视线输入人机交互的关键人因问题与典型应用研究

视线输入方式是有效拓宽计算机信息输入通道的重要手段，符合人机交互的智能化发展方向。尽管眼睛具有转动迅速的优势，然而，当这一天然的感知器官被非自然的用作控制器官时，常常会引发有别于传统人机界面的，不可忽视的人因问题。本课题主要从三个方面对此加以深入研究。一是研究因人眼生理振颤所造成的视线输入噪音的处理方法，克服传统算法在视线输入条件下的不足；二是研究视线输入用户界面的呈现方式、视觉反馈、认知复杂度等因素对用户注意力，即视点信息流的反作用；三是研究用户在这种方式下的工效问题。本课题将为视线输入噪音的处理提供一个简易、可行、有效、普适的算法；为相应用户界面的设计提供系统的指导原则；同时提出一个新的模型，解决此领域内至今尚无一个被广泛接受的人体工效理论模型的问题。同时，还将研究基于视线的中文输入界面的创新设计问题，在实践中检验上述研究结论。本研究能从理论与实践两个角度促进视线输入交互可用性的改善。

视线输入方式是有效拓宽计算机信息输入通道的重要手段，符合人机交互的智能化发展方向。尽管眼睛具有转动迅速的优势，然而，当这一天然的感知器官被非自然的用作控制器官时，常常会引发有别于传统人机界面的，不可忽视的人因问题。本课题主要从三个方面对此进行了研究。一是研究因人眼生理振颤所造成的视线输入噪音的处理方法，克服传统算法在视线输入条件下的不足；二是研究视线输入用户界面的呈现方式、视觉反馈、认知复杂度等因素对用户注意力，即视点信息流的反作用；三是研究用户在这种方式下的工效问题。第三点是本课题的重要内容，取得了较为重要的成果，填补了基于视线人机交互的一项理论空白。具体来说，我们对8个方面的具体问题进行了研究探索，取得了有益的结果，特别是在对人机交互具有重要理论和实践意义的人机工效建模（Human Performance Modeling）研究方面，我们取得了重要成果。这些问题包括（1）视点信号噪音处理算法研究；（2）视线交互人机工效模型及其扩展；（3）视线交互用户界面的视觉反馈设计研究；（4）认知复杂度与用户反应能力研究；（5）目标动态扩大技术在视线交互中的效应研究；（6）目标动态扩大与视点信号处理算法交互效应研究；（7）目标颜色对视线交互的影响研究；（8）不同扫视类型眼动对视线交互的影响研究。通过对这些问题的研究，我们取得了两项关于人机交互的基础理论成果（发表在人机交互国际顶级会议ACM CHI上）。一是，对传统人机交互领域的基础理论工具Fitts法则进行了有效扩展，使其具备了解释运动方向如何影响人机工效的能力，进一步丰富和发展了关于Fitts法则的理论体系，为UI设计提供了新的理论指导原则。这是Fitts法则应用于HCI领域以来，取得的一项新的理论进展。二是，首次为视线交互建立了专门的人机工效模型，并对其做了进一步的发展和全面的应用检验。我们所提出的新模型作为一个理论工具，成功应用于视线交互界面设计、视线输入信号处理方法、交互对象的颜色效应，以及不同扫视眼动类型的影响等问题的评估。此项成果也为我们乃至同行将来进一步的研究奠定了重要的理论基础。