國 立 交 通 大 學
工業工程與管理學系
博 士 論 文
顯示畫面大小對老年人視覺搜尋作業之影響
The effect of display size on the visual search performance of the
elderly
研 究 生：廖家寧
指導教授：陳一平 教授
洪瑞雲 教授
國 立 交 通 大 學
工業工程與管理學系
博 士 論 文
顯示畫面大小對老年人視覺搜尋作業之影響
The effect of display size on the visual search performance of the
elderly
研 究 生：廖家寧
研究指導委員會：黃雪玲 教授
黃淑麗 教授
許峻誠 教授
指 導 教 授：陳一平 教授
洪瑞雲 教授
中 華 民 國 一 ０ 二 年 六 月
顯示畫面大小對老年人視覺搜尋作業之影響
The effect of display size on the visual search performance of the
elderly
研
究 生：廖家寧 Student：Chia-Ning Liao
指導教授：陳一平
Advisor：I-Ping Chen
洪瑞雲 Ruey-Yun Horng
國 立 交 通 大 學
工 業 工 程 與 管 理 學 系
博 士 論 文
A DissertationSubmitted to Department of Industrial Engineering and Management College of Management
National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Doctor of Philosophy
June 2013
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
顯示畫面大小對老年人視覺搜尋作業之影響
研
究 生：廖家寧 指導教授：陳一平
洪瑞雲
國立交通大學工業工程與管理學系博士班
摘
要
E 目前的顯示器設計準則多針對年輕人與約15 度視角大小顯示器，卻未必適用於老 年人與不同大小的觀看環境。本研究採用視覺搜尋實驗典範，以老年人為對象，年輕人 為對照組，改變顯示畫面大小(單位為視角)，探討顯示畫面大小對老年人視覺搜尋作業 之影響。本研究包含三個實驗。實驗一請老年人在三種顯示畫面(16 度、32 度、60 度視 角)中進行視覺搜尋作業。結果發現搜尋類型與項目數目的顯著效果與交互作用，但顯 示畫面大小的效應卻不強健。實驗二與實驗三請年輕人與老年人在三種搜尋範圍大小(8 度、16 度、32 度視角)中進行視覺搜尋作業，實驗二中項目大小隨搜尋範圍縮小而等比 縮小，實驗三中項目大小則不改變。結果，實驗二中，年輕人與老年人在 16 度、32 度 視角情況中的表現型態與實驗一相似，亦出現年齡、項目數目與搜尋範圍大小的顯著效 果與交互作用。實驗三中，8 度、16 度情境的項目尺寸不縮小，搜尋效率相較於實驗二 有顯著的促進。同時，老年人在平行式搜尋情境中，反應時間不隨項目數目與搜尋範圍 大小而增加。序列式搜尋情境中，反應時間則顯著隨著項目數目的增加而增加，搜尋效 率亦隨著搜尋範圍縮小而促進，但由 16 度縮小到 8 度時促進幅度卻變小。可能是項目 之間擁擠程度增加而導致。因此本研究結果支持年齡、搜尋範圍大小、搜尋類型、項目 數目、項目大小與擁擠程度等變項對視覺搜尋表現皆有影響。 關鍵詞：高齡者、視覺注意力、視覺搜尋、顯示器、人因工程 i
The effect of display size on the visual search performance of the elderly Student：Chia-Ning Liao Advisors： I-Ping Chen
Ruey-Yun Horng Department of Industrial Engineering and Management
National Chiao Tung University
Abstract
Current knowledge about attention is largely based on data obtained with young adults
using devices of moderate display size. With the aging of increasingly large populations and
the advance of display technology, comes the need for understanding the elderly’s attention
behavior over a wider range of viewing sizes. The effect of display size on the elderly’ visual
search performance was studied in three experiments. In exp. 1, the elderly performed two
types of visual search tasks, that is, parallel and serial search, under three display-size
conditions (16°, 32°, and 60°). Elderly’ reaction time increased with set size in serial, but not
parallel search. However, the display size effect was not robust. In exp. 2 and 3, the elderly
and the young control engaged in the same tasks in 8°, 16°, and 32° display size conditions. In
exp. 2, the item size was scaled with the display size. The elderly’s performance replicated
that in exp. 1 roughly, and it took them more time to complete a task than the young. In exp. 3,
the item size was held constant. The elderly’s serial, but not parallel search was affected by
the display size. In the serial task, the reaction time for detecting a target decreased with the
display size from 32° to 16°, and then remain constant down to 8° condition, suggesting that
some sort of crowding effect was in action. To sum up, this study shows that age, display size,
search type, set size, item size, and crowding all affect visual search performance. Key word: aging, visual attention, visual search, display size, human factors
致 謝
