基于眼動實(shí)驗(yàn)的飛機(jī)座艙界面字符編碼分析

宋知潼, 劉玉雪, 劉洋, 任宏*

(1.遼寧省通用航空研究院, 沈陽 110136; 2.沈陽航空航天大學(xué)大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院, 沈陽 110136)

近年來,隨著航空工業(yè)的迅猛發(fā)展以及人們生活水平的提高,飛機(jī)成為人們出行必不可少的交通工具,保障乘客及機(jī)組人員的飛行安全尤為重要。根據(jù)國際航空運(yùn)輸協(xié)會的航空安全報告,2020年全球航班飛行總量相比2019年減少53%,但2020年空難仍造成全球132人死亡。引發(fā)事故的主要原因是人為因素,占飛行事故發(fā)生率的70%～80%[1]。駕駛艙是飛機(jī)的命令中樞,其中飛機(jī)座艙界面不僅是飛行員獲取飛行信息的載體,也是飛行員執(zhí)行飛行任務(wù)的工具,駕駛艙顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到飛行員能否順利、安全的完成飛行任務(wù)[2]。駕駛艙的綜合航電系統(tǒng)集合了飛機(jī)上各種電子設(shè)備的信息,如空速信息、高度信息、航向信息、飛機(jī)姿態(tài)信息、告警信息、飛行信息、時間信息等。這些信息以字符形式顯示在飛機(jī)座艙界面中,例如F-18戰(zhàn)斗機(jī)飛機(jī)座艙內(nèi)包括62幅顯示畫面、675個縮寫符號,信息總量達(dá)到1 000個以上[3]。小型飛機(jī)界面由不同的設(shè)計(jì)元素構(gòu)成,其中主要功能信息以字符編碼的形式組合呈現(xiàn)。對字符信息進(jìn)行有效的編碼,不僅可以增強(qiáng)飛行員對飛行信息的直觀感知,也可以降低飛行員認(rèn)知負(fù)荷,大大提高飛行員辨識信息的精度和速度。因此,在設(shè)計(jì)過程中將飛行員的認(rèn)知模式、生理特征及主觀感受與字符信息相匹配,設(shè)計(jì)出適用于飛機(jī)座艙界面的字符編碼形式至關(guān)重要。而國內(nèi)對飛機(jī)座艙顯示界面字符元素的研究較少,郭云東等[4]研究了飛機(jī)駕駛?cè)艘蚩煽啃栽u估模型,將人機(jī)界面性能作為一項(xiàng)影響因素進(jìn)行探討,說明了飛機(jī)座艙界面的重要性;王群等[5]采用工效學(xué)實(shí)驗(yàn)方法對駕駛艙顯示界面文字編碼進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字辨識度最高,其次是英文字母,漢字辨識度最低,字號與視距都對目標(biāo)辨識有較大的影響;吳薇等[6]研究發(fā)現(xiàn)飛機(jī)座艙界面告警信息字體顏色對飛行員信息加工有一定影響。

眼動追蹤技術(shù)發(fā)展較為成熟,在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。靳慧斌等[7]研究了眼動指標(biāo)在心理負(fù)荷上的應(yīng)用;楊坤等[8]運(yùn)用眼動追蹤法研究了飛機(jī)平視顯示器中字符色彩對飛行員的影響。綜上所述,飛機(jī)座艙界面字符編碼研究是必要的,而目前國內(nèi)從字號等字符編碼特征出發(fā)的研究極少。在此背景下,現(xiàn)通過眼動追蹤實(shí)驗(yàn)研究方法,探索字符的字形字體、大小、寬度、字符間距等元素對飛行員的影響,探究飛行員對不同字符編碼的識別效率,以期為飛機(jī)座艙界面中的字符設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 飛機(jī)座艙界面字符編碼概念及設(shè)計(jì)原則

1.1 飛機(jī)座艙字符編碼

文字是語言的載體,字符則是計(jì)算機(jī)處理文字信息的最基本抽象元素[9]。字符編碼是視覺信息編碼方式的一種,配合形狀編碼、色彩編碼對顯示信息進(jìn)行系統(tǒng)編碼。優(yōu)化字符編碼可以降低信息加工深度, 激發(fā)短時記憶,并喚醒長時記憶。飛機(jī)座艙界面中常用的字符包括數(shù)字、字母、特殊符號等,這些字符元素通過多維的字符編碼方式(字體、尺寸、間距等)顯示在飛機(jī)座艙界面上,用來傳遞飛行信息。

