THE IMPACT OF COLOR ON SEConDARY TASK TIME WHILE DRIVING

顏色對駕駛時第二任務(wù)時間的影響

作者

David Swiftand Damian Schofield

Department of Computer Science, State University of New York, Oswego, NY, USA 

摘要

汽車制造商一直在不斷增加其產(chǎn)品中的新技術(shù)含量，以滿足消費者的需求并提高產(chǎn)品的可取性。在汽車中集成越來越多的智能以及媒體和導(dǎo)航服務(wù)的趨勢給汽車用戶界面（UI）的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。車載信息娛樂系統(tǒng)，以及越來越多的其他功能，極大地增加了駕駛者分心于車內(nèi)次要任務(wù)的風(fēng)險。由司機操作的汽車用戶界面必須要求用戶的注意力降到最低，并應(yīng)鼓勵無視互動。

盡管語音和手勢界面為與汽車控制裝置的交互提供了吸引人的交互方案，但目前消費電子UI的總體趨勢是由觸摸屏主導(dǎo)的。在車內(nèi)環(huán)境中，顯示器上的視覺信息呈現(xiàn)需要仔細的UI設(shè)計。觸摸屏儀表盤用戶界面的設(shè)計遵循了手機觸摸屏界面的模式，即通常要求用戶與屏幕上的一個特定的、相對較小的區(qū)域進行互動，而這個區(qū)域是虛擬按鈕或其他控制裝置的位置。本文研究了顏色在觸摸屏任務(wù)中的作用，因為它與駕駛員的掃視行為有關(guān)，確定了在駕駛模擬中導(dǎo)航時觸摸屏中顏色的優(yōu)勢和局限。研究發(fā)現(xiàn)，與灰度目標(biāo)相比，當(dāng)呈現(xiàn)彩色目標(biāo)時，參與者瞥向觸摸屏的時間明顯縮短。研究結(jié)果提供了證據(jù)，觸摸目標(biāo)的顏色差異可能會減少駕駛時遠離道路的注視時間，并最終減少分心駕駛的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞

      車輛儀表板，分心，用戶界面，觸摸屏 

1. 簡介

對大多數(shù)人來說，駕駛是一種必需品。許多人每天都要去上班，跑腿，送孩子上學(xué)；而每次他們坐進車?yán)?，都是在冒風(fēng)險。每年都有數(shù)百萬起車禍發(fā)生，其中數(shù)萬起是致命的。每年有更多的司機在路上，交通有時會變得非常擁擠。

小心駕駛是一項要求極高的認(rèn)知和生理任務(wù)。對每個司機來說，重要的是保持對駕駛的專注，不要因為發(fā)短信、講手機或換電臺而分心。只要司機分心就會發(fā)生[1，2]。"由于車內(nèi)或車外的一些事件、活動、物體或人迫使或誘使駕駛員將注意力從駕駛?cè)蝿?wù)上移開，從而延遲了對安全完成駕駛?cè)蝿?wù)所需信息的識別。"考慮環(huán)境和人類行為的所有不確定因素是很重要的。盡管制造商不能輕易考慮車輛周圍環(huán)境的不確定性，但他們可以努力限制車內(nèi)分心元素的數(shù)量。分心駕駛是美國汽車事故的主要原因之一。在美國，大約有四分之一的車禍?zhǔn)怯捎谒緳C不專心或分心造成的[3]。隨著越來越多的技術(shù)進入汽車，意圖使駕駛更加舒適和愉快，它們實際上可能會創(chuàng)造一個更危險的駕駛環(huán)境。衛(wèi)星導(dǎo)航、娛樂系統(tǒng)、詳細的系統(tǒng)狀態(tài)信息和信息娛樂系統(tǒng)只是無意中與道路爭奪駕駛員注意力的幾個項目。這些同樣的技術(shù)正迅速成為現(xiàn)代汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計這些車內(nèi)功能和互動時，考慮到駕駛員的注意力以及可能的分心原因，將有助于減少與分心駕駛有關(guān)的事故發(fā)生。次要任務(wù)是導(dǎo)致分心駕駛事故的主要原因之一。使用手機是被調(diào)查最多的與駕駛有關(guān)的次要任務(wù)。Kahn等人評估了國家公路交通安全管理局的統(tǒng)計報告。他們旨在討論分心駕駛對車禍率的影響，特別是與手機使用有關(guān)的影響[4]。2011年在美國公路上因司機分心而死亡的3331人中，有385人死于至少一名司機使用手機的車禍（占所有分心影響的致命車禍的12%）。這些數(shù)字包括接聽或撥打電話，以及發(fā)送或接收短信。駕車打電話時的感知風(fēng)險低于實際風(fēng)險。雖然這是最常見和最有風(fēng)險的駕駛?cè)蝿?wù)之一，但大多數(shù)用戶認(rèn)為這種行為導(dǎo)致事故的概率很低[5]。集成系統(tǒng)的感知風(fēng)險可能更低，理由是設(shè)備的內(nèi)置性質(zhì)鼓勵在駕駛時使用，創(chuàng)造了更高的分心機會。年輕司機（15至19歲）參與致命車禍的比例高于整體平均水平，為21%[5]。這可能提供了證據(jù)，證明青少年司機在駕駛時更容易受到技術(shù)的干擾。如果是這樣的話，在汽車系統(tǒng)中增加更多的技術(shù)和界面可能會加劇這一問題，進一步降低年輕司機集中精力駕駛的能力。雖然與使用電話有關(guān)的汽車事故的研究和記錄已經(jīng)相當(dāng)成熟，但集中于其他車內(nèi)分心的影響在文獻中較少出現(xiàn)，需要進一步調(diào)查。隨著汽車功能的不斷增加，制造商需要關(guān)注這些互動的影響，并考慮如何最好地實現(xiàn)這些功能，以防止它們成為分心。