來到博士學程的最終，這本論文並不是惟一的結局，九年過程中的學習、反思、堅 持向前與自我突破是人生中更為珍貴的收穫。 博士學程與這本論文得以完成，首先要感謝交大應藝所的恩師陳一平老師。雖然陳 老師本身是個絕頂聰明人物，學識淵博亦可比文藝復興人，但對待不才學生們卻總是溫 和有耐心，且尊重我們自身的研究興趣、見解與人生選擇，與陳老師討論問題時總能有 醍醐灌頂之感。最感謝的是陳老師總是包容我的左思右想與躊躇不前，常在我卡住的時 候幫助我澄清我的困難點，持續地鼓勵我繼續向前。 博士學程路途中，要感謝交大工工人因工程組的洪瑞雲老師，洪老師是個極具正義 感的俠女。當我由心理學跨領域進入人因工程領域之初，科學與科技兩種不同思惟產生 出的巨大撞擊常在我心中激盪，感謝洪老師在我徬徨無依之時多次伸出援手，給予支持 與肯定。同時也感謝工工所上的其它科目的老師與行政人員在學業與行政上的各項協 助。 感謝論文的口試委員：黃雪玲老師、王明揚老師、黃淑麗老師與許峻誠老師對論文 逐字斧正，並以心理、人因工程、設計等領域的專業提供見解，不但點出我的盲點，更 提供建議使論文寫作更加周延與豐富，提升研究價值。 感謝應藝所基礎視覺實驗室的同伴，特別是：翠如學姊、智祥、之維、明鴻、與小 公主等人；工工所人因工程實驗室的同伴，特別是：永昌學長、世環學姊、柏輝、富源、 孜蓉、與瑋聖、瀞云、柔喻、愷伶；及交大工工所的同學：信宏、志偉與崑智大哥。不 iii同的專長的大家在實驗室討論與共事，過程中激盪出許多天馬行空的想法，皆對我有所 啟迪。彼此在修課與生活中溫暖的關心與互相打氣，伴我走過這些年。研究中各項問題 的解決，諸如實驗程式、刺激製作，商借實驗室的行政事項與參與者招募，皆得到大家 的幫助，才讓實驗順利完成。 感謝參與本研究的老年人與年輕人參與者們。特別是老人家們，在只以電腦螢幕光 線為惟一光源的暗室中，堅持完成視覺搜尋作業的實驗，絕對不是件容易的事。這當中， 有人是認同學術研究希望能幫助老年人相關知識的探索與老年人相關設計的進步，更有 人是發揮善心幫助一個學生的學位論文。不論如何，沒有你們的參與，本研究不會順利 完成。 感謝我的父母與姊妹們，來自家庭的溫暖與關愛，共同扶持度過這些年家中的幾個 艱困時刻的經驗，使我內心更加篤定，我們大家必定也能順利走過未來漫長的人生路， 亦能擁有幸福。感謝我親愛的伴侶茂弘，有幸遇到你，人生中的風風雨雨喜悅甜蜜快樂 幸福皆與你攜手向前，是我最快樂的事。 一件事的完成，不可能只靠一個人，必然是集合了許許多多人的幫助才能成就。一 路上給予我幫助的人實在太多，難以細數，只好謝天!! 此刻的我很高興，因為一路走來，克服了大大小小的難題，持續向前，沒有放棄。 過去經歷的一切都使我更強壯，現在並不是旅程的結束，而是下個階段的開始。 iv
目 錄
第一章 緒論 ... 1 1.1 研究背景與動機 ... 1 1.2 研究目標 ... 3 1.3 研究名詞與定義 ... 5 1.3.1 表現 ... 5 1.3.2 平行式搜尋與序列式搜尋 ... 5 1.3.3 搜尋範圍大小以視角為單位 ... 6 1.4 研究範圍與限制 ... 7 1.4.1 適用對象 ... 7 1.4.2 顯示畫面 ... 8 1.4.3 理論探究 ... 8 1.5 研究架構 ... 9 第二章 文獻回顧 ... 12 2.1 老化與眼睛 ... 12 2.1.1 視角(visual angle) ... 14 2.1.2 離心視角(eccentricity) ... 152.1.3 皮質放大率(cortical magnification factor) ... 15
2.2 注意力與螢幕大小 ... 17 2.2.1 視覺搜尋典範 ... 19 2.2.2 視覺搜尋與皮質放大率 ... 21 2.3 老化與視覺搜尋 ... 22 2.4 老人在不同尺寸搜尋範圍下的視覺搜尋表現 ... 27 第三章 研究方法 ... 29 3.1 參與者 ... 29 3.2 實驗設計 ... 29 3.3 實驗刺激 ... 30 3.4 各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小 ... 31 3.5 程序 ... 34 3.6 統計分析前的資料處理 ... 36 3.7 預計回答問題 ... 37 第四章 前行實驗與實驗一 ... 38 4.1 前行實驗 ... 38 4.1.1 參與者 ... 38 4.1.2 實驗設計 ... 38 4.1.3 實驗刺激 ... 39 v
4.1.4 儀器設備與實驗環境 ... 39 4.1.5 各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小 ... 40 4.1.6 程序 ... 41 4.1.7 資料處理 ... 41 4.1.8 結果 ... 41 4.1.9 結論 ... 44 4.2 實驗一 ... 44 4.2.1 參與者 ... 44 4.2.2 實驗設計 ... 45 4.2.3 實驗刺激 ... 46 4.2.4 儀器設備與實驗環境 ... 46 4.2.5 各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小 ... 47 4.2.6 程序 ... 47 4.2.7 資料處理 ... 48 4.2.8 結果 ... 48 4.2.9 實驗一，小結與討論 ... 51 第五章 實驗二 ... 56 5.1 參與者 ... 56 5.2 實驗設計 ... 57 5.3 實驗刺激 ... 58 5.4 各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小 ... 59 5.5 儀器設備 ... 60 5.6 程序 ... 60 5.7 統計分析前的資料處理 ... 60 5.8 結果 ... 60 5.8.1 平行式搜尋 ... 61 5.8.2 序列式搜尋 ... 64 5.9 實驗二討論 ... 68 第六章 實驗三 ... 70 6.1 參與者 ... 70 6.2 實驗設計、實驗刺激、各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小、儀 器設備、程序、與統計分析前的資料處理 ... 71 6.3 結果 ... 72 6.3.1 平行式搜尋 ... 72 6.3.2 序列式搜尋 ... 75 6.4 實驗三討論 ... 79 第七章 綜合討論 ... 83 7.1 摘要實驗結果 ... 83 vi
7.1.1 實驗一 ... 83 7.1.2 實驗二與實驗三 ... 84 7.2 與前人實驗的比較 ... 87 7.2.1 平行式搜尋 ... 87 7.2.2 序列式搜尋 ... 87 7.2.3 老化影響視覺注意力機制 ... 88 7.3 設計考量與建議 ... 90 7.4 研究限制與未來研究方向 ... 91 第八章 參考文獻 ... 93 附錄一 正確率的平均數與標準差 ... 101 附錄二 各實驗之變異數分析表 ... 104 vii
圖目錄
圖 一 世界人口金字塔（Population Division, DESA, United Nations, n. d.） ... 1
圖 二 平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 ... 5 圖 三 平行式搜尋與序列式搜尋的反應時間對項目數目函數示意圖 ... 6 圖 四 視角的概念(陳一平，民 100，頁 41) ... 7 圖 五 研究架構 ... 11 圖 六 眼睛結構示意圖。 ... 12 圖 七 眼球位置的表示方式 ... 15 圖 八 皮質放大效應圖。 ... 16 圖 九 引自 Hommel, Li, Li (2004) ... 22 圖 十 前行實驗與實驗一中平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 ... 30 圖 十一 實驗一，各搜尋範圍大小示意圖 ... 32 圖 十二 實驗二與實驗三中各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸、觀看距離、與搜尋畫面 示意圖 ... 33 圖 十三 實驗一流程示意圖 ... 34 圖 十四 實驗二與實驗三流程示意圖 ... 34 圖 十五 每段實驗內流程示意圖 ... 35 圖 十六 前行實驗，平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 ... 39 圖 十七 前行實驗，各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸與觀看距離示意圖 ... 40 圖 十八 前行實驗，流程示意圖 ... 41 圖 十九 前行實驗，平行式搜尋與序列式搜尋中，各種不同情況下反應時間對項目數 目的函數。 ... 42 圖 二十 實驗一，平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 ... 46 圖 二十一 實驗一，各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸與觀看距離示意圖。 ... 47 圖 二十二 實驗一流程示意圖 ... 48 圖 二十三 實驗一 平行式搜尋與序列式搜尋中，各種不同情況下反應時間對項目數目 的函數。48 圖 二十四 各搜尋範圍中的目標項與干擾項可能放置位置 ... 59 圖 二十五 實驗二，各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸、觀看距離、與搜尋畫面示意圖 ... 59 圖 二十六 實驗二平行式搜尋情況，各種不同情況下反應時間對項目數目的函數。(61 圖 二十七 實驗二序列式搜尋，各種不同情況下反應時間對項目數目的函數。64 圖 二十八 實驗三，各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸、觀看距離、與搜尋畫面示意圖 ... 71 圖 二十九 實驗三平行式搜尋情況，各種不同情況下反應時間對項目數目的函數。72 圖 三十 實驗三序列式搜尋情況，各種不同情況下反應時間對項目數目的函數。 .... 75 viii
