基于眼動追蹤的南官帽椅造型特征認(rèn)知分析

劉 云 ，李悅慈 ，申黎明

（1.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；2.寧德師范學(xué)院，福建 寧德 352100）

基于眼動追蹤的南官帽椅造型特征認(rèn)知分析

劉 云1，2，李悅慈1，申黎明1

（1.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；2.寧德師范學(xué)院，福建 寧德 352100）

將常見南官帽椅樣本圖片分成傳統(tǒng)與現(xiàn)代2組，使用TOBII眼動儀，結(jié)合語義微分5級量化評價表，對其進(jìn)行造型特征認(rèn)知的眼動追蹤實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：(1)南官帽椅造型特征認(rèn)知與喜好度有一定關(guān)系，不同南官帽椅存在造型特征認(rèn)知共性；(2)傳統(tǒng)南官帽椅的裝飾程度、現(xiàn)代南官帽椅的穩(wěn)定性與其喜好度呈正相關(guān)；(3)對造型特征認(rèn)知具有引導(dǎo)作用的造型元素按重要性依次為靠背、底座、扶手等；(4)各造型特征強(qiáng)度分值之和為0.87，其認(rèn)知度為56.50%，遵循“特征整合理論”，造型認(rèn)知評價應(yīng)從椅子的整體造型效果來考慮。該研究方法可為傳統(tǒng)家具的傳承設(shè)計(jì)特別是新中式椅類設(shè)計(jì)提供可行的參考，并可在進(jìn)一步研究中嘗試將眼動與虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)相結(jié)合。

南官帽椅；造型認(rèn)知；眼動追蹤技術(shù)；特征強(qiáng)度

因“中國風(fēng)”的盛行，近年來中國傳統(tǒng)家具與新中式家具受到越來越多人的關(guān)注和喜愛，基于傳統(tǒng)家具造型的傳承取得了長足的進(jìn)步。為了幫助家具企業(yè)有針對性地提升產(chǎn)品的附加值和消費(fèi)者喜愛度，不少相關(guān)人士對家具的造型風(fēng)格及傳承等特征進(jìn)行了積極研究。張華[1]以家具形式與意義的對應(yīng)關(guān)系以及認(rèn)知學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，對家具意象認(rèn)知過程中的形態(tài)特征識別過程進(jìn)行分析，總結(jié)構(gòu)建了家具形態(tài)特征的一般和認(rèn)知兩種識別模式。馬平[2]研究了各種常見現(xiàn)代風(fēng)格椅子形態(tài)對受試者產(chǎn)生的視覺感受，定量與定性相結(jié)合分析總結(jié)出具有較高關(guān)注度的椅子形態(tài)特征。周毅、申黎明等[3-4]對傳統(tǒng)與現(xiàn)代圈椅的造型特點(diǎn)與視覺特性做了理論及實(shí)驗(yàn)分析，探究圈椅傳承形式與用戶審美偏好，并建立基于視覺評價的可買性預(yù)測模型。王珺[5]、楊元[6]、張仲鳳[7]等基于感性工學(xué)，從人的視覺感受意象分析了不同類家具的造型要素特征，提出了家具造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法，并用相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行論證。景楠[8]結(jié)合“傳承的溯源”、“傳承的流變”和“傳承的匯聚”3大部分構(gòu)建了設(shè)計(jì)原理傳承視域下的中國現(xiàn)代家具研究系統(tǒng)模式，應(yīng)用數(shù)量化理論I類對傳統(tǒng)官帽椅展開感性意象研究。邱志濤、陶云、熊建萍[9-10]等對明式家具與現(xiàn)代家具、清式家具進(jìn)行了審美偏好的科學(xué)對比研究等。以上研究主要從家具的基本類別對其進(jìn)行整體性研究和總結(jié)，可為眼動追蹤技術(shù)在南官帽椅造型認(rèn)知與傳承方面的科學(xué)研究提供參照。