1.1.注意力不集中

確定一項任務(wù)的分心程度的最大問題之一是測量注意力不集中的挑戰(zhàn)。研究認(rèn)知分心的部分困難在于無法分離出各種任務(wù)的心理成分[6]。美國汽車協(xié)會交通安全基金會提供了重要的證據(jù)，證明次要任務(wù)會對通過監(jiān)測腦電波活動提高參與者的注意力。通過他們的研究，他們已經(jīng)能夠測量與各種任務(wù)相關(guān)的精神工作量（從0到5的等級），例如在開車時聽廣播或與乘客交談。正如預(yù)期的那樣，隨著任務(wù)需要更多有意識的思考，相關(guān)的工作負(fù)荷等級就越大。此外，該研究表明，如果系統(tǒng)或互動讓用戶失望（即引入錯誤）或以意料之外的方式行事，那么認(rèn)知工作量就會顯著增加。使用一個完全準(zhǔn)確的系統(tǒng)進行基于菜單的導(dǎo)航（例如，找到最近的自動取款機），會產(chǎn)生2.83的分心水平。一旦引入錯誤，這個水平就會上升到3.67[6]。這一證據(jù)表明，分心與任務(wù)的類型（即需要多少有意識的思考）和用戶對系統(tǒng)準(zhǔn)確性的信心直接相關(guān)。這種對系統(tǒng)的不信任會導(dǎo)致用戶不得不投入更多的精神資源來識別錯誤，補償痛點，并花費額外的時間來確認(rèn)任務(wù)的完成。

次要任務(wù)對駕駛員注意力的影響取決于所執(zhí)行的任務(wù)類型。另一項研究考察了次要任務(wù)和駕駛環(huán)境的影響以及它們與駕駛員分心的關(guān)系[7]。在駕駛過程中保持談話（通過免提電話）對駕駛員的主觀工作量產(chǎn)生了負(fù)面影響，但沒有像與娛樂系統(tǒng)互動等需要視覺注意力的任務(wù)那樣劇烈。這些發(fā)現(xiàn)似乎與Hamilton[6]的研究結(jié)果很一致。Horberry等人[7]提供的證據(jù)表明，與純聽覺的任務(wù)相比，需要視覺注意力的任務(wù)更有可能對駕駛員的駕駛?cè)蝿?wù)產(chǎn)生負(fù)面影響。由于大部分與汽車信息娛樂中心相關(guān)的任務(wù)都依賴于視覺注意力，因此對于汽車制造商來說，減少視覺需求，將分心的機會降到最低，變得越來越重要。

1.2. 車內(nèi)互動

一些研究人員已經(jīng)調(diào)查了多種車載信息系統(tǒng)對汽車司機的影響。在一個特殊的實驗中，使用了一個高保真駕駛模擬器-23名參與者被要求在通過模擬駕駛體驗時參與兩項次級任務(wù)[8]。參與者的任務(wù)是識別顯示器上的數(shù)字是奇數(shù)還是偶數(shù)，或者識別字母是輔音還是元音。這些任務(wù)是有節(jié)奏的（在有時間間隔的情況下呈現(xiàn)），也是無節(jié)奏的（一個接一個地呈現(xiàn)）。使用了NASA的TLX（任務(wù)負(fù)荷指數(shù)）主觀測量方法，以及基于紙張的UMIST客觀情緒測量。研究結(jié)果表明，與對照組相比，所有任務(wù)的心理負(fù)荷都明顯增加，與其他研究報告的結(jié)果一致[6,7]。

