張 瀅， 邵 將

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116）

0 引言

現(xiàn)在，越來越多的傳統(tǒng)人機(jī)界面被數(shù)字化界面所取代。 各種復(fù)雜的數(shù)字化界面被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域當(dāng)中，復(fù)雜界面中龐雜的信息會(huì)造成用戶較大的認(rèn)知負(fù)荷，造成一定失誤。 圖標(biāo)作為界面中的重要元素，是實(shí)現(xiàn)交互功能的視覺符號(hào)，影響圖標(biāo)的識(shí)別因素包括圖標(biāo)的視覺特征和圖標(biāo)的內(nèi)部特征。 一個(gè)好的圖標(biāo)同時(shí)具有抽象符號(hào)的直觀性和具體符號(hào)的具象性，將大大減少用戶認(rèn)知負(fù)荷[1]。 圖標(biāo)最重要的特征是在傳遞信息方面的有效性，有幾項(xiàng)研究將有效性視為優(yōu)秀圖標(biāo)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)[2-3]。其中，語義距離是影響圖標(biāo)有效性的重要因素，語義遠(yuǎn)的圖標(biāo)會(huì)降低用戶的認(rèn)知效率， 或?qū)е聸Q策失誤。Kuicheu 等指出， 圖標(biāo)的語義和圖像相關(guān)的語言并不是一組等效物，而是一組可以用來描述特定圖標(biāo)的屬性[4]。圖標(biāo)與功能之間的緊密關(guān)系，即語義距離，是決定圖標(biāo)可用性成功與否的首要因素[5]。

1 圖標(biāo)語義距離概念

有些圖標(biāo)本身和其代表功能含義之間聯(lián)系密切，用戶可以直接識(shí)別出其功能含義，即圖標(biāo)語義距離近；有些圖標(biāo)需要占有用戶較多的認(rèn)知資源才能識(shí)別出其代表的功能含義， 說明圖標(biāo)本身和其代表功能含義之間聯(lián)系不密切， 即圖標(biāo)語義距離遠(yuǎn)。 早期由Peirce 提出的根據(jù)圖標(biāo)-功能之間的關(guān)系，將圖標(biāo)語義分為三類：①圖標(biāo)直接代表功能含義； ②圖標(biāo)中隱喻或隱含的特征間接地代表功能含義；③圖標(biāo)與功能含義無關(guān)[6]。 之后，MC dougall 等根據(jù)圖標(biāo)識(shí)別將圖標(biāo)分為五個(gè)認(rèn)知屬性： 熟悉度、 具象性、復(fù)雜性、語義距離和美學(xué)吸引力，并在Perice 的基礎(chǔ)上提出語義距離的概念并進(jìn)行了闡述， 認(rèn)為語義距離指的是圖標(biāo)本身與其表達(dá)的功能含義之間的關(guān)系的遠(yuǎn)近程度， 同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)圖標(biāo)的五個(gè)認(rèn)知屬性之間相互聯(lián)系[7]。CHEN 等將圖標(biāo)語義分為：功能隱喻、操作隱喻、對(duì)象隱喻和語義隱喻圖標(biāo)[8]，并通過眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，語義隱喻圖標(biāo)具有更高的普適性，相較于物體隱喻圖標(biāo)，語義隱喻圖標(biāo)具有更高的認(rèn)知準(zhǔn)確性和更低的認(rèn)知負(fù)荷， 同時(shí)對(duì)圖標(biāo)語義進(jìn)行了定量描述[9]。 在語義距離的定量研究中，Cherng 等提出了一種基于腦電圖的圖標(biāo)語義距離的評(píng)估方法，揭示了語義距離在圖標(biāo)設(shè)計(jì)中的重要性[10]。 與之前的研究相比，Cherng 等對(duì)于語義距離的研究更為具體，將語義距離作為主要的實(shí)驗(yàn)變量， 且多種場(chǎng)景下測(cè)量用戶的腦電數(shù)據(jù)， 把行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)相互結(jié)合解釋用戶對(duì)圖標(biāo)語義距離的感知過程。Kenett 等[11]在研究方法，揭示了語義距離在圖標(biāo)設(shè)計(jì)中的重要性[10]。 與之前的研究相比，Cherng 等對(duì)于語義距離的研究更為具體， 將語義距離作為主要的實(shí)驗(yàn)變量， 且多種場(chǎng)景下測(cè)量用戶的腦電數(shù)據(jù)，把行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)相互結(jié)合解釋用戶對(duì)圖標(biāo)語義距離的感知過程。Kenett 等[11]在研究中檢查了路徑長(zhǎng)度，作為計(jì)算分析的語義網(wǎng)絡(luò)，是否可以用作度量語義距離。