飛機(jī)座艙界面的信息通常以標(biāo)記、數(shù)值、文本信息在飛機(jī)座艙界面中顯示,這些信息呈現(xiàn)方式多為字母、數(shù)字、特殊符號及其組合[10]。這些字符信息通過數(shù)字字母編碼、字體字形、字符大小等方式,使飛行員能夠準(zhǔn)確獲取并快速識別。

1.2 飛機(jī)座艙界面字符編碼設(shè)計(jì)原則

在復(fù)雜的飛機(jī)座艙界面中,字符編碼的主要目的是確保信息能夠準(zhǔn)確、高效地傳遞,從飛行安全角度來看,提升識別效率是字符編碼設(shè)計(jì)的重要原則,字符編碼設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循可讀性、易讀性、一致性和閉合原則。

1.2.1 易讀性原則

易讀性原則是指單個字母和短語中字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。良好的易讀性可以使飛行員快速且連貫地識別信息,并迅速地將字符轉(zhuǎn)化為其所指代的意義。從字體設(shè)計(jì)的角度來看,無論何種字體,其字體字型、筆畫寬度都對文字的易讀性和識別效率有著顯著影響。字體字形相近容易混淆難以辨認(rèn);筆畫寬度太小注目性不夠,筆畫寬度太大文字擁擠,同樣難以識別。在動態(tài)飛行環(huán)境下仍需要保證字符信息良好的易讀性,防止因誤讀、誤判導(dǎo)致的人為因素事故發(fā)生。

1.2.2 可讀性原則

可讀性原則是指包含大量信息的段落文本的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)。在確保字符編碼滿足易讀性原則的前提下,協(xié)調(diào)的字符大小、間距、段落排列方式可以使文本信息更容易被飛行員接受。字符太小看不清細(xì)節(jié),字符太大導(dǎo)致注意力分散;字間距過小,字符不易識別,字間距過大,掃視路徑長,閱讀速度慢。飛機(jī)在飛行過程中,需要保證在振動、強(qiáng)光等不利條件下仍然具備良好的可讀性。

1.2.3 一致性原則

一致性原則是指字符編碼節(jié)奏的一致性和在不同使用場景下的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)奏的一致性可以產(chǎn)生韻律美,協(xié)調(diào)的字母排列及重復(fù)的間距運(yùn)用可以提高飛行員信息識別效率。字體大小運(yùn)用重復(fù)原則,以保證一致性。在不同的使用場景下,對顯示相同功能的字符信息采用同種編碼方式,以減少飛行員解碼過程中的誤差,降低認(rèn)知負(fù)荷。

1.2.4 閉合原則

根據(jù)格式塔完形心理學(xué)原則,在人的認(rèn)知系統(tǒng)中,常常將具有視覺暗示的物體進(jìn)行靠攏合并,比如將開放的圖形封閉成一個整體,即人的視覺將這些信息元素相互聯(lián)系起來,從而使它們保持連續(xù),而非獨(dú)立存在[11]。字符作為信息的載體,在編碼過程中既要滿足信息傳遞要求,也要符合視覺認(rèn)知特性。在設(shè)計(jì)字母和數(shù)字時,不僅要考慮單獨(dú)字體字形效果,也要注意整體性,如筆畫之間的連續(xù)性、字母之間的相互關(guān)系等。單獨(dú)出現(xiàn)的數(shù)字或字母既破壞了界面的整體效果,也阻礙了短語的形成,從而影響信息的傳遞。

2 字符元素提取

現(xiàn)代飛機(jī)電子儀表由電子飛行儀表系統(tǒng)(electronic flight instrument system, EFIS)、發(fā)動機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)(engine indication and crew alerting system, EICAS)組成[12]?，F(xiàn)代電子儀表系統(tǒng)將復(fù)雜的飛行信息集成化,在實(shí)現(xiàn)信息綜合的同時降低飛行員的工作負(fù)荷。相較國內(nèi),國外飛行儀表系統(tǒng)發(fā)展較早,20世紀(jì)90年代便開始使用電子飛行儀表系統(tǒng),并制定了一系列適航標(biāo)準(zhǔn)。也有一些國外學(xué)者在字符大小、類型、顏色等方面進(jìn)行研究,但對字符元素進(jìn)行整體而系統(tǒng)的研究較少,且國外標(biāo)準(zhǔn)及研究數(shù)據(jù)并不一定適用于中國飛行員。

