实验场景描述

实验场景描述

实验设备

包括手机和平板两个实验设备,其中手机的型号为华为Mate40pro,屏幕分辨率为2772×1344,屏幕物理尺寸为6.76英寸,屏幕像素密度PPI为456PPI。平板型号为荣耀V7Pro,屏幕分辨率为2560×1600,屏幕物理尺寸为11英寸,屏幕像素密度PPI为276PPI。

实验被试

被试为北京交通大学招募的学生,一共80人(57名男性,23名女性),年龄区间为18-32岁(均值为21.9,均方差为2.8),每名被试支付酬劳500元。

任务描述

被试被要求进行一个移动目标选择任务,该任务的实验是这样进行的:实验开始后,屏幕中的一个随机位置会出现一个一定大小的圆形目标,该目标出现后会随机地朝一个固定的方向,以一个固定的速度移动;如果该小球碰到屏幕的边缘,则会按照镜面反射原则在不损失速度的条件下反弹;被试被要求尽量又快又准地用手指点击该小球;被试在每次实验中仅有一次点选的机会,无论点选成功与否,系统均会记录本次实验数据。

实验包括2个基本任务变量:

  1. 目标尺寸 目标尺寸有4个级别:120px,160px,200px,240px 手机上4个级别的物理尺寸为:6.68mm,8.91mm,11.14mm,13.37mm 平板上4个级别的物理尺寸为:11.04mm,14.72mm,18.41mm,22.09mm
  2. 目标速度 目标速度有4个级别:300px/s,600px/s,900px/s,1200px/s 手机上4个级别的物理速度为:16.71mm/s,33.42mm/s,50.13mm/s,66.84mm/s 平板上4个级别的物理速度为:27.61mm/s,55.22mm/s,82.83mm/s,110.43mm/s

除了以上2个基本任务变量,实验还包括以下6个环境变量:

  1. 实验室环境

    被试坐在一张可调节高低的座椅上,座椅正前方摆放着一张桌子。在使用手机时,被试被要求使用非惯用手拿住手机并使屏幕正对自己,使用惯用手完成目标选择任务。在使用平板时,平板被平放于桌面,置于被试正前方,被试被要求使用惯用手完成目标选择任务。被试的双手应受到桌面支撑,且可调节座椅高低及位置使实验过程身体和动作舒适。

  1. 环境运动

    环境运动装置采用在不同颠簸路面骑行的自行车为载体。被试坐在自行车后座上,辅助人员骑行自行车分别行驶在相对平坦地面和复杂减速带地面,车辆骑行速度8-20公里/小时。被试人员左手通过皮套固定持拿手机和平板等测试设备。通过不同地面地形的颠簸模拟环境运动等级。被试被要求使用非惯用手拿住手机并使屏幕正对自己,使用惯用手完成目标选择任务。

  1. 用户运动

    被试人员通过慢跑、快走(6公里/小时)和快跑(8-10公里/)两种运动状态模拟用户运动过程。被试在运动过程中,要求使用非惯用手通过皮套固定持拿手机和平板等测试设备,使用后惯用手点击触碰目标完成试验。

  • 快走

  • 快跑

  1. 非指触控

    被试人员坐在室内一张可调节高度的座椅上,手机或平板设备放置在面前的桌上或地面上。手机或平板设备每次更换不同部位或不同被试时,通过设备消毒、屏幕更换卫生膜等方法确保接触卫生与安全。被试人员分别通过舌尖、鼻尖、下巴、肘部、脚趾等不同部分分别触碰目标完成试验。