2 圖標(biāo)語義距離影響認(rèn)知負(fù)荷的具體表現(xiàn)

2.1 認(rèn)知負(fù)荷概念及其表現(xiàn)分類

早在20 世紀(jì)70 年代，認(rèn)知負(fù)荷一詞就被提出[12]，之后John Sweller 把認(rèn)知負(fù)荷作為一種理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并提出認(rèn)知負(fù)荷理論基礎(chǔ)主要是資源有限論和圖示理論[13]。資源有限理論提出人的認(rèn)知資源是有限的，這里的認(rèn)知資源包括注意資源、工作記憶容量以及圖式構(gòu)建所消耗的資源[14]。由于人的工作記憶資源、注意資源等是有限的，因此當(dāng)用戶接受的信息大于容量時(shí)， 便會(huì)超過認(rèn)知系統(tǒng)所能承受的范圍，形成認(rèn)知負(fù)荷。用戶能順利完成任務(wù)過程中加工信息所需要的認(rèn)知資源的總和就是認(rèn)知負(fù)荷[15]。 影響復(fù)雜界面中圖標(biāo)認(rèn)知負(fù)荷的因素有很多， 其中包括了圖標(biāo)語義距離。 Niu 等[16]利用ERP 從特征綁定記憶的角度研究圖標(biāo)的顏色特征對(duì)圖標(biāo)工作記憶的影響中證實(shí)，優(yōu)化圖標(biāo)語義有助于減輕用戶的認(rèn)知負(fù)荷。語義距離作為衡量圖標(biāo)有效性的重要因素，對(duì)圖標(biāo)的認(rèn)知負(fù)荷有較大影響，根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的原因，本文將圖標(biāo)語義距離對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的影響表現(xiàn)分為注意資源、工作記憶和認(rèn)知績(jī)效三方面。

2.2 注意資源

當(dāng)用戶需要完成某項(xiàng)任務(wù)的過程中， 隨著任務(wù)數(shù)量的增多和復(fù)雜程度的提高，消耗的資源也就越多。在過多的刺激出現(xiàn)時(shí)，注意資源將會(huì)耗盡，如果這時(shí)候再出現(xiàn)新的刺激，往往就會(huì)被用戶忽略[17]。 但當(dāng)用戶注意力不自覺地被突出刺激吸引時(shí)， 這一現(xiàn)象被認(rèn)為是注意力捕獲效應(yīng)中的自下而上注意控制， 另一個(gè)是受目標(biāo)和對(duì)刺激出現(xiàn)的位置和出現(xiàn)時(shí)間的影響的自上而下注意控制[18]。 自下而上注意控制是以刺激為驅(qū)動(dòng)的低水平加工層次，自上而下注意控制過程是神經(jīng)元向上傳遞信息的過程[19]。部分學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[20-21]，圖標(biāo)語義信息在圖標(biāo)識(shí)別過程中有重要作用， 當(dāng)用戶在進(jìn)行不同搜索任務(wù)中大腦會(huì)根據(jù)任務(wù)類型采用視覺表征、 語義信息表征或兩者同時(shí)使用等不同的應(yīng)對(duì)認(rèn)知策略。 先前的研究證實(shí)當(dāng)圖標(biāo)本身與語義信息接近或一致時(shí)，即圖標(biāo)語義距離近，最相關(guān)的目標(biāo)刺激圖標(biāo)會(huì)最先被大腦中工作記憶選擇， 從而激發(fā)自上而下的注意捕獲效應(yīng)[22-23]，金濤等通過控制警示圖標(biāo)語義，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)警示圖標(biāo)的語義距離近時(shí)，其能夠突破認(rèn)知資源的限制而自動(dòng)獲得加工[22]，這證實(shí)語義距離是影響警告圖標(biāo)自動(dòng)注意處理的關(guān)鍵因素。 Cherng 等[10]提出了一種基于腦電圖的圖標(biāo)語義距離的評(píng)估方法， 揭示了語義距離在圖標(biāo)設(shè)計(jì)中的重要性，研究表明，語義距離近的圖標(biāo)更容易觸發(fā)與記憶相關(guān)的認(rèn)知， 且更能吸引參與者的注意力。 語義明確的圖標(biāo)在一定意義上可以被認(rèn)為是語義距離近的圖標(biāo)，其能夠自動(dòng)吸引用戶注意力，對(duì)注意力捕獲能力強(qiáng)，而語義距離遠(yuǎn)的圖標(biāo)則相反。

