研究流程 - 運用情感運算技術分析行動媒體介面配置對使用者疲勞及注意力的影響

本研究主要是依據眼動、腦波及其他生理訊號探討數位媒體最佳化的文字背景配置，另外包含環境光源、背景音樂的因子。為找出最佳化的配置，參考簡佑宏之博士論文(簡佑宏, 2007)及一篇 Display 的期刊(Shen et al., 2009)流程，本研究流程如圖 3-2。

首先根據研究動機，確立本研究之目的，藉由文獻的蒐集與探討，了解在學習上可能會影響注意力及疲勞的因素、同時加入了不同的環境光源、背景音樂的有無做探討，以了解使用者在使用此類數位媒材上學習時的身心理狀態，特別是疲勞與注意力，達成本研究之研究目的。

實驗一為先探討在 iPad 上的 18 種文字背景配置，綜合眼動與腦波探討在 iPad 上最適合與最不適合學習時使用的文字背景配置。並依據實驗一的結果，選擇最

適合的與最不適合三種文字背景配置作為實驗二的視覺刺激物，並加入環境光源、

與有無音樂的因子。實驗一先以 8 人作為試驗對象，分析其資料探究可能的因素後確立實驗二的流程，並擴大至 32 位受測者才正式開始的實驗二。

最後依據所得之實驗結果、討論及分析，提出使用 iPad 上或是此類數位媒材最佳化之文字背景配置、環境光源、是否需要背景音樂之準則。本研究最後也將對本研究不足之處與未來研究方向提出後續建議。

圖 3-2 研究流程圖

27 3.3 受試者

所有實驗的受測者皆以大學生或是研究生為主，年齡均須滿 18，且無色盲以及矯正後視力需在 1.0 以上，遵循研究倫理與規範，徵得受測者的同意後才開始進行實驗。實驗一的受測者為台中教育大學的學生共 8 位，分別為 4 位男性與 4 位女性，文章為受測者不曾閱讀過的內容，以符合實驗準則與公平性。

實驗二的受測者並不侷限於台中教育大學之大學生，共選取 32 位受測者。

依據性別、環境光源、有無背景音樂去做分組。表 3-2 為受測者分類統計表。

表 3-2 受測人數分類統計表

環境光源(亮) 環境光源(暗)

背景音樂(有) 背景音樂(無) 背景音樂(有) 背景音樂(無)

男

大學 2 2 2 2

研究所 2 2 2 2

女

大學 2 2 2 2

研究所 2 2 2 2

3.4 視覺刺激材料

因為本研究為了更貼近使用者使用數位媒材的狀態，故不使用模擬的方式呈現，直接將視覺刺激材料透過程式在 iPad 上呈現，然實驗一因為尚未確立實驗模式故還是以模擬的為主，實驗二才是直接在 iPad 上呈現。

實驗一的實驗刺激材料為兩篇童話(見附錄一)，並編製眼動資料所需之視覺材料。配合眼動儀與實驗設計軟體的規格與功能，模擬蘋果電腦 iPad 的介面，

並在每段受試的規劃中加入一個錯字。在實驗過程中，讓受試者尋找並點選錯字，

並記錄反應時間(以微秒來計算開始閱讀文章到找到錯字的時間)，並限定每段配色的文章閱讀上限為 30 秒。如圖 3-3。

實驗二則因實驗一的結果與先前研究發現語文能力(吳智鴻 et al., 2012)會影

響到注意力的高低以及工作績效的好壞，故將字詞意義的符號排除，使用亂碼及無意義之中英文字編寫視覺刺激材料。實驗二的中文字採用教育部在民國 87 年調查出來的 500 常用字(見附錄二)，以一行中文一行英文的方式模擬語言學習介面。實驗一的視覺刺激物如圖 3-3 之左，實驗二之視覺刺激物圖為圖 3-3 之右，

完整的請見實驗二之視覺刺激物(附錄三)。

圖 3-3 實驗一與實驗二之視覺刺激物內容

3.4.1 字體大小

依據過去 Legge 的研究(Legge et al., 1985)，指出字元大小在 0.3∘~2∘內，能有最佳的閱讀速度。在字距與行距上，過去 Muter 的字距研究顯示字距並不影響閱讀速度(Paul et al., 1992)，且不限於紙本與螢幕(John et al., 1987)，在行距的研究上，Kolers 在 1981 年的研究發現行距較大的時候閱讀總時間增加，不過並不顯著(Kolers et al., 1981)，因此本研究將字體固定為 18pt，字距，行距為字體的 1. 5 倍，也就是 27pt。實驗一與實驗二皆採此字形與字體、行距、字距大小的配置，

