图标显著性、熟悉度和具体性对视觉负荷和行为表现的影响

本研究探讨图标外部特征（显著性）与内部特征（熟悉度、抽象性）对视觉搜索和语义识别任务中行为表现及视觉负荷的影响。实验采用2×2×2重复测量设计，发现显著性显著影响搜索任务的反应时间和视觉负荷，而内部特征无显著影响。在语义识别中，显著性降低视觉负荷，熟悉度提升准确性和缩短反应时间，抽象性影响反应时间和视觉负荷。内外特征的交互作用及显著性调节效应为优化复杂界面图标设计提供理论依据。

　　

袁敏慧|于瑞峰

清华大学工业工程系，中国北京

摘要

本研究探讨了图标外部特征（图标显著性）和内部特征（图标熟悉度和具体性）对视觉搜索和语义识别任务中的视觉负荷及行为表现的影响。27名大学生参与了一项2（图标显著性：高、低）× 2（图标具体性：具体、抽象）× 2（图标熟悉度：熟悉、不熟悉）的被试内实验。在搜索任务中，只有图标显著性显著影响了反应时间和视觉负荷，而熟悉度和具体性没有显著效应。在语义识别任务中，图标显著性显著降低了视觉负荷。图标熟悉度提高了准确性并减少了反应时间。具体性影响了反应时间和视觉负荷，具体图标识别速度较慢，但导致的视觉负荷低于抽象图标。观察到内部特征之间存在显著的交互作用，熟悉度对具体图标的反应时间和视觉负荷的改善效果更强。此外，图标显著性调节了熟悉度和具体性对视觉负荷的影响，增强了熟悉度的减负效果，并缩小了具体图标和抽象图标之间的视觉负荷差异。这些发现为考虑图标内部和外部特征在VDT（视觉显示终端）界面设计中的交互效应提供了理论基础。

引言

随着数字技术的快速发展，图形图标在工业生产系统、医疗监测平台、移动应用以及许多其他人机交互场景中变得不可或缺（Collaud等人，2022年；Liu等人，2021年）。图标作为一种视觉语言，跨越了语言障碍，使得在日益复杂的场景中实现快速高效的沟通成为可能（Kramer，2023年；Marcus，1993年），最终提升了可用性和用户体验（Huang等人，2015年；Pappachan和Ziefle，2008年）。先前的研究进一步表明，即使是对图标特征的微小修改也会改变用户对图标的感知和可用性（Gatsou等人，2012年；Zhang等人，2024年）。在与图标的交互中，用户通常会经历两个基本认知过程：首先在杂乱元素中快速定位特定指示器（视觉搜索），然后准确解释其含义以做出正确决策（语义识别）（McDougall等人，2000年；Shen等人，2024年；Small，1994年）。在这些过程中，图标搜索和语义识别的效率直接决定了可用性和有效性（Schr?der和Ziefle，2006年；Silvennoinen和Jokinen，2016年）。随着数字系统的信息密度不断增加，理解图标特征如何影响搜索和识别任务对于优化界面设计变得越来越重要。

以往的研究通常将图标特征分为两类：外部特征和内部特征。外部特征指的是大小、颜色、亮度和布局等视觉属性，而内部特征主要与四个关键认知因素相关：视觉复杂性、具体性、语义距离和熟悉度（Shen等人，2020年，2023年）。具体性指的是图标在多大程度上形象地代表了现实世界中的对象（McDougall等人，2000年）。语义距离描述了图标所描绘的内容与其预期代表的功能之间的关联强度（McDougall等人，2000年）。复杂性涉及图标中包含的详细视觉元素的数量（Shen等人，2023年）。熟悉度与用户的先前经验相关，通常由图标出现的频率来定义（McDougall等人，1999年）。

研究表明，不同的图标特征对搜索和语义识别任务有不同的影响。研究主要考察了外部特征对视觉搜索的影响，发现布局类型、视觉特征、图标风格、线宽、图形-背景比例、极性和背景颜色可以单独或共同影响搜索性能（Deng等人，2016年；Deng和Liu，2024年；Shao等人，2024年；Yu和Ouyang，2023年）。关于内部特征，熟悉度和复杂性显著影响搜索任务（Jin等人，2023年；McDougall等人，2000年），而熟悉度、复杂性、语义距离和具体性与记忆和识别性能密切相关（Jin等人，2023年；McDougall等人，2000年）。特别是，具体性与用户对图标的初步理解密切相关，并在用户理解图标中起着关键作用（McDougall等人，2000年）。先前的研究还揭示了内部特征在塑造语义识别性能中的交互作用（Satcharoen，2018年；Shen等人，2023年）；然而，很少有研究探讨外部特征和内部特征如何共同影响搜索或语义识别任务的性能（T. Jin等人，2023年；Shen等人，2025年）。

