基于虚拟现实的遥控型无人特种车辆交互设计研究

目的 探索虚拟现实技术下遥控型无人特种车辆交互范式,提升遥控型无人特种车辆作业效率和用户体验。方法 通过eGOMS模型分别对虚拟现实场景和真实场景的遥控型无人特种车辆交互流程进行建模,并对所得模型进行操作时间的预测与分析,采用RoboMaster平台对用户在两种不同场景下开展绩效实验与NASA-TLX问卷访谈。结合主客观两个方面,对交互过程进行综合评价。结果 量化作业绩效实验数据与用户脑负荷问卷感受数据对比结果同时呈现虚拟现实交互更具有优势,但具体作业时间与模型预测有差异;实验的结果显示,无论是虚拟现实还是真实场景,基于eGOMS模型预测的交互操作时间均大于用户实际交互操作时间。结论 虚拟现实技术可以有效提升遥控型无人特种车辆交互的用户体验与作业效率,提升车辆控制交互系统的易学性;研究也进一步发现eGOMS模型中的标定与插入规则需要适当更新以适应专家用户。虚拟现实技术将有效地提升遥控型无人特种车辆的作业效能,大幅降低高危岗位人员的作业风险,从而促进遥控型无人特种车辆在消防、抢险救灾、国防等领域的普及应用。     

基于AHP和生理电的机器人语音交互认知负荷评价

目的 提出一种兼具主观测量和生理数据验证的机器人语音交互认知负荷的评价方案。方法 设计实验使受试者对不同的机器人语音交互系统进行体验，完成相应的任务并接受主观认知负荷测量，同时加以生理电信号测量。主观测量部分利用层次分析法（AHP）对传统的NASA-TLX量表进行改进，使得测量更加客观与细致；并利用生理信号测量的结果验证主观评价的可靠程度与实际意义。结果 得出不同语音交互系统认知负荷的主观评价数据与生理测量数据，两者相互印证，从而得到可靠的认知负荷评价结果，并进一步证明了评价系统本身的有效性。结论 基于AHP的基本原理，改进了NASA-TLX量表，并建立起了一套包含四个准则十四个指标的语音交互认知负荷评价体系，利用心率与皮肤电信号测量进行了辅助验证，提出了一种研究机器人语音交互用户体验的技术手段。     

基于认知负荷理论的雷达信息视图交互设计策略研究

目的 以降低操作者认知负荷为目标从人机认知任务分配角度探讨雷达界面信息图的交互设计策略.方法 对基于雷达信息图的系统观察任务流程进行分析,基于新型人机协同、人机合作视角探讨系统人机功能分配的原则,采用认知负荷评测方法,通过用户绩效测量和NASA-TLX量表,采集分析任务完成的时间、正确率及认知负荷水平,比较不同的人机分工方案对操作者认知负荷的影响.结果 基于新的人机功能分配策略的设计方案中,用户完成时间、正确率均大于初始方案,完成任务的认知负荷小于初始设计方案.结论 复杂信息界面的信息呈现与交互设计,可以通过系统功能在人机之间的合理分配,充分发挥人机各自优势,降低操作者的认知负荷,提高观测准确率,提高系统绩效.     

基于视觉生理反应指标的工业系统人机界面出错因子提取研究

为了降低用户在操作数字化仪控系统交互界面的认知负荷，降低用户在操作数字化仪控系统交互过程中的出错率，进行眼动追踪实验。实验以核电厂监控任务界面为样本，运用凝视与扫视生理反应指标，对数字化仪控系统交互界面的信息特征布局进行探究。基于对实验数据的结果分析得出，用户在数字化仪控系统交互界面视觉认知过程中，会产生信息疏漏、误读/误判等出错因子，并通过提取用户在操作过程中产生的出错因子，为数字化仪控界面的设计提供参考依据。基于设计认知过程中出错因子的交互界面设计对减少任务的出错率和提升交互界面的认知绩效具有一定的参考价值。     

