（基础心理学专业论文）电子地图汉字辨认阈限.pdf

论文摘要 随着科技的发展，电子地图在人们的日常生活中得到了广泛应用。电子地图 具有交互即时、信息丰富和共享便捷等特点，且根据用途、用户群或显示载体可 以分成许多类。经过调查，目前市场上的电子地图提供商完全依照自己的标准来 制作电子地图。在这一领域关于电子地图字体大小、道路标注方式及色彩运用等 标准的研究，特别是认知心理学方面的研究还很少。本次研究旨在寻找一条研究 电子地图默认字体的研究方法，以填补这个空白。 本次研究分成三个实验，共2 8 名视力( 矫正视力) 正常的被试参与。实验 采用了模拟的电子地图，其中背景道路有两种复杂度，作为目标的中文字根据其 空间结构也分为若干个复杂度。实验一采用恒定刺激法，研究了在道路背景下的 文字的辨认阈限；实验二运用调整法，研究查看视角的舒适阈限；实验三通过对 文字间距( 字数) 、字数增减顺序、有无目标字等因素的控制探索了地图字间距 与查找效率的关系。 实验一的结果显示，汉字复杂度和背景的复杂度都影响地图汉字识别，且不 存在交互作用，本实验条件下宋体汉字的平均视锐为7 2 4 分。实验二的结果显 示，1 7 2 7 分是视力正常被试能够不费力看清宋体汉字细节的视角，且背景复杂 度和( 非) 汉字对舒适角度大小无显著影响。实验三的结果显示，随着电子地图 上汉字的增加，被试花在每张地图上的时间也增加，且两者关系几乎成直线递增 趋势；而每个汉字耗费的时间随着汉字间距的减小而减少( 效率提高) ，这说明 在一定的范围内，应尽量增加电子地图的信息量。 关键词：字符辨认，汉字，阈限，视觉搜索 a b s t r a c t e l e c t r o n i cm a p so fd i f f e r e n tk i n d sa r ew i d e l yu s e di nd a i l yl i f ef o ri t su n i q u e f e a t u r e ss u c ha sm o r ei n t e r a c t i o nw i t ht h eu s e r , m o r ei n f o r m a t i o n ，e a s yt o s h a r e 1 1 1 ee l e c t r o n i cm a p sc o u l db ec a t e g o r i z e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n t u s a g e ，t a r g e tu s e ra n de q u i p m e n tt h a td i s p l a yt h em a pe t c b u li ts e e m se v e r y c o m p a n ym a d et h ee l e c t r o n i cm a p sa c c o r d i n gt ot h e i ro w ns t a n d a r d s ( f o m ， r o a dl a b e la n dc o l o re t c ) n o tm u c hs c i e n t i f i cr e s e a r c h ，e s p e c i a l l yc o g n i t i v e p s y c h o l o g i c a lm e t h o dh a sb e e nu s e di nt h ef i e l d t h i sr e s e a r c hw a sa i m t of i n d ag e n e r a lm e t h o dt ok n o wt h ed e f a u l ts i z eo fc h a r a c t e ri ne l e c t r o n i cm a p 2 8c h i n e s ep e o p l ew i t hn o r m a lo rc o r r e c t e d - t o - n o r m a iv i s i o np a r t i c i p a t e d i nt h et h r e ee x p e r i m e n to ft h i sr e s e a r c h t w od i f f e r e n tl e v e lo fr o a dc o m p l e x i t y b a c k g r o u n dw e r eu s e dt h r o u g h o u tt h ee x p e r i m e n t s c h i n e s ec h a r a c t e r sw i t h d i f f e r e n ts p a t i a lc o m p l e x i t i e se v a l u a t e db ys p a t i a lf r e q u e n c y ( s o n gf o n t ) w e r e c h o s e n 勰t h et a r g e ts t i m u l u s 1 1 1 ef i r s te