第6章人机界面设计课件.ppt

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1、第六章第六章 人机交互界面设计人机交互界面设计 n人机界面人机界面（Human-Computer Interface，HCI）是计算机直接与人打交道的途径，是计是计算机直接与人打交道的途径，是计算机系统的重要组成部分，它的开发工作量占算机系统的重要组成部分，它的开发工作量占系统开发工作量的系统开发工作量的40-60%。6.1人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 n6.1.1人机界面设计的历史人机界面设计的历史n世界上第一台数字计算机世界上第一台数字计算机ENIAC在在1946年由年由美国宾夕法尼亚大学摩尔学院诞生当时人机界美国宾夕法尼亚大学摩尔学院诞生当时人机界面的主要

2、特点是由设计者本人（或同事）来使面的主要特点是由设计者本人（或同事）来使用计算机，他们采用手工操作的方法控制计算用计算机，他们采用手工操作的方法控制计算机。机。6.1人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 n50年代中期，通用程序设计语言的出现，为计年代中期，通用程序设计语言的出现，为计算机的广泛应用提供了极为重要的工具，也改算机的广泛应用提供了极为重要的工具，也改善了人与计算机的交互。在人机界面上出现了善了人与计算机的交互。在人机界面上出现了用于多任务批处理的作业控制语言。用于多任务批处理的作业控制语言。n1963年年MIT成功开发了第一个分时系统成功开发了第一个分时系

3、统CTSS，采用了多个终端和编辑程序。在出现交互显采用了多个终端和编辑程序。在出现交互显示终端后，广泛采用了示终端后，广泛采用了“命令行命令行”作业语言。作业语言。-典型例子典型例子:DOS,UNIXDOS,UNIX等等-特点特点:需记忆命令，易出错，输出单调，信需记忆命令，易出错，输出单调，信息量少息量少6.1人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 n80年代苹果公司首先将图形用户界面（年代苹果公司首先将图形用户界面（GUI-Graphics User Interface）引入微机领域，引入微机领域，推出的推出的Macintosh以其全鼠标、下拉菜单操作以其全鼠标、下拉

4、菜单操作和直观的图形界面，引发了微机人机界面的历和直观的图形界面，引发了微机人机界面的历史性的变革。史性的变革。n微软公司推出微软公司推出了了Windows系统，从系统，从Windows3.0发展到今天得发展到今天得Windows2003,使得使得GUI被应用于用户面更广的个人计算机平被应用于用户面更广的个人计算机平台。图形界面的特点是人们不需要去记忆和敲台。图形界面的特点是人们不需要去记忆和敲打繁琐的命令，只需要通过鼠标直接操纵界面。打繁琐的命令，只需要通过鼠标直接操纵界面。6.1人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 n6.1.2 人机界面的现状人机界面的现状n现阶段

5、图形用户界面仍然是当前用户界面的主流，广现阶段图形用户界面仍然是当前用户界面的主流，广泛应用于各档台式微机和图形工作站。比较成熟的商泛应用于各档台式微机和图形工作站。比较成熟的商品化系统有品化系统有Apple的的Macintosh、IBM的的PM（Presentation Manager）、）、Microsoft的的Windows和运行于和运行于Unix环境的环境的X-Window、OpenLook和和OSF/Motif等。等。n当前各类图形用户界面的共同特点是当前各类图形用户界面的共同特点是以窗口管理系统以窗口管理系统为核心为核心，使用键盘和鼠标器作为输入设备。窗口管理，使用键盘和鼠标器作为

6、输入设备。窗口管理系统除基于可重叠多窗口管理技术外，广泛采用的另系统除基于可重叠多窗口管理技术外，广泛采用的另一核心技术是事件驱动（一核心技术是事件驱动（Event-Driven）技术。技术。6.1人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 n6.1.3人机界面的未来人机界面的未来n1.多通道用户界面多通道用户界面 国外研究设计键盘、鼠标之外的输入通道国外研究设计键盘、鼠标之外的输入通道主要是语音和自然语言、手势、书写和眼动方主要是语音和自然语言、手势、书写和眼动方面。面。手写汉字识别n中科院自动化所开发的中科院自动化所开发的“汉王笔汉王笔”手写汉字识手写汉字识别系统，经过近

7、别系统，经过近2020年的研究和开发，已能识别年的研究和开发，已能识别2700027000汉字，当用非草写汉字、以每分钟汉字，当用非草写汉字、以每分钟1212个个汉字的速度书写时，识别率可达汉字的速度书写时，识别率可达99.8%99.8%。我国。我国现在已约有现在已约有300300万手写汉字识别系统的用户。万手写汉字识别系统的用户。笔式交互技术 n在笔式交互技术研究中，中国科学院软件所人机交互在笔式交互技术研究中，中国科学院软件所人机交互技术与智能信息处理实验室在笔式交互软件开发平台、技术与智能信息处理实验室在笔式交互软件开发平台、面向教学的笔式办公套件（包括课件制作、笔式授课、面向教学的笔式

