中文字体大小、笔画数和对比度对阅读速度的影响

作者：祝莲    作者单位：温州医学院眼视光学院，浙江 温州 325027

【摘要】  目的 研究字体大小、笔画数、对比度对中文阅读速度的影响。方法 选取30名志愿者，采用快速系列视觉呈现方式（rapid serial visual presentation，RSVP），在50 cm阅读距离处分别测量两种对比度（100％和10％）下五种字体大小（5、8、13、20.5和33 point,简称为pt）与三种笔画数（少、中、多）随机组合文本的阅读速度。结果 采用最小二乘曲线拟合法得到少、中、多笔画数组的临界字体大小：100%对比度下，分别为（8.43±0.25）pt，（9.29±0.51）pt，（10.89±2.75）pt；10%对比度下，分别为（16.54±8.11）pt，（17.36±5.88）pt，（17.15±3.31)pt。低于临界字体大小的阅读速度随着字体增大呈明显上升趋势，其上升段不同字体大小组间的阅读速度差异有显著性（P<0.01）；超过临界字体大小的阅读速度基本接近, 其平台期不同字体大小组间的阅读速度无明显差异（P>0.05）。三种笔画数组的最大阅读速度比较，少>中>多笔画数组。多笔画数和低对比度明显影响小字体的阅读速度（P<0.01），对大字体无明显影响（P>0.05）。结论 汉字识别存在一定的笔画数效应，可通过增大字体来消除笔画数增多和对比度下降对阅读速度的影响。

【关键词】  阅读速度 笔画 字体大小 对比度

    影响阅读的因素包括视觉因素和非视觉因素。在阅读过程中，不但视觉因素起作用，非视觉因素也很关键，主要包括教育程度、阅读方式以及读物的物理属性，如字体大小、文字结构、对比度等。有关英文阅读的研究表明，字体过小或过大都会使阅读速度下降[1-2]；对比度为0.10时，文字辨认正确率与阅读速度均急剧下降[1]。有关中文阅读的研究认为，笔画数影响汉字辨认正确率及辨别时间[3]。但也存在一些相反的观点,认为笔画的复杂性对汉字认知无显著影响[4]。因此，本实验通过测量在高低对比度下不同字体大小与笔画数随机文本的阅读速度，研究它们对中文阅读速度的影响，从而为小屏幕电子阅读器的应用研究，以及低视力的矫正与康复提供一定的理论依据。

    1  对象和方法

    1.1  研究对象  本实验志愿者为30名在校医学硕士研究生，男、女各15人，年龄23~31岁，平均为(26.13±1.91)岁。受试者屈光状态和调节幅度情况如下：球镜度数0~-8.75 D[(-2.83±2.42)D]，柱镜度数0~-2.00 D[(-0.55±0.51)D]，调节幅度8.00~15.38 D[(10.68±1.61)D]，远、近矫正视力≥5.0。随后的测试均在框架眼镜矫正的基础上进行。

    1.2  方法

    1.2.1  实验装置及条件  实验设备包括一台带两个19寸LG液晶显示器（分辨率1280×1024，对比度98.4％）的计算机，一套录音工具。实验环境采用日光灯照明，桌面照度为180 Lux。

    1.2.2  阅读材料  阅读材料随机选自《现代汉语常用字表（2500字）》。字体大小的增率取0.2对数单位，按近距离阅读需求选取七种字体大小。阅读距离为50 cm，由于电脑屏幕分辨率限制，0和0.2对数单位的字体大小不能清楚显示，无法辨认，因此用于实验的字体大小为5~33 pt（0.4~1.2 LogMAR，即0.20°~1.33°）五种。按笔画数多少分为少（3～5画）、中（8～10画）和多（13～15画）笔画数组，并分别设高（100％）、低（10％）两个对比度组进行比较。2500个汉字的平均笔画数为9.17，其中9画字最多，其次是8和10画字，因此将8、9和10画字段定为中笔画数组，再设定少和多笔画数两组进行比较。字体为宋体。每个文本由240个字随机排列而成，根据预实验结果做适当调整，剔除冷僻字并避免音近形近的字顺次出现。一共36篇文本，每个笔画数组12篇，其中2 篇为预备实验阅读材料。

