(福建工程學(xué)院 交通運(yùn)輸學(xué)院，福建 福州 350118)

幻燈片可以為人們講演時(shí)提供必要的內(nèi)容信息，在演講和教學(xué)的過(guò)程中被大量使用?；脽羝O(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是關(guān)于配色方案的選擇，幻燈片的配色涉及到背景和字體的顏色，合理的配色方案可以提高人們對(duì)課件內(nèi)容的認(rèn)知效率。研究幻燈片的配色方案對(duì)于人們認(rèn)知行為以及相應(yīng)的眼動(dòng)行為的影響，有助于合理地設(shè)計(jì)幻燈片，提高演講或教學(xué)的效率。

背景與文字的色彩搭配會(huì)影響人們的閱讀認(rèn)知行為，不恰當(dāng)?shù)呐渖珪?huì)影響認(rèn)知績(jī)效[1-2]，并可能造成視覺(jué)上的不適[3]。在色彩搭配中考慮的一個(gè)重要因素是色彩的對(duì)比，提高背景色與字體色的對(duì)比有利于提高閱讀認(rèn)知的效率[1，4-5]。Zeliang Cheng[5]等以 LED 屏為介質(zhì)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)表明，隨著背景與字體顏色色彩差異的增大，文字的識(shí)別效率也會(huì)隨之提升，色彩 RGB 指標(biāo)中的G值差異越大，效率提升越顯著。在比較多種配色方案后，多項(xiàng)研究認(rèn)為白底黑字的配色方案在可讀性方面是最好的[4，6-7]。Jacob Nielsen[4]等還指出黑底白字的效果也比較好,但其在閱讀速度上稍遜于白底黑字。 Zorko[7]等在實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為白底黑字配色方案閱讀的錯(cuò)誤率也是最低的。岳松[8]提出采用高亮度低飽和度的背景色彩和低亮度高飽和度的文本色彩搭配的網(wǎng)頁(yè)，可以給用戶較好的感官體驗(yàn)和滿意度。Gattullo[9]等研究了工業(yè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下文字的配色方案，指出對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)情境中的文字配置對(duì)比差異大的背景色，可以提升文字的識(shí)別效率。

關(guān)于幻燈片配色方案的選擇，過(guò)往的研究也做了專門的討論。林燕[10]認(rèn)為暗文圖色和亮背景色的PPT 配色效果最好，尤其是白底黑字的配色方案，在教室用投影儀播放時(shí)能達(dá)到最好的播放效果。K.Nakamura[11]等從考慮色盲人群的角度提出幻燈片的基本顏色應(yīng)以黑色、藍(lán)色、白色和黃色為主。關(guān)爾群[2]采用白色背景和不同顏色的文字搭配的幻燈片，驗(yàn)證了不同顏色的文字對(duì)于閱讀的記憶成績(jī)存在顯著影響。

結(jié)合眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究人們的認(rèn)知效率，可以更深入地發(fā)掘造成認(rèn)知行為差異的生理因素。例如，注視時(shí)間的長(zhǎng)短可以反映閱讀的難易程度[12]。不同顏色的字體對(duì)于人們的注視次數(shù)、平均注視時(shí)間和注視頻率均會(huì)產(chǎn)生顯著的影響[2]。Zorko[7]等指出閱讀效率較低的配色方案可能是因?yàn)槠淙菀自斐裳鄄科冢沟帽辉嚥辉敢獬掷m(xù)注視。岳松的研究表明閱讀的背景色彩會(huì)對(duì)人們的瞳孔大小造成顯著影響，從而影響閱讀時(shí)的疲勞程度[8]。關(guān)爾群通過(guò)注視次數(shù)和注視持續(xù)時(shí)間來(lái)分析人們對(duì)不同色彩文字的注意程度[2]。

因此，本文擬通過(guò)被試完成幻燈片上任務(wù)的速度研究不同配色方案的幻燈片對(duì)于人們認(rèn)知效率的影響，并結(jié)合眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析造成認(rèn)知效率差異的機(jī)理。

1 眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 幻燈片配色方案的確定

配色方案的研究常用RGB[2，5-6]和HSL[8]兩種模型來(lái)表示色彩。色彩的RGB值和HSL值可以互相轉(zhuǎn)換，也有的研究采用文字來(lái)表述色彩[1]，該種方法對(duì)色彩表述的準(zhǔn)確性較差。本研究擬采用RGB模型來(lái)表示色彩。