作為中國傳統(tǒng)坐具的重要類別，傳統(tǒng)南官帽椅在長期的歷史發(fā)展中已形成了特色鮮明的造型風(fēng)格，并與其現(xiàn)代形象一起活躍在當(dāng)前家具市場，其風(fēng)格能否被用戶所認(rèn)知，在于傳統(tǒng)經(jīng)典造型特征的連續(xù)性與相似性，消費(fèi)者從產(chǎn)品形態(tài)上獲得的認(rèn)知會影響他們對產(chǎn)品的感知和購買[11]。研究表明，人類有80%～90%的外界信息是靠眼睛來獲取的[12]，因此本研究通過眼動追蹤實(shí)驗(yàn)和語義微分法（SD法）量表問卷對南官帽椅造型認(rèn)知及相關(guān)問題展開實(shí)驗(yàn)研究，研究思路及關(guān)鍵步驟見圖1，并主要探討以下關(guān)鍵問題：（1）南官帽椅造型風(fēng)格的認(rèn)知與人們喜好之間存在何種關(guān)聯(lián)?（2）傳統(tǒng)南官帽椅與現(xiàn)代南官帽椅在風(fēng)格認(rèn)知上有何不同？（3）南官帽椅造型元素對人們認(rèn)知度作用大小有何規(guī)律性?

圖1 基于眼動追蹤的南官帽椅造型特征認(rèn)知流程Fig. 1 South of fi cer hat chair styling features cognitive process based on eye tracking

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用瑞典TOBII眼動儀，基于Clearview2.7.0軟件系統(tǒng)對受試者的眼動軌跡進(jìn)行記錄，試驗(yàn)地點(diǎn)在南京林業(yè)大學(xué)逸夫樓感性工學(xué)實(shí)驗(yàn)室。從相關(guān)產(chǎn)品圖冊、賣場、企業(yè)官方網(wǎng)站等途徑進(jìn)行樣本搜集，得到68個樣本，經(jīng)多元尺度分析及聚類分析，選取角度一致且有代表性的的南官帽椅圖片兩組各4張，第一組為傳統(tǒng)風(fēng)格[13]，分別編號如圖2所示；現(xiàn)代風(fēng)格4張，分別編號如圖3所示。所有實(shí)驗(yàn)圖片經(jīng)photoshop軟件處理，使之在對比度、背景、灰度及大小這些參數(shù)上保持統(tǒng)一。選取15名被試人員均為南京林業(yè)大學(xué)在校師生，男性7名女性8名，年齡22～35歲，身體健康，無色盲或色弱癥狀，裸眼或矯正視力大于1.0，測試前6 h 未看電視或使用電腦，眼部沒有不適癥狀，女性避免眼部畫濃妝。

1.2 測試變量的層次設(shè)計(jì)

根據(jù) Treisman 的“特征整合理論（Feature integration theory，F(xiàn)IT）”[14]，認(rèn)知過程中人們的視覺先進(jìn)行平行、序列加工，體現(xiàn)在眼動上則是掃視與注視，而后特征整合處理。因此實(shí)驗(yàn)主要設(shè)置視覺注意與視覺搜索兩組變量[15]；將南官帽椅造型形態(tài)劃分為 5 個興趣區(qū)（AOI），分別表征5個造型特征：（1）靠背；（2）底座；（3）扶手；（4）座面；（5）搭腦；并在主觀評價問卷中，利用五級量表對被試者主觀意向進(jìn)行表征?？傮w實(shí)驗(yàn)變量層次設(shè)置詳見圖4。

1.3 測試流程與方法

圖2 傳統(tǒng)組南官帽椅Fig.2 Traditional group of South of fi cer hat chair

圖3 現(xiàn)代組南官帽椅Fig.3 Modern group of South of fi cer hat chair

圖4 實(shí)驗(yàn)變量層次設(shè)計(jì)Fig.4 The experimental variables hierarchical design fi gure

