齊 紅，陳遠(yuǎn)寧

(安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 安慶 246003)

0 引言

現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，使得各種各樣的手機(jī)App開始出現(xiàn)，其中的界面設(shè)計(jì)也成為一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)[1]。App顯示界面在保持美觀的同時，更需要滿足用戶不斷增長的使用要求，那么顯示界面交互感受就成為評定App設(shè)計(jì)好壞的重要原則[2]。所謂交互設(shè)計(jì)，指的是人與計(jì)算機(jī)的互動，秉承著“以人為本”的理念。但是，當(dāng)前許多App界面交互設(shè)計(jì)無法給予用戶更好的交互體驗(yàn)，存在很多不足之處。文獻(xiàn)[3]收集界面交互所需的數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化界面功能結(jié)構(gòu)，再根據(jù)人機(jī)交互原理設(shè)計(jì)特征映射算法，完成顯示界面的交互設(shè)計(jì)。但是，該交互方法計(jì)算復(fù)雜度較高。文獻(xiàn)[4]整理國內(nèi)外研究人員提出的界面交互設(shè)計(jì)方案，建立符合用戶認(rèn)知發(fā)展的初步設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)理論，設(shè)計(jì)多個交互策略改進(jìn)交互方案，最后通過項(xiàng)目實(shí)踐，優(yōu)化App界面交互方案。但是，該方案容易出現(xiàn)相關(guān)性偏移問題。文獻(xiàn)[5]結(jié)合界面交互效應(yīng)分析模式，設(shè)計(jì)交互層次任務(wù)圖像。從中選取潛在失效模式并計(jì)算風(fēng)險值，確定帶來風(fēng)險值的主要因素，尋找界面交互失效產(chǎn)生的原因，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化傳統(tǒng)界面交互方法。但是，該方法抗干擾能力較差。文中對手機(jī)App顯示界面交互行為深入研究，提出以大數(shù)據(jù)處理技術(shù)為核心的底層算法，達(dá)到有效的數(shù)據(jù)調(diào)度管理，確保界面交互所需的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸，符合用戶交互體驗(yàn)要求的界面交互。

1 基于大數(shù)據(jù)的手機(jī)App顯示界面交互設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建終端用戶心智模型

手機(jī)App顯示界面的交互設(shè)計(jì)，以滿足用戶交互要求為主要目的，文中建立終端用戶心智模型，以PAD 情感模型、眼動指標(biāo)為基礎(chǔ)，對多維度情感狀態(tài)進(jìn)行定量測量。描述用戶使用的手機(jī)App實(shí)時情感狀態(tài)[6]。

其中，PAD情感模型需要根據(jù)愉悅、喚醒以及支配行為建立三維坐標(biāo)模型，且每個坐標(biāo)軸的取值范圍均為[-1，1]，通過不同坐標(biāo)軸的取值，描述用戶當(dāng)前情感狀態(tài)，PAD情感模型如圖1所示。

基于圖1模型，結(jié)合眼動指標(biāo)，計(jì)算眼動數(shù)據(jù)的單因素方差，從中提取出與情感預(yù)測有關(guān)的眼動指標(biāo)，利用最小二乘回歸方法生成以情感值和眼動指標(biāo)為核心的數(shù)學(xué)模型。

圖1 PAD情感模型

數(shù)學(xué)模型建立過程中，將PAD情感值充當(dāng)因變量，并以篩選后的眼動指標(biāo)充當(dāng)自變量，隨機(jī)選取部分手機(jī)App終端用戶樣本，分析因變量與自變量之間的聯(lián)系，生成如下所示的兩個數(shù)據(jù)表：

式中，X表示自變量數(shù)據(jù)表，Y表示因變量數(shù)據(jù)表，x表示自變量，y表示因變量，p表示自變量數(shù)量，q表示因變量數(shù)量，m表示樣本點(diǎn)。

數(shù)據(jù)表生成后，為了便于后續(xù)計(jì)算，采用標(biāo)準(zhǔn)化處理方法將自變量和因變量數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣。從每個數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)選擇第一個軸充當(dāng)單位向量，再根據(jù)拉格朗日法獲取矩陣相應(yīng)的單位特征向量，基于上述參數(shù)信息，得到回歸方程：

