面向复杂信息系统的人机交互信息可视化设计与决策关联机制研究

With the advent of the era of Big-Data and Artificial Intelligence, complex information system has become an important carrier of human-computer interaction in Big-Data information environment. Mass and multidimensional data are transformed into accurate, usable and effective information through deep excavation, and finally presented to human decision-makers through Human-Computer Interactive Interface (HCII). In complex information system, the interface of human-computer interaction is an important basis for decision-makers’ perception and decision-making. Scientific and reasonable visual design of interface information is the information base of decision making and the effective guarantee of the efficiency in complex information system. Based on the analysis of human decision behavior, cognitive strategy, decision clue and cognitive elements in complex information system, this project aims to establish the mechanism of interaction between information visualization and decision behavior in complex information system, based on research on mapping and associated mechanism between decision& cognitive biases and human-computer interactive information visualization. HCII visualization design strategy supporting efficient decision-making and performance evaluation system of human-computer interaction in complex information system are sought. Results of the project are of great theoretical and academic values to promote the decision-making efficiency and level of decision-makers in complex information systems, and to promote the cross integration between the disciplines of design science, human factors, cognitive science and decision science.

随着大数据和人工智能时代的到来，复杂信息系统已成为大数据信息环境中人机交互的重要载体。海量与多维数据通过深度挖掘转变为精确、可用和有效的信息，并最终通过人机交互信息界面呈现给人类决策者。在复杂信息系统中，人机交互信息界面是决策者感知和决策判断的重要依据。科学合理的界面信息可视化设计是决策者高效判断与决策的信息基础，是复杂信息系统效能发挥的有力保障。本项目拟从复杂信息系统中的人类决策行为特性、认知策略、决策线索与认知要素分析出发，以决策认知偏差与人机交互信息可视化设计间映射和关联机制研究为载体，以建立复杂信息系统人机交互信息可视化与决策间关联机制为目标，寻求支持高效决策的复杂信息系统人机交互信息可视化设计策略和决策绩效评估体系。项目成果对提升决策者在复杂信息系统中的决策效率和决策水平，推动和促进设计学、人类工效学、认知科学和决策科学等学科间的交叉融合，具有重大理论意义和学术价值。

在复杂信息系统中，人机交互信息可视化设计的优劣对于人机交互决策效率和系统整体综合效能的发挥至关重要。本项目基于人机交互信息界面发展需求，对复杂信息系统中人机交互信息界面设计与决策之间的关联机制展开了系统性研究。.项目主要完成了下述工作，并取得了相应的研究成果：. 1、基于认知要素分解和行为研究，分析了用户的空间认知策略及决策行为特征，将复杂系统中的决策任务划分为信息读取类任务、关系构建类任务和整体感知类任务三个层次，构建了决策任务分层模型。通过每一层级决策任务所涉及的核心认知模块进行解析，提出了人与复杂信息系统可视化空间的交互认知概念模型。. 2、从人机交互可视化中的宏观和微观可视化表征两个角度，针对不同可视化条件对于用户执行决策判断任务绩效的影响展开了全面研究，建立了信息可视化设计与决策之间的关联机制，并以此提出了支持高效决策的人机交互信息可视化设计策略。研究首次提出了视场转换损耗的概念，并以视场转换损耗的量化与评估为支点，为解决时空局限问题提供了可行的人机交互信息可视化设计策略。. 3、对人机交互信息可视化中可诱发决策认知偏差的内源性和外源性因素展开研究，运用眼动追踪、行为绩效分析和脑生理成像技术，获取了用户在产生决策认知偏差过程中的脑生理反应和眼动特征，揭示了决策认知偏差的认知根源，建立了人机交互信息界面视觉表征-决策认知-生理表征之间的关联机制。. 4、综合运用眼动追踪、行为绩效分析和脑生理成像技术，对实际设计案例中用户的决策行为特征和绩效进行分析，捕获并提取了用户在不同可视化条件和决策进程中所呈现出的眼动特征和脑电特征，通过构建行为表征与内在认知之间的关联，对决策过程进行了深入解读。同时多维度的评价手段的综合运用实现了对用户决策绩效的全面、细致的量化评估。. 本项目研究的理论成果已在多项国家重大工程建设中得以运用，具体有载人航天工程、核电站工程等。