國內(nèi)外現(xiàn)有民用飛機(jī)儀表多采用“T”形布局,兩塊主飛行儀表同時為主副駕駛提供飛行數(shù)據(jù)、導(dǎo)航、通信、監(jiān)視等信息。如圖1所示為國產(chǎn)大型客機(jī)C919的飛行儀表系統(tǒng),通過對大飛機(jī)C919的主飛行顯示器、輔助顯示器以及發(fā)動機(jī)及機(jī)組告警顯示器中的字符信息元素進(jìn)行分析,在這3種顯示界面中,字符信息通常以數(shù)字、字母、數(shù)字與字母組合的形式顯示。通過總結(jié)飛機(jī)座艙界面中字符編碼元素,構(gòu)建如圖2所示的飛機(jī)座艙界面字符編碼結(jié)構(gòu)模型。

圖1 C919飛行儀表系統(tǒng)Fig.1 C919 electronic flight instrument system

圖2 飛機(jī)座艙界面字符編碼元素Fig.2 Aircraft cockpit interface character encoding element

飛機(jī)座艙界面中的字符元素主要分為基礎(chǔ)的數(shù)字編碼、字母編碼以及數(shù)字與字母的組合編碼,以上字符編碼元素具備相同的字符編碼屬性:字體字形、字符大小、筆畫寬度、字符間距,這4種字符編碼方式是影響飛機(jī)座艙界面識別效率的重要元素。

2.1 字體字形

字體字形是文本信息中的一個重要因素,可以影響文本的情感傳達(dá)以及識別效率[13]。在屏幕尺寸有限的條件下,字體成為影響文字信息識別的關(guān)鍵因素。英文字體可根據(jù)筆畫處有無額外的裝飾分為兩大體系:襯線體和無襯線體。無襯線體字形簡潔,筆畫平直、細(xì)節(jié)較少,因此在屏幕顯示中更為清晰。字體的筆畫細(xì)節(jié)和樣式都會都對界面信息的識別效率產(chǎn)生影響,因此可以通過選擇合適的字體來提高信息識別效率。

2.2 字符大小

Chung等[14]發(fā)現(xiàn)英文字體大小對視覺識別效率的影響有限。在飛機(jī)座艙界面設(shè)計(jì)中,飛機(jī)界面中字符大小的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)則尚未制定。觀察距離對字符大小有很大的影響,字符大小會隨觀察距離的增加而變大。字符大小同樣受字體影響,比較同一種字號下的襯線體和無襯線體,發(fā)現(xiàn)無襯線體略大于襯線體。飛機(jī)座艙界面上字符大小直接影響飛行員判斷決策的速度與準(zhǔn)確性。

2.3 筆畫寬度

Bernard等[15]對印刷文本中字母筆畫寬度與閱讀速度的關(guān)系進(jìn)行了研究,并得出中央視覺和周邊視覺對閱讀速度的影響。筆畫寬度決定字體重量,大致可以分為細(xì)體、標(biāo)準(zhǔn)體、粗體(Light、Regular、Bold)。筆畫寬度會直接影響字母的正負(fù)形。字母正負(fù)形對字體易讀性和識別效率有較大影響,正形和負(fù)形粗細(xì)對比強(qiáng)烈,也會降低字體的識別。筆畫寬度對飛行員信息識別效率有較大影響,筆畫寬度過寬或過細(xì)均不利于信息識別。

2.4 字符間距

包海默等[16]發(fā)現(xiàn)字符間距對文章易讀性具有顯著影響性。段落文本中的字符間距對易讀性有較強(qiáng)的影響,字符間距的調(diào)整通常與文本環(huán)境及字體字形有關(guān)。在屏幕尺寸有限的情況下,可以通過適當(dāng)增加字符間距提高易讀性和可讀性。字符間距的調(diào)整也是有限度的,過度的調(diào)整會使單個字母隔離,從而降低飛行員對整個單詞和短語的感知力。

3 眼動實(shí)驗(yàn)研究

眼動追蹤法是指運(yùn)用眼動儀記錄被試在完成任務(wù)的過程中眼球的運(yùn)動,并提取眼動指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的方法。目前,認(rèn)知測量方法主要有眼動追蹤法和行為績效法[17]。眼動追蹤法被廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)座艙界面信息的研究中,可以從生理指標(biāo)的角度反應(yīng)飛行員的認(rèn)知負(fù)荷。