x p e r i m e n tw a sa i mt of i n dt h ea c u i t i e s ( r e c o g n i t i o n t h r e s h o l dc h a r a c t e rs i z e ) o fc h i n e s ec h a r a c t e r sw i t hr o a d b a c k g r o u n d 1 nt h es e c o n de x p e r i m e n t ，f a u tc h i n e s ec h a r a c t e r sw e r e i n v e n t e dt o f i n dt h ec o m f o r ta c u i t i e so fc h i n e s ec h a r a c t e r sw i t hr o a d b a c k g r o u n d t h el a s te x p e r i m e n te x p l o r e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw o r d s p a c e sa n da c u i t i e s t h er e s u l to ft h ef i r s te x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ec o m p l e x i t yo fb o t ht h e b a c k g r o u n da n dt h ec h i n e s ec h a r a c t e r si n f l u e n c e dt h er e c o g n i t i o no ft h e c h a r a c t e r sa n dt h et h r e s h o l do ft h i se x p e r i m e n tw a s7 2 4m i n u t e t h es e c o n d e x p e r i m e n tf o u n d17 2 7m i n u t ew a s t h et h r e s h o l do fc o m f o r tv i e w i n g a n dt h e c o m p l e x i t yo fb a c k g r o u n da n dc h i n e s ec h a r a c t e r s ( o rn o t ) d i d n ta f f e c tt h e t h r e s h o l d t h el a s te x p e r i m e n ts h o w e ds u b j e c t ss p e n tm o r et i m eo ne a c hm a p ， b u tl e s st i m eo ne a c hw o r dw h i c hm e a n st os o m ee x t e n t ，p e o p l ec o n d u c t e d m o r ee f f i c i e n t l yi ns e a r c h i n gw o r da sm o r ew o r d sa p p e a r e do nt h em a p k e yw o r d ：c h a r a c t e rr e c o g n i t i o n ，c h i n e s ec h a r a c t e r , t h r e s h o l d ，v i s u a l s e a r c h 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：逍日期：竺丑：! ，i 。 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留，使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名谊 日期：进：”口 导师签名： 日期： 1 引言 随着科技的发展，地图已经从原先纸面地图的形式逐渐过渡到电子地图的形 式。电子地图具有交互性，任意比例尺，能够无缝链接，动态载负量调整，多维 化，信息丰富，共享性，快速信息检索和空间分析和成本低等特点( 吴晓春，2 0 0 5 ) 。 因为这些特征，电子地图在人们工作生活的各个领域中起到了越来越大的作用。 这种作用小到人们出行时道路交通信息的查询，大到军事系统对于国家安全的维 护，不可小觑。需要说明的是，电子地图本身是个很宽泛的概念，本次研究所涉 及的电子地图指显示在计算机屏幕上的二维矢量地图。 作者在本实验研究之前的调查中发现，电子地图上各个要素，比如字体， 字号，间距，色彩等都没有一个统一的规范，可以说各个电子地图生产厂商完全 是根据自己的经验或者参考别人的做法来完成地图制作的。本次研究选取了比较 具有代表性的四家民用电子地图网站( 谷歌地图，百度地图，丁丁地图及搜狗地 图) 进行一个简单的比较( 详见分析与讨论部分) 。