本研究擬從黑色、藍(lán)色、白色和黃色這4種顏色中選取幻燈片的背景顏色和字體顏色，這4種顏色為主色調(diào)的幻燈片有利于色盲人群的閱讀[11]，4種顏色設(shè)定的配色方案可以適合包括視力正常和色盲人群在內(nèi)的閱讀認(rèn)知。它們所對(duì)應(yīng)的RGB值分別為黑色 (0,0,0)、藍(lán)色 (0,0,255)、白色 (255,255,255) 和黃色 (255,255,0)。通過(guò)公式(1)計(jì)算不同色彩RGB差異值，以分析背景色與字體顏色差異的大小。

(1)

ΔR=C1,R-C2,R

ΔG=C1,G-C2,G

ΔB=C1,B-C2,B

式中，Ci,R表示第i種色彩的R值，Ci,G表示第i種色彩的G值，Ci,B表示第i種色彩的B值。

計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同配色方案的RGB色彩差異值

從表2看出黑藍(lán)配色和黃白配色的RGB 差異值最小，黑白配色和藍(lán)黃配色的RGB差異值最大。

同時(shí)，利用公式(2)將色彩的 RGB 值轉(zhuǎn)換成人眼主觀亮度值，再計(jì)算不同色彩搭配的主觀亮度值的差異。

((R×299)+(G×587)+(B×114))/1 000

(2)

計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 不同色彩的主觀亮度值及其差異值

從表2看出黑藍(lán)配色和黃白配色的主觀亮度差異值最小，為28.815。黑白配色主觀亮度差異值最大，為254.745。

黑藍(lán)配色和黃白配色的RGB 顏色差異值在各個(gè)配色方案中也最小。因此，剔除這兩組色彩差異最小的配色方案。最后確定研究的八組配色方案為：白底黑色、白底藍(lán)色、黑底白色、黑底黃色、黃底黑色、黃底藍(lán)色、藍(lán)底白色和藍(lán)底黃色。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

對(duì)上述每組配色方案分別制作對(duì)應(yīng)的PPT。由于不同文字的難易程度存在著差異，此外文字的語(yǔ)義也會(huì)對(duì)于認(rèn)知效率產(chǎn)生影響，為了盡量避免閱讀內(nèi)容的難度以及文字的語(yǔ)義對(duì)于閱讀效率產(chǎn)生影響，將幻燈片內(nèi)容設(shè)為10以內(nèi)加法。在日常教學(xué)中，數(shù)字內(nèi)容通常在幻燈片中的應(yīng)用也較多，因此以數(shù)字內(nèi)容為基礎(chǔ)研究幻燈片的配色方案具有合理性。每種配色的 PPT 均是5道10以內(nèi)加法，字體均為黑體44號(hào)。為了排除瀏覽連續(xù)兩張PPT對(duì)眼動(dòng)行為的影響，在兩張PPT之間插入一張黑色背景過(guò)渡頁(yè)。提示語(yǔ)“單擊繼續(xù)”標(biāo)于背景過(guò)渡頁(yè)的中間。

圖1 實(shí)驗(yàn)幻燈片示意圖Fig.1 Illustration of slides used in the experiment

所采用的儀器為Tobii眼動(dòng)儀和24英寸顯示器。被試者坐于顯示器前75 cm處左右的位置。所采用的眼動(dòng)分析軟件為ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步系統(tǒng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)被試

被試對(duì)象為20名本科生，年齡在20～22歲之間，男性和女性各10名。所有被試者視力或矯正視力正常，且為自愿參加本實(shí)驗(yàn)。

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

(1)被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行熟悉。

(2)在光線柔和的房間內(nèi)，讓被試者入座并調(diào)整座椅與顯示器距離，被試者正對(duì)顯示屏，人眼與顯示屏的距離為60 cm左右，并隨時(shí)提醒被試者保持坐姿和距離。

(3)對(duì)被試進(jìn)行眼動(dòng)校正。

(4)打開(kāi)PPT，呈現(xiàn)指導(dǎo)語(yǔ):“請(qǐng)以正常的速度閱讀下面內(nèi)容，依次說(shuō)出算數(shù)答案后按空格鍵結(jié)束閱讀，閱讀過(guò)程中盡量保持頭部不動(dòng)，清楚了嗎? 清楚后請(qǐng)按鍵開(kāi)始”。提供給被試者一頁(yè)用來(lái)練習(xí)的的PPT，經(jīng)過(guò)練習(xí)被試者掌握閱讀方法后，進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)。

(5)被試者確認(rèn)清楚要求后按鍵開(kāi)始測(cè)試，每完成一頁(yè)內(nèi)容后，按空格鍵翻頁(yè)，每個(gè)被試完成8頁(yè)不同配色方案的任務(wù)。

(6)主試者同時(shí)記錄被試者的答題結(jié)果。

(7)一個(gè)被試結(jié)束實(shí)驗(yàn)后，對(duì)于不同配色幻燈片的播放順序進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整，避免播放順序?qū)τ谝曊J(rèn)行為的影響。