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及程序

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為產(chǎn)自美國的Mobile Eye-XG眼動儀。該便攜式眼動儀采樣率為30 Hz,跟蹤分辨率為0.1°,精確度為0.50°,追蹤范圍為水平±50°,垂直±40°。保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)照度良好(400～800 lx),溫度適宜(18～24 ℃),實(shí)驗(yàn)過程中保持安靜,無噪音干擾。實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)屏幕尺寸34 cm×27 cm,被試平視實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī),控制視距在600 mm左右,在戴眼動儀完成定標(biāo)后,要求被試保持頭部不動,確保眼動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)程序采用E-prime軟件進(jìn)行編寫,實(shí)驗(yàn)前,對被試進(jìn)行眼動儀的定標(biāo),之后請被試閱讀引導(dǎo)語,首先讓被試注視屏幕中央“+”形圖標(biāo),集中注意力。然后隨機(jī)呈現(xiàn)5組預(yù)實(shí)驗(yàn),使被試熟悉測試過程,避免誤操作的發(fā)生。系統(tǒng)自動記錄被試的行為數(shù)據(jù)。首先呈現(xiàn)500 ms的十字注視點(diǎn),被試集中注意力,然后是刺激界面,被試需要在該界面進(jìn)行按鍵操作,被試按鍵反饋后出現(xiàn)1 000 ms的空屏,防止被試出現(xiàn)視覺殘留。重復(fù)此操作直至試驗(yàn)結(jié)束。

3.2 實(shí)驗(yàn)對象

實(shí)驗(yàn)選取12名被試,均為駕駛過塞斯納-172型模擬飛行器且模擬飛行經(jīng)驗(yàn)4 h以上的飛行專業(yè)本科生。被試視力或矯正視力正常,無色弱、色盲及散光等特殊情況,被試均具有良好的認(rèn)知能力,無精神疾病及腦部損傷。

3.3 實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)美國聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration, FAA):飛行甲板顯示和控制設(shè)計(jì)與人為因素評估[18]字體編碼中使用無襯線字體,可以提高字符的可讀性。無襯線體設(shè)計(jì)風(fēng)格簡潔,沒有過多的裝飾性線條,在飛行過程中降低飛行員的視覺干擾,且適用范圍廣,抗干擾能力強(qiáng),即使在極端光照條件下也能夠清晰辨認(rèn)。重點(diǎn)研究文字大小、筆畫寬度、字符間距對字體識別效率的影響,為控制變量,字體選擇同一字體。在現(xiàn)有通用無襯線常用字體中,Helvetica字體筆畫舒展,應(yīng)用范圍廣泛,故實(shí)驗(yàn)選取字體為Helvetica。

實(shí)驗(yàn)共為3組眼動實(shí)驗(yàn),分別研究字符大小、筆畫寬度、字符間距對識別效率的影響。為屏蔽其他干擾,有利于注意力集中,實(shí)驗(yàn)材料尺寸為297 px×210 px,整體背景模擬真實(shí)飛機(jī)主飛行顯示器(primary flight display, PFD),采用主流主飛行顯示器的配色與布局,模擬背景由藍(lán)色“天空”和棕色“大地”兩部分組成(色號分別為#3F89C5和#8F4C13)。字符文本以黑的背景白色字符方式呈現(xiàn),符合真實(shí)PFD中常見的文字識別場景。為了屏幕亮度和對比度對識別效率的影響,照度統(tǒng)一控制在實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)明亮照明即400 lx,屏幕亮度控制為在此環(huán)境照度下比較舒適的470 cd/m2符合《飛機(jī)座艙照明基本技術(shù)要求及測試方法》(GJB 455—1988)[19]的亮度要求;字符與背景間的對比度大于70%,確?？梢郧逦鷾?zhǔn)確地傳達(dá)信息[20]。實(shí)驗(yàn)材料上顯示無實(shí)際意義的文本段落,目標(biāo)字符在前、中、后3個位置顯示,同時設(shè)置一張不包含目標(biāo)字符的界面作為干擾選項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)材料共計(jì)12組,為保證實(shí)驗(yàn)材料的隨機(jī)性,再進(jìn)行一次重復(fù)實(shí)驗(yàn),因此實(shí)驗(yàn)材料共計(jì)24組。實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)為判斷段落中是否有目標(biāo)字符“TOGETHER”,如有按“A”,反之則按“L”。

