面向眼控系统交互式界面元素的视觉表征与评价机制研究

With the rapid development of computer technology and artificial intelligence, eye-control technology, which conforms to the natural cognition habit of human, has become one of the mainstream technologies of human-computer interaction development. Interactive interface element is the first interactive entry of eye-control system, and its visual representation directly affects the interaction efficiency. This project carries out visual representation and interaction design of the eye control system interactive interface elements from the perspective of human cognitive origin attribute. Mapping mechanism between eye movement physiological characteristics form and interactive interface elements, and eye movement flow design and best action combinations for interactive interface elements are studied. The ergonomic evaluation index of interactive interface elements is explored. Design specification and its countermeasure of "Midas touch" and "low precision space" is analyzed. In order to establish a set of visual representation optimization design method and ergonomic evaluation mechanism for eye control system interactive interface element, providing theoretical support and technical means for the research of "eye-machine interaction - interface design" in artificial intelligence and advanced interactive environment. Research results can be applied to military eye control equipment system, have extensive application prospect, can promote the intersection of design, ergonomics and eye-machine interaction, have significant theoretical meaning and academic value.

随着计算机技术及人工智能的迅猛发展，符合人类自然认知习惯的眼控技术成为人机交互发展的主流技术之一。交互式界面元素成为眼控系统的第一交互入口，其视觉表征直接影响眼机交互效率。本项目以贴近人类认知本源属性的视角开展眼控系统交互式界面元素的视觉表征和交互设计，研究眼动生理特征形式和交互式界面元素的映射机理，寻求交互式界面元素的眼睛动作流设计和最佳动作组合，探索交互式界面元素的工效学评价指标，分析“Midas接触”和“低空间精确度”的设计规范及其规避策略，以期建立一套科学的面向眼控系统交互式界面元素视觉表征优化设计方法与工效学评价机制，为人工智能、先进交互环境下开展“眼机交互-界面设计”研究提供理论支撑和技术手段。研究成果可应用于军事眼控装备系统中去，具有广泛的应用前景，也可促进设计学、工效学与眼机交互领域的交叉融合，具有显著的理论意义和学术价值。

本项目主要完成了下述工作，并取得了相应研究成果：.分析了交互式界面元素的图形符号、色彩、反馈等信息编码规律，探究了图形符号、色彩搭配、交互反馈等成分的最佳组织形式和表征规则。建立了交互式界面元素的布局形态设计体系，完善了眼控系统界面设计功能分区及符合视觉运动规律的界面布局。完成了对界面元素有效交互面积、间距和交互距离的工效学研究，提出了眼控系统交互式界面元素的设计标准。.构建了眨眼、凝视、扫视、平滑跟踪、闭眼等眼睛动作指令与单个交互式界面元素的自然逻辑关系和映射，完成了对眼控最佳动作组合形式和凝视触发时间的实验研究。综合运用设计科学、认知心理学、行为学等学科理论和技术手段，探究了多个交互式界面元素条件下眼睛动作流最佳纵向深度与横向容量。从设计学和工效学角度提出了解决“Midas接触”和“低空间精确度”的策略和建议，构建了面向眼控系统交互式界面元素的视觉表征优化设计策略。.基于用户交互反馈过程中的用户行为和生理表现，提出了面向交互式界面元素用户认知的关键性脑电成分和脑电指标，确定了交互反馈过程中的行为指标（眼动数据、行为数据）和脑生理指标（ERP成分）的阈值范围，及其两者之间的关联性，确定了交互式界面元素的工效学评价指标。.项目实施以来，项目组成员以一作/通讯作者身份共发表17篇论文，其中SCI/SSCI检索和录用7篇，EI检索和录用8篇，项目负责人以第一作者出版学术专著1本，获得授权发明专利2项，获得省部级科研奖励3项。11篇硕士学位论文受到本项目资助。此外，项目组与多家研究所和企业积极开展科研合作，并把项目研究成果推广到自闭症儿童注意力康复软件的开发中，显示了较高的应用价值。