1.5 實(shí)驗(yàn)變量及設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用單因素方差分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素共8個(gè)水平，即8種幻燈片配色方案。

因變量指標(biāo)包含兩類，一類是反映被試在閱讀過(guò)程中的認(rèn)知績(jī)效，包括算術(shù)答題的錯(cuò)誤數(shù)以及完成時(shí)間；另一類是反映被試眼動(dòng)行為的眼動(dòng)指標(biāo)，包括注視點(diǎn)個(gè)數(shù)、平均注視時(shí)間。

由于實(shí)驗(yàn)的計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，所有被試在計(jì)算過(guò)程中均無(wú)錯(cuò)誤，故最后采用的因變量指標(biāo)為答題完成時(shí)間、注視點(diǎn)個(gè)數(shù)和平均注視時(shí)間。

答題完成時(shí)間指的是從一張幻燈片頁(yè)面出現(xiàn)到被試點(diǎn)擊空格鍵結(jié)束該頁(yè)面的時(shí)間。注視點(diǎn)個(gè)數(shù)為被試在一張幻燈片頁(yè)面內(nèi)的注視次數(shù)。平均注視時(shí)間為被試在一張幻燈片頁(yè)面里的平均注視行為的時(shí)間長(zhǎng)度。

1.6 數(shù)據(jù)分析方法

本研究擬采用單因素重復(fù)測(cè)量方法來(lái)分析不同配色方案對(duì)于被試認(rèn)知效率和眼動(dòng)行為的影響，影響因素為8種配色方案。采用莫奇來(lái)球形度檢驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證指標(biāo)變量是否滿足球形假設(shè)，即8種配色方案下因變量的協(xié)方差矩陣是否相等。如果檢驗(yàn)結(jié)果不符合球形假設(shè)，則采用格林豪斯-蓋斯勒校正后的單因素重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同配色方案對(duì)完成題目時(shí)間的影響

對(duì)不同配色方案完成題目的時(shí)間進(jìn)行單因素可重復(fù)測(cè)量方差分析。莫其來(lái)球形度檢驗(yàn)顯示，χ2=113.074，P=0.00，P<0.05，故不同配色方案的完成題目時(shí)間不滿足球形假設(shè)，擬采用格林豪斯-蓋斯勒方法進(jìn)行校正。

格林豪斯-蓋斯勒方法校正結(jié)果顯示不同配色方案的幻燈片對(duì)于完成題目時(shí)間具有顯著的影響，F(xiàn)(2.053,39.005)=35.267，P=0.000。

不同配色方案下被試的平均完成題目時(shí)間如圖2所示。在95%的置信水平下，白底黑字、白底藍(lán)字、黃底黑字、黃底藍(lán)字、黑底黃字、黑底白字、藍(lán)底白字、藍(lán)底黃字的平均完成題目時(shí)間分別為 2.455±0.051、7.461±0.906、4.501±0.567、9.691±1.963、4.136±0.516、4.159±0.352、2.948±0.497、(2.845±0.504)s。

平均完成題目時(shí)間由低到高所對(duì)應(yīng)的配色方案分別是：白底黑字，藍(lán)底黃字，藍(lán)底白字，黑底黃字，黑底白字，黃底黑字，白底藍(lán)字，黃底藍(lán)字。

圖2 在不同配色方案下被試完成題目的平均時(shí)間Fig.2 Average time to complete the task under different color schemes

2.2 不同配色方案對(duì)平均注視時(shí)間的影響

對(duì)不同配色方案下被試的平均注視時(shí)間進(jìn)行單因素可重復(fù)測(cè)量方差分析。莫其來(lái)球形度檢驗(yàn)顯示，χ2=85.396，P=0.00，P<0.05，故不同配色方案的平均注視時(shí)間不滿足球形假設(shè)，擬采用格林豪斯-蓋斯勒方法進(jìn)行校正。

格林豪斯-蓋斯勒方法校正結(jié)果顯示不同配色方案的幻燈片對(duì)于平均注視時(shí)間具有顯著的影響，F(xiàn)(2.773,52.691)=67.703，P=0.000。

不同配色方案下被試的平均注視時(shí)間如圖3所示。在95%的置信水平下，白底黑字、白底藍(lán)字、黃底黑字、黃底藍(lán)字、黑底白字、黑底黃字、藍(lán)底白字、藍(lán)底黃字平均注視時(shí)間分別為1.014±0.058、2.428±0.216、1.146±0.111、1.456±0.059、1.106±0.087、2.233±0.263、1.135±0.111、(1.085±0.076)s。

平均注視時(shí)間由低到高所對(duì)應(yīng)的配色方案分別是白底黑字，藍(lán)底黃字，黑底白字，藍(lán)底白字，黃底黑字，黃底藍(lán)字，黑底黃字，白底藍(lán)字。