對被試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)說明后，首先使被試者距離顯示屏約600 mm進(jìn)行眼校準(zhǔn)程序，再讓每一位被試完成對南官帽椅的圖片觀看，圖片呈現(xiàn)順序?yàn)閷?dǎo)語、傳統(tǒng)組單體圖片、現(xiàn)代組單體圖片。呈現(xiàn)每張圖片之前顯示屏中央都會出現(xiàn)一個“+”，持續(xù)2秒，每張圖片呈現(xiàn)10 s[16]?？赐旰箅S即填寫主觀評價表，不對被試者進(jìn)行任何形式的思維引導(dǎo)和干涉。每組主觀評價表各2張，表1針對穩(wěn)定性、時尚感、裝飾程度和比例感，采用語義微分的5 級量表形式對南官帽椅進(jìn)行造型特征認(rèn)知評價，表2要求被試將椅子按喜愛程度排序并對各造型元素及整體做出美度5 級評分，實(shí)驗(yàn)后按照從低到高等級劃分-2、-1、0、1、2分值進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。完成客觀及主觀評價的數(shù)據(jù)采集后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及對比分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)南官帽椅造型特征的主觀意向評價

主觀評價表分別對應(yīng)被試者的“造型特征認(rèn)知”和“喜好度”。結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖5～圖8所示。

圖5 傳統(tǒng)組南官帽椅造型特征認(rèn)知主觀評價對比Fig.5 The subjective evaluation contrast chart of styling features cognitive about traditional group

圖6 現(xiàn)代組南官帽椅造型特征認(rèn)知主觀評價對比Fig.6 The subjective evaluation contrast chart of styling features cognitive about modern group

圖7 傳統(tǒng)與現(xiàn)代兩組南官帽椅特征認(rèn)知主觀評價均值對比Fig.7 The subjective evaluation mean contrast chart of styling features cognitive about two groups

圖8 傳統(tǒng)與現(xiàn)代南官帽椅特征認(rèn)知喜好度均值對比Fig.8 The preference degree mean contrast chart of styling features cognitive about two groups

由圖5可知，被試者對4把傳統(tǒng)南官帽椅的造型認(rèn)知度有一定的共性，普遍認(rèn)為這4把椅子的穩(wěn)定性很好、傳統(tǒng)感強(qiáng)烈、比例協(xié)調(diào)，而在裝飾程度上有較大差異。結(jié)合圖8可見，其喜好度依次為“傳統(tǒng)3”，“傳統(tǒng)1”，“傳統(tǒng)4”，“傳統(tǒng)2”。對“造型特征認(rèn)知”各項(xiàng)和“喜好度”進(jìn)行二元變量相關(guān)分析得知，其裝飾程度與喜好度的Pearson 相關(guān)系數(shù)為 0. 990，P= 0. 005，低于 0.01 的顯著水平，因此可認(rèn)為傳統(tǒng)南官帽椅中裝飾程度與喜好度之間存在較強(qiáng)正相關(guān)。

由圖6、7可見，相比傳統(tǒng)組，現(xiàn)代南官帽椅整體在時尚感上得到較大肯定，而裝飾程度降低。結(jié)合圖8可見，其喜好程度依次為“現(xiàn)代2”、“現(xiàn)代1”、“現(xiàn)代3”，“現(xiàn)代4”。對“造型特征認(rèn)知”各項(xiàng)和“喜好度”進(jìn)行二元變量相關(guān)分析得知，其穩(wěn)定性與喜好度的Pearson 相關(guān)系數(shù)為 0. 989，P= 0. 006，低于 0.01 的顯著水平，因此可以認(rèn)為現(xiàn)代南官帽椅中穩(wěn)定性與喜好度之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)。又根據(jù)喜好度數(shù)據(jù)方差得知，對“現(xiàn)代4”的評價差異性較大，選擇上偏于最喜歡與最不喜歡，而“現(xiàn)代4”的時尚感最受肯定，可認(rèn)為穩(wěn)定性與時尚感之間有沖突性，難以在同一椅子上平衡呈現(xiàn)。