截止2 0 0 7 年3 月底，这四种 电子地图的一般道路及点位信息( 比如兰溪路) 字体均为o f t c o w o r d 中的宋体， 但是具体在道路上( 比如兰溪路) 上标注几个路名( “兰溪路”) 却各有千秋。在 表示不同层级地图信息时，道路的标注更是各有所长，且各家电子地图的配色方 案也有很大差异。 之前关于电子地图的研究多集中于地理及信息专业。比如，席嘉( 2 0 0 5 ) 在 对电子地图可视化技术的研究中，通过色彩，符号的选择设计，以及对于地图上 层次细节( l e v e l so fd e t a i l ，l o d ) 中线条字体的规定来达到提高地图可视化的 目的。研究结果包括：区县名字用“方正大黑”，字号为1 2 磅；行政单位名称用 “黑体”，字号为1 0 磅等。但是文中对于为何不可以使用诸如“6 毫米的道路” 的解释只是“从用户视觉感受的角度来看”或“显然不符合各种符号之间的比例 关系，可能最终影响用户使用电子地图的心理认知过程”，仅从文字中无法确切 知道研究者究竟如何制定出这一系列标准的。 其他一些对于电子地图标志进行研究的实验只涉及到地图的色彩配置，比如 选取视力正常无制图经验的学生对三种地图配色方案进行选择及匹配，推荐一套 最佳的配色方案( 赵宁，2 0 0 5 ) 。有的研究者让被试自己来调节地图可视化界面 2 的视觉外观特征，之后通过被试操作任务的时间和主观评价来判定六种界面的优 劣( 凌云，2 0 0 5 ) 。另外，李玲慧( 2 0 0 2 ) 提出了( 纸面及电子) 地图使用效益 的评判标准( 比如年利用率，工作效率提高水平等) 与指标计算方法；樊莉莉 ( 2 0 0 4 ) 对当时的网上的电子地图的信息内容，易用程度和影响力进行评测，得 出当时的“图行天下”( w w w 9 0 2 m a p c o r n ) 和中国电子地图出版社的电子地图 ( w w w c h i n a m a p c o r n ) 综合评价比较优秀。上述研究都有各自的特点，但涉及 认知方面的研究就显的比较薄弱，比如仅以被试对两个问题的回答来得出“最佳 配色方案”等( 赵宁，2 0 0 5 ) 。 因此，运用心理学方法来对这些要素进行测量，从而为规范，或生产出更 加适合使用人群的电子地图便成了本研究的初衷。 本次研究作为这一领域的初步尝试，从电子地图汉字辨认阈限，汉字辨认舒 适阈限以及地图信息搜索这三个方面进行研究，为提供一套电子地图制作的规范 提供一些参考资料。 由于电子地图种类繁多，针对不同的人群又具有完全不同的作用，因此本 研究旨在探索一套测量方法，使得之后的各种类型的电子地图可依据此方法进行 测量，制定相应标准。 1 1 地图汉字辨认阈限 要研究电子地图上汉字的辨认阈限，首先就要来回顾一下之前关于汉字辨认 阈限的研究。之前的汉字辨认研究一般从这样几个方面来解释汉字辨认与认知关 系的： ( 一) 字频效应：有研究表明读音反应中存在字频效应，对高频字的认读明 显快于低频字( 高定国，钟毅平，曾铃娟，1 9 9 5 ) ；辨认时间随字频减小而增大 ( 陈凌育，赵信珍，孙复川，1 9 9 9 ) 。 ( 二) 笔划数效应：郑昭明( 1 9 8 2 ) 采用强迫选择作业研究词优和字优效应 时发现，汉字辨认中存在笔划数效应，并且在低频字词中表现更加明显；j u s t 等 人( 1 9 8 3 ) 通过眼动记录发现，对词的注视时间随汉字笔划数增多而延长；朱晓 平( 1 9 9 4 ) 研究发现，笔划数效应在高频范围内不显著，在低频时显著；彭聃龄 等( 1 9 9 7 ) 用命名作业和真假字判断作业考察了笔划数和部件数对汉字加工的影 3 响，发现当部件数保持恒定时，笔划数少的汉字较笔划数多的汉字加工快，这 种笔划数效应和字频之间不存在交互作用。 ( 三) 部件效应：张武田，冯玲( 1 9 9 2 ) 研究发现高频字中存在部件数效应， 低频字中没有，研究者认为高频字是以部件和笔划的混合加工方式进行；喻柏林 ( 1 9 9 5 ) 研究发现部件认知成绩因部位不同而不同；彭聃龄等( 1 9 9 7 ) 发现当笔 划数被控制时，部件数效应也存在，但和字频有交互作用，表现在低频少部件 汉字的加工要快于低频多部件汉字的加工，而高频汉字中的部件数效应不显著； 韩布新( 1 9 9 8 ) 发现部件频率既受到整字频率影响，也能影响整字的辨认；另外 周新林，曾捷英( 2 0 0 3 ) 也证实字形加工中存在着部件数效应，部件越多越容易 辨认汉字字形。 ( 四) 其他因素：比如汉字辨认中的笔划类型效应( 喻柏林，1 9 9 0 ) ：框架 结构效应( 肖崇好，黄希庭，1 9 9 8 ) ；曾捷英( 1 9 9 9 ) 等提出汉字存在通透性可 以用来解释汉字的笔划数效应，笔划类型效应和部件数效应；另外郭小朝( 2 0 0 0 ) 提出汉字辨认中整体优先效应等。 以上研究都是对汉字研究的早期探索，都存在一定的问题( 比较明显的问题 是各个实验的视角都不同) 导致相互矛盾的研究结果( 比如笔划数效应是否存在 这个问题，有的研究发现部件效应，有的却未发现等等) 。