2.3 工作記憶

工作記憶是一個(gè)對(duì)信息進(jìn)行暫時(shí)性加工的系統(tǒng)，它是信息加工的主要場(chǎng)所，在面對(duì)新的信息時(shí)，其容量極為有限，當(dāng)需要處理的信息超出了記憶的容量，且這些信息之間的關(guān)聯(lián)程度不高，工作記憶就容易發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致記憶失效[23]。胡博等[24]研究了不同時(shí)間壓力下圖標(biāo)語義距離對(duì)工作記憶的影響。弱語義圖標(biāo)中敵機(jī)、友機(jī)和不明飛行物分別用紅色三角形、綠色圓形、黃色方塊表示。 強(qiáng)語義圖標(biāo)則通過問卷的形式篩選得出。 實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了不同的時(shí)間壓力、目標(biāo)圖標(biāo)數(shù)量和目標(biāo)圖標(biāo)類型，被試需要記住實(shí)驗(yàn)界面的各個(gè)圖標(biāo)數(shù)量后完成一道對(duì)于飛機(jī)數(shù)量的題目。研究結(jié)果表明，圖標(biāo)語義距離和時(shí)間壓力的交互作用在信息提取正確率上顯著， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)無時(shí)間壓力下圖標(biāo)語義距離在工作記憶的編碼提取上沒有差異， 而有時(shí)間壓力下， 強(qiáng)語義圖標(biāo)相較于弱語義圖標(biāo)在工作記憶的提取上具有優(yōu)勢(shì)， 表現(xiàn)在強(qiáng)語義圖標(biāo)在信息提取的正確率和反應(yīng)時(shí)上比弱語義圖標(biāo)更高更快。 Y F Niu 等[16]利用ERP從特征綁定記憶的角度研究圖標(biāo)的顏色特征對(duì)圖標(biāo)工作記憶的影響。 研究表明，圖標(biāo)語義-顏色綁定內(nèi)存和圖形-顏色綁定響應(yīng)時(shí)間的顯著差異是由用戶內(nèi)存編碼的差異造成的。 在圖形-顏色綁定記憶任務(wù)中，參與者使用的是雙編碼記憶，而語義編碼記憶主要用于圖標(biāo)語義-顏色綁定記憶， 說明語義編碼記憶任務(wù)難度更大， 認(rèn)知負(fù)荷更大。Y F Niu 等的研究證實(shí)圖標(biāo)語義編碼記憶對(duì)用戶工作記憶造成一定負(fù)擔(dān)， 由此失配的語義編碼相較于匹配的語義編碼會(huì)使用戶造成更多的認(rèn)知負(fù)荷。 Zhang J 等[25]研究了語義記憶對(duì)圖標(biāo)復(fù)雜性的影響。實(shí)驗(yàn)證明，記憶成分中的語義記憶直接影響理解能力，當(dāng)刺激物以語義有意義的方式處理時(shí)，識(shí)別能力增強(qiáng)。 當(dāng)圖標(biāo)其視覺特征與用戶記憶中的語義特征相似或一致時(shí)，圖標(biāo)更容易被用戶識(shí)別，當(dāng)圖標(biāo)的視覺特征與用戶記憶中的語義信息相差較遠(yuǎn)或不一致時(shí)，則圖標(biāo)需要占有用戶較多的認(rèn)知資源才能被識(shí)別。人的認(rèn)知資源是有限的，語義距離近的圖標(biāo)用戶更容易被記憶與認(rèn)知，對(duì)于語義距離遠(yuǎn)的圖標(biāo)，用戶在圖標(biāo)-功能匹配會(huì)消耗一定的認(rèn)知資源從而影響工作記憶提取。

