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符號顏色對比的偏好、績效與生理反應(腦波)評估

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Academic year: 2021

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(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

符號顏色對比的偏好、績效與生理反應(腦波)評估

計畫類別: 個別型計畫

計畫編號: NSC93-2213-E-011-056-

執行期間: 93 年 08 月 01 日至 94 年 07 月 31 日 執行單位: 國立臺灣科技大學工業管理系

計畫主持人: 謝光進

報告類型: 精簡報告

處理方式: 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 94 年 9 月 28 日

(2)

符號顏色對比的偏好、績效與生理反應(腦波)評估 Performance, preference and EEG evaluation of symbol color

combination

計畫編號:NSC93-2213-E011-056 執行期間:93 年 8 月 1 日至 94 年 7 月 31 日 計畫主持人:謝光進 台灣科技大學 工業管理系

計畫參與人員:趙致榆、徐立威 台灣科技大學 工業管理系

一、摘要(關鍵詞)

本計劃以兩個實驗探討符號顏色 對比對於主觀偏好與腦波反應的影 響。實驗一為"圖像色彩組合主觀偏 好評分實驗",探討圖像符號在不同 目標色與背景色組合下的主觀偏好評 分。實驗結果發現:在目標色與背景 色中,白色之評比皆優於其他色彩,

而圖像色彩組合上評比高的為黑色與 白色、白色與藍色、紅色與白色之組 合,評比低的為紅色與紫色、白色與 黃色之組合。色彩組合偏好與 Lippert 色差值之皮爾森相關係數(r=0.57)顯 著。

實驗二為"圖像色彩組合在短暫 呈現時間下之辨識績效與腦波 (EEG) 評估"。研究結果發現 1.主觀偏好高 的色彩組合在辨識率上確實優於主觀 偏好低的色彩組合。2.大腦視覺區的 腦波 P100 潛伏時間上主觀偏好高的色 彩組合顯著快於主觀偏好低的色彩組 合。3. P300 平均振幅在呈現時間短時 顯著較高。綜合研究結果圖像色彩組 合與呈現時間對於辨識正確率皆有顯 著的影響,並且得到腦波時間面分析 上的證實。

關鍵詞:圖像色彩組合、主觀偏好、視 覺績效、腦波

Two experiments were conducted to investigate the effects of color combination of symbols on subjective preference, glance legibility and EEG response.

The first experiment evaluated subjective

preference of target/background color combinations of the symbols. The result showed that white was rated greater than other colors. The greater preferable color combinations were

black/white, white/blue and red/white.

while red/purple and white/yellow were less preferable. A significantly positive correlations (r = 0.57). was found

between subjective preference and color difference of color combinations.

The second experiment investigated the effects of color combinations on glance legibility and EEG response. The results showed: 1.The color combinations of greater subjective preference had better glance legibility .2.The latency of P100 for color combinations of greater subjective preference was faster than those of less subjective preference. 3.The mean amplitude of P300 was larger when the duration of stimulus presentation was shorter. The result of this study showed that color combinations had significant effects on glance legibility, subjective preference and EEG

Keywords: color combination,

subjective preference, visual performance, EEG

二、緒論

在組成圖像的元素中,色彩組合 是影響圖像在視覺傳達方面很重要的 因素之一。色彩能夠改善人機溝通的 有效手段之一,透過色彩呈現使電腦 工作更為愉悅。相反地,不當的濫用 色彩,將導致視覺作業績效的負面影 響。但以往的色彩組合研究中,所使 用的呈現材料大部分為文字、簡易幾 何圖形,缺乏日常生活中常接觸到的 圖像,且所使用的指標大部分是閱讀 速度、除錯率等淺顯表面的學習指 標,加上閱讀文字必須有一定的時間 才能夠理解,所以呈現的時間也不能 太短。在圖像的研究方面過去大都針 對圖像的形狀、複雜性做探討,但在 目前色彩呈現介面越來越普遍的情況 下,圖像的色彩組合成為設計圖像上 非常重要的課題,再加上圖像擁有快 速傳達資訊的特點,如何能夠利用人 們主觀偏好的色彩組合,使圖像的特 點發揮出來,是值得探討的課題。圖 像比文字更適合做為傳遞資訊的溝通 介面-原因如下:圖像介面在學習上和 認知上,都比語文容易 (Lodding,

(3)

1983)。圖像介面比文句介面更具有普 遍性(universality),也就是圖像介面比 較沒有語言上的障礙 (Lodding, 1983;

Wickens, 1992 );圖像呈現的訊息所占 的空間比文字少,所以較文字節省空 間 (Weidenbeck, 1999);一般使用者 大都喜好以圖像做為溝通的介面,而 且對於圖像介面的接受度高(Kacmar et al.,1991; Nielsen, 1990)。在先前的研 究中發現不同主觀偏好的色彩組合對 於腦部視覺區的電位活動有影響,腦 波(EEG)就是其中最好的指標。

