面向AR辅助装配的指示符号体验设计研究

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在“中国制造2025”战略背景下,智能制造作为国家现代化建设和发展战略主攻方向之一,为国家现代化建设和发展提供了重要支撑。随着计算机集成制造系统的快速发展,使用AR技术的现代制造应用研究成为不断发展的新领域,新颖的AR技术可以与人类的认知能力相结合,以提供有效的辅助来协助制造。研究表明,视觉指令在人们的认知上具有促进作用,因为它们比文本信息更容易理解和记忆。使用AR将数字化信息融入到现实世界的工作空间中,提供辅助装配操作的技术支持,可以为工人提供更佳的情景意识,从而提高装配效率、准确性并减少操作错误。然而,当前AR指示符号的图形和表现形式尚未有规范的理论指导,目前的AR界面符号套用其他平台场景符号的设计方法,可视化效果较差,不具备AR平台应用特性,很大程度上影响了AR系统对实际操作的引导效果。如何解决AR辅助装配交互界面中指示符号的认知和可用性问题,以充分实现AR技术的应用潜力,具有重要的理论意义和实践指导意义。本文在符号认知学研究的基础上,对AR辅助机械装配中的指示符号进行了定量实验研究,本研究主要包含两个实验,实验一探究符号设计对于用户体验的影响机制,并分析指示符号抽象层次差异以及用户专业背景差异对该效应的影响。研究主要采取用户行为实验的方法,选取符号认知的具体性、复杂性、熟悉性、语义一致性作为实验因变量。研究结果表明:(1)中等语义抽象层次的符号更符合用户认知。(2)用户背景对符号认知的影响不显著。实验二采用眼动追踪实验法研究符号表现形式对用户体验的影响机制,分析指示符号状态差异和维度差异对该机制的影响。研究主要采用让被试佩戴眼动仪完成典型装配任务的方法,选取认知负荷、视觉凸显性、装配效率、装配质量和主观评价作为因变量。研究结果表明:(1)指示符号的维度和状态对指示符号的认识负荷有显著影响,动态和3D指示符号的认知负荷较大。(2)指示符号的状态对指示符号的视觉凸显性有显著影响,动态图标的视觉凸显性更强。(3)指示符号的状态对装配任务的装配效率有显著影响,动态符号的装配效率更高。(4)指示符号的状态对装配任务的装配质量有显著影响,静态指示符号引导下的任务的装配质量更高。(5)指示符号的维度和状态对被试的主观评价没有显著影响。总结本研究发现,从指示符号本体的设计和指示符号表现形式的设计两方面提出了设计策略:对于指示符号本体设计需要归纳典型语义特征、符号形态适度简化、根据情境增加辅助元素,对于指示符号表现方式的设计需要适配设计需求、表达信息准确。最后,通过实践案例设计及评估验证该策略的有效性。本研究结论可为AR信息交互设计提供相关理论支撑,具有较好的理论和实践研究意义。
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