8、办公套件（包括课件制作、笔式授课、笔式数学公式计算器、笔式简谱制作等）、面向儿童笔式数学公式计算器、笔式简谱制作等）、面向儿童的神笔马良系统的开发应用方面均有出色的工作，其的神笔马良系统的开发应用方面均有出色的工作，其中不少已经实用化、产品化。中不少已经实用化、产品化。基于笔的字处理 EasyEditor手写数学公式中文语音识别 nIBM/Via Voice连续中文语音识别系统经过不断改进，连续中文语音识别系统经过不断改进，已广泛应用于已广泛应用于Office/XP的中文版等办公软件和应用的中文版等办公软件和应用软件中，在中文语音识别领域有重要影响。软件中，在中文语音识别领域有重要影响。n中国

9、科学院自动化所中国科学院自动化所“汉语连续语音听写系统汉语连续语音听写系统”的特的特点是建立了基于决策树的上下文相关模型；针对连续点是建立了基于决策树的上下文相关模型；针对连续语音中声调之间的协同发音问题，建立了相应的变调语音中声调之间的协同发音问题，建立了相应的变调模型；建立了与识别系统配套的自适应平台，降低模型；建立了与识别系统配套的自适应平台，降低35%左右音节误识率；提出了领域自适应方法，通过左右音节误识率；提出了领域自适应方法，通过较少的领域语料，可得到较好的领域自适应模型和字较少的领域语料，可得到较好的领域自适应模型和字典典 手语识别和合成 中国科学院计算所研制成功了基于多功能感知

10、的中中国科学院计算所研制成功了基于多功能感知的中国手语识别与合成系统，它采用数据手套可识别大词汇国手语识别与合成系统，它采用数据手套可识别大词汇量（量（5177个）的手语词。个）的手语词。该系统建立了中国手语词库。对于给定文本句子该系统建立了中国手语词库。对于给定文本句子(可可由正常人话语转换而成由正常人话语转换而成)，自动合成相应的人体运动数据。，自动合成相应的人体运动数据。最后用计算机人体动画技术，将运动数据应用于虚拟人，最后用计算机人体动画技术，将运动数据应用于虚拟人，由虚拟人完成合成的手语运动。由虚拟人完成合成的手语运动。它可输出大词汇量的手语词，为中国聋哑人的教育、它可输出大词汇量的

11、手语词，为中国聋哑人的教育、生活提供了有用的辅助工具，使他们用手语与正常人的生活提供了有用的辅助工具，使他们用手语与正常人的交流成为可能。交流成为可能。视线跟踪（眼动）技术 n视线跟踪（眼动）技术由于其可能代替键盘输入、鼠视线跟踪（眼动）技术由于其可能代替键盘输入、鼠标移动的功能，可能达到标移动的功能，可能达到“所视即所得所视即所得”(What You Look at is What You Get),因而对残疾人和飞行员因而对残疾人和飞行员等使用有极大的吸引力。等使用有极大的吸引力。n视线跟踪技术，一是研究高质量的眼动跟踪设备，二视线跟踪技术，一是研究高质量的眼动跟踪设备，二是如何构造易于操

12、作的用户界面。是如何构造易于操作的用户界面。n眼动跟踪设备有强迫式与非强迫式、穿戴式与非穿戴眼动跟踪设备有强迫式与非强迫式、穿戴式与非穿戴式、接触式与非接触式之分式、接触式与非接触式之分。n眼动跟踪设备的精度和对用户的限制和干扰是一对尖眼动跟踪设备的精度和对用户的限制和干扰是一对尖锐的矛盾。锐的矛盾。视线跟踪（眼动）技术目前一类产品是采用头戴微型目前一类产品是采用头戴微型摄像头的设备，它用来获取两眼瞳摄像头的设备，它用来获取两眼瞳孔（或角膜）中视点。其采样率、孔（或角膜）中视点。其采样率、精度高，可靠。精度高，可靠。另一类是在另一类是在另一类是在另一类是在PCPCPCPC机前装机前装机前装机前

