軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)(第一章緒論)

1、軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì) 教師 熊建國熊建國 ; 教研室教研室:E-708; 考試記分 A 課程設(shè)計(jì)作品提交（課程設(shè)計(jì)作品提交（60）；）； B 人機(jī)界面設(shè)計(jì)理論知識（人機(jī)界面設(shè)計(jì)理論知識（40）；）； 教材及參考書 教材： 軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì) 陳啟安主編 高教出版社 參考書及資料 http:/ 軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)第二版第二版陳啟安陳啟安該幻燈片由作者提供修訂日期: 2008年3月19日(c) 高教出版社出版, 2007-2008. 版權(quán)所有. 可以修改或復(fù)制本幻燈片為非商業(yè)用途，但作者名及本版權(quán)標(biāo)識不可更改。第一篇第一篇 軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)原理軟件人機(jī)界面設(shè)計(jì)原理第一章 緒論本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

2、人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本概念是什么？ 人機(jī)界面設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究內(nèi)容？ 人機(jī)界面設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具備的基本知識？ 人機(jī)界面的研究方法？ 人機(jī)界面的發(fā)展的前景？緒論 什么是人機(jī)界面 人機(jī)界面學(xué)的研究內(nèi)容 人機(jī)系統(tǒng)的組成 20世紀(jì)最成功的10種人機(jī)界面裝置 人機(jī)界面的發(fā)展趨勢什么是人機(jī)界面 人機(jī)界面是一類特殊的軟件，它幫助實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件、軟件和人三者之間的恰當(dāng)聯(lián)系和協(xié)調(diào)一致的工作。簡單地說，人機(jī)界面是專門處理人機(jī)交互活動的軟件，它是人與硬件、軟件的交叉部分，如圖1.1所示。 圖1.1 人機(jī)界面人機(jī)界面學(xué)的研究內(nèi)容 認(rèn)知心理學(xué) 人機(jī)工程學(xué) 計(jì)算機(jī)語言學(xué) 軟件人機(jī)工程學(xué) 數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀認(rèn)知心理學(xué) 認(rèn)知心理學(xué)有廣義、

3、狹義之分。 廣義：研究人的認(rèn)識過程 狹義：信息加工心理學(xué)，它是指用信息加工的觀點(diǎn)和術(shù)語，通過與計(jì)算機(jī)相類比，模擬、驗(yàn)證等方法來研究人的認(rèn)知過程，認(rèn)為人的認(rèn)知過程就是信息的接受、編碼，貯存、交換、操作、檢索、提取和使用的過程，并將這一過程歸納為四種系統(tǒng)模式：即感知系統(tǒng)、記憶系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)。認(rèn)知心理學(xué) 現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的研究方法有實(shí)驗(yàn)法、觀察法（包括自我觀察法）以及計(jì)算機(jī)模擬法等 人機(jī)界面交互設(shè)計(jì)有一致性、兼容性、適應(yīng)性、指導(dǎo)性、結(jié)構(gòu)性、經(jīng)濟(jì)性等原則。圖1.2 人體信息模型總體框圖人機(jī)工程學(xué) 人機(jī)工程學(xué)是研究“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決系統(tǒng)中人的效能、健康問

4、題提供理論與方法的科學(xué)。 人機(jī)工程學(xué)主要研究在設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)時(shí)如何考慮人的特性和能力，以及人受機(jī)器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制的問題，圖1.3 這是一種基于人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的虛擬鍵盤、語音、顯示器等終端。系統(tǒng)通過數(shù)字探頭通過數(shù)字投影的方式，向終端用戶顯示交互界面的各種信息，從本質(zhì)消除了對現(xiàn)行顯示器的依賴。通過語音交互裝置使用戶通過自然語言直接與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互，從而在某種程度上降低了人手和人眼的工作強(qiáng)度。通過虛擬鍵盤采用激光和紅外線投影技術(shù)來設(shè)計(jì)的符號化鍵盤使用戶進(jìn)行鍵盤輸入。它的本質(zhì)并沒有改變?nèi)说牟僮鞣绞剑菍换ビ布M(jìn)行了虛化和符號化處理，從而消除了實(shí)物鍵盤本身對人的約束和負(fù)擔(dān)。 計(jì)算機(jī)語言學(xué)

