基于脑电技术的数字界面可用性评价方法研究

发布时间：2017-09-01 04:42

  本文关键词：基于脑电技术的数字界面可用性评价方法研究

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【摘要】：随着大数据时代的到来,作为信息化装备等复杂信息系统的重要组成部分,数字界面早已取代传统硬件界面,成为现代技术的重要特征之-。数字界面在军事、信息安全、地理交通等诸多重要领域发挥着不可替代和非常重要的作用,同时是操作人员进行信息分析和处理的载体,是系统功能实现的重要组成部分。在相同的硬件水平下,数字界面的可用性直接影响着人的工作绩效、正确率以及快速反应,在很大程度上影响系统性能水平。为了更好地掌握整个系统,并使得系统性能能够高效可靠地发挥,研究数字界面可用性评估方法和用户对数字界面信息认知的规律,对数字界面评估和优化显得尤为重要。本文分析了国内外数字界面可用性评估理论及研究现状,在总结了最新的设计科学、神经科学、认知心理学、认知神经科学的研究成果的基础上,运用界面认知理论分析、界面脑电实验研究和实例验证的方法,围绕数字界面信息的用户认知机制,对数字界面可用性的脑电生理定量评价方法展开研究,主要研究工作有：(1)从事件相关电位的技术基础、特点和离线分析角度出发,提出了事件相关电位技术在数字界面设计及评价中的应用,总结了与数字界面评估相关的ERP脑电成分和实验范式。(2)针对数字界面视觉元素,分析了数字界面元素的可用性与用户认知,研究了数字界面视觉元素用户认知与脑电成分的关系,并对图标、控件、色彩、布局和方式等界面元素进行了用户认知分析。(3)针对数字界面元素认知的ERP脑电实验,提出了数字界面可用性评估的ERP实验研究过程,分析了数字界面元素的解构、处理和搜集过程,在界面元素认知理论基础上,分别运用工作记忆实验范式、串行失匹配实验范式和Go-Nogo实验范式,对图标、导航栏和界面配色开展ERP实验研究,并归纳了实验结论对界面设计的指导意义。(4)在脑电实验基础上,提出了数字界面元素的脑电评价指标,并分别对数字界面元素及脑电信号进行了阈值分析,基于脑电阈值分析了界面设计推荐形式,首次提出了数字界面整体和局部的ERP脑电评估方法。(5)为证实脑电评估方法的有效性和可靠性,分别运用专家主观知识评价法、层次-灰度-集对分析数学方法和眼动追踪方法等数字界面可用性传统评价方法,对脑电评估方法进行了实例对比分析。(6)分析了事件相关电位在脑机交互中的作用,以及数字界面可用性脑电评估方法对脑机交互的参考作用和意义,在融入信号特征提取和分类技术后,开发了基于图标控制的数字界面脑机交互方法,最后讨论了界面其他元素脑机交互方法的实现。论文提出的脑电实验评价方法为数字界面可用性评估提供了新思路和新方法,有助于设计师对数字界而进行评估、改良和优化,其研究成果为有效实现对数字界面的综合评价提供了重要技术手段和理论依据。
【关键词】：数字界面 可用性 事件相关电位 认知分析 评价方法
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 第1章 概述16-25
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.3 课题研究内容20-22
• 1.4 论文撰写安排22-23
• 1.5 论文结构23
• 1.6 论文受资助基金情况23-25
• 第2章 脑电技术及其在数字界面中的相关研究25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 国内外研究综述25-27
• 2.3 脑功能成像技术基础27-29
• 2.4 事件相关电位的特点与离线分析29
• 2.5 事件相关电位技术在数字界面中的应用29-30
• 2.6 数字界面可用性评估中的脑电成分和实验范式30-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 数字界面视觉元素的用户认知32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 数字界面视觉元素的构成32-33
• 3.3 数字界面可用性与用户认知33-35
• 3.4 数字界面视觉元素用户认知分析与脑电实验的关系35-37
• 3.4.1 数字界面用户认知分析和脑电实验的主体对象一致性35-36
• 3.4.2 界面视觉元素的复杂性与脑电实验设计的规范性36
• 3.4.3 界面元素用户认知与脑电实验范式选取的局限性36-37
• 3.4.4 界面视觉元素用户认知前期分析的必要性和重要性37
• 3.5 数字界面中图标的用户认知37-41
• 3.5.1 图标语意的信息传递38-39
• 3.5.2 用户对图标的理解39-40
• 3.5.3 用户对图标的记忆40-41
• 3.6 数字界面中控件的用户认知41-44
• 3.6.1 用户对控件的视觉信息认知41-42
• 3.6.2 用户对控件的信息交互认知42-43
• 3.6.3 导航栏的选择性注意加工43-44
• 3.7 数字界面中色彩的用户认知44-48
• 3.7.1 用户对界而色彩风格的认知44-46
• 3.7.2 用户对界面色彩编码方式的认知46
• 3.7.3 用户对界面色彩搭配的认知46-47
• 3.7.4 用户对界面色彩语义的认知47-48
• 3.8 数字界面中布局的用户认知48-50