13、装了两个微型摄像头的设备，了两个微型摄像头的设备，了两个微型摄像头的设备，了两个微型摄像头的设备，精度不高，适合残疾人操精度不高，适合残疾人操精度不高，适合残疾人操精度不高，适合残疾人操作计算机使用。作计算机使用。作计算机使用。作计算机使用。触觉通道的力反馈装置 n新一代力反馈感应技术主要有新一代力反馈感应技术主要有TouchSense触觉感应触觉感应技术技术和和G-Force Tilte动作感应技术动作感应技术两种。两种。TouchSense触觉感应技术主要用在鼠标触觉感应技术主要用在鼠标/轨迹球等产轨迹球等产品中，而动作感应技术品中，而动作感应技术(G-Force Tilte)则主要用在动

14、则主要用在动感游戏控制器中。感游戏控制器中。n用在非游戏的高精度触觉反馈装置中，最著名的是由用在非游戏的高精度触觉反馈装置中，最著名的是由MIT人工智能实验室人工智能实验室Massie and Salisbury开发、美开发、美国国SensAble Technologies 公司生产的公司生产的Phantom触触觉反馈（觉反馈（6自由度）设备和自由度）设备和 Ghost软件开发包。由于软件开发包。由于高精度，它已广泛用于军事、医学、机器人、教学、高精度，它已广泛用于军事、医学、机器人、教学、虚拟现实等各类应用中。虚拟现实等各类应用中。触觉通道的力反馈装置触觉通道的力反馈装置生物特征识别技术n生

15、物特征识别技术生物特征识别技术(Biometrics)是受到广泛关注的是受到广泛关注的一类新兴识别技术。一类新兴识别技术。n早期通过对人的指纹识别来确定人的身份，因而指早期通过对人的指纹识别来确定人的身份，因而指纹识别被广泛应用于安全、公安等部门。纹识别被广泛应用于安全、公安等部门。n随着反恐斗争的日显重要，各国正在对其他人体特随着反恐斗争的日显重要，各国正在对其他人体特征进行广泛研究，希望尽快找到快速、准确、方便、征进行广泛研究，希望尽快找到快速、准确、方便、廉价的身份识别方法。廉价的身份识别方法。眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、人脸、态、语音、人脸、DNA等的人类

16、特征研究和开发正等的人类特征研究和开发正引起政府、企业、研究单位的广泛注意。引起政府、企业、研究单位的广泛注意。唇读、人脸表情识别 n唇读、人脸表情识别是又一个人机交互技术的唇读、人脸表情识别是又一个人机交互技术的热点。热点。n唇读将人们说话的语音和嘴唇变化的形态结合唇读将人们说话的语音和嘴唇变化的形态结合起来，以便更准确地获取人们表达的意图、感起来，以便更准确地获取人们表达的意图、感情和愿望等。情和愿望等。n人脸表情识别的模型和方法也在不断改进。人脸表情识别的模型和方法也在不断改进。自然语言理解自然语言理解n自然语言理解始终是自然人机交互的最重要目自然语言理解始终是自然人机交互的最重要目标，

17、虽然目前在语言模型、语料库、受限领域标，虽然目前在语言模型、语料库、受限领域应用等方面均有进展外，由于它的难度（自然应用等方面均有进展外，由于它的难度（自然语言的不规范性等），自然语言理解仍是计算语言的不规范性等），自然语言理解仍是计算机科学家和语言学家的一个长项研究目标。机科学家和语言学家的一个长项研究目标。2.虚拟现实技术虚拟现实技术n虚拟现实中的虚拟现实中的“现实现实”是泛指在物理意义上或是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。的

18、或根本无法实现的。n而而“虚拟虚拟”是指用计算机生成的意思。是指用计算机生成的意思。n因此，因此，虚拟现实虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射投射”到这个环境中，并在其中操作、控制环到这个环境中，并在其中操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。n虚虚拟拟现现实实是是一一种种先先进进的的人人机机界界面面，它它通通过过给给用用户户提提供供诸诸如如视视觉觉、听听觉觉、触触觉觉等等各各种种直直观观而而又又自自然然的的实实时时感感知知交交互互手

19、手段段，最最大大限限度度地地方方便便用用户户的的操作。操作。n根根据据虚虚拟拟现现实实技技术术所所应应用用的的对对象象不不同同，其其作作用用可表现为不同的形式。可表现为不同的形式。n该技术的主要特征有以下几方面：该技术的主要特征有以下几方面：n多感知性（多感知性（Multi-SensoryMulti-Sensory）所谓多感知所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。n浸没感（浸没感（Imme

20、rsionImmersion）又称临场感，指用又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。n交互性（交互性（InteractivityInteractivity）指用户对模拟指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。自然程度（包括实时性）。n构想性（构想性（ImaginationImagination）强调虚拟现实技强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随范围，不仅可再现真

