基于多因素融合的健身器材人机界面评价方法研究

赵彩云，李娟莉，任家骏，薛安虎

基于多因素融合的健身器材人机界面评价方法研究

赵彩云1，李娟莉1，任家骏1，薛安虎2

(1. 太原理工大学机械与运载工程学院，山西 太原 030024；2.山西澳瑞特健康产业股份有限公司，山西 长治 046000)

为了优化健身器材界面操作的人机体验，加强界面造型与企业文化的融合度，提出了多因素融合的健身器材人机界面评价方法，首先运用语义差异法，美度评价公式，征集用户试验3种方法，对样本的产品意象风格、布局美度评价、人机绩效测评3个指标进行综合评价；然后运用模糊层次分析法实现多目标意向下方案的最优决策；最终以某企业健身车界面设计为例，验证了该方法在多目标决策中的可行性。实验表明该方法在优化用户体验的同时提高了产品的品牌识别度，为设计师提供了可靠的科学依据。

人机界面；多因素融合；健身器材；模糊层次分析法；因子分析；美度评价；绩效评估

随着全民健身的不断发展和普及，健身器材在人们追求健康生活方式中扮演了重要的角色。面对复杂的健身器材人机界面布局以及多因素的情感需求，企业在项目进程中，往往面临多种方案难以抉择的情况。因此，提出一种科学的健身器材界面评价方法，可以实现多因素相互制约下最优方案的快速决策，节约时间成本，对企业项目的高效进行有重要意义。

在界面设计评价研究中，相关研究者已经开展了许多工作[1-5]，但目前针对健身器材界面评价的研究较少，且主要集中在界面可用性方面[6-9]，未融入企业意象风格的考量，缺少多维度融合的界面设计评估方法，导致设计方案单一化、片面化。

为了对健身器材复杂界面进行较全面的评价，本文引入企业文化的感性意象，提出了基于企业意象风格、美度评价、绩效测评3方面融合的健身器材界面评估方法，从企业文化的造型意象、视觉感受的界面排布、人机工学的绩效功能3方面对界面进行综合性评估。运用模糊层次分析法对样本进行评估及多目标决策，并通过企业产品实例验证了评价方法的可行性。

1 界面评价指标

基于模糊层次分析法的多因素界面评价流程如图1所示。

图1 界面评价流程

1.1 产品意象风格

基于企业文化的产品造型意象风格设计步骤如下：

(1) 产品分析。收集企业相关产品图片，结合企业文化及理念，生成产品意象风格语义词集合。征集被测者，填写调查问卷。

(2) 感性认知关键词确定。采用因子分析法分析问卷结果，根据最大特征值和贡献度选出有代表性的意象语义词汇，作为企业文化特征的感性认知关键词。

(3) 量化评价。运用语义差异法对样本的产品风格意象进行量化评价，得到各样本与企业感性认知关键词的契合程度。为后续综合评价提供数据支撑。

1.2 美度意象指标

界面美度评价通过计算按键、屏幕等部分的具体排布，能够更为客观、具体地反映界面元素布局的美学特征。本文采用平衡度、整体度、简洁度 3个美度意象因子作为评价指标。计算方法参考文献[10]。

1.3 绩效功能评估

在绩效测评中，主要由完成任务时间、按键点击效率、出错次数3个具体的指标量化得出。其中按键点击效率为达到最终目的的最优按键次数与实际按键次数之比值，出错次数为被试者在任务过程中的按键错误次数。

2 模糊层次分析评价

通过对逼近理想解法、灰色关联度法、模糊层次分析法进行对比研究，本文选用模糊层次分析法，利用三角模糊数的函数特性，解决了用户操作时间、出错次数等指标的数值大小和结果优劣程度成反比的问题。模糊层次分析法的具体操作步骤参考文献[11-12]。

3 实例验证

本文以某企业健身车界面设计为例，如图2所示，且对6个样本进行评估。

图2 健身车界面设计样本

3.1 意象风格评价

收集企业现有产品图片，结合企业文化理念，得到意象词集合。征集30名用户采用语义差异法[13]对图片的意象风格进行问卷调研。运用SPSS软件对结果进行处理，挑选因子中贡献度较大的形容词对，最终得到目标形容词对为几何-有机、轻巧-厚重、大众化-独特、数据中因子负荷量均为正相关。样本的语义差异评估结果见表1。