基于可视化呈现的数字化健康信息认知研究

目的 研究数字化健康信息的呈现状态和呈现方式对年轻用户健康信息认知理解的影响。方法 采用两因子组内设计的人因学实验,测试了18名年轻受试者在两种信息呈现状态（静态呈现,动态呈现）及三种信息呈现方式（条形图,仪表图,文本型）下的认知绩效、主观感知及眼动行为,并采用重复测量方差分析法分析实验数据。结果 信息呈现状态显著影响用户认知理解绩效,动态呈现方式能有效降低用户信息搜索时间。呈现方式显著影响感知易用性和满意度等主观评价指标,两种图形类方式主观感知评价显著高于文本型。信息呈现状态和呈现方式对眼动行为存在显著主效应及交互作用,条形图和文本型在动、静态呈现时的首次注视时间无显著差异,但动态仪表图的首次注视时间晚于静态仪表图。图形类呈现方式的总注视时长较之于文本型也较短,其信息认知效率较高。结论 呈现状态中,动态呈现能够提高用户提取重要信息的效率;而呈现方式中,图形类呈现方式有更好的用户主观认知评价。研究结果有助于揭示呈现状态和呈现方式对数字化健康信息认知的影响机制,为优化数字化健康信息的编码设计提供了指导。     

上肢运动学特征与虚拟现实人机界面工效学优化研究

为提高虚拟现实（VR）场景下自然手势交互界面的操作效率、准确性和舒适性，对不同目标方位和手臂姿势下的操作任务完成绩效和感知疲劳度展开了实证对比研究。通过一个VR场景下的“目标选取”交互实验，从任务完成时间、准确率、手臂感知疲劳度等主客观角度测试，并对比分析了不同目标方位和手臂姿势变量下的任务完成数据和疲劳度测评结果。实验发现：顺手侧操作空间中的任务完成效率和准确性显著优于逆手侧，且后者产生的感知疲劳更为明显；相比肩部以上空间内的手势操作，肩部以下空间内的手势交互时间效率和准确性更佳。     

基于视觉行为的智能车载交互界面色彩编码研究

对智能车载交互界面信息进行色彩编码,提高视觉信息的辨识度,从而降低驾驶员在驾驶过程中的认知负荷,提高驾驶员在行驶过程中的认知绩效及驾驶安全性。对驾驶员在驾驶过程中视觉认知过程进行分析,构建视觉注意模型。然后通过问卷形式来获取视觉信息功能元素的操作复杂度、驾驶相关度和使用频率之间的关系,结合调研结果得到使用权重较高的功能元素。对使用权重高的功能元素进行图标设计,通过用户反馈得出最优的图标色彩编码。依据图标方案用户调研数据,在某汽车企业的三种企业形象色中,蓝色是相对于其他两种颜色易于捕获的色彩。蓝色易于驾驶员在行驶过程中进行注意捕获,从而提高驾驶员的认知绩效,将蓝色应用于智能车载信息交互界面呈现的设计中。     

认知视角下包装视觉信息传达效果的评价研究

分析产品包装中的视觉要素以及视觉要素传达出的信息,基于认知理论,探讨消费者对包装视觉信息的认知活动,从认知活动的认知负荷、认知绩效来研究视觉传达效果的评价方式;将包装信息传达的评价分为主观和客观维度,以量表为方法的主观评价和以任务绩效为指标的客观评价方法,将信息获取效果转化为认知效果,两种方式结合用以验证产品包装的信息传达效果,并为包装设计提供一定的指导。     

人机交互中认知负荷的成因分析与设计策略研究

目的研究人机交互过程中认知负荷的生成机制和成因类型,并探索优化调节认知负荷的交互设计策略。方法首先研究了交互设计中认知负荷的生成机制,剖析了认知负荷、可用性和用户体验三者的内在联系;其次探讨了用户在操作过程中认知负荷的三种成因类型,并针对不同成因类型的认知负荷提出了优化调节目标及相应的设计策略;最后对一款APP进行了分析与改进设计。结论用户在操作过程中,会产生三种不同成因的认知负荷,其中,内、外在认知负荷对认知有阻碍作用,相关认知负荷对认知有促进作用。在进行交互设计时,通过降低交互信息的内在复杂性和交互性,提高用户认知图式的匹配程度,可以降低内在认知负荷,优化交互信息的组织和呈现方式可以降低外在认知负荷,明确的反馈机制可以提升相关认知负荷。对交互过程中的认知负荷进行分析和改进,有助于提升产品的可用性和用户体验。     