三、實驗一 3.1 受試者

本實驗共有 30 位男性受試者。年 齡在 20~30 歲之間,矯正視力在 0.8 以 上 。 無 色 盲 及 視 覺 功 能 障 礙 等 疾 病 。 各 受 試 者 均 為 招 募 而 來 之 自 願 者,每位受試者皆支付其 NT$100 元的 費用。

3.2 自變項

色彩組合:7 種色彩組合成 42 種組合,

色彩 CIE 座標如表 1 所示

表 1、色彩 CIE(x,y)座標表

3.3 因變項

主觀偏好:受試者對於該圖像之色彩 組合給予 1-10 的主觀偏好評分,1 分 表偏好最低,10 分表偏好最高。

3.4 實驗作業與程序

實驗一採用 15 個不同意義的圖像 符號,每個圖像符號皆有 42 種不同的 色彩組合,共 15×42=630 個圖像色彩 組合。

3.5 設備

實驗一的材料是 15 個日常生活中 常見的圖像,分為三類:一 告示類;

二 車站內常用類;三 公路常用類。

每一圖像均以 42 個不同色彩組合的相 同圖像會呈現在同一畫面,以橫列 7 個縱行 6 個的方式排列,每個圖像的

目標色和背景色,在同一列或同一行 中僅能出現一次,大小約 4.50 公分見 方。CRT17”螢幕,CIE 色彩座標值使 用 Minolta CRT Color Analyzer CA-100 色彩分析儀量測,以 Topcon SS-3 視力 計量測受試者視力,實驗用程式是利 用 Power Point 應用軟體所寫成的播放 程式。

3.6 分析方法

蒐 集 的 資 料 主 要 以 變 異 數 分 析

( ANOVA ) 處 理 , 均 利 用 SAS

(statistical analysis system)軟體進行 統計分析。

3.7 結果與討論

變異數分析(表 2)結果顯示,

表 2 色彩組合評分之 ANOVA 表

Source DF SS MS F 值 目標色 6 4358.86 726.47 154.69**

背景色 6 6658.49 1109.74 236.30**

目標色*

背景色 29 8275.65 285.36 60.76**

誤差 18858 88562.98 4.69

總和 18899 107855.99

** p<0.0001 CIE(x,y)

顏 色 名 稱

x y L(cd/m2)

白色(White) 0.342 0.350 93.5 紅色(Red) 0.625 0.329 24.0 黃色(Yellow) 0.440 0.461 84.5 綠色(Green) 0.323 0.540 64.6 藍色(Blue) 0.155 0.135 13.2 紫色(Purple) 0.355 0.215 35.1 黑色(Black) 0.305 0.300 0.83

在色彩組合中目標色的主效果達顯著 水準,Duncan 多重檢定結果發現:目 標色以白色(

_

=5.48)和黑色 (

_

=5.10)、藍色(

_

=5.08) 為評分較 高的色彩;而以綠色(

_

=4.31)和紫色 (

_

=3.98)為評分最低。背景色的主效 果達顯著水準,以 Duncan 多重檢定來 比較各背景色結果發現白色(

_

x 5.51) 最受歡迎;而以綠色(

_

=4.36)而以紫 色(

_

=3.93)為最差。背景色彩與目標 色彩的交互作用對於主觀偏好有顯著 影響。以 Duncan 多重檢定來比較各背 景色彩與目標色彩組合,結果發現藍 背景色白目標色(

_

=7.35)與白背景色 藍目標色(

_

x = 7.09) 為主觀偏好評分 最高,而主觀偏好評分最低的為紅背 景色紫目標色(

_

x =2.98)與紫背景色紅 目標色(

_

x = 3.14)。

x

x x

x x

=

x x

x

本研究中發現不同色彩對於圖像 主觀偏好有顯著的影響。在目標色與 背景色中,白色之評比皆優於其他色 彩 , 因 為 與 白 色 為 「 無 彩 色 」 (achromatic color),所以很容易與其他 有彩色(chromatic color)調和(harmony) 之故(朱介英,1998)。故在主觀偏好 評分上對於黑色與白色之組合、白色 與藍色組合、紅色與白色之組合之偏 好評分較高。而主觀偏好評分低之色 彩組合則是,紅色與紫色、白色與黃 色之組合,這兩組色彩組合,由於在

(4)

顏色性質上皆屬於暖色系,顏色性質 過於相同,在主觀偏好之評分上的分 數較低。本實驗之色彩組合色差值在 主觀偏好評分高的色彩組合之△E 值

(Lippert,1986)皆超過 130 以上,而 偏好評分低的色彩組合之△E 值皆低 於 80 以下。將色差與圖像的主觀偏好 評分作皮爾森相關分析,發現色彩組 合 的 色 差 與 主 觀 偏 好 有 顯 著 的 相 關