圖3 在不同配色方案下被試的平均注視時(shí)間Fig.3 Average fixation duration under different color schemes

2.3 不同配色方案對(duì)注視次數(shù)的影響

對(duì)不同配色方案下被試的注視次數(shù)進(jìn)行單因素可重復(fù)測(cè)量方差分析。莫其來(lái)球形度檢驗(yàn)顯示，χ2=46.822，P=0.12，P<0.05，故不同配色方案的注視次數(shù)不滿足球形假設(shè)，擬采用格林豪斯-蓋斯勒方法進(jìn)行校正。

格林豪斯-蓋斯勒方法校正結(jié)果顯示不同配色方案的幻燈片對(duì)于注視次數(shù)具有顯著的影響，F(xiàn)(4.869,92.519)=19.490，P=0.000。

不同配色方案下被試的平均注視次數(shù)如圖4所示。在95%的置信水平下，白底黑字、白底藍(lán)字、黃底黑字、黃底藍(lán)字、黑底白字、黑底黃字、藍(lán)底白字、藍(lán)底黃字的平均注視次數(shù)分別為 4.45±0.051、3.10±0.336、2.65±0.462、1.95±0.321、3.90±0.566、3.85±0.410、 2.15±0.349、4.3±0.609。

圖4 在不同配色方案下被試的平均注視次數(shù)Fig.4 Average fixation times under different color schemes

平均注視次數(shù)由高到低所對(duì)應(yīng)的配色方案分別是白底黑字，藍(lán)底黃字，黑底白字，黑底黃字，白底藍(lán)字，黃底黑字，藍(lán)底白字，黃底藍(lán)字。

3 總結(jié)和討論

研究結(jié)果表明：不同配色方案對(duì)于完成題目的時(shí)間、平均注視時(shí)間和注視次數(shù)均有顯著影響。完成題目速度最快、平均注視時(shí)間最短和注視次數(shù)最多的配色方案均為白底黑字，其次為藍(lán)底黃字。

1)白底黑字的配色方案完成任務(wù)的速度最快，說(shuō)明此配色方案的可讀性最佳，該結(jié)論與Jacob[4]、Richard[6]及Zorko[7]等的研究結(jié)果一致。

2)白底黑字和藍(lán)底黃字的配色方案完成題目速度優(yōu)于其他的配色方案，其中白底黑字方案的閱讀效率最佳。比較各個(gè)配色方案的色彩RGB差異值和亮度差異值，黑白配色和藍(lán)黃配色的差異值均最大。本研究進(jìn)一步驗(yàn)證了增強(qiáng)背景色與字體色的對(duì)比有利于提高閱讀效率[1，4-5]。

3)白底黑字和藍(lán)底黃字的配色方案平均注視時(shí)間短于其他配色方案，白底黑字的配色方案平均注視時(shí)間最短。這說(shuō)明這兩種配色方案有利于人們更快地提取注視點(diǎn)的信息。筆者認(rèn)為這是這兩種方案的閱讀認(rèn)知效率較優(yōu)的原因。

4)白底黑字和藍(lán)底黃字的配色方案的注視次數(shù)均多于其他的配色方案，白底黑字的幻燈片被注視次數(shù)最多。在其他研究中也同樣發(fā)現(xiàn)白底黑字的方案注視次數(shù)最多的現(xiàn)象[2]。本研究認(rèn)為，該現(xiàn)象與人們的視覺(jué)行為有關(guān)。人的視覺(jué)有中央凹視覺(jué)和周邊視覺(jué)。中央凹視覺(jué)用于提取對(duì)象的詳細(xì)信息，周邊視覺(jué)用于處理和構(gòu)建注視對(duì)象周邊的內(nèi)容信息。白底黑字和藍(lán)底黃字的配色方案可讀性好，中央凹視覺(jué)更快地提取注視點(diǎn)的信息，平均注視時(shí)間短。由于注視點(diǎn)停留時(shí)間短，周邊視覺(jué)所能處理的注視點(diǎn)周圍的信息內(nèi)容較少。因此，在這兩種配色方案下，要獲取任務(wù)的全部信息需要更多的注視點(diǎn)，從而造成被試的注視次數(shù)更多。

研究結(jié)果顯示白底黑字和藍(lán)底黃字的配色方案可讀性最佳，但同時(shí)這兩種配色方案的注視次數(shù)也最多，容易造成視覺(jué)疲勞，長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中需要注意適當(dāng)休息。

本文研究結(jié)果可以進(jìn)一步拓展，作為其他閱讀介質(zhì)或者幻燈片內(nèi)容配色方案研究的基礎(chǔ)。