表目錄
表 一 前行實驗，反應時間的平均數與標準差 ... 42 表 二 前行實驗，反應時間之變異數分析摘要表 ... 43 表 三 前行實驗，反應時間對項目數目之線性回歸分析。 ... 44 表 四 實驗一 反應時間的平均數與標準差 ... 49 表 五 實驗一 反應時間變異數分析摘要表 ... 49 表 六 實驗一 反應時間對項目數目之線性回歸分析 ... 50 表 七 實驗二，參與者資料摘要 ... 57 表 八 實驗二平行式搜尋情況，各情境之反應時間平均數與標準差 ... 61 表 九 實驗二平行式搜尋情況，反應時間變異數分析摘要表 ... 62 表 十 實驗二平行式搜尋情況，反應時間對項目數目之線性回歸分析 ... 64 表 十一 實驗二序列式搜尋情況，反應時間之平均數與標準差。 ... 65 表 十二 實驗二序列式搜尋情況，反應時間變異數分析摘要表 ... 65 表 十三 實驗二序列式搜尋情況，反應時間對項目數目之線性回歸分析 ... 66 表 十四 實驗二序列式搜尋情況，反應時間對項目數目函數斜率的事後比較分群結果 ... 68 表 十五 實驗三，參與者資料摘要 ... 71 表 十六 實驗三平行式搜尋情況，各情境之反應時間平均數與標準差 ... 73 表 十七 實驗三平行式搜尋情況，反應時間變異數分析摘要表 ... 73 表 十八 實驗三平行式搜尋情況，反應時間對項目數目之線性回歸分析 ... 74 表 十九 實驗三序列式搜尋情況，反應時間變異數分析摘要表 ... 76 表 二十 實驗三序列式搜尋情況，各年齡與項目數目情境之反應時間平均數與標準差 ... 76 表 二十一 實驗三序列式搜尋情況，各搜尋範圍與項目數目情境之反應時間平均數與 標準差 ... 77 表 二十二 實驗三序列式搜尋情況，反應時間對項目數目之線性回歸分析 ... 78 表 二十三 實驗三序列式搜尋情況，反應時間對項目數目函數斜率的事後比較分群結 果 ... 79 ix第一章 緒論
1.1研究背景與動機
全球已經邁入高齡化社會。二次世界大戰結束後，由於漸漸克服戰爭、饑荒、 疾病等等問題，全世界許多國家逐漸步入高齡化社會。根據聯合國及世界衛生組 織的資料(Population Division, DESA, United Nations, n. d.; World health organization, n. d.)，目前全世界 60 歲以上的人口已達 6 億零 5 百萬 (佔人口比例 11%)，約為 1980 年時的兩倍，而且預計 2050 年時世界 60 歲以上人口將達到 20 億人(約為 當時人口的22%)。請參考圖一：
圖 一 世界人口金字塔（Population Division, DESA, United Nations, n. d.）
隨著於高齡人口的增加，健康、快樂、獨立行動、滿意度高的老年生活成為 大家希望達成的目標。如果適當地設計器具與環境，配合或補償老年人逐漸退化 的身心機能，應能維持或促進老年人活動力、獨立生活的能力、與老人參與社群 的程度。 原本在一般的設計器具與環境的過程中，設計人員自然就會考量使用者特 性。設計人員多會參考人因工程教科書內設計準則(design guideline)或常模等資 1
料輔助或修改設計，設計準則是基於眾多人類特性相關的研究結果而訂定。但可 惜的是，過去基礎研究多是以一般年輕人為研究對象，缺少高齡者的資料。使得 現今設計人員在設計老人相關產品時缺少適當的準則可以參考。 在眾多人類心理特性中，注意力相關議題是頗受關注的一個領域，因為注意 力影響人類的訊息接收、體驗、認知處理、反應選擇與行動。如果得到注意力資 源的投注，可以促進人類在各種作業中的表現，例如正確率與反應時間。而過去 數十年間，注意力與知覺領域累積了許多經典研究，得到許多豐碩的資料，從而 決定了許多人機互動的設計準則。但過去的經典研究皆是以一般成年人為對象， 並且在不超過15 度視角大小範圍的螢幕(VDT, visual display terminal)上進行實驗 並蒐集資料。隨著科技日新月益，各種愈來愈小與愈來愈大的顯示器已經成為我 們日常生活中的一部份，例如：手機螢幕、虛擬實境的電腦遊戲、抬頭式顯示器、 頭戴式顯示器。過去研究所得相關知識與相關的設計準則是否仍適用於各種顯示 畫面尺寸的情況？這是一個重要的問題。 在注意力研究領域中有數個知名的經典實驗典範，本研究選擇視覺搜尋作 業，主要有兩個原因：其一是相較於其它實驗典範，視覺搜尋作業有較高的生態 效度，其結果較容易類推到各種生活情境當中；其二則是因為視覺搜尋典範已經 累積了許多實徵資料，已有基本理論架構，研究者較容易有一個比較的基準來解 釋資料。 2
因此，本研究選擇以老年人為對象，年輕人作為對照組，探討顯示畫面大小 對老年人視覺搜尋作業的影響。
1.2研究目標
本研究採用實驗法，目標是探討顯示畫面大小對老人視覺搜尋表現的影響。 我們以老年人為實驗組，年輕人作為對照組，依據注意力研究領域知名的視覺搜 尋實驗典範為基準來設計與修改本研究中各個實驗的設定與流程。並請參與者在 幾種不同搜尋範圍大小(單位為視角)的畫面中進行視覺搜尋作業。 傳統的視覺搜尋作業會重複許多個嘗試次，每次畫面中會散佈數目不等的刺 激項目，參與者的任務則是判斷目標項(已在事前告知)是否出現在畫面中，並儘 快且正確地按鍵反應。所謂視覺搜尋的表現，便以正確率、反應時間、與反應時 間對項目數目函數的斜率來代表。 視覺搜尋典範通常操弄的獨變項包括有目標出現與否、搜尋類型(文獻多使 用search effeciency 一詞，為免誤解，本文中皆使用搜尋類型一詞；區分平行式 搜尋或序列式搜尋兩種，由畫面配置中的刺激特徵所決定)、與項目數目。依變 項則是正確率、反應時間、與反應時間對項目數目函數的斜率，正確率越高、反 應時間越短、斜率愈低便代表搜尋效率愈好。 由於本研究關切的問題是顯示畫面大小對老人視覺搜尋表現的影響為何，並 以老年人為實驗組，年輕人為對照組。所以本研究操弄的獨變項有：年齡、顯示 3畫面大小、目標出現與否、搜尋類型、與項目數目，依變項則有正確率、反應時 間、與反應時間對項目數目函數的斜率。 由於我們採用的是因子實驗設計，綜合以上幾個因子之後，我們預計可回答 下列問題： 一、 老人達成任務需要的視覺搜尋時間是否比年輕人需要的時間更長？ 二、 老人面對平行式搜尋畫面時是否比面對序列式搜尋畫面的表現更好？ 三、 老人面對平行式搜尋畫面是否仍然能維持有效率的搜尋(反應時間對項目 數目的函數斜率接近零)？ 四、 老年人面對序列式搜尋畫面時的搜尋效率(以反應時間對項目數目函數之 斜率為指標，斜率越低表示效率越高)是否比年輕人的效率低？ 五、 搜尋範圍大小是否影響老年人的搜尋時間？ 六、 搜尋範圍大小改變之後，老年人面對平行式搜尋畫面時，是否依然比面對 序列式搜尋畫面的表現更好？ 七、 搜尋範圍大小改變之後，老年人在平行式搜尋情況中的搜尋效率是否改 變？ 八、 搜尋範圍大小改變之後，老年人在序列式搜尋情況中的搜尋效率是否改 變？ 4
1.3研究名詞與定義
1.3.1表現
本研究中所謂視覺搜尋作業的表現，以參與者在視覺搜尋作業中的正確率、 反應時間、與反應時間對項目數目函數的斜率來代表。正確率越高、反應時間越 短代表搜尋表現愈好、斜率愈低則代表搜尋效率愈好。1.3.2平行式搜尋與序列式搜尋
在本研究中，平行式搜尋情境使用＂O＂(目標項)與＂V＂(干擾項)的組合作 為刺激；序列式搜尋情境使用＂L＂(目標項)與＂T＂(干擾項)的組合來作為刺 激。如圖二所示： 圖 二 平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 如前文所述，視覺搜尋作業中，參與者須在散布著許多個項目(可以是色彩、 形狀、字母、臉孔、物體、圖案等等)的螢幕中以視覺方式尋找目標項目，並儘 快且正確地判斷目標項目有沒有出現。而反應時間對項目數目的函數斜率(每增 平行式搜尋 序列式搜尋 5加一個項目，隨之延長的反應時間長短)通常被作為參與者搜尋效率的指標，斜 率愈小表示搜尋效率越高，斜率愈大表示搜尋效率越低。
如果反應時間對項目數目的函數是一個斜率接近零的線性函數(near
zero-slope linear function)，也就是說反應時間不會隨著項目數目而增加。這是一 個較容易的、較高效率的搜尋模式，常被稱為平行式搜尋(parallel search)，反映 的是參與者可以平行式地、同時地處理完所有的項目。然而，如果反應時間對項 目數目的函數產生陡峭的斜率，也就是說反應時間會隨著項目數目增加而增加。 這是一個較困難的、較低效率的搜尋模式，常被稱為序列式搜尋，反映的是參與 者必須序列式地、一個接著一個地處理畫面中的項目。如圖三所示： 圖 三 平行式搜尋與序列式搜尋的反應時間對項目數目函數示意圖 我們進行了一個前導研究，確定＂O＂(目標項)與＂V＂(干擾項)的刺激組合 可以導向高效率的平行式搜尋，＂L＂(目標項)與＂T＂(干擾項)的刺激組合則導 向較低效率的序列式搜尋，於是本研究中便決定採用這兩種組合的刺激。
