视觉注意在界面设计领域中的研究热点分析

叶镠勤 吴群

关键词：视觉注意 界面设计 知识图谱 可视化分析 CiteSpace

引言

视觉注意是人类视觉系统最基本的处理机制，人的视觉系统在面对大量外界信息的过程中，会对信息进行快速处理和选择。通过视觉注意对大量外界信息进行处理，排除相对不重要的信息来将海量信息进行简化和分解，从而筛选出少许重要信息[1]。正是如此，人的视觉系统才能在有限的的时间内，集中处理最关键和最显著的信息。

自20世纪50年代兴起以信息加工理论为基础的认知心理学，出现大量关于注意理论方面的研究文献，推动了有关注意理论方面的研究。在Webofscience核心数据库中以“visualattention”为关键词，检索1985年至2010年的文献，共检索出14100篇文獻，可以发现尤其是进入20世纪90年代后涌现出了大量的相关研究文献。在上述文献中以“Attention+design”组合分别为关键词共检索出85143篇文献。通过对文献筛选、查阅，发现将注意理论引入到界面设计领域中的应用研究越来越多。

尤其是随着互联网的发展和智能终端的普及，界面设计的研究也越来越受到社会重视，一个优秀的界面设计可以带给用户高效、愉悦的体验感。界面设计作为人与机器之间传递和交换信息的媒介，主要通过视觉这一认知渠道来完成，因此将视觉注意理论引入界面设计中可以帮助我们更好地提高设计。视觉注意不仅是我们了解设计的重要途径，同时也是设计师和消费者之间的沟通渠道。

一、设计研究

本研究采用科学计量学方法梳理了国内外学者对视觉注意在界面设计领域中的应用研究脉络，希望可以为该领域研究发展提供方向性参考。通过采用视觉可视化的形式，基于CiteSpace软件对2010至2020年期间Webofscience核心合集数据库的文献进行初步的数据分析，然后对其进行信息处理和图形绘制。

本研究以“visualattention”“interaction”和“design”为关键词进行主题检索，检索时间至2020年12月31日，去除部分重复文献后，共检索到1364篇有效文献。将其导入CiteSpace软件中作进一步分析，通过绘制知识图谱来详细阐述视觉注意在界面设计领域中的研究前沿、热点及趋势等方面。

二、视觉注意研究现状

（一）视觉注意研究历程

作为衡量研究领域发展的重要指标，文献数量的分布变化对评价该领域所处发展阶段、预测发展趋势和动态具有重要意义[2]。因此，本研究绘制了2010-2020年视觉注意在界面设计领域中相关研究的年度文献发表量变化趋势图。虽然在2011-2012年这个时间段中发文量有所下降，但从总体而言，该领域的研究文献数量还是呈较为明显的增长态势。尤其是2012-2014年和2016-2018年这两个时间段发文量呈激增状态，截至2020年，该领域文献发文量达到峰值，为196篇（见图1）。从这近十年的文献数量可以看出，有关视觉注意在界面设计领域中的应用正在逐渐受到重视，可以预见该领域未来将会产生更多的科研成果。

（二）国家/地区共现网络分析

在CiteSpace中将有效文献按“国家/地区”进行分类统计，图中圆圈的大小反映国家/地区的发文数量，两者成正比关系;圆圈的最外侧一圈表示中心性，外圈越宽则表明中心性越大。由此可见在这十年间该领域以美国、中国、德国、英国这几个国家为主导形成一些研究团队来进行资源共享与研究创新，如图2。

将上图数据转化为表2后可见，参与发表文献数量较多的大多数集中在美国、德国、中国和英国，其中美国的发文量最多，总计232篇（占31.7%）遥遥领先于其他国家，其次是德国（182篇）、中国（171篇）、英国（159篇）。另外，从中介中心性方面来看，英国（0.28）持最高值，其次是美国（0.26）、德国（0.26），体现出这三个国家在该领域上实力强劲，并且辐射带动作用突出。此外值得注意的是，虽然中国在该领域中发文量排名第3，但其中介中心性的排名却降到了第5，这表明尽管针对视觉注意在界面设计领域中的应用研究于国内已获得一定程度的重视，但在与其他国家的合作研究方面还有所欠缺，需要加强。