字型則採用黑體字。

29 3.4.2 文字與背景配置

據過去研究指出亮度、明暗對比、與色彩對於疲勞與辨識度的研究，亮度與對比較色彩的影響為顯著(Hwally et al., 2011)，Mills 與 Weldon(Mills et al., 1987)還有 Ware(Ware, 2000)的研究也指出視覺對文字的識別度的能力，其明暗對比的屬性比色彩更為顯著。因此，圖 3-4 為本實驗所設定之字體與背景配色，採用無彩色之配對色彩，9 種白底黑字與 9 種黑底白色配色，對比度範圍從 50%到 100%

到實驗所使用字體為黑體字，如圖 3-3 的配置圖。實驗一採用了 18 種文字背景配置並結合眼動與腦波評估最不容易疲勞、易集中注意力。實驗二則依據實驗一成果之最佳與最差之對比配色各擷取三組作為對照。三種最佳的對比配色設計為 A1(背景 0%黑，字體 100%黑)、A3(背景 0%黑，字體 85%黑)、B2(背景：15%黑，

字體：85%黑)如圖 3-5 a 處。較差的對比配色設計為 E1(背景 85%黑，字體 0%黑)、

F3(背景 75%黑，字體 25%黑)、D3(背景 100%黑，字體 0%黑)，如圖 3-5 b 處。另外本研究加入了色光三原色 R(紅 255)、G(綠 255)、B(藍 255)，以及模擬紙材質的 P 以及真實列印在紙張上的 RP 文字背景配置。

圖 3-4 文字背景配置規劃圖

(圖 A. 較優的配色)

(圖 B. 色光三原色)

(圖 C. 較差的配色)

(圖 D. 紙張材質配色與真實紙本)

圖 3-5 實驗二採用之對比配置與色彩材質規劃圖

3.4.3 背景音樂

本研究之音樂與腦波前導研究中發現鋼琴較能誘發注意力，管樂較能使情緒放鬆，鋼琴能夠提高注意力(吳智鴻 et al., 2010)，但不知與閱讀時的交互效果。

因此，本研究將一樣使用莫札特之 K.448 鋼琴奏鳴曲加入測試，音樂此因子為有加入與沒有加入，探知音樂是否會影響到疲勞以及注意力。

31 3.5 實驗環境與設備

本章節將介紹本研究使用的設備，共有眼動儀、腦波測量儀、心跳與血氧濃度儀器以及 emWave 等情感運算儀器。

3.5.1 眼動儀(Eye Tracker)

本研究所使用的眼動儀是由加拿大 SR Research 公司所製造的 EyeLink 1000 眼動儀，升級為 Eyelink 2000 與 Remote 規格。該眼動追蹤系統已經發展到每一秒可以記錄 1000(2000)次眼動的取樣頻率，精確計算眼球的凝視時間，精密程度絕對足以用來進行閱讀與其它視覺認知之心理研究。此系統的實驗程式設計不要求研究者必須具備程式設計的專長，因此可以減輕實驗設計的負擔，提升研究效能，

設備如圖 3-6。

圖 3-6 本研究所使用之眼動儀器

3.5.2 腦波測量儀

本研究採用 Neurosky 公司之腦波測量工具，是種非侵入性的腦波測量儀器，

用於檢測神經元電觸發活動，有著耳機的外型。并使用三個感應器接觸在皮膚的

三個地點：下方的耳朵兩處和前額，前額是個方便放置感應器的位置，額葉皮層也是有高度的認知訊號和意識的發源地(Christopher et al., 2009)。Neurosky 如圖 3-7 中受試者頭上所戴之腦波儀，圖左為儀器樣貌，圖右為受測者帶上儀器樣。