在有節(jié)奏的任務(wù)和中斷的任務(wù)中，記錄的錯誤最高。這表明，要求參與者對連續(xù)任務(wù)作出快速反應(yīng)會大大增加錯誤率。人們還注意到，參與者在經(jīng)歷較高的腦力勞動時，似乎會開得更慢。這被認(rèn)為是潛意識努力的結(jié)果，以提供更多的時間來對駕駛錯誤作出反應(yīng)。這些雙重任務(wù)所需的腦力勞動量表明，車載信息系統(tǒng)不應(yīng)該要求用戶同時管理一個以上的任務(wù)。此外，交互的設(shè)計應(yīng)盡可能地減少連續(xù)任務(wù)的數(shù)量。汽車制造商經(jīng)常努力滿足消費者不斷變化的需求。這往往導(dǎo)致越來越多的功能被裝入他們的車輛。隨著功能的數(shù)量和可能的互動的增加，用戶需要處理的信息量也在增加。Gibson等人向35名年齡在18到40歲之間的參與者發(fā)放了一份調(diào)查問卷，以評估用戶對他們自己的車輛儀表盤設(shè)計的意見[9]。他們希望能夠確定最在下一代汽車方面，對消費者來說是很重要的。他們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)參與者對他們目前車輛的物理人體工程學(xué)感到滿意。然而，諸如車載信息系統(tǒng)等項目被認(rèn)為略微分散了注意力，或者由于很少使用而對駕駛體驗沒有影響。儀表盤設(shè)計和儀表板一般被認(rèn)為是足夠的，很少有不使用的元素。研究結(jié)果表明，一些被放置在汽車中的功能可能看起來很合適；它們可能很少被使用，并為用戶提供不必要的信息處理。汽車中的功能和互動必須對用戶體驗產(chǎn)生積極的影響，而不是成為一種障礙，或者至少是視覺上的混亂。技術(shù)的不斷發(fā)展不斷改變著客戶期望從產(chǎn)品中得到的東西。一組研究人員旨在發(fā)現(xiàn)移動設(shè)備和技術(shù)的哪些方面能夠最好地滿足潛在客戶的愿望[10]。在這個實驗中，我們招募了32名參與者，采訪他們對汽車技術(shù)整合的期望和愿望。參與者的年齡從10歲到60歲不等，被分成兩組；專業(yè)人士（n=16）和Z世代（n=16）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了九個被認(rèn)為是最"可能"的主題。幾乎所有的主題都與需要某種顯示的內(nèi)容或信息消費有一定的關(guān)系。諸如"一體化工具"、"信息的無縫整合"和"連接的連續(xù)性"這樣的主題不僅需要移動設(shè)備和汽車之間復(fù)雜的通信技術(shù)，而且還需要任何數(shù)量的顯示器來展示信息。這在一定程度上與其他研究者的發(fā)現(xiàn)相悖[9]，他們認(rèn)為用戶對目前汽車的物理工效學(xué)感到滿意，但也對先進的功能感興趣，這可能會改變現(xiàn)有設(shè)計。這些矛盾的想法讓汽車設(shè)計者面臨著以可識別和直觀的方式納入新技術(shù)的挑戰(zhàn)，同時也要考慮這些新功能可能會加劇的固有的安全挑戰(zhàn)。Heikkinen等人對駕駛中的設(shè)備和信息娛樂系統(tǒng)的使用進行了情境調(diào)查[11]。這種研究技術(shù)包括在實際使用的情況下觀察和采訪參與者。八名乘客進行了六次真實的旅行；記錄了關(guān)于移動設(shè)備作為車輛信息娛樂界面的行為和對話的筆記和觀察。該研究顯示了對移動設(shè)備在車輛中的實用性的高要求。參與者使用移動設(shè)備的動機是圍繞著它們的多功能性和網(wǎng)絡(luò)連接性，這是車輛系統(tǒng)無法提供的[11]。參與者還指出，智能手機的小顯示屏在駕駛環(huán)境中并不是視覺信息的理想選擇。較大的顯示屏，如平板電腦，被認(rèn)為更容易一目了然地檢索信息。參與者還希望系統(tǒng)和設(shè)備之間能夠共享信息。駕駛員們期望移動設(shè)備和信息娛樂系統(tǒng)之間更緊密的整合，為未來的汽車增加最大的價值[11]。這些結(jié)果表明，客戶正在尋找并期望他們的汽車能夠支持越來越多的功能，反映了移動設(shè)備的能力。隨著汽車功能數(shù)量的不斷增加，制造商應(yīng)該確保信息娛樂系統(tǒng)通過反映已經(jīng)熟悉的設(shè)備或系統(tǒng)而保持可用性。為了幫助設(shè)計者量化什么是人車交互中的良好用戶體驗，必須首先定義這些交互中的"自然度"。一些研究人員使用定性的措施來試圖定義什么是最自然的交互[12]。自然的交互是指不對用戶的精神或身體造成負(fù)擔(dān)的交互，允許用戶無障礙地達到目標(biāo)，從而有可能使司機保持更好的集中精力于安全駕駛的主要任務(wù)。一項研究是通過采訪參與者（n=15）來確定他們對"自然的"駕駛者車輛互動的看法。參與者在他們自己的車?yán)锝邮芰瞬稍L，當(dāng)時他們正停著車。實驗者探究了一些概念，如期望、感覺、欲望、意義和互動的顯著性。最常見的主題是圍繞駕駛員的控制和與汽車的直接聯(lián)系。參與者對完全控制和掌握汽車，以及通過物理或聽覺反饋密切了解汽車的狀態(tài)表示了濃厚的興趣。車輛的可用性也是一個很大的因素，需要汽車通過適當(dāng)?shù)娜梭w工程學(xué)和直觀的控制為用戶提供安全駕駛的工具。盡管大多數(shù)參與者對這些形式的直接反饋表示了濃厚的興趣，但他們也對汽車感知、適應(yīng)和協(xié)助駕駛員表示了興趣。這些高科技的舒適性是非常可取的[12]。這給汽車制造商帶來了挑戰(zhàn)，他們需要通過反饋和"感覺"來設(shè)計汽車，使其既能吸引人，又能讓人滿意，同時還能讓人感到舒適、技術(shù)先進和令人滿意。隨著各品牌汽車功能的同質(zhì)化，消費者可能會變得更加挑剔，使信息和數(shù)字控制的呈現(xiàn)成為安全和可取性的一個更加關(guān)鍵的方面。