1.3.3搜尋範圍大小以視角為單位
本研究中各種視覺刺激的尺寸，包括顯示畫面大小、項目大小、項目距離， 皆以視角為單位來表示。請參考圖四，如果我們將瞳孔視為一端點，則物體在空 平行式搜尋 序列式搜尋 6間上兩端與瞳孔這一點所形成的夾角，就是此物體影像的視角。由此可知，只要 已知物體大小與觀看距離，便可以依三角函數求得此物體影像大小。令物體高度 為H，觀看距離為 D，則視角(VA) 等於 2 × arc tan (0.5 × H × D-1)。
圖 四 視角的概念(陳一平，民 100，頁 41) 由於顯示畫面種類眾多，不只實際上的物理尺寸差異甚大，連實際使用時的 觀看距離也各個不同。只有當我們使用視角這種以視網膜為中心的單位時，才能 反映這種兩個刺激雖然物理尺寸不同但其投影到觀看者視網膜的影像尺寸卻相 同的現象。如果使用顯示畫面的物理尺寸作單位，就無法適切地反映這一點。
1.4研究範圍與限制
1.4.1適用對象
在適用的對象方面，本研究的對象是年齡介於60 歲至 80 歲之間正常老化的 一般老年人，與20-30 歲間的年輕人，兩組參與者皆要求視力矯正後正常，智力 正常，且無阿茲海默症、帕金森氏症、中風等疾病的病史。因此研究結果的推論 也僅適用於60 歲至 80 歲之間正常老化的一般老年人，與一般年輕成人。若要類 推到其它條件不同之對象，需特別謹慎。 71.4.2顯示畫面
在顯示畫面大小方面，本研究中實驗一的顯示畫面範圍由16 度視角至 60 度視角，實驗二的顯示畫面範圍由8 度視角至 32 度視角。因此後續的應用與推 論皆應注意此範圍限制。8 度視角以下，32 度以上或 60 視角以上的作業情境欲 使用本研究結果作推論時皆應更加保守。一般人的日常生活中隨時遍佈著相似的 認知運作歷程，例如用眼睛在iPhone 畫面中尋找特定 app 圖示、用眼睛在股市 看盤中尋找特定股票的價位、用眼睛在停車場的自動付款機中尋找按鈕，都在搜 尋畫面大小8 度視角至 60 度視角的範圍之內。但要注意的是本研究僅只使用兩 種以簡單刺激決定的搜尋類型，要類推到實務應用上更複雜或困難的畫面時，同 樣必須多加斟酌。1.4.3理論探究
在更基礎的理論探究方面，由於本研究採用知覺與注意力領域裡經典的視覺 搜尋作業典範，其優點是與其它典範相較之下，其作業歷程更容易推論到日常生 活之中。 另一方面視覺搜尋作業的缺點比其它典範的作業更加複雜一些，所以影響視 覺搜尋作業表現的因素更多，由外在的影像品質、觀看者眼睛生理特性(如，水 晶體渾濁使投射到老人視網膜的光量減弱、或是眼球動作變慢等等)、到更高階 的認知處理能力(如，注意力移動能力、視覺擁擠因素(visual crowding)等等)，眾 8多的因素皆可能有交互作用，而對視覺搜尋作業表現有複雜的影響，例如選擇式 注意力的移動與眼球運動、或目標項的視覺擁擠程度與顯著性，而影響到最終的 視覺搜尋表現。但由於本研究聚焦於老年人在視覺搜尋作業中的表現，因此在本 研究範疇中勢必無法一一釐清這些因素。舉例來說，如果我們試圖釐清視覺擁擠 因素的影響而刻意增加目標項週邊的干擾項數目或縮小干擾項與目標項距離，很 有可能反而影響到目標項在整個畫面中的顯著性。雖然釐清上述可能因素並不是 本研究的目標，但由於本研究的獨變項包括有年齡、顯示畫面大小、項目數目， 因此我們可以初步了解與年輕人相較，老年人在不同顯示畫面大小的情境下的表 現為何，揭示老化歷程對視覺搜尋表現的影響方向與幅度。以此作為後續研究的 開端。
1.5研究架構
本研究架構請參考圖二所示，各章內容概述如下： 第一章緒論說明論文的研究背景與動機、研究目標、研究範圍與限制與研究 架構。 第二章文獻探討包含：與本研究相關的視知覺生理基礎、相關概念與重要名 詞的解釋、摘要介紹視覺注意力領域的幾個知名研究典範及其使用的螢幕尺寸、 回顧老化與視覺搜尋相關文獻、並回顧老人在不同尺寸搜尋範圍下的視覺搜尋表 現相關文獻。 9第三章研究方法則說明本研究所使用的實驗典範，包含預計的參與者特性、 實驗設計、變項定義、實驗流程、使用的視覺刺激、資料處理原則。 第四章包含前行實驗與實驗一。前行實驗與實驗一同樣使用傳統的視覺搜尋 典範，兩者間的差別在於前行實驗的參與者是年輕人，而實驗一的參與者是老年 人。前行實驗與實驗一同樣是請參與者在幾組不同搜尋範圍大小（觀看距離不 同，顯示器的物理尺寸也不同）的情境下進行視覺搜尋作業，項目大小同樣皆是 隨著螢幕畫面等比例放大，項目的位置也都是以隨機方式決定。 第五章的內容包含實驗二。實驗二的設定大致與實驗一相同，項目尺寸同樣 隨著搜尋範圍等比例縮放。但不同的是參與者包含有老年人組與年輕人組、所有 不同搜尋範圍大小情境皆在同一台螢幕上施作、而且項目位置不像實驗一中的隨 機放置，而是在事先指定好的55 的位置上隨機放置。 第六章的內容包含實驗三。實驗三的設定大致與實驗二相同，惟一不同處是 項目大小維持固定，而不隨著搜尋範圍縮放。 第七章則是對整個研究的綜合討論。 10
實驗 第一章 緒論 第二章 文獻探討 第三章 研究方法 第四章 前行實驗與實驗一 一般視覺搜尋作業 三種顯示畫面大小 (16度 32度 60度) 前行實驗 (年輕人組) 實驗一 (老年人組) 年輕人組 &老年人組 第五章 實驗二 項目大小隨顯示畫面等比 縮放 三種顯示畫面大小 (8度 16度 32度) 年輕人組 &老年人組 第六章 實驗三 項目大小維持固定大小 三種顯示畫面大小 (8度 16度 32度) 第七章 綜合討論 圖 五 研究架構 11
第二章 文獻回顧
2.1老化與眼睛
視覺系統最主要接收訊息的器官就是眼睛。眼睛的任務至少有二重。第一重 是光學上的，調整外界光線使之在視網膜上聚焦並形成清晰銳利的影像，第二重 是知覺與注意力的，視網膜上的感光細胞(錐細胞(cone cell)與桿細胞(rod cell))會 將光學能量轉為神經訊號，並傳遞到後方的神經系統。 圖 六 眼睛結構示意圖。（陳一平，民 100，頁 21） 一般人所熟知的眼睛各個部件多半是負責光學上的功能，這包括有：角膜、 虹膜與瞳孔、睫狀肌與水晶體、玻璃漾液與視網膜(見圖六)。角膜是一層中央厚 週邊薄的透明組織，覆蓋在眼睛外，因其形狀似凸透鏡，可以負責眼睛8 成左右 的折射率。角膜下有一圈彩色環即為虹膜，可使瞳孔擴大或縮小。瞳孔後方為水 晶體，水晶體透明形似放大鏡，其邊緣的睫狀肌可使水晶體鬆弛變厚而加大折射 12
率以看清較近之物或是拉緊變薄而減少折射率以看清較遠之物。水晶體與視網膜 之間的玻璃漾液是透明無色膠狀物，可支持眼球壁，並容許光線通過直到視網 膜。視網膜的第一層是感光細胞：錐細胞與桿細胞，它們負責將光能量轉換為電 訊號，並傳遞到後面層次的神經元加工處理，再由視神經傳遞出眼睛。
老人在視覺上遇到較多的問題包括有光量不足、對比不足、老花眼(Boyce, 2003; Heron, Charman, & Gray, 2002)以及色彩區辨力下降(Shinomori, Scheferin, & Werner, 2001)等等。光量與對比敏感度下降(Derefeldt, Lennerstrand, & Lundh, 1979)，是因為隨著年紀增加，老年人的角膜、水晶體、玻璃漾液變得愈來愈不 夠澄清透明(Weale, 1988)，減少了到達視網膜的光量。而老花眼問題則是因為睫 狀肌的拉力減弱與水晶體變硬，使得水晶體改變厚薄的能力減弱，導致老人難以 看清近端刺激，會妨礙了日常生活中的各項作業，例如：閱讀。 雖然視網膜常常被比喻為照相機中的底片，負責感光功能，但實際上，視網 膜包含好幾層的神經元。負責將光能量轉換為神經訊號的只是第一層的感光細 胞，也就是六百萬個錐細胞與一億兩千萬個桿細胞，它們負責將光能量轉換為神 經訊號，並傳給後面層次的雙極細胞和節細胞。也就是說，訊號在眼睛內就已經 透過這幾層神經元做了初步的訊號加工處理，之後才經由節細胞的軸突(也就是 視神經)將訊號傳遞出眼睛，往大腦而去。老人錐細胞與桿細胞的密度變小 (Feeny-Burns, Burns, & Gao, 1990)，型態也產生改變，中央 11 度視角以內的節細 胞數目也隨著老化減少(Balazsi, Rootman, Drance, Schulze, & Douglas, 1984; Curcio
& Drucker, 1993)。所以可知照明或其它光學方面的功能補償是有其限制的，無法 完全將老化對視覺系統的影響彌補過來。 另外，光線聚焦在視網膜上形成影像，影像的特性可以由亮度(光線的強度)、 色調(光線的波長)、大小(以視角為單位)與位置等方式來描述。
2.1.1視角(visual angle)