之后研究者为了避免 这些问题，采用了视角这一新的变量来对汉字的辨认进行研究( 蔡治，2 0 0 3 ；余 聪，2 0 0 5 ；王优，2 0 0 6 ) 。 蔡治( 2 0 0 3 ) 的研究以视角为自变量，采用眼动研究技术，较系统的探讨了 视角对汉字辨认的影响。研究中采用了视角的七个水平，取值从2 。到1 9 。研 究结果表明，汉字辨认的基本单元是部件或者类似部件的小结构单元，同时研究 认为1 0 。到1 1 。的视角是最佳视角，因为此视角下具有最短的反应时和注视时 间。但是蔡治的实验用字只是选取了3 3 个高频汉字，笔划数5 1 3 划，没有更 加精确的汉字选择标准。 余聪( 2 0 0 5 ) 等人的研究则弥补了汉字选择这方面的不足。其汉字的选择需 要三个步骤：首先从5 0 0 个常用汉字中选取笔划从少到多的六组汉字；然后计算 汉字空间距离，从每组汉字中选出1 2 1 5 个空间几何距离居中的汉字，去掉发 音和字义相近的字；最后每组选定1 0 个汉字，共六组( c c l 到c c 6 ) 6 0 个汉 4 字( 详见实验部分介绍) 。余聪等人有关汉字和英文字母辨认阈限的实验中比较 了这六组汉字刺激( 黑体) 的辨认阈限，发现汉字辨认阈限随笔划频率增加而增 加，但从c c 4 ( 1 1 1 2 划) 开始达到最高值。 王优( 2 0 0 6 ) 的研究选取了六组汉字中的三组( 每组汉字有宋体、楷体、仿 宋和黑体四种字体) ，并且和s l o a n 字母和e 视标进行比较。结果表明汉字的大 小辨认阈限显著高于英文字母和视标e ，汉字辨认阈限随空间复杂性增加而增 加，笔划频率影响字符辨认但非决定性因素；另外字体影响汉字辨认，黑体的大 小辨认阈限最低，楷体次之，宋体和仿宋最高。 本次研究将在这几个实验的基础上，采用改变视角的汉字辨认研究方法，对 电子地图上的汉字辨认加以研究。 除了上述关于汉字辨认的研究，如何模拟电子地图的道路背景也是研究中的 一个问题。 王惠萍( 2 0 0 3 ) 研究了汉字整体和笔划频率对笔划认知的影响。研究中将笔 划呈现在汉字背景上。其中背景汉字分成四类，包括高频少笔划字，高频多笔划 字，低频少笔划字和低频多笔划字；背景上的四种笔划是横竖撇捺。实验中黑色 背景字的大小为4 x 4 厘米2 ，目标笔划的大小为2 x 2 厘米2 实验首先呈现目标 笔划，之后呈现有或无背景的刺激笔划，被试通过按压反应键指出刺激是否是目 标笔划或刺激中是否存在目标笔划。该研究发现辨认汉字中的笔划的反应时受背 景汉字笔划多少的影响。辨认少笔划汉字中的笔划比辨认多笔划汉字中的笔划容 易。纵观此研究，实在比较难以理解为什么要用与目标刺激不合比例的汉字作为 背景，不过这种使用汉字作为背景的思路倒是可以借鉴。 1 2 地图汉字辨认舒适阈限 人在看东西时，不仅要看的见，更要看的清，看的舒服不费力，因此就有了 舒适阈限。 关于汉字辨认中，哪种视角是最舒适的视角的问题，之前有过一些研究。 人的眼球在中央凹处聚集了高密度的视锥细胞，具有高分辨力。随着中心到 周围锥体细胞的数量下降，人机工程学研究表明眼睛的区分能力从中心到周围也 急剧下降( t h w e r t h e i m ，1 9 8 0 ；赖维铁，1 9 8 3 ) 。冯洪梅( 2 0 0 0 ) 提出从视觉 5 的生理结构上来说，眼睛的中央凹形成的视角为5 。，黄斑形成的视角为8 。， 因此5 。左右应该是图形识别的适宜角度。蔡治( 2 0 0 4 ) 认为如果按照视网膜上 中央凹底部，中央凹，黄斑和黄斑以外区域与角膜中心的夹角为界，人的实际视 角范围可以分成几个水平，其中最好的就是中央凹部分与角膜中心的夹角，大约 1 2 9 到5 。 蔡治( 2 0 0 4 ) 通过7 个视角水平测试，要求被试发声辨认汉字，研究者记录 反应时，注视时间等数据，发现不同视角条件下的反应时总体差异不显著。另外， 蔡治的研究认为汉字辨认的最适宜视角为1 0 。到1 1 。，原因是反应时随视角的 变化的曲线为抛物线，开口向上，抛物线的顶点位置反应时间最短被认为是最适 宜视角。研究中将最佳视角定义为：“在此视角下，眼睛不需要做过多扫描即能 获取目标字的足够信息，并将信息传递至大脑的觉察器进行辨认的视角。” 按照论文中提供的数据，当视角处在最适宜视角，即1 0 。时，1 5 寸显示器 上的汉字高度为6 7 0 2 厘米，1 9 寸显示器上汉字大小为8 7 5 3 厘米。这样的结果 似乎不太实用( 详见分析与讨论部分) 。 追根溯源，探究一下研究者是如何得到这个结果的。研究者将视角为2 。到 1 9 。问被试对汉字的反应时作为考察指标，发现“不同视角条件下的反应时总体 差异不显著”，然后将反应时最短的点作为最适宜视角。但正如此研究实验结论 部分分析所言，“总的来说视角对汉字识别反应时的影响不大，只在某些条件下 会产生影响”，这种方法似乎并不是那么恰当。 因此，本次研究将从另外一个角度来进行研究。 汉字是由笔划构成的，但是汉字的辨认确受到部件，字形，语境等众多因 素影响，即人并不需要看清汉字的每个笔划，就可能正确辨识某个汉字。那么可 以将不费力看清汉字的标准定为不费力的看清汉字的每个笔划。研究中可以造一 些“非字”，即需要被试看清每个笔划后才能进行判断。因此对于舒适，本研究 的定义是“人能够不费力的看清汉字的每个笔划。” 