2.2 傳統(tǒng)南官帽椅造型特征的眼動追蹤分析

2.2.1 傳統(tǒng)南官帽椅造型特征的眼動追蹤熱點(diǎn)圖

在8個單體樣本熱點(diǎn)圖中，提取兩組喜好度最高的代表“傳統(tǒng)3”、“現(xiàn)代2”，與最低的“傳統(tǒng)2”、有爭議的“現(xiàn)代4”的熱點(diǎn)圖進(jìn)行分析，如圖9～12所示。

圖9 傳統(tǒng)3熱點(diǎn)Fig.9 Heat map of tradition 3

通過分析得知：（1）傳統(tǒng)組的注視點(diǎn)往往集中在靠背區(qū)域，現(xiàn)代組中雖然靠背已無雕刻裝飾，但被試者仍習(xí)慣性地多次嘗試從靠背處獲得審美信息；（2）通過對“傳統(tǒng)3”和“傳統(tǒng)2”的熱點(diǎn)圖對比分析，可知被試者對兩者的注視都集中在靠背雕刻裝飾區(qū)域，其次是底座的劵口牙子、腳棖及結(jié)構(gòu)連接處和座面，但相對來說對“傳統(tǒng)3”的注視整體分布上更為集中明顯，而對通體素雅的“傳統(tǒng)2”則較偏離散，說明被試者需通過更多的視線點(diǎn)尋找感興趣的目標(biāo)；（3）從視覺搜索角度而言，被試者對“現(xiàn)代4”較高的注視點(diǎn)密度說明了更直接高效的目標(biāo)搜索集中于靠背弧度處及扇形座面的凸出軟包，并在腿部有習(xí)慣性搜索痕跡，而“現(xiàn)代2”的注視點(diǎn)集中在靠背的天然紋理、步步高趕棖及上橫棖等處，說明棖子與扇形座面軟包是影響被試喜愛度的爭議所在。

圖10 傳統(tǒng)2熱點(diǎn)Fig.10 Heat map of tradition 2

圖11 現(xiàn)代2熱點(diǎn)Fig.11 Heat map of modern 2

圖12 現(xiàn)代4熱點(diǎn)Fig.12 Heat map of mo dern 4

2.2.2 眼動追蹤及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以上分析，選擇造型認(rèn)知與喜好度排第一位且無爭議的樣本“傳統(tǒng)3”劃分興趣區(qū)，進(jìn)一步對其眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）視覺注意分析

各造型特征視覺注意數(shù)據(jù)如表1 所示，可見：各造型特征的總注視時間與注視點(diǎn)數(shù)量按照由高到低排列，均依次為靠背、底座、扶手、座面和搭腦。按照平均注視時間由高到低排列依次為靠背、底座、搭腦、座面、扶手。較長注視時間和較多注視點(diǎn)說明在進(jìn)行“造型特征認(rèn)知”時，這一區(qū)域由于較獨(dú)特的造型或顯著的位置和面積而具有特別吸引力。分析認(rèn)為“傳統(tǒng)3”的靠背、底座和扶手具有一定吸引力。

表1 各造型元素視覺注意數(shù)據(jù)Table 1 The visual attention data of style elements

（2）視覺搜索分析

各造型特征視覺搜索數(shù)據(jù)如表2所示，可見：平均轉(zhuǎn)換次數(shù)由高到低依次為靠背、底座、座面、扶手、搭腦。

表2 各造型特征視覺搜索數(shù)據(jù)Table 2 The visual search data of style elements

興趣區(qū)中的轉(zhuǎn)換次數(shù)越高，說明對該區(qū)域不斷地進(jìn)行往復(fù)注視[17]。注視頻率最高的是扶手，表明被試者在對這部分進(jìn)行“特征分析”時，信息處理量大。被試者在掃視之后，其注視點(diǎn)會較長時間停留于某一特定興趣區(qū)即“選擇性注意”，連續(xù)注視時間最長的興趣區(qū)即為被試者選擇性注意的對象[14-16]，經(jīng)統(tǒng)計(jì)各興趣區(qū)注視時間依次為：靠背＞底座＞扶手＞座面＞搭腦。