在視覺研究的領域，影像的長度、大小與位置，通常是以視角為單位來描述。 如同1.3.3 搜尋範圍大小以視角為單位小節與圖四所述，如果我們將瞳孔視為一 端點，則物體在空間上兩端與瞳孔這一點所形成的夾角，就是此物體影像的視 角。由此可知，只要已知物體大小與觀看距離，便可以依三角函數求得此物體影 像大小。令物體高度為H，觀看距離為 D，則視角(VA) 等於 2 × arc tan (0.5 × H × D-1)。所以我們可以知道，兩個不同的刺激即使其物理尺寸不同，但其投影到觀 看者視網膜的影像尺寸卻是可以相同的。我們必須使用視角這種以視網膜為中心 的單位，才能反映這一點。所以，本研究中各種視覺刺激的尺寸，包括螢幕大小 (顯示畫面大小、搜尋範圍大小)、項目大小、項目距離，皆以視角為單位來表示。圖 七 （a）眼球位置的表示方式，0°是視軸所通過的位置。（b）桿細胞和錐細胞之分佈情況（陳 一平，民100，頁 40）
2.1.2離心視角(eccentricity)
至於影像的位置，通常以凝視點為參照標準，當觀察者目光直視前方，正前 方那一點便是凝視點，凝視點位置的視覺刺激會成像在視網膜的中央小窩(fovea) 位置。以凝視點與眼睛的連線作為中心軸，刺激與眼睛的連線作為刺激軸，這兩 軸的夾角便是此刺激的離心視角(eccentricity)。當我們描述說到某物影像的離心 視角是30 度視角時，便表示在空間中此物體中心點與凝視點的距離是 30 度視 角，同時此物投影在視網膜上的影像其位置亦偏離視網膜中央的中央小窩30 度，但尚未指定它是在凝視點的上下左右何處。2.1.3皮質放大率(cortical magnification factor)
前面曾經提到視網膜的第一層是錐細胞與桿細胞，負責將光能量轉換為電訊 號，並傳遞到後面層次的神經元加工處理，最後由視神經傳遞出眼睛。但錐細胞 與桿細胞並非均勻地分佈，它們在視網膜各處的數量與分佈方式上都有所不同。
請參考圖七，錐細胞主要集中在視網膜的中央約5 度視角範圍，這個區域稱為中 央小窩(fovea)，是整個視網膜中感光細胞密度最高的區域，擁有最高的影像解析 力。日常生活中我們觀看事物時，眼睛會不斷地移動，便是為了使刺激的影像落 入中央小窩區域，以看清楚事物。
影像落在中央小窩的優勢不止於此，另一個優勢是所謂的皮質放大率 (cortical magnification factor)。相同面積的影像如果位置落在中央小窩，不但能使 眼睛裡最多的感光細胞反應，而且當中央小窩區域的訊號傳到大腦視覺皮質後， 還能比相同面積的週邊視網膜區域得到更多的大腦視覺皮質處理區域來處理訊 息。這種把更高比例的大腦皮質區域分配來處理某一個特定感覺接收區域訊息的 情況就稱為皮質放大率。 圖 八 皮質放大效應圖。（a）當我們看著一隻貓，在我們 V1 的神經影像略似這張圖所示的扭 曲變形，我們中央小窩所接受的影像部分（在此例是貓的鼻子），在視覺皮質所獲得的「佔地率」 遠較眼角區的影像來得大。（b）這張圖的字母之大小比例是按照皮質放大率的倒數來決定的，也 就是說我們刻意補償了皮質放大率的效果，因此若眼睛不動地盯著中心字母，所有字母的可辨識 性會是公平一致的。（陳一平，民100，頁 69） 16
2.2注意力與螢幕大小
因為注意力影響人類的訊息接收、體驗、認知處理、反應選擇與行動。在從 事各種作業時，如果投注愈多的注意力，正確率與反應時間等表現都會愈好 (Wickens, Lee, Liu, , & Gordon-Becker, 2004)。
視覺注意力領域因為多年研究的累積，得到很大的進展。知名的研究典範包 括有視覺搜尋(visual search)、導引(cuing)、快速序列視覺呈現(RSVP, rapid serial visual presentation)、和不注意盲(inattentional blindness)等等。每種典範皆回答了 一組特定的議題。例如，累積了許多視覺搜尋作業實驗資料後，使得Treisman 發展出”特徵整合理論”(FIT, feature integration theory)。Cuing paradigm 的設計則 幫助我們區分眼動與注意力這兩件事。快速序列視覺呈現當初是用於研究人對於 呈現時間極短暫情況下的影像理解。Mack 與 Rock 當年設計長度比較作業則是為 了將觀看者的注意力導引到螢幕中央，以產生對週邊區域的不注意盲(Mack & Rock, 1998)
但是上述研究典範都是在大螢幕問世之前做的。目前多數注意力研究資料主 要是在使用15 度視角以下螢幕的研究中得到。例如，在 Treismen and Gelade (1980) 的研究中使用的是14° × 8° or 12.3° × 9.7°的螢幕。Posner 的導引典範中，刺激只 出現在中央凝視點左7 度視角與往右 7 度視角的範圍裡(Posner, et al., 1980)。 Potter 一開始用來研究影像理解的 RSVP 典範中，她使用的影像也只有 11 度視角
的寬度(Potter & Levy, 1969)。Mack & Rock (1998)經典的不注意盲研究中要進行長 度比較的刺激則是出現在直徑8.9 度視角的圓形區域當中。 顯示科技日新月益，越來越大與越來越小的螢幕開始出現在我們日常生活中 的各個地方。舉例來說，人們開始使用手機螢幕上網；開始將各種抬頭式顯示器 或頭罩式顯示器應用在電動遊戲、汽車、航空設備上；IMAX 系統開始進入電影 院。但是以前由傳統尺寸螢幕得到的注意力方面的知識，是否仍然適用於更狹小 與更寬廣的觀看環境呢？這是一個重要的問題 已有愈來愈多的研究開始關心螢幕尺寸的問題了，包括飛航、虛擬實境與顯 示科技等領域 (Boersema, Zwaga, & Jorens, 1993; Emoto, Masaoka, Sugawara, & Okano, 2005; Emoto, Masaoka, Sugawara, & Nojiri, 2006; Stelzer & Wickens, 2006; Tan, Czerwinski, & Robertson, 2006)。他們幾乎也都支持螢幕尺寸的確影響人類知 覺與表現，結果指出使用大螢幕時人類的體驗與表現會比使用傳統螢幕時好。例 如，在飛航方面，Stelzer and Wickens (2006)發現當螢幕由 10° × 7°增加 36° × 27 時，飛行員出現比較小的路徑誤差與較大的搖桿活動。在虛擬實境的領域，Tan, et al. (2006)使用尺寸介於 47° 與 120°之間的螢幕，發現較寬的螢幕可以增進使 用者的在3D 導航中的表現。 雖然這些研究證實在各種特定作業中螢幕尺寸與人類表現之間的關聯性。但 是討論螢幕尺寸與注意力之間關係的研究仍不多見。很明顯地，在設計小螢幕與 18
大螢幕的人機介面或是網頁配置時，螢幕尺寸與注意力之間關係會是設計人員迫 切需要的知識。 本研究的目標是了解在老人在不同搜尋範圍尺寸的情況下，視覺注意力的表 現會有何不同。我們之所以選中視覺搜尋作業，一是因為視覺搜尋具有良好的生 態效度，其結果與其它典範相比，能夠輕易地類推到日常生活情境；二是因為視 覺搜尋研究已經累積了許多實徵資料，建立了比較的基準線。因此研究者們在解 釋資料時，研究者們可以在一個基本的理論架構上進行討論，取得共識。
2.2.1視覺搜尋典範
在典型的視覺搜尋作業中包含有幾個步驟。首先，我們將目標項(target item) 出現在畫面中央，目標項可能是色彩、形狀、字母、臉孔、物體等等，這是為了 讓參與者知道目標項是什麼。接著在真正測試的畫面中，會散佈著數目不等的干 擾項(distractor items)與一個目標項，但目標項有時會出現、有時不會出現在這個 畫面中。參與者的任務便是尋找並判斷剛才的目標項有沒有出現在目前這個畫面 中，並以按鍵方式反應。視覺搜尋典範裡常用的獨變項有：項目數目(set size, number of items on display)、搜尋類型(search efficiency，通常由區分目標項與干擾項的特徵來決定)、 目標是否出現(probe)。測量的依變項則有：正確率與反應時間。並且常常以反應 時間對項目數目的函數斜率，來代表參與者進行視覺搜尋作業的表現優劣。
