基于信息复杂度的老年智能图标辅助设计研究_张宁.pdf

第 44 卷 第 4 期 包 装 工 程 2023 年 2 月 PACKAGING ENGINEERING 107 收稿日期：20220918 基金项目：教育部人文社会科学研究青年基金（21YJCZH218）作者简介：张宁（1987），女，博士，讲师，主要研究方向为工业产品设计、老年交互设计。通信作者：安鹏铖（1988），男，博士，助理教授，主要研究方向为设计与人机交互（HCI）交叉领域。基于信息复杂度的老年智能图标辅助设计研究 张宁1，王倩颖2，张世辰3，安鹏铖4（1.西华大学，成都 610039；2.山东财经大学 东方学院，山东 泰安 271000；3.山东科技大学，山东 青岛 266590；4.南方科技大学，深圳 518055）摘要：目的目的 为探究图标语义与信息复杂度的关联，研究按照结构复杂度和资讯复杂度两个维度将图标进行划分，观测两个因素对老年用户辨识正确率与反应时间的表现差异，归纳出老年用户判读的共性，寻找适宜的图标设计原则，使用户有更好的绩效表现。方法方法 采用实验法和深入访谈法，针对 30 名老年参与者开展图标识别测试，通过图标与语义配对了解“结构复杂度/资讯复杂度”对辨识效能的影响。结果结果 相较结构复杂度，资讯复杂度更能决定图标识别率；老年图标设计时尽量采用小于 14.5 bit 资讯负载量图标；在相同资讯负载条件下，尽量采用“人形”“用具”“自然”作为主要元素，“几何”“字母”“指向”作为辅助元素。结论结论 构建图标辅助设计系统原型 SIID1.0，通过设计方案评估，对前期信息复杂度原则的有效性进行验证。关键词：图标；结构复杂度；资讯复杂度；语义识别；老年人 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)04-0107-08 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.04.013 Aided Design of Intelligent Icon for the Elderly Based on Information Complexity ZHANG Ning1,WANG Qian-ying2,ZHANG Shi-chen3,AN Peng-cheng4(1.Xihua University,Chengdu 610039,China;2.Dongfang College,Shandong University of Finance and Economics,Shandong Taian 271000,China;3.Shandong University of Science and Technology,Shandong Qingdao 266590,China;4.Southern University of Science and Technology,Shenzhen 518055,China)ABSTRACT:The work aims to divide the icon into two dimensions of structure complexity and information complexity to explore the associa-tion between icon semantics and information complexity and observe the differences between the two factors on the recognition accuracy and reaction time of elderly users,and then summarize the commonness of elderly users interpretation,and find suitable icon design principle to make users get better performance.An icon recognition test was conducted for 30 elderly participants through experiment and in-depth interview method.By pairing icon and seman-tics,the impact of structure complexity/information complexity on recognition efficiency was explored.Information complexity was more important than structure complexity in de-termining icon recognition rate.Icon for the elderly should be designed with less than 14.5 bit information load.Under the same information load,figure,appliance and nature should be used as the main elements,and geometry,letter and pointing used as the auxiliary elements.The prototype of icon aided design system SIID1.0 is constructed,and the validity of the early in-formation complexity prin-ciple is verified through the evaluation of the design scheme.KEY WORDS:icons;structure complexity;information complexity;semantic recognition;elderly 108 包 装 工 程 2023 年 2 月 图标能快速传送情报，好的智能产品图标不仅可以缩短学习时间1，也可减少操作上的问题。