透射眩光强度和色标缺口大小对被试工作绩效的影响

透射眩光强度和色标缺口大小对被试工作绩效的影响

1透射能量与车辆作业绩效随着科学技术的进步，广泛使用的平面透视仪逐渐被用于军事用途，即用于民用设备的名义上升探测器。在平视显示方面,Nakagawara等人(2004年)曾对飞行员在距地面100英尺位置降落过程中受到光线辐射的影响做了研究,发现调查者中75%的人都表示不利的视觉条件(即眩光)会导致操作困难。在民用方面,随着抬头显示屏在汽车领域的广泛应用,汽车制造商对于汽车在行驶中的安全性能以及操作方便性给予更高的重视,对于信息如何在呈现同时避免受到眩光的影响是一个不容忽视的话题。在汽车高速行驶中,查看仪表具有相当高的危险性。当汽车以100km/h行驶时,即使1s时间汽车也已经向前行驶了28m,特别是在夜间行车危险系数更高,因此如何呈现信息对于驾驶员来说十分重要。平视显示系统通过将司机在驾驶中需要查看的信息呈现在前方挡风玻璃上,从而省去了低头查看的时间,在一定程度上降低了危险性。而当交车时,透射眩光对信息的读取会有严重的影响。Musselwhite等人(2010年)曾对汽车驾驶员在各种突发条件下驾驶所受到的影响做过调查,并证明眩光是其中一个比较重要的影响因素。Theeuwes等人(2002年)曾经对眩光和汽车驾驶员在驾驶过程中的行车速度以及对行人的觉察程度作了研究,发现随着眩光强度的增加,驾驶员的不适感逐步提升到“难以忍受”,并且行驶速度明显降低,以及Wood等人(2005年)发现在较低照明情况和眩光双重情况下驾驶的难度更大,事故发生概率也随之增加。以往的研究者主要将目光集中在CRT显示屏上的信息呈现和反射眩光、直射眩光对于作业绩效的影响。比如,Shieh等人(2000年)针对字符和背景之间颜色对比对目标识别做过研究,发现在蓝色背景下呈现黄色字符辨识效果最好;许为等人(1992年)进行了不同背景亮度下CRT显示屏上不同颜色字符辨别的阈限值方面的研究,发现随着背景亮度提升,CRT显示器上红、绿、蓝3中颜色字符亮度对比阈均随之下降,而对比感受性提高。在眩光研究方面,葛列众等人(1997年)对CRT显示屏上色标判读受到不同光源的影响,发现眩光强度增大明显影响了被试的视觉作业绩效水平;Kim等人(2004年)发现在令人不适的眩光情况下进行作业,会受到来自作业区域眩光背景亮度的干扰,从而影响整体作业绩效;季卓莺等人(2006年)曾对眩光强度对于较高亮度视觉判读的影响做过研究,并得出作业绩效随眩光强度增加而下降的结论。随着平视显示系统逐步应用到民用产品中,抬头显示屏在一些中高端车辆中已经被广泛运用,比如最新的BMW5系列,因此针对抬头显示屏上信息呈现方式以及信息辨认方面的研究有其必要性。以往针对抬头显示器方面的研究较少,因此本实验研究有其展开的必要性。本实验旨在通过改变抬头显示屏上透射眩光的强度,讨论不同强度的透射眩光对于判读抬头显示屏上所呈现的色标的影响,从而研究二者之间的关系。2实验方法2.1兰道环的尺寸实验作业为兰道环判读作业。兰道环均为外径5mm,内径4mm,环宽1mm,缺口分为1mm,0.5mm和2mm三种类型,颜色为RGB标准下(0,255,0)色度。实验时,兰道环的缺口朝向分别为“上”、“下”、“左”、“右”四个方向,要求被试在保证正确率的前提下,尽可能快的判断兰道环的缺口方向。实验时,透射眩光强度分为3个等级,通过计算视标与背景之间亮度的对比值来界定。2.2检测结果及试验程序实验在暗室中进行,设备包括无色反光膜一块,黑色框架一个(28cm×34cm)CRT显示器一个,键盘一个,射灯一个,白色反光幕布一块,头部托架一个。实验设备采用如下图1所示。光源由射灯(2800K)45度角照射在幕布上形成。抬头显示屏由无色反光膜、黑色框架以及支架构成,幕布距离抬头显示屏50cm,显示屏与CRT显示器平行,相距20cm,CRT显示器所呈现的兰道环位于平视显示屏中央。头部托架距离平视显示屏30cm,计算机产生的兰道环通过CRT显示屏呈现,再由平视显示屏反射呈现给被试。被试的双眼中心、平视显示屏中心以及白色反光幕布上透射眩光光源的中心三点在同一条水平直线上。试验程序采取预先编好的E-prime程序,记录被试的反应时及正确率。产生的眩光中心与平视显示屏中心所呈现的兰道环相重叠,并且保证眩光均匀分布在平视显示屏视野范围内。2.3女性视网膜相关资料共有12名被试参加了实验,其中男性和女性各为6名,年龄在19~22岁,均为右利手,左右眼视力均正常,无色盲、色弱,无眼部或脑部疾病或损伤。2.4兰道环设置及其方向本实验为3(透射眩光强度)×3(兰道环缺口大小:1mm,0.5mm和2mm)双因素被试内设计。每个测试任务包含180个试次,四个方向上的兰道环各考察45次,其中三种缺口类型的兰道环各15次,兰道环方向及缺口类型随机呈现。3个水平的眩光强度前后顺序采取拉丁方设计平衡。2.5正式实验阶段被试进入暗室,首先进行5min后的暗适应。正式实验前,要求被试将下巴放在头部托架上,并且保证在实验的过程中不能移动。被试在主试的指导下,按实验要求反复进行训练,对连续12次兰道环的判读达到100%正确后进入正式试验。