0 引　言

在现代航海技术持续演进的背景下，舰船智能导航系统已成为航运业的核心技术支柱。这一系统不仅承担着提供精确、实时导航信息的重任，还需通过高效的交互界面将这些复杂信息清晰呈现给船员，以保障航行安全与效率^[1]。

当前许多舰船智能导航系统的交互界面设计尚存局限，如信息传达不够直观、操作逻辑复杂、视觉体验有待提升等，这些问题直接制约了船员对导航信息的快速理解和有效反应，对航行安全构成了潜在挑战^[2]，有学者^[3]对操作员在工作过程中的视觉注意力进行检测，获取操作员视觉注意力分配情况，依据该视觉注意力分配情况，将相对重要和操作较为频繁的导航模块放置在视觉注意力较高的位置，便于操作员进行操作。长期形成的操作习惯也可能影响操作员对优化后界面的适应程度，即使界面布局更加合理，操作员也可能因为习惯问题而难以立即接受，因此导致该方法应用效果欠佳。

视觉传达作为探究视觉信息有效传递方法与效果的学科，其核心在于通过色彩、布局、字体、图形等视觉元素的精心组合，实现信息的清晰传达与良好视觉感知^[4-5]。为此设计了视觉传达下舰船智能导航系统交互界面优化方法，并分析其性能。

1 视觉传达下舰船智能导航系统交互界面优化方法具体设计 1.1 交互界面组成元件视觉注意力计算

用户在观察舰船智能导航系统交互界面时，其观察的是交互界面内的物体而不是界面内的像素，因此将舰船智能导航系统交互界面内的组成元件看作具有单一色彩的物体。$ n $为舰船智能导航系统交互界面内组成元件总数，g_i、g_j为该交互界面内两个组成元件，则这2个组成元件之间的色差d₁(g_i，g_j,)计算公式如下：

$ {d_1}({g_i},{g_j}) = \sqrt {{{(\zeta _i^* - \zeta _j^*)}^2}} + \sqrt {{{(a_i^* - a_j^*)}^2}} + \sqrt {{{(b_i^* - b_j^*)}^2}} 。$

(1)

式中：$ \zeta $为对应组成元件在色彩模型中的亮度值；$ a_i^* $、$ a_j^* $、$ b_i^* $、$ b_j^* $为组成元件$ {c_i} $和$ {c_j} $在色彩通道$ {a^*} $和$ {b^*} $内的数值。

舰船智能导航系统交互界面内不同元件之间强度与其在界面内的分布位置存在较强的关联关系。通常来讲，舰船智能导航系统交互界面内2个元件之间距离越小，则二者的对比程度较强，反之则较弱。将舰船智能导航系统交互界面内组成元件看作几何图形，其面积由$ S $表示，则组成元件的中心坐标计算公式如下：

$ \left\{\begin{gathered}\overline{x}=\int_S^{ }x\mathrm{d}S/S，\\ \overline{y}=\int_S^{ }y\mathrm{d}S/S。\\ \end{gathered}\right. $

(2)

式中：(x,y)为舰船智能导航系统交互界面内元件划分为基本图像后的中心坐标。

然后计算组成元件g_i和g_j在舰船智能导航系统交互界面内的距离d₂(g_i，g_j,)，表达公式如下：

$ {d_2}({g_i},{g_j}) = \sqrt {{{({{\bar x}_i} - {{\bar x}_j})}^2}} + \sqrt {{{({{\bar y}_i} - {{\bar y}_j})}^2}} 。$

(3)

以式(1)和式(3)为基础，计算舰船智能导航系统交互界面内组成元件g_i和g_j之间的差异d(g_i,g_j,)，公式为：

$ d({g_i},{g_j}) = {d_1}({g_i},{g_j}) \times \frac{1}{{1 + \mathchar'26\mkern-10mu\lambda {d_2}({g_i},{g_j})}}。$

(4)

式中，$ \ \mathchar'26\mkern-10mu\lambda $为可调节参数。

在视觉传达下，人与舰船智能导航系统交互界面之间会存在一定距离，该距离数值或大或小，但舰船智能导航系统交互界面尺寸是恒定的^[6]，因此仅考虑单一尺度下舰船智能导航系统交互界面内组成元件视觉传达下视觉注意力程度即可。V_i为组成元件g_i的直觉注意力程度，计算公式为：

$ {V_i} = 1 - \exp \left\{ {\dfrac{{{\displaystyle\sum_{j = 1}^n} {d({g_i},{g_j})} }}{n}} \right\} 。$

(5)

式中：$ n $为舰船智能导航系统交互界面内组成元件数量。

运用式(5)即可得到交互界面组成元件视觉注意力数值。

1.2 交互界面视觉感知强度划分

$ r $表示视觉传达下人眼在舰船智能导航系统交互界面内的视觉感知场半径，交互界面短边长度和长边长度分别为$ x $、$ y $，人眼在距离舰船智能导航系统交互界面为$ l $，人眼视觉感知强度为圆形，而舰船智能导航系统交互界面则为矩形，在对该交互界面进行优化时，需要将人眼视觉感知范围与舰船智能导航系统交互界面范围进行等面积转换，推导出人眼在舰船智能导航系统交互界面范围的视觉感知范围。将舰船智能导航系统交互界面范围定义成大小相同的单元格，再按照视觉感知强度，将其划分为5个视觉感知区域，形成不同强度区域的视觉感知场，如图1所示。在视觉感知场内，最中心位置为视觉感知等级最高区域，视觉感知等级由该中心位置逐渐向四周递减，自中心位置起，将视觉感知强度划分为5个等级。