式中，E0表示自變量數(shù)據(jù)表對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，F(xiàn)0表示因變量數(shù)據(jù)表對應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，t1表示數(shù)據(jù)矩陣E0的單位向量，u1表示數(shù)據(jù)矩陣F0的單位向量，r1、p1、q1表示回歸系數(shù)向量，E、F*、F表示殘缺矩陣。

根據(jù)公式⑶，與最小二乘回歸方程，將PAD情感值和眼動指標(biāo)構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型表示為：

式中，ya表示因變量樣本，xb表示自變量樣本，θ表示均值，S表示均方差。

利用公式⑷描述PAD情感值與眼動指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，將上述構(gòu)建的用戶心智模型應(yīng)用于手機(jī)App界面交互設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確提取出當(dāng)前用戶交互需求。

1.2 建立顯示界面交互架構(gòu)

基于上述用戶心智模型，提取出手機(jī)App顯示界面交互所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息[7]。界面交互設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)所需數(shù)據(jù)信息調(diào)度相應(yīng)交互數(shù)據(jù)，文中采用大數(shù)據(jù)分析方法實(shí)現(xiàn)交互信息的統(tǒng)一處理。再結(jié)合交叉編譯控制、交叉總線控制兩種方法，讀取數(shù)據(jù)庫中對界面交互有益的信息，并檢測出上述大數(shù)據(jù)內(nèi)特征信息，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的融合跟蹤。將處理后的大數(shù)據(jù)以總線傳輸?shù)姆绞絺鬟f至輸出端。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，建立以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的手機(jī)App顯示界面交互整體架構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 界面交互整體架構(gòu)圖

由圖2可知，App顯示界面的交互需要從終端用戶節(jié)點(diǎn)開始，將用戶請求發(fā)送至共享知識列表，并與集群服務(wù)器相結(jié)合反饋給用戶合理的交互信息。

文中建立的界面交互架構(gòu)依托于功能模塊化技術(shù)，通過多線程分布式結(jié)構(gòu)建立界面交互體系，將大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)放置于架構(gòu)底層。再設(shè)置API接口將底層算法與上層架構(gòu)相連，完成界面交互過程中數(shù)據(jù)傳輸、信息管理與交互狀態(tài)監(jiān)測。

1.3 設(shè)計(jì)底層大數(shù)據(jù)推送算法

在圖2架構(gòu)體系上，利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)建立底層算法，將界面交互所需的數(shù)據(jù)信息調(diào)取出來[8]。交互數(shù)據(jù)的調(diào)度，需要分析顯示界面的大數(shù)據(jù)分布時域函數(shù)，計(jì)算公式為：

手機(jī)App顯示界面大數(shù)據(jù)分布時域函數(shù)計(jì)算完成后，結(jié)合交叉編譯技術(shù)聚類大數(shù)據(jù)信息，并針對聚類后的大數(shù)據(jù)，提取出不同聚類的屬性特征[9]，特征分布公式為：

式中，R表示交互層次性特征結(jié)合。確定屬性特征分布情況后，采用類間離散度計(jì)算結(jié)果，識別顯示界面大數(shù)據(jù)信息中不同特征類型，并對每一屬性特征設(shè)置相應(yīng)的交互模糊聚類中心[10]。

文中采用統(tǒng)計(jì)分析的方式，依據(jù)屬性特征劃分界面交互的底層大數(shù)據(jù)，并提取其中的自變量數(shù)據(jù)內(nèi)容。以類間聚類中心矢量值為基礎(chǔ)，計(jì)算聚類中心間的相軌跡距離，公式為：

式中，dl，dg表示類間聚類中心l、g的矢量值，D表示相軌跡距離。

通過模糊算法獲取特征向量層次聚類集合，描述為：

式中，λ表示聚類向量集，z表示模糊層次輸出向量，v表示模糊層次數(shù)量。文中根據(jù)大數(shù)據(jù)內(nèi)自相關(guān)語義特征，實(shí)現(xiàn)界面交互內(nèi)數(shù)據(jù)聚類分組。界面交互過程中，調(diào)度具有同類屬性的底層數(shù)據(jù)，這一過程中，調(diào)度函數(shù)表述為：

