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評估電腦輸入設備的新方法

【工業工程與管理學系
助理教授林瑞豐提供】
Introduction
  隨著科技的發展,人們在日常生活中頻繁地使用各式各樣的電子產品,如個人電腦、手機以及Video Game等。然而,為了和這些電子產品進行互動,往往需要使用不同的輸入裝置,如滑鼠、搖桿或遙控等。在上述的電子產品中,個人電腦已成為工作與生活中不可或缺的工具,因此不同的滑鼠也就成為最常被用來比較與評估的電腦輸入裝置。

Fitts’ law as an Evaluation Methodology
  幾十年來Fitts’ law為最常被用來評估滑鼠工作績效的研究方法。Fitts’ law原來的發展是為了描述當人在執行圖 1 (a) 的瞄準移動時,移動所需的時間是如何受到移動距離和目標物寬的影響。如同Fitts’ law (公式1) 所述,移動時間 (MT) 會隨著移動的困難指數 (Index of Difficulty,簡稱 ID) 增加而呈線性關係增長。此外,困難指數如同公式2所示,為移動距離 (A) 和目標物寬 (W) 所構成的指數項。


  由於Fitts’ law所描述的線性關係能輕易地在各種手控制移動中發現,因此圖 1 (a) 中的瞄準移動被廣泛地用來評估輸入設備以及人機介面的設計與開發。但以Fitts’ law作為輸入設備的評估方法仍存在著限制,即它無法提供輸入設備在速度上與準確度上獨立的評估。所以我們提出新的評估方法。

Ballistic movement models as an Evaluation Methodology
  在先前研究中,我們驗證了圖 1 (a) 中的瞄準移動是由一個以上的彈道式移動 (ballistic movement) 所組成。所謂的彈道式移動 (參考圖 1 (b))是指人僅根據一次視覺回饋所執行的快速瞄準移動。而人在執行一個瞄準移動的過程,其實是間歇地利用視覺回饋產生一個又一個的彈道式移動,不斷地修正移動物(如螢幕上所控制的游標)與目標物之間的距離誤差。因此,我們認為彈道式移動比起瞄準移動,更適合作為評估輸入設備時的實驗作業。

  針對彈道式移動,我們驗證了兩種相關的模型。公式3所描述的是執行彈道式移動所需的時間和移動的距離平方根呈線性關係,而公式4與公式5指的是執行彈道式移動所產生的平行誤差變異和垂直誤差變異都和移動的距離平方呈線性關係。

Comparison of the Two Methodologies
  以下就以一個簡單的滑鼠測試實驗來說明利用彈道式移動作為電腦輸入裝置評估方法的優點。

  一位學生使用圖2中的六款滑鼠分別執行圖1 (a) 的瞄準移動以及圖1 (b)的彈道式移動。執行瞄準移動所得到的移動時間,利用Fitts’ law進行線性迴歸分析所得到的結果呈現於圖3 (a) 中,而執行彈道式移動所需要的時間與量測到兩個方向的落點誤差,也透過兩種彈道式移動模型進行線性迴歸分析,所得到的結果則分別呈現在 3 (b)(c) (d) 中。

  相較於使用瞄準移動,以彈道式移動作為評估滑鼠工作績效的方法,可區分出各滑鼠在速度上與準確度上的獨立表現。執行彈道式移動所得到的圖 3 (b)、(c) 與 (d)比執行瞄準移動所得到的圖 3 (a) 提供了更明確的評估結果。舉例而言,在圖 3 (a) 中可得知滑鼠6的表現比滑鼠3來得好一些,但卻無法瞭解其中的原因是因為滑鼠6相較於滑鼠3控制的速度上比較好,還是在控制的準確度上比較好。但從圖 3 (b) 可發現,滑鼠6在控制的速度上並沒有比滑鼠3好。很意外的,滑鼠6反而是六款滑鼠中最差的,而滑鼠3卻是六款滑鼠中最好的。再觀察圖 3 (c) 與(d) 可發現原來滑鼠6的整體表現比滑鼠3好,是因為與移動方向垂直的誤差變異 (圖 3 (d)),滑鼠6擁有六款滑鼠中最好的表現。另外一個例子可發現滑鼠2的整體表現最差 (圖 3 (a)) 的原因並不是來自於控制的速度 (圖 3 (b)),而主要是和移動方向平行的誤差變異 (圖 3 (c))。

Future Research
  藉由上述的小實驗中可知,以彈道式移動作為評估滑鼠的方法,可以獲得各個滑鼠在速度上與準確度上的獨立評估與分析。由於新評估方法的優點是使用Fitts’ law方法無法達成的,在未來的研究方向將繼續驗證彈道式移動作為各種輸入設備與人機介面設計與開發的新方法論。
 

1     瞄準移動 (a) 與彈道式移動 (b) (a) 所顯示的為瞄準移動,此移動的執行方式為利用電腦輸入裝置(如滑鼠或繪圖板等) 以控制電腦螢幕中的游標,在按下「起始點」後,以最快的速度利用游標往「目標線」的方向畫一直線,並使游標停留在「目標線」中以完成一次瞄準移動。而圖 (b) 所顯示的為彈道式移動,此移動的執行方式同樣由按下起始點後開始,快速地使游標停留於「目標點」上。然而,不同於瞄準移動,為了使移動只建立在一次的視覺回饋,當游標一離開「起始點」,螢幕中的「起始點」、「目標點」以及游標會暫時消失,一直到移動停止後才會再度出現。

2    六款電腦滑鼠。滑鼠1為因應人體工學所設計有傾斜角度的滑鼠,控制游標方向的方式是利用滑鼠前方的四個方向鍵。滑鼠2為軌跡球滑鼠,主要利用食指或中指滾動軌跡球來控制游標方向。滑鼠3為因應電腦游戲玩家所設計的多功能滑鼠,其操作方式和一般滑鼠 (滑鼠6) 相似。滑鼠4與滑鼠5同樣為因應人體工學所設計的滑鼠,強調是使用上臂的移動來減少手腕的傷害,滑鼠4是持握式,而滑鼠5是握把式。而滑鼠6為一般式滑鼠。
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  使用六款滑鼠執行瞄準移動與彈道式移動所得到的比較分析圖。圖 (a) 執行各種困難指數的瞄準移動所量測到的移動時間,利用Fitts’ law作線性迴歸分析得到的比較分析圖。圖 (b) 為執行各種距離的彈道式移動所量測到的移動時間,利用公式3作線性迴歸分析得到的比較分析圖。圖 (c) 為執行各種距離的彈道式移動所量測到與移動方向平行的移動誤差變異,利用公式4作線性迴歸分析得到的比較分析圖。而圖 (d) 為執行各種距離的彈道式移動所量測到與移動方向垂直的移動誤差變異,利用公式5作線性迴歸分析得到的比較分析圖。

公式

 

 

 

 

 

 

   
 

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