感性量化评价技术在工业产品设计中的认知研究与应用——以智能电源产品设计的眼动实验为例

运用眼动追踪技术对智能电源产品的造型形态、功能组件在交互界面中的体量规模,以及在空间设置中的视觉效果进行眼动实验.通过采集被试者在观察该类电源产品原型机与改良型样机的眼动数据,比较被试者在观察两款产品时眼动数据上的差异,分析存在差异的原因,验证眼动实验对产品形态设计评估的有效性.实现眼动追踪技术与感性量化评价手段之间的结合,在判断产品视觉要素对影响用户认知效果上进行了探索性尝试.     

视觉感兴趣区的提取及其在视频图像质量评估中的应用

通过主观眼动跟踪实验和客观Itti模型分别研究了视频图像的感兴趣区域提取问题.通过研究眼动跟踪实验数据与视频图像的时间同步问题和适当选取人眼在观察视频时所能接受的感兴趣区域个数,分别得出了主、客观实验的视频图像感兴趣区权重矩阵.在此基础上,在传统图像质量评估方法峰值信噪比(PSNR)中加入主观眼动跟踪实验和客观Itti模型得出的感兴趣区权重矩阵,分析和比较了2种感兴趣区权重矩阵对PSNR的影响.实验证明,通过参数设置,主观眼动跟踪实验和客观Itti模型提取的感兴趣区权重矩阵对 PSNR都有明显的改善,改善后的模型不但保持了传统方法的简易性,同时也提高了其与主观感知的相关性.     

多点触控手势在复杂系统数字界面中的应用优势

为将多点触控手势引入复杂系统数字界面,运用认知设计和认知评价对手势应用优势进行了论证.分析了手势交互改善大容量数字界面信息显示和用户自然交互行为的认知机理,在设计综合态势管理系统手势交互原型和手势定义的基础上,使用眼动追踪技术和用户体验评价方法,进行了鼠标和手势操作效率的对比测试.实验结果表明:手势操作的注视点数量、注视时间和操作时间3个眼动数据的平均值明显小于鼠标操作,且标准差较小;手势操作失误率为6%,略高于鼠标操作;用户选择手势操作倾向率高达86%.复杂系统数字界面中的手势操作虽然具有非精确性,但与鼠标操作相比,它在降低用户认知负荷、提升态势感知、提高操作效率和用户主观满意度上均具有明显优势.     

基于眼动交互的增强现实抬头显示系统

为了建立一个面向驾驶员的眼动交互增强现实抬头显示系统。首先给出了实时眼动数据的预处理与分析方法。为符合增强现实抬头显示系统的实际应用条件以及针对不同眼动跟踪设备存在的精度局限性的问题,提出了面向增强现实抬头显示系统的眼动交互界面与配套的眼动识别算法。该方法不仅保证了交互的易用性、准确性、高效性,同时也保证了交互的安全性。在此基础上,设计并实现了基于Tobii眼动仪的增强现实抬头显示交互系统。     

基于眼动追踪实验的数字界面质量评估模型

为了提高界面设计的合理性以及评估结果的准确性,以眼动追踪为实验手段,结合软件工程领域的质量评估模型,开发了一个面向数字界面的质量评估模型.首先,基于对界面功能的分析,优化出4个质量特性作为第一层次评估指标,分别为情感吸引性、设计复杂性、交互高效性、认知负荷大小;然后,由模型的质量特性推导出质量子特性,进而确定出6个质量子特性以及若干度量指标,分别将其作为第二、第三层次的评估指标.基于此,构建了一套多维、多层次的数字界面评价体系.最终,通过基于任务的F-18战斗机显控界面实验,实现对战斗机显控界面客观综合的评估.评估结果表明,提出的评价模型能有效提高界面评估结果的可靠性.     

人眼对标定界面的注视效果研究

通过眼动跟踪实现精确瞄准注视目标,将成为无人武器的重要操控方式.标定是眼动跟踪的重要环节,受人眼观察及眼动生理特性影响,不同的标定界面会使人眼产生不同的注视效果.通过改变标定界面的背景及标定点的颜色、形状、大小等要素,采用最小二乘回归的方法建立视线估计映射模型进行标定,进行5×5均匀分布25点注视测试,对比分析设计的27组标定界面的注视准确度和精密度,选出最佳标定界面,以此研究人眼对标定界面的注视效果.实验结果表明:27组标定界面中1号界面的注视准确度最好（0.69°±0.43°）,24号界面的注视精密度最好（0.27°±0.083°）;以注视准确度为主、兼顾精密度的准则,1号标定界面为最佳标定界面.      