  • 舌尖触控:被试人员坐在座椅上,用非惯用手拿测试设备,通过移动设备和头部配合,在确定目标位置后用舌尖完成触控任务。

  • 鼻尖触控:被试人员坐在座椅上,用非惯用手拿测试设备,通过移动设备和头部配合,在确定目标位置后用鼻尖完成触控任务。

  • 下巴触控:被试人员坐在座椅上,用非惯用手拿测试设备,通过移动设备和头部配合,在确定目标位置后用下巴完成触控任务。

  • 肘部触控:被试人员坐在座椅上,挽起衣袖露出肘部,用非惯用手拿测试设备,通过移动设备和惯用手肘部,在确定目标位置后用惯用手肘部完成触控任务。

  • 脚趾触控:测试设备放置在地面,被试人员坐在座椅上,脱掉鞋袜,通过移动下肢在确定目标位置后用脚趾完成触控任务。

  1. 水渍

    被试人员通过非惯用持拿手机或平板设备,辅助人员通过喷雾装置在手机或平板屏幕前喷雾,通过喷射次数控制水渍大小,不同喷雾量在屏幕聚集的水渍大小不同,一般小水渍喷5次(约3mL),大水渍喷10次(约6mL)。

  • 小水渍触控:被试人员在设备屏幕喷射小水渍后,通过惯用手完成触摸目标试验任务。

  • 大水渍触控:被试人员在设备屏幕喷射大水渍后,通过惯用手完成触摸目标试验任务。水渍较多影响触控时可用手指局部擦除。

  1. 视线遮挡

    被试人员坐在室内一张可调节高度的座椅上,手机或平板设备放置在面前的桌子上,被试人员完成一次点击后,辅助人员通过纸张遮挡屏幕,被试人员在视线遮挡情况下再次完成目标点击,当未选中时通过声音提示。如此多次重复完成视线遮挡试验。

记录数据:

用户ID,用户年龄,用户性别,实验环境,实验条件,实验范式,目标的尺寸,目标的移动速度,目标在任务序列中的序号,目标在被点击时的移动方向,点击发生时的目标位置,点击发生时的落点位置,完成任务用的时间,点击发生时的时间。

数据量

  1. 移动目标选择任务

    移动目标选择实验包括12种实验条件,分别是:实验室环境、环境运动级别1(小晃动),环境运动级别2(大晃动)、用户运动级别1(慢速)用户运动级别2(快速)、舌头交互、鼻尖交互、下巴交互、肘部交互、脚趾交互、雨水干扰级别1(小水渍)雨水干扰级别2(大水渍)。目标大小有4个级别(120px,160px,200px,240px),目标速度有4个级别(300px/s,600px/s,900px/s,1200px/s),两两组合成4*4=16种目标情况。每种目标情况下有12次选择任务,因此每种实验条件共4*4*12=192次测试。两个平台移动目标选择实验应采数据量总计为12*192*40*2=184320,实采数据量为184128。

  2. 静态目标选择任务

    静态目标选择实验包括13种实验条件,不仅包含移动目标选择实验的12种实验条件,还增加了视线遮挡的实验条件。目标大小有4个级别(120px,160px,200px,240px),目标速度为0 px/s,两两组合成4种目标情况。每种目标情况下有12次选择任务,因此每种实验条件共4*12=48次测试。目标遮挡实验条件中,由于设定了4个目标位置,所以共4*4*12=192次测试。两个平台静态目标选择实验的应采数据量总计为(12*48+192)*80=61440,实采数据量为62304。

数据预览

字段解释:

列号解释
A目标大小(单位:px
B移动速度(单位:px/s)
C选择编号
D目标x轴坐标
E目标y轴坐标
F目标方向角
G点击x轴坐标
H点击y轴坐标
I点击间隔时间(前后两次)
J时间戳

数据集:

代码

实现平台

matlab R2016a

运行方式

  • 将代码与数据集放于同一目录下
  • 通过程序入口MainCode.m运行执行

实现功能

代码功能包含数据集读入,三高斯模型拟合,模型拟合度保存,模型参数保存,落点可视化实现

函数功能

  • FitModel函数

用于拟合三高斯模型,输入为落点数据,输出为模型拟合度和模型参数。

  • model_muX、model_muY、model_sigmaX、model_sigmaY函数

三高斯模型的计算公式实现

  • outliertag函数

用于筛除异常值

  • rsquare函数

用于计算模型拟合度R2

代码文件

拟合结果和模型参数

pad平台

  • pad平台三高斯模型参数

  • pad平台的模型拟合度

phone平台

  • phone平台的三高斯模型参数

  • phone平台的模型拟合度

整体落点分布图

论文

专利

数据集使用协议