• 3.8.1 用户对数字界面结构形式的认知48-49
• 3.8.2 用户对界面布局元素位置的认知49
• 3.8.3 用户对数字界面布局的视觉认知流程49-50
• 3.9 数字界面中交互的用户认知50-52
• 3.9.1 鼠标等外接设备交互的用户认知50
• 3.9.2 多点触控的用户认知行为50-51
• 3.9.3 声控、体感交互等跨通道方式的用户认知51-52
• 3.10 本章小结52-53
• 第4章 数字界面元素认知的ERP脑电实验53-99
• 4.1 引言53
• 4.2 数字界面可用性评估的ERP脑电实验过程53-57
• 4.2.1 实验测试人员的选拔53-54
• 4.2.2 实验设备和硬件要求54-55
• 4.2.3 ERP实验操作过程和刺激呈现的实现55-57
• 4.2.4 脑电数据统计和分析57
• 4.3 脑电实验前数字界面元素的解构、处理和搜集57-62
• 4.3.1 数字界面元素的解构原则57-60
• 4.3.2 解构后数字界面元素的处理方法60-61
• 4.3.3 界面元素实验材料的搜集要求61-62
• 4.4 图标记忆ERP脑电实验研究62-79
• 4.4.1 实验前综述62-64
• 4.4.2 实验方法64-67
• 4.4.3 行为数据分析67-68
• 4.4.4 脑电实验数据分析68-78
• 4.4.5 结果讨论78
• 4.4.6 实验结论和对界面设计的指导意义78-79
• 4.5 导航栏视觉选择性注意的ERP脑电实验研究79-89
• 4.5.1 实验前综述79-80
• 4.5.2 实验方法80-81
• 4.5.3 行为数据分析81-82
• 4.5.4 脑电数据分析82-87
• 4.5.5 结果讨论87-88
• 4.5.6 实验结论和对界面设计的指导意义88-89
• 4.6 数字界面配色评价的ERP脑电实验研究89-98
• 4.6.1 实验前综述89
• 4.6.2 实验方法89-91
• 4.6.3 脑电数据分析91-96
• 4.6.4 结果讨论96-97
• 4.6.5 实验结论和对界面设计的指导意义97-98
• 4.7 本章小结98-99
• 第5章 数字界面可用性的脑电实验评价方法99-107
• 5.1 引言99
• 5.2 数字界面元素可用性的脑电评价指标99-100
• 5.3 数字界面元素与脑电成分的阈值分析100-104
• 5.3.1 数字界面元素在脑电实验中的阈值分析100-101
• 5.3.2 脑电信号在界面可用性评估过程中的阈值分析101-102
• 5.3.3 基于阈值分析的界面设计推荐形式102-104
• 5.4 数字界面ERP脑电评估方法104-106
• 5.4.1 数字界面整体评估方法104-105
• 5.4.2 数字界面局部评估方法105-106
• 5.5 本章小结106-107
• 第6章 传统评价方法与脑电评价方法的实例对比分析107-137
• 6.1 引言107
• 6.2 专家主观知识评价与脑电评价的实例对比分析107-112
• 6.2.1 专家主观知识评价法107-108
• 6.2.2 评价内容和标准108
• 6.2.3 实验材料108-109
• 6.2.4 脑电实验评估过程109-111
• 6.2.5 专家主观知识评价过程111
• 6.2.6 最优方案的确定和讨论111-112
• 6.3 数学方法评价与脑电评价的实例对比分析112-123
• 6.3.1 数学评价方法112
• 6.3.2 评价内容和标准112-113
• 6.3.3 实验材料113-115
• 6.3.4 脑电实验评估过程115-116
• 6.3.5 层次灰度集对分析数学方法评估过程116-122
• 6.3.6 最优方案的确定和讨论122-123
• 6.4 眼动追踪评价方法与脑电评价的实例对比分析123-135
• 6.4.1 眼动追踪评价方法123-124
• 6.4.2 评价内容和标准124-125
• 6.4.3 实验材料125
• 6.4.4 脑电实验评估过程125-131
• 6.4.5 眼动实验评估过程131-133
• 6.4.6 数据讨论和最优通道的确定133-135
• 6.5 脑电评价方法与传统评价方法的对比135-136
• 6.6 本章小结136-137
• 第7章 数字界面可用性脑电评价方法在脑机交互中的探索137-155
• 7.1 引言137
• 7.2 脑机交互技术137-138
• 7.2.1 脑机交互技术概念137-138
• 7.2.2 脑机交互技术应用系统138
• 7.3 数字界面可用性脑电评价方法的用途138-139
• 7.3.1 在数字界面设计和评估中的应用138-139
• 7.3.2 在数字界面脑机交互中的应用139
• 7.4 局部评价方法在脑机交互中的具体应用139-154
• 7.4.1 数字界面元素脑机交互的文献综述140
• 7.4.2 图标控制的数字界面脑机交互方法140-153
• 7.4.3 其他元素脑机交互的实现153-154
• 7.5 本章小结154-155
• 第8章 总结与展望155-157
• 致谢157-158
• 攻读博士学位期间发表的论文、专利和参与主持科研项目158-161
• 附录161-169
• 参考文献169-178

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本文编号：769987