数字化监控任务界面中信息特征的视觉搜索实验

针对信息特征的视觉搜索过程,从凝视-扫视的浏览路径分析操作员搜索信息的注意资源分配,展开眼动跟踪实验.实验结果表明,搜索路径受任务驱动影响,在不同任务下反应时与眼动数据均有显著性差异;不同监控区域的信息分布注意捕获亦有显著性差异.凝视/扫视比表明,实验材料中监控任务布局的信息搜索较低;信息方位与信息特征容易被捕获.由此得到了认知信息处理与任务的关系、信息搜索与监控区域的关系以及信息特征的集簇关系.该结论能够有效指导监控任务界面的改良设计,从而提高操作员任务执行的认知绩效.     

基于眼动实验的飞机座舱界面字符编码分析

驾驶舱是飞机的命令中枢,驾驶舱显示界面的信息设计质量直接影响到飞行任务的完成,大多数飞行相关信息都以字符形式展现在飞机座舱界面上。为探究飞行员对不同字符编码元素的识别效率,通过飞机座舱界面字符编码、眼动追踪法及行为绩效评估法研究了飞机座舱界面字符大小、笔画宽度、字符间距对飞行员认知效率的影响。结果表明：从行为数据来看,字符字高6.5 mm的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字符字高6.5 mm的字符注视时间最短、注视百分比最小、使受试者瞳孔直径最小;从行为数据来看,字符笔画宽度400W3C的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字符笔画宽度400W3C的字符注视时间最短、注视百分比最小、使受试者瞳孔直径最小;从行为数据来看,字间距100的字符反应时最短。从眼动实验数据来看,字间距100的字符注视时间最短、注视百分比最小、字间距0的字符使受试者瞳孔直径最小。可见不同字符编码识别效率不同,字高6.5 mm、笔画宽度400W3C、字间距100的字符编码识别效率最高,该结论可用于飞机座舱界面的设计中。     

Web信息诉求与用户任务交互的眼动模式发现

眼球运动是人类心理与认知状态的外在表现,已有的研究大多分别考察外界信息表象或用户内源状态对眼动的影响,很少有人专注于外界信息的诉求方式与用户任务交互对眼动的影响.本文利用眼动跟踪技术,采用感性诉求与理性诉求两种信息表达方式,给参试者分配喜好任务和匹配任务,考察Web信息的诉求方式与用户任务的交互作用对眼动的影响.实验结果发现:参试者在不同任务条件下观察同一诉求方式的Web信息时,有着不同的眼动模式;且这种眼动模式的差异受到其所观察信息的诉求方式的影响.实验说明:参试者的眼动模式制约于内在任务的同时也受外界信息诉求方式影响,在充分考虑这两者交互作用的前提下,基于眼动数据进行用户分类是可行的.     

虚拟地理环境的智能交互研究进展及其耦合联动方案

虚拟地理环境是表示和模拟真实世界的有效工具，如何建立环境到人的刺激评估交互过程是需要考虑的问题.目前多维度、多模式地理环境可视化系统的交互和反馈方式比较割裂，整体认知耦合性仍存在不足.总结虚拟地理环境智能交互研究现状，并对二、三维地理环境联动耦合认知进行研究.提出使用3D打印技术、电子地图技术、二维条形码技术和图像识别技术等构建二、三维耦合模型，探索系统自适应匹配联动耦合认知方案；在模型中采用以眼动控制交互技术为主，辅以语音、手势等自然交互方式，优化资源分配和认知效果，提升地理信息传输和认知交互效率；然后，对虚实地理空间多通道认知负荷进行分析，通过眼动参数指标量化监控、分析和优化认知负荷，提出基于注视点渲染的认知效能优化理论模型，提升交互体验.     

Rayleigh-Taylor不稳定性的MAC模拟

利用MAC方法对Rayleigh—Taylor不稳定性数值模拟．主场方程采用变密度的不可压Navier-Stokes方程，在Euler网格上进行求解．为了克服Euler方法不能精确定位多介质交界面的问题，引入了Marker点来追踪界面，利用Lagrange方法计算界面的运动，从而能精确的追踪出界面的位置．     

5阶WENO有限差分法在界面追踪中的应用

为实现高精度和高分辨率追踪流体运动界面,采用流体体积函数(VOF)法,将VOF函数的二维运输方程转化为一维守恒律方程后,空间导数采用5阶WENO有限差分法离散,时间导数采用3阶Runge-Kutta法离散,数值流通量采用Local Lax-Friedrich通量计算,运动界面采用Youngs界面重构技术重构,从而给出一种5阶高精度和高分辨率的流体运动界面追踪方法. 将该方法分别应用于平移、旋转场和剪切流场中经典模型的运动界面追踪,结果表明本文方法可实现流体运动界面高精度和高分辨率的追踪.      