过去的研究有一些也利用过“非字”或者“假字”来进行研究。比如曾性 初，张履祥，陈绍宽( 1 9 6 5 ) 研究了汉字各种笔划的使用频率，考察汉字不同部 位的信息量。采用了省前式( 按笔顺将各个字最前面的笔划省掉) ，略后式( 按 笔顺将各个字最后面的笔划省掉) ，保框式( 省略对大体轮廓影响不大的笔划， 6 使字在省略后在一定程度上还保持原来的框架) 三种方式，六种水平省略汉字笔 划。彭聃龄，王春茂( 1 9 9 7 ) 采用命名作业和真假字判断作业，认为笔划是汉字 视觉加工的最小单位，笔划辨识的作用主要表现在低频字上，而部件分析发生在 一个较高层次上。但文章中对于假字是如何得到的没有具体说明，只是说“在造 假字时，尽量使假字的笔划数分布、部件数分布和真字相同；同时，这些假字大 都符合正字法。”本次研究通过实验比较采取了省笔划的方法，详细方法请见实 验部分 1 3 地图信息搜索 电子地图的优势就在于其无限的信息容纳能力。但是究竟在一个已经确定大 小的电子地图上显示多少信息比较合适呢? 信息过多，找目标信息就困难，使用 者感觉费力；但是排列稀疏或者字体较大又牺牲了信息含量，或者从经济的角度 来说，浪费了大量空间。那么如何在“看清找到”和“不过于密集”之问找到平 衡点呢? 首先来看一下之前这方面的相关研究。 在视觉搜索方面，最早提出搜索模式的是s t e r n b e r g ( 1 9 6 9 ) ，他从短时记忆 信息提取方式的研究中得出信息提取匹配的两个假设，即平行搜索( p a r a l l e l s e a r c h ) 和系列搜索( s e r i a ls e a r c h ) 。平行搜索是被试将测试项目与记忆集中的 全部项目同时进行比较，因此被试做出反应的时间不会随识记项目或记忆集的大 小而发生变化；而系列搜索是被试将测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继 比较，那么被试的反应时将随着识记项目增多或记忆集增大而增加。之后，j e r e m y m w o l f e ( 1 9 9 8 ) 通过大量的视觉搜索任务研究，用庞大的数据集所描绘的坡 度曲线，弥补了以往视觉搜索研究存在的不足，证实视觉搜索方式是自由无序的。 关于视觉搜索是平行搜索，系列搜索还是自由无序搜索，研究者们各有主张，争 论不断。但是在道路背景上对汉字进行搜索方面的研究则鲜见。 在人机交互领域，类似的研究虽然未采用心理学的方法，但是研究的思想和 结论却可以借鉴。r i s t on a s a n e n ( 2 0 0 1 ) 发现字母搜索任务的完成速度可以作为 显示器评估的辅助手段，尤其是在显示对比度低，字母比较小的时候。t o m a s l i n d b e r g ( 2 0 0 3 ) 等人研究了计算机图标之间距离与图标大小对于人类搜索的 影响。研究分为三个实验：实验一研究通过对于图标间距离对搜索速度的影响讨 7 论了眼睛一瞥能够看到的图标数目；实验二研究了图标大小的影响；实验三研究 了人主观喜欢的图标距离大小。得到的结论是图标距离对搜索需要时间没有影 响，而视角小于0 7 。的图标( 图标大小) 所需的搜索时间大大增加，对于主观 感受，人们更加喜欢图标与图标之间间隔一个图标大小，应当避免图标相邻( 无 空隙) 的情况。c d a v i e s ( 2 0 0 5 ) 通过视觉注意模型提高航拍图辅助地图绘制 的能力。 在地理学上，对于信息的容纳能力有一个专业术语：地图载负量。地图负载 量一般理解为整个地图图幅范围内地图符号和标记的总数量，可以用单位面积内 的符号和标记的数量来量化。地图载负量的表现形式有面积载负量和数值载负 量。地图的载负量具有极限值，超过这个极限值，地图内容会给用户的视觉造成 杂乱无章的感觉，读图效率严重下降。对于纸面地图，张法( 2 0 0 6 ) 提出特征信 息量法来对地图的信息量进行测量。而对应电子地图，其极限载负量和制图综合、 计算机屏幕尺寸及分辨率以及地图符号的表示方法有很大关系，但是如何根据具 体情况来确定不同用途及表示方法的电子地图的极限载负量数值至今还没有确 切的计算方法，通常的做法是根据实验数据和统计方法相结合来确定( 席嘉， 2 0 0 5 ) 。随着计算机硬件性能的提高和制图技术的发展，电子地图可以表达的内 容会逐渐增多，极限载负量可以明显提高。如文章开头提到的，之前的研究比如 席嘉( 2 0 0 5 ) 是通过色彩，符号的选择设计，以及对于地图上层次细节( l e v e l s o fd e t a i l ，l o d ) 中线条字体的规定来达到提高地图可视化的目的，提高地图载 负量，但通览全文，并没有确切的实验支持或者具体可操作的规范。 总的来说，本次研究尝试在道路背景上搜索汉字信息的实验对于电子地图领 域制图等方面还是很有必要的。 8 2 实验研究 2 1 研究构想 要研究各种电子地图上汉字( 符号) 的辨认阈限，就必须解决如何对地图背 景加以变量控制的问题，即地图背景的复杂度的控制。 通过探索，本次研究将已经确定复杂度的汉字转换成空心字，并进行旋转作 为道路背景。