大屏幕显示交互的人机工效学比较：不同姿势与距离下徒手与设备辅助交互的性能评估

《International Journal of Industrial Ergonomics》：Interaction with large-screen displays: A comparison of freehand and device-assisted interactions under varied postures and user-to-display distances

本文针对大屏幕显示（large-screen displays）的远距离交互场景，通过对照实验系统比较了徒手交互（freehand interaction）与鼠标、轨迹球等设备辅助交互在不同姿势（坐/站）和用户-屏幕距离下的工效学性能。结果表明，徒手交互在效率、准确性和可用性方面均逊于设备辅助方式，且受姿势和距离的交互影响显著。研究为优化大屏幕交互技术在人机工程学（HCI）领域的应用提供了实证依据，对工业控制、公共信息展示等场景具有重要参考价值。

　　

研究设计

本研究采用四因素受试者内设计，自变量包括姿势、用户-屏幕距离、交互方式和目标尺寸。评估的两种典型姿势为坐姿和站姿；三种交互方式包括鼠标和轨迹球的设备辅助交互，以及基于Leap Motion的徒手交互。用户-屏幕距离指显示屏与地面指定点（参与者站立或坐位时脚尖位置）之间的水平距离。

任务效率

图3和表2展示了以任务完成时间为指标的任务效率结果。用户-屏幕距离对单向指向任务的任务效率有显著影响（F (3, 69) = 3.056, p = 0.034），但对其他任务无显著影响。交互方式对所有任务的任务效率均有显著影响：单向指向任务（F (1.143, 26.28) = 73.463, p < 0.001）、多向指向任务（F (1.107, 25.453) = 82.796, p < 0.001）以及拖拽任务（F (1.265, 29.104) = 74.927, p < 0.001）。事后分析显示，徒手交互的任务完成时间显著长于鼠标和轨迹球辅助交互（所有p值均小于0.001），而鼠标和轨迹球之间无显著差异。姿势对单向指向任务（F (1, 23) = 6.200, p = 0.020）和拖拽任务（F (1, 23) = 4.581, p = 0.043）的效率有显著影响，站姿下的任务完成时间更长。目标尺寸对所有任务的任务效率均有显著影响：单向指向任务（F (1, 23) = 85.526, p < 0.001）、多向指向任务（F (1, 23) = 49.526, p < 0.001）以及拖拽任务（F (1, 23) = 32.463, p < 0.001），小目标导致任务完成时间更长。

讨论

尽管大屏幕显示在各类职业、公共及个人场景中日益普及，但关于如何在不同姿势和距离下通过不同交互方式有效使用它们的现有证据仍然有限。因此，本研究旨在提供一种人机工效学比较，评估在不同姿势和用户-屏幕距离下，徒手交互与两种典型设备辅助交互在大屏幕显示上的表现。我们结合当前文献背景讨论我们的发现。

结论

本研究比较了徒手交互与鼠标、轨迹球辅助交互在大屏幕显示上的表现，并评估了它们在基本指向和拖拽任务中，对不同交互姿势、用户-屏幕距离和目标尺寸对任务效率、准确性、主观工作负荷和可用性的影响。结果普遍表明，徒手交互呈现出较差的人机工效学性能，其特点是效率、准确性和主观可用性较低，同时工作负荷较高。交互方式与用户-屏幕距离和姿势在任务绩效和可用性维度上存在显著的交互作用。特别是在站姿下，徒手交互的效率更低，在较近距离下效果更差。姿势和用户-屏幕距离在任务绩效上也存在显著的交互作用。目标尺寸通过任务类型对任务绩效产生不同的影响。