基于认知特性的信息界面布局美度评价方法与流程

本发明属于计算机辅助设计技术领域，具体地说是涉及一种基于认知特性的信息界面布局美度评价方法。

背景技术

信息界面作为用户获取信息的载体和进行决策判断的媒介，其设计的合理性不仅决定了信息传递的精确性与高效性，还直接影响了用户的视觉感受与认知差异。因此，界面布局评价已经成为信息界面设计研究的重要组成部分。现有技术中，传统的人机界面布局评价主要从认知负荷、任务绩效、操作视域与态势感知等方面进行，偏重于实验数据的量化分析与处理。随着感性工学的发展，感性设计逐渐引起诸多学者的重视，通过实验研究反复验证了感性和理性之间的关联属性，证明“美的设计同时也会是好用的设计”这一假设，但对信息界面布局美度的评价，缺乏一套客观量化的评价方法，从而使信息界面布局方案的选择缺乏一套客观量化的决策依据，不能帮助辅助设计师对界面布局进行分析与微调，从而使设计优化上具有盲目修改性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能为信息界面布局方案的选择提供了一套客观量化的决策依据的基于认知特性的信息界面布局美度评价方法。

本发明的一种基于认知特性的信息界面布局美度评价方法，包括以下步骤：

(1)构建界面布局—认知映射关系：根据视觉信息加工过程和视觉注意原理构建信息界面“布局—认知”的映射关系，即将界面布局通过建立显性编码与隐性认知之间的映射关系：首先通过界面元素的位置方位与信息节点的映射，区分不同信息、规划信息可视区域；然后，进行界面布局空间结构和信息组织架构间的映射；最后，进行界面信息元素间的空间属性与功能属性之间的映射关系；

(2)构建信息界面布局美度评估模型：结合软件工程领域的质量评估模型的构建逻辑，依据“目标——准则——度量”的原则，推导度量指标并建立信息界面布局美度评估模型；

(3)基于层次分析法(ahp)的布局美度综合评价方法：通过层次分析法得到各度量指标的权重，再与各指标美度值结果的乘积作为综合美度值，构建信息界面美度的综合评价方法，来衡量设计方案美度表现的优势次序。

上述基于认知特性的信息界面布局美度评价方法，其中：所述步骤(2)中的“目标——准则——度量”的原则，以提高认知效率为目标，以界面布局设计合理性为准则，以界面美度指标为度量，确立信息界面布局美度评估模型的构建过程。

上述基于认知特性的信息界面布局美度评价方法，其中：所述步骤(2)中的推导度量指标：借助软件质量评估模型的层次划分理论，结合信息界面中布局-认知映射关系分析模型原则，把秩序性、复杂性、一致性和引导性作为信息界面布局美度评估模型的质量特性；根据布局-认知映射关系，通过质量特性推导出质量子特性，秩序性对应界面信息的视觉重量平衡与呈现优势，复杂性对应界面信息的组合化程度与松紧程度，一致性对应界面元素尺寸统一性和界面整体的视觉协调度，引导性对应视觉规律；最后在界面美度数理计算基础上，根据评价模型的质量子特性，提炼出平衡度、优势度、简单度、密集度、统一度、凝聚度和引导度作为美度指标，即作为度量指标来诠释质量特性，建立信息界面质量的布局美度评估模型。

上述基于认知特性的信息界面布局美度评价方法，其中：所述步骤(3)中根据层次分析法(ahp)计算各度量指标的权重，构建信息界面美度的综合评价方法，具体步骤如下：

1)根据认知特性与度量指标的映射关系，由专家给出指标之间的偏好关系，根据ahp赋权法构造关于指标的判断矩阵a＝[ai(j)]n×n，并计算a的每一列特征向量，将特征向量进行归一化处理；

2)取判断矩阵a的最大特征根λmax，根据公式c.i.＝(λmax-n)/(n-1)计算得出一致性检验的标度，再计算一致性比例c.r.，c.r.＜0.1具有满意一致性；

3)利用方根法，将a中的元素进行处理，即进而得出重要度向量

4)计算各个设计方案的综合美度值来衡量设计方案美度表现的优势次序。

本发明与现有技术的相比，具有明显的可行性效果，由以上方案可知，布局通过建立显性编码与隐性认知之间的映射关系，优化视觉信息处理过程并改善主观视觉体验。布局设计首先通过界面元素的位置方位与信息节点的映射，区分不同信息、规划信息可视区域；根据视觉注意指导原则，界面元素位置方位的合理编码可以有效降低干扰信息的捕获程度，将主要关联信息放置利于用户搜索的位置，能提高用户对不同信息的认知获取，降低任务超载中的认知负荷。界面布局空间结构和信息组织架构间的映射，不仅使用户能够轻松掌握元素信息的位置和功能之间的关系，还有利于对界面信息整体的把握。界面信息元素间的空间属性(如拓扑关系、紧密程度等)与功能属性(如因果关系、层次关系等)之间的映射关系，既能稳固布局设计的信息结构，降低布局场景的复杂性，又可以通过视觉信息处理过程中的时序关系获得界面布局的一致性认知，增强界面信息的引导能力。采用层次分析法对界面设计方案进行综合评价，通过衡量布局方案的美度表现决定方案的优势次序，进而实现界面对布局方案设计的微调和优选。总之，本发明具有较高的通用性，并且为信息界面布局的优化提供了一套客观量化的评价方法。