三个实验都是在这样的地图背景上完成。之后的类似研究可以根据 不同的电子地图种类进行不同的背景设置。 。 实验一主要是研究道路背景下单个汉字的辨认阈限。 实验二主要是研究道路背景下人不费力就能看清汉字的阈限。 实验三主要是研究在相同面积的电子地图上，汉字间隔和信息搜索的关系。 2 2 实验一 2 2 1 被试 华东师范大学学生共8 人，主动自愿参加实验，其中男生4 人，女生4 人， 年龄介于1 8 2 5 岁，经过视力检查，单眼裸眼视力或矫正视力均在1 0 以上( 包 括1 0 ) ，均未参加过此类实验，实验后获得被试费。有效数据8 人。 2 2 2 实验仪器 刺激呈现在一台2 1 英寸的s o n yg 5 2 0 彩色显示器中央( 分辨率为1 9 2 0 x 1 4 4 0 象素，每个象素的横向与纵向大小均为0 2 0 3 毫米，刷新频率为6 0 h z ) 。显示器 的亮度根据8 - - b i t 对照表( l o o k - u pt a b l e ) ，使用s p i d e r 2 p r o 进行校准。实验在 w i n v i sf o rm a t l a b ( v e r s i o n2 2 ，n e u r o m e t r i c si n s t i t u t e ，b e r k e l e y , c a ) 环境中 运行。 2 2 3 实验材料 实验材料由汉字材料和背景材料构成。汉字材料为5 0 x 5 0 象素，背景材料为 1 0 0 0 x 1 0 0 0 象素( 示例见附录2 ) 。汉字和背景材料皆是绘图软件p h o t o s h o p 制作 出的位图文件( b m p ) ，背景颜色为白色，即r g b ( 2 5 5 ，2 5 5 ，2 5 5 ) ，汉字颜色 为黑色，即r g b ( o ，0 ，0 ) 。三个实验皆是如此。 2 2 3 1 汉字材料 余聪等( 2 0 0 5 ) 有关汉字和英文字母辨认阈限的实验中比较了六组汉字刺 9 激( 黑体) 的辨认阈限。这六组汉字刺激的选择方法是：首先将国家标准局现 代汉语字频统计表中的5 0 0 个最常用汉字按笔划数目分为六组( 从c c l 到c c 6 ， 比划数分别为：2 4 ，5 6 ，8 9 ， 1 1 1 2 ，1 3 1 5 ，1 6 1 8 ) 。把5 0 x 5 0 象素大小的每个汉字看成5 0 x 5 0 维空间中的一个点，计算每组汉字之间的空间 几何距离( 空间几何距离是一种用来测量样本数据间亲疏程度的方法，此处用 以测算两个汉字之间的相似程度) 。最后用m a t l a b 程序从每组汉字中选出1 2 到1 5 个空间几何距离居中的汉字，然后根据主观判断去掉发音和字义相近的 字，最后每组选定l o 个汉字。总共六组6 0 个汉字( 参见图1 ) 。 $ 1 0 a nc d hkno r svz c c l个文么山少之十力人天 c c 2州月占只无区以世风任 c c 3条名抓电各好取医非多 c c 4 益售很资建傲学深张事 c c 5 势数想续验率常群策领 c c 6需惑题路德增解就赛整 图1s l o a n 字母和不同笔划的汉字刺激材料( c c i ：2 4 划，c c 2 ：5 6 划，c c 3 ： 8 9 划，c c a ：1 1 1 2 划，c c 5 ：1 3 1 5 划，c c 6 ：1 6 1 8 划) f i g 1s t i m u l im a t e r i a l so fs l o a nl e t t e r sa n dc h i n e s ec h a r a c t e r sw i t hd i f f e r e n ts t o k e s ( c c l ：2 4 s t r o k e s ，c c 2 ：5 6 s t r o k e s ，c c 3 ：8 9s t r o k e s ，c c a ：1 1 1 2 s t r o k e s ，c c 5 ：1 3 1 5s t r o k e s ，c c 6 ：1 6 1 8s t r o k e s ) 实验发现汉字辨认阈限随笔划频率增加而增加，但从c c a ( 1 1 1 2 划) 开 始达到最高值。之后王优( 2 0 0 6 ) 关于汉字和英文字母辨认阙限进一步的实验发 现字体影响汉字辨认，宋体、楷体、仿宋和黑体中，黑体的大小辨认阈限最小， 楷体次之，宋体和仿宋最大；又考虑到目前在计算机上广泛使用的w i n d o w s 操 作系统中使用的默认中文字体是宋体，因此，本次研究采用二组共1 0 个汉字座 位汉字刺激材料，分别是宋体的“个，文，么，山，少”及“益，售，很，资， 建”。在实验中称为c c l 和c c 2 组( 参见图2 ) 。 1 0 图2 实验刺激及其对应的反应按键 f i 昏2s t i m u l if o r t h ee x p e r i m e n ta n dc o r r e s p o n d i n gk e y s 2 2 3 2 背景材料 背景材料主要是用来模拟地图上的道路情况的。