尽管有一些研究考察了图标内部特征和外部特征在搜索和语义识别任务中的作用，但仍存在一些未解决的问题。关于外部特征的研究主要集中在搜索任务上，而关于语义识别任务的研究仍然较少。外部特征可能通过改变自下而上的注意力分配来影响语义识别任务，并可能与内部特征的自上而下的注意力效应相互作用，从而调节内部特征对搜索和语义识别任务的影响。此外，现有的关于图标特征单独或组合效应的研究主要关注行为表现，而对视觉负荷的关注相对较少。尽管一些研究调查了图标特征对视觉负荷的影响，但大多数研究都集中在单个变量上，对外部特征、内部特征及其交互作用的研究较少。由于视觉任务中的个体工作负荷是由视觉信息处理所施加的资源需求（Wickens，2002年），视觉负荷构成了心理工作负荷的主要组成部分。鉴于性能结果和心理工作负荷之间可能存在不一致性（Xu等人，2025年），有必要进一步研究外部特征和内部特征如何共同影响搜索和语义识别任务中的行为表现和视觉负荷。具体来说，即使行为表现保持稳定，由于用户的补偿努力，也可能出现高视觉负荷（Robert和Hockey，1997年）。这意味着仅凭行为数据不足以预测操作员的潜在疲劳和错误风险。本研究旨在更全面地理解图标外部和内部特征及其交互作用如何影响搜索和语义识别任务中的视觉处理，并为优化复杂用户界面中的图标设计提供实际指导。

章节摘录

图标外部特征在搜索和语义识别任务中的影响

许多研究调查了图标外部特征对视觉搜索性能的影响。例如，Deng和Liu（2024年）表明，使用矩阵布局和无文本标签的倒角方形图标可以帮助提高搜索效率。在工业图标搜索任务中，线宽为1.0像素、图形-背景区域比为50%、极性为负的图标产生了最佳的搜索性能（Shao等人，2024年）。此外，白色背景、正极性……

参与者

使用G?Power 3.1进行的先验功效分析（假设中等效应大小f = 0.25，α = 0.05，功效 = 0.80，重复测量之间的相关性为0.5）表明，至少需要24名参与者。共有27名大学生（10名男性和17名女性，年龄在19至27岁之间，平均年龄M = 23.33岁，标准差SD = 2.50）参与了这项研究。所有参与者都是右撇子，视力正常或经过矫正达到正常水平。

Q1：图标外部特征和内部特征对搜索任务中行为表现和视觉负荷的交互效应

表1总结了搜索任务的准确性、反应时间和视觉负荷的均值和标准差。在分析反应时间和视觉负荷时，仅包括正确试验（排除了4.44%的错误）。准确性分析未发现图标显著性的主要效应

表1显示，图标显著性（、图标熟悉度（或图标具体性（（图4）。未发现图标内部特征之间的显著交互作用

图标外部特征和内部特征对搜索任务中行为表现和视觉负荷的影响

我们的研究表明，在搜索任务中，行为表现和视觉负荷主要由外部特征（即图标显著性）决定，而内部特征没有显著影响。图标显著性没有影响准确性，但显著影响了反应时间和视觉负荷。高显著性的图标导致更快的反应时间和更低的视觉负荷。这可能是因为搜索性能在很大程度上依赖于低级和自下而上的机制

结论

在搜索任务中，结果表明只有图标显著性显著影响了反应时间和视觉负荷，而外部特征和内部特征之间没有观察到显著的交互效应。在语义识别任务中，图标显著性主要降低了视觉负荷，但没有显著影响准确性或反应时间。熟悉度提高了准确性并减少了反应时间，但对视觉负荷没有影响；具体性没有影响准确性，但……

CRediT作者贡献声明

袁敏慧：写作——审阅与编辑，撰写——原始草稿，可视化，软件，方法论，概念化。于瑞峰：验证，监督，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

作为编辑，于瑞峰没有参与本文的同行评审，也无法获取有关其同行评审的信息。本文的编辑过程的全部责任委托给了另一位期刊编辑。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金的资助，项目编号为[No. 72171130]。