圖 3-7 Neurosky 腦波測量儀

3.5.3 心率變異度與紅外線血氧濃度儀

本研究也加入了心率變異度，亦即 HRV，來探討使用數位媒材學習後的疲勞程度，HRV 也蘊含了心血管控制系統與體液調節等資訊，對於這些資訊的分析可以評估生理的影響，具有重要的生理學研究與臨床應用意義(柴繼紅 et al., 2004)。而血氧濃度常用於探測疲勞程度，達到預前保健效果並也被證實可以應用於疲勞評估的可能(胡志彰, 2007)。於是本研究加入心率變異度與血氧濃度來探究使用數位媒材學習後的疲勞程度。圖 3-8 為本研究所用之心率變異與血氧濃度儀器。圖中 A、D 處為儀器本體，B 處為感應器，C 處為受測者戴上儀器的情形。

圖 3-8 心率變異度與紅外線血氧濃度儀

3.5.4 情緒偵測儀器

本研究使用 emWave 來了解文字背景配置之情緒值，並用於檢測學習者的情感、情感狀態變化，也用研究於不同的多媒體媒材來評估學習成效(Chen et al., 2011)。圖 3-9 即為情緒偵測儀器，圖 3-9A 處為其 Sensor 感應接點，圖 3-9 B 處為整個情緒偵測儀器，圖 3-9 C 處為受測者戴上儀器之圖示。

圖 3-9 情緒偵測儀器

34 3.5.5 閃光融合閾值(CFF)

本研究使用閃光融合閾值(CFF)來作為測量疲勞的一項指標，透過閃爍的頻率變化量測受試者的視覺敏感度是某已經有疲勞的現象。閃光融合閾值的定義是，

先讓受試者注視某一頻率的光源，然後再逐漸地調高閃爍頻率，當受試者感覺光源不在閃爍之後，這個臨界點稱為閃光融合閾值，此為正向測試，相反的從最高的的頻率逐漸降低至受試者開始感覺閃爍，此臨界點也被稱為閃光融合閾值 (Horie, 1991)。圖 3-10 為本研究量測閃光融合閾值(CFF)之器材。A 處為機器全貌，

B 處為運作中的狀態(閃紅燈)。

圖 3-10 量測閃光融合閾值(CFF)之儀器

3.5.6 實驗環境與配置

受測的環境為安靜不受外界干擾之三坪半之實驗室，坐在具有調節高度、背部幅度之人體工學椅子，以及使用具備調節高度及角度之桌子，iPad 中心至桌面高度為 28cm，受測者的臉與眼睛與 iPad 為平行，距離為適當的 30 公分距離(李明燕, 2005)。圖 3-11 為受測者接受實驗示意圖。

圖 3-11 受測者接受實驗示意圖

整個實驗環境有兩台電腦、一台筆記型電腦，一台為 Host PC，為 DOS 模式，

主要是控制眼動儀 EyeLink2000，研究人員專用。一台為 Display PC，主要是用來接收眼動儀用，螢幕上掛載著 iPad，iPad 顯示本研究實驗之視覺刺激物。還有一台筆記型電腦為記錄腦波儀 Neurosky、血氧、心率變異度、情緒值之資料，供研究人員使用。眼動儀則放置在受測者與螢幕之間，以不妨礙受測者觀看視覺刺激物即可。腦波儀則受測者頭上所戴之儀器，使用無線藍芽介面。血氧與心率變異度、emWave 儀器為 USB 有線介面，實驗中將所記錄之資料傳送給筆記型電腦做記錄。整個實驗環境配置如圖 3-12。

圖 3-12 實驗環境配置圖

3.6 實驗設計

本研究分為兩個實驗，實驗一為依據疲勞度指標的(1)瞳孔大小、(2)平均瞳孔大小改變量、(3)眨眼率及注意力指標中的(4)注意力、(5)錯字尋找績效以及(6) 凝視時間長短來確立最優的文字背景配置。而實驗二為將實驗一中最好的三種配色與最差的三種文字背景配置並加入以三原色為底之色彩配置，並加入音樂的兩種因子(1)有、(2)無兩種，環境光源因子(1)亮、(2)暗兩種。並依據(1)瞳孔大小、

(2)平均瞳孔大小改變量、(3)眨眼率、(4)眨眼時間、(5)注意力、(6)文字辨識績效以及(7)閃光融合閾值(CFF)、(8)結合主觀評量問卷、(9)心跳變異率、(10)血氧濃度、(11) 情緒值來探討音樂、環境光源對於閱讀、學習時的影響。以下依據變項

在文檔中運用情感運算技術分析行動媒體介面配置對使用者疲勞及注意力的影響 (頁 38-0)