（三）机构共现网络分析

图3为2010-2020年该领域的机构共现知识图谱，如图所示，各研究机构之间尽管有连线关系，但整体分布松散，网络密度较低，多数机构间鲜少有合作关系（连线）。合作关系较为紧密的机构大多都集中于英国的机构，中国虽然发文量较高（见表3），但尚未形成高影响力来带动视觉注意在界面设计领域的进一步发展和研究。综合表3和图3可知，研究该领域的主要研究机构多集中于各个高校，且分布较散，各机构间的合作较少，说明各研究机构关于该领域的探索还有待深入。

（三）关键词的共现网络分析

关键词作为文章核心内容的总结及提炼，对其进行共现分析可以帮助研究者了解该领域的研究热点。为获取历年来视觉注意在界面设计上应用的研究主题以及未来研究方向，选择“关键词”作为节点类型在CiteSpace中进行可视化分析，设置时间切片为1年，阀值选择TOP30。如图4所示，每一个十字型节点都代表着一个关键词，每个节点的大小于关键词的共现频率成正比，对应着每一年时间里切片中关键词的出现频率。

表4 列出了前1 0 个高频的关键词，除与检索相关的关键词v i s u a l a t t e n t i o n外，文献中关键词出现频次较高且中心性较高的关键词有注意力（at tention）、洞察（perception）、模型（model）、眼动（eyemovement）、表现（performance）。其中注意力（attention）出现的频率最高为256次，然后依次是洞察力（perception）167次、模型（model）141次、眼动（eyemovement）130次。中介中间心性方面，自顶向下（topdown）最高为0.10，其次是自闭症（autism）0.09，在一定程度上这些关键词代表了视觉注意在界面设计领域中的研究热点。

从上表中可以发现视觉注意在界面设计中的研究人群多集中于一些特殊人群，如自闭症、儿童等。因为随着互联网的发展与成熟，交互界面的使用群体不仅仅只局限于普通用户，还有一些特殊群体更需要被社会关注。

而这些特殊用户对交互界面的体验要求往往更高，比如有的用户可能在视觉方面有欠缺（如色盲），分辨不清颜色;有的用户计算机使用经验很初级，对于复杂一点的操作会感到费力。因此界面设计要考虑到不同用户之间的差别，针对他们的需求、目标和偏好等进行设计。而目前关于界面设计较多的研究还是从最基础的问卷调查、语义匹配及观察访谈等方面展开，但这些研究方法往往不适用于一些特殊群体，因此以视觉注意的角度切入，从客观层面上进行研究，可以在满足界面功能需求的基础上，提高特殊群体对界面的可操作性，从而増强他们与交互界面的互动性。

三、视觉注意发展趋势

（一）文獻共被引聚类分析

为获取该领域的研究前沿，通过对文献引用轨迹的挖掘，分析出当前研究领域的基础知识参考来源[3]。借助citespace软件将近十年检索到的文献进行可视化分析，如图5所示，关键词共现网络聚成了一个个不规则区域，每一个区域都对应着一个标签。标签前面的数字根据聚类中包含的关键词多少进行排序，值越小则关键词越多，多个紧密相关的词组成一个大的聚类。

通过citespace里的LLR算法对共被引文献进行聚类，得到七大研究热点及每个热点中频率最高的5个关键词。对相关代表文献分析归类，发现关于该领域的几个子主题，从可视化（0#、1#、3#、）、视觉搜索（5#、8#）、显著性检测（2#、7#）这三方面对该领域研究热点进行解读。

（1）可视化：为了提高用户获取消息的效率，界面设计的视觉语言要求尽可能可视化，以一目了然地表达形式来促进与用户的交流，避免因信息传达不直观、视觉表现不清晰及视觉流向不明确等问题增加用户的阅读理解负担[4]。利用视觉注意自下而上和自上而下的特点与界面设计相结合，对界面进行合理的设计以传达信息。

GiovannaCastellano[5]等为了在有限的屏幕空间上，呈现海量数据的可视化信息，提出层次信息可视化方法。HsuanLin[6]从视觉注意的角度出发比较了6种图标呈现形式对手机用户的影响，发现面性图标比线性的图标更具有吸引力。