如果目標項與干擾項可以只基於一個基本特徵就區辨，那麼反應時間對項目 數目的函數會是一個斜率接近零的線性函數(near zero-slope linear function)，意即 反應時間不會隨著項目數目而增加。這是一個高效率的搜尋模式，常被稱為平行 式搜尋(parallel search)，反映的是參與者可以平行式地、同時地處理完所有的項 目。然而，如果目標項與干擾項不能基於一個基本特徵就區分開來，或是必須聯 結兩個以上的基本特徵的聯結才能區分差異，那麼反應時間對項目數目的函數就 會產生陡峭的斜率，也就是說反應時間會隨著項目數目的增加而增加。這是一個 低效率的搜尋模式，常被稱為序列式搜尋，反映的是參與者必須序列式地、一個 接著一個地處理畫面中的項目。(請參考圖三) 為了將參與者的搜尋行為導向平行式搜尋或序列式搜尋，我們進行了一個前 導研究，以確保我們使用了恰當的刺激組合，以分別導向在高效率搜尋情境與低 效率搜尋情境中。我們發現，要在一群"V"當中尋找"O"時(如圖所示)，參與者會 出現高效率的平行式搜尋；而要在一群＂T＂當中找＂L＂(如圖所示)時就出現了 一個較困難的序列式搜尋。接下來，在本研究中，平行式搜尋情境就使用＂O＂ (目標項)與＂V＂(干擾項)的組合作為刺激；序列式搜尋情境就使用＂L＂(目標項) 與＂T＂(干擾項)的組合來作為刺激。(請參考圖二) 雖然有些研究者認為平行式搜尋與序列式搜尋的二分法太過粗略(Wolfe, 1998)，但為了表達上的簡便，本研究中仍然使用這兩個詞彙代表的是較高效率 的搜尋模式與較低效率的搜尋模式。本研究使用視覺搜尋典範的架構來操弄搜尋 20
類型(平行式搜尋或序列式搜尋)、目標出現與否、與項目數目，如此可以得到基 本的反應時間對項目數目的函數。在各個不同年齡、不同視覺搜尋範圍尺寸情況 下得到的函數斜率也可以互相比較。
2.2.2視覺搜尋與皮質放大率
既然視覺搜尋行為會受限於視覺系統與注意力系統運作的影響，自然連帶視 網膜離心視角亦影響視覺搜尋行為(Carrasco, Evert, Chang, & Katz, 1995; Wolfe, O’Neill, & Bennett, 1998)，已有研究證實位置在凝視點的目標可以比週邊視野的 目標更正確且快速地被偵測到(Carrasco & Chang, 1995; Carrasco, et al., 1995)。由 於視覺系統由視網膜傳遞訊息到大腦視覺皮質的路程中，將較多的神經元資源分 配給中央小窩的訊息(皮質放大率)，所以目標項位置離凝視點的遠近必然會影響 視覺搜尋行為的表現。 雖然添加了離心視角的效應會使得視覺搜尋行為的模型更加複雜，讓我們更 難以計算與預測項目數目對反應時間的影響，特別是序列式搜尋情況下。但是平 行式搜尋與序列式搜尋仍然是兩種根本上不同的搜尋行為。我們可以說視覺搜尋 行為會受到視覺系統裡各種因素的影響，但並非僅僅只是這些視覺因素的副產 品。因此雖然我們已經知道離心視角會造成影響，但我們無法直接將這項視覺因 素的影響程度推論至一般的視覺搜尋行為。更何況許多關心離心視角效應的研究 是在一般尺寸的螢幕上施行，刺激的離心視角有限(14° in Carrasco, et al., 1995; 21
16° in Wolfe, et al., 1998)。將來各種設備的螢幕擴展到更大尺寸後，基本的視覺 搜尋行為是否仍維持相同的型態，這仍是個未被澄清的問題。
2.3老化與視覺搜尋
許多研究指出隨著年齡增長，人類在視覺搜尋作業中的表現優劣呈現U 字 形的變化。也就是說孩童的視覺搜尋表現隨著年紀增長而愈來愈促進直到約二十 歲初期的高峰，接著成年之後的視覺搜尋表現便隨著年紀增長而愈來愈衰退直到 七十歲的年齡層。(Trick,& Enns, 1998; Hommel, Li, & Li, 2004)。圖 九 引自 Hommel, Li, Li (2004)
這雖符合一般對老化有關的認知能力衰退印象(Salthouse, 1996)，但值得注意 的是在平行式搜尋與序列式搜尋之間，老化的效應有顯著的不同，許多研究發現 雖然在序列式搜尋情況下視覺搜尋表現隨著老化有非常明顯的退步，但相對地，
平行式搜尋情況的搜尋表現在各年齡層之間卻是穩固而不受年齡因素影響。 (Plude, & Doussard-Roosevelt, 1989; Foster, Behrmann, Stuss, 1995; & Humphrey, & Kramer, 1997; Trick,& Enns, 1998; Hommel, Li, , & Li, 2004;)
Plude 與 Doussard-Roosevelt (1989)研究年輕人(平均年齡 20 歲)與老年人(平 均年齡71 歲)在視覺搜尋作業中的表現。他們發現在平行式搜尋情況中(他們稱 為特徵搜尋，feature search)，雖然老年人的平均反應時間比年輕人長，但是老年 人與年輕人同樣地可以產生反應時間對項目數目(他們使用的名詞是 display size) 函數斜率接近0 的有效率搜尋(年輕人組的斜率為-0.8 ms/item，老年人組的斜率 為2.4 ms/item，兩者皆未達顯著)，這也就是說項目數目的增加不會使老年人的 反應時間增長；但在序列式搜尋情況中(他們稱為聯結搜尋，conjunction search)， 就出現了很明顯的項目數目效果，老年人的反應時間會隨著項目數目增加而增 加，而且項目數目增加的影響對老年人的影響更加地巨大。 Trick 與 Enns (1998)的研究則擴大受試者的年齡範圍與年齡層數目，他們測 試由6 到 72 歲的五個不同年齡層(6、8、10、22、72 歲)受試者在視覺搜尋作業 中的表現。他們同樣發現年齡對平行式搜尋與序列式搜尋的影響方式非常地不 同。在平行式搜尋情況中，不但反應時間幾乎不受項目數目增加的影響，而且反 應時間對項目數目的斜率也不受年齡影響(22 歲組與 72 歲組的斜率分別為的斜 率為1 ms/item 與 2 ms/item)。但在序列式搜尋方面，年齡對反應時間的影響就 非常大而顯著，不但反應時間隨著老化而增加，反應時間對項目數目的斜率也明 23
顯地隨著年齡而增加(22 歲組與 72 歲組的斜率分別為的斜率為 9 ms/item 與 25 ms/item)。
另外有趣的是，在Trick 與 Enns (1998)在同一個研究中設計了兩個額外的作 業：固定位置無干擾項(Fixed Location-No Distractor)與隨機位置無干擾項(Random Location-No Distractor)的作業，加上典型視覺搜尋作業中兩個項目數目的情況(隨 機位置一個干擾項，Random location-One Distractor)彼此作比較，發現老年人在 聯結搜尋情況中的年齡差異並未比特徵搜尋情況中的年齡差異大，於是推論老年 人在聯結搜尋中的表現受損不是由於特徵整合的能力下降，而是注意力在各個項 目中自主移動的部份，特別是脫離(disengage)舊項目投入新項目時，造成了影響 而增加了反應時間所致。
接下來，Hommel, Li, , & Li (2004)的研究則增加抽樣的代表性：擴大受試者的 年齡範圍(6 歲到 88 歲)，增加年齡層(分別有 6-8、9-11、12-14、15-22、23-33、 34-44、45-55、56-66、67-77、78-88)、並且增加受試者數目(由每個年齡層最少 27 人，最多 35 人)，如此總共 298 位受試者參與他們的研究。受試者須進行特徵 搜尋、聯結搜尋與簡單反應作業。他們發現如同前人研究，幼兒與老人的視覺搜 尋時間比年輕成人明顯地慢了許多；反應時間會隨者年齡增加而且這個增加的程 度在聯結搜尋情況中要比在特徵搜尋情況要來得大；另外各目標項目的離心視角 會增加反應時間而這個增加的程度在各年齡層中都是同樣的，所以不支持老人對 距離畫面中央較遠的目標項得要搜尋更久的可能解釋。 24
Homme 等人(2004)的研究還有幾項有趣的推論，第一：因為增加了較細密 的年齡分層發現這作業表現對年齡的U 形函數並不對稱，從而推論成長與老化 影響的是視覺搜尋歷程中的不同潛在基本機制。老化這一端的年齡增加，除了單 純地拖慢一般認知處理速度之外，必有其它機制造成老人在視覺搜尋表現上的惡 化。第二，Homme 等人發現老人的特徵搜尋作業時間雖比簡單反應作業時間要 長，但老年人在特徵搜尋作業與簡單反應作業之間的反應時間差距與年輕人在特 徵搜尋作業與簡單反應作業之間的反應時間差距並沒有顯著的不同，老人在注意 力缺損方面的因素反而才是更為重要。第三，提到注意力缺損問題，藉由比較簡 單反應作業與特徵搜尋最簡單情況(項目數目為 2，也就是僅僅增加一個干擾項) 之間，Homme 等人發現幼兒只需要多出現一個干擾項就會嚴重拖長他們的反應 時間，這代表幼兒注意力機制中的抑制無關訊息能力較弱。但老人在簡單反應作 業與特徵搜尋最簡單情況之間卻沒有出現這麼大的差距，只有當干擾項目的數目 增加才出現逐漸延長反應時間的情況。這表示老人沒有出現像幼兒一般的抑制能 力缺損問題(即使老人也有抑制能力缺損，也不會與幼兒的是同一種)。第四， Homme 等人還區分了目標項出現範圍在內圈(10.5° × 8.0°)或外圍(20.7° × 15.8°)的 兩種情況，如果隨著前人指出的凝注範圍(useful field of view)隨著老化縮小現象 (Sekuler, & Ball, 1986; Ball, Beard, Roenker, Miller., & Griggs, 1988)，那麼隨著目標項 的離心視角增加，勢必需要更多眼動次數才能找到目標項，於是老人的視覺搜尋 時間也應該隨著年齡增加，並且應出現年齡與目標項的離心視角效應之間的交互
