摘要
采取行为实验和脑电实验相结合的方法,分析产品外观特征元素(形状、颜色、材质)及其熟悉度(低、中、高)对产品识别的影响。脑电实验前,通过问卷获取被试的主观评价数据,进行实验假设。脑电实验采用经典的“学习‒再认”范式,实验材料为3(形状、颜色、材质)×3(低、中、高)混合设计。结果表明:低和高熟悉度的颜色特征、低熟悉度的形状特征以及高熟悉度的材质特征能够有效提高产品的识别度。
关键词
产品设计从过去以产品为中心转向以市场为中心,继而转到以用户为中
在消费者购物过程中,有识别度的产品往往会给消费者留下更深的印象。一些研究基于用户体验,利用各类计算模型来研究产品识
随着信息技术的发展,基于人体生理信号特别是脑信号的研究手段开始应用。事件相关电位(ERP)是人们对客观事物进行认知加工时,通过平均叠加法从头颅表面记录到的脑电位,是一种特殊的脑诱发电
已有研究表明,ERP成分与设计认知加工过程有关。P300与认知、理解和判断有关,还与记忆更新等认知功能有
产品识别的基础是产品特征。从产品外观特征出发,通过ERP研究外观特征元素及其熟悉度对产品整体识别度的影响,对今后的产品设计创新实践有指导意义。
选择椅子作为研究载体。椅子是具有代表性的日常产品。在生活中,它被广泛使用,可以让实验过程更贴近真实的消费环境,也更容易对熟悉度分级。产品熟悉度是产品知识的一个维度,表示消费者积累的产品相关经验的数
在脑电实验前,被试通过问卷评价各特征元素(形状、颜色、材质)对产品整体识别度的影响。采用“1~9标度方法”,评价特征元素对椅子整体识别贡献度的两两对比标度,含义如
对被试的判断进行一致性检验,一致性指标 CI=0.000 129,检验系数CR=0.000 223<0.1,可以认为被试的判断具有满意的一致性。
本次实验招募了24名被试参加,年龄在21~27周岁之间,平均年龄为24周岁,学历均为本科及以上,均无脑损伤史,均为右利手,视力正常或矫正视力正常,色觉正常。实验获得的19份有效脑电数据中,来自男性被试9名,女性被试10名。5份无效数据中,1名被试的数据因该被试在实验过程中过度频繁眨眼而被排除,4名被试的数据因经过脑电(EEG)数据分析后有效片段太少而被排除。
实验在光线柔和,无电磁干扰的隔离室内进行,被试用的显示屏被安置在一面空白墙的前面。实验设备为Brain Products GmbH制造的Brain Vision actiCAP电极帽,32通道。电极位于标准位置,电极位置分布如

图1 32 个导电极位置分布
Fig.1 32-electrode position distribution
对椅子的造型、颜色、材质进行筛选和总结,得到较具代表性的63种椅子形状、32种椅子颜色和12种材质。产品熟悉度的测量借鉴相关研

图2 形状组、颜色组、材质组不同熟悉度的实验材料举例
Fig.2 Examples of experimental materials with different familiarities in shape, color and material groups
脑电实验采用经典的“学习‒再认

图3 脑电实验流程
Fig.3 EEG experimental procedure
实验开始前,告知被试实验目的、实验流程以及实验过程中的注意事项。将电极帽以从前往后的方式佩戴在被试的头上,在电极和对应头皮位置打上导电膏后将电极插入电极帽,调整电极和头皮的接触直到头皮与电极之间的阻抗≤5 kΩ,即记录软件界面相应位置电极颜色显示为绿色。被试坐在屏幕前,距离、姿势等调整至舒适状态,眼睛与屏幕的距离约为62~68 cm。
学习阶段,从90张实验材料中随机自动呈现45张,要求被试尽量记住所看到的椅子图片但不做任何反应。每次测试首先在屏幕中央呈现引导被试注意的“+”,呈现时间为500 ms,然后随机呈现椅子图片,呈现时间为2 000 ms。学习阶段完成后,进入休息阶段。
在休息阶段,被试首先需要完成两道算术题,算术时大脑进行逻辑推理和数学计算,这是与学习阶段视觉识别和记忆差异较大的大脑活动,可以强制被试不去回忆之前看过的图片,以保证再认阶段的有效性。算术题完成后,屏幕呈现白屏1 min,1 min后自动进入再认阶段。
再认阶段,随机自动呈现90张椅子图片,其中包括学习阶段出现过的45张,被试被明确要求回忆之前看过的椅子图片,并做出判断反应:若在学习阶段见过则按“←”键,没有则按“→”键。做出判断反应后自动呈现下一刺激,每次测试首先在屏幕中央呈现引导被试注意的“+”,呈现时间为500 ms,然后随机呈现刺激图片,呈现时间最多为2 000 ms。
E‒prime程序记录了再认阶段被试做出的判断和反应时间。各个特征组的平均正确率和平均反应时间计算结果如
在反应时间上,形状组、颜色组和材质组均呈现低熟悉度下反应时间最短的现象。进一步观察,在低、中熟悉度下,材质组反应时间最短;高熟悉度下,颜色组反应时间最短。对反应时间进行3(特征元素:形状、颜色、材质)×3(熟悉度:低、中、高)两因素重复测量方差分析,发现特征元素主效应不显著;熟悉度主效应显著,F(2,36)=3.308,p=0.048<0.05。特征元素与熟悉度交互效应不显著。
在再认正确率上,形状组与颜色组呈现组内特征熟悉度越低,正确率越高的现象;而材质组在不同熟悉度下的正确率无较大差别。低熟悉度下,形状组和颜色组的正确率高于材质组;中熟悉度下,三组正确率无较大差别;高熟悉度下,形状组正确率明显低于颜色组和材质组。对正确率进行3(特征元素:形状、颜色、材质)×3(熟悉度:低、中、高)两因素重复测量方差分析,发现特征元素主效应不显著;熟悉度主效应显著,F(2,36)=8.915,p=0.001<0.05。特征元素与熟悉度交互作用显著,F(4,72)=4.893,p=0.002<0.05。两者交互作用如

