基于眼动追踪的南官帽椅造型特征认知分析

刘 云 ，李悦慈 ，申黎明

（1.南京林业大学，江苏 南京 210037；2.宁德师范学院，福建 宁德 352100）

基于眼动追踪的南官帽椅造型特征认知分析

刘 云1，2，李悦慈1，申黎明1

（1.南京林业大学，江苏 南京 210037；2.宁德师范学院，福建 宁德 352100）

将常见南官帽椅样本图片分成传统与现代2组，使用TOBII眼动仪，结合语义微分5级量化评价表，对其进行造型特征认知的眼动追踪实验研究。结果表明：(1)南官帽椅造型特征认知与喜好度有一定关系，不同南官帽椅存在造型特征认知共性；(2)传统南官帽椅的装饰程度、现代南官帽椅的稳定性与其喜好度呈正相关；(3)对造型特征认知具有引导作用的造型元素按重要性依次为靠背、底座、扶手等；(4)各造型特征强度分值之和为0.87，其认知度为56.50%，遵循“特征整合理论”，造型认知评价应从椅子的整体造型效果来考虑。该研究方法可为传统家具的传承设计特别是新中式椅类设计提供可行的参考，并可在进一步研究中尝试将眼动与虚拟现实(VR)相结合。

南官帽椅；造型认知；眼动追踪技术；特征强度

因“中国风”的盛行，近年来中国传统家具与新中式家具受到越来越多人的关注和喜爱，基于传统家具造型的传承取得了长足的进步。为了帮助家具企业有针对性地提升产品的附加值和消费者喜爱度，不少相关人士对家具的造型风格及传承等特征进行了积极研究。张华[1]以家具形式与意义的对应关系以及认知学相关理论为基础，对家具意象认知过程中的形态特征识别过程进行分析，总结构建了家具形态特征的一般和认知两种识别模式。马平[2]研究了各种常见现代风格椅子形态对受试者产生的视觉感受，定量与定性相结合分析总结出具有较高关注度的椅子形态特征。周毅、申黎明等[3-4]对传统与现代圈椅的造型特点与视觉特性做了理论及实验分析，探究圈椅传承形式与用户审美偏好，并建立基于视觉评价的可买性预测模型。王珺[5]、杨元[6]、张仲凤[7]等基于感性工学，从人的视觉感受意象分析了不同类家具的造型要素特征，提出了家具造型创新设计的方法，并用相关设计实例进行论证。景楠[8]结合“传承的溯源”、“传承的流变”和“传承的汇聚”3大部分构建了设计原理传承视域下的中国现代家具研究系统模式，应用数量化理论I类对传统官帽椅展开感性意象研究。邱志涛、陶云、熊建萍[9-10]等对明式家具与现代家具、清式家具进行了审美偏好的科学对比研究等。以上研究主要从家具的基本类别对其进行整体性研究和总结，可为眼动追踪技术在南官帽椅造型认知与传承方面的科学研究提供参照。

作为中国传统坐具的重要类别，传统南官帽椅在长期的历史发展中已形成了特色鲜明的造型风格，并与其现代形象一起活跃在当前家具市场，其风格能否被用户所认知，在于传统经典造型特征的连续性与相似性，消费者从产品形态上获得的认知会影响他们对产品的感知和购买[11]。研究表明，人类有80%～90%的外界信息是靠眼睛来获取的[12]，因此本研究通过眼动追踪实验和语义微分法（SD法）量表问卷对南官帽椅造型认知及相关问题展开实验研究，研究思路及关键步骤见图1，并主要探讨以下关键问题：（1）南官帽椅造型风格的认知与人们喜好之间存在何种关联?（2）传统南官帽椅与现代南官帽椅在风格认知上有何不同？（3）南官帽椅造型元素对人们认知度作用大小有何规律性?