21、实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。立体眼镜立体眼镜 头盔式显示器（头盔式显示器（HMD）双目全方位监视器（双目全方位监视器（BOOM）墙式显示屏的自动声像虚拟环境（墙式显示屏的自动声像虚拟环境（CAVE）三维鼠标三维鼠标 三维跟踪球三维跟踪球 三维游戏杆三维游戏杆头动位置检测器头动位置检测器 数据手套数据手套 数据衣服数据衣服 三维显示设备三维输入设备位置跟踪设备n三维扫描设备：有接触式和非有接触式和非接触式、手持和固定、不同精接触式、手持和固定、不同精度之分，可按不同应用环境和度之分，可按不同应用环境和精度要求来选取。为

22、使用方便，精度要求来选取。为使用方便，非接触式三维手持激光扫描仪非接触式三维手持激光扫描仪很受一般用户青睐。很受一般用户青睐。l触觉和力反馈装置：触觉和力反馈装置已经有大触觉和力反馈装置：触觉和力反馈装置已经有大批不同价位的产品出现在市场，成为军事、医学、批不同价位的产品出现在市场，成为军事、医学、游戏等应用领域的新型交互设备。游戏等应用领域的新型交互设备。虚拟现实和三维交互设备n三维显示界面：多伦多大学和三维显示界面：多伦多大学和Alias Wavefront公司合作研究的新三维显示界面，采用了新型的公司合作研究的新三维显示界面，采用了新型的“真真”三维三维Volumetric显示器。它不需

23、要戴立显示器。它不需要戴立体眼镜或戴上装有显示器的头盔，而是直接用肉体眼镜或戴上装有显示器的头盔，而是直接用肉眼看到真三维效果。眼看到真三维效果。6.2 人类因素 n所谓所谓“人的因素人的因素”有三层含义：有三层含义：n人对感知过程的认识，包括视觉、阅读时的认知人对感知过程的认识，包括视觉、阅读时的认知心理、记忆、归纳与演泽推理等；心理、记忆、归纳与演泽推理等；n用户已有的技能和行为方式；用户已有的技能和行为方式；n用户所要求完成的整个任务以及用户对人机交互用户所要求完成的整个任务以及用户对人机交互部分的特殊要求。部分的特殊要求。6.2.1人类感知基础n人人通通过过感感官官认认识识客客观观世世

24、界界，因因此此，设设计计人人机机界界面面要要充充分分考考虑虑视视觉觉、触触觉觉和和听听觉觉的的作作用用，这这样样才才能能使使用用户户有有效效地地从从系系统统获获取取信信息息，并并存存入入人人的的记记忆忆中中，然后用归纳和演绎的方法进行推理。然后用归纳和演绎的方法进行推理。n大多数人机界面都在可视介质上实现。大多数人机界面都在可视介质上实现。n用用户户从从界界面面提提取取到到的的信信息息存存入入人人脑脑中中。人人脑脑由由一一个短期记忆系统和一个长期记忆系统组成。个短期记忆系统和一个长期记忆系统组成。n大大多多数数人人遇遇到到问问题题时时并并不不进进行行形形式式的的演演绎绎和和归归纳纳推推理理，而

25、而是是使使用用一一组组启启发发式式策策略略。因因此此，设设计计人人机机界界面面时时还还应应便便于于用用户户积积累累有有关关交交互互工工作作的的经经验验，同同时要注意这些启发式策略的一致性。时要注意这些启发式策略的一致性。6.2.2用户技巧n设设计计人人机机界界面面时时应应该该就就用用户户技技能能对对用用户户进进行行分分类：类：n1.1.新手新手用户用户n2.平均用户（平均用户（普通用户）普通用户）n3.专家用户专家用户n4.偶然用户偶然用户n用户的类型并不是一成不变的。因此，要做用用户的类型并不是一成不变的。因此，要做用户特性测量，以帮助设计者选择适合于大多数户特性测量，以帮助设计者选择适合于

26、大多数用户使用的界面类型和支持级别。用户使用的界面类型和支持级别。用户特性度量用户特性度量n n用户特性的度量与用户使用模式及观测用户特性的度量与用户使用模式及观测到的用户群体能力有关。到的用户群体能力有关。n n 用户使用的频度用户使用的频度：即系统是否经常即系统是否经常使用。使用。n n 用户是否能够自由选用界面：用户是否能够自由选用界面：所有所有的界面都应当是良好的。的界面都应当是良好的。n n 用户对计算机的熟悉程度：用户对计算机的熟悉程度：对计算对计算机的熟悉程度决定了要使用户达到熟机的熟悉程度决定了要使用户达到熟练程度需要多少训练。练程度需要多少训练。n n用户知识：用户知识：有些