以下通过具体实施方式，进一步说明本发明的有益效果。

附图说明

图1是本发明的视觉信息处理过程示意图；

图2是本发明的信息界面布局-认知映射关系示意图；

图3是本发明的“目标—准则—度量”原则示意图；

图4是本发明的信息界面布局美度评估模型；

图5是实施例中样本界面布局示意图；

图6是实施例中样本界面布局设计方案示意图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于认知特性的信息界面布局美度评价方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

本发明的一种基于认知特性的信息界面布局美度评价方法，包括以下步骤：

(1)构建界面布局—认知映射关系：根据视觉信息加工过程和视觉注意原理构建信息界面“布局—认知”的映射关系，即将界面布局通过建立显性编码与隐性认知之间的映射关系：首先通过界面元素的位置方位与信息节点的映射，区分不同信息、规划信息可视区域；然后，进行界面布局空间结构和信息组织架构间的映射；最后，进行界面信息元素间的空间属性与功能属性之间的映射关系；

(2)构建信息界面布局美度评估模型：结合软件工程领域的质量评估模型的构建逻辑，依据“目标——准则——度量”的原则，推导度量指标并建立信息界面布局美度评估模型；

(3)基于层次分析法(ahp)的布局美度综合评价方法：通过层次分析法得到各度量指标的权重，再与各指标美度值结果的乘积作为综合美度值，构建信息界面美度的综合评价方法，来衡量设计方案美度表现的优势次序。

界面布局—认知映射关系：

布局设计是人为地创造出引起思维相关活动的空间推理模式，通过引导视觉感知特性来提高认知效率。在视觉信息加工过程中，眼睛运动捕获界面整体的粗略特征，将其传递到大脑中，经特征分析将信息整体划分为多个信息单元，再依时序关系进行匹配、重组，最后基于长时记忆或思维深加工形成有意义的信息整体作为反应输出，如图1所示。

在此过程中，布局通过建立显性编码与隐性认知之间的映射关系，优化视觉信息处理过程并改善主观视觉体验。如图2所示，布局设计首先通过界面元素的位置方位与信息节点的映射，区分不同信息、规划信息可视区域。根据视觉注意指导原则，界面元素位置方位的合理编码可以有效降低干扰信息的捕获程度，将主要关联信息放置利于用户搜索的位置，能提高用户对不同信息的认知获取，降低任务超载中的认知负荷。例如，操作面板的导航位置于屏幕上方或左侧时，用户的搜作效率更高。因此，界面信息认知的准确性和高效性取决于界面元素布局的位置方位。

然后，界面布局空间结构和信息组织架构间的映射，不仅使用户能够轻松掌握元素信息的位置和功能之间的关系，还有利于对界面信息整体的把握。例如，分组图标的搜索效率要明显高于不分组图标的搜索效率。因此，界面空间结构反映了界面信息内部的组织关系，决定信息获取的难易程度。

最后，界面信息元素间的空间属性(如拓扑关系、紧密程度等)与功能属性(如因果关系、层次关系等)之间的映射关系，既能稳固布局设计的信息结构，降低布局场景的复杂性，又可以通过视觉信息处理过程中的时序关系获得界面布局的一致性认知，增强界面信息的引导能力。例如，一致性的布局设计能更好的引导用户对信息的获取。

因此，界面布局反映了信息的位置方位、空间架构、空间属性，影响了用户对信息秩序性、复杂性、一致性和引导性的感知，决定了认知的准确性与高效性，如图2所示。

信息界面布局美度评价体系:

结合软件工程领域的质量评估模型的构建逻辑，依据“目标—准则—度量”的原则，以提高认知效率为目标，以界面布局设计合理性为准则，以界面美度指标为度量，确立信息界面布局美度评估模型的构建过程，如图3。

