听觉界面作为人机交互界面的重要组成部分,已经被广泛应用于各种人机交互系统,听觉界面通过听觉告警、听觉补充和信息分流等方式在视觉界面支持和辅助方面发挥了重要作用。随着信息系统的日益复杂,多通道交互的需求越来越大,听觉界面作为多通道交互的重要手段对人机交互界面的交互安全和绩效越来越重要。然而目前听觉界面的设计不当的问题突出,相应的听觉界面工效评价存在不足,因此有必要对听觉界面工效评价进行深入研究。本文分析了听觉界面的特点,从听标和耳标两方面展开研究,首先基于听标在复杂信息系统中作为视觉界面的补充信息的作用,分析了其影响用户绩效的影响因素,探讨了听标的正确使用方式以及评价方法,建立RCSO理论模型;其次,将听觉界面的耳标作为反馈音,研究了通过听觉反馈拓展信息反馈通道的方法,获取有效降低视觉界面认知负荷的途径;然后,聚焦于非语音听觉界面在复杂信息系统中的使用,总结和设计了复杂信息系统听觉界面的听标和耳标评价标准和设计指导准则;最后论文完成了听标和耳标设计实验,验证了RCSO模型的可靠性和耳标作为反馈音评价的可行性。本文综合运用主观和绩效实验研究听觉界面评价因素和用户行为之间的关系,所提出的听觉界面中听标和耳标的工效评价准则,为听觉界面的设计和改进提供了有效的参考和新的依据。

在信息化作战的条件下,随着作战单元机动性的不断提高,指挥机关对战场态势感知信息的精确性和实时性提出了更高的要求。态势指挥仿真系统是为了帮助解决指挥系统的评估等问题而存在的。本文以态势指挥仿真系统为基础进行研究。本文首先对不同国家的态势指挥系统及仿真系统的界面展开研究分析,整合和归纳了国内外态势指挥仿真系统的基本功能模块,根据这些功能模块的分区以及指挥操作人员使用这些功能模块时的周期,将本文研究的态势指挥界面分为2个部分,一个是态势指挥界面的地图与敌我目标识别研究,另一个部分是态势地图与导航栏背景色的配色研究。随后,本文又根据态势指挥界面的视觉维度方面,将态势指挥界面分为颜色,文字以及布局等进行研究,并阐述了配色研究在态势指挥界面中的重要程度。针对配色的研究,从色彩心理学,人机环以及视觉感知分层的方向出发。在进行态势指挥界面的地图与敌我目标识别的脑电实验研究时,目标颜色选择了在视觉距离上等分的蒙塞尔色立体的颜色进行研究。在进行导航栏背景色的研究时,背景色的选择采用了蒙塞尔色立体色彩体系。随后针对态势指挥界面的地图与敌我目标识别的搜索任务进行了脑电实验,分析了不同种类目标的不同颜色下,被试的反应时以及准确率,并分析了实验中产生的P300的波幅与潜伏期。之后,再针对态势指挥界面的态势图与导航栏背景色进行了脑电实验,采用了Oddball实验范式,对被试的反应时及正确率,以及实验中产生的P300的波幅与潜伏期进行分析。本文完成的实验研究工作,得到的主要实验结论如下:（1）在态势图与敌我目标的视觉搜索实验中,几种不同目标的配色中,明度以及纯度较高的颜色均有较短的潜伏期,具有,较短的反应时间,较大的波幅占用的视觉注意空间较大。（2）在态势图与导航栏背景色的脑电实验中,采用了Ooddball实验范式,3种背景色引发的P300的波幅与潜伏期各不相同,结果发现采用饱和度较低的蓝色有降低对态势图区域干扰的优势。

HUD（Head Up Display）,全称为平视显示器,因其可以帮助飞行员快速获取所需信息,提高飞行员的认知绩效,已经被应用到越来越多的军用和民用飞机上。HUD所承载的飞行信息种类繁杂、内容多,当前单一色彩编码的HUD界面已不能满足飞行员高效获取信息的需求,利用色彩分层的策略,可以有效的将HUD界面当中的信息进行重要程度的标记和区分。其次,在当前HUD界面色彩研究当中,还存在一个难以避免的问题:因HUD特殊的透明型材质,所设计出的界面色彩存在与背景环境颜色重叠的问题,这降低了界面信息的识别性,有悖于工效学设计的初衷,这一问题也是本文的一个重要关注点。本文主要由三大部分实验组成。第一个实验是基于色相的色彩分层实验,考虑给HUD加一个底色来解决界面色彩与环境色彩重叠的问题。这一底色是背景色,界面信息是前景色,色彩层级分为高、中、低三个层级,设计图标搜索实验,探究最优的色彩层级,最优的背景色与前景色组合。第二个实验是在色相实验结论的基础上,探讨饱和度、明度因素对搜索绩效的影响,饱和度、明度各分为三个层级。两个实验的结论如下:（l）背景色为红色,前景色为黄色和绿色时有最高的搜索绩效,且在界面设计当中可以将优先级别较高的信息设置为绿色,其他信息设置为黄色。（2）背景为红色,前景信息用黄色和绿色,两种前景色的HSV值分别是（120,66,99）和（60,66,99）,（120,33,99）和（60,66,99）,（120,33,66）和（60,99,99）,这3组前景色有高的认知绩效。第三个实验是色彩分层的脑电实验,实验进行了频域、时频以及脑地形图的分析,对频域信息的theta/beta（TBR）的比值进行了重复测量方差分析,实验验证了前两个实验结论的有效性,即实验一、二中提供的色彩方案优于传统绿色的HUD界面,可应用于HUD色彩设计,并进一步得出在上述3组认知绩效高的前景色组合当中,最优的一组是:（120,66,99）（60,66,99）。