2.3 造型審美特征認(rèn)知強(qiáng)度

根據(jù)問卷“請您給各造型部分及整體做特征認(rèn)知評分”，對5 個興趣區(qū)分別使用-2（“否”）～2（“是”）的五點(diǎn)量表作答。傳統(tǒng)3 的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖13所示。

圖13 南官帽椅造型審美元素認(rèn)知強(qiáng)度Fig.13 The cognitive strength fi gure of style elements about southern of fi cial hat chairs

由圖13可知，靠背、底座和扶手分值在x 軸上方，可認(rèn)為是最能影響被試造型認(rèn)知度的特征，這一結(jié)果與眼動跟蹤數(shù)據(jù)相吻合。“整體造型”得分高于“扶手”、“底座”和“搭腦”，說明在造型認(rèn)知過程中“特征整合”機(jī)制的存在[10,18]。

式（1） 中：X0=-2，Y0=2；X1=0，Y1=100%；X=0.87。計(jì)算結(jié)果R(U)=56.5% 。

3 討論與結(jié)論

3.1 南官帽椅造型特征認(rèn)知與喜好度關(guān)系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析得知，傳統(tǒng)南官帽椅普遍具有良好的穩(wěn)定性和比例感、濃郁的傳統(tǒng)感，時尚感是其不足，其裝飾程度與喜好度的Pearson 相關(guān)系數(shù)為 0. 990，P= 0. 005，低于 0. 01 的顯著水平，是影響被試喜好度的重要因素，與用戶的喜好度呈正相關(guān)；現(xiàn)代官帽椅整體時尚感較強(qiáng)，因追求功能其裝飾性已被弱化，但時尚感和穩(wěn)定感有一定的沖突性，難以在同一產(chǎn)品上達(dá)到平衡，人們的喜好區(qū)別在追求穩(wěn)定與時尚之間做選擇，但其穩(wěn)定性與喜好度的Pearson 相關(guān)系數(shù)為 0.989，P=0.006，低于 0. 01 的顯著水平，與用戶的喜好度呈顯著正相關(guān)。

3.2 不同類型南官帽椅的形態(tài)審美認(rèn)知共性

基于“四不出頭”基本造型特征，在對南官帽椅造型特征認(rèn)知的過程中，靠背及其裝飾是視覺審美的焦點(diǎn)，座面的不同材質(zhì)、底座劵口及橫棖的設(shè)計(jì)會增加整體的裝飾性；被試很關(guān)注腳棖及結(jié)構(gòu)連接處，并結(jié)合各椅子椅腳接觸地面的情況來判別椅子的穩(wěn)定性。因此，具有時代特色的靠背裝飾、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定比例適當(dāng)?shù)牡鬃途€條流暢優(yōu)雅的扶手等造型元素，對形態(tài)審美認(rèn)知具有重要的引導(dǎo)作用，在傳承設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。

3.3 影響南官帽椅造型特征認(rèn)知的重要要素

靠背、底座、扶手、座面、搭腦等形態(tài)要素作用于南官帽椅造型特征認(rèn)知分值為0.87，具有重要指示作用的要素依次是靠背（1.13）、底座（0.87）、扶手（0.4），說明這些部位是設(shè)計(jì)制作時著重加強(qiáng)其表現(xiàn)力的元素，在傳承創(chuàng)新中值得關(guān)注和延續(xù)。同時，這些特征要素的造型認(rèn)知度可達(dá)56.50%，其整體造型的認(rèn)知分值0.73，高于扶手、座面、搭腦等要素，證明了視覺審美“特征整合”機(jī)制的存在，即除所分析的形態(tài)要素特征外，各要素之間的比例、位置、協(xié)調(diào)等關(guān)系對南官帽椅造型的認(rèn)知度和喜好度都有一定的影響。