(r=0.57,p<0.0001)可知在圖像色彩 組合中,色差大之色彩組合主觀偏好 較 高 , 色 差 小 之 色 彩 組 合 主 觀 偏 好 低,而此結果與謝光進、陳明德(民 86)認為色差也可以作為主觀偏好的 指標,色差較小時,顏色組合的偏好 評等也較低的研究結果相類似。

四、實驗二 4.1 受試者

本實驗共有 16 位男性受試者。年 齡在 20~30 歲之間,矯正視力在 0.8 以 上 。 無 色 盲 及 視 覺 功 能 障 礙 等 疾 病 。 各 受 試 者 均 為 招 募 而 來 之 自 願 者,每位受試者皆支付其 NT$300 元的 費用。

4.2 自變項

(1)生理反應之圖像色彩組合:主觀偏 好 評 比 最 高 之 圖 像 色 彩 組 合 ( 共 四 種),與主觀偏好評比最低之色彩組合

(共四種),再加上各圖像現行的色彩 組合,共九種水準。

(2)呈現時間:刺激呈現時間有兩水 準:20msec 和 200msec。

4.3 因變項

(1)辨識正確率:答對數/呈現刺激數。

(2)腦波反應:進行 ERP(Event–related Potentials)事件相關電位之時間面分 析 , 量 測 刺 激 呈 現 後 , 腦 波 波 段 的 P100、P300 的振幅及它們出現的時 間,本實驗以 P100 的潛伏時間作為主 觀偏好對色彩易讀性之分析,及 P300 波形的振幅作為呈現時間對作業難易 度的分析。

4.4 實驗作業與程序

實驗二受試者執行九種色彩色組 合之圖像的辨識作業,受試者辨識每 次所呈現的圖像所代表之義意為何,

並計算其辨識正確率。實驗的同時受 試者亦戴上腦波(EEG)的量測裝備,

同時量測 EEG,以了解每一電極位置 之腦波變化的情形。

4.5 設備

實驗二給受試者的材料是實驗一

中所得之主觀偏好評分高的 4 種色彩 組合與偏好低的 4 種色彩組合,與各 圖象現行的色彩組合共 9 種組合,每 種色彩組合皆有 15 種圖像,呈現時間 有 20ms 與 200ms 兩水準,利用 STIM 刺激呈現軟體,以完全隨機的方式呈 現,共 9×15×2=270 個色彩圖像刺激供 受試者辨識。實驗中所呈現刺激圖像 大小,以視角 10 度,距離為 80 公分 計算,為 4 公分見方。實驗採用腦波 量測紀錄軟體 Neuro Scan4.3.1

4.6 分析方法

分析方法同實驗一。

4.7 結果與討論 4.7.1 辨識正確率

圖像辨識正確率變異數分析如表 3 所示,其交互作用如表 4 所示。

表 3 辨識正確率變異數分析表

變異來源 自由度 平方和 均方 F 值 色彩組合 2 7.93 3.96 107.44**

呈現時間 1 0.61 0.61 16.71**

色彩組合*呈現時間 2 0.18 0.18 5.01*

誤差 281 10.37 0.03

總和 287

** P<0.0001、*P<0.005

表 4 色彩組合和呈現時間之圖像辨識正確率 和標準差

呈現時間

200ms 20ms

水準 平均數(σ) Duncan 平均數(σ) Duncan 主觀偏好高 0.97(0.05) A 0.96(0.06) A

現行色彩 0.97(0.04) A 0.88(0.08) A 主觀偏好低 0.71(0.26) B 0.54(0.29) B

變異數分析結果顯示,色彩組合 對於圖像辨識正確率有顯著的影響,

色彩組合在主觀偏好高的辨識正確率

(96.9%)與現行色彩組合的辨識正確 率(93.3%)優於色彩組合在主觀偏好 低的圖像辨識正確率(62.9%)。呈現 時間長度對於辨識正確率亦有顯著的 影響,呈現時間較長(200ms)的辨識 正確率(86.1%)優於呈現時間較短

(20ms)的辨識正確率(76.8%)。色 彩組合與呈現時間長度的交互作用顯 著。對於主觀偏好高的色彩組合,受 試者在呈現時間較長(200ms)的辨識 正 確 率 為 97.8% 與 呈 現 時 間 較 短

(20ms)的辨識正確率為 96.1%,兩者 並無顯著差異。對於圖像現行的色彩 組合,受試者在呈現時間較長(200ms)

(5)

的辨識正確率為 97.9%,優於呈現時間 較短(20ms)的辨識正確率 88.7%,兩 者有顯著差異。但對主觀偏好低的色 彩 組 合 , 受 試 者 在 呈 現 時 間 較 長