5、計(jì)算語言學(xué)（Computer Linguistics）又稱“電腦語意學(xué)”，是由計(jì)算機(jī)科學(xué)，語言學(xué)與數(shù)學(xué)等多學(xué)科沃土而成長起來的一門新興學(xué)科，它的研究內(nèi)容主要是自然語言信息處理，也就是人類語言活動中，信息成分的發(fā)現(xiàn)、提取、存儲、加工與傳輸以及用語音來控制各種自動化系統(tǒng)，是一門研究用語言與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換的學(xué)科。 人機(jī)界面的形式定義中使用的多種類型的語言：自然語言、命令語言、菜單語言、填表語言、圖形語言等等。軟件人機(jī)工程學(xué) 軟件人機(jī)工程學(xué)就是運(yùn)用和擴(kuò)充軟件工程的理論和原理，對軟件人機(jī)界面進(jìn)行分析、描述、設(shè)計(jì)和評估等。軟件人機(jī)工程學(xué)中軟件人機(jī)交互（或人機(jī)對話）是指人與計(jì)算機(jī)之間使用某種對話語言，以

6、一定的交互方式，為完成確定任務(wù)的人機(jī)之間的信息交換過程。 人機(jī)界面的用戶分類：偶然型用戶、生疏型用戶、熟練型用戶、專家型用戶。數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀 開發(fā)者有著與用戶完全不同的職責(zé)，他們的關(guān)注點(diǎn)在于技術(shù)和工程方法學(xué)，往往忽略了必要的人性化成分。軟件開發(fā)者重技術(shù)實(shí)現(xiàn)而輕人性化設(shè)計(jì)最后導(dǎo)致的是軟件不能滿足用戶的實(shí)際需求而被用戶所拋棄。 產(chǎn)生問題的原因：開發(fā)者對用戶一無所知面對的利益沖突缺少軟件開發(fā)過程人機(jī)系統(tǒng)的組成 完整的人機(jī)系統(tǒng)不止包括人、機(jī)、人機(jī)之間的界面，還必須包括人機(jī)系統(tǒng)所處的環(huán)境。一個(gè)完備的人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)如圖1.4所示的完整系統(tǒng)。圖1.4 人機(jī)系統(tǒng)的組成20世紀(jì)最成功的10種人機(jī)界面裝置

7、 擴(kuò)音器 按鍵式電話 方向盤 20世紀(jì)最成功的10種人機(jī)界面裝置 磁卡 交通指揮燈 遙控器 20世紀(jì)最成功的10種人機(jī)界面裝置 陰極射線管 液晶顯示器 鼠標(biāo)圖形用戶界面 掃描器 人機(jī)界面的發(fā)展趨勢 人機(jī)界面在國外的發(fā)展現(xiàn)狀 人機(jī)界面的發(fā)展趨勢 和諧的人機(jī)環(huán)境人機(jī)界面在國外的發(fā)展現(xiàn)狀 學(xué)術(shù)界 產(chǎn)業(yè)界 重要研究機(jī)構(gòu) 政府政策學(xué)術(shù)界 國際上一些知名的大機(jī)構(gòu)、大組織也將“人機(jī)交互的研究”作為它們的討論重點(diǎn)之一。 美國ACM（Association for Computing Machinery）1995年就在特別關(guān)注小組SIGs（Special Interest Groups）中建立了SIGCHI，每

8、年舉辦一次關(guān)于人機(jī)交互的大會CHI（Computer Human Interaction），討論有關(guān)人機(jī)交互的理論和技術(shù)問題，是國際上規(guī)模最大的會議之一，同時(shí)，SIGCHI組織還每年舉行UIST（User Interface Science and Technology），討論有關(guān)用戶界面的理論和技術(shù)問題。 歐洲IFIP組織中的專題組有專門的TC13負(fù)責(zé)人機(jī)交互研究的國際交流。由TC13主辦的INTERACT會議是歐洲討論人機(jī)交互的重要學(xué)術(shù)會議。 亞洲，TC13還與亞洲的人機(jī)交互研究機(jī)構(gòu)合作舉辦APCHI（Asia Pacific Computer Human Interaction）會議，平

