍵盤。該鍵盤采用了自適應(yīng)算法, 在被試輸入漢字過程中可以根據(jù)被試輸入的績效, 不斷改變鍵盤的大小以保證被試能夠進(jìn)行高效輸入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 這種自適應(yīng)軟件盤與固定大小軟鍵盤相比, 被試的績效較高。

目前, 大多數(shù)研究都表明, 智能交互顯示技術(shù)能提高用戶的任務(wù)操作績效, 例如McGuffin和Balakrishnan (2002)的研究表明, 動(dòng)態(tài)放大目標(biāo)的技術(shù)能減少用戶選擇目標(biāo)的時(shí)間; Rooney和Ruddle (2012)的研究表明, 威力鏡頭技術(shù)能提高用戶在移動(dòng)和調(diào)整窗口任務(wù)中的操作效率, 而且用戶的滿意度也較高。

3 總結(jié)與展望

以上文中主要介紹了簡單和智能這兩類交互顯示技術(shù)的相關(guān)研究, 這些技術(shù)具有動(dòng)態(tài)性、即時(shí)性和智能性等三個(gè)明顯的特點(diǎn)。

動(dòng)態(tài)性指的是界面的顯示內(nèi)容或形式會(huì)隨著計(jì)算機(jī)和用戶的不斷交互而發(fā)生變化, 以適應(yīng)用戶的操作要求。例如, 在 Bederson (2000)的魚眼菜單中, 菜單項(xiàng)目的顯示大小會(huì)從一種尺寸變化至另一種尺寸。

即時(shí)性指的是交互顯示中, 計(jì)算機(jī)界面的顯示方式和內(nèi)容隨著用戶和計(jì)算機(jī)交互的過程而發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。例如, 鄭璐的研究(2011)中, 自適應(yīng)通訊錄中, 聯(lián)系人的排列順序會(huì)隨著用戶打電話的實(shí)際情況而不斷發(fā)生變化。在一定程度上, 可以說, 即時(shí)性是交互顯示動(dòng)態(tài)特征的一種補(bǔ)充。

交互顯示的第三個(gè)特點(diǎn)是智能性, 即智能交互顯示技術(shù)能夠根據(jù)特定的算法對(duì)用戶的操作進(jìn)行準(zhǔn)確判斷, 并合理的改變界面的顯示內(nèi)容和方式。例如, M?ntyj?rvi等人的手機(jī)自適應(yīng)顯示系統(tǒng)(M?ntyj?rvi ＆amp; Sepp?nen, 2002)。

基于上述這三個(gè)特點(diǎn), 交互顯示技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)大量信息在有限空間的顯示, 而且能根據(jù)用戶的操作特征改變顯示狀態(tài)和顯示內(nèi)容, 為用戶提供一種更加靈活、直觀可控的交互方式, 提高閱讀、搜索等任務(wù)的操作績效。有不少的研究已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。

但是現(xiàn)有的交互技術(shù)還存在以下問題:

首先, 交互顯示技術(shù)對(duì)應(yīng)于用戶操作的界面改變多數(shù)是在顯示方式上的改變, 例如目標(biāo)氣泡改變的是視覺目標(biāo)的有效點(diǎn)擊區(qū)域(Cockburn ＆amp;Firt, 2004)。目前的文獻(xiàn)中, 只有很少有改變顯示內(nèi)容的, 除了Bederson等人(2004)的DateLens交互技術(shù)。該技術(shù)可以根據(jù)用戶對(duì)確定日期的操作,顯示比原有的顯示信息更詳細(xì)的日期信息。此外,還有一些相關(guān)的點(diǎn)擊增強(qiáng)技術(shù)中, 也有類似的交互顯示案例。例如, Baudisch等人(2003)提出的拖拉彈出技術(shù)(drag-and-pop)。當(dāng)用戶在大屏幕上移動(dòng)某一個(gè)文件圖標(biāo)時(shí), 該技術(shù)可以將根據(jù)當(dāng)前文件的性質(zhì)判斷出與其相關(guān)的應(yīng)用程序, 并在指點(diǎn)設(shè)備所在區(qū)域附近顯示相關(guān)程序的圖標(biāo)副本。用戶只需將文件移動(dòng)到某個(gè)程序圖標(biāo)副本位置上,即可完成使用該程序打開文件的操作。這種技術(shù)大大縮短了用戶移動(dòng)指點(diǎn)設(shè)備到目標(biāo)的距離, 提高了用戶獲取目標(biāo)的操作績效。在這個(gè)研究中,重點(diǎn)雖然是這種拖彈的技術(shù), 但是在操作過程中,界面顯示的內(nèi)容隨著用戶的交互操作發(fā)生了變化,即在移動(dòng)特定文件的同時(shí), 界面增加顯示了與該特定文件相關(guān)的程序的圖標(biāo)副本?？梢? 改變顯示內(nèi)容是交互顯示技術(shù)中一個(gè)重要的方面。在以后的交互顯示技術(shù)研究中, 需要重視開展對(duì)應(yīng)用戶操作的界面內(nèi)容改變方面的研究。

交互顯示技術(shù)的第二個(gè)問題是目前這種技術(shù)的交互方式多數(shù)是鼠標(biāo)和鍵盤。使用這些交互方式很可能會(huì)增加用戶的負(fù)荷, 影響交互顯示的效果。因此選擇使用一些更自然的交互方式也許是一種更好的選擇。例如, Smart Bailando系統(tǒng)能追蹤用戶的眼動(dòng)視線并據(jù)此來調(diào)節(jié)界面上文字的呈現(xiàn)速率(?quist, Bj?rk, ＆amp; Goldstein, 2002), 但研究結(jié)果并沒有發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能提高用戶的閱讀理解績效(?kervall ＆amp; Granath, 2002)。因此, 在交互顯示中, 需要重視開展諸如眼動(dòng)視線定位等自然交互方式的特點(diǎn)和規(guī)律方面的研究。

交互顯示技術(shù)的第三個(gè)問題是現(xiàn)有研究中,交互顯示技術(shù)智能性都不高, 所采用的技術(shù)大多是簡單交互技術(shù), 即使是智能交互技術(shù), 算法也較為簡單, 例如, 鄭璐等人(2011)的自適應(yīng)電話通訊錄中僅僅是按照用戶使用電話的頻次分布來變化通訊錄中聯(lián)系人的排列順序。因此, 有必要加強(qiáng)用戶操作模型的研究, 為建立更復(fù)雜的算法打下良好的基礎(chǔ)。

在未來視覺界面的研究中, 我們認(rèn)為應(yīng)該加強(qiáng)交互顯示技術(shù)的研究, 重視顯示內(nèi)容變化、交互形式的多樣性及其高智能性交互技術(shù)等方面的研究。我們相信這些研究的成果將大大推動(dòng)交互顯示技術(shù)的不斷革新, 從而能夠更好的解決視覺界面信息呈現(xiàn)的有效性問題。

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