1.3. 界面設(shè)計

新的車載信息系統(tǒng)的界面已經(jīng)被開發(fā)出來，它利用徑向菜單作為主要的交互方式，而不是傳統(tǒng)的可滾動的項目菜單[13]。為了測試這些菜單，實驗者招募了16名參與者（26至42歲），在模擬駕駛中執(zhí)行變道任務(wù)時，在每個界面設(shè)計上完成一系列的交互任務(wù)。他們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在車道偏離和錯誤率方面，兩種菜單類型之間沒有統(tǒng)計意義。盡管如此，擬議的徑向菜單在主觀測量方面的評分確實更高。盡管提議的界面在任務(wù)時間或錯誤率方面沒有超過傳統(tǒng)的菜單，但該研究支持這樣一個假設(shè)：類似的徑向菜單可能會改善用戶體驗或提高對系統(tǒng)的滿意度。另外，由于徑向或餅狀菜單的使用頻率低于其他菜單類型，分?jǐn)?shù)可能受到了菜單的新穎性的影響。對參與者的長期測試將為主觀測量提供更有力的證據(jù)，因為新的交互方式的新穎性可能會消失。

Harvey等人調(diào)查了與車內(nèi)信息系統(tǒng)（IVIS）中的直接和間接輸入系統(tǒng)相關(guān)的可用性問題[14]。通過20個任務(wù)對四個主要功能（信息娛樂、舒適、通信和導(dǎo)航）進行了評估。他們使用了一個固定的基礎(chǔ)駕駛模擬和眼球追蹤硬件來記錄視覺行為。手動旋轉(zhuǎn)控制器被用作間接輸入，而觸摸屏被用作直接輸入界面。系統(tǒng)可用性評分（SUS）和問卷調(diào)查被用來收集主觀數(shù)據(jù)。雖然兩者都顯著影響了駕駛員的視覺注意力，但旋轉(zhuǎn)控制器的負(fù)面影響最大。這些發(fā)現(xiàn)與其他早期研究[6,7]的結(jié)果相似，進一步證明了駕駛時的次要任務(wù)會對心理負(fù)荷和注意力產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。此外，與直接觸摸屏輸入相比，旋轉(zhuǎn)控制器的SUS評分較低。然而，應(yīng)該注意的是，旋轉(zhuǎn)控制器被用作導(dǎo)航和選擇的工具，與觸摸屏輸入相比，參與者對這種交互方式可能不太熟悉。這項研究的結(jié)果可能突出了旋轉(zhuǎn)控制器在這種具體實施中的可用性缺陷。這不一定適用于所有的情況；隨著參與者對這些新的控制方式越來越熟悉，長期的研究可能會暴露出不同的結(jié)果。不管怎么說，旋轉(zhuǎn)式控制器存在著潛在的可用性問題。直接的觸摸屏和間接的旋轉(zhuǎn)控制都是設(shè)計者在實施類似控制時應(yīng)該考慮的。Kumar和Kim[15]認(rèn)為，汽車速度表和儀表盤的設(shè)計可以大大影響司機的行為。他們的目的是通過修改現(xiàn)有的速度表的行為來阻止司機超速行駛，以便對道路的限速做出實時反應(yīng)。實驗中使用了一個"動態(tài)速度表"原型和一個傳統(tǒng)的速度表。通過兩種不同的速度計實現(xiàn)了駕駛模擬。一個速度計是傳統(tǒng)的，對司機的行為沒有反應(yīng)。第二個速度表是動態(tài)的，會根據(jù)參與者目前正在瀏覽的道路的速度限制而改變。參與者（n25）是大學(xué)生，年齡從19歲到32歲不等。第一輪測試讓參與者不知道他們的速度正在被測量，也沒有被告知速度計的差異。這些測試得出的結(jié)果是，在最大速度超過限制方面，速度計的差異很小。然而，在參與者被告知動態(tài)速度計和速度被監(jiān)測后，隨后的分?jǐn)?shù)確實與對照組有很大的差異。這些結(jié)果可能支持了其他研究的結(jié)果[16]；提供了更多的證據(jù)，證明汽車中的信息和控制的呈現(xiàn)方式可以大大影響駕駛者的行為和安全。

1.4. 觸摸式屏幕

為了減輕汽車觸摸屏界面固有的一些視覺需求，研究人員實施了輔助輸入設(shè)備并評估了它們的效果[16]。這項研究使用了24名參與者，他們分別用四個輔助輸入設(shè)備（旋轉(zhuǎn)控制器、觸摸板、觸摸屏和方向盤控制）完成了一系列的任務(wù)。任務(wù)來自常見的車載駕駛相關(guān)活動；菜單導(dǎo)航、文本輸入、列表項目選擇和導(dǎo)航地圖操作。主觀測量也被記錄下來。研究顯示，在任務(wù)時間上存在明顯差異，觸摸屏控制所需時間最短，觸摸板所需時間最長。視覺行為與這一趨勢相一致，顯示出觸屏控制的掃視次數(shù)和總掃視時間最低，而觸摸板則最高。