2.4 認(rèn)知績(jī)效

圖標(biāo)語義距離對(duì)認(rèn)知績(jī)效的影響主要來自基于視覺搜索-識(shí)別范式實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知研究中，這里圖標(biāo)語義距離對(duì)認(rèn)知績(jī)效的影響主要表現(xiàn)在視覺搜索效率上， 在行為數(shù)據(jù)中則主要表現(xiàn)為反應(yīng)時(shí)和正確率。 彭寧珗等[26]采用視覺搜索實(shí)驗(yàn)范式， 通過行為和眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)揭示了基于形狀相似、 功能關(guān)聯(lián)和語義匹配特征三類推理?xiàng)l件的圖標(biāo)搜索特性，研究發(fā)現(xiàn)，語義-圖標(biāo)匹配下的視覺搜索不易出錯(cuò)。 宮勇[27]等對(duì)形象圖標(biāo)和抽象圖標(biāo)在語義匹配和語義不匹配條件下的認(rèn)知加工過程的實(shí)驗(yàn)研究， 發(fā)現(xiàn)語義匹配時(shí)比語義不匹配時(shí)抽象圖標(biāo)所需反應(yīng)時(shí)間短，正確率高。 張雄飛[28]將圖標(biāo)復(fù)雜度劃分為圖標(biāo)風(fēng)格、圖標(biāo)語義和環(huán)境符合三個(gè)維度探究圖標(biāo)復(fù)雜度對(duì)用戶搜索績(jī)效的影響。 結(jié)果表明，扁平化風(fēng)格優(yōu)于擬物風(fēng)格，低負(fù)荷條件下圖標(biāo)優(yōu)于高負(fù)荷條件下圖標(biāo)， 有語義圖標(biāo)優(yōu)于無語義圖標(biāo)。 Li X 等[29]探討了不同圖標(biāo)組成-語義關(guān)系下軍事圖標(biāo)的認(rèn)知效率和認(rèn)知過程。 結(jié)果表明， 當(dāng)語義距離近時(shí)，正確率高，且ERP 數(shù)據(jù)反映出，語義距離近的圖標(biāo)產(chǎn)生了較小的認(rèn)知負(fù)荷。 Wu X 等[30]在研究了工業(yè)圖標(biāo)的語義-實(shí)體相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)符合語義認(rèn)知定律的圖標(biāo)具有較高的搜索效率。 以上研究表明，當(dāng)語義距離近時(shí)，圖標(biāo)的視覺搜索效率更好且認(rèn)知績(jī)效優(yōu)良； 當(dāng)語義距離遠(yuǎn)時(shí)，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)且正確率低。圖標(biāo)語義距離會(huì)顯著影響用戶的認(rèn)知績(jī)效。對(duì)于不同類型的用戶，圖標(biāo)語義距離對(duì)認(rèn)知績(jī)效也產(chǎn)生了影響。 Zhao K 等[31]研究了圖標(biāo)風(fēng)格和語義距離這兩個(gè)因素對(duì)不同智能手機(jī)使用體驗(yàn)水平的老年用戶在識(shí)別性能和主觀偏好方面的影響， 通過一系列實(shí)驗(yàn)和訪談發(fā)現(xiàn)， 語義距離顯著影響了被試對(duì)圖標(biāo)的識(shí)別和偏好。 語義距離較近的圖標(biāo)更容易被年齡較大的用戶理解， 這反映在更高的識(shí)別精度和更低的響應(yīng)時(shí)間。Dosso C 等[32]研究了年齡對(duì)導(dǎo)航任務(wù)中界面類型和圖標(biāo)語義距離的影響，結(jié)果表明，尤其是語義距離較遠(yuǎn)時(shí)，年齡較大的用戶需要更多的時(shí)間來選擇圖標(biāo)。相比之下，年輕用戶可以更好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。 Zhao K 和Dosso C 的研究證實(shí)，年長(zhǎng)用戶更需要語義距離近的圖標(biāo)，對(duì)他們而言， 語義距離近的圖標(biāo)可更好地被識(shí)別且能順利完成他們?cè)O(shè)想的任務(wù)。 圖標(biāo)語義距離對(duì)認(rèn)知績(jī)的影響會(huì)隨著用戶年齡的增長(zhǎng)變得顯著。

3 圖標(biāo)語義距離的設(shè)計(jì)原則

圖標(biāo)作為復(fù)雜界面中的重要組成部分， 其可用性程度影響著整個(gè)界面的可用性因素。 良好的語義距離可優(yōu)化圖標(biāo)認(rèn)知，減輕用戶對(duì)復(fù)雜界面的認(rèn)知負(fù)荷。 目前已有不少對(duì)于界面設(shè)計(jì)原則和圖標(biāo)設(shè)計(jì)原則的研究，例如，肖紅等[33]分析了交互界面的視覺設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，并此基礎(chǔ)上提出了人機(jī)交互界面的視覺設(shè)計(jì)應(yīng)遵守“簡(jiǎn)潔易用”的總原則。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)至上，結(jié)合圖標(biāo)語義距離的特征和屬性，提出基于語義距離的圖標(biāo)設(shè)計(jì)原則，主要總結(jié)為以下四點(diǎn)原則：