图1 基于眼动追踪的南官帽椅造型特征认知流程Fig. 1 South of fi cer hat chair styling features cognitive process based on eye tracking

1 材料与方法

1.1 实验材料

采用瑞典TOBII眼动仪，基于Clearview2.7.0软件系统对受试者的眼动轨迹进行记录，试验地点在南京林业大学逸夫楼感性工学实验室。从相关产品图册、卖场、企业官方网站等途径进行样本搜集，得到68个样本，经多元尺度分析及聚类分析，选取角度一致且有代表性的的南官帽椅图片两组各4张，第一组为传统风格[13]，分别编号如图2所示；现代风格4张，分别编号如图3所示。所有实验图片经photoshop软件处理，使之在对比度、背景、灰度及大小这些参数上保持统一。选取15名被试人员均为南京林业大学在校师生，男性7名女性8名，年龄22～35岁，身体健康，无色盲或色弱症状，裸眼或矫正视力大于1.0，测试前6 h 未看电视或使用电脑，眼部没有不适症状，女性避免眼部画浓妆。

1.2 测试变量的层次设计

根据 Treisman 的“特征整合理论（Feature integration theory，FIT）”[14]，认知过程中人们的视觉先进行平行、序列加工，体现在眼动上则是扫视与注视，而后特征整合处理。因此实验主要设置视觉注意与视觉搜索两组变量[15]；将南官帽椅造型形态划分为 5 个兴趣区（AOI），分别表征5个造型特征：（1）靠背；（2）底座；（3）扶手；（4）座面；（5）搭脑；并在主观评价问卷中，利用五级量表对被试者主观意向进行表征。总体实验变量层次设置详见图4。

1.3 测试流程与方法

图2 传统组南官帽椅Fig.2 Traditional group of South of fi cer hat chair

图3 现代组南官帽椅Fig.3 Modern group of South of fi cer hat chair

图4 实验变量层次设计Fig.4 The experimental variables hierarchical design fi gure

对被试者进行实验任务说明后，首先使被试者距离显示屏约600 mm进行眼校准程序，再让每一位被试完成对南官帽椅的图片观看，图片呈现顺序为导语、传统组单体图片、现代组单体图片。呈现每张图片之前显示屏中央都会出现一个“+”，持续2秒，每张图片呈现10 s[16]。看完后随即填写主观评价表，不对被试者进行任何形式的思维引导和干涉。每组主观评价表各2张，表1针对稳定性、时尚感、装饰程度和比例感，采用语义微分的5 级量表形式对南官帽椅进行造型特征认知评价，表2要求被试将椅子按喜爱程度排序并对各造型元素及整体做出美度5 级评分，实验后按照从低到高等级划分-2、-1、0、1、2分值进行数据统计。完成客观及主观评价的数据采集后进行统计及对比分析等。

2 结果与分析

2.1 传统南官帽椅造型特征的主观意向评价

主观评价表分别对应被试者的“造型特征认知”和“喜好度”。结果统计如图5～图8所示。

图5 传统组南官帽椅造型特征认知主观评价对比Fig.5 The subjective evaluation contrast chart of styling features cognitive about traditional group

图6 现代组南官帽椅造型特征认知主观评价对比Fig.6 The subjective evaluation contrast chart of styling features cognitive about modern group

图7 传统与现代两组南官帽椅特征认知主观评价均值对比Fig.7 The subjective evaluation mean contrast chart of styling features cognitive about two groups

图8 传统与现代南官帽椅特征认知喜好度均值对比Fig.8 The preference degree mean contrast chart of styling features cognitive about two groups

由图5可知，被试者对4把传统南官帽椅的造型认知度有一定的共性，普遍认为这4把椅子的稳定性很好、传统感强烈、比例协调，而在装饰程度上有较大差异。结合图8可见，其喜好度依次为“传统3”，“传统1”，“传统4”，“传统2”。对“造型特征认知”各项和“喜好度”进行二元变量相关分析得知，其装饰程度与喜好度的Pearson 相关系数为 0. 990，P= 0. 005，低于 0.01 的显著水平，因此可认为传统南官帽椅中装饰程度与喜好度之间存在较强正相关。

由图6、7可见，相比传统组，现代南官帽椅整体在时尚感上得到较大肯定，而装饰程度降低。结合图8可见，其喜好程度依次为“现代2”、“现代1”、“现代3”，“现代4”。对“造型特征认知”各项和“喜好度”进行二元变量相关分析得知，其稳定性与喜好度的Pearson 相关系数为 0. 989，P= 0. 006，低于 0.01 的显著水平，因此可以认为现代南官帽椅中稳定性与喜好度之间存在较强的正相关。又根据喜好度数据方差得知，对“现代4”的评价差异性较大，选择上偏于最喜欢与最不喜欢，而“现代4”的时尚感最受肯定，可认为稳定性与时尚感之间有冲突性，难以在同一椅子上平衡呈现。