作用。但在此研究中，卻沒有出現這樣的交互作用，雖然在聯結搜尋作業中，反 應時間對項目數目的斜率會隨著離心視角的增加而增加，但這種情況卻是各年齡 層皆然，所以不支持目標項離心視角因素在老人視覺搜尋作業中扮演重要的角 色。 上述介紹的研究主要是一系列關心視覺搜尋表現在生命隨著年齡增加而發 展到衰老之間異同的研究。於此同時，也開始出現許多其它研究將焦點轉向可能 影響老人視覺搜尋的各個特定機制，如一般性訊息處理速度變慢 (Cerella, 1985; Salthouse, 1996)、抑制機制的退化(Tripper, 1991; Dempster, 1992; Kramer,
Humphrey, Larish, Logan, & Strayer, 1994)、老人凝注範圍變小(Sekule, & Ball, 1986; Ball, Beard, Roenker, Miller., & Griggs, 1988; Scialfa, Thomas, Joffe, 1994)、及由上而 下注意力引導對老人視覺搜尋表現的影響(Madden, Whiting, Cabeza, & Huettel, 2004; Madden, Spaniol, Bucur, & Whiting, 2007)。
但截至目前為止，仍然鮮見有研究的主題是在關心不同大小的搜尋範圍對老 人視覺搜尋表現的研究。這實在是很可惜的一件事，因為近幾年來隨著行動裝置 (手機、電子書)的盛行與顯示科技(抬頭式顯示器、頭罩式顯示器、MOD)的進展， 在各種螢幕中尋找按鍵、選單、連結(Grahame, Laberge, & Scialfa, 2004)的視覺搜 尋作業將隨時出現在人類的日常生活中。那麼當老人在較大或較小螢幕範圍中進 行視覺搜尋作業時，會發生什麼影響呢？這會是各種介面(例如：app、網頁、人 機系統)設計者極為關切的新知識。
2.4老人在不同尺寸搜尋範圍下的視覺搜尋表現
目前多數關於老人與視覺注意力及視覺搜尋的研究，大多數是在15 度視角 以下的搜尋範圍中進行。舉例而言，在Plude 與 Doussard-Roosevelt (1989)的研 究中，受試者由散布在10 度視角區域內的數個項目(5、10、或 15 個)中尋找目 標項。Trick 與 Enns (1998)則是將 2、10、或 18 個項目散布在 9.6° × 6.4°的搜尋區 域。Humphrey & Kramer (1997)的研究中因為使用大小不同的項目同時又顧及欲 使各情境中的密度(單位面積中的項目數目)一致，所以將刺激(8、16、或 24 個項 目)散落在幾種不同大小的搜尋區域大小，其中最大的搜尋區域也僅只 12° × 16° 而已。
請老年人在較大的搜尋範圍(20°以上)中進行視覺搜尋作業的研究並不多 見，我們在此可以介紹Burton-Danner, Owsley, 與 Jackson (2001)及 Homme 等人 (2004)的研究。
Burton-Danner, Owsley, 與 Jackson (2001)關心當老人在大面積的視野中進行 視覺搜尋時，老化歷程是否會損害他們在平行式搜尋(他們稱為特徵搜尋)中的表 現。於是他們請年輕人與老年人組受試者分別在10°(實驗一)或 30°(實驗二)視角 大小的範圍，進行平行式搜尋(項目數目可能為 8、16、或 32 個)，結果發現即使 搜尋範圍擴張到30°視角的寬度，老年人仍然與年輕人一般出現平緩且斜率接近 零的反應時間對項目數目函數。這支持如果作業夠簡單，即使是在這麼寬的搜尋 範圍中，老人仍然可以進行非常有效率的搜尋。 27
Homme 等人(2004)的研究因為希望了解目標項離心視角因素的影響，所以 目標項有時呈現在螢幕中央的內區域(inner field，大小為 10.5° × 8.0°)，有時呈現 在內區域外一圈的外區域(outer field)，如此整個呈現區域(representation area)的 大小便成為20.7° × 15.8°，其它所有項目(2、8、或 14 個項目)則是隨機置放在整 個呈現區域中的。但如前一節所述，Homme 等人(2004)的研究並沒有得到實徵 證據支持目標項離心視角因素對老人視覺搜尋行為(平行式搜尋或特徵搜尋皆無) 的顯著影響證據。
如果考量Sekuler, & Ball (1986)提出的凝注範圍隨著老化縮小的現象，那麼 Burton-Danner 等人(2001)與 Homme 等人(2004)研究中的老人應該會因為凝注範 圍縮小，而在愈是大搜尋範圍且項目數目愈多的情況中需要更多次數的眼動才能 抵達目標項目。如果Burton-Danner 等人(2001)的研究中是因為僅只使用平行式 搜尋的作業，那麼我們很疑惑老人在序列式搜尋情況中是否能不受年齡影響，保 持與年輕人同樣的搜尋效率。但是Homme 等人的研究並沒有出現目標項離心視 角與項目數目的效果，在他們文章中也討論到有可能是因為他們研究使用的項目 數目(2、8、或 14 個項目)與離心視角(20.7° × 15.8°)仍不夠極端之故。 所以，更大或更小的搜尋範圍會對老人在平行式搜尋與序列式搜尋中的表現 有何影響，這是個尚待澄清的問題。 28
第三章 研究方法
本研究採用實驗法，實驗一至三皆依據注意力研究領域知名的視覺搜尋實驗 典範設計實驗。研究主要關心的對象是老年人，因此以60 歲以上的老年人作為 實驗組，並以22-27 歲的年輕人為對照組。視覺搜尋實驗典範中主要操弄的獨變 項有搜尋類型(search efficiency)、項目數目(set size)，依變項則是正確率與反應時 間。本章將介紹本研究各實驗之間通用的實驗設定，至於各實驗間不同的細節則 於各實驗的章節之內說明。
3.1參與者
本研究的目標對象是以年齡介於60 歲至 80 歲之間正常老化的一般老年人為 實驗組，另外並以20-30 歲間的年輕人作為對照組。兩組參與者皆要求視力矯正 後正常，智力正常，且無阿茲海默症、帕金森氏症、中風等疾病的病史。各個實 驗實際收集到的參與者特性資料將在各實驗內的參與者小節內敍述。3.2實驗設計
本研究的獨變項有年齡、搜尋類型、項目數目、搜尋範圍尺寸，依變項則是 正確率與反應時間。這些變項的定義與說明請參見緒論中第1.3 節的研究名詞與 定義。 29前行實驗與實驗一皆採用2(搜尋類型：平行式搜尋或序列式搜尋) × 4(項目 數目：於目標項出現情況為5、9、17、或 33; 於目標項未出現情況為 4、8、16、 或32) × 3(搜尋範圍尺寸：16°、32°、或 60°)的完全受試者內因子設計。 實驗二與實驗三則採用2(年齡：年輕人組或老年人組) × 2(搜尋類型：平行 式搜尋或序列式搜尋) × 4(項目數目： 4、8、16、或 32) × 3(搜尋範圍尺寸：8°、 16°、或 32°)的受試者間受試者內混合設計，其中年齡變項為受試者間變項，搜 尋類型、項目數目與搜尋範圍尺寸則是受試者內變項。
3.3實驗刺激
圖 十 前行實驗與實驗一中平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 在本研究中，平行式搜尋情境以＂O＂(目標項)與＂V＂(干擾項)的組合作為 刺激；序列式搜尋情境以＂L＂(目標項)與＂T＂(干擾項)的組合來作為刺激。 這兩種目標項與干擾的組合，是經由我們的一個前導研究而確定的。我們發 現，要在一群"V"當中尋找"O"時(如上圖左所示)，參與者會出現高效率的平行式 平行式搜尋 序列式搜尋 30搜尋；而要在一群＂T＂當中找＂L＂(如上圖右所示)時，參與者就會出現一個較 困難的序列式搜尋。 於是，在本研究中，平行式搜尋情境就使用＂O＂(目標項)與＂V＂(干擾項) 的組合作為刺激；序列式搜尋情境就使用＂L＂(目標項)與＂T＂(干擾項)的組合 來作為刺激。目標項與干擾項的數目是按照所屬情境來決定。目標項與干擾項的 位置在實驗一中是隨機置於畫面中，在實驗二與實驗三中則是在事先指定的55 個位置中隨機決定。設定這55 個位置原因及細節在實驗二的章節內描述。
3.4各搜尋範圍大小情境下的觀看距離與螢幕大小
