CN113655882B - 一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法 - Google Patents

一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，对人机界面的信息分区并编号；根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程；选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，采用眼动设备获取捕捉操作人员观看界面信息的眼动信号的视频；将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域；分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重；对于时间权重低于设定阈值的信息，在简洁操作模式下不予显示。本发明基于客观采集的操作数据，具有更高的可信性，更能够获得一种满足操作要求且简洁的操作界面。对于复杂的操控系统，本发明的人机界面更加友好。

Description

一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法
技术领域
本发明涉及信息系统人机交互技术领域，尤其涉及一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法。
背景技术
人机界面是人与软件系统之间进行信息交互的重要载体，在人机交互过程中起着十分关键的作用，人通过人机界面中的信息悉知系统状态、执行操作控制。因此，界面中的信息显示应以满足人的操作使用为主要目标。
对于特定的操控系统，操作相对固化。不同于办公系统，特定的操控系统需要使用的信息相对固定。部分界面中提供的信息在操作过程中无需使用，因此并没有必要呈现给操作人员。然而现有技术中从未出现对人机界面所提供的信息进行筛选，也并不存在对人机界面信息进行筛选的有效方式。
目前，在人机交互领域，对于采用生理数据对人机界面信息进行筛选的研究较少，尤其是缺乏基于客观数据量化结果的筛选方式。如何提供一种有效的人机界面信息筛选方法，提供操作者简洁的操作界面是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有存在的问题，本发明提供一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，通过客观的采集并分析眼动数据，对人机界面中的信息进行筛选，提供操作者简洁的操作界面，降低视觉负荷，提高操作效率，减少误操作。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，包括：
(1)对人机界面的信息分区并编号；
(2)根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程；
(3)选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，采用眼动设备获取捕捉操作人员观看界面信息的眼动信号的视频；
(4)将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域；
(5)分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重；
(6)对于时间权重低于设定阈值的信息，在简洁操作模式下不予显示。
进一步地，对人机界面的信息分区并编号，包括：同一个工具栏、同一个对话框或同一个显示窗口内的信息划分为一个区；区域之间的信息完全独立，无重叠或者重复，给每个分区进行唯一性编号。
进一步地，根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程，包括：采用认知走查法梳理人机交互任务；对人机交互任务进行分解，建立基于任务的操作序列。
进一步地，选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，包括：操作人员要求不少于8名，裸眼视力0.8以上，无色盲或色弱；
操作人员采用直立坐姿坐在桌面式眼动设备前，进行操作练习，掌握人机交互操作流程开始实验。
进一步地，将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域，包括：
人工按照不同的显示界面，对视频按照时间进行分割，形成若干时间段的视频，每个时间段的视频对应一种显示界面和一种兴趣区域分区。
进一步地，不同操作者的视频对应时间段的显示界面划分相同。
进一步地，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域，包括：
将显示界面进行网格划分，将显示界面存在的分区覆盖的网格作为眼动设备的一个兴趣区域；
或者采用每个分区的特征图片作为模板，在显示界面上进行匹配，获得显示界面上存在的分区，分别作为眼动设备的兴趣区域。
进一步地，分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重，包括：
基于每名操作人员各个兴趣区域内的注视时间，计算整个人机交互操作流程中，每个编号的分区总注视时间tij；其中i为分区编号，j为操作人员编号；
计算每名操作人员对于每个编号的分区的注视时间占比Wij＝tij/tj，tj为第j名操作人员的操作总时长；
每个编号的分区时间权重为
Figure BDA0003215677510000031
其中n为操作人员总数。
进一步地，步骤(6)还包括，在完整操作模式下，显示所有各编号的分区。
进一步地，步骤(6)还包括，按照时间权重对分区进行分级，包括重要、一般和偶尔；
对于显示界面进行划分，显示界面的长为L、宽为H；以显示界面的正中心为圆心，形成半径为1/4L的圆形区域，作为主显示区，形成1/3L为半径的圆和以1/4L为半径的圆形成的环形区域作为副显示区；其余区域作为非重要显示区；
重要级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于主显示区；