2.2 传统南官帽椅造型特征的眼动追踪分析

2.2.1 传统南官帽椅造型特征的眼动追踪热点图

在8个单体样本热点图中，提取两组喜好度最高的代表“传统3”、“现代2”，与最低的“传统2”、有争议的“现代4”的热点图进行分析，如图9～12所示。

图9 传统3热点Fig.9 Heat map of tradition 3

通过分析得知：（1）传统组的注视点往往集中在靠背区域，现代组中虽然靠背已无雕刻装饰，但被试者仍习惯性地多次尝试从靠背处获得审美信息；（2）通过对“传统3”和“传统2”的热点图对比分析，可知被试者对两者的注视都集中在靠背雕刻装饰区域，其次是底座的劵口牙子、脚枨及结构连接处和座面，但相对来说对“传统3”的注视整体分布上更为集中明显，而对通体素雅的“传统2”则较偏离散，说明被试者需通过更多的视线点寻找感兴趣的目标；（3）从视觉搜索角度而言，被试者对“现代4”较高的注视点密度说明了更直接高效的目标搜索集中于靠背弧度处及扇形座面的凸出软包，并在腿部有习惯性搜索痕迹，而“现代2”的注视点集中在靠背的天然纹理、步步高赶枨及上横枨等处，说明枨子与扇形座面软包是影响被试喜爱度的争议所在。

图10 传统2热点Fig.10 Heat map of tradition 2

图11 现代2热点Fig.11 Heat map of modern 2

图12 现代4热点Fig.12 Heat map of mo dern 4

2.2.2 眼动追踪及数据分析

根据以上分析，选择造型认知与喜好度排第一位且无争议的样本“传统3”划分兴趣区，进一步对其眼动数据进行分析。

（1）视觉注意分析

各造型特征视觉注意数据如表1 所示，可见：各造型特征的总注视时间与注视点数量按照由高到低排列，均依次为靠背、底座、扶手、座面和搭脑。按照平均注视时间由高到低排列依次为靠背、底座、搭脑、座面、扶手。较长注视时间和较多注视点说明在进行“造型特征认知”时，这一区域由于较独特的造型或显著的位置和面积而具有特别吸引力。分析认为“传统3”的靠背、底座和扶手具有一定吸引力。

表1 各造型元素视觉注意数据Table 1 The visual attention data of style elements

（2）视觉搜索分析

各造型特征视觉搜索数据如表2所示，可见：平均转换次数由高到低依次为靠背、底座、座面、扶手、搭脑。

表2 各造型特征视觉搜索数据Table 2 The visual search data of style elements

兴趣区中的转换次数越高，说明对该区域不断地进行往复注视[17]。注视频率最高的是扶手，表明被试者在对这部分进行“特征分析”时，信息处理量大。被试者在扫视之后，其注视点会较长时间停留于某一特定兴趣区即“选择性注意”，连续注视时间最长的兴趣区即为被试者选择性注意的对象[14-16]，经统计各兴趣区注视时间依次为：靠背＞底座＞扶手＞座面＞搭脑。

2.3 造型审美特征认知强度

根据问卷“请您给各造型部分及整体做特征认知评分”，对5 个兴趣区分别使用-2（“否”）～2（“是”）的五点量表作答。传统3 的统计分析结果如图13所示。

图13 南官帽椅造型审美元素认知强度Fig.13 The cognitive strength fi gure of style elements about southern of fi cial hat chairs

由图13可知，靠背、底座和扶手分值在x 轴上方，可认为是最能影响被试造型认知度的特征，这一结果与眼动跟踪数据相吻合。“整体造型”得分高于“扶手”、“底座”和“搭脑”，说明在造型认知过程中“特征整合”机制的存在[10,18]。

式（1） 中：X0=-2，Y0=2；X1=0，Y1=100%；X=0.87。计算结果R(U)=56.5% 。

3 讨论与结论

3.1 南官帽椅造型特征认知与喜好度关系

根据实验分析得知，传统南官帽椅普遍具有良好的稳定性和比例感、浓郁的传统感，时尚感是其不足，其装饰程度与喜好度的Pearson 相关系数为 0. 990，P= 0. 005，低于 0. 01 的显著水平，是影响被试喜好度的重要因素，与用户的喜好度呈正相关；现代官帽椅整体时尚感较强，因追求功能其装饰性已被弱化，但时尚感和稳定感有一定的冲突性，难以在同一产品上达到平衡，人们的喜好区别在追求稳定与时尚之间做选择，但其稳定性与喜好度的Pearson 相关系数为 0.989，P=0.006，低于 0. 01 的显著水平，与用户的喜好度呈显著正相关。