表1 意象风格评价结果

对样本进行评估后，得分越大的样本越接近有机、厚重、独特的产品意象风格，即越贴近企业文化，则具有更明显的产品识别效应。

3.2 界面美度评价

为避免其他因素对界面美度产生干扰，规范美度评价标准，对样本中的显示屏、按键、扬声器、USB接口等进行图形抽象提取。利用公式对其进行平衡度、整体度、简洁度计算，结果见表2。

表2 美度评价结果

3.3 绩效功能评估

征集30名用户对样本绩效进行实验评估，为了得到较真实的用户操作反馈，采用Axure软件对样本进行交互界面还原，得到高保真人机操作界面原型。为减少因尺寸造成的实验误差，实验操作在与原样本模型1∶1的触摸显示屏中完成。样本绩效测试结果见表3。

表3 绩效评价结果

通过实验发现，被测者在寻找播放、确认、返回等按键时会使用较长时间，可运用色彩差别提高识别速度。样本3在方向键的选择中耗时较长且发生出错次数较多，因此方向键按照其对应位置呈环形排布对使用者的识别具有明显视觉辅助作用。开关机键在界面中具有重要作用，但在实际操作中的按键次数较少，可以考虑增大其按键尺寸，在排布位置上置于左侧或中部，将右侧操作便捷区域留给操作频率较高的按键。

3.4 模糊层次评价

(2) 隶属度转换。意象风格采用式(1)所示的隶属函数计算，美度评价无需转换。表4为绩效功能的转换隶属函数。将3个因素的评价结果运用三角函数均转换为[0,1]之间的数值，结果见表5。

表4 绩效隶属函数

表5 隶属度转换结果

将隶属度转换结果转换为模糊数，得到模糊评价矩阵，代入权重得到样本最终分数，即

对结果矩阵去模糊化处理，并对6个样本进行排序，结果见表6。

表6 去模糊化与最终排序

样本评价的排序为：样本4>样本2>样本1>样本5>样本6>样本3。

4 结束语

(1) 本文提出了多因素融合的健身器材界面评价方法，在现有的界面评价体系中融入企业文化理念，提高产品识别效应。

(2) 在绩效测评环节引入了Axure软件，提取按键与屏幕，还原操作界面原型，并采用与原界面模型1∶1的触屏显示屏进行用户操作实验，真实反馈用户实验行为，节约了样本模型设计的成本，提高虚拟实验的精确性。

(3) 通过对某企业样本界面设计的研究，明确了企业产品的意象风格，界面元素的排布规律以及人机绩效的设计要素，为企业的其他相关产品设计提供了参考依据。

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Research on Evaluation Method of Human-Machine Interface of Fitness Equipment Based on Multi-factor Fusion

ZHAO Cai-yun1, LI Juan-li1, REN Jia-jun1, XUE An-hu2

(1. School of Mechanical and Transportation Engineering, Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024, China; 2. Shanxi Orient Health Industry Limited by Share Ltd, Changzhi Shanxi 046000, China)

In order to optimize the human-machine experience of interface operation of fitness equipment and strengthen the integration of interface modeling and corporate culture, a multi-factor integration evaluation method of human-machine interface of fitness equipment is proposed. Firstly, a method based on semantic difference, beauty evaluation formula and user test were combined to evaluate the three indicators of samples, including product image style, layout beauty and human-machine performance. Then the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) is employed to realize the optimal decision-making of multi-objective intentional downward scheme. Finally, the interface design of a corporate exercise bike is taken as an example to verify the feasibility of this method in multi-objective decision making. Experiments show that this method not only optimizes user experience, but also improves the brand recognition of products providing a reliable scientific basis for designers.

human-machine interface; multi-factor-integrated; fitness equipment; fuzzy analytic hierarchy process; factor analysis; aesthetic evaluation; performance evaluation

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2019050932

A

2095-302X(2019)05-0932-04

2019-05-06；

2019-07-16

山西省研究生教育改革研究课题(2017JG30)；山西省科技重大专项(20131101002)

赵彩云(1994-)，女，山西大同人，硕士研究生。主要研究方向为产品造型设计与人机工程学。E-mail：935352011@qq.com

李娟莉(1979-)，女，山西寿阳人，副教授，博士，硕士生导师。主要研究方向为产品造型设计与人机工程学。E-mail：lijuanli@tyut.edu.cn