式中，J表示調(diào)度函數(shù)，?表示數(shù)據(jù)聚類的空間分布維數(shù)，U表示數(shù)據(jù)類型屬性，V表示數(shù)據(jù)聚類中心，k表示交互節(jié)點(diǎn)，c表示界面交互節(jié)點(diǎn)總數(shù)，dk表示交互節(jié)點(diǎn)與聚類中心的歐氏距離，具體計(jì)算公式為：

綜合上述公式，生成界面交互所需的數(shù)據(jù)調(diào)度傳輸模型：

式中，μ表示聚類中心統(tǒng)計(jì)的大數(shù)據(jù)量。通過上述底層算法，實(shí)現(xiàn)界面交互設(shè)計(jì)中大數(shù)據(jù)處理。

1.4 實(shí)現(xiàn)手機(jī)App顯示界面交互設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)處理完成后，設(shè)計(jì)以IEEE488.2為基礎(chǔ)的界面交互傳輸協(xié)議，確保界面交互的正常運(yùn)行。考慮到大數(shù)據(jù)處理底層算法的計(jì)算復(fù)雜性，為了控制底層算法計(jì)算時間，將該算法嵌入至Linux內(nèi)核控制系統(tǒng)內(nèi)，并進(jìn)行算法完善。Linux內(nèi)核控制過程中，參考接口具體類型，設(shè)計(jì)界面交互I/O接口。并且，在Linux內(nèi)核控制系統(tǒng)上建立MySQL數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用于后續(xù)界面交互實(shí)驗(yàn)中，不斷調(diào)整信息調(diào)度的合理性，生成交互所需的編譯函數(shù)。

需要注意的是，交叉編譯模式可以有效控制界面程序的調(diào)度。作為最常見的程序控制模式之一，文中結(jié)合SQL語句和Connection語句，使得界面交互所需的程序按照要求發(fā)生變化。依托于ARM9TDMI設(shè)計(jì)一個控制器，結(jié)合ADO、NET等組件綜合管理大數(shù)據(jù)處理程序。其中，界面交互綜合管理的重要環(huán)節(jié)之一是內(nèi)源文件的管理，文中利用多線程連接方法優(yōu)化界面交互設(shè)計(jì)方案，有效提升底層算法的數(shù)據(jù)處理能力。

通常情況下，程序控制與進(jìn)程管理是交互設(shè)計(jì)的主要控制環(huán)節(jié)。對于進(jìn)程管理這一環(huán)節(jié)，文中建立一種自下而上的控制體系，結(jié)合I/O資源層準(zhǔn)確調(diào)度手機(jī)App顯示界面交互所需數(shù)據(jù)資源，完成信息科學(xué)化界面交互。利用GPIB、串口等組件生成底層信息庫，達(dá)到集成化配置交互資源的目的。通過數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)庫調(diào)度等方法，實(shí)時調(diào)度界面交互所需的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)App顯示界面的交互。

2 實(shí)驗(yàn)

文中針對手機(jī)App顯示界面交互問題，設(shè)計(jì)以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的交互方法。近幾年酒店行業(yè)快速發(fā)展，為了提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，推出酒店服務(wù)App，便于用戶完成酒店預(yù)訂和其他住宿服務(wù)。本文以酒店服務(wù)App為例，應(yīng)用文中提出的界面交互方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，明確所提出交互模式的可行性。

2.1 設(shè)計(jì)界面交互架構(gòu)

分析該App使用流程后，獲取App顯示界面所需的交互子任務(wù)。從登記入住這一界面來看，用戶按照酒店入住服務(wù)流程，設(shè)置App登記入住辦理界面包括驗(yàn)證身份、選擇房間等多個子任務(wù)。結(jié)合文中提出的用戶心智模型，得到酒店服務(wù)手機(jī)App界面交互流程，如圖3所示。

根據(jù)界面交互流程建立總體交互架構(gòu)，實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)用戶心智模型得出用戶群特點(diǎn)，設(shè)為橫坐標(biāo)軸，縱坐標(biāo)軸設(shè)置為交互序列，參考酒店服務(wù)App登記入住流程，基本界面交互設(shè)計(jì)矩陣如表1所示。