3.2 不同类型南官帽椅的形态审美认知共性

基于“四不出头”基本造型特征，在对南官帽椅造型特征认知的过程中，靠背及其装饰是视觉审美的焦点，座面的不同材质、底座劵口及横枨的设计会增加整体的装饰性；被试很关注脚枨及结构连接处，并结合各椅子椅脚接触地面的情况来判别椅子的稳定性。因此，具有时代特色的靠背装饰、结构稳定比例适当的底座和线条流畅优雅的扶手等造型元素，对形态审美认知具有重要的引导作用，在传承设计中应引起重视。

3.3 影响南官帽椅造型特征认知的重要要素

靠背、底座、扶手、座面、搭脑等形态要素作用于南官帽椅造型特征认知分值为0.87，具有重要指示作用的要素依次是靠背（1.13）、底座（0.87）、扶手（0.4），说明这些部位是设计制作时着重加强其表现力的元素，在传承创新中值得关注和延续。同时，这些特征要素的造型认知度可达56.50%，其整体造型的认知分值0.73，高于扶手、座面、搭脑等要素，证明了视觉审美“特征整合”机制的存在，即除所分析的形态要素特征外，各要素之间的比例、位置、协调等关系对南官帽椅造型的认知度和喜好度都有一定的影响。

3.4 南官帽椅造型设计眼动追踪与虚拟现实（VR）的关联

提出了一种基于眼动跟踪技术的南官帽造型特征认知方法，以主观意向评价为基础，筛选出代表性样本，再结合眼动热点图提取典型样本，并以眼动追踪数据为基础，构建最终典型样本的指标体系，利用线性插值法对典型特征强度进行计算，其结果证明与主观意向测试一致。该研究方法重排了其他类似研究中先眼动追踪后主观意向的研究步骤，并以南官帽椅这一具体实例证实了该方法的有效性与实用性。实验中只将南官帽椅分传统和现代2组，取其图片的基本形态划分兴趣区，并以高校青年群体为受试者，未涉及材质颜色、具体尺寸、装饰比例及其他消费群体等，是本研究中存在的局限之处。图片与实物对认知与喜好度会存在一定的差异，在未来的研究工作中，除了将进一步在样本、受试者的选取及造型的细节上更深入优化外，可将眼动与虚拟现实（Virtual Reality,VR）相结合，构建家具存在的现实世界或模拟环境，再对眼动追踪目标的相关视知觉数据进行量化分析，直接提取客户与产品产生的交互数据，甚至可尝试结合脑电技术，在基于VR系统设计的情境下，建立脑电、眼动数据与认知喜好之间的关系模型，为实现家具造型的客观性与量化评价提供一种更精确可行的技术途径。

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Analysis of the cognitive of southern of fi cial hat chair styling features based on eye tracking

LIU Yun1,2, LI Yueci1, SHEN Liming1
(1. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2. Ningde Normal University, Ningde 352100, Fujian, China)

Do the Eye Tracking experiments with the common southern armchairs samples by using the TOBII eye tracker, and do research on several key issues combined with the semantic differential fi ve level quantitative evaluation table, meanwhile the sample images were divided into two groups:traditional and modern. The results show that:(1)the have certain relations between style cognition and preference of South of fi cial cap chair, the different south of fi cer cap chairs have the style cognition commonality. (2)the degree of decorative was positively related to preferences for the traditional southern of fi cial hat chairs, the stability was positively related to preferences for the modern southern of fi cial hat chairs; (3) the elements which play a guiding role for style cognition in turn are the backrest, base, armrest, etc.; (4)the styling characteristic strength score is 0.87, the sum of its recognition is 56.50%, follow the “feature integration theory”, styling features cognition and evaluation will be considered from the overall shape effects of the chair; (5)This research method can provide a feasible reference approach for the inheritance design of traditional furniture, especially new Chinese style chair style design, and try to combine eye movement with virtual reality (VR) in further research.

southern of fi cial hat chairs; style cognitive; eye tracking; feature strength

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.12.023

http: //qks.csuft.edu.cn

S781

A

1673-923X(2017)12-0146-07

2017-05-31

国家社会科学基金项目“闽东古村落风貌保护规划与文化传承研究”（15XGL027）

刘 云，博士研究生

申黎明，教授，博士生导师；E-mail：shenlimingda@hotmail.com

刘 云，李悦慈，申黎明. 基于眼动追踪的南官帽椅造型特征认知分析[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(12): 146-152.

[本文编校：文凤鸣]