User experience design based on eye-tracking technology:

a case study on smartphone APPs

1. School of Industrial Engineering, Purdue University,
2. Department of Agriculture and Biological Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA

{qqu, zhan1255, chaow, duffy}@purdue.edu

Abstract. With the rapid development of mobile technology, smartphone has been becoming a part of our daily life. There are amounts of applications (APPs) developed for smartphone in the market, in order to meet the various needs of users. Recently, the user experience evaluation research of smartphone APPs is mainly based on subjective questionnaires, which might be relatively simple and lacking of the supporting evidence from objective data. This study aims at integrating subjective questionnaires and objective eye-tracking technology to evaluate user experience on instant message (IM) APPs. This study proposed that eye-tracking data could be used as objective criteria to evaluate user experience for smartphone APPs. A correlation model between smartphone APPs design variables and user experience was built based on Quantification Theory I.

Keywords: User Experience Design, Smartphone APPs, Eye-tracking, Digital human modeling, Human factors

Introduction

In recent years, smartphone APP design gets more and more attention both from industrial companies and academic researchers, which bring us not only great surprise but also abundant convenience to our daily life [1, 2]. The pros and cons of APP design directly affect the user experience, and large commercial interests of smartphone APPs encourage companies to continuously improve the performance of APPs [3]. However, the differentiation of functionality among same type smartphone APPs has been narrowed quickly in the competitive environment. To enhance the core competitiveness of smartphone APPs, improving the user experience has become an ideal option for companies. Recently, user experience evaluation research of smartphone APPs has been mainly based on the perspective of subjective questionnaires, which might be relatively simple and lacking of the support of objective evidence [4–6].

Given the above, in this paper, a systematic method was proposed to evaluate user experience, which integrated traditional subjective data collected by questionnaires and objective eye-tracking data collected by eye-tracking technology. A correlation model between smartphone APPs design variables and user experience was built. Hence, design recommendations for smartphone APPs can be concluded from the model.

In the following section, a systematic review of litetature related to user experience and eye-tracking technology will be provided. The hypothesis of this study will be listed in section three. Section four describes the experimental design in detail. Section five is a scenario of the result of this study. Discussion and conclusion will be presented after section five.

Literature review

In these days, user experience gets more and more attention from researchers in Human Computer Interaction (HCI), and been manifested as a quality of product design (Law and van Schaik, 2010). This experience recognized that users needs go beyond functionality, and shift to experiential perspectives, not only contain usability, but also socio-cognitive and affective aspects of user experience such as pleasure, aesthetic experience, desire to reuse, positive feelings interacting with products and so on [7, 8]. The whole experience takes behavior, physiological reactions and psychological activities into account. A very official definition comes from ISO DIS 9241-210 [9]: “a persons perceptions and responses that result from the use or anticipated use of a product, system or service”. Law et al. (2014) pointed out that user experience measurement and its multiple definitions are two foundational issues and should be solved in tandem. But user experience subsumes a range of fuzzy, vague, elusive and ephemeral experience such as affective aspects, potential and intuitive feelings, or even without rational reasoning and hard to describe with words, controversies and doubts about the definition and measurability of user experience are inevitable [10].

More and more research has applied eye-tracking method to product design by explaining the meaning of eye movements. Ares et al. [11] took food labels as examples, evaluated how consumers acquire information from food labels using eye tracking by analyzing eye movements (time to first fixation, percentage of consumers who fixated, total fixation duration, fixation count and visit count in each area of interest) when consumers directed their attention to selected areas. Their results discovered consumers processing of food labels information, which can help designers understand how to grasp consumers attention with a better visual display. Ho [12] investigated how people perceive handbags online with a task-free eye-tracking experiment. Participants were asked to look at randomly displayed pictures of handbags with predefined areas of interest. Their findings can provide eye-tracking evidence for the visual behavior of a consumer when he is looking at products online. Ho and Lu [13] found that pupil size can be measured to assess design product in emotional aspect. Positive and neutral products evoked significant pupil dilation than negative products. Although research was done on the visual perception of products, there is still a need in the study of information perception in real life, such as goal-oriented user experience and comparisons between different products displayed at the same time.

