基于眼動(dòng)追蹤的數(shù)字界面用戶情緒分析

沈竹琦　薛澄岐　牛亞峰

摘要：為了探索用戶使用數(shù)字界面時(shí)情緒與眼球運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系，采用單因素完全被試內(nèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，使用眼動(dòng)儀記錄被試眼動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，不同界面間的愉悅度、控制度、注視持續(xù)時(shí)間平均值、掃視持續(xù)時(shí)間最大值具有顯著差異。研究證實(shí)了眼動(dòng)行為與用戶情緒之間具有一定的相關(guān)關(guān)系，可將注視持續(xù)時(shí)間平均值、掃視持續(xù)時(shí)間最大值、掃視率這三個(gè)眼動(dòng)數(shù)據(jù)作為衡量用戶情緒的指標(biāo)，對(duì)于用戶體驗(yàn)的定量化表示有一定的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字界面 情緒 眼動(dòng)追蹤 用戶體驗(yàn) PAD情緒模型

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2018）01-0158-03

引言

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字界面作為人機(jī)交互過(guò)程的載體和媒介得到了廣泛的使用，它包含了網(wǎng)頁(yè)界面、軟件界面、移動(dòng)設(shè)備界面、多媒體界面等。用戶體驗(yàn)是人機(jī)交互研究中的重點(diǎn)，數(shù)字界面的用戶體驗(yàn)主要體現(xiàn)在美觀體驗(yàn)、價(jià)值體驗(yàn)和情緒體驗(yàn)上，而用戶的情緒狀態(tài)最能直觀地表現(xiàn)出來(lái)，反映用戶體驗(yàn)水平的高低，為設(shè)計(jì)者提供參考。因此，測(cè)量情緒是度量用戶體驗(yàn)的有效方法，情緒測(cè)量技術(shù)近年來(lái)受到研究者的廣泛關(guān)注，對(duì)用戶情緒的研究正是體現(xiàn)了“以用戶為中心”的設(shè)計(jì)理念。

眼睛是人機(jī)交互中獲得信息的重要通道之一，大量研究表明眼動(dòng)數(shù)據(jù)與情緒有很大的相關(guān)性。Partala和Surakka（2003）用聲音激發(fā)被試者的情緒，發(fā)現(xiàn)受試者在積極和消極情緒狀態(tài)下的瞳孔直徑明顯大于中性情緒時(shí)的，并提出可以用瞳孔尺寸變化作為輸入信號(hào)來(lái)計(jì)算情緒狀態(tài)。Bradley等（2008）發(fā)現(xiàn)人們?cè)谟^看情緒激發(fā)圖片時(shí)瞳孔直徑都會(huì)變大，同時(shí)也伴隨著皮膚電傳導(dǎo)的變化，證實(shí)了觀看情緒圖片的反應(yīng)與交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)的增加有關(guān)。De Lemos等（2008）運(yùn)用一種叫作Emotion Tool的分析軟件來(lái)識(shí)別用戶情緒，通過(guò)收集用戶使用產(chǎn)品或觀看廣告過(guò)程中的眼動(dòng)數(shù)據(jù)（包括注視特征、眨眼特性和瞳孔變化特征）來(lái)判斷情緒狀態(tài)，識(shí)別用戶的心情是否愉快。Alshehri和Alghowinem（2013）用電影片段作為刺激源，激發(fā)被試者愉快和不愉快的情緒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)注視持續(xù)時(shí)間與注視次數(shù)與情緒狀態(tài)有顯著關(guān)系，因此注視相關(guān)的指標(biāo)可能可以用于檢測(cè)積極或消極的情緒狀態(tài)。郭伏（2013）等人基于情感三層次理論，測(cè)量了用戶在瀏覽網(wǎng)頁(yè)時(shí)的主觀情緒以及生理指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)用戶在瀏覽不同電子商務(wù)網(wǎng)站時(shí)的體驗(yàn)差異主要反映在眼動(dòng)數(shù)據(jù)及主觀情感報(bào)告上，情感體驗(yàn)的三層次之間具有相互作用的影響，并且會(huì)在某種程度上影響用戶的行為和意向。李森等（2013）通過(guò)PAD情緒量表取得被試在瀏覽不同音樂(lè)網(wǎng)站時(shí)的情緒狀態(tài)，通過(guò)眼動(dòng)儀收集被試眼動(dòng)數(shù)據(jù)，用偏最小二乘法建立了眼動(dòng)指標(biāo)與用戶情緒的回歸方程，該模型在情感預(yù)測(cè)上有一定的信效度。