图4 特征元素和熟悉度在正确率上的交互作用
Fig.4 Interaction of feature element and familiarity on correct rate
用分析软件Brain Vision Analyzer 2.1对采集到的原始数据进行一系列处理,如滤波、参考电极设置、眼电纠正、伪迹去除、基线矫正等,对相应的时频图、波形图和平均波幅等进行分析。
分析时程为刺激呈现前200 ms到刺激呈现后800 ms。通过快速傅里叶变换(FFT)获得EEG数据的频谱图。α波(7.5~12.5 Hz)被证明与想象有

图5 α和β波的头皮功率分布图
Fig.5 Power distribution diagram of α-wave and β-wave
通过小波变换(WT)得到不同特征元素和不同熟悉度下各个通道的时频分析图,Cz通道时频分析图如

图6 不同特征元素及其熟悉度下的时频图(Cz通道)
Fig.6 Time-frequency diagram for different feature elements and their familiarities (Cz channel)
分析时程为刺激呈现后800 ms,基线为刺激前200 ms。在再认过程中,不同特征元素组不同脑区新旧刺激的ERPs平均波形如

图7 不同特征元素下再认的ERPs平均波形(F3、Cz、Pz)
Fig.7 Average waveform of ERPs recognized for different feature elements (F3, Cz, Pz)