9、均兩年舉行一次，亞太區(qū)域的人機(jī)交互學(xué)者們匯聚在一起探討并交流人機(jī)交互的技術(shù)問題。產(chǎn)業(yè)界國外的知名大企業(yè)紛紛開展了人機(jī)交互的研究。美國Microsoft公司的一位副總裁就專門負(fù)責(zé)人機(jī)交互的研究和應(yīng)用工作，1999年在北京建立的中國研究院也將“人機(jī)交互”作為它們的主要研究重點(diǎn)之一，在1999年微軟中國研究院舉辦的“二十一世紀(jì)的計(jì)算”中，就介紹和演示了大量人機(jī)交互的研究成果。美國英特爾（Intel）公司的研究部門中也建立了專門的人機(jī)交互研究部門，致力于語音技術(shù)和多通道技術(shù)的研究。美國摩托羅拉（Motorola）公司在2000年成立了人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室，致力于人機(jī)交互應(yīng)用心理學(xué)的研究。美國IBM公司在語音

10、識別和合成技術(shù)研究方面取得了很大的發(fā)展。 德國西門子（Siemens）公司也在2000年成立了專門的用戶界面實(shí)驗(yàn)室，致力于用戶界面和研究和應(yīng)用推廣工作。重要研究機(jī)構(gòu)國際上有許多著名研究機(jī)構(gòu)和院校也紛紛重視人機(jī)交互的研究。美國麻省理工學(xué)院很早就開始了對語音技術(shù)的研究。美國加州大學(xué)伯克利分校研究基于筆的人機(jī)交互、遠(yuǎn)程機(jī)器人交互。Stanford大學(xué)從心理學(xué)的角度，對智能人機(jī)界面中的感知界面做了研究，他們將現(xiàn)實(shí)世界中的感知進(jìn)行分類，通過對人感知的分析，提出通過多種通道的結(jié)合的方式，擴(kuò)大人和計(jì)算機(jī)之間的感知帶寬?？▋?nèi)基-梅隆大學(xué)在人機(jī)交互界面的研究方面處于世界的前沿，以Mayers為首的人機(jī)交互人員對

11、用戶界面管理系統(tǒng)、筆式人機(jī)交互、多通道用戶界面進(jìn)行了廣泛的研究。 OGI大學(xué)( Oregon Health & Science University, USA( Oregon Health & Science University, USA俄勒岡衛(wèi)生科技大學(xué) ) 以O(shè)viatt為首的學(xué)者對人機(jī)交互特別是多通道人機(jī)交互進(jìn)行了深入的研究，通過采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究的方法，對多通道整合、多通道人機(jī)交互系統(tǒng)框架進(jìn)行了深入的研究。政府政策1999年美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會的“21世紀(jì)的信息技術(shù)報(bào)告”將“人機(jī)交互和信息處理”列為四項(xiàng)重大信息技術(shù)研究焦點(diǎn)之一，并提出“能聽、能說并且能理解人類語言的計(jì)算機(jī)”

12、概念。歐共體委員會CEC（Commission of the European Communities）制定了一個(gè)歐洲信息技術(shù)戰(zhàn)略計(jì)劃ESPRIT（European Strategic Programmer for Research in Information Technology），對人機(jī)界面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，其中包括語音識別、語音合成、聲音的空間化、筆式輸入和手寫體等各個(gè)支撐技術(shù)的研究。人機(jī)界面的發(fā)展趨勢 計(jì)算性能的迅猛提高并沒有相應(yīng)提高信息系統(tǒng)的能力，其中一個(gè)重要原因就是缺少一個(gè)與之相適應(yīng)的高效、自然的交互界面。 進(jìn)入九十年代以來，微電子技術(shù)以摩爾定律發(fā)展，并且它的性能也已能夠滿足大多

13、數(shù)應(yīng)用的計(jì)算要求。 至今為止，人們進(jìn)行人機(jī)交互的手段依然是鍵盤和鼠標(biāo)，用戶界面需要人適應(yīng)計(jì)算機(jī)。 下一代用戶界面為了逐步做到“計(jì)算機(jī)適應(yīng)人”，應(yīng)從追求“容易實(shí)現(xiàn)”到追求“容易學(xué)習(xí)和 容易使用”，并且使用多個(gè)通道的方式進(jìn)行人機(jī)交互。和諧的人機(jī)環(huán)境 多通道用戶界面（Multimodal User Interface）成為人機(jī)交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域，在國際上受到高度重視。多通道用戶界面的研究正是為了消除當(dāng)前WIMP（windows, icons, menus, and a pointer ）/GUI、多媒體用戶界面通信帶寬不平衡的瓶頸，綜合采用視線、語音、手勢等新的交互通道、設(shè)備和交互技術(shù)，使用戶利