基于认知语义的视线跟踪人机交互任务设计

为实现视线跟踪人机交互系统中人-机可靠有效的会话,本文提出结合人类认知思维和交互任务执行情况的系统工作状态辨识方法。根据认知交互语义设计交互任务,对交互任务执行状况进行判断并统计执行结果,依据视线跟踪人机交互系统历史交互信息设计系统工作状态辨识算法和系统工作状态判断阈值,实现对系统工作状态的辨识。最后在建立的实验平台下进行了实验,实验结果表明:基于认知交互任务的系统工作状态辨识方法可以较准确的对系统当前工作状态做出判断,有效避免了米达斯接触问题等引起的误判。     

混合现实电子沙盘虚拟对象的手眼协同交互设计研究

目的 面向混合现实电子沙盘虚拟3D对象,开展3D交互性能与用户体验研究与评估,提出交互设计原则和设计建议。方法 针对混合现实环境下双手可触范围外的虚拟对象“选择”任务开展交互设计研究,引入虚拟对象布局排列方式作为评估变量,在3种典型的虚拟对象布局情况下,分别进行手控光线、头动、眼动与手势协同的3种交互方式性能及用户体验对比研究。通过设计原型实验系统,进行用户体验测试,实验数据分析与评估,验证交互设计原则,提出交互设计建议。结论 实验结果显示眼动与捏合手势结合的手眼协同交互方式在时间、任务负荷及用户偏好方面都具有显著优势。手控光线与手势协同交互的准确性最优,并且这一优势在任何一种布局方式中都有所体现。建议混合现实环境下的“选择”任务交互设计要注重功用性、持续性和愉悦性原则,提出了降低“选择”任务交互的工作负荷与疲劳及增强新颖交互提升愉悦性的设计建议。     

程序性知识视觉表征与用户类型对用户信息检索体验的影响

目的 高校图书馆数据库是获取信息资源的重要渠道,已有研究关注了界面系统的美学体验,忽视了视觉信息表征的逻辑性与可理解性,导致用户信息检索效率低的问题。方法 采用控制实验方法,探究程序性知识视觉表征和用户类型对高校图书馆数据库用户信息检索体验和认知负荷的影响。结果程序性知识视觉表征对信息检索体验和认知负荷均有显著影响,并且用户类型与程序性知识视觉表征对可用性和认知负荷具有交互作用。新手用户在使用下拉的视觉表征时信息检索体验最高,老手用户更适合使用组合的视觉表征方式。结论 通过提升用户在数据库中的信息检索体验,可以为检索界面设计提供依据。     

Identifying subassemblies and understanding their functions during a design review in immersive and non-immersive virtual environments

Design review (DR) is a product development (PD) activity used to inspect the technical characteristics of a design solution. Immersive virtual reality (IVR) technology enables the presentation of spatial information and interaction with 3D CAD models inside an immersive virtual environment (IVE). Such capabilities have shown the potential to mitigate the cognitive load needed for the visual perception of spatial information and, consequently, enhance design understanding and DR performance. Thus, an increasing number of studies have explored the effect of IVR technology on DR activities in different domains. However, determining when the implementation of IVR technology rather than a conventional user interface for DRs in mechanical engineering PD projects will be beneficial remains unclear. Hence, a conceptual DR experimental study was conducted to investigate the differences in the ability of engineering students to identify mechanisms and understand their functions when a design solution for a technical system is presented in an IVE by IVR technology and in a non-immersive virtual environment (nIVE) by a conventional user interface (monitor display, keyboard, and mouse). Data were collected by performing DR tasks and having participants complete a prior experience questionnaire, presence questionnaire, and mental rotations test. Findings of the study indicate that IVR does not support an enhanced ability of engineering students to identify mechanisms and understand their functions compared with a conventional user interface.     