測試1為研究飛機(jī)座艙界面字符大小對識別效率的影響。為控制變量唯一,筆畫寬度統(tǒng)一固定為400W3C,字符間距為0。根據(jù)航標(biāo)規(guī)定顯示字符大小為5～8 mm[21],這里將字符大小分別設(shè)定為8、6.5、5 mm。如圖3所示。

圖3 字符大小實(shí)驗(yàn)材料示意圖Fig.3 Schematic diagram of the character size experimental material

測試2為研究飛機(jī)座艙界面字符筆畫寬度對識別效率的影響。為控制變量唯一,字符大小統(tǒng)一設(shè)置為6.5 mm,字符間距為0。設(shè)計(jì)字符筆畫寬度分別為(200W3C/400W3C/600W3C)。如圖4所示。

圖4 字符筆畫寬度實(shí)驗(yàn)材料示意圖Fig.4 Schematic diagram of the experimental material for character stroke width

測試3為研究飛機(jī)座艙界面字符間距對識別效率的影響。為控制變量唯一,字符大小統(tǒng)一為6.5 mm,筆畫寬度為400W3C。設(shè)置字符間距分別為(間距-100、間距0、間距100)。如圖5所示。

圖5 字符間距實(shí)驗(yàn)材料示意圖Fig.5 Schematic diagram of character spacing experimental material

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 行為數(shù)據(jù)分析

測試1中,6.5 mm字高的反應(yīng)時最短為10.68 s,5 mm字高的反應(yīng)時最長為13.89 s。在0.05的顯著性水平下,字符大小對反應(yīng)時有顯著影響(F=4.15,P=0.019<0.05)。根據(jù)表1中最小顯著差異法(least significant difference,LSD)多重比較結(jié)果顯示,5 mm字高與6.5 mm字高及8 mm字高在反應(yīng)時上存在顯著性差異,而6.5 mm字高及8 mm字高在反應(yīng)時上無顯著性差異。

表1 字符大小實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時LSD多重比較Table 1 The character size experiment responds to multiple comparisons of LSD

測試2中400W3C的反應(yīng)時最短為6.36 s,200W3C的反應(yīng)時最長為11.50 s。在0.05的顯著性水平下,筆畫寬度對反應(yīng)時有顯著影響(F=5.01,P=0.012<0.05)。根據(jù)表2中LSD多重比較結(jié)果顯示,筆畫寬度400W3C與筆畫寬度200W3C及600W3C在反應(yīng)時上存在顯著性差異,而筆畫寬度200W3C與筆畫寬度600W3C在反應(yīng)時上無顯著性差異。

表2 字符筆畫寬度實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時LSD多重比較Table 2 Multiple comparison of LSD in experimental response to character stroke width

測試3中間距100的反應(yīng)時最短為5.55 s,間距-100 的反應(yīng)時最長為10.15 s。在0.05的顯著性水平下,字符間距對反應(yīng)時有顯著影響(F=7.246,P=0.002<0.05)。根據(jù)表3中LSD多重比較結(jié)果顯示,間距100與間距-100及間距0在反應(yīng)時上存在顯著性差異,而間距0與間距-100在反應(yīng)時上無明顯顯著性差異。

表3 字符間距實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時LSD多重比較Table 3 Multiple comparison of LSD in response to character spacing experiments

4.2 眼動數(shù)據(jù)分析

柳忠起等[22]用眼動測量設(shè)備,通過被試模擬飛行任務(wù)研究了注視點(diǎn)百分比、注視時間百分比等眼動指標(biāo)與飛行員注意力分配及工作負(fù)荷的關(guān)系。Wilson[23]在真實(shí)飛行中進(jìn)行了眼動測量,研究表明認(rèn)知負(fù)荷的大小與任務(wù)難度可以引起瞳孔直徑的增加。故本論文使用眼動儀采集總注視時間、注視點(diǎn)百分比和瞳孔直徑等眼動指標(biāo),綜合分析飛機(jī)座艙界面中字符編碼與識別效率及認(rèn)知負(fù)荷的影響。