然而，與旋轉(zhuǎn)控制相比，觸摸屏的掃視時間明顯更長。觸摸屏控制對駕駛表現(xiàn)的負(fù)面影響也是最小的[16]。主觀測量顯示，在所有的任務(wù)中，觸屏都是壓倒性的首選，除了列表選擇，觸屏和旋轉(zhuǎn)控制都是高度首選。這項研究的結(jié)果支持這樣的觀點：駕駛表現(xiàn)和主觀意見在某種程度上有關(guān)聯(lián)。觸摸屏和旋轉(zhuǎn)控制可能被評價得更高，因為它們對大多數(shù)用戶來說更熟悉，在這種環(huán)境下，應(yīng)該更直觀。觸摸板和方向盤控制可能有其好處，但可能需要更長的時間來熟悉。Eren等人研究了用于車內(nèi)控制的觸摸屏菜單按鈕的大小、位置和對比度的組合[17]。其目的是為了發(fā)現(xiàn)觸摸屏交互這一固有的視覺需求任務(wù)是否可以在零視覺需求的情況下完成。24名參與者使用模擬駕駛，并要求他們在跟隨前面的車輛時保持恒定的速度。在駕駛過程中，不同對比度、位置和大小的按鈕被顯示在他們旁邊的觸摸屏上。參與者被要求盡可能快地觸摸這些按鈕，同時盡可能地保持眼睛在路上。在按鈕的大小方面，發(fā)現(xiàn)瞥一眼的次數(shù)有明顯的差異。此外，雖然有報告稱按鈕位置對看一眼的頻率有顯著的主效應(yīng)，但沒有發(fā)現(xiàn)顯著性。

在單個按鈕的位置或按鈕的對比度之間發(fā)現(xiàn)。盡管這項研究的目的是確定按鈕大小、對比度和位置的最佳組合，但遺憾的是，它沒有測試屏幕上同時出現(xiàn)幾個按鈕的效果。由于所有的車載系統(tǒng)都是一次出現(xiàn)幾個按鈕，本研究可能不能準(zhǔn)確地代表傳統(tǒng)車載系統(tǒng)的視覺需求。如果存在點擊錯誤項目的威脅，或者被屏幕上的其他元素分散了視覺注意力，參與者的行為可能會受到影響。

越來越多的證據(jù)表明，汽車中出現(xiàn)的觸摸屏?xí)黾玉{駛分心的可能性。研究人員研究了不同界面對駕駛時次要任務(wù)的瀏覽時間的影響[18]。通過視頻游戲模擬，利用帶有腳踏板的方向盤設(shè)置了一個駕駛模擬。參與者被要求在模擬中瀏覽預(yù)定的路徑，同時在三個不同的界面上執(zhí)行任務(wù)；一個傳統(tǒng)的汽車收音機，一個傳統(tǒng)汽車收音機的虛擬觸摸屏副本和一個改良的觸摸屏界面。每個參與者在每個設(shè)備上完成三個任務(wù)。參與者（n=21）的年齡從18歲到72歲不等。掃視時間是通過實驗期間的視頻記錄測量的。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的物理控制方式相比，當(dāng)控制方式出現(xiàn)在觸摸屏上時，用戶會花更多的時間去看。然而，修改后的觸摸屏控件確實比傳統(tǒng)控件的虛擬副本要好。這表明，盡管觸摸屏控制被認(rèn)為需要更多的目光，但界面的布局和設(shè)計可以積極地影響看一眼的時間，并隨后影響司機的注意力。

1.5. 三維界面

其他研究已經(jīng)調(diào)查了立體三維關(guān)于車內(nèi)信息系統(tǒng)可視化的潛力和限制[19]。一個特別的實驗開發(fā)了一個車內(nèi)空間可視化概念，利用3D進行系統(tǒng)輸出。在一個非駕駛的模擬中，向參與者提供了一些車內(nèi)任務(wù)來完成。參與者被要求在實驗過程中佩戴3D眼鏡，包括非立體任務(wù)。研究中使用的32名參與者的結(jié)果表明，立體3D增加了吸引力，提高了用戶對系統(tǒng)狀態(tài)的識別，并可能改善用戶體驗。然而，在用戶工作量方面，立體和非立體之間沒有明顯的區(qū)別。該研究還為未來立體界面的發(fā)展提供了建議。雖然這里有證據(jù)表明用戶認(rèn)為這個系統(tǒng)是令人愉快和有吸引力的，但它有可能是高度分心的，并造成更多的駕駛錯誤的機會。該研究沒有測量系統(tǒng)對參與者在駕駛時的影響，需要進一步調(diào)查以確定所提議的系統(tǒng)的價值[19]。

增強現(xiàn)實（AR）正在慢慢進入汽車行業(yè)，并且是概念車的一個大話題。Rao等人分析了增強現(xiàn)實對車內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響[20]。他們研究了AR在車輛擋風(fēng)玻璃以及顯示外部攝像頭圖像的屏幕上的可能性。通過審查，他們發(fā)現(xiàn)了一些限制AR及其作為汽車工具使用的技術(shù)和后勤方面的障礙。其中的第一個障礙是跟蹤駕駛員的運動和外部物體的運動問題。為了在屏幕或窗戶上正確顯示圖像，該系統(tǒng)必須能夠補償觀眾的視角和現(xiàn)實世界中三維物體的運動。雖然這項技術(shù)正在取得進展，但汽車中的增強現(xiàn)實技術(shù)仍然很難說是一項成熟的技術(shù)[20]。除此以外由于技術(shù)上的障礙，AR在安全和耐久性的高標(biāo)準(zhǔn)方面面臨著一些挑戰(zhàn)。由于該技術(shù)處于如此早期的發(fā)展階段，很難確定如何使用AR（特別是關(guān)于窗口顯示）以及它將如何影響駕駛性能。信息直接顯示在司機面前的擋風(fēng)玻璃上，肯定會引起對司機分心和道路能見度的擔(dān)憂。需要做更多的研究，以確定汽車擋風(fēng)玻璃上的圖像是否會幫助司機表現(xiàn)得更好，或引入更多的視覺雜亂，從而分散司機對道路的注意力。