3.4 南官帽椅造型設(shè)計(jì)眼動追蹤與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的關(guān)聯(lián)

提出了一種基于眼動跟蹤技術(shù)的南官帽造型特征認(rèn)知方法，以主觀意向評價為基礎(chǔ)，篩選出代表性樣本，再結(jié)合眼動熱點(diǎn)圖提取典型樣本，并以眼動追蹤數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建最終典型樣本的指標(biāo)體系，利用線性插值法對典型特征強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果證明與主觀意向測試一致。該研究方法重排了其他類似研究中先眼動追蹤后主觀意向的研究步驟，并以南官帽椅這一具體實(shí)例證實(shí)了該方法的有效性與實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)中只將南官帽椅分傳統(tǒng)和現(xiàn)代2組，取其圖片的基本形態(tài)劃分興趣區(qū)，并以高校青年群體為受試者，未涉及材質(zhì)顏色、具體尺寸、裝飾比例及其他消費(fèi)群體等，是本研究中存在的局限之處。圖片與實(shí)物對認(rèn)知與喜好度會存在一定的差異，在未來的研究工作中，除了將進(jìn)一步在樣本、受試者的選取及造型的細(xì)節(jié)上更深入優(yōu)化外，可將眼動與虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality,VR）相結(jié)合，構(gòu)建家具存在的現(xiàn)實(shí)世界或模擬環(huán)境，再對眼動追蹤目標(biāo)的相關(guān)視知覺數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，直接提取客戶與產(chǎn)品產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)，甚至可嘗試結(jié)合腦電技術(shù)，在基于VR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情境下，建立腦電、眼動數(shù)據(jù)與認(rèn)知喜好之間的關(guān)系模型，為實(shí)現(xiàn)家具造型的客觀性與量化評價提供一種更精確可行的技術(shù)途徑。

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[18]陳麗君,趙伶俐.美學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)的交叉:審美認(rèn)知研究進(jìn)展[J].江南大學(xué)學(xué)報(人文社會科學(xué)版),2012,11(5),127-133.

Analysis of the cognitive of southern of fi cial hat chair styling features based on eye tracking

LIU Yun1,2, LI Yueci1, SHEN Liming1
(1. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2. Ningde Normal University, Ningde 352100, Fujian, China)

Do the Eye Tracking experiments with the common southern armchairs samples by using the TOBII eye tracker, and do research on several key issues combined with the semantic differential fi ve level quantitative evaluation table, meanwhile the sample images were divided into two groups:traditional and modern. The results show that:(1)the have certain relations between style cognition and preference of South of fi cial cap chair, the different south of fi cer cap chairs have the style cognition commonality. (2)the degree of decorative was positively related to preferences for the traditional southern of fi cial hat chairs, the stability was positively related to preferences for the modern southern of fi cial hat chairs; (3) the elements which play a guiding role for style cognition in turn are the backrest, base, armrest, etc.; (4)the styling characteristic strength score is 0.87, the sum of its recognition is 56.50%, follow the “feature integration theory”, styling features cognition and evaluation will be considered from the overall shape effects of the chair; (5)This research method can provide a feasible reference approach for the inheritance design of traditional furniture, especially new Chinese style chair style design, and try to combine eye movement with virtual reality (VR) in further research.

southern of fi cial hat chairs; style cognitive; eye tracking; feature strength

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.12.023

http: //qks.csuft.edu.cn

S781

A

1673-923X(2017)12-0146-07

2017-05-31

國家社會科學(xué)基金項(xiàng)目“閩東古村落風(fēng)貌保護(hù)規(guī)劃與文化傳承研究”（15XGL027）

劉 云，博士研究生

申黎明，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：shenlimingda@hotmail.com

劉 云，李悅慈，申黎明. 基于眼動追蹤的南官帽椅造型特征認(rèn)知分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017, 37(12): 146-152.

[本文編校：文鳳鳴]