基于手機(jī)傳感器的交互過程中用戶思維工作負(fù)荷評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于手機(jī)傳感器的交互過程中用戶思維工作負(fù)荷評估方法，屬于計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，針對用戶以點擊觸摸屏為代表的與手機(jī)應(yīng)用交互過程中所感受到的思維工作負(fù)荷感知和評估問題，以用戶的點擊力度和思維工作負(fù)荷間的相關(guān)性為依據(jù)，實現(xiàn)了一種僅依賴手機(jī)傳感器的、非侵入式的用戶思維工作負(fù)荷評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機(jī)的廣泛普及和各類應(yīng)用軟件的快速發(fā)展，手機(jī)用戶與智能手機(jī)交互所花費的時間以及所消耗的注意力呈快速增長的趨勢。應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計、運行時，必須考慮用戶在使用時所消耗的注意力，即，用戶在與智能手機(jī)應(yīng)用交互過程中所造成的思維工作負(fù)荷。交互過程中的用戶思維工作負(fù)荷，是衡量一個應(yīng)用的用戶體驗的重要指標(biāo)。對于某些應(yīng)用，如，網(wǎng)頁瀏覽器、聊天工具、觸摸屏鍵盤等，用戶在使用時的思維工作負(fù)荷越高，則應(yīng)用的用戶體驗越差。反之，對于智力游戲等應(yīng)用，其設(shè)計目標(biāo)就是要求用戶在使用的過程中經(jīng)歷較高的思維工作負(fù)荷，從而在完成挑戰(zhàn)的過程中獲得樂趣和收獲。因此，深入了解用戶的思維工作負(fù)荷，對于智能手機(jī)應(yīng)用軟件的設(shè)計和開發(fā)者而言，具有深刻的指導(dǎo)性意義。同時，實時了解用戶的思維工作負(fù)荷，也能夠指導(dǎo)應(yīng)用軟件隨時調(diào)整策略，來及時滿足優(yōu)化用戶體驗的目標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有的評價用戶思維工作負(fù)荷的方法多使用被試人員主觀評分的方法來進(jìn)行。此類方法能夠真實、直接地反應(yīng)用戶在使用過程中所體驗到的思維工作負(fù)荷。然而由于需要招募專門的被試人員進(jìn)行體驗，其時效性和可擴(kuò)展性較差。同時，被試人員的代表性和評估能力也會直接影響評估的結(jié)果。除此之外，有些評估方法依賴使用專業(yè)的醫(yī)療器械，如，皮膚導(dǎo)電率傳感器、腦電圖、心電圖、眼動儀等設(shè)備對被試人員的生理信號進(jìn)行測量，從而評估其思維工作負(fù)荷。這種方法具有實時測量、指標(biāo)量化等優(yōu)點。然而針對日常生活中大量的智能手機(jī)用戶而言，使用專業(yè)的醫(yī)療設(shè)備來進(jìn)行思維工作負(fù)荷的評估并不現(xiàn)實。
[0004]因此，本發(fā)明提出使用智能手機(jī)本身所具有的傳感器來實現(xiàn)對用戶在交互過程中的思維工作負(fù)荷的評估方法，具有侵入性低、代價小、實時評估等優(yōu)點，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了實現(xiàn)對智能手機(jī)用戶在與手機(jī)應(yīng)用交互過程中的思維工作負(fù)荷評估，同時克服傳統(tǒng)方法過渡依賴被試人員和專業(yè)醫(yī)療設(shè)備的不足，本發(fā)明公開了一種基于手機(jī)傳感器的用戶思維工作負(fù)荷評估方法。該方法不依賴額外的傳感器設(shè)備，也不需要用戶的主動參與和報告，能夠以非侵入式、低代價的方式，實現(xiàn)對用戶思維工作負(fù)荷的實時、準(zhǔn)確評估。
[0006]在交互過程中，用戶所體驗到的思維工作負(fù)荷受到多個方面的影響，本發(fā)明將用戶思維工作負(fù)荷分為以下三個方面:1)任務(wù)難度，即，由于界面交互元素(如，按鈕)的大小所造成的用戶在點擊操作時所需要專注控制手指活動的難度；2)認(rèn)知壓力，S卩，用戶在交互過程中所需要付出的思維努力的程度；3)時間壓力，S卩，用戶完成任務(wù)時所規(guī)定的時間限制的強(qiáng)弱。從以上三點出發(fā)，本發(fā)明提出用戶思維工作負(fù)荷與用戶在觸摸屏上點擊力度之間的關(guān)系如下:1)當(dāng)任務(wù)難度增加時，用戶的點擊力度減小；2)當(dāng)認(rèn)知壓力增加時，用戶的點擊力度減?。?)當(dāng)時間壓力增加時，用戶的點擊力度增強(qiáng)。
[0007]在以上關(guān)系的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出使用智能手機(jī)的觸摸屏和加速度傳感器來收集用戶在交互過程中的點擊事件和點擊的力度，從而對用戶所體驗到的思維工作負(fù)荷的各個方面來進(jìn)行評估。
[0008]技術(shù)方案:一種基于手機(jī)傳感器的交互過程中用戶思維工作負(fù)荷評估方法，包括:使用手機(jī)自身傳感器采集屏幕點擊事件和加速度數(shù)據(jù)，利用屏幕點擊事件對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分割以及加速度沖量計算方法，基于滑動窗口的沖量序列分割及特征提取算法，以及基于樸素貝葉斯分類器的評估模型，具體步驟為:
[0009]I)監(jiān)聽智能手機(jī)觸摸屏點擊事件，并以200Hz及以上的采樣頻率連續(xù)讀取手機(jī)內(nèi)置三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)(過濾重力影響)并緩存50ms以內(nèi)的數(shù)據(jù)；
[0010]2)當(dāng)觸摸屏感知到一次點擊事件，記錄點擊事件的時間t，取時間范圍為[t-50ms, t+100ms]內(nèi)的加速度數(shù)據(jù)，為分割得到的此次點擊事件所對應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)分片，記為At;
[0011]3)在上一步所得到的加速度數(shù)據(jù)分片基礎(chǔ)上，計算點擊事件所對應(yīng)的加速度沖量Pt并緩存；
[0012]4)針對緩存得到的η個(η多2)加速度沖量，計算其平均沖量mp和方差v p，構(gòu)成點擊沖量的特征，并通過訓(xùn)練后的評估模型(如，樸素貝葉斯分類器)來評估得到所對應(yīng)的用戶在任務(wù)難度、認(rèn)知負(fù)荷、時間負(fù)荷三個方面的思維工作負(fù)荷高低的評估結(jié)果。
[0013]其中，步驟I)的具體過程為:
[0014]1.1)注冊監(jiān)聽手機(jī)觸摸屏點擊事件以及加速度傳感器事件，設(shè)置加速度傳感器采樣頻率為r (r彡200Hz)
[0015]1.2)讀取根據(jù)所設(shè)定的采樣頻率創(chuàng)建固定大小的在線運行時隊列緩存D，緩存D的大小|D|需滿足存儲50ms的加速度數(shù)據(jù)的要求，即，|D| = 0.05*r ;
[0016]1.3)將數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存入D，并按照數(shù)據(jù)獲取時間遞增排序，當(dāng)遇到緩存滿的情況，使最舊的數(shù)據(jù)出隊列。
[0017]其中，步驟2)的具體過程為:
[0018]2.1)當(dāng)感知到手機(jī)觸摸屏點擊事件時，記錄點擊事件發(fā)生的時刻t ；
[0019]2.2)創(chuàng)建點擊所對應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)分片At= <a1; a2,…，aT>，其中a;= <x y；, z；>為在1^時刻所采集到的X、y、z三軸上的加速度讀數(shù)，其單位為m/s 2。初始時，At為空；
[0020]2.2)將緩存D中所保存的從t-50ms開始到t時刻的加速度數(shù)據(jù)順序復(fù)制進(jìn)入點擊所對應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)分片At，等待10ms并將所有從t到t+lOOms時間范圍內(nèi)的加速度數(shù)據(jù)按獲取順序存入At。
[0021]其中，步驟3)的具體過程為:
[0022]3.1)給定t時刻所感知到的手機(jī)觸摸屏點擊事件所對應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)分片，At =<a1; a2,…，aT>，針對所有 a; e A t，計算已;的絕對值 I a ; | = sqrt (x^+y^+z；2)；
[0023]3.2)針對所有B1 e A t，累加I 1得到t時刻點擊事件所對應(yīng)的加速度沖量pt。
[0024]其中，步驟4)的具體過程為:
[0025]4.1)設(shè)定窗口大小為η (η彡2)，獲取η次連續(xù)點擊所對應(yīng)的加速度沖量序列P =<Pi, P2,…，Ρη> ；
[0026]4.2)計算P中的加速度沖量均值mp和方差v p，組成對應(yīng)的特征向量F = <mp, vp> ；
[0027]4.3)以F作為輸入傳輸給訓(xùn)練后的評估模型(如，樸素貝葉斯分類器)，評估得到用戶在交互過程中所感受到的任務(wù)難度、認(rèn)知負(fù)荷、時間負(fù)荷三個方面的思維工作負(fù)荷高低的評估結(jié)果。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明原理流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0030]1、硬件環(huán)境
[0031]I) 一個智能手機(jī)，搭載觸摸屏，能夠感知用戶的屏幕點擊事件；搭載加速度傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)以不低于200Hz的頻率采樣加速度讀數(shù)的能力；具有不低于IMB的內(nèi)存；具備500MHz以上主頻的CPU。
[0032]2、應(yīng)用場景
[0033]在應(yīng)用本發(fā)明所公開的用戶思維工作負(fù)荷評估方法時，可以以系統(tǒng)后臺服務(wù)程序或應(yīng)用內(nèi)嵌模塊的形式實現(xiàn)。在實現(xiàn)時，首先要通過操作系統(tǒng)所提供的接口