27、用户已有相当多的计有些用户已有相当多的计算机编程和操作的知识。他们需要一算机编程和操作的知识。他们需要一种灵活的可编程的或命令语言的界面。种灵活的可编程的或命令语言的界面。n n 用户思维能力：用户思维能力：这是对用户的综合知这是对用户的综合知识和智力的衡量。识和智力的衡量。n n 用户的生理能力和技能：用户的生理能力和技能：主要指人的主要指人的视觉、听觉、认知及记忆等方面的特视觉、听觉、认知及记忆等方面的特点。因此，应该在这一方面去收集信点。因此，应该在这一方面去收集信息。息。n n用户群体的度量可以用用户群体的度量可以用打分打分的办法来简的办法来简单地度量。单地度量。n n 平均值平均值反

28、映了用户群体的平均特性。反映了用户群体的平均特性。n n 标准偏差标准偏差反映了用户群体的差异大小，反映了用户群体的差异大小，主要用于判断用户界面对不同类型的主要用于判断用户界面对不同类型的用户的适应范围。用户的适应范围。图书馆的计算机借阅系统n n由于图书馆的馆员将每天使用这个系统，由于图书馆的馆员将每天使用这个系统，因此他们因此他们使用系统的频度很高使用系统的频度很高。他们。他们以以前几乎没有人使用过计算机前几乎没有人使用过计算机，也没有人，也没有人有自动化图书馆借阅系统和计算机系统有自动化图书馆借阅系统和计算机系统的知识。他们的的知识。他们的绝大多数的智力水平在绝大多数的智力水平在中等以

29、上中等以上。用户特性表6.2.3任务与用户的特殊要求任务与用户的特殊要求n用用户户要要求求人人机机界界面面能能提提供供一一个个他他早早已已熟熟悉悉，并并感感到到亲亲切自然的环境。切自然的环境。n尽管每个应用所要求的具体任务千差万别，但大致可尽管每个应用所要求的具体任务千差万别，但大致可分为下面几类：分为下面几类：n通信型任务：使信息从生产者传递到使用者的活动；通信型任务：使信息从生产者传递到使用者的活动；n对话型任务：使用户能指挥和控制与系统交互的活动；对话型任务：使用户能指挥和控制与系统交互的活动；n认知型任务：获得信息即可执行的活动，或与系统功认知型任务：获得信息即可执行的活动，或与系统功

30、能关联的活动；能关联的活动；n控制型任务：允许用户对信息及其他任务处理的顺序控制型任务：允许用户对信息及其他任务处理的顺序进行控制的活动。进行控制的活动。6.3人机界面风格 n（1）就用户界面的）就用户界面的具体形式具体形式而言，过去经历了而言，过去经历了批处理批处理、联机终端联机终端（命令接口）、（命令接口）、菜单菜单等多通道等多通道多媒体用多媒体用户界面和虚拟现实系统。户界面和虚拟现实系统。n（2）就用户界面中）就用户界面中信息载体类型信息载体类型而言，经历了而言，经历了以文本以文本为主的字符用户界面（为主的字符用户界面（CUI）、）、以二维图形为主的图以二维图形为主的图形用户界面形用户界

31、面（GUI）和多媒体用户界面和多媒体用户界面，计算机与用，计算机与用户之间的通信带宽不断提高。户之间的通信带宽不断提高。n（3）就计算机）就计算机输出信息的形式输出信息的形式而言，经历了以符号为而言，经历了以符号为主的主的字符命令语言字符命令语言、以视觉感知为主的、以视觉感知为主的图形用户界面图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观（包括触觉等）的（包括触觉等）的虚拟现实系统虚拟现实系统。6.4人机界面设计过程人机界面设计过程 人机界面的设计过程可分为下面人机界面的设计过程可分为下面几个步骤几个步骤：n创建系统功能的外部模型；创

32、建系统功能的外部模型；n确定为完成此系统功能，人和计算机应分别完确定为完成此系统功能，人和计算机应分别完成的任务；成的任务；n考虑界面设计中的典型问题；考虑界面设计中的典型问题；n借助借助CASE工具构造界面原型和最终实现设计工具构造界面原型和最终实现设计模型；模型；n从质量的角度对界面进行评估。从质量的角度对界面进行评估。6.4.1界面设计的模型n在人机界面的设计过程中先后涉及在人机界面的设计过程中先后涉及四个模型四个模型n由软件工程师创建的设计模型；由软件工程师创建的设计模型；n由人机工程师（或软件工程师）创建的用户由人机工程师（或软件工程师）创建的用户模型；模型；n终端用户对未来系统的假