然而，老年人在理解图标含义时面临更多困难，譬如衰老或疾病等因素所导致的认知与反应下降2-3，常使该类人群无法快速准确地理解图标与智能界面4的相关指令。设计图标时应考虑是否符合使用者的理解能力，若设计复杂度不当，就会分散使用者的注意力，增加用户认知负担。现有研究多从图标尺寸、布局、语义距离5等方面开展研究，然而，目前针对图标信息复杂度的研究并不充分。部分学者要求图标信息尽量简洁，如 Byrne6认为，结构简单的图标比复杂图标的识别绩效更高。而另一部分学者要求增加图标细节，如许子凡等7认为，信息复杂的图标比简单图标能提供更多线索，含义容易与使用者心中的假设互相符合，使用起来更容易。因此，现有图标复杂度研究维度较为单一，无论是信息过多对人们信息接收与决策选择所形成的干扰；或信息不足而造成的信息条件缺乏等问题，均会使人们心智负荷增加，造成图标认知上的困难8。1 图标信息复杂度 为综合考虑图标的信息复杂度，研究从结构和资讯两个维度进行分类讨论。结构复杂度在于图标视觉表征的繁复程度；资讯复杂度在于图标语义信息的负载含义量。1.1 结构复杂度 研究指出8，图标具体结构的复杂度与用户图标辨识效率具有一定的相关性。很多研究将图示中出现基本图形单位的数量，直接作为估计复杂度的指标。例如，Garcia 等9从图标元素数量方面进行研究；Cardaci 等10用模糊方法评价图像的复杂性，并分为高、中、低三档。另外，判断图标结构复杂性的依据还包括内含对象的数量、前景与背景影像在对象中的间隙等。1.2 资讯复杂度 资讯复杂度11代表图标负载的信息量；Katov 等12将所处情境中的资讯数量作为负载来源，将资讯负载量分为 4%、6%、11%、16%和 18%5 个等级，结果显示出受测者在 6%的信息负载下的情绪反应最为舒适；Liu 等13通过聚类分析认为交通图标资讯负载量对驾驶员的视觉搜索绩效影响显著，当路标图标负载水平为等级 A（480 bit）时，需要较长的注视搜索时间，带来更大的辨识压力。信息复杂度是图标的重要特性，虽然已有学者从不同角度尝试对复杂性进行定义，但始终缺乏针对老年用户制定的统一且信服力高的度量标准14。本研究旨在测量研究不同图标结构复杂度和资讯复杂度如何影响老年人辨识图标含义的效率。首先，根据图标的结构复杂度和资讯复杂度进行分类图标收集与语义识别测试，确定老年人语义识别效率的显著性影响因素；其次，进一步整理测试结果，将单元素图标按照“人形”“用具”“自然”“几何”“字母”“指向”进行分类结果整理；最后总结老年图标信息复杂度设计原则。2 信息复杂度分级 2.1 建立智能家居产品图标集合 根据已有研究13,15，衡量图标的资讯复杂度需首先建立某个特定情景中的图标集合，并以此为基础分解图像元素并计算信息量。例如在文献13中，所有交通标识被收集作为整体图标集合，并以此计算某个交通标识所包含的符号信息量。相似地，本研究经过线上与线下考察，系统地收集了现有市场上手机、冰箱、空调、热水器、电饭煲、洗碗机、智能手表等产品图标 80 个。为满足意义判读的普适性，首先针对 80 个图标对 20 名学生（Mean age=22.3,SD=3.4）进行语义识别测试，将未达到 ISO 国际标准化组织67%正确识别率的图标剔除。最终保留 60 个图标用于研究测试，建立智能家居产品图标集合，见图 1。2.2 信息复杂度分级 将 60 个图标按照结构复杂度和资讯复杂度进行计算分级，用于开展老年人语义认知评估测试。2.2.1 结构复杂度分级 按照 Garcia 等9提出的基本图形单位数量方法，图标中基本单位的数量越多，即图示越复杂。这些图形单位包括封闭图、开放图、字母、符号、垂直线、水平线、斜线、弧线和箭头。以图 2 为例，2a 图案中包含 1 个封闭图形（盾牌形态），1 个符号（闪电符号）和 1 个数字，因此复杂指数为 3；2b 图案中包含 4 个封闭图形（不规则封闭图形）、1 个封闭图形（月亮）、2 条线段及 1 个箭头，因此图标总复杂指数为 8；2c 具有 15 条线段、1 个封闭图形（圆环）和 1 个封闭图形（长方体），因此复杂指数是 17。依照上述规则分别计算 60 个图标复杂指数，具体值见图 1。为同时兼顾分组数量及每组图标数量，按照规则分成 3 个等级（见表 1）：复杂指数5 是第 1 等级、复杂指数 510 是第 2 等级，而复杂指数10 是第 3等级。第 44 卷 第 4 期 张宁，等：基于信息复杂度的老年智能图标辅助设计研究 109 图 1 智能家居图标样本集合 Fig.1 Icon sample of intelligent household supplies（图标来源：实地考察和在线收集）图 2 图标结构复杂度示例 Fig.2 Example of icon structure complexity 表 1 图标结构复杂度分级 Tab.1 Classification of icon structure complexity 分级 结构复杂指数 图标数量 1 5 23 2 510 23 3 10 14 2.2.2 资讯复杂度分级 图形符号是由数量不等的图像单位所组成。Namba2提出，当某一事件在母群体拥有相等的发生可能性时，可以对信息加以定量。定义 Hs为 N 事件中出现任一事件的信息量，M 为事件 i 的母群体时，Hs信息量可表述如下：2logsHM=(1)结合改进文献2与文献13方法，应用该公式计算图形符号的信息量前，需先应确认系统中各图像单位的类型与其所属的母群体数量。具体过程如下。1）将 60 个图标的元素进行分解，划分为 6 种类型。“人形”：指符合一般认知经验的人物肖像或人体器官，如元素；“用具”：指多为可以手控或小于人体尺寸的对象，如