Kansei Engineering is also known as emotional / affective engineering, which aims at the development and improvement of products by translating the custo

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于眼球追踪技术的用户体验设计:

一个关于智能手机应用程序的案例研究

普渡大学工业工程学院

美国普渡大学农业与生物工程系，西拉法叶，47907

摘要随着移动技术的快速发展，智能手机已经成为我们日常生活的一部分。市场上为智能手机开发了大量的应用程序，以满足用户的各种需求。近年来，智能手机应用用户体验评价研究主要基于主观问卷，可能比较简单，缺乏来自客观数据的支持证据。本研究旨在将主观问卷与客观眼球追踪技术相结合，对即时通讯(IM)应用的用户体验进行评估。本研究提出眼动数据可以作为评价智能手机应用用户体验的客观标准。基于量化理论I，建立了智能手机应用程序设计变量与用户体验之间的相关模型。

关键词:用户体验设计，智能手机应用，眼球追踪，数字人体建模，人为因素

1介绍

近年来，智能手机APP设计越来越受到工业企业和学术研究者的关注，这不仅给我们带来了巨大的惊喜，也给我们的日常生活带来了丰富的便利[1,2]。APP设计的优劣直接影响用户体验，智能手机APP的巨大商业利益促使企业不断提升APP[3]的性能。然而，在竞争环境下，同类型智能手机应用之间的功能差异已经迅速缩小。为了提升智能手机应用的核心竞争力，改善用户体验已经成为企业的理想选择。近年来，智能手机应用用户体验评价研究主要基于主观问卷的视角，可能比较简单，缺乏客观证据的支持[4-6]。

综上所述，本文提出了一种系统的用户体验评价方法，将传统的问卷调查收集的主观数据与眼球追踪技术收集的客观眼球追踪数据相结合。建立了智能手机应用程序设计变量与用户体验之间的相关模型。因此，可以从模型中得出智能手机应用程序的设计建议。

在下一节中，将系统地回顾与用户体验和眼球跟踪技术相关的文章。本研究的假设将在第三节中列出。第四部分详细介绍了实验设计。第五部分是本研究结果的情景。讨论和结论将在第五节之后提出。

2文献综述

近年来，用户体验越来越受到人机交互(HCI)研究者的重视，并表现为产品设计的质量(Law and van Schaik, 2010)。这种体验认识到用户的需求超越功能，转向体验视角，不仅包含可用性，还包括用户体验的社会认知和情感方面，如愉悦、审美体验、重用欲望、与产品交互的积极感受等[7,8]。整个体验包括行为、生理反应和心理活动。一个非常正式的定义来自ISO DIS 9241-210[9]:“一个人对产品、系统或服务的使用或预期使用所产生的感知和反应”。Law等(2014)指出用户体验度量及其多重定义是两个基本问题，需要同时解决。但是用户体验包含了一系列模糊的、模糊的、难以捉摸的、短暂的体验，如情感方面的、潜在的、直观的感受，甚至没有理性的推理，难以用语言来描述，对于用户体验的定义和可测量性的争论和怀疑是不可避免的。

通过解释眼球运动的含义，越来越多的研究将眼球跟踪方法应用到产品设计中。阿瑞斯等。[11]了食品标签为例,评估如何使用眼球追踪消费者获取信息从食品标签通过分析眼球运动(第一次固定时间,固定的消费者比例,总固定时间、固定数和访问计数在每一个感兴趣的领域)当消费者将他们的注意力集中到选定的地区。他们的研究结果发现了消费者对食品标签信息的加工过程，这可以帮助设计师更好地理解如何通过视觉展示来把握消费者的注意力。Ho[12]通过一项无任务的眼球追踪实验，调查了人们如何看待在线手袋。研究人员要求参与者随机观看事先设定好感兴趣区域的手袋图片。他们的发现可以为消费者在网上浏览商品时的视觉行为提供眼球追踪证据。Ho和Lu[13]发现瞳孔大小可以用来评估设计产品的情感方面。阳性和中性产物比阴性产物引起明显的瞳孔扩张。虽然已经对产品的视觉感知进行了研究，但是在现实生活中对信息感知的研究仍然是有必要的，比如以目标为导向的用户体验和同时展示的不同产品之间的对比。

感性工学又称情感/情感工程，其目的是将顾客的情感感受转化为产品设计领域，从而开发和改进产品。应用于产品[14]、网站[15]、手机[16]、界面设计[17]的用户体验评价。五种感官，视觉、听觉、嗅觉、味觉和皮肤，可以表现一个人对某一事物的感觉、情感和直觉。因此，感性工学开发了一种三角测量方法来量化和限定用户的情绪反应，以调查从问卷和眼睛跟踪技术[18]收集的用户反应。美学、物理、感性和操作是感性概念中评价用户体验的四个范畴。语义差异量表(SD)[15]和李克特量表[16]是收集感性工学四大类用户情感状况的常用定量评价方法。结合眼动反馈系统，感性工学从产品中提取用户体验因素，构建科学高效的产品评价标准体系[14]。

3假设

当用户对应用程序或刺激感兴趣时，通常会给予更多的关注，如更多的注视时间和注视时长[19,20]。不同的app结合不同的设计变量，产生不同的用户体验水平，引发不同的情感情感需求，对行为表现[21]有显著影响。不同职业、年龄、性别、文化的用户，追求不同的用户体验。如何设计和改进具有更好用户体验的应用程序，无论在理论上还是在实践中都可以为[22]产品带来显著的价值。在此基础上，提出了一些假设。

假设1:用户会更关注他们感兴趣的地方。

假设2:智能手机应用程序的不同设计水平可以有效地影响用户体验。

假设3:用户体验对用户行为绩效有正向影响。

假设4:用户特征(年龄、性别、国籍等)在设计变量与用户体验之间具有调节作用。

4方法

4.1参与者

验对象年龄在20-30岁之间。这些人更有可能在日常生活中使用智能手机即时通讯应用。没有使用智能手机经验的参与者将被排除在实验之外。这项研究要求来自150名IE 486或IE 556学生的最多40名参与者.