1.3 基于视觉感知强度的交互界面布局优化

通过得到交互界面组成元件视觉注意力数值和交互界面视觉感知强度后，舰船智能导航系统交互界面内组成元件视觉注意力分配最佳，且在视觉感知强度感知场内为优化目标，建立舰船智能导航系统交互界面优化模型，该模型的目标函数表达公式如下：

$ \max \Gamma = \sum\limits_{i = 1}^n {\sum\limits_{j = 1}^5 {{g_i}{\omega _i}} } \sum\limits_{i = 1}^n {\sum\limits_{j = 1}^5 {{e_i}{H_{ij}}} } 。$

(6)

式中：$ \max\mathit{\Gamma} $为舰船智能导航系统交互界面内组成元件视觉注意力分配最佳目标函数；p_ij为组成元件g_i在视觉感知强度$ j $范围内的视觉注意力等级；e_i为组成元件g_i中心坐标视觉感知强度$ j $范围内的视觉注意力等级；H_ij为组成元件g_i在坐标视觉感知强度$ j $范围内所占的单元数；ω_i为组成元件g_i在舰船智能导航系统交互界面内的权值。

通过优化求解式(6)，可使舰船智能导航系统交互界面内组成元件在交互界面范围的注意力数值达到最大，达到交互界面内组成元件视觉传达最佳效果，实现舰船智能导航系统交互界面组成元件的布局优化。

1.4 交互界面色彩优化

在视觉传达设计中，色彩无疑占据着举足轻重的地位。色彩对比鲜明、搭配合理的交互页面往往能够更快地吸引用户的眼球，提升舰船智能导航系统交互界面的整体吸引力。合理利用色彩的这一特性，可以有效突出舰船智能导航系统交互的重点和层次，使导航信息传达更加高效、直观。在此运用IPT匀色空间色彩调和方法对舰船智能导航系统界面进行优化。在IPT色彩空间内，建立孟赛尔色彩体系，$ {I_0} $、$ {c_0} $、$ {t_0} $均表示当前舰船智能导航系统交互界面当前选择的任意颜色，$ {S_0} = \left\{ {{I_0},{c_0},{t_0}} \right\} $为当前选择任意颜色的空间向量。令$ Z $为色彩空间内垂直方向向量，对舰船智能导航系统交互界面色彩垂直调和，从径向方向上对舰船智能导航系统交互界面色彩进行调和，通过2种调和方式从不同方向上对舰船智能导航系统交互界面色彩进行调和，实现舰船智能导航系统交互界面的色彩优化。

2 性能测试与分析

以某舰船安装的智能导航系统作为实验对象，该舰船智能导航系统为用户提供高精度卫星导航定位功能、航向航速测定功能、航线规划功能以及航行警告等多种功能。为增强该舰船智能导航系统交互性，运用本文方法对该舰船智能导航系统交互界面进行优化处理，同时分析本文方法应用效果。

以该舰船智能导航系统中电子航道图显示与控制交互界面作为实验对象，在该交互界面内包括坐标转换、虚拟场景浏览、缩放与漫游、距离测量、航线规划和航行参数设置模块，使用本文方法计算该交互界面组成元件的视觉注意力，计算结果如图2所示。分析图2可知，本文方法具备较好计算舰船智能导航系统交互界面组成元件视觉注意力能力，为后续该交互界面优化提供视觉注意力基础。

以该舰船智能导航系统主功能交互界面作为实验对象，使用本文方法对该交互界面进行优化，分析本文方法对舰船智能导航系统交互界面优化能力，测试结果如图3所示。可知，该舰船智能导航系统交互界面优化前，其快速设置区域位于整个页面的左侧，雷达显示区域、导航航线显示渔区以及报警预警信息显示区域位于页面的右侧，其中雷达显示区域能够实时呈现船舶周围的海域环境，包括冰山、礁石、其他船舶等障碍物。这使得航行人员能够迅速发现潜在的碰撞风险，并采取相应的避碰措施，从而确保航行安全。

以该舰船智能导航系统中的参数设置交互界面作为实验对象，以该交互页面内组成元件的配色的色彩美度作为衡量指标，测试结果如表1所示。可知，在舰船智能导航系统设置的交互界面内，不同组成元件的色彩美度数值均高于0.5，该结果说明当前交互界面色彩搭配符合色彩调和规律，其呈现的界面颜色视觉传达效果较好。

3 结　语

在舰船智能导航系统交互界面的优化探索中，视觉传达理论的运用为提升用户体验与航行安全开辟了新路径。通过深入研究色彩、布局、字体等视觉元素的运用，成功构建了更加直观、高效、易用的交互界面，不仅简化了操作流程，提高了信息传达的精准度，还显著增强了船员对导航系统的信任感与满意度。