生活中有各種不同的觀看螢幕情境，因觀看距離與螢幕物理尺寸不同，而有 不同的螢幕大小(以視角為單位)。舉例而言，坐捷運時將智慧型手機放置膝頭進 行candy crush 電玩遊戲時，螢幕大小約 9° (寬度 9 公分，觀看距離 55 公分)、坐 在家中沙發上以42 吋液晶電視觀看股市價格時，螢幕大小約 18° (寬度 85 公分， 觀看距離275 公分)、坐在家中沙發上以最新 60 吋 LED 電視搭配 MOD 系統上網 觀看孫子照片時螢幕大小約25°(寬度 122 公分，觀看距離 275 公分)，使用桌上 型電腦辦公時螢幕大小約32 度(17 吋螢幕，寬度 36 公分，觀看距離 62 公分)、 以家庭劇院系統觀看高畫質電影或進行三國無雙等電動遊戲時，螢幕大小約48° (120 吋螢幕，寬度 244 公分，觀看距離 275 公分)。 在實驗一中，我們選擇16°、32°、60°等不同的螢幕大小進行實驗。在實驗 二中，我們則選擇8°、16°、32°等不同的螢幕大小進行實驗。 31請參考上圖。實驗一與前行實驗中，提到的四種搜尋範圍的觀看距離是由我 們設定好的視角大小與螢幕的物理尺寸推算而得。在16°(對照組)情境中，刺激 呈現在17 吋的 36 × 27 cm LCD 螢幕上，觀看距離便設定為 129 公分。在 16°情境 中，刺激呈現在12 吋的 24 × 18 cm LCD 螢幕上，觀看距離便設定為 86 公分。在 32°情境中，刺激呈現在 17 吋的 36 × 27 cm LCD 螢幕上，觀看距離便設定為 62 公分。在60°情境中，刺激呈現在 87 吋的 173× 130 cm 布幕上，觀看距離便設定 為150 公分。目標項與干擾項的大小則分別為 0.44° × 0.44°、 0.89° × 0.89°、與 1.64° × 1.64°。 16°搜尋範圍 16°搜尋範圍 (對照組) 32°搜尋範圍 60°搜尋範圍 圖 十一 實驗一，各搜尋範圍大小示意圖 32
圖 十二 實驗二與實驗三中各搜尋範圍大小情境的螢幕尺寸、觀看距離、與搜尋畫面示意圖 請參考圖十二。實驗二與實驗三的觀看距離統一設定為62 cm，搜尋畫面統 一呈現於17 吋的 36 × 27 cm CRT 螢幕上。8°搜尋範圍情境中，所有項目只能分佈 在畫面中央9 × 6.75 cm 的範圍中;16°搜尋範圍情境中，所有項目只能分佈在畫面 中央18 × 13.5cm 的範圍中; 32°搜尋範圍情境中，所有項目只能分佈在畫面中央 36 × 27cm 的範圍中。至於項目尺寸方面：實驗二(項目等比縮放)中，8°、16°、 32°搜尋範圍情境中目標項與干擾項的尺寸則分別為 0.22° × 0.22°、0.44° × 0.44° 與0.89° × 0.89°。實驗三中(項目尺寸恆定)，8°、16°、32°搜尋範圍情境中目標項 8°搜尋範圍 16°搜尋範圍 32°搜尋範圍 實 驗 一 實 驗 二 實 驗 三 33
與干擾項的尺寸則皆為0.89° × 0.89°。關於螢幕的其它細節則在各實驗相關章節 內敍述。
3.5程序
實驗一中所有參與者皆為個別施測，每人皆需進行四大段實驗(16°搜尋範圍 (對照組) 16°搜尋範圍、32°搜尋範圍、與 60°搜尋範圍)，每大段實驗中包含兩小 段實驗(平行式搜尋、與序列式搜尋)。每段約 8 分鐘，段落之間休息約 1 分鐘。 四大段的順序則按照隨機程序安排，各個參與者皆不同。每大段實驗內的兩小段 實驗順序也是按照隨機程序安排，各個參與者皆不同。 第二大段 第三大段 第四大段 實驗結束 指導語 第一大段 圖 十三 實驗一流程示意圖 實驗二與實驗三中，所有參與者皆為個別施測，每人皆需進行六段實驗(8° 搜尋範圍且平行式搜尋、8°搜尋範圍且序列式搜尋、16°搜尋範圍且平行式搜尋、 16°搜尋範圍且序列式搜尋、32°搜尋範圍且平行式搜尋、32°搜尋範圍且序列式搜 尋)。這六段實驗的順序按照隨機程序安排，各個參與者皆不同。其餘程序皆與 實驗一相同。 第二段 第三段 第六段 實驗結束 指導語 第一段 圖 十四 實驗二與實驗三流程示意圖 34參與者到達後會先接受呈現在螢幕上的指導語說明，實驗者也會示範與解釋 實驗程序，並提供練習次讓參與者完全了解。參與者練習直到熟悉視覺搜尋作業 之後，便進入正式實驗。 每段實驗內共有160 個嘗試次。實驗一中目標項未出現且項目數目為 4、8、 16、或 32 的情境各有 10 個嘗試次，目標項出現且項目數目為 5、9、17、33 的 情境則各有30 個嘗試次。實驗二中目標項未出現且項目數目為 4、8、16、或 32 的情境各有10 個嘗試次，目標項出現且項目數目為 4、8、16、或 32 的情境則 各有30 個嘗試次。實驗一中目標項與干擾項皆隨機置放於畫面上的不同位置， 實驗二與實驗二中目標項與干擾項的位置則是在事先指定的55 位置中隨機決 定。嘗試次出現的順序同樣也以隨機程序決定。嘗試次間隔時間以程式控制，固 定為1000 ms。 圖 十五 每段實驗內流程示意圖 35
每個嘗試次內各步驟同樣由程式控制，依序包括有： 1. 呈現準備畫面，直到參與者按鍵反應。此準備畫面只有一個十字作 為凝視點呈現在白色背景當中。 2. 呈現測試畫面，直到參與者儘快且正確地按鍵回答目標是否出現。 測試畫面中散佈著數目不等的干擾項與可能出現的目標項。 3. 參與者按鍵作答的同時，測試畫面便會消失。 4. 如果參與者答錯，便會出現一嗶聲，作為反應的回饋。 5. 下一個嘗試次的準備畫面會在 1000 ms 後出現。 每個嘗試次皆由程式自動記錄作答正確與否及反應時間，由呈現測試畫面開 始直到參與者按鍵作答之間的時間長短便是反應時間的長短。
3.6統計分析前的資料處理
因為各實驗的所有情境中的正確率皆達90%以上，而且經由實驗者逐一檢視 各參與者資料的趨勢圖，顯示正確率與反應時間之間的消長關係不會影響到結 果，所以在結果分析的報告中便不繼續對正確率進行分析。各實驗正確率的平均 數與標準差列於附錄一。至於反應時間的部份，只採計作答正確的嘗試次，而且 各細格內偏離平均數2.5 個標準差的嘗試次資料也視之為極端值而不納入後續的 分析。依此標準刪除極端值後，各情境中的資料刪除率皆不到10%。 363.7預計回答問題
由於我們採用的是因子實驗設計，綜合以上幾個因子之後，我們預計可回答 下列問題： 一、 老人達成任務需要的視覺搜尋時間是否比年輕人需要的時間更長？ 二、 老人面對平行式搜尋畫面時是否比面對序列式搜尋畫面的表現更好？ 三、 老人面對平行式搜尋畫面是否仍然能維持有效率的搜尋(反應時間對項 目數目的函數斜率接近零)？ 四、 老年人面對序列式搜尋畫面時的搜尋效率(以反應時間對項目數目函數 之斜率為指標，斜率越低表示效率越高)是否比年輕人的效率低？ 五、 搜尋範圍大小是否影響老年人的搜尋時間？ 六、 搜尋範圍大小改變之後，老年人面對平行式搜尋畫面時，是否依然比面 對序列式搜尋畫面的表現更好？ 七、 搜尋範圍大小改變之後，老年人在平行式搜尋情況中的搜尋效率是否改 變？ 八、 搜尋範圍大小改變之後，老年人在序列式搜尋情況中的搜尋效率是否改 變？ 37第四章 前行實驗與實驗一
4.1前行實驗
在本研究中，我們以前行實驗的結果作為老人在不同搜尋範圍尺寸中視覺搜 尋表現的參照基準。前行實驗中先以一般成年人為對象(年齡介於 24-27 歲之 間)，操弄不同尺寸的搜尋範圍尺寸，請參與者進行標準的視覺搜尋作業，希望 了解在不同尺寸的搜尋範圍、不同搜尋類型、與不同項目數目的情況中，一般成 年人的表現為何。4.1.1參與者
參與者共12 名，皆為國立交通大學應用藝術所研究所學生，年齡介於 24-27 歲之間，視力皆為正常或矯正後正常。實驗後皆獲贈小禮物，以感謝其參與。4.1.2實驗設計
本研究的獨變項有搜尋類型、項目數目、搜尋範圍尺寸，依變項則是正確率 與反應時間。這些變項的定義與說明請參見緒論中第1.3 節的研究名詞與定義。 本實驗為2(搜尋類型：平行式搜尋或序列式搜尋) × 4(項目數目：於目標項 出現情況為5、9、17、或 33; 於目標項未出現情況為 4、8、16、或 32) × 3(搜尋 範圍大小：16°、32°、或 60°)的完全受試者內因子設計。 384.1.3實驗刺激
圖 十六 前行實驗，平行式搜尋與序列式搜尋畫面示意圖 在本研究中，平行式搜尋情境使用＂O＂(目標項)與＂V＂(干擾項)的組合作 為刺激；序列式搜尋情境就使用＂L＂(目標項)與＂T＂(干擾項)的組合來作為刺 激。目標項與干擾項的數目按照所屬情境來決定。目標項與干擾項的位置是隨機 決定的。4.1.4儀器設備與實驗環境
刺激的呈現與實驗的流程主要使用Neurobehavioral Systems Presentation program (Version 0.71, Build 09.24.03)來執行。使用 IBM X31 2672-IGV 的筆記型電 腦、CPU 為 Intel Pentium 4.12G、記憶體為 256 MB、搭配 ATI Mobility RADEON 顯 示晶片，螢幕解析度設定在1024 × 768 pixels。。
實驗室為暗室，光源來自電腦螢幕與投影機。所有的目標項與干擾擾項皆為 黑色，背景為白色[CIE, International Commission on Color, L (cd/m2), x, y,
coordinates: white in 16° display size condition, 81.3, 0.343, 0.359; white in 32° and
平行式搜尋 序列式搜尋
16°(control) display size condition, 127.0, 0.318, 0.312; white in 60° display size condition, 166.0, 0.332, 0.393]。這些色彩與亮度資料皆由校正後 PhotoResearchTM PR-650 測光計所測得。