33、想；终端用户对未来系统的假想；n系统实现后得到的系统映象。系统实现后得到的系统映象。n一般来说，这四个模型之间差别很大，界面设一般来说，这四个模型之间差别很大，界面设计时要充分平衡四者之间的差异，导出一个协计时要充分平衡四者之间的差异，导出一个协调一致的界面。调一致的界面。n系统感觉系统感觉是终端用户在脑海里对系统产生的印是终端用户在脑海里对系统产生的印象。象。n系统映象系统映象包括基于计算机系统的外在表示（界包括基于计算机系统的外在表示（界面的观感）和所有支撑信息（书、手册、录像面的观感）和所有支撑信息（书、手册、录像带、帮助文件），一般来说，若系统映象能与带、帮助文件），一般来说，若系统映

34、象能与系统感觉吻合，用户就会对系统感到满意并能系统感觉吻合，用户就会对系统感到满意并能有效地使用它。有效地使用它。6.4.2任务分析与建模n界界面面设设计计的的任任务务分分析析也也使使用用逐逐步步求求精精或或面面向向对对象象的的方方法法，不不过过是是将将该该方方法法应应用用到到了了人人的的活活动动中。中。n任务可以以两种方式应用任务可以以两种方式应用：n一一种种是是从从实实际际出出发发，通通过过对对原原有有的的处处于于手手工工或或半半手手工工状状态态下下的的应应用用系系统统剖剖析析，将将其其映映射射为在人机界面上执行的一组类似的任务。为在人机界面上执行的一组类似的任务。n另另一一种种是是通通过

35、过研研究究系系统统的的需需求求规规格格说说明明，导导出出一一组组与与设设计计模模型型、用用户户模模型型和和系系统统假假想想相相协调的用户任务。协调的用户任务。任务分配任务分配n n在每个任务中，动作要分配给计算机、在每个任务中，动作要分配给计算机、用户或者二者。用户或者二者。n n一般地，用户承担一般地，用户承担需要创造需要创造、判断和探判断和探索索的任务，而计算机承担的任务，而计算机承担重复检查重复检查、计计算和数据处理算和数据处理的任务。的任务。n n数据录入数据录入、数据恢复和决策支持数据恢复和决策支持是混合是混合任务。这些混合的任务需要通过人和计任务。这些混合的任务需要通过人和计算机交

36、互来共同完成。算机交互来共同完成。n n任务分配产生两个网络。一个是任务分配产生两个网络。一个是人的任人的任务务网络，一个是网络，一个是计算机的任务计算机的任务网络。网络。n n人的任务人的任务网络说明网络说明如何安装如何安装、操作和使操作和使用系统用系统，它最后将形成操作过程和用户，它最后将形成操作过程和用户手册的基础手册的基础n n计算机的任务计算机的任务网络则描述网络则描述计算机应担负计算机应担负的工作的工作。n n这两种网络都可以用数据流图来设计这两种网络都可以用数据流图来设计。n进行任务分析，工程师必须首先定义任务并对进行任务分析，工程师必须首先定义任务并对任务分类，任务分类，我们可

37、以用逐步求精的方法实现。我们可以用逐步求精的方法实现。n例如，一个小软件公司想要为室内设计人员建例如，一个小软件公司想要为室内设计人员建立一个计算机辅助设计系统，通过对设计人员立一个计算机辅助设计系统，通过对设计人员工作的观察，工程师注意到，室内设计主要包工作的观察，工程师注意到，室内设计主要包括以下一些活动：家具布局、材料选择、墙面括以下一些活动：家具布局、材料选择、墙面和窗面的选择、对用户的展示、商定价格和购和窗面的选择、对用户的展示、商定价格和购买，其中每项任务又可分成子任务。买，其中每项任务又可分成子任务。n例如，家具布局可以分为：（例如，家具布局可以分为：（1 1）基于房间格）基于房

38、间格局局画出楼层平面图；（画出楼层平面图；（2）将门窗放在适当的）将门窗放在适当的位置；（位置；（3）用家具模板在平面图上画出家具）用家具模板在平面图上画出家具轮廓；（轮廓；（4）将家具轮廓放到最合适的位置；）将家具轮廓放到最合适的位置；（5）标出所有家具轮廓；（）标出所有家具轮廓；（6）画出尺寸以确）画出尺寸以确定位置；（定位置；（7）画出客户的视图。对于其他每）画出客户的视图。对于其他每个主要任务也可以进行类似划分。个主要任务也可以进行类似划分。n这七个子任务还可以进一步细分，前六个子任这七个子任务还可以进一步细分，前六个子任务的完成可以通过用户界面来操纵信息和执行务的完成可以通过用户界面

