眼动交互实验下地图要素选择的
性别与空间定向能力差异分析

张昌博 · 李昕钰 · 卢柏言 · 等 地球信息科学学报 · 2026 · Vol.28 No.5 · pp.1379-1394

随着眼动追踪技术在扩展现实及消费级设备中的普及,眼动交互已成为地图自适应等场景中不可替代的交互手段。本研究旨在探讨性别与空间定向能力(SOA)在眼动地图交互任务中的主效应及交互效应,重点分析其对交互效率、任务负担及眼动行为特征的影响,为个性化、智能化的地图交互设计提供实证支持。

眼动交互 地图要素选择 性别差异 空间定向能力 (SOA) 认知策略 交互设计
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01 · 研究背景与目的

眼动交互中的个体差异探索

探讨用户的性别与空间定向能力如何影响眼动交互过程中的视觉认知与决策效率。

眼动交互的兴起

不可替代的交互手段

在扩展现实(XR)及高压力场景(如驾驶、应急救援)中,眼动追踪已成为地图自适应的核心技术。

个体差异的影响

效率与准确性的变量

用户的性别、空间能力等个体差异可能显著改变视觉搜索模式,进而影响交互效率与准确性。

核心研究目标

主效应与交互效应

重点分析性别与空间定向能力(SOA)对交互效率、任务负担及眼动行为特征的影响。

研究价值

实证支持设计

揭示个体认知策略差异,为个性化、智能化的地图交互界面设计提供科学的实证支持。


02 · 实验设计与方法

基于 Tobii 的眼动交互实验

通过严谨的被试筛选与多层级的地图选择任务,全面捕捉用户的眼动特征与交互表现。

S1
实验平台与交互逻辑

使用 Tobii Eye Tracker 5 (90Hz),采用“缓冲区+注视阈值”触发机制。设定点要素缓冲区 1.5°,线要素 0.7°,注视阈值为 600ms 即视为选中。

Tobii Eye Tracker600ms 阈值
S2
被试对象与分组

75 名地理相关专业学生(男 30,女 45)。采用圣巴巴拉方向感问卷 (SBSOD) 评估 SOA,分为高能力组(39人)和低能力组(36人)。

SBSOD 问卷高/低 SOA 组
S3
认知层级实验任务

每人完成 90 项地图要素选择任务,涵盖 6 种认知难度等级:颜色选择、名称选择、空间关系、单一专题属性、空间关系+专题属性、双重专题属性。

90项任务6种认知难度

效率与负担指标

• 反应时间 (Response Time)
• 任务负担 (NASA-TLX)

衡量从任务呈现到执行完成的总时长,以及脑力、体力、时间需求等自评得分。

眼动特征指标

• 注视频率 (Fixation Frequency)
• 扫视幅度 (Saccade Amplitude)
• 注视离散度 (Fixation Dispersion)
• 注视时长 (Fixation Duration)

区分“认知加工阶段”与“决策执行阶段”进行深入对比。


03 · 结果与讨论

认知策略与行为模式的差异

性别与 SOA 并未直接改变基础交互效率,但显著改变了背后的视觉认知过程与策略。

性别策略差异
  • 男性(全局概览策略): 倾向于依赖全局空间结构,注视点分布较广(高离散度)。在进入最终选择时,由于已完成全局整合,决策执行更迅速(均值约 1100ms)。
  • 女性(局部特征策略): 倾向于局部特征扫描与地标记忆。在最终选择阶段表现出更长的核查过程(均值约 1250ms),体现了更高的谨慎性。
空间定向能力 (SOA) 策略差异
  • 高能力组(深层系统化加工): 在认知阶段投入更多时间进行空间关系验证与多维属性权衡。策略精细化导致注视频率低、单次注视时间长。
  • 低能力组(浅显碎片化加工): 倾向于简单直接的决策,忽略深层细节,表现为频繁但短促的注视。
  • 交互效应: 男性的全局扫描模式放大了高能力者在深度信息加工上的眼动特征。

04 · 结论与设计建议

个性化地图交互界面的优化方向

基于个体认知策略的差异,为眼动地图交互界面提供针对性的适配与优化建议。

针对全局扫描型 (男性)

可适当扩大响应缓冲区,以匹配其高离散度的注视特征,提高触发稳定性,减少因视线跳跃导致的交互失败。

针对深度加工型 (高 SOA)

可适当调高注视时长阈值(Dwell Time),防止其在深层思考与多维属性权衡过程中产生误触发(Midas Touch 问题)。

针对谨慎核查型 (女性)

界面可提供更明确的视觉或听觉反馈机制,辅助其完成细节核查,增强决策信心,从而缩短最终的决策耗时。