一般级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口在主显示区留有空间时设置于主显示区，主显示区留有空间不足时设置于副显示区；或者直接设置于副显示区；
偶尔级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于非重要显示区。进一步地，偶尔级别包括时间权重低于设定阈值的信息。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明为人机界面设计提出了一种科学实验研究方法，基于客观采集的操作数据，具有更高的可信性，更能够获得一种满足操作要求且简洁的操作界面。对于复杂的操控系统，本发明的人机界面更加友好。
(2)本发明提出的信息筛选方式基于操作任务，与操作需求密切相关，通过客观的采集并分析眼动数据，对人机界面中的信息进行筛选，为操作者提供简洁的操作界面，降低视觉负荷，提高操作效率，减少误操作。
(3)本发明利用时间权重对分区进行分级，进而使得时间占比较多的分区位于操作者的视觉及操作友好区域，对于不重要的分区设置在相对来说不便于观看的位置；按照操作使用程度进行显示布局，提高操作效率；进而使得即便是在完整操作模式下，依然能够降低视觉干扰，保持高效操作；另一方面在简洁模式下，避免出现误操作。
附图说明
图1是人机界面信息筛选流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
人在工作中眼睛与手、脑高度配合，在软件操作中，人眼会根据操作需要时刻关注所需信息。因此，人眼的注视时间长短可以表征在操作过程中对信息的关注程度，作为信息筛选的依据。
本发明提出了一种眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，通过将人机界面信息进行分区后，采用眼动追踪技术采集人眼在交互操作中的注视时间，根据各区域信息注视时间权重值对信息进行筛选，从而支持人机界面信息设计，获得简洁的操作界面，提高操作效率，降低操作出错概率。
结合图1，基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，包括如下步骤：
(1)对人机界面的信息分区并编号。
对人机界面的信息分区，包括：同一个工具栏、同一个对话框或同一个显示窗口内的信息划分为一个区；区域之间的信息完全独立，无重叠或者重复。对每个区的信息进行编号。编号要有的一定的顺序性，每个区的编码应唯一。画出人机界面信息分区图。
(2)根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程。
分析人机界面的功能，采用认知走查法梳理人机交互任务。对人机交互任务进行分解，建立基于任务的操作序列。
(3)选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，采用眼动设备获取捕捉操作人员观看界面信息的眼动信号的视频。
屏幕式眼动仪是一种常见的眼动跟踪设备，通过标定之后，它可以比较好地跟踪用户在电脑屏幕上的二维注视点。要求眼动仪采集频率不低于30Hz,采集距离不低于600mm。
操作人员要求不少于8名，裸眼视力0.8以上，无色盲或色弱。实验前，录入被试信息，包括姓名、年龄、性别、文化程度。基于操作序列形成实验任务单。
被试采用直立坐姿坐在桌面式眼动仪前，首先阅读实验说明，按照实验任务单进行操作练习，熟练掌握任务单中的操作步骤和要求后方可开始正式实验。实验开始前，采用眼动仪的3点校准法捕获被试眼球位置。被试点击“开始”按钮后正式开始实验，按照任务单要求完成操作。
实验过程中，眼动仪自动测量每名被试在正式实验中的注视点位置和注视时间。
(4)将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域。
人工按照不同的显示界面，对视频按照时间进行分割，形成若干时间段的视频，每个时间段的视频对应一种显示界面和一种兴趣区域分区。
不同操作者的视频对应时间段的显示界面划分相同。因此对应时间段的显示界面仅进行一次人工标定即可。
将显示界面进行网格划分，将显示界面存在的分区覆盖的网格作为眼动设备的一个兴趣区域，人工设置兴趣区域。
或者采用每个分区的特征图片作为模板，在显示界面上进行匹配，获得显示界面上存在的分区，分别作为眼动设备的兴趣区域。
(5)分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重。
基于每名操作人员各个兴趣区域内的注视时间，计算整个人机交互操作流程中，每个编号的分区总注视时间tij；其中i为分区编号，j为操作人员编号；
计算每名操作人员对于每个编号的分区的注视时间占比Wij＝tij/tj，tj为第j名操作人员的操作总时长；
每个编号的分区时间权重为
Figure BDA0003215677510000061
其中n为操作人员总数。
(6)对于时间权重低于设定阈值的信息，在简洁操作模式下不予显示，在完整操作模式下，显示所有各编号的分区。
在一个实施例中，信息进行筛选，筛选规则如下：
0.1≤Wi≤1.0，信息显示；
Wi＜0.1，信息不显示。
按照时间权重对分区进行分级，包括重要、一般和偶尔。在一个实施例中，级别区分如下：
0.4≤Wi≤1.0，重要级别；
0.2＜Wi≤0.4，一般级别；
Wi＜0.2，偶尔级别。
对于显示界面进行划分，显示界面的长为L、宽为H；以显示界面的正中心为圆心，形成半径为1/4L的圆形区域，作为主显示区，形成1/3L为半径的圆和以1/4L为半径的圆形成的环形区域作为副显示区；其余区域作为非重要显示区；
重要级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于主显示区，便于操作者观看和操作。
一般级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口在主显示区留有空间时设置于主显示区，主显示区留有空间不足时设置于副显示区。也可以将一般级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口在主显示区留有空间时设置于副显示区，使得主显示区更加简洁。