（2）视觉搜索：在视觉搜索中，具有视觉吸引力的目标通常受到更多的注视，相对应的眼动行为指标包括注视点位置、注视潜伏时间和首次注视时间[7]。

通过视觉搜索对界面设计进行研究可以进一步优化界面结构，在用户的意图和操作之间建立自然的匹配以达到良好的人机交互体验，保证用户对界面信息有高效的视觉认读效率。通过眼动研究，Pettersson[8]证实人们的注意力可以被图像元素所吸引，不同类型的图像导致不同形式的注视时间、智力和视觉学习。D.Weller[9]发现在数字界面中文本的整体信息密度越大，搜索时间越长，但局部密度大小对搜索效率没有影响。

（3）显著性检测：人类对视觉系统信息处理的能力是有限的，无法同时处理所有的视觉信息，因此在界面设计中引入视觉注意机制可以帮助用户有效地筛选信息，使用户主动注意到某些显著的、重要的信息，从而提高界面的使用效率。Luo和Zhou[10]通过主客观角度对人的视觉注意力进行探究，发现智能手机图标的背景形状能够显著地影响用户的主观偏好。王宁[11]等人依据形状特性对视觉显著性影响程度进行分析，对于人机交互界面内典型形状进行视觉显著程度的计算与评估。

（二）文献共被引引文突发分析引文突发（Citationburst）是通过检测引文在某一段时间内引用频率的突发强度来找出该领域研究热点的新兴趋势[12]。在citespace软件中点击Burstness，在562个节点中有20篇文献出现引文突发现象，其中被引频次激增的年份通过较高的色块表现（见表6）。

如表6所示，根据引文突发的起始时间对文献进行排序，这些具有代表性的文献，从不同的年份开始突发，反映了那一时期的研究倾向，代表了不同时期中视觉注意在界面设计领域应用的新兴趋势。FrischenAlexandra（2010）[13]发表的文献，突发时间最早且突发强度较高，就注视行为的感知及其对观察者的影响提供过去和当前研究的全面概述，促进了视觉注意机制在界面设计领域的发展。

MarisaCarrasco（2013）[14]发表的这篇文献，突发强度最大且突发时间也最长，该文献重点介绍了过去25年有关视觉注意的研究，为当前视觉注意在界面设计中的应用提供方向。而近期突发频次较高的则是NoarSethM（2018）[15]发表的文献，该文献从视觉显著性方面进行探究，发现相比于纯文字而言图形更能引起人们的关注与注意。

综合分析这些研究文献可以看出，注意理论在界面设计领域逐渐得到广泛关注和研究。结合视觉注意的自下而上和自上而下的特点，界面设计需要遵循以下几个原则：一是可识别性：在整体风格保持一致的情况下，设计师需要对文字、色块、方向和距离等方面进行差异化设计，突出重要信息，弱化次要信息，使信息得以清晰、准确、有力地传达;二是易搜索性：人的视觉注意轨迹路径为F形，因此设计师需要顺应用户的自然视觉习惯，创建具有良好视觉层级结构的设计来引导用户。清晰的层次结构不仅可以带给用户舒适感，而且可以帮助其关注到重要内容;三是易理解性：由于不同用户间的知识水平和文化背景等各方面都具有差异，因此界面设计应客观化的体现信息，使用元素要尽量简洁明了，使用户可以快速理解其含义与功能，不会引起误解。整个交互流程要有层次，避免由于信息量过剩的导致用户注意疲劳和分散的问题。

结论

本研究借助Citespace软件对SCI核心数据库的相关文献进行研究，研究结果发现：（1）随着计算机的发展，“注意力”“模型”“眼动”等逐渐成为当下视觉注意在界面设计领域中的主要热点，并且研究人群开始更多地聚焦于一些特殊群体。由此可见该研究领域开始更加注重人的心理需求与体验，以用户为中心。（2）国内外目前对于视觉注意在界面设计领域方面的应用已取得一定的成果，研究主要集中于可视化、视觉搜索、显著性检测这三个方面上。在界面设计中要利用有限的视觉空间和设计元素，遵循用户视觉注意和视觉搜索的一般规律，引导用户对界面信息的视觉认读习惯，有效提高人机交互的效率。（3）综合分析研究文献，结合视觉注意的特点总结出界面设计需要遵循可识别性、易搜索性、易理解性这三个设计原则，才能达到简洁、易理解、高效传达信息的要求，值得注意的是，本研究在数据选择样本与选用主题词语表达上可能还不够全面，其结果或存一定偏差，会影响研究的准确度和全面性。因此希望在后续研究中可以进一步扩展数据集，从更全面、更系统的角度为该领域的后续研究带来更多启示。