2. 實驗方法

要確定一個界面在車載系統(tǒng)中是否"可用"，取決于人們?nèi)绾味x可用性這一術(shù)語。在定義計算機系統(tǒng)的可用性方面已經(jīng)有了一些嘗試。諸如Donald Norman,Brian Shackle,Nigel Bevan,Ben Shneiderman和Jacob Nielsen等作者都為可用性的標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則提出了自己的想法[14,21,22,23,24]。盡管他們提供的一些概念有重疊和一致，但沒有兩個定義是相同的。對這些定義影響最大的似乎是系統(tǒng)的使用環(huán)境。

通過這些定義來評估的許多系統(tǒng)都是人與界面之間的互動被認(rèn)為是主要任務(wù)。然而，當(dāng)駕駛汽車時，諸如調(diào)整收音機和選擇導(dǎo)航的目的地等任務(wù)對于安全駕駛來說是次要的。這種等級任務(wù)重要性的變化會對該特定環(huán)境下的可用性定義產(chǎn)生重大影響。這一點在汽車設(shè)計中尤為重要。一個作為主要任務(wù)相對"可用"的交互，在用戶駕駛時可能不夠直觀。這種對可用性的定義必須適應(yīng)設(shè)備所處的環(huán)境。由于分心駕駛所涉及的風(fēng)險，系統(tǒng)設(shè)計的所有領(lǐng)域都必須被徹底審查，以最大限度地提高駕駛員和乘客的安全。

2.1. 研究問題

為了研究這些因素，我們提出了一些實驗性的假設(shè)。

2.2. 參與者

       本研究共招募了32名參與者，按照先到先得的原則進行挑選。參與者主要是來自紐約州立大學(xué)奧斯威戈分校的學(xué)生。參與者的種族不同，包括20名男性和12名女性。所有參與者都被要求有一個有效的駕駛執(zhí)照，但不要求有最低限度的駕駛經(jīng)驗。參與者首先完成了一份關(guān)于他們的性別、年齡和駕駛經(jīng)驗的背景調(diào)查問卷。這個任務(wù)前的調(diào)查問卷顯示，參與者平均有13.5年的駕駛經(jīng)驗，估計他們每周平均駕駛10.6小時。在32名參與者中，只有8人報告說他們的個人車輛上有觸摸屏顯示器。參與者的平均年齡為30歲（SD=14.8）。

2.3. 研究設(shè)備

測試是在一臺被帶到測試地點的Windows臺式個人電腦上進行的。HoriApex1方向盤控制器被用來作為參與者控制模擬車輛的手段。使用這種特殊的控制系統(tǒng)的原因之一是附加了真實的油門和剎車踏板，提供了一個更自然的駕駛模擬。模擬本身是通過ProjectCars駕駛模擬器2，并使用24英寸HPIPS屏幕來顯示模擬結(jié)果。監(jiān)視器和方向盤控制器被設(shè)置在一個標(biāo)準(zhǔn)尺寸的桌子上，鍵盤和鼠標(biāo)放在方向盤旁邊，以方便實驗者使用。參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的電腦椅，它提供高度調(diào)節(jié)，使他們在開始測試前找到一個舒適的座位位置。

圖1.觸摸屏目標(biāo)的安排。彩色和灰度實驗的觸摸屏布局都是一樣的。

代表在汽車上可以通過觸摸屏訪問的不同功能（圖1）。該界面呈現(xiàn)的目標(biāo)既有顏色也有符號，或者只有符號。AxureRP83軟件被用來創(chuàng)建界面，向參與者展示觸摸目標(biāo)。在AxureRP8中創(chuàng)建界面后，它們被發(fā)布到AxureShare中，以便在測試期間可以在SamsungTab上訪問。GazepointGP3分析專業(yè)系統(tǒng)4，用于在整個測試過程中捕捉參與者的眼部運動。Gazepoint控制和Gazepoint分析軟件被用來記錄和分析數(shù)據(jù)（瞥一眼的次數(shù)和每次瞥一眼的時間）。實驗者使用安卓的SprintStopwatch應(yīng)用程序來記錄個人任務(wù)時間和總體任務(wù)時間。在每一節(jié)測試之后，參與者被要求完成一份基于NASA任務(wù)負(fù)荷指數(shù)（TLX）的調(diào)查問卷[25,26]。

2.4. 實驗設(shè)計

本研究采用了主體內(nèi)設(shè)計。自變量是觸摸屏上的觸摸目標(biāo)的顏色。觸摸屏的符號在兩種情況下都保持不變（圖1），但觸摸目標(biāo)的排列順序不同，以防止圖標(biāo)位置的熟悉度影響任務(wù)時間。因果變量是看向觸摸屏的次數(shù)、看的時間和總的任務(wù)時間（通過增加每項任務(wù)的所有看的時間計算）。實驗被設(shè)置在紐約州立大學(xué)校園內(nèi)一個干擾最小的測試室里。抵達后，參與者得到了一份同意書，他們被要求仔細閱讀并在同意擬議條件的情況下簽字。參與者還被告知，他們有權(quán)在任何時候、以任何理由停止參與實驗。如果他們選擇重新退出研究，實驗者將從實驗中刪除他們的信息和數(shù)據(jù)，而不會對參與者產(chǎn)生影響。任務(wù)指示是以口頭和視覺方式進行的。所有參與者都被介紹給系統(tǒng)，并被要求坐在方向盤控制器前面，熟悉控制器和踏板的感覺。如果需要，他們可以調(diào)整座位的高度和位置，使自己處于一個舒適的駕駛位置。在花點時間調(diào)整座椅高度和位置后，每個參與者都有時間進行模擬駕駛和保持穩(wěn)定速度的練習(xí)。這樣做的目的是為了盡量減少由于模擬和控制感覺與參與者習(xí)慣的汽車不同而導(dǎo)致的駕駛錯誤（圖2）。