由于道路情况会有不同的复 杂度，因此为了保证实验同一组背景材料复杂度相当，研究采用了复杂度相当 的汉字变化成空心字体，然后对笔划交叉的部分予以清除，使之与地图上的道路 相似。由于不希望背景是可辨认的字而干扰被试对背景中间汉字的辨认，背景字 被倒置呈现( 参见附录实验材料示例) 。 另外背景材料选取了两个汉字复杂度各四个字进行对比。实验中称为f 1 和 f 2 。 2 2 3 3 刺激生成 用v i s u a lb a s i c 以及m a t l a b 程序生成刺激。5 0 x 5 0 象素的汉字材料呈现在 1 0 0 0 x 1 0 0 0 象素的道路背景上，文字与道路线条为黑色r g b ( o ，0 ，o ) ；其他部 分为白色r g b ( 2 5 5 ，2 5 5 ，2 5 5 ) 。 2 2 4 观察条件 在实验室正常照明下，被试根据屏幕上显示的观察距离，沿着固定在实验室 地面上的卷尺前后移动位置，要求眼睛与卷尺上的相应刻度线尽量保持在一条竖 直线上。卷尺始于显示器屏幕正下方的地面，其刻度线与显示器屏幕保持平行( 实 验室仪器设置见附录) 。所有被试中最近和最远观察距离分别为2 8 米和6 8 米。 2 2 5 实验程序 本实验采用恒定刺激法，实验自变量为两种不同复杂度的汉字( c c l 和c c 2 ) 以及两种复杂度的背景( f 1 和f 2 ) ，因此有c c i f 1 ，c c l f 2 ，c c 2 f 1 和c c 2 f 2 共四种刺激组合。 每位被试在正式实验前都需要测量并确定视角水平( 根据个人的视力情况) ， 这些视角水平对应的辨认正确率范围从几乎看不到( 随机水平3 0 4 0 ) 到完 1 l 5 少建4 山资3 么很2 文售1 个益 t 2 c c v v 全看得清楚( 9 0 1 0 0 ) 。复杂度为c c l 的汉字确定6 个视角水平，同样复杂 度为c c 2 的汉字确定另外6 个视角水平，共1 2 个视角水平，进行正式实验。被 试通过调节观察距离来改变视角大小，每组刺激均独立测试。 视角的计算公式如下： 口= 【a r c t a n ( s d ) 】x 1 8 0 j r x 6 0 ( 1 ) 公式( 1 ) 中，口表示视角，此处以分( m i n u t e ) 计，s 代表字符的实际大小， d 为观察距离 每组内的每个刺激对应一个数字键( 见图2 ) ，被试通过按键对呈现的刺激 做出反应，表明自己看到的是哪个刺激( 五选一迫选法) 。实验刺激持续呈现直 到被试反应为止。 整个实验共7 轮( 每轮大约一个小时，实验室中一个主试对一个被试进行实 验) ，正式实验共6 轮。正式实验前的1 轮实验用来练习和选定适合该被试的视 角水平( 两种复杂度的汉字各确定6 个视角水平) 。每个被试每天一般只进行一 轮实验( 有特殊原因的被试如果一天进行两轮实验，中间会间隔一定时间使眼睛 得到休息) ，实验天数按其空闲时间安排，不一定为连续的几天。所有实验在8 周内完成。 每轮实验被试被要求站在6 个不同的距离对屏幕上的字进行辨认，并且按相 对应的数字键。每个距离，被试会看到c c l x f l ，c c l x f 2 ，c c 2 x f l 和c c 2 x f 2 四组刺激，每组2 0 张图片，共8 0 张图片，称为一个刺激块。实验前，会将6 个视角随机化处理。因此，每轮实验被试需要作出反应的刺激块总数为4 ( c c l x f l ，c c l f 2 ，c c 2 x f l 和o c 2 x f 2 四组刺激) x 6 ( c c l 视角水平) + 4 ( c c l x f l ，c c l x f 2 ，c c 2 x f l 和c c 2 x f 2 四组刺激) x 6 ( c c 2 视角水平) = 4 8 ， 共按键反应4 8 ( 刺激块) x 2 0 ( 每个刺激块图片数) = 9 6 0 次。 开始测验前，屏幕上显示将要呈现的刺激类型( 汉字刺激还包括字体类型) 和观察距离，被试到指定观察距离后按回车键即进入测试。测试完毕后屏幕上里 现“请休息1 2 分钟”字样，此时所有按键失效，强制休息半分钟。之后屏幕上 显示下一刺激块的说明，被试按回车键即可开始新一刺激块的测试。 2 3 实验二 2 , 3 1 被试 华东师范大学学生共8 人，主动自愿参加实验，其中男生4 人，女生4 人， 年龄介于1 8 2 5 岁，经过视力检查，单眼裸眼视力或矫正视力均在1 0 以上( 包 括1 o ) ，均未参加过此类实验，实验后获得被试费。有效数据8 人。( 被试与实 验一相同) 2 3 2 实验材料 采用c c 4 的1 0 个汉字( 7 1 1 划) ，以及从5 0 0 个常用汉字中笔划为7 1 1 划( 除已被选定的十个汉字) 的汉字中随机选出的5 个( “的”、“经”、“家”、“要”、 “展”) 作为干扰项，共1 5 个汉字。另外，将这1 5 个汉字的笔划从1 开始编号， 同时用计算器产生1 5 个随机数，去除汉字对应的笔划，如果随机数大于字的笔 划数的则减去字笔划数的整数倍，得到某个比划数，将此笔划去除，生成另外 1 5 个“非汉字”。共生成四组随机数，产生四组缺少不同笔划的“非字”。这样 可以避免被试熟悉缺省笔划。 