Mehrabian（1996）建立了PAD情緒模型用于描述人類的情感狀態(tài)，將情緒分為3個(gè)維度，P代表愉悅度（pleasure-displeasure），A代表激活度（arousal-nona rousal），D代表控制度（dominance-submissiveness）。愉悅度表示個(gè)體情感狀態(tài)的正負(fù)特性，激活度表示個(gè)體的神經(jīng)生理激活水平，控制度表示個(gè)體對(duì)情景和他人的控制狀態(tài)。這三維特質(zhì)相互獨(dú)立，構(gòu)成了三維情緒空間。每一個(gè)情緒的狀態(tài)均可由上述空間中的位置來(lái)表示。根據(jù)這3個(gè)維度可以將情緒劃為8個(gè)區(qū)間，（如圖1）所示。

在進(jìn)行情緒研究時(shí)，多使用主觀報(bào)告法與生理測(cè)量結(jié)合的手段，以提升實(shí)驗(yàn)研究的信效度。在眼動(dòng)追蹤技術(shù)用于用戶情緒研究方面，主要的測(cè)量指標(biāo)是瞳孔直徑。注視、掃視、眨眼相關(guān)的指標(biāo)也被證明與情緒相關(guān)，但此方面的研究尚未有公認(rèn)的結(jié)論。目前用眼動(dòng)追蹤技術(shù)研究情緒的刺激源主要是圖片、文字，而使用交互界面作為刺激源的研究較為缺乏。

本文以軟件界面為對(duì)象，界面瀏覽和搜索為實(shí)驗(yàn)任務(wù)，探究眼動(dòng)各子級(jí)指標(biāo)與用戶情緒三維度之間的內(nèi)在關(guān)系，通過(guò)開(kāi)展眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用眼動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)用戶情緒進(jìn)行解讀與分析，發(fā)掘眼動(dòng)與情緒之間的規(guī)律。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)用戶情緒定量化的表示和對(duì)揭示用戶心理活動(dòng)具有一定的參考意義。

一、研究方法

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.情緒量表選取

PAD情緒量表是根據(jù)Mehrabian建立的PAD情緒模型發(fā)展而來(lái)的情緒測(cè)量量表。本實(shí)驗(yàn)選用由中科院心理研究所修訂的《中文簡(jiǎn)化版PAD情緒量表》，情緒的每個(gè)維度由4個(gè)表示不同情緒狀態(tài)的形容詞對(duì)描述，共12個(gè)詞對(duì)，每個(gè)詞對(duì)采用九點(diǎn)語(yǔ)義差異量表，根據(jù)所感受到的情緒更傾向哪個(gè)詞以及強(qiáng)烈的程度來(lái)選擇分?jǐn)?shù)，從左到右分?jǐn)?shù)分別為“-4”到“4”，標(biāo)定在中間時(shí)，記為“0”分，最后分?jǐn)?shù)為測(cè)量該維度的4個(gè)項(xiàng)目得分的平均數(shù)。

2.眼動(dòng)指標(biāo)選取

通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)合現(xiàn)有儀器的數(shù)據(jù)采集范圍，注視、掃視和瞳孔直徑相關(guān)的眼動(dòng)指標(biāo)與情緒有關(guān)，由于本次實(shí)驗(yàn)素材為不同的應(yīng)用軟件，為排除不同產(chǎn)品及操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)差異性，此處選擇比率性質(zhì)、均值性質(zhì)以及最值性質(zhì)的眼動(dòng)指標(biāo)，分別為：注視率（count/s）、注視持續(xù)時(shí)間平均值（ms）、注視持續(xù)時(shí)間最大值（ms）、注視持續(xù)時(shí)間最小值（ms）、掃視率（count/s）、掃視持續(xù)時(shí)間平均值（ms）、掃視持續(xù)時(shí)間最大值（ms）、掃視持續(xù)時(shí)間最小值（ms）、瞳孔直徑平均值（mm）、瞳孔直徑最大值（mm）、瞳孔直徑最小值（mm）、掃視距離平均值（px）、掃視速度平均值（px/ms）。

3.交互界面選取

天氣類應(yīng)用軟件是普遍使用的一類軟件，大多數(shù)用戶對(duì)該類軟件較為熟悉。天氣類應(yīng)用軟件所呈現(xiàn)的信息本身是中性的，而不同界面之的用戶體驗(yàn)差異能引發(fā)用戶不同的情緒，其中界面間的用戶體驗(yàn)差異越大，引起的用戶情緒差異也越大，故實(shí)驗(yàn)中選取代表性界面作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在Windows 8.1的應(yīng)用商店中預(yù)選出8個(gè)天氣應(yīng)用軟件，以調(diào)查問(wèn)卷的方式，選擇其中激發(fā)用戶情緒差異最大的軟件界面2個(gè)，分別為“MSN天氣”與“極速天氣”，作為實(shí)驗(yàn)所用的交互界面素材。

