基于眼动跟踪技术的界面可用性评估

为解决因界面而造成的整体系统效率低下的问题,以认知学为理论基础,提出将眼动跟踪技术运用于界面可用性检测.首先讨论了眼动跟踪设备的优势与技术原理,然后以德国汉堡城市轻轨U4线站台界面的交互设计为例,描述眼动跟踪实验的流程.最后从眼动路径、热度、信息量、任务用时和注视频率等方面对新旧界面进行实验,以定量实验方法评估新旧界面的优劣.实验结果分析比较表明:新界面的各项实验检测数据都明显优于旧界面,更符合用户的需求和认知习惯;同时,眼动跟踪实验的可靠性高,数据结果比较精确,适合进一步推广应用,并为后续航电系统界面设计研究工作提供了一种有效的评估方法.     

基于眼动追踪技术的网络地图交互功能分析

为了探究更符合大众需求的网络地图交互功能,利用眼动追踪技术对中国流行的4款网络地图的交互功能可用性进行研究。结合眼动录像和眼动指标,测试用户在执行网络地图的典型任务时的认知差异。对网络地图的功能识别、地理信息查询、路线规划和周边服务查询等交互功能进行分析。结果表明:(1)工具的设计以文字和抽象符号相结合的方式表示更容易引起用户注意;(2)提高网络地图显示区域在界面布局中所占的比重,对交互效率的提升具有重要影响;(3)4款网络地图的周边查询功能设计不明显,易被用户忽略。这些研究结果可以给网络地图设计者改善交互功能提供一定的参考。     

三维环境手势自然交互范式研究

随着非接触式交互设备的出现和三维界面的广泛应用,传统的二维交互方式已经不能满足三维应用系统的需求,亟待研究三维界面的自然交互问题。结合用户认知心理和三维界面的特点,提出三维界面交互通用模型GOMSS(Goals,Operators,Methods,Selection Rules and Scenes),并将该模型应用于体感设备的手势交互研究,设计了三维环境手势自然交互范式。通过虚拟装配等系统进行评估,表明该手势交互模式在提升系统易学性和交互沉浸感方面的有效性。     

面向虚拟装配的层次化交互手势技术

针对目前虚拟装配系统存在的用户体验不足问题,文中将手势识别技术引入虚拟装配的人机交互中,提出了一种面向虚拟装配操作的层次化交互手势模型;根据装配任务和交互模式的特点,提出了二级手势分类策略:先对交互手势进行初步分类再利用情境感知技术判断手势的类型;然后利用运动感知技术对手势的交互语义进行识别;接着通过对用户作业空间的手功能区感知来实现不同交互模式的自然过渡,从而降低用户在交互过程中的认知负担;最后通过自主开发的虚拟装配原型系统对文中提出的交互手势技术进行验证.实验结果表明,文中的层次化交互手势建模与识别方法能有效地增加虚拟装配环境中的人机交互效率和用户体验.     

基于手部运动交互娱乐设计

为了儿童能够在现有的条件下自然、灵活地利用计算机进行学习、娱乐,采用计算机视觉处理技术设计了一种基于手势的交互模式。该交互模式利用手部无规则的运动信息和人类特有的肤色信息作为计算机输入,用户可以方便地进行菜单选择、游戏设置以及游戏控制,从而可以有效地摆脱键盘、鼠标的束缚。该模式具有不需要手势训练、用户认知负担小、适应能力强等优点。最后基于该交互模式,开发了一个儿童益智学习系统和一个游戏系统。通过多人的参与评估,用户对这种交互模式较为满意。     

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.     

面向神经工效学的触控显示系统人机交互评价方法

为了评价触控显示系统的人机交互工效,发展了一种面向神经工效学的多元评价方法,通过认知负荷和交互效率2个大方面、4个小指标(θ波功率、近似熵、误判率、反应间隔时间)进行多元评价。以座舱仪表界面为例设计了触控和操控2组对比实验,记录并分析操作者脑电信号及行为表现。分析结果表明:随着任务难度增大,误判率逐渐增大,同时θ波功率和近似熵整体逐渐增加,相关系数均大于0.5;触控实验中双手比单手操控交互效率更高,误判率和间隔时间平均降低15.3%、6.3%;触控式显示系统比模拟式系统认知负荷程度更低,θ波功率和近似熵平均降幅达24.7%和15.7%,交互效率更高,误判率和间隔时间平均降低69.9%和37.2%,表明触控式显示系统更具优势。     

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.     

基于草绘和手势的着装系统

当前虚拟着装工具大多采用WIMP界面,操作复杂,难以学习.而手绘界面是一种更简单、快速的交互方式,更适合概念设计.本文设计并实现了基于草绘和手势的着装原型系统.用户通过手绘的方式直接在3D虚拟角色模型上勾画出衣服轮廓线.系统采用基于尺度空间的角点检测方法准确地预处理和分割轮廓线.利用衣服轮廓线到模型之间的距离推算衣服内部网格点到模型之间的距离信息,由此构建衣服曲面.为加速计算距离值,通过对距离场信息建立索引改进了其存储和访问效率.同时该原型系统允许用户使用手势对衣服轮廓线进行编辑,并且设计和实现了手势训练     

驾驶眼动识别设计研究

当前车载信息系统面临多层次信息集成。如何协调驾驶员的驾驶任务和信息交互任务是人车交互研究的新课题。人机交互领域的眼追踪技术为解决这一冲突提供了方向。研究分析了人的驾驶行为和认知负荷,对现有的眼追踪技术和应用进行分析,在此基础上结合实际案例提出了驾驶中眼动模式识别设计的几点设计特征,开发了眼动交互原型和交互界面。     

基于手势识别的虚拟环境体感交互控制

结合体感交互与虚拟环境技术,提出了一种基于手势识别的虚拟环境体感交互方法,采用Kinect体感设备,实时获取用户的手势数据,通过改进的动态时间规整算法,对所定义的手势语义进行识别,并根据识别结果,发出实时控制指令,实现与虚拟环境的自然交互.在此基础上,实现了基于Kinect手势识别的虚拟矿井交互系统,对交互方法进行测试.实验测试结果表明,手势识别正确率平均高达95.1%,实时性较好,所定义的虚拟矿井手势语义符合人们正常操作习惯,能实现与虚拟环境更加自然的人机交互,可以实现与虚拟矿井自然交互控制.     