图8 不同熟悉度下再认的ERPs平均波形(F3、Cz、Pz)
Fig.8 Average waveform of ERPs recognized for different familiarities (F3, Cz, Pz)
比较不同特征元素组不同脑区的新旧刺激(见
对再认阶段的平均波幅进行2(新旧刺激:新刺激、旧刺激)×3(特征元素:形状、颜色、材质)×3(熟悉度:低、中、高)×5(脑区电极:额区F3、F4,中央区Cz,顶区Pz,枕区Oz)四因素重复测量方差分析,对于交互作用显著的因素再进行简单效应检验。根据相关文
在时窗200~350 ms内,电极位置主效应显著,F(1.58,28.49)=9.524,p=0.001<0.05。新旧刺激与特征元素存在交互效应,F(2,36)=3.466,p=0.042<0.05。新旧刺激与熟悉度存在交互效应,
F(2,36)=3.924,p=0.029<0.05。新旧刺激、熟悉度、电极位置与特征元素四者存在交互作用, F(6.84,123.19)=2.096,p=0.05。进行简单效应检验,仅展示交互效应显著的结果,如
在时窗350~500 ms内,特征元素主效应显著,F(2,36)=5.704,p=0.007<0.05。电极位置主效应显著,F(1.67,30.12)=13.542,p=0.000<0.05。新旧刺激与特征元素存在交互效应,F(2,36)=6.635,p=0.004<0.05。进行简单效应检验,仅展示交互效应显著的结果,如
在时窗500~800 ms内,特征元素主效应显著,F(2,36)=4.769,p=0.015<0.05;脑区电极主效应显著,F(2.04,36.64)=8.610,p=0.001<0.05。电极位置与熟悉度存在交互效应,F(4.43,79.73)=2.780,p=0.028<0.05。新旧刺激与特征元素存在交互效应,F(1.50,27.03)=3.919,p=0.043<0.05。进行简单效应检验,仅展示交互效应显著的结果,如
假设一部分成立。同一熟悉度下,不同特征元素的识别正确率和反应时间不同,正确率高和反应时间短都是识别度高的表现。因此,不同特征元素对产品识别的贡献度不同,但不为颜色>形状>材质。具体分析,低熟悉度下,正确率为形状>颜色>材质,反应时间无较大差别;中熟悉度下,正确率无较大差别,反应时间为颜色>形状>材质;高熟悉度下,正确率为材质>颜色>形状,反应时间为材质>形状>颜色。
假设二成立。因为同一特征元素组中,不同熟悉度下正确率和反应时间不同。在形状组,熟悉度越低,正确率越高,反应时间越短;在颜色组,熟悉度越低,正确率越高,反应时间呈现低熟悉度<高熟悉度<中熟悉度;在材质组,熟悉度越低,反应时间越短,正确率无较大差别。
假设一部分成立。根据时频图,形状组和材质组较颜色组出现更明显的能量提高。进一步根据ERP分析,不同特征元素产生的新旧效应不同,因此对产品识别的贡献度不同,但不为颜色>形状>材质。整体上来看,颜色组产生更普遍的新旧效应,但材质组和形状组的新旧效应普遍程度差别不大。
假设二成立。根据时频图,低、高熟悉度较中熟悉度出现更明显的能量提高。进一步根据ERP分析,因为同一特征元素组中,不同熟悉度下产生的新旧效应不同。结合熟悉度来看,形状组低熟悉度、材质组高熟悉度和颜色组低、高熟悉度产生更普遍的新旧效应。从不同脑区上看,额叶在低、高熟悉度下均可产生新旧效应,中央区、顶叶和枕叶只在高熟悉度下产生新旧效应;颜色组在各个脑区都会产生新旧效应,材质组主要在枕区产生新旧效应,形状组主要在额区产生新旧效应。
结合时间来看,在再认阶段的早期和晚期,颜色组高熟悉度、形状组低熟悉度和材质组高熟悉度均产生了新旧效应。再认的双加工理论模
在再认早期阶段(200~500 ms),颜色组低熟悉度和形状组低熟悉度均产生早期额叶新旧效应,早期额叶新旧效应与熟悉度相关,即在未回忆起任何细节时,对旧刺激的单纯直觉反应,这说明低熟悉度的颜色和形状由于特殊和视觉刺激强等原因让人印象深刻,在再认时让人有熟悉感。颜色组高熟悉度早期在中央区、顶叶和枕叶均产生新旧效应,在认知的早期激活了大部分的脑区。另外,材质组高熟悉度早期在枕叶产生了新旧效应,这说明熟悉度高的颜色和材质在日常生活中随处可见,原有的记忆深入人心,并且颜色比材质更容易让人有熟悉感。
在再认晚期阶段(500~800 ms),只有颜色组高熟悉度产生了晚期顶区新旧效应,晚期顶区新旧效应对记忆痕迹的强度敏感反映了刺激的成功检索和回忆。颜色组高熟悉度晚期在额叶、中央区、顶叶和枕叶均产生了新旧效应,在认知的晚期也激活了大部分的脑区。另外,材质组高熟悉度晚期在枕叶产生了新旧效应,这说明高熟悉度的颜色和材质有利于记忆,并且颜色比材质更有利于记忆。形状组低熟悉度和材质组低熟悉度晚期在额叶产生了新旧效应,这说明低熟悉度的形状和材质由于传达了特殊的意象有利于记忆。材质组高熟悉度在枕叶也产生了广泛的新旧效应,通过观察材质组高熟悉度的刺激材料,发现包含塑料、绒布等较为熟悉的材料。
在颜色组中,低和高熟悉度对产品识别的贡献很大,尤其是高熟悉度,而中熟悉度的贡献不明显。同时,形状组中的低熟悉度和材质组中的高熟悉度对产品识别的贡献也较大。
在产品外观设计过程中,可以选择低熟悉度或高熟悉度的颜色特征,同时选择低熟悉度的形状或者高熟悉度的材质,这样能够有效提高产品整体识别度。从设计实践的角度考虑,也不可为了追求产品的高识别度而选择不符合产品定位和用户需求的外观特征。设计师在实际产品创新设计过程中,应在综合考虑用户需求、产品功能和使用环境等重要因素的情况下,提高产品的整体识别度。
贡献声明
杨 程:提出论文选题和设计构思,修订论文。
曾 静:参与实验设计,进行实验数据采集和分析,进行论文写作和修订。
陈 辰:参与实验设计和论文写作。
王 倩:参与实验设计和修订论文。
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