正式实验分为三个阶段,被试在标准的QW-ERTY数字键盘上反应,统一用右手反应,反应按键如图3所示。平视显示屏上呈现顺序如图4所示,先呈现指导语,被试按下回车键后,在显示屏中央呈现注视点“+”300ms,以提示被试注意,随后出现空屏300ms,空屏之后开始呈现兰道环,要求被试对兰道环开口进行快速判断,并相应作出按键反应。兰道环呈现界面设置为按键消失。试次之间间隔为500ms。3结果3.1模型试验的正确率采用SPSS16.0对每个被试的数据进行筛选,剔除一名准确率在3个标准差以外的被试数据,保留每种条件下判读的正确率均能达到90%以上的被试。最终计入数据的有11人,其中女性5名。着重进行分析被试在不同条件下对于不同类型的兰道环的判读反应时。3.2透射照射强度的影响11名被试对每个透射眩光等级各180次的判读反应时如下表2所示。由表2可见,随着透射眩光强度等级的增加,被试对兰道环的判读反应时逐步增加,绩效有明显的下降,通过重复测量F检验可证实,各眩光强度下判读反应时有显著差异[F(2,20)=35.05,P<0.000],不同透射眩光强度对被试的蓝道环判读具有非常明显的影响。从兰道环缺口大小角度来看,如表3所示,不同缺口大小的兰道环对于被试的判读速度也有显著差异[F(2,20)=55.24,P<0.000],说明不同的缺口大小对于被试判断兰道环也具有明显的影响。3.3标准1:两相互影响情况对两种条件之间的交互作用(表4)进行分析,结果如下图5所示,透射眩光强度和兰道环缺口大小之间存在明显交互作用[F(4,40)=46.717,P<0.000],说明两种条件之间具有显著的相互影响。不同眩光强度对缺口类型较小(即难度较高)的兰道环判读影响更明显,随着作业难度的提升,被试对于缺口较大的兰道环识别的绩效下降较小,而1倍缺口大小和0.5倍缺口大小的兰道环识别绩效有着明显的下降,反应时明显增长,说明眩光强度和开口大小之间具有明显的交互作用,并达到十分显著的水平。4实验结果分析如何解决眩光对于驾驶员的影响一直是工效学研究的重点,本实验与以往关于眩光的实验最大不同在于,将眩光对被试的影响直接叠加到被试需要识别的色标上,模拟汽车驾驶时可能遇见的透射眩光与抬头显示屏上信息重叠的情景,具有一定的实际意义。葛列众等人(1997年)进行的关于眩光强度对视觉判读绩效的影响研究,将光源产生的眩光直接照射在对象兰道环上,从而改变亮度对比值。而本实验除了参考葛列众等人实验设置实验设备的距离外,在目标后方产生光源,使眩光透过兰道环从而影响被试判断,相对更贴近汽车驾驶中的情况。在兰道环的选择方面,许为等人(1992年)的研究表明在相同亮度的背景下,正确辨识CRT显示屏上的红、绿、蓝色字符的亮度对比度阈均依次下降,而本实验选择绿色的兰道环,一方面是考虑到在许为等人的实验中,红色的亮度对比度阈明显低于蓝色,另一方面参考Shieh等人(2000年)实验中所得出最好的对比色组合:黄色背景+蓝色字符,结合暗室模拟夜晚的具体情况,选择采用绿色的兰道环。实验眩光强度的选择主要参考葛列众等人以及许为等人实验中不同眩光强度下被试的反应的数据选出的三组亮度值。以往的基于CRT显示器的实验研究结果与本次实验基本一致,随着眩光强度的增强,被试的作业绩效开始明显下降,在强眩光条件下被试的反应时明显增加。我们的结果表明:在无透射眩光(即对比值最大)的情况下,被试的作业绩效水平最高;随着眩光强度等级的提升,被试的作业绩效开始明显下降;在眩光强度最强的阶段,被试反应时明显要长于其他水平。这说明眩光等级越低(即屏上所呈现信息和其背景之间的对比度越高),被试读取抬头显示屏上信息的难度越小。虽然葛列众等人(1997年)的实验结果在数据上与本实验有一定的不同,但整体趋势上还是保持一致,其可能的原因是由于实验难度的增大所导致,或者由于实验中透射眩光强度过大,对比值(C)过低,工作负荷过大,被试容易在较短时间内产生疲劳,进一步在心理层面上产生一定的影响,使被试对难度较大的任务反应时明显增长,Musselwhite等人和Wood等人的研究也证明了这个观点。被试对于不同缺口大小的兰道环反应也有着明显差异。开口最大(2mm)类型的兰道环判断所需的反应时最短,随着开口的减小,被试的判断时间也有明显下降。这说明平视显示屏以较大尺寸呈现信息更有利于被试的读取与判断。由此实验结果可以说明,在驾驶过程中要尽量避免透射眩光对驾驶员的直接影响,并且抬头显示屏上的字符要采用相对较大的规格来提高辨识正确率与降低反应时。当驾驶员在驾驶中遭遇较强透射眩光影响时,抬头显示屏上所呈现的重要信息采取较大尺寸的规格更有利于辨认,从而降低错误率。本实验的不足在于,实验采用的是模拟环境,缺乏真实环境的无关变量,在实际应用中可能存在缺陷;并且实验任务相对简单,与实际驾驶情况有一定差距;仅得出较大规格尺寸的字符辨识度会较高,具体的字符尺寸确定仍需进一步实验探究。后续实验可以进一步确定在何种眩光条件下被试的工作效率能达到最高的水平,结合被试正确率及反应时随时间变化的规律,进一步研究采取何种方式呈现能够更好地降低被试的疲劳度,提高工作绩效。5被试