圖2.一個進行實驗的參與者。

在參與者對使用該系統(tǒng)感到舒適后，模擬被重置，并給出任務(wù)指示。參與者被告知要在道路的正確一側(cè)正常行駛，同時保持50英里/小時（88公里/小時）和60英里/小時（96公里/小時）之間的駕駛速度。他們還被告知要保持在指定的車道上，偏離車道將被視為駕駛錯誤。重點是安全駕駛，就像他們在現(xiàn)實世界中一樣，所有的任務(wù)必須在課程結(jié)束前完成，達到模擬道路的終點。在駕駛過程中，參與者被要求在觸摸屏上完成一系列的次要任務(wù)。次要任務(wù)包括通過符號或顏色/符號組合來識別和選擇觸摸目標(biāo)（圖1）。目標(biāo)由指導(dǎo)員口頭指定，例如"選擇wi-Fi按鈕"或"選擇橙色音量按鈕"，時間間隔為1小時。在選擇了正確的觸摸目標(biāo)后，在指定下一個目標(biāo)前有10秒的延遲。參與者先完成"顏色"任務(wù)還是"符號"任務(wù)是平均分配和隨機分配的，確保一半的參與者先嘗試"顏色"，另一半先嘗試"符號"。在完成第一個條件下的任務(wù)后，模擬被重置，受試者在顯示他們尚未看到的視覺信息的情況下重復(fù)實驗。每個系列的任務(wù)完成后，參與者會得到一份簡短的調(diào)查問卷，以評估他們對控制的體驗。測試結(jié)束后，參與者被提供了一份匯報表，并有機會提出任何問題。參與者的表現(xiàn)包括一些測量值（如以秒為單位的總?cè)蝿?wù)時間、瞥一眼的次數(shù)、瞥一眼的時間），這些是被試內(nèi)因變量。觸摸目標(biāo)的顏色（灰度或帶顏色）被作為自變量。所有分析的拒絕顯著性水平被設(shè)定為p=.05.瞥一眼的次數(shù)和瞥一眼的時間是通過眼球追蹤器記錄的。任務(wù)時間由眼球追蹤器記錄，同時還記錄了通過找出每項任務(wù)的所有掃視時間的總和來衡量。主觀測量也是以Likert量表問題的形式進行的，以評價參與者對每種界面類型的印象和意見。

3. 結(jié)果

總共有32名參與者，每個人都在兩種條件下進行了測試（彩色和灰度）。由于數(shù)據(jù)收集錯誤，四名參與者的數(shù)據(jù)被排除。例如，眼球追蹤器沒有正確追蹤，或者參與者不在眼球追蹤器的視線范圍內(nèi)。對其余28名參與者的數(shù)據(jù)進行了分析，以確定不同條件下瞥一眼的時間、瞥一眼的次數(shù)和總?cè)蝿?wù)時間的差異（表1）。

3.1.任務(wù)時間

首先用SPSS統(tǒng)計軟件對收集到的瞥見時間進行了正態(tài)分布分析。數(shù)據(jù)遵循偏態(tài)分布，這是典型的任務(wù)時間數(shù)據(jù)。為了彌補這種偏斜，用對數(shù)10函數(shù)對數(shù)據(jù)進行了轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)遵循更多的正態(tài)分布，允許使用參數(shù)化的t-檢驗。用配對樣本t檢驗來比較彩色觸摸目標(biāo)任務(wù)和灰度觸摸目標(biāo)任務(wù)中每個任務(wù)的總掃視時間的差異。當(dāng)分析轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)時，彩色觸摸目標(biāo)（M=.98，SD=.17）和灰度觸摸目標(biāo)（M=1.11，SD=.13）之間的任務(wù)時間有顯著差異；t（27）=4.35，p<.001（圖3）。這表明，信息娛樂屏幕中的彩色觸摸目標(biāo)會影響人們的掃視時間完成任務(wù)。具體來說，它表明不同顏色的觸摸目標(biāo)需要較短的目光來完成任務(wù)。

圖3.總瀏覽次數(shù)（轉(zhuǎn)化為對數(shù)10）配對t檢驗。

3.2.平均任務(wù)時間

平均掃視時間的計算方法是將所有任務(wù)的所有掃視時間之和除以這些任務(wù)的掃視總數(shù)。這個數(shù)據(jù)大致上遵循正態(tài)分布。用配對樣本t檢驗來比較彩色觸摸目標(biāo)的平均掃視時間和灰度觸摸目標(biāo)的平均掃視時間之間的差異。分析顯示，彩色（M=.7SD=.22）和灰度（M=.9SD=.29）的平均掃視時間有顯著差異；t（27）=4.51，p<.001（圖4）。這些結(jié)果表明，對帶有灰度觸摸目標(biāo)的信息娛樂系統(tǒng)屏幕的平均注視將高于利用特定顏色觸摸目標(biāo)的系統(tǒng)。
3.3.瞥見的次數(shù)