4.2.1 總注視時間

測試1中,如圖6所示,6.5 mm字高總注視時間最短為1.98 s,被試搜索信息時間短,識別效率較高。5 mm字高總注視時間最長為3.71 s,視覺搜索時間最長,該字符大小識別困難,識別效率低。6.5 mm字高分值最小,說明被試在字符大小實(shí)驗(yàn)中完成視覺搜索所產(chǎn)生的負(fù)荷最小。如表4所示,6.5 mm字高與另外兩種字符高度之間均有顯著性差異,5 mm字高和8 mm字高在主觀評價量表分值上雖有差異,但不具有顯著性。

表4 字符大小實(shí)驗(yàn)總注視時間LSD多重比較Table 4 Character size experiment total fixation time LSD multiple comparison

圖6 字符大小與總注視時間的關(guān)系Fig.6 The relationship between character size and total fixation time

測試2中,如圖7所示,600W3C筆畫寬度總注視時間最長,說明被試搜索信息花費(fèi)的時間最長,該筆畫寬度被試識別困難,認(rèn)知效率低。400W3C筆畫寬度中注視時間短,被試搜索信息時間短,識別效率高。通過SPSS軟件進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,在0.05的顯著性水平下,筆畫寬度對總注視時間有顯著影響(F=5.402,P=0.007<0.05)。如表5所示,400W3C的筆畫寬度與200W3C和600W3C在總注視時間上均有顯著性差異,200W3C與600W3C在總注視時間上雖存在差異,但不明顯。數(shù)據(jù)表明筆畫寬度對總注視時間有顯著影響,且400W3C筆畫寬度的識別效率更高。

表5 字符筆畫寬度實(shí)驗(yàn)總注視時間LSD多重比較Table 5 Multiple comparison of character stroke width experiment total fixation time LSD

圖7 字符筆畫寬度與總注視時間的關(guān)系Fig.7 The relationship between character stroke width and total fixation time

測試3中,如圖8所示,間距100總注視時間最短為1.67 s,被試在進(jìn)行視覺搜索花費(fèi)的總時間最短,識別效率較高。間距-100的總注視時間最長為1.96 s,視覺搜索時間最長,識別效率最低。通過SPSS軟件進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,在0.05的顯著性水平下,字符間距對總注視時間沒有顯著影響(F=0.991,P=0.376>0.05)。

圖8 字符間距與總注視時間的關(guān)系Fig.8 The relationship between character spacing and total fixation time

4.2.2 注視點(diǎn)百分比

測試1中,6.5 mm字高的注視點(diǎn)百分比最小為1.12%,識別效率更高,而5 mm字高的注視點(diǎn)百分比最大為2.04%。進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,如表6所示,得出在0.05的顯著性水平下,字符大小對注視點(diǎn)百分比有顯著影響(F=3.762,P=0.026<0.05)。6.5 mm字高與5 mm字高和8 mm字高在注視點(diǎn)百分比上存在顯著性差異。

表6 字符大小實(shí)驗(yàn)注視百分比LSD多重比較Table 6 Character size experimental fixation percentage LSD multiple comparison

測試2中,400W3C的筆畫寬度的注視點(diǎn)百分比最小,識別效率更高。而600W3C的筆畫寬度的注視點(diǎn)百分比最大,因此在飛機(jī)座艙顯示界面中不易應(yīng)用字重為200W3C的筆畫寬度。反之600W3C的筆畫寬度識別績效相對較好可以用于飛機(jī)座艙的顯示字體設(shè)計(jì)中。進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,如表7所示,得出在0.05的顯著性水平下,筆畫寬度對注視點(diǎn)百分比有顯著影響(F=3.246,P=0.047<0.05)。400W3C的筆畫寬度與200W3C和600W3C在注視點(diǎn)百分比上存在顯著性差異,200W3C與600W3C在總注視時間上雖存在差異,但不顯著。數(shù)據(jù)表明筆畫寬度對注視點(diǎn)百分比有顯著影響,且400W3C筆畫寬度的識別績效最高。

表7 字符筆畫寬度實(shí)驗(yàn)注視百分比LSD多重比較Table 7 Character stroke width experimental fixation percentage LSD multiple comparison

測試3中,如圖9所示,間距100的注視點(diǎn)百分比最小為0.73%,績效最高。間距-100的注視點(diǎn)百分比最大為0.96%,績效最低。經(jīng)過SPSS分析得出(F=0.843,P=0.435>0.05)注視點(diǎn)百分比數(shù)據(jù)之間不存在顯著性差異。