基于GPS定位原理的轨道外部几何参数测量系统

 利用GPS 定位全天候、高效率、低成本的特性,设计出一种新型的轨道外部几何参数测量系统.该系统由卫星系统、加载接收机的轨检仪、控制网和GPRS 发射站组成.测量前,先构建边连式同步图形扩展式带状轨道监测控制网,并在现有的轨检仪上加载GPS 接收机.测量过程中,轨检仪沿轨道运动:GPS 控制网中4 个GPS 基站与轨检仪上GPS 流动站实时采集定位信息;定位信息经双差处理和整周模糊度解算后,得到RTK(real-time kinematic)观测量,确立轨道中心线;结合轨检小车测出的轨道内部几何参数和轨道中心线,解算出轨道高程.静态实验与外场试验结果表明:该测量系统自动化程度较高,静态观测误差在0.5 mm 以内,动态误差在15 mm 以内,完全能够满足轨道外部几何参数高精度测量的要求.     

一维多介质流动问题的守恒型界面处理方法

开展了一维多介质流动问题的界面处理方法研究.通过求解level-set方程来跟踪界面的位置,移动界面附近网格保持界面与网格边界重合,在界面处构造和求解守恒型Riemann问题得到界面处流体的准确流动状态,并以此来计算界面处的数值通量,得到了一个新的守恒型界面处理方法.数值试验表明该方法能准确地捕捉界面和间断的位置.     

车站列控中心接口系统功能概述

列控中心为了满足控车要求,需要从CTC、联锁设备、轨道电路、TSR服务器等设备接口获得信息,结合这些信息进行逻辑运算用以确定应答器报文、产生轨道电路编码,形成给CTC和联锁设备的信息。列控中心需要与多个系统接口,接口的标准化是保证这些设备信息互通的前提。郑西客专的LKD2-H型列控中心设备由于内部采用串行总线,通过智能化的接口模块实现外部接口与内部总结的桥接,对应开发一种新的接口时,只需要开发相应的接口适配板即可,不会改变体系结构,可扩展性强。接口模板实现了智能化,可以有效降低系统的复杂性,从而提高系统的可靠性、可维护性、可扩展性、通过采用安全的应用层协议,实现信息传输的安全逻辑。     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面上产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增加在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于竖向界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力;竖向界面需设置在轻重载车道之间的划线处,可确保该处实际不会产生剪切破坏;轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然,因此,采取工程措施加强面层强度并进行剪切强度验算是必要的。     

高速铁路无砟轨道的维修与养护技术研究

无砟轨道是告诉铁路轨道结构发展方向。随着我国客运专线的快速发展,对新型无砟轨道结构养护维修研究十分必要。本文介绍了无砟轨道结构的特点和检测设备．并探讨了无砟轨道结构的养护维修技术。     

采用无网格方法计算含大变形介质界面的可压缩多介质流动

采用动态无网格节点追踪自由边界的变形,建立了一套求解可压缩多介质流场的最小二乘无网格方法.将界面定义为具有双重含义的动态无网格节点集合.使用虚拟流体方法处理介质边界节点,构造界面两侧的虚拟节点,根据介质的种类将流场划分为若干个单介质区域.为抑制界面处流动参数的非物理震荡,采用局部界面Riemann问题解更新界面节点和虚拟节点的流动参数值.使用局部点云重构技术处理界面附近的动态点云.引入AUFS格式求解ALE形式Euler方程的对流通量.一维激波管和二维复杂大变形的多介质问题计算结果证明文中提出的动态无网格法是可行的,能够准确地追踪界面的复杂变形,并对界面附近的变形点云进行合理的重构.      

自由界面问题的拉格朗日粒子和流体体积耦合算法

针对自由界面问题,构建了拉格朗日粒子和流体体积(volume of fluid, VOF)耦合算法.拉格朗日粒子方法可以准确追踪运动界面,但是一般很难保证流体的质量守恒性.VOF方法可以保证很好的质量守恒性,但是不容易计算界面的几何信息.因此,本文构造了一种耦合算法,吸收两种方法的优点.耦合算法中还引入了四叉树自适应网格技术,可以在大变形区域提高界面的分辨率,并能减少计算量.利用耦合算法模拟经典的Zalesak旋转盘问题和单涡剪切流动,数值结果和文献已有结果吻合较好,验证了耦合算法的稳定性、有效性和准确性.     

田径场突沿建筑新技术

在田径运动场的施工中,要求跑道内突沿的周长达到最佳精确度。若采用钢管做突沿会使其工艺精度超过现有技术水平。