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.     

基于Python的高空作业车液压故障诊断系统设计

目的:设计基于Python高空作业车液压故障诊断系统,提高故障诊断效率。方法:以工作过程中转向动作失效为例,建立液压系统故障产生原因的故障树,对故障定性分析。利用传感器、单片机和通信模块等硬件设计下位机故障在线监测和传输系统。上位机诊断系统采用Python编程语言和MySQL数据库设计,由HTML, JavaScript和CSS完成系统界面的显示。结果:建立了具有良好用户交互界面,各个模块下的功能操作一目了然,对于使用者要求不高的故障诊断系统。结论:本系统可提高故障诊断效率、缩短故障诊断时间。     

文化创意产品设计的感性评价方法

依据感性工学理论,结合眼动实验、语义差异法(SD法)和统计分析方法,总结出文化创意类产品感性评价的方法.以龙舟赛奖杯作为文化创意产品的样本,通过对用户的调研数据进行整理与综合对比分析,探讨受测试者的认知差异与文化创意产品设计方案的感性认知之间的联系.研究表明,眼动实验与语义差异法相结合的设计评价方法具有较好的客观性和可操作性,并能为文化创意类产品的设计评价提供参考.     

基于实体用户界面的智能手机直觉化交互方式

以智能终端上的交互方式为研究内容,针对智能手机的有形实体交互问题,提出智能手机上的直觉化视窗式交互方法,解决移动终端上由于沿用桌面式图形用户界面交互范式而造成的操作低效与不便的问题,设计并实现了一种基于实体用户界面的手机读图系统Emagn,最后通过实验验证了该方法在交互效率与认知上较传统触摸手势交互方法均有所提高。     

虚拟现实人机交互的eGOMS模型研究

采用心理学和计算机技术相交叉的研究方法,对人机交互中人的认知过程的人类视知觉特征和心理加工机制与特点等进行了细致的探讨;结合虚拟环境中人机交互过程的不确定性、连续性和实时反馈性以及交互可用性评价指标的多样性等特点,提出了适用于虚拟现实人机交互的扩展GOMS(eGOMS)模型,克服了传统GOMS模型要求精确的用户操作、交互界面与实际应用相分离及评价指标单一的不足.以eGOMS模型为基础对PIBG交互范式进行了评估,PIBG为VR用户界面提供自然、隐式交互的手段,从而大大降低了用户在虚拟环境下交互的认知负荷.     

基于鼠标动力学模型的用户身份认证与监控

针对计算机系统安全中的用户身份识别和监控等基本问题,提出了一种利用鼠标动力学行为特征进行身份识别的新方法.通过采集各种应用环境下的鼠标行为数据,从交互和生理2个层面上对人机交互过程中计算机用户的鼠标行为特征进行建模、分析,以达到实时监测用户身份、检测非法用户的目的.所提方法可为身份监控原型系统实时采集用户的行为数据,并将当前的行为与用户的历史行为模型进行比较,以判断和检测用户身份,再依据判断检测结果产生实时的响应,从而有效防止非法用户侵入.实验采集井分析了10个用户的鼠标行为数据,通过特征降维与神经网络分类相结合的算法,得到了0.48%的误识率和2.86%的拒识率,充分展示了基于鼠标动力学行为模型进行身份认证和监控的可行性.     

防空反导装备指控舱显控台界面布局优化设计与评价

随着科学技术的快速发展,防空反导装备显控台传统的人机界面已经无法适应作战过程中信息量激增、时间压力变大的变化,为了提高操作绩效,降低操作人员的认知负荷,在界面设计的过程中需要更加强调"以人为中心"的设计理念,将直感交互设计理念融入设计过程中.首先通过分析指控舱里各个显控台人机交互界面,指出其中存在的问题;采用模糊层次分析法进行布局原则的量化,建立布局优化模型;结合操作人员的操作习惯、认知和心理特性确定目标子函数,利用遗传算法进行界面的布局优化设计.其次,考虑到界面评价指标的模糊性,提出一种多属性模糊综合评价法进行优化方案的评价,通过对数据的处理和分析,验证了优化方案和评价方法的合理性.     

基于混合方法的眼动实验AOI划分及设计评价

为进一步提升工业产品评价类眼动实验的合理性,解决实验中AOI划分缺乏系统方法的问题,提出了基于混合方法的眼动实验AOI划分方法.通过分析混合研究方法的类型和程序,构建基于顺序探究设计的AOI划分方法模型.以评价现调机设计方案的眼动实验AOI划分为例,验证该方法模型的可靠性.在质化研究部分应用扎根理论和质化分析软件,在量化研究部分开展眼动预实验,最终应用因子分析获得现调机的灯箱、接水盘两个AOI,为进一步开展正式眼动实验提供了保障.该研究提供一套易于操作的用于设计评价类眼动实验的AOI划分方法,有助于提升AOI划分合理性,提高眼动实验效率,筛选有价值的研究对象,更好地推动设计评价和产品设计的开展.