將所有任務(wù)中的注視次數(shù)加總，得到每個參與者的彩色觸摸目標(biāo)和灰階觸摸目標(biāo)的注視次數(shù)。進行Wilcoxon簽名等級測試來計算總數(shù)之間的差異。檢驗結(jié)果顯示，觸摸目標(biāo)的類型對注視次數(shù)沒有統(tǒng)計學(xué)上的重大影響（z=1.36，p=.173）（圖5）。彩色觸摸目標(biāo)的中位數(shù)是13.5，灰度觸摸目標(biāo)的中位數(shù)是15.5。

圖4.平均掃視時間配對t檢驗。

圖5.瞥見的次數(shù)Wilcoxon排名測試。

4.討論和結(jié)論

本研究顯示的結(jié)果為支持所提出的假設(shè)提供了證據(jù)，即在駕駛模擬中使用不同的觸摸界面時，掃視時間和任務(wù)時間會有差異。本實驗的數(shù)據(jù)似乎與文獻記載一致。支持這樣的觀點：具有不同顏色觸摸目標(biāo)的觸摸屏比僅依靠圖標(biāo)識別的灰度觸摸目標(biāo)更容易被一眼識別。有證據(jù)表明，在次要任務(wù)中快速尋找物品，比起單純的圖標(biāo)，視覺表現(xiàn)的偏差更大。當(dāng)依靠符號識別的時候，掃視時間可能會受到影響，而且會更長。以前的研究已經(jīng)考察了次要任務(wù)對駕駛性能的影響，但很少有人調(diào)查美學(xué)設(shè)計決策對這些任務(wù)的影響。識別美學(xué)設(shè)計決策的優(yōu)點或缺點，設(shè)計師和制造商可以改進他們的產(chǎn)品以提高可用性和客戶滿意度。有許多設(shè)計選擇會影響駕駛時的任務(wù)表現(xiàn)。這項研究提供的信息可以幫助指導(dǎo)那些希望調(diào)查信息娛樂系統(tǒng)的其他基本設(shè)計考慮因素的未來研究。據(jù)大多數(shù)參與者說，Apex賽車方向盤的物理控制很難適應(yīng)。由于花瓣和方向盤缺乏反饋，控制模擬車輛的要求非常高。許多人報告說，由于缺乏觸覺和聽覺反饋，很難保持穩(wěn)定的速度。與不熟悉的控制裝置相關(guān)的學(xué)習(xí)曲線可能表明，參與者在第二種條件下的表現(xiàn)應(yīng)該更好。然而，由于條件是隨機分配的，這種影響應(yīng)該被最小化。此外，所使用的賽道是故意多風(fēng)的，有幾個山頭。這樣做的目的是迫使參與者盡可能地注意他們的駕駛。參與者對道路也不熟悉，這可能會導(dǎo)致更謹(jǐn)慎的駕駛。這些因素可能會影響到駕駛表現(xiàn)。雖然屏幕上的圖像和眼球運動被眼球追蹤硬件記錄下來，但瞥一眼的次數(shù)和瞥一眼的時間必須由實驗者手動識別和記錄。當(dāng)參與者看著顯示模擬駕駛的顯示器時，眼動儀成功地跟蹤了眼睛，但無法記錄第二塊觸摸屏顯示器上的眼球運動。這些時間必須通過觀察每個屏幕截圖來手動記錄，并記下參與者何時遠離模擬，何時回頭看。這種方法在所有參與者中是一致的，這意味著數(shù)據(jù)應(yīng)該是一致的，但不是一種理想的數(shù)據(jù)收集方式。每項任務(wù)的預(yù)定觸摸目標(biāo)都由實驗者口頭喊出。在大多數(shù)情況下，這種實施方式效果良好。然而，在某些情況下，參與者很難聽到下一個觸摸目標(biāo)是什么。這種技術(shù)帶來的其他挑戰(zhàn)包括參與者在觸屏上出現(xiàn)圖像之前就忘記了下一個目標(biāo)是什么。因為沒有視覺提示，參與者不得不要求實驗者重復(fù)自己，再次喊出目標(biāo)。最后，少數(shù)參與者由于不熟悉圖標(biāo)，難以通過名字識別正確的圖標(biāo)。在這些情況下，看一眼的次數(shù)、看一眼的時間和任務(wù)時間都會有輕微的偏差。有一小部分研究是關(guān)于駕駛時次要任務(wù)的影響，但現(xiàn)在有越來越多的分心因素被整合到車輛中，分析這些新增因素的影響很重要。幾乎所有生產(chǎn)中的汽車都有觸摸屏界面。制造商需要意識到融入這些界面的所有設(shè)計決定的影響，包括顏色選擇。這些決定會影響到產(chǎn)品的整體吸引力（讓人感覺更高級），提高可用性和改善安全性。由于一些參與者報告了他們與Apex賽車方向盤上的一些物理控制的互動困難（特別是花瓣和方向盤缺乏反饋），任何未來的工作可能會用反應(yīng)更靈敏的高端設(shè)備進行。盡管作者認(rèn)為有足夠的參與者（32人）進行了研究以產(chǎn)生有意義的結(jié)果，但任何未來的工作都會受益于更大的參與者群體。特別是，如果有多組參與者，其中一些人有使用汽車觸摸屏的經(jīng)驗，另一些人沒有，這樣就可以用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來研究這種影響。

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