4.2设备

Tobii TX300眼动仪，如图1所示，为远程眼动仪设定了新的标准。其独特的300赫兹采样率与非常高的精度和准确性的结合，强大的跟踪和补偿大型头部运动，扩大了不引人注目的研究动眼神经功能和人类行为的可能性，通过研究眼球运动，如扫视和短注视。它捕捉自然的人类行为，不需要下巴休息。此外，Tobii TX300提供了最大的灵活性与众多的刺激设置和软件选项.

4.3刺激

选取8款即时通讯(IM)智能手机应用(App store amp;谷歌play)作为实验对象。所选应用的名称如下:Hangouts, Skype, WhatsApp, Line, Messenger，微信，QQ, Viber。

4.4眼球追踪措施

注视信息可以用来测量个体对刺激[23]的注意程度。注视时间和注视次数是衡量注意力分配最常用的指标(Just and Carpenter, 1976)。高度复杂的刺激提供了多种多样的信息线索，需要大量的注意力和时间来查看和理解[24]。因此，复杂的刺激会分散用户的注意力，引发更多的关注。

4.5程序

所有参与者首先签署一份同意书，然后由实验员对实验进行指导。在指导之后，受试者将首先被要求坐在一个装有Tobii Pro tx300眼动仪的显示器前。实验者会要求被试调整他的座位和与监视器的距离，以确保眼球追踪传感器能够读取他的眼球运动。然后受试者将被要求完成一项校准任务。这包括盯着显示器上的九个点。实验者可能会要求受试者重新做校准任务，直到眼动仪能够读取所有9个点上的眼球运动。校准完成后，实验员会通知受试者实验开始的时间。在实验过程中，受试者将在8个不同的虚拟IM应用程序上完成2个任务，这些应用程序的顺序将随机给出。第一个任务将要求受试者在联系人列表中搜索特定的人。第二个任务将要求受试者向那个人发送一条消息。主题是要求重复两个任务在每个应用程序,每两个任务后大约2分钟。将每两个任务,主题将被要求填写一个主观问卷评估应用程序的用户体验。Tobii Pro TX 300眼动跟踪记录主题的眼球运动任务期间,在感兴趣的领域包括命中率(AOI),热图,扫描路径,首先固定位置,固定时间和固定。在受试者完成任务后，他将被要求进行一项调查，包括你的年龄、性别、教育水平、国籍、他每天花在智能手机上的时间估计。所有任务和问卷完成后，受试者需要在受试者日志上签名，退出实验。如果受试者在实验期间有任何已知的晕车或智能手机疾病，他可以随时离开，他的数据将被排除在研究之外。

图1. 眼球追踪实验

每个APP都设计了两项任务(如图2-4所示)，参与者需要完成两项任务，并为每个APP制作一份后续的用户体验评估问卷，详见附件。

4.6眼球追踪结果

以Messenger为例，eye-tracker将收集数据，从参与者的眼球运动中建立一个GazePlot和一个HeatMap，可以反映用户的行为，如果企业想要改进应用[25]，也可以提供一些建议。

4.6.1任务1

在这个任务中，用户将被要求从名为“元坤松”的联系人中寻找一个朋友。图2和图3显示了用户如何浏览主界面来查找信息。GazePlot可以反映用户浏览界面的顺序。公司将使用HeatMap来分析应用程序的哪个部分可以引起用户更多的关注。

图2. 任务1在Messenger应用中的GazePlot示例

图3. 任务1在Messenger应用程序中的热图示例

4.6.2任务2

在这个任务中，用户将被要求打开消息界面，使用“消息编辑框”将“Hello”输入到“Yuankun Song”中。图4为观测图和热图。

5 用户体验评价:量化理论

5.1任务1

搜索界面包含九个设计变量，如表1所示。每个设计变量可以划分为几个层次，可以用“0-1”变量进行编码，这样就可以得到8个具有代表性的对象编码，如表2所示。

图4. 一个例子的GazePlot和热图的任务2在Messenger应用程序

Table 1. Design variables in search task

Table 2. 0-1 encoding in search task design variables

Apps

<td

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</td

资料编号：[18599]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word