(200ms)的辨識正確率(71.3%)優 於呈現時間較短(20ms)的辨識正確 率(54.4%),兩者有顯著差異。

4.7.2 生理指標(EEG)評估

本實驗中以 ERPs 中 P100 與 P300 的分析為評估的指標。

由 P100 潛時的 ANOVA 分析表結 果發現,就單因子主效應而言,色彩 組合的因子效應在與視覺有關之枕葉 部位電極位置 O1、OZ、O2 有顯著效 應。呈現時間的因子效應則在所有電 極位置上皆不顯著。在色彩組合與呈 現時間的交互作用方面,在所有電極 位置上皆不顯著。偏好高與現行色彩 的 潛 伏 時 間 皆 較 偏 好 低 的 潛 伏 時 間 短,且都達到顯著的差異。

由 P300 振幅 ANOVA 分析表結果 發現,就單因子主效應而言,色彩組 合的因子效應在所有電極位置上皆不 顯著。呈現時間的因子效應則在額葉 區與頂葉區的 12 個電極位置有顯著效 應。在色彩組合與呈現時間的交互作 用方面,則在所有電極位置上皆不顯 著。呈現時間因子對於出現 P300 波形 的中線與中線左右部位的額葉區與頂 葉區的平均振幅有影響,短呈現時間

(20mse)的平均振幅大於長呈現時間

(200mse)的平均振幅。

由以上數據分析顯示,色彩組合 與呈現時間對於辨識正確率有顯著的 影響,在色彩組合為偏好高時呈現時 間的長短並未對於辨識率造成影響,

但對現行色彩組合與偏好低的色彩組 合,呈現時間的長短對於辨識率造成 影響,尤其是主觀偏好低的色彩組合 在 不 同 呈 現 時 間 下 辨 識 率 相 差 達 16.9%為最多。色彩組合偏好高與現行 色彩組合的 P100 潛伏時間皆較偏好低 的 P100 潛伏時間為快,表示色彩組合 中偏好高與現行色彩組合之易讀性確 實優於偏好低的色彩組合。此結果與 Fukuzumi et al (1998)所做之色彩易 讀性在視覺顯示上生理和心理的評估 研究結果相同,由實驗結果推論出最 佳色彩組合的選擇可透過 EEG 量測 P100 出現時的潛伏時間來判斷。呈現 時間短的 P300 平均振幅顯著地大於呈 現時間長的 P300 平均振幅,此結果與 Polish(1987)的發現不一致,Polish 發現困難的作業會使 P300 的振幅變 小,本研究結果卻顯示在較長的呈現 時間下,P300 的振幅較小,作業困難 度變大。此不一致現象有待進一步探

討。總之,本實驗結果顯示,圖像的 色彩組合對於圖像辨識的績效及的腦 波反應皆具有顯著的影響。色彩組合 主觀偏好高的辨識績效高且 P100 潛時 較短。反之最差的的色彩組合會使辨 識的績效下降與 P100 潛時的加長。

五、計劃成果自評

在圖像色彩呈現介面的設計上,要 增加使用者的視覺績效,並需要快速 且正確的辨識績效之狀況下,就需要 考慮圖像色彩組合是否符合人們主觀 上的偏好與呈現時間長短的條件。此 一結論並獲得生理的指標-腦波上的 證實,也代表著色彩組合偏好在圖像 認知的作業上確實影響了大腦的認知 歷程。

六、參考文獻

1.朱介英,1998,色彩設計計劃,美 工圖書社,頁 41-100。

2.謝光進、陳明德,1997,螢幕文字/

背景色彩組合與相關作業特性對視 覺績效與視覺疲勞影響之研究,台 灣科技大學博士論文。

3.Fukuzumi, S., Yamazaki, T., Kamijo, K. and Hayashi, Y., 1998,

Physiological and psychological evaluation for visual display colour readability: A visual evoked potential study and a subjective evaluation study, Ergonomics, 41, 89-108.

4.Kacmar, C. J., Carey, J. M., 1991.

Assessing the usability of icons in user interface. Behavior and

Information Technology, 10, 443-457.

5.Lippert, T. M., 1986, Color-difference prediction of legibility performance for CRT raster imagery, SID Digest of Technical Papers, XVI, 86-89.

6.Lodding, K., 1983, Iconic interfacing, IEEE Computer Graphics and

Applications, 4(12), 13-23.

7.Polich, J., 1987, Task difficulty,

probability, and inter-stimulus interval as determinants of P300 from auditory stimuli, Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 68(4), 311-320.

8.Wickens, C.D., 1992, Engineering Psychology and Human Performance, Harper Cillins:New York.

9.Wiedenbeck, S., 1999, The use of icons and labels in an end user application program: an empirical study of learning and retention, Behavior & Information Technology 18(2), 68-82.

參考文獻

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