借助软件质量评估模型的层次划分理论，结合信息界面中布局-认知映射关系分析模型原则，把秩序性、复杂性、一致性和引导性作为信息界面布局美度评估模型的质量特性。根据布局-认知映射关系，通过质量特性推导出质量子特性，秩序性对应界面信息的视觉重量平衡与呈现优势，复杂性对应界面信息的组合化程度与松紧程度，一致性对应界面元素尺寸统一性和界面整体的视觉协调度，引导性对应视觉规律。最后在界面美度数理计算基础上，根据评价模型的质量子特性，提炼出7个美度指标(见表1)作为度量指标来诠释质量特性，建立信息界面质量的布局美度评估模型，如图4，其中表1详细介绍了度量指标的具体释义及计算公式。

表1界面布局美度评估模型的度量指标

注：度量指标的值介于[0,1]之间的连续数值

基于ahp的布局美度综合评价方法:

由于度量指标间的定量关系不是十分明确，故本文采用层次分析法对界面设计方案进行综合评价，通过衡量布局方案的美度表现决定方案的优势次序，进而实现界面对布局方案设计的微调和优选。具体实施步骤如下：

step1.根据认知特性与度量指标的映射关系，由专家给出指标之间的偏好关系，根据ahp赋权法构造关于指标的判断矩阵a＝[ai(j)]n×n，并计算a的每一列特征向量，将特征向量进行归一化处理得到w＝{w1,w2,l,wn}^t，且w1+w2+l+wn＝1。

step2.取判断矩阵a的最大特征根λmax，则有a×w＝λmax×w。根据公式c.i.＝(λmax-n)/(n-1)计算得出一致性检验的标度，再计算一致性比例c.r.，即c.r.＝c.i./r.i.，其中r.i.可查表得到，一般认为c.r.＜0.1具有满意一致性。

step3.利用方根法，将a中的元素进行处理，即进而得出重要度向量

step4.计算各个设计方案的综合美度值来衡量设计方案美度表现的优势次序。

实施例：

1.信息界面设计方案美度评价

为了验证本研究方法准确性，选取现有某数控车床的刀具补偿操作界面进行综合美度计算。为忽略颜色对界面布局综合美度的影响，对原信息界面进行去色，结合认知心理学提出的认知加工过程中的表象特征优势，从界面布局特征出发，将功能分区抽象为最小矩形，以实现界面元素的精准定位，如图5所示。采用矩形起始点的x坐标、y坐标、宽度、高度4个参数实现元素在整个界面空间中的精准定位；其中，坐标起点为界面框架的左上角，单位px。原信息界面初始元素尺寸、坐标与对应功能如表2所示。

表2界面元素尺寸、坐标与功能

由2名交互设计师根据美度度量指标，结合布局-认知的映射关系，分别对15个界面元素尺寸进行微调并重新设计界面布局，得到4款布局方案，如图6所示。

根据表1分别计算各方案的美度值，得到的对应数据如表3所示。

表3各设计方案美度值

将ahp的总目标定为刀具补偿操作界面美度，将7个度量指标作为第一指标层，构建层级结构体系，见表4，通过界面设计专家对两两美度指标进行1-9赋值判断相对重要性程度，构建两两比较判断矩阵，如表5所示。

表4层级结构体系

表5判断矩阵a

计算判断矩阵的最大特征根λmax＝7.436。经一致性检验c.r.＝0.054＜0.1具有满意一致性。得到7个指标权重依次为(0.422，0.167，0.092，0.045，0.042，0.030，0.201)，经一致性检验c.r.＝0.054＜0.1具有满意一致性，因此求得各方案的综合美度值为

d1＝0.716，d2＝0.790，d3＝0.639，d4＝0.615

可知，方案2>方案1>方案3>方案4，方案2可作为优选方案供设计师进行下一步的优化设计。

2.结果验证

运用心理物理学常用的等级排序法对各方案美度进行主观评价，布局设计方案1-4分别编号为a，b，c，d，选取20位年龄在20-26之间的被试人员，实验前向其讲述实验目的，然后让被试人员按照一定标准，把4个方案进行排序，然后把若干被试人员对同一方案评定的等级加以平均，得出平均等级，最后按平均等级进行各方案排序，如表6。

表6等级排序法数据整理结果

由实验结果可知，4个设计方案的优势次序为b>a>c>d，这与本文对设计方案的综合评价结果一致，由此说明，本文方法是可以有效地模拟用户的认知评估机制，准确、客观地反映信息界面布局的美度情况，对布局设计评估与决策具有实际的指导意义。

总之，本发明基于认知心理学和界面美度数理计算，通过分析信息界面认识-布局的映射关系，确立秩序性、复杂性、一致性和引导性4个影响界面布局认知的质量特性以及相应的7个美度指标，构建基于认知特性的界面布局美度评价模型。运用层次分析法进行界面布局的综合评价，并通过等级排序法验证了评价结果的有效性。该方法具有较高的通用性，适用于其他信息界面布局设计，为信息界面布局的优化提供了一套客观量化的评价方法，避免设计优化上的盲目修改和创新。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。