融合眼控-手控的双通道交互策略研究

作     者：刘今 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛亚峰

授予年度：2022年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 

主      题：多通道人机交互 眼控 手控 交互效率 可用性 

摘      要：随着社会的发展和科技的进步,交互设计不仅局限于系统可用性,更进一步强调通过设计提升易用性以及用户体验,以此催生了眼控、脑控、多通道交互控制等一系列旨在提升交互效率以及交互体验的新型人机交互方式。其中眼控交互是一种以视线作为交互输入方式的新型人机交互方式,为解决眼控交互的一系列科学性问题,考虑设计多通道交互方式,触控交互与眼控交互相融合,在时间以及空间维度上改善单通道眼控交互存在的问题。本课题通过分析国内外眼控交互、触控交互以及多通道交互方式的研究现状,结合眼控、手控交互特性以及交互系统设计原则,总结出本课题适用的眼控-触控双通道系统交互设计原则。根据Post-WIMP交互行为模型,形成交互指令与眼控、手控交互方式的自然映射,进一步根据眼控、手控交互协作机理,提出两类具体的双通道交互模式,分别为“眼控锁定—手控触发以及“视线浏览定位—手控切换系统状态—眼控触发。为探究眼控-手控双通道交互模式的交互效率与用户体验,基于眼控-手控双通道交互系统框架,以Unity为实验系统开发平台,以Tobii眼动仪作为视线采集以及输入设备,开发开源的眼控-手控双通道交互系统作为研究实验平台。针对双通道交互策略以及界面元素位置的研究,得到以下结论:(1)眼控-手控双通道交互系统应选择“眼控锁定—手控触发的交互策略,以保证高交互效率及可用性;(2)界面布局位置因素并不会对交互效率产生显著影响,之后的特征实验可以排除掉界面布局因素的影响因素。针对双通道交互策略下注视时长特征因素的研究中,得到以下结论:(1)从交互正确率的角度,注视时长取值范围在100-600ms均可构成良好人机交互方式;(2)从交互效率及用户偏好的角度,双通道交互策略下最佳注视时长的取值范围在200-400ms。基于双通道交互策略下注视时长与解锁时长的组合形式研究,得到以下结论:(1)从交互正确率的角度,注视时长取值范围在200-400ms,解锁时长在100-600ms的组合形式均可构成良好人机交互方式;(2)从交互效率及用户偏好的角度,双通道交互策略下最佳解锁时长的取值范围在100-200ms,推荐的注视时长*解锁时长组合形式为300ms*200ms。本课题针对单通道眼控的科学性问题,根据眼控以及手控交互特性、协作机理提出眼控-手控双通道交互模式,进一步根据操作流程、目的进行眼控、手控交互动作的组合,形成具体的双通道交互策略,具有研究普适性;另外本课题综合运用工效学实验探究结合主观评价的方法,从客观交互效率以及主观可用性评分角度对交互策略以及交互策略下的特征因素进行研究,实验结论具有科学性。本课题的研究结果可有效提升眼控-手控双通道交互系统的交互效率和可用性,有益于推动眼控交互在多领域的应用普及。