    1.2.3  阅读程序  参照目前比较成熟的快速系列视觉呈现方式（rapid serial visual presentation，RSVP）呈现阅读材料，即在屏幕固定区域每次呈现一个或多个字符，间隔一定时间后，后续字符覆盖前次字符，依次呈现完一个文本，同时可以根据实验需要改变文字呈现速度，每次呈现字数、字体大小、对比度等阅读参数[5]。本实验采用每次呈现一个汉字。

    1.2.4  测试过程  字体大小和笔画数的随机组合及阅读顺序由抽签方法产生，先测高对比度组再测低对比度组。受试者坐在距离计算机屏幕50 cm处随着文字呈现以最快速度低声诵读。RSVP方式中，屏幕呈现汉字的速度称为呈现速度，单位：字/min（character per minute，c/min）。每位受试者在阅读每一种对比度、笔画数和字体大小随机组合文本时都要选择一定的呈现速度。预备实验过程中受试者从慢的呈现速度开始阅读，逐渐增加呈现速度，当阅读的准确率为80%~90%时，此时的呈现速度被确定为该受试者在阅读该组合状态文本时的呈现速度[2]，然后进入正式实验阅读相对应的阅读材料。实验结束后核对实验录音并统计数据，采用以下公式计算阅读速度：阅读的准确率=(总字数-读错的字数)/总字数×100%。阅读速度=呈现速度×阅读的准确率[2]。

    1.2.5  统计学方法  所有数据采用SAS9.0统计软件包进行多因素方差分析，P<0.05为差异有显著性。所有图片采用Matlab6.5软件程序绘制。

    2  结果

    2.1  临界字体大小  临界字体大小是指达到最大阅读速度的最小字体大小。图1为一位受试者数据采用最小二乘曲线拟合法得到的字体大小—阅读速度曲线，两条拟合线交点对应的字体大小即为达到最大阅读速度的临界字体大小[6]。统计结果显示：不同笔画数组的临界字体大小是：100%对比度下，少、中、多笔画数组分别为（8.43±0.25）pt（0.63 LogMAR±0.02），（9.29±0.51）pt（0.69 LogMAR±0.03），（10.89±2.75）pt（0.79 LogMAR±0.18）；10%对比度下，少、中、多笔画数组分别为（16.54±8.11）pt（1.00 LogMAR±0.43），（17.36±5.88）pt（1.05 LogMAR±0.31），（17.15±3.31）pt（1.05 LogMAR±0.18）。见表1和表2。

    2.2  字体大小、笔画数和对比度对阅读速度的影响

    2.2.1  字体大小主效应显著（F=3241.71，P<0.01），除了20.5 pt的阅读速度与33 pt比较无明显差异（P>0.05）外，其他组之间差异均有显著性（P<0.01）。笔画数主效应显著（F=145.57，P<0.01），少、中、多笔画数组之间的阅读速度差异均有显著性（P<0.01）。对比度主效应显著（F=981.45，P<0.01）。

    2.2.2  字体大小和笔画数的交互作用显著（F=13.95，P<0.01），相同笔画数组，字体大小5、8、13、20.5 pt的阅读速度之间差异有显著性（P<0.01）。字体大小和对比度的交互作用显著（F=296.63，P<0.01），在100％对比度下，5、8 pt的阅读速度之间差异有显著性（P<0.01）；在10％对比度下，5、8、13 pt的阅读速度之间差异有显著性（P<0.01）。笔画数和对比度的交互作用也很显著（F=7.45，P<0.01），相同对比度下，不同笔画数组之间的差异均有显著性（P<0.01）。

    2.2.3  字体大小、笔画数和对比度三者的交互作用显著（F=4.95，P<0.01）。将三种笔画数组的阅读速度两两比较显示见表1和表2：100%对比度下，字体大小5 pt时，少与中、少与多笔画数组之间差异均有显著性（P<0.01），中和多笔画数组之间比较差异无显著性（P>0.05）；8 pt时，各笔画数组之间差异均有显著性（P<0.01）；13、20.5和33 pt时，各笔画数组之间无明显差异（P>0.05）；10%对比度下，8 pt时，少与中、少与多笔画数组比较差异有显著性（P<0.01），中和多笔画数组之间比较差异无显著性（P>0.05）；13 pt时，中与少、中与多笔画数组之间无差异（P>0.05），少与多笔画数组比较差异有显著性（P<0.01）；5、20.5和33 pt时，各笔画数组之间差异无显著性（P>0.05）。将两种对比度组的阅读速度进行比较显示：5、8和13 pt时，各笔画数组高低对比度文本两两比较差异有显著性（P<0.01）；20.5和33 pt时，各笔画数组高低对比度文本两两比较差异无显著性（P>0.05）。