（二）實(shí)驗(yàn)被試與設(shè)備

1.實(shí)驗(yàn)被試

實(shí)驗(yàn)被試人數(shù)28人，男女各14人，年齡為21～25周歲，均為東南大學(xué)的在讀本科生或研究生，均無(wú)色盲色弱，雙眼矯正視力均在1.0以上，有三年以上網(wǎng)齡且熟悉計(jì)算機(jī)操作。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備選取Tobii X2-30眼動(dòng)追蹤儀，采樣率30Hz，具有便攜式的特點(diǎn)。該眼動(dòng)儀允許被試者頭部移動(dòng)的范圍較大，能最大程度減少實(shí)驗(yàn)儀器的約束對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的干擾。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)所用的筆記本電腦裝有與眼動(dòng)儀配套的ToNi Studio 3.2.1軟件，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被試者通過(guò)該筆記本電腦瀏覽和操作應(yīng)用軟件。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用單因素（界面）二水平（MSN天氣、極速天氣）完全被試內(nèi)設(shè)計(jì)，考察被試在使用不同軟件界面時(shí)產(chǎn)生的情緒狀態(tài)。考慮到界面呈現(xiàn)順序和被試性別對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，將這兩個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)區(qū)組。界面呈現(xiàn)順序A為先呈現(xiàn)“MSN天氣”再呈現(xiàn)“極速天氣”，界面呈現(xiàn)順序B為先呈現(xiàn)“極速天氣”再呈現(xiàn)“MSN天氣”。

（四）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)在安靜、光線均勻的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)流程（如圖2）所示。被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后首先放松5分鐘，閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。向被試介紹實(shí)驗(yàn)流程、進(jìn)行儀器校準(zhǔn)等準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備完成后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，被試首先隨意瀏覽第一個(gè)軟件60秒，隨后查找“北京”這個(gè)城市并向主試報(bào)告北京明天的最高氣溫；之后被試有3分鐘的時(shí)間填寫PAD情緒量表。休息1分鐘后，再次進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，然后對(duì)下一個(gè)界面進(jìn)行同樣的瀏覽、查找天氣和填寫情緒量表。收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括被試情緒的PAD值和分別使用“MSN天氣”和“極速天氣”軟件時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（一）單因素方差分析

為了研究?jī)蓚€(gè)軟件界面引起的用戶情緒和眼動(dòng)數(shù)據(jù)的差異，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。運(yùn)用SPSS 22.0軟件，對(duì)主觀情緒PAD值與眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，首先根據(jù)箱線圖剔除極端異常值，然后進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。除了注視持續(xù)時(shí)間最小值、掃視持續(xù)時(shí)間最小值、瞳孔直徑最小值三個(gè)變量外，其余變量均滿足顯著性大于0.05的條件，服從正態(tài)分布。

剔除不服從正態(tài)分布的變量后，將界面類型作為影響因素，界面呈現(xiàn)順序、被試者性別作為區(qū)組，對(duì)主觀情緒PAD值和眼動(dòng)數(shù)據(jù)作方差分析，影響因素“界面”間的P值（p=0.000）、D值（p=0.000）、注視持續(xù)時(shí)間平均值（p=0.037）和掃視持續(xù)時(shí)間最大值（p=0.001）滿足顯著性小于0.05的條件，區(qū)組“順序”間的P值（p=0.007）和掃視率（p=0.037）滿足顯著性小于0.05的條件，區(qū)組“性別”間的掃視速度平均值（p=0.016）滿足顯著性小于0.05的條件，表明這些數(shù)據(jù)與用戶使用軟件時(shí)的情緒有關(guān)，可作進(jìn)一步分析。

（二）相關(guān)分析

為了研究情緒的三維指標(biāo)與眼動(dòng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，將愉悅度P、喚醒度A、控制度D分別與眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)在±0.3～±0.5之間的為低度相關(guān)，掃視持續(xù)時(shí)間最大值與愉悅度P的相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)（0.367），注視持續(xù)時(shí)間平均值與控制度D呈現(xiàn)出低度的負(fù)相關(guān)（-0.338），掃視率、掃視持續(xù)時(shí)間平均值和掃視持續(xù)時(shí)間最大值與控制度D呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)（分別為0.400、0.325和0.350）。

三、討論

從方差分析的結(jié)果可以看出，兩個(gè)不同的界面在引發(fā)用戶主觀情緒的P值、D值，和注視持續(xù)時(shí)間平均值、掃視持續(xù)時(shí)間最大值上具有顯著差異。對(duì)這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)作箱線圖，（如圖3）所示。