39、来操纵信息和执行动作而进行，而第七个子任务则由软件自动完动作而进行，而第七个子任务则由软件自动完成，这一任务基本不需要用户干预。成，这一任务基本不需要用户干预。n另一种分析方法采用了面向对象的观点。工程另一种分析方法采用了面向对象的观点。工程师观察室内设计人员使用的物理对象以及施加师观察室内设计人员使用的物理对象以及施加在每个对象上的动作，室内设计人员可以在每个对象上的动作，室内设计人员可以“选选择择”适当家具模板，将其适当家具模板，将其“移动移动”到合适的位到合适的位置，置，“画出画出”家具模板的轮廓等等。界面的设家具模板的轮廓等等。界面的设计模型不必描述每个动作的实现细节，但必须计模型不必

40、描述每个动作的实现细节，但必须定义出完成最后结果的用户任务（在这里就是定义出完成最后结果的用户任务（在这里就是“在平面图上画出家具轮廓在平面图上画出家具轮廓”）。）。n一旦任务分析已经完成，终端用户所需的所有任务一旦任务分析已经完成，终端用户所需的所有任务（或对象和动作）已经被详细标识，界面设计活动就（或对象和动作）已经被详细标识，界面设计活动就开始了。界面设计过程的步骤可以按照以下方式进行：开始了。界面设计过程的步骤可以按照以下方式进行：n（）确定任务的目标和含义；（）确定任务的目标和含义；n（）将每个目标（）将每个目标/含义映射为一系列特定动作；含义映射为一系列特定动作；n（）说明这些动作

41、将来在界面上执行的顺序；（）说明这些动作将来在界面上执行的顺序；n（）指指明明各各个个系系统统状状态态，即即上上述述各各动动作作序序列列中中每每个个动作在界面上执行时，界面呈现的形式；动作在界面上执行时，界面呈现的形式；n（）定定义义控控制制机机制制，即即便便于于用用户户修修改改系系统统状状态态的的一一些设置和操作；些设置和操作；n（）说明控制机制怎样作用于系统状态；（）说明控制机制怎样作用于系统状态；n（）指指明明用用户户应应怎怎样样根根据据界界面面上上反反映映出出的的信信息息解解释释系统的状态。系统的状态。6.4.3界面设计的一般问题 n1.1.系统响应时间系统响应时间 n系统响应系统响应

42、时间指从用户完成某个控制动作（例时间指从用户完成某个控制动作（例如，按回车键或点击鼠标），到软件给出预期如，按回车键或点击鼠标），到软件给出预期的响应（输出信息或做动作）之间的这段时间。的响应（输出信息或做动作）之间的这段时间。n系统响应时间有两个重要属性，分别是系统响应时间有两个重要属性，分别是长度和长度和易变性易变性。n变性指系统响应时间相对于平均响应时间的偏变性指系统响应时间相对于平均响应时间的偏差。差。2.用户帮助设施用户帮助设施 n常见的帮助设施可分为常见的帮助设施可分为集成的和附加的集成的和附加的两类。两类。n集成的帮助设施集成的帮助设施从一开始就设计在软件里面，从一开始就设计在软

43、件里面，通常，它对用户工作内容是敏感的，因此用户通常，它对用户工作内容是敏感的，因此用户可以从与刚刚完成的操作有关的主题中选择一可以从与刚刚完成的操作有关的主题中选择一个请求帮助。个请求帮助。n附加的帮助设施附加的帮助设施是在系统建成后再添加到软件是在系统建成后再添加到软件中的，在多数情况下，它实际上是一种查询能中的，在多数情况下，它实际上是一种查询能力有限的联机用户手册。力有限的联机用户手册。n人们普遍认为，集成的帮助设施优于附加的帮人们普遍认为，集成的帮助设施优于附加的帮助设施。助设施。n具体设计帮助设施时，必须解决下述的一系列问题：具体设计帮助设施时，必须解决下述的一系列问题：n（1 1

44、）在在用用户户与与系系统统交交互互期期间间，是是否否在在任任何何时时候候都都能能获获得得关关于于系系统统任任何何功功能能的的帮帮助助信信息息？有有两两种种选选择择：提提供供部部分功能的帮助信息和提供全部功能的帮助信息。分功能的帮助信息和提供全部功能的帮助信息。n（2 2）用用户户怎怎样样请请求求帮帮助助？有有3 3种种选选择择：帮帮助助菜菜单单，特特殊功能键和殊功能键和HELPHELP命令。命令。n（3 3）怎怎样样显显示示帮帮助助信信息息？有有3 3种种选选择择：在在独独立立的的窗窗口口中中，指指出出参参考考某某个个文文档档（不不理理想想）和和在在屏屏幕幕固固定定位位置置显显示简短提示。示简