在信息量复杂的可视化界面,即复杂信息界面中,若要提取复杂信息的层级结构和关联属性,视觉系统需要能够同时整合多种元信息。全局编码作为有效提取信息聚合属性的视觉统计手段,是提供总体感知的可行算法。而且在目前信息显示维度和数据维度日趋复杂的时代背景下,视觉特征重叠的全局编码感知正确率和精度是用户能否做出最优决策的重要指标。因此,对全局编码感知量化的研究能够为复杂信息界面的设计与评价提供更系统和全面的科学基础。本研究以复杂信息界面设计需求为研究导向,以量化任务驱动的全局编码感知差异为研究目的,以认知心理学和设计学的相关研究方法为技术手段,找出感知差异拟合关系,进而总结出不同任务驱动的全局编码感知规律,最终形成基于不同全局任务的复杂信息界面设计评价方法。论文主要工作和创新点如下:（1）对全局编码感知基础和感知差异形成因素进行研究,包括对信息编码设计端和复杂信息界面信息显示端等进行总结分析,并对全局编码的产生机制、全局感知的层级分类、全局编码的感知策略以及全局编码的量化感知基础等进行深入探讨。为复杂信息界面全局编码的感知差异量化研究奠定理论基础,并提供量化感知实验所涉及的实验范式的使用依据。（2）对复杂信息界面视觉任务、交互任务以及分析任务等进行分类,并基于运算对象分类方法,对信息维度进行整合,进而构建不同的信息维度与全局任务的映射关系,最终创建针对复杂信息界面的全局任务集。为建立不同的全局任务与全局编码的表征关系奠定研究基础。（3）分别开展识别任务驱动、模式判断任务驱动和量级总结任务驱动的全局编码感知差异量化实验研究,最终构建不同任务驱动的信息界面全局编码物理变化量与感知变化量的拟合关系,得到不同任务驱动的全局编码量化感知差异规律。为形成基于不同全局任务的信息界面设计评价方法提供科学的数据理论支撑。（4）根据不同复杂信息界面任务所得到的的编码感知规律和感知差异拟合关系,形成针对复杂信息界面设计的全局编码决策集,并基于此集合设计相关复杂信息界面实例。除此之外,将加权平均算子和VIKOR相结合的综合评价方法嵌入界面综合评价数据库,验证了全局编码决策集的有效性及合理性。

近年来伴随着军事航空的大力发展,平视显示器（Head-up Display简称HUD）在空军以及被广泛应用并且不断发展。在飞行过程中,飞行员通过HUD显示设备来获取飞机的飞行状态和飞行参数。目前针对HUD显示界面的信息布局和色彩各方面的研究较为广泛。本论文以HUD界面为研究对象,以人-机-环系统为基础,结合飞行员视觉认知,针对HUD界面视场布局开展工作:（1）从人、机、环三个方面分析飞行员与飞机HUD显示器设备以及外部环境之间的相互关系。人的方面,主要阐述了与研究相关的人体系统及视觉参数,视觉特性视场大小,以及飞行工作中由于人的因素产生的影响;机的方面,研究了飞机的简单飞行原理,平视显示器的系统,平视显示器的信息构架和视场布局;环境方面,介绍了飞行员所处的天空环境,研究了飞行环境从生理上和心理上对于人的影响。（2）研究飞行员视觉认知和视觉搜索行为。根据Endsley的情境感知理论模型,从界面分析了信息获取第一阶段中存在影响的因素,重点分析了信息传递阶段中所涉及到的情境感知,选择性注意、视觉搜索等问题。结合眼动追踪研究方法,通过预实验测试在单因素的条件下,研究背景信息对于飞行员造成的视觉搜索影响。引入计算机视觉的显著性分析,研究飞行员视觉搜索机制,以及画面显著性对于视觉搜索的影响。建立HUD画面显著性和飞行员视觉认知的映射关联。（3）基于本文所提出的画面显著性和飞行员视觉认知的映射关联,针对画面中出现的显著性差异和画面选择性注意分配的状态,设计出两个自适应显示视场的界面调整方案。本文通过分析人-机-环系统以及对HUD界面视场自适应的研究,为降低飞行员对于飞机HUD界面的认知难度提供了新思路,从人机工效学和视觉显著性两个方面对于飞机的显示视场进行改进研究,平衡飞行员同一界面中可能出现的视觉差异,提高使用效率。