偶尔级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于非重要显示区。该界别的信息较少使用或者不适用，放置于非重要显示区降低视觉负荷，同时避免误操作。
偶尔级别包括时间权重低于设定阈值的信息，以使得在完整操作模式下，降低视觉干扰，同时能避免简洁模式的误操作。
综上所述，本发明涉及一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，对人机界面的信息分区并编号；根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程；选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，采用眼动设备获取捕捉操作人员观看界面信息的眼动信号的视频；将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域；分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重；对于时间权重低于设定阈值的信息，在简洁操作模式下不予显示。本发明基于客观采集的操作数据，具有更高的可信性，更能够获得一种满足操作要求且简洁的操作界面。对于复杂的操控系统，本发明的人机界面更加友好。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，包括：
（1）对人机界面的信息分区并编号；
（2）根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程；
（3）选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，采用眼动设备捕捉操作人员观看界面信息的眼动信号的视频；
（4）将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域；
（5）分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重；
（6）对于时间权重低于设定阈值的信息，在简洁操作模式下不予显示；
步骤（6）还包括，在完整操作模式下，显示所有各编号的分区；
步骤（6）还包括，按照时间权重对分区进行分级，包括重要、一般和偶尔；
对于显示界面进行划分，显示界面的长为L、宽为H；以显示界面的正中心为圆心，形成半径为1/4L的圆形区域，作为主显示区，形成1/3L为半径的圆和以1/4L为半径的圆形成的环形区域作为副显示区；其余区域作为非重要显示区；
重要级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于主显示区；
一般级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口在主显示区留有空间时设置于主显示区，主显示区留有空间不足时设置于副显示区；或者直接设置于副显示区；
偶尔级别显示界面的工具栏、对话框或显示窗口设置于非重要显示区；偶尔级别包括时间权重低于设定阈值的信息。
2.根据权利要求1所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，对人机界面的信息分区并编号，包括：同一个工具栏、同一个对话框或同一个显示窗口内的信息划分为一个区；区域之间的信息完全独立，无重叠或者重复，给每个分区进行唯一性编号。
3.根据权利要求1或2所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，根据人机界面操作任务建立人机交互操作流程，包括：采用认知走查法梳理人机交互任务；对人机交互任务进行分解，建立基于任务的操作序列。
4.根据权利要求1或2所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，选取多个操作人员按照所述人机交互操作流程执行操作，包括：操作人员要求不少于8名，裸眼视力0.8以上，无色盲或色弱；
操作人员采用直立坐姿坐在桌面式眼动设备前，进行操作练习，掌握人机交互操作流程开始实验。
5.根据权利要求1或2所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，将所述视频按照不同的显示界面进行划分，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域，包括：
人工按照不同的显示界面，对视频按照时间进行分割，形成若干时间段的视频，每个时间段的视频对应一种显示界面和一种兴趣区域分区。
6.根据权利要求5所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，不同操作者的视频对应时间段的显示界面划分相同。
7.根据权利要求6所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，将每个显示界面对应编号的分区作为眼动设备的兴趣区域，包括：
将显示界面进行网格划分，将显示界面存在的分区覆盖的网格作为眼动设备的一个兴趣区域；
或者采用每个分区的特征图片作为模板，在显示界面上进行匹配，获得显示界面上存在的分区，分别作为眼动设备的兴趣区域。
8.根据权利要求6所述的基于眼动数据测量的人机界面信息筛选方法，其特征在于，分析各个兴趣区域内的注视时间，获取各编号分区的时间权重，包括：
基于每名操作人员各个兴趣区域内的注视时间，计算整个人机交互操作流程中，每个编号的分区总注视时间t ij ；其中i为分区编号，j为操作人员编号；
计算每名操作人员对于每个编号的分区的注视时间占比W ij =t ij /t j ，t j 为第j名操作人员的操作总时长；
每个编号的分区时间权重为
Figure 934948DEST_PATH_IMAGE002
，其中n为操作人员总数。
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