根據(jù)表1所示的通用設(shè)計(jì)矩陣明確了酒店服務(wù)手機(jī)App主要用戶群體，和手機(jī)辦理登記入住主要步驟。通過設(shè)計(jì)矩陣中交叉單元，針對不同用戶群體在界面交互中可能遭遇的問題，結(jié)合文中提出的底層大數(shù)據(jù)算法，設(shè)計(jì)具有降低用戶認(rèn)知負(fù)荷特點(diǎn)的交互設(shè)計(jì)方案，將其作為本次實(shí)驗(yàn)測試的核心。

圖3 酒店服務(wù)界面交互流程

表1 登記入住任務(wù)通用設(shè)計(jì)矩陣

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

為了更加直觀地描述出文中提出界面交互方法的應(yīng)用效果。本次實(shí)驗(yàn)要求45名參與者，將其劃分為3組實(shí)驗(yàn)人員，每組男性和女性比例相同，且每組參與者包含新手用戶、高齡用戶和低教育程度三種類型。選取其中一組參與者，操作文中設(shè)計(jì)的界面交互模式，并讓其他兩組實(shí)驗(yàn)參與者分別操作文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[4]提出的界面交互模式。將實(shí)驗(yàn)參與者安排在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，測試上述提出的酒店服務(wù)App界面交互模式，并在交互任務(wù)結(jié)束后，集合所有實(shí)驗(yàn)參與者填寫認(rèn)知負(fù)荷測量表。

當(dāng)界面交互后用戶出現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷超載現(xiàn)象，表明所提出的交互方案無法帶給用戶較好的交互體驗(yàn)。因此，文中選定界面交互模式應(yīng)用后，根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷變化情況，判斷所提出界面交互方法的有效性。

考慮到用戶認(rèn)知負(fù)荷的計(jì)算具有多維性特點(diǎn)，文中結(jié)合成績測量和主觀評定測量兩種測量方式，獲取更合理的用戶認(rèn)知負(fù)荷值，具體的測量過程如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，用戶認(rèn)知負(fù)荷測量主要包括兩個環(huán)節(jié)。首先，記錄實(shí)驗(yàn)參與者在界面交互過程中耗費(fèi)時間、操作流程，結(jié)合成績測量法計(jì)算用戶界面交互的認(rèn)知負(fù)荷。其次，根據(jù)用戶填寫的認(rèn)知負(fù)荷測量表，獲取主觀評定的認(rèn)知負(fù)荷。最后，結(jié)合成績測量結(jié)果和主觀評定結(jié)果，獲取用戶界面交互任務(wù)完成后用戶認(rèn)知負(fù)荷，認(rèn)知負(fù)荷越低，表明所提出的界面交互方案帶來的用戶體驗(yàn)越佳。

圖4 用戶認(rèn)知負(fù)荷測量

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述認(rèn)知負(fù)荷測量方式，計(jì)算不同實(shí)驗(yàn)參與者測試組用戶的平均認(rèn)知負(fù)荷值，明確文中設(shè)計(jì)交互方法、文獻(xiàn)[3]交互方法和文獻(xiàn)[4]交互方法的實(shí)際應(yīng)用效果。用戶認(rèn)知負(fù)荷對比結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，文中提出以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的顯示界面交互方法，與文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]交互方法相比，用戶平均認(rèn)知負(fù)荷值降低了54.55%、66.67%，極大程度地提升用戶交互體驗(yàn)。

圖5 界面交互后用戶認(rèn)知負(fù)荷對比圖

3 結(jié)束語

文中針對手機(jī)App顯示界面的交互問題進(jìn)行研究，提出以大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)為核心的交互方法。利用用戶心智模型明確App用戶群體特征，并以此為基礎(chǔ)建立界面交互整體架構(gòu)。基于大數(shù)據(jù)建立界面交互所需的底層算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、快速調(diào)度，再結(jié)合交叉編譯方法完成界面交互整體設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，所提出的交互方法能給用戶較好交互體驗(yàn)。由于研究條件的局限，所提出的交互方法仍存在部分缺陷，未來需要繼續(xù)研究。