数字界面在信息安全、地理交通和军事管理等领域发挥着重要作用。数字界面信息结构关系错综复杂,图标作为数字界面的主要组成部分之一,如何让信息有效呈现并提高图标可用性是数字界面设计中的重要问题。越来越多的学者开始对界面可用性评估方法和应用场景展开了研究,对信息化装备图标的从生理层面进行研究评估还较为匮乏。本文针对这一现象,对现有的装备图标视觉元素及应用呈现方式对认知加工过程的影响展开了深入分析。将图标视觉元素拆解为图形、配色和空间布局三个方面,对各元素的影响因子进行说明。对装备图标的实际应用叠加背景的不同方式展开介绍,并进行了分类说明。基于认知加工理论,从生理层面上说明了用户对图标的认知基础,从而构建了装备图标的识别加工模型。通过对图标认知加工的梳理研究,从认知层面对图标属性的研究现状及各属性对图标可识别性的影响进行分析。针对图标视觉元素和认知属性,本文选择ERP（Event-related potential）脑电实验方法,辅以主观评价法,展开对图标的可识别性研究。通过对图标的图形刚柔度、配色条件和复杂度对认知加工影响的实验,得出不同图标要素激活的电极位及对应的脑电成分质变阈值。最后,本文基于ERP实验结果对图标的不同元素下的脑电生理阈值进行了总结与分析,构建了脑电生理层的装备图标可识别性评价模型,作为图标设计评价的参考标准。通过结合图标的实际范例,对于装备图标的脑电生理阈值指标在图标设计中的应用进行了展示说明。

随着眼控系统的深入研究与发展,眼动交互方式已经从单一的凝视交互发展出众多其他交互方式,比如眨眼,眼势。目前,大部分相关眼控应用都只是将凝视交互作为主要输入方式来代替鼠标运作在现代信息系统的用户界面之下,因而带来了较多用户体验度方面的问题。眼控系统的发展必须依托于眼动交互方式的研究,只有降低用户在交互过程中的认知负荷,提升整体用户体验度问题,才能真正的释放眼动交互的潜能,将眼动交互更好、更快的融入我们的大众生活当中。本文针对现有眼控系统交互效率低、用户体验度差以及凝视交互长期存在的Midas-Touch等问题,着眼于眼控系统中的眼动交互方式,运用理论研究与实验相结合的方法并将实验结论运用于具体的眼控系统研发中,探究眼控系统不同眼动交互方式的设计对于用户完成决策的影响。具体来说,本文主要做了以下三方面的工作:第一,理论研究方面。分析总结了现有眼控系统以及眼动交互的特征与研究现状。详细阐述了眼控系统相关技术原理,归纳出主要眼动交互形式并分析他们的优缺点,总结眼动交互设计原则,并搭建可拓展性眼控系统开发框架。第二,实验研究方面。（1）在凝视研究上,研究了凝视交互最佳触发时间以及交互控件的尺寸及其位置优势,为眼控系统凝视交互相关参数的设置提供科学客观的基础性理论知识。（2）在眼势研究上,研究了单眼势动作交互绩效的优先级顺序为多眼势动作的设计组合提供科学的理论基础。（3）在眼势动作对应功能语义的研究上,通过客观实验方法验证和语义差分量表主观打分法综合评估各种眼势动作组合,得到了针对“前进,后退,放大,缩小”四个特定功能所对应的最佳眼势动作。第三,综合上述研究成果,搭建了一个以凝视交互为主,眼势交互为辅（即快捷键）的眼控系统。与此同时,通过眼动仪和SUS系统可用性量表对该眼控系统做可用性测试和评估及问卷调查,验证该系统的合理性。本文通过工效学实验探究了凝视交互和眼势交互的输入特性,为眼控系统中眼动交互方式的研究作出了一定的贡献,为其相关领域的设计者提供理论指导。通过将凝视和眼势交互方式用于眼控系统的开发,提升了眼控系统整体交互效率,具有较好的应用价值。