（1）具象一致性。圖標(biāo)本身的視覺特征要與功能或語義具有一致性，即語義距離近。特別是當(dāng)圖標(biāo)語義是現(xiàn)實(shí)中所真實(shí)存在的物體， 設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)盡量選擇物體特征并映射到圖標(biāo)設(shè)計(jì)中。 良好的語義距離可以使用戶快速學(xué)習(xí)并上手復(fù)雜界面的操作， 當(dāng)圖標(biāo)的視覺特征與用戶認(rèn)知的功能或語義一致時(shí)，可減少用戶的學(xué)習(xí)成本和認(rèn)知負(fù)荷，且在完成緊急任務(wù)時(shí)提高用戶的決策正確率，減少人因失誤。

（2）抽象隱喻性。 對(duì)于一些抽象功能或語義，需要通過隱喻的方式進(jìn)行圖標(biāo)設(shè)計(jì)。 隱喻主要通過意象來實(shí)現(xiàn)其目的。圖標(biāo)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程就是圖標(biāo)的隱喻性生成，在這個(gè)過程中要注重“意義”在圖標(biāo)視覺特征中的表現(xiàn)，即在合理的隱喻中優(yōu)化圖標(biāo)的語義距離， 使得圖標(biāo)的隱喻是有效的。

（3）語義簡(jiǎn)潔性。除了圖標(biāo)的視覺特征要符合其語義或功能之外， 對(duì)于語義詞和圖標(biāo)所代表的功能也應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔，避免過長(zhǎng)的語義詞，或者是過于復(fù)雜的功能。 對(duì)于圖標(biāo)這一圖像來說， 其大小在不同的界面中有不同的標(biāo)準(zhǔn)，在其大小的限制中，過長(zhǎng)的語義或復(fù)雜的功能，會(huì)使得圖標(biāo)的視覺特征變得抽象或復(fù)雜， 這會(huì)讓用戶難以記憶語義以及難以匹配圖標(biāo)，造成認(rèn)知負(fù)荷過載。因此在設(shè)置圖標(biāo)語義時(shí)應(yīng)遵循簡(jiǎn)潔的原則， 避免一個(gè)圖標(biāo)多重語義、圖標(biāo)功能信息復(fù)雜難以記憶等情況。

（4）顏色明確性。 圖標(biāo)的最終目的是被用戶識(shí)別并使用，圖標(biāo)在具有美學(xué)吸引力的同時(shí)需要能表達(dá)明確的功能。圖標(biāo)的視覺特征和功能語義之間必須距離相近，過遠(yuǎn)的語義距離會(huì)使得圖標(biāo)的使用有效性降低。

4 結(jié)束語

目前對(duì)于圖標(biāo)語義距離單獨(dú)的研究較少，有學(xué)者[28]將語義距離作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量與其他主變量結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，少數(shù)學(xué)者[10，24]將圖標(biāo)語義距離作為主要的研究對(duì)象。目前對(duì)于圖標(biāo)語義距離的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)已經(jīng)不僅僅局限于行為數(shù)據(jù)，腦電技術(shù)及ERP 成分已應(yīng)用于此。 相較于傳統(tǒng)的行為數(shù)據(jù)和主觀測(cè)試問卷，ERP 更能直觀地觀察到用戶的感知， 其中ERP 成分中的N400 是觀測(cè)圖標(biāo)語義感知的主要成分。 現(xiàn)有研究對(duì)于語義距離的概念缺少量化標(biāo)準(zhǔn)，未來需要根據(jù)ERP 成分對(duì)語義距離有更合理的量化。在語義距離對(duì)不同用戶的認(rèn)知識(shí)別影響方面，已經(jīng)有學(xué)者[31-32]對(duì)比了不同年齡用戶對(duì)圖標(biāo)語義距離的感知，研究表明， 語義距離較近的圖標(biāo)更容易被年齡較大的用戶理解且具有更好的用戶體驗(yàn)。隨著老齡化社會(huì)的到來，適老化圖標(biāo)及其語義距離是或許是未來的研究熱點(diǎn)。 在語義距離應(yīng)用方面，一些學(xué)者[30，39]將優(yōu)化語義距離后的圖標(biāo)應(yīng)用到數(shù)字化界面當(dāng)中， 并通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化語義距離后的圖標(biāo)更符合用戶的認(rèn)知定律且具有更好的識(shí)別效率。

綜上所述，隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，數(shù)字復(fù)雜界面逐漸取代傳統(tǒng)人機(jī)界面的趨勢(shì)下， 圖標(biāo)對(duì)于界面的有效使用起著關(guān)鍵作用， 未來對(duì)于圖標(biāo)語義距離的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)還將在影響因素、用戶體驗(yàn)等方面展開。