由（圖3）（a）、（b）可見(jiàn)，MSN天氣引起的用戶情緒在愉悅度（P值）和控制度（D值）上均顯著高于極速天氣，即使用MSN天氣時(shí)更能感受到愉快的情緒，并且控制感更強(qiáng)。由（圖3）（c）可見(jiàn)，極速天氣對(duì)應(yīng)的注視持續(xù)時(shí)間平均值顯著高于MSN天氣，可以解釋為被試對(duì)極速天氣界面的認(rèn)知加工所需時(shí)間較長(zhǎng)，理解較為困難。由（圖3）（d）可見(jiàn)，MSN天氣對(duì)應(yīng)的掃視持續(xù)時(shí)間最大值顯著高于極速天氣。對(duì)比兩個(gè)應(yīng)用界面，MSN天氣的界面元素更多且更為分散，用戶的注視點(diǎn)在相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)興趣元素間轉(zhuǎn)換時(shí)，產(chǎn)生掃視持續(xù)時(shí)間的最大值，因此掃視持續(xù)時(shí)間最大值反映了界面元素的分布廣度。因此，從用戶體驗(yàn)的角度來(lái)看，情緒在愉悅度和控制度上呈現(xiàn)出協(xié)同增長(zhǎng)的趨勢(shì)，表明了界面操作過(guò)程的流暢能提升用戶體驗(yàn)的程度。界面的元素可以有很多，但必須是容易理解的。

此外，界面呈現(xiàn)的順序?qū)η榫w和眼動(dòng)數(shù)據(jù)也有一定的影響。情緒愉悅度（P值）和掃視率對(duì)界面呈現(xiàn)順序有顯著差異，界面呈現(xiàn)順序?yàn)锳（即先呈現(xiàn)MSN天氣，后呈現(xiàn)極速天氣）時(shí)，愉悅度均值較低，掃視率均值也較低。性別也是影響眼動(dòng)的一個(gè)因素，掃視速度平均值在被試性別不同時(shí)有顯著差異，女性被試的掃視速度平均值均值要高于男性被試。

從相關(guān)分析的結(jié)果可以看出，掃視持續(xù)時(shí)間最大值與愉悅度P呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)，有研究表明，人們?cè)谟淇斓男那橄伦⒁鈴V度更大，因此用戶愉悅程度較高時(shí)，瀏覽和搜索界面中各種元素的興趣也更高。注視持續(xù)時(shí)間平均值與控制度D呈現(xiàn)出低度的負(fù)相關(guān)，若用戶對(duì)該界面某一區(qū)域的注視時(shí)間越長(zhǎng)，則加工難度越大，使用過(guò)程越不流暢，因此掌控感就越低；掃視率、掃視持續(xù)時(shí)間平均值和掃視持續(xù)時(shí)間最大值與控制度D呈現(xiàn)出低度的正相關(guān)，控制感較強(qiáng)時(shí)用戶尋找興趣區(qū)的意愿更為強(qiáng)烈。眼動(dòng)指標(biāo)與喚醒度A無(wú)顯著的相關(guān)性，可能的原因有二：一是所選實(shí)驗(yàn)材料在喚醒度A上的差異不夠明顯；二是喚醒度A這個(gè)變量本身就無(wú)法在眼動(dòng)行為上體現(xiàn)出來(lái)。

此外，本研究還存在一些不足之處。首先，用戶情緒的變化與眼動(dòng)數(shù)據(jù)一樣，是連續(xù)變化的，而本次實(shí)驗(yàn)中對(duì)情緒的測(cè)量是在軟件界面的瀏覽和操作過(guò)程后進(jìn)行的，存在著滯后的問(wèn)題。其次，眼動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)用戶情緒的解釋力不夠強(qiáng)，后續(xù)的研究將把眼動(dòng)數(shù)據(jù)與其他生理測(cè)量數(shù)據(jù)（如腦電、皮電、心電等）結(jié)合分析，以探索數(shù)字界面用戶情緒識(shí)別的有效方法。

結(jié)語(yǔ)

本文探索了用戶使用不同數(shù)字界面間的眼動(dòng)行為與用戶情緒之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)眼動(dòng)數(shù)據(jù)與情緒數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，數(shù)字界面的用戶情緒主要體現(xiàn)在愉悅度和控制度上，兩者呈現(xiàn)出協(xié)同增長(zhǎng)的趨勢(shì)。掃視相關(guān)的眼動(dòng)指標(biāo)值與情緒的愉悅度和控制度呈正相關(guān)關(guān)系，掃視行為的增加意味著用戶體驗(yàn)的提升。注視相關(guān)的眼動(dòng)指標(biāo)與情緒的控制度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，注視行為的增加意味著用戶體驗(yàn)的下降。眼動(dòng)指標(biāo)與情緒的喚醒度之間無(wú)明顯關(guān)系。在后續(xù)的研究中，將把注視和掃視相關(guān)的數(shù)據(jù)作為用戶情緒測(cè)量的兩個(gè)參考指標(biāo)，對(duì)用戶體驗(yàn)度量進(jìn)行進(jìn)一步的研究。