用v i s u a lb a s i c 以及m a t l a b 程序生成刺激。刺激为黑色r g b ( 0 ，0 ，0 ) ， 其他部分为白色r g b ( 2 5 5 ，2 5 5 ，2 5 5 ) 。5 0 x 5 0 象素的汉字材料呈现在1 0 0 0 x 1 0 0 0 象素的道路背景上。 2 3 3 观察条件 在实验室正常照明情况下，被试将头置于头架上，调节头架高度，使得双眼 和屏幕的汉字在同一高度。被试可以从一面与显示器屏幕相对的特制镀银平面镜 中观察刺激。平面镜的高度和角度均可以调节。被试和屏幕在同一水平线上，镜 子置于固定的桌子上，桌子上划有测量过的距离( 背景中间汉字到镜子中汉字的 距离加上镜子中汉字到人双眼中心的距离之和) 。另外桌子上有固定的轨道保证 镜子在移动的过程中，被试一直能看到整个显示器屏幕，必要时可对平面镜的高 度和角度进行微调。划定的最近和最远观察距离分别为0 米和3 6 米，间隔为0 1 米，实验中称每个间隔为一小格。 + 2 3 4 实验程序 主试帮助被试调节头架，使得双眼和屏幕的汉字在同一高度。 本次实验使用调整法，每个汉字字或非字呈现前，主试将镜子移至最大距离 处，如果被试正确辨认了汉字或者正确说出了字缺少哪个笔划，则主试记录下这 个距离数：如果被试不能正确辨认汉字或者无法正确说出字缺少的笔划，则主试 将镜子按照轨道向前移动一格，直到被试认为自己在这个距离上可以毫不费力的 看清楚，做出正确回答。 本次实验共四轮，被试每轮需判断：1 5 ( 汉字) x l ( f 1 ) + 1 5 ( 非字1 ) 1 ( f 1 ) + 1 5 ( 汉字) x l ( f 2 ) + 1 5 ( 非字2 ) 1 ( f 2 ) = 6 0 次，共计6 0 ( 次，轮) x 4 ( 轮) = 2 4 0 次。每个被试每天一般只进行一轮实验( 有特殊原因的被试如果 一天进行两轮实验，中间会间隔一定时间使眼睛得到休息) ，实验天数按其空闲 时间安排，不一定为连续的几天。所有实验在4 周内完成。 每次实验，被试要完成不同轮的不同复杂度的两小轮，比如第一轮的f 1 ， 和第二轮的f 2 ，或者第一轮的f 2 和第四轮的f 1 。大约需要一个小时。汉字和 背景的组合完全随机，但保证每个汉字和非字都呈现一次。每个汉字或非字判断 结束会有休息提示，每小轮过后都会有5 l o 分钟的休息。 2 4 实验三 2 4 1 被试 华东师范大学学生共2 0 人，主动自愿参加实验，其中男生1 0 人，女生1 0 人，年龄介于1 8 2 5 岁，经过视力检查，单眼裸眼视力或矫正视力均在1 0 以 上( 包括1 o ) ，均未参加过此类实验，实验后获得被试费。有效数据1 9 人。 2 4 2 实验材料 背景道路采用复杂度f 2 ，大小为1 0 0 0 x 1 0 0 0 象素，随机呈现。道路上有一 定数量的汉字( 5 0 x 5 0 象素) 呈现，汉字的中心与中心之间间隔分为五个等级， 分别是1 8 0 象素，1 6 0 象素，1 4 0 象素，1 2 0 象素和1 0 0 象素( 对于道路背景上 将呈现3 3 ，4 2 ，5 6 ，7 2 和1 0 5 个汉字) 。汉字刺激为黑色r g b ( 0 ，0 ，o ) ；其 他部分为白色r g b ( 2 5 5 ，2 5 5 ，2 5 5 ) 。 实验使用v b 编程。 2 4 3 观察条件 在正常实验室照明情况下，被试坐在离屏幕两米左右的椅子上，在练习时， 要求被试找到最舒适的坐姿，并且调整椅子的位置，使得在这种坐姿下，眼睛和 屏幕的水平距离是2 米( 如果被试坐高不够，可以在椅子上垫书以增加坐高) 。 2 4 4 实验程序 主试固定好被试的座位后，被试尽力保持相同姿势进行实验。实验共6 个目 标字，每个目标字包含5 个刺激块，即5 种字间距。每种间距将呈现2 0 幅地图， 1 4 其中1 0 幅包含目标汉字，另外1 0 幅不包括目标汉字。被试按空格键开始实验， 每个刺激块首先在空白背景上呈现目标字，之后呈现有一定数量汉字的模拟地 图。要求被试判断在道路背景上呈现的字中是否有目标字，有目标字的按“z ” 键，没有的按“? ”键，被试被告知在保证准确的情况下尽快反应。如果被试反 应错误，比如没有目标字的按成有目标字，则程序将在最后增加一副没有目标字 的地图，直到被试2 0 次反应正确( 1 0 次有目标字，1 0 次没有目标字) 。刺激块 之间有休息，被试可按照自己眼睛的疲劳程度用空格键来控制休息时间。每个被 试完成所有实验需要大约1 2 小时。如果反应都正确，总共的按键次数是：6 ( 目标字) x 5 ( 间距) x 2 0 ( 1 0 个含有目标字，1 0 个不含有目标字) = 6 0 0 次。 目标字呈现1 0 0 0 毫秒后呈现第一张图片，被试按键反应后5 0 0 毫秒呈现下 一张图片。 3 实验结果 3 1 实验一 取后6 轮数据计算各被试各组刺激的大小辨认阙限及所有被试的平均大小 辨认阈限( 视锐) ，单位为分( m i n u t e ) ，所有平均计算均采用几何平均数形式。 数据处理和绘图分别使用s p s s1 1 5f o rw i n d o w s 和i g o rp r o ( v e r s