颜色编码对HUD界面设计有十分重要的影响,振动环境下复杂色彩的动态呈现,以及飞行员作战时需要进行快速反应的要求,使得HUD界面信息的色彩研究具有重要的现实意义。目前,针对动态环境下的HUD信息显示颜色层级的研究并不多。通过颜色编码,降低飞行员的视觉识别错误率,提高飞行安全性能是优化HUD界面工效的重要课题。因此,本文的主要研究内容如下:首先,对飞行环境、任务信息进行分析,在研究了国内外相关文献的基础上,对平视显示器信息的字符编码和界面布局进行设计,得到HUD界面信息的层级划分;色彩设计方面,结合色彩三要素和色彩空间模型等相关理论,从明度、饱和度角度出发对HUD前景色和背景色进行研究提取。其次,针对信息的层级划分,结合色彩的视觉感知分层作用,使用对比敏感度实验方法进行HUD色彩感知工效的研究。通过测量对比敏感度进行识别绩效分析,获得白天和黑夜环境下信息颜色的最优值,设置HUD界面信息的色彩分级;为了使HUD字符清晰可辨,前景/背景的颜色对比度应大于3:1,亮度对比度应大于1:2。最后,考虑振动因素的影响,为了获得更好的阅读体验,提高字符辨识度,通过朗道尔环视觉仿真实验测得在振动环境下,HUD界面不同层级信息的色彩和线宽的最优设置,以保证在飞行驾驶环境下,达到最佳的色彩视觉感知。为复杂动态环境下HUD界面信息的色彩层级划分提供依据。

在不同任务下,飞行员进行飞行操作时需要查看的界面信息也存在差异,且不同个体对信息的认知具有不同的主观感受,每个飞行员根据自己的判断观察的界面区域也不同,为了合理的设计HUD界面布局,减少实战飞行阶段的研究成本。本文主要针对不同的飞行任务,结合飞行员视知觉特征探索HUD界面布局相关规律,同时基于飞行任务与认知特征提出HUD界面布局自适应设计方法,在试验阶段进行HUD界面布局设计优化与改进,为实战中HUD布局设计提供理论与实验支持,具体研究工作如下:（1）分析总结了HUD界面布局设计的理论基础。本文调查研究了目前HUD界面的信息构成并对战斗机典型飞行状态与任务进行了分析筛选,然后从飞行员视知觉认识的角度出发,对人体视知觉系统、界面视知觉参数、界面视知觉特征三方面的理论基础进行总结。（2）提出了基于飞行任务和飞行员视知觉基础的注意力分配计算模型。本文基于飞行任务和飞行员视知觉基础对HUD界面进行区域划分并进行眼动实验研究,根据眼动数据得到不同驾驶员在不同任务阶段下的注意力分配以及脑力负荷情况,同时量化HUD显示界面对飞行员认知的影响因素,理论与实验相结合建立了飞行员注意力分配模型,作为布局自适应研究的基础,为后续HUD界面布局优化设计提供依据。（3）多种方式验证了注意力分配模型的有效性并得到HUD自适应界面布局方法与优化界面。根据飞行员对界面各区域注意力分配情况对HUD界面尺寸进行优化设计,采取眼动实验法和主观评价法来验证注意力分配模型的有效性以及优化布局的合理性,通过分析相关眼动指标以及主观评价工作负荷结果验证了HUD显示界面的注意力分配模型的有效性,根据飞行员注意力分配情况自适应调整界面区域大小并实时计算比较适应值大小,直至达到适应值即注意力分配强度最大值,从而得到HUD自适应界面布局的优化设计方案,可以降低飞行员的工作负荷,为HUD显示界面深入设计研究提供一定的理论指导。

在信息系统和物理系统高度融合的背景下,产业模式发生巨大变革,智能化的产品设计、制造以及销售方式成为制造业寻求突破的关键,越来越多的制造业期望依托互联网提升其产品的附加值和竞争力。眼镜是一种市场上常见的产品,除了具备矫正视力、遮阳等使用功能,还起到修饰用户脸部作用。为了提升产品的竞争力,本文研究了匹配人脸特征的眼镜造型智能推荐系统。该系统能够智能化的分析用户的脸部特征和需求,建立脸部特征、眼镜特征、感性评价的关联模型,推荐符合用户的脸部生理特征和心理需求的眼镜,并依托互联网进行个性化推荐。首先,对基于图片的人脸特征提取进行了研究,并用定性评价方法获取被访者对人脸图片的分类,对比有监督学习和无监督学习神经网络对人脸图片的特征归类的预测效果,使用性能好的GRNN神经网络构建人脸分类预测模型。接着,研究了眼镜特征的识别和归类方法,并搭建眼镜分类预测模型。然后,利用感性工学中语意差分的方法研究了被访者对眼镜与人脸匹配效果的感性评价,并利用数量化理论Ⅰ构建人脸特征、眼镜特征、感性评价映射模型。再根据用户对抽象审美的描绘能力,提出了两种需求输入方法:感性词输入法和用户评分输入法。最后,梳理系统架构、绘制系统原型图以及开发系统。