圖9 字符間距與總注視百分比的關(guān)系Fig.9 The relationship between character spacing and total fixation percentage

4.2.3 瞳孔直徑

測試1中,6.5 mm字高的瞳孔直徑最小,認(rèn)知負(fù)荷最小,被試在6.5 mm字高下處于舒適狀態(tài);而5 mm字高的瞳孔直徑最大,被試在5 mm字高下容易產(chǎn)生較大的心理負(fù)荷。

測試2中,200W3C的筆畫寬度的瞳孔直徑最小,認(rèn)知負(fù)荷最小;而600W3C的筆畫寬度的瞳孔直徑最大,認(rèn)知負(fù)荷最大。

測試3中,其中間距0的瞳孔直徑最小為2.69 mm,認(rèn)知負(fù)荷最小,被試在0間距下處于舒適狀態(tài);而間距-100的瞳孔直徑最大,被試在間距-100下容易產(chǎn)生較大的心理負(fù)荷。通過SPSS軟件進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,在0.05的顯著性水平下,字符間距對瞳孔直徑有顯著影響(F=3.54,P=0.04<0.05)。間距0與間距100在瞳孔直徑上存在顯著性差異。

5 結(jié)論

從飛機(jī)座艙界面字體編碼元素出發(fā),提取了字體字形、字符大小、筆畫寬度、字符間距4個字體編碼元素,對飛機(jī)座艙界面中的字符元素進(jìn)行了更加系統(tǒng)且全面的研究,結(jié)果表明設(shè)計(jì)優(yōu)化字體在一定程度上可以有效降低信息加工負(fù)荷,并提升用戶對信息的識別效率,對后續(xù)的飛機(jī)座艙界面研究存在參考價值。

由于飛機(jī)座艙字體多為無襯線字體,以界面顯示推薦的Helvetica字體作為實(shí)驗(yàn)選定字體,在控制觀察視距為600 mm、屏幕亮度對比度為舒適范圍的前提下,以字符大小、筆畫寬度、字符間距作為實(shí)驗(yàn)變量展開研究,對不同字符編碼特征屬性進(jìn)行了行為數(shù)據(jù)、眼動實(shí)驗(yàn)分析,得到字符大小、筆畫寬度、字符間距的識別效率及認(rèn)知負(fù)荷,得出以下結(jié)論。

(1)字符大小對被試反應(yīng)時有顯著性影響。6.5 mm字高在段落文本中反應(yīng)時最短,說明字符大小6.5 mm更易識別。行為數(shù)據(jù)結(jié)果表明字符大小對被試信息識別效率影響顯著。

(2)字符大小對總注視時間有顯著性影響,其中6.5 mm字高總注視時間最短,說明6.5 mm字高識別效率高。字符大小對注視點(diǎn)百分比有顯著性影響,其中6.5 mm字高注視點(diǎn)百分比最小,說明6.5 mm字高信息傳遞效率更高。字符大小對瞳孔直徑雖有影響,但不顯著。

(3)筆畫寬度對被試反應(yīng)時有顯著影響。400W3C筆畫寬度在段落文本中更容易辨識。行為數(shù)據(jù)結(jié)果表明筆畫寬度對被試信息識別效率影響顯著。

(4)筆畫寬度對總注視時間有顯著性影響,其中400W3C筆畫寬度總注視時間最短,說明400W3C筆畫寬度識別效率高。筆畫寬度對注視點(diǎn)百分比有顯著性影響,其中400W3C筆畫寬度注視點(diǎn)百分比最小,說明400W3C筆畫寬度信息傳遞效率更高。筆畫寬度對瞳孔直徑雖有影響,但不顯著。

(5)字符間距對被試反應(yīng)時有顯著性影響。間距100在段落文本中反應(yīng)時最短,說明間距100更易識別。行為數(shù)據(jù)表明字符間距對被試信息識別效率影響顯著。

(6)字符間距對總注視時間雖有影響,但不顯著,間距-100的總注視時間最長,間距100總注視時間最短。字符間距對注視點(diǎn)百分比雖有影響,但不顯著。間距-100的注視點(diǎn)百分比最大,間距100注視點(diǎn)百分比最小。字符間距對瞳孔直徑有顯著性影響。間距-100瞳孔直徑最大,而間距0的瞳孔直徑最小。