45、短提示。n（4 4）用用户户怎怎样样返返回回到到正正常常的的交交互互方方式式中中？有有两两种种选选择择：屏幕上的返回按钮和功能键。屏幕上的返回按钮和功能键。n（5 5）怎怎样样组组织织帮帮助助信信息息？有有3 3种种选选择择：平平面面结结构构、信信息的层次结构和超文本结构。息的层次结构和超文本结构。3.出错信息处理出错信息处理 n出错信息和警告信息，是出现问题时交互式系出错信息和警告信息，是出现问题时交互式系统给出的统给出的“坏消息坏消息”。出错信息设计得不好，。出错信息设计得不好，将向用户提供无用的甚至误导的信息，反而会将向用户提供无用的甚至误导的信息，反而会加重用户的挫折感。加重用户的挫折

46、感。n一一般般说说来来，交交互互式式系系统统给给出出的的出出错错信信息息或或警警告告信信息息，应应该具有下述属性。该具有下述属性。n（1 1）信息应该使用用户可以理解的术语描述问题。）信息应该使用用户可以理解的术语描述问题。n（2 2）信息应该提供有助于从错误中恢复的建设性意见。）信息应该提供有助于从错误中恢复的建设性意见。n（3 3）信信息息应应该该指指出出错错误误可可能能导导致致哪哪些些负负面面后后果果，以以便便用用户户检检查查是是否否出出现现了了这这些些问问题题，并并在在确确实实出出现现问问题题时时及及时时解决。解决。n（4 4）信信息息应应该该伴伴随随着着听听觉觉上上或或视视觉觉上上的

47、的提提示示，例例如如，在在显显示示信信息息时时同同时时发发出出警警告告铃铃声声，或或者者信信息息用用明明显显表表示示出出错的颜色显示。错的颜色显示。n（5 5）信息不能带有指责色彩，也就是说，不能责怪用）信息不能带有指责色彩，也就是说，不能责怪用户。户。4.命令交互命令交互 n在在提提供供命命令令交交互互方方式式时时，必必须须考考虑虑下下列列设设计计问问题。题。n（1 1）是否每个菜单选项都有对应的命令？）是否每个菜单选项都有对应的命令？n（2 2）采采用用何何种种命命令令形形式式？有有3 3种种选选择择：控控制制序序列列，功能键和键入命令。功能键和键入命令。n（3 3）学学习习和和记记忆忆命

48、命令令的的难难度度有有多多大大？忘忘记记了了命命令怎么办？令怎么办？n（4 4）用户是否可以定制或缩写命令？）用户是否可以定制或缩写命令？n在在理理想想的的情情况况下下，所所有有应应用用软软件件都都有有一一致致的的命命令使用方法。令使用方法。6.4.4 构造界面原型n一旦设计模型被创建，它就被实现成一个原型。一旦设计模型被创建，它就被实现成一个原型。为了适应这种迭代的过程，用于界面设计和原为了适应这种迭代的过程，用于界面设计和原型开发的工具应运而生。这些工具被称为用户型开发的工具应运而生。这些工具被称为用户界面工具箱或用户界面开发系统（界面工具箱或用户界面开发系统（UIDSUIDS）。）。n现

49、在大多数的可视化编程工具，如现在大多数的可视化编程工具，如Visual C+、Visual Basic、Delphi等都可以进行等都可以进行界面设计。界面设计。由于采用了预包装的软件构件来建立用户界面，由于采用了预包装的软件构件来建立用户界面，UIDS提供了以下机制：提供了以下机制：n管理输入设备，比如鼠标和键盘；管理输入设备，比如鼠标和键盘；n确认用户输入；确认用户输入；n处理错误和显示出错消息；处理错误和显示出错消息；n提供反馈，比如自动的输入响应；提供反馈，比如自动的输入响应；n提供帮助和提示；提供帮助和提示；n处理窗口、域和窗口内的滚动；处理窗口、域和窗口内的滚动；n建立应用软件和界面

50、间的连接；建立应用软件和界面间的连接；n将应用程序与界面管理功能分离；将应用程序与界面管理功能分离；n允许用户定制界面。允许用户定制界面。6.4.5界面设计的评估n评估可以从非正式的评估可以从非正式的“测试驱动测试驱动”（如用户可（如用户可以临时提供一些反馈）到正式的设计研究（比以临时提供一些反馈）到正式的设计研究（比如按照统计学的方法向一定量的用户发放评估如按照统计学的方法向一定量的用户发放评估问题表）。问题表）。n用户界面评估的周期如图用户界面评估的周期如图6.56.5所示。所示。n为了收集定性的数据，问题表可以分发给原型为了收集定性的数据，问题表可以分发给原型界面的用户，问题的答案可以是