The impact of secondary task cognitive processing demand on driving performance

Crash causation research has identified inattention as a major source of driver error leading to crashes. The series of experiments presented herein investigate the characteristics of an in-vehicle information system (IVIS) task that could hinder driving performance due to uncertainty buildup and cognitive capture. Three on-road studies were performed that used instrumented passenger and tractor-trailer vehicles to obtain real-world driving performance data. Participants included young, middle-aged, and older passenger vehicle drivers and middle-aged and older commercial vehicle operators. While driving, they were presented with IVIS tasks with various information densities, decision-making elements, presentation formats, and presentation modalities (visual or auditory). The experiments showed that, for both presentation modalities, the presence of multiple decision-making elements in a task had a substantial negative impact on driving performance of both automobile drivers and truck drivers when compared to conventional tasks or tasks with only one decision-making element. The results from these experiments can be used to improve IVIS designs, allowing for potential IVIS task phenomena such as uncertainty buildup and cognitive capture to be avoided.     

车辆人机交互设计虚拟评价系统构建与应用

目的利用虚拟现实技术对车辆人机交互设计方案进行评价,以提高交互设计过程中的迭代效率并减少资金的投入。方法以真人与虚拟车辆交互设计方案进行交互,同时用测试设备采集人的视频、音频、眼动轨迹、皮肤电、脑电、脑红外等数据和信息,并进行数据分析和设计方案评价。结论基于虚拟现实技术对车辆人机交互方案进行设计过程前期的评价是必要的和可行的,虚拟评价系统会随着虚拟现实和人机交互技术的发展逐步完善。     

基于眼动追踪的AR辅助装配指示符号影响机制研究

目的 随着AR数字化信息在辅助装配领域的快速发展,能为用户提高装配效率、准确性和减少操作错误。当前AR指示符号的视觉设计尚无通用标准,如何解决AR辅助装配交互界面中指示符号的用户体验问题,成为研究重点。方法 以AR辅助机械装配的指示符号为例,采用眼动追踪实验方法对增强现实环境下辅助装配符号维度与状态进行量化分析与评估,进而提出AR环境下辅助装配指示符号设计的设计策略。结论 研究结果表明：（1）指示符号的维度和状态对指示符号的认知负荷有显著影响,动态和3D指示符号的认知负荷较大;（2）指示符号的状态对指示符号的视觉凸显性有显著影响,动态图标的视觉凸显性更强;（3）指示符号的状态对装配任务的装配效率有显著影响,动态符号的装配效率更高;（4）指示符号的状态对装配任务的装配质量有显著影响,静态指示符号引导下的任务的装配质量更高。研究结论可为AR辅助装配交互设计提供相关理论支撑,具有较好的理论和实践研究意义。     

基于视觉认知特性的作战显控界面信息结构布局研究

目的 智能化作战趋势相应地会对在作战显控系统界面的信息量和信息呈现内容提出要求。针对未来态势环境下显控界面信息结构更为复杂,且融入更多信息的显控系统界面需要不断迭代的问题,从显控界面的信息结构分类展开实验研究,设计不同的信息结构布局类型,从而进行认知绩效的视觉搜索测评实验。方法 通过文献分析,从认知特性与界面信息架构布局、飞行员的认知行为等方面出发,对相关成果进行综述梳理。运用眼动追踪实验,设计针对不同任务的视觉搜索实验,从而对不同信息布局形式的认知绩效进行评估测量。结果 实验结果表明,在“作战”与“导航”任务场景中“纵向任务栏型”布局形式整体更优于“横向主图型”任务布局。在“作战”任务中,纵向三分类型布局形式的绩效水平更优;在“导航”任务中,纵向二分类型布局形式的绩效水平更优。结论 针对复杂显控作战界面的信息呈现,可以通过设定与作战任务相匹配的不同结构布局来优化信息模块的合理分配方式,对后续在作战显控界面的信息模块布局设计优化起到一定参考作用。