    3  讨论

    在阅读过程中，视觉信息是由眼睛感知文字符号获得的，而非视觉信息则起着潜在作用。汉字属于表意文字，兼具有文字特征和图像属性。因此汉字识别将服从图形辨认的某些一般规律。一副图像的影纹特征，在空间阈反映为图像明暗（黑白）变化特征，在频阈则表现为空间频谱特征。空间频率是指单位视角内明暗条纹重复出现的周期数，或正弦状浓淡变化的重复次数，单位：周/度(cycles per degree of visual angle，c/d)。研究表明，低空间频率主要传递着刺激图像中的整体信息，高空间频率更多地和刺激图像中的细节信息相关联[7-8]。空间频率变化影响汉字识别的准确率，不同字体大小和不同笔画数文字其空间频谱能量不同[3，9]。在空间频率条件一定时，字体越大，汉字图像的总体空间频谱能量越高，汉字越容易辨认，而随着笔画数增多，仅相对应的高空间频率能量增高，更多地要求我们去辨认汉字的细节信息，从而使辨别时延长，阅读速度减慢。可见，不同字体大小不同笔画数汉字对阅读速度的影响可以推断为其空间频谱能量的变化在起关键性作用。但是具体的影响机制以及笔画数与字体大小之间空间频谱能量变化的内在联系还有待进一步研究。

    另外，笔画作为汉字结构的基本单元，是汉字认知加工的内容。本实验研究结果可知，同一字体大小的阅读材料随着笔画数增加，汉字结构趋向复杂化，汉字识别时间延长，阅读速度逐渐变慢。说明汉字识别确实存在一定的笔画数效应，即多笔画数字辨别时长，少笔画数字辨别时短。但是当超过一定的字体大小时，汉字识别不再受笔画数的影响，阅读速度出现平台期（见图1）。以往的研究没有考虑到字体大小对汉字识别及阅读速度的影响，这或许是关于笔画对汉字辨认有无影响的观点有争议的症结所在。

    从图1可知，高对比度文本的临界字体大小均小于低对比度的临界字体大小，也就是说低对比度组要达到与高对比度组相同的最大阅读速度时，需要更大的字体大小。另外，从高低对比度阅读速度的两两比较统计结果可知，在阅读小字体的时候，高低对比度的阅读速度差异有显著性；在阅读大字体的时候，高低对比度文本的阅读速度没有明显差异。可见，低对比度影响小字体文本的阅读速度，对大字体文本的阅读速度影响不大。本研究结果与一些类似的英文阅读研究结果不同。Legge等[1]用平滑滚动引导式研究了正常视力人群四种对比度(0.90、0.30、0.10和0.03)和三种字体大小(0.25°、1°和12°)随机组合英文文本时的阅读速度，发现当对比度下降到0.1时，无论字体多大，阅读速度都发生急剧下降。他们的研究结果和本研究的结果存在不同的原因可能是：?譹?訛根据以往研究，正常视力人群在高对比度下，当字体大小＜0.25°或＞2°时，阅读速度出现下降[2]，Legge的实验中字体大小12°时的阅读速度远远大于2°时的阅读速度，由于字体过大导致的阅读速度下降掩盖了对比度的影响。?譺?訛Legge的实验采用平滑滚动引导式，有别于本实验所用的RSVP程序。?譻?訛Legge的实验是英文阅读研究，而本实验是中文阅读研究。中英文在文字结构，句子和语法上都有其独特之处，因此阅读过程中的认知加工具有各自的特点，存在一定的差异性。

    在实验结果中，接近临界字体大小的阅读速度误差较大。由于受试者存在一定的个体差异，个人积极性、期望值等因素的影响，误差难以避免。除此之外，屏幕分辨率、文字熟悉程度等对汉字识别也存在一定的影响。

    综上所述，汉字笔画的复杂性和读物对比度的下降对汉字识别存在很大的影响，但是字体大小作为一种可调节的枢纽，在一定程度上可通过增大字体大小消除笔画增多和对比度下降对阅读速度的影响。目前，小型视频显示终端日渐普及，其屏幕对比度往往不能达到100％的高对比度，所显示的字体大小不一，容易引起阅读的视疲劳现象，造成阅读效率下降。而该研究结果则为类似的小屏幕电子阅读器的应用研究，以及低视力的矫正与康复提供了一定的理论依据。

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