14、用多個(gè)通道以自然、并行、協(xié)作的方式進(jìn)行人機(jī)對話，通過整合來自多個(gè)通道的精確的和不精確的輸入來捕捉用戶的交互意圖，提高人機(jī)交互的自然性和高效性。國外研究（包括上述項(xiàng)目）涉及鍵盤、鼠標(biāo)器之外的輸入通道主要是語音和自然語言、手勢、書寫和眼動方面，并以具體系統(tǒng)研究為主。對于肢體健全的人而言“手勢遙控”可以帶來完全不同的操控體驗(yàn)，但是肢體有殘疾的人卻連操控鼠標(biāo)都難以做到，這就大大制約了電腦在殘疾人中的普及。之前也曾經(jīng)有過“用目光控制電腦”的設(shè)備，可以讓殘疾人也能通過目光來進(jìn)行鍵盤的輸入。目前，又有一款全新的SmartNav鼠標(biāo)面市了。它的原理與手勢遙控器類似，可以自動追蹤使用者頭部的動作，并進(jìn)行相應(yīng)的鼠

15、標(biāo)操作。有了這樣的設(shè)備，殘疾人就可以更方便的使用電腦了。多通道用戶界面基本特點(diǎn) 使用多個(gè)感覺和效應(yīng)通道 三維的和直接操縱的 交互雙向性 允許非精確的交互 交互的隱含性圖1.7 多通道用戶界面的概念模型使用多個(gè)感覺和效應(yīng)通道 盡管感覺通道側(cè)重于多媒體信息的接受，而效應(yīng)通道側(cè)重于交互過程中控制與信息的輸入，但兩者是密不可分、相互配合的。 當(dāng)僅使用一種通道（如語音）不能充分表達(dá)用戶的意圖時(shí)，需輔以其它通道（如手勢指點(diǎn)）的信息。 有時(shí)使用輔助通道以增強(qiáng)表達(dá)力。三維的和直接操縱的 人類大多數(shù)活動領(lǐng)域具有三維和直接操縱特點(diǎn)（也許數(shù)學(xué)的和邏輯的活動例外），人生活在三維空間，習(xí)慣于看、聽和操縱三維的客觀對象，

16、并希望及時(shí)看到這種控制的結(jié)果。多通道人機(jī)交互的自然性反應(yīng)了這種本質(zhì)特點(diǎn)。允許非精確的交互 人類在日常生活中習(xí)慣于并大量使用非精確的信息交流，人類語言本身就具有高度模糊性。允許使用模糊的表達(dá)手段可以避免不必要的認(rèn)識負(fù)荷，有利于提高交互活動的自然性和高效性；多通道人機(jī)交互技術(shù)主張以充分性代替精確性。交互雙向性 人的感覺和效應(yīng)通道通常具有雙向性的特點(diǎn)，如視覺可看可注視，手可控制、可觸及等，多通道用戶界面使用戶避免生硬的、不自然的、頻繁的、耗時(shí)的通道切換從而提高自然性和效率。例如視線跟蹤系統(tǒng)可促成視覺交互雙向性，聽覺通道在利用三維聽覺定位器（3D Auditory Localizer）實(shí)現(xiàn)交互雙向性，這在單通道用戶界面中是難以想象的交互的隱含性 好的用戶界面應(yīng)當(dāng)使用戶把所有注意力均集中于完成任務(wù)而無需為界面分心，即好的用戶界面對用戶而言應(yīng)當(dāng)是不存在界面。追求交互自然性的多通道用戶界面并不需要用戶顯式地說明每個(gè)交互成分，反之是在自然的交互過程中隱含地說明。本章小結(jié) 本章介紹了人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本概念、研究內(nèi)容、應(yīng)當(dāng)具備的基本知識、研究方法及人機(jī)界面的發(fā)展。界面是軟件與用戶交互的最直接的層，界面的好壞決定用戶對軟件的第一印象。而且設(shè)計(jì)良好的界面能夠引導(dǎo)用戶自己完成相應(yīng)的操作，起到