人機(jī)交互技術(shù)教學(xué)課件-第6章-直接操縱與虛擬環(huán)境

1、人機(jī)交互技術(shù)（第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境）人機(jī)交互技術(shù)（第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境）6.1 直接操縱和WIMP界面6.2 直接操縱的應(yīng)用6.3 直接操縱的設(shè)計(jì)6.4 3D界面6.5 遠(yuǎn)程操作6.6 虛擬和增強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)：熟悉直接操縱界面第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境6.1 直接操縱和WIMP界面第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境在直接操縱（direct operation）用戶界面中，用戶可以看到真實(shí)世界的可視化表示。用戶通過對真實(shí)世界中熟悉物體的表示進(jìn)行操作來完成特定任務(wù)。這樣的界面對用戶而言往往比較容易學(xué)習(xí)和使用，但對用戶界面開發(fā)人員而言相對比較困難和復(fù)雜。通過與真實(shí)世界的可視化表示的交互，用戶可以快

2、速地完成許多操作并能立刻見到操作的結(jié)果。第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境在直接操縱（direct operation）用戶界面中，用擴(kuò)展直接操縱的較新概念包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和其他有形且可觸摸的用戶界面。虛擬現(xiàn)實(shí)把用戶放在沉浸式環(huán)境中，正常環(huán)境被呈現(xiàn)人工世界的頭盔顯示器遮擋；數(shù)據(jù)手套中的手勢允許用戶指點(diǎn)、選擇、抓取和導(dǎo)航。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)讓用戶待在正常環(huán)境中，但添加了透明覆蓋物，其上有建筑物的名稱或者隱藏對象的可視化等信息。有形且可觸摸的用戶界面給予用戶物理對象來操縱，目的是操作界面：例如，把幾個(gè)塑料塊相互靠近，來創(chuàng)建辦公室的平面布置圖。目前，所有這些概念不僅應(yīng)用于個(gè)人交互，而且應(yīng)用于更廣泛的人造世界中，

3、即創(chuàng)建協(xié)同工作和其他類型的社會媒體交互。所謂沉浸，就是讓人專注在由設(shè)計(jì)者營造的當(dāng)前目標(biāo)情境下感到愉悅和滿足，而忘記真實(shí)世界的情境。而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動。第6章 直接操縱與虛擬環(huán)境擴(kuò)展直接操縱的較新概念包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和其他有形且可觸“直接操縱”最早是由Shneiderman（1982）提出的，它通常體現(xiàn)為所謂的WIMP界面。WIMP可以有兩種相似的含義：一種是指窗口、圖標(biāo)、菜單、定位器（window、icon、menu、pointer）；另一種是指窗口、圖標(biāo)、鼠標(biāo)器、下拉式菜單（w

4、indow、icon、mouse、pull-down menu）。直接操縱界面的基本思想是指用光筆、鼠標(biāo)、觸摸屏或數(shù)據(jù)手套等坐標(biāo)指點(diǎn)設(shè)備，直接從屏幕上獲取形象化命令與數(shù)據(jù)的過程。也就是說，直接操縱的對象是命令、數(shù)據(jù)或者對數(shù)據(jù)的某種操作，直接操縱的工具是屏幕坐標(biāo)指點(diǎn)設(shè)備。6.1 直接操縱和WIMP界面“直接操縱”最早是由Shneiderman（1982）提出的Shneiderman認(rèn)為直接操縱應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 該系統(tǒng)展現(xiàn)了真實(shí)世界的一種擴(kuò)展。它假定用戶對于他或她興趣范圍內(nèi)的對象和操作非常熟悉。系統(tǒng)簡單地將其復(fù)制并呈現(xiàn)在另一種媒介屏幕上。人們有權(quán)訪問修改這些分布在窗口中的對象。人們可以在一個(gè)熟悉的

5、環(huán)境中以熟悉的方式進(jìn)行工作，關(guān)注于數(shù)據(jù)本身，而非應(yīng)用程序或工具。而往往不太熟悉的系統(tǒng)物理構(gòu)造從視圖中隱藏了起來，不會打擾用戶。6.1 直接操縱和WIMP界面Shneiderman認(rèn)為直接操縱應(yīng)具有以下特點(diǎn)：6.1 對象和操作一直可見。這就像一個(gè)桌面，物體總是一直可見的。用于執(zhí)行操作的提示也是可見的從復(fù)雜的語法和命令名稱變成了帶標(biāo)簽的按鈕。光標(biāo)的動作和運(yùn)動顯得直觀、自然，而且是物理可見的。Nelson（1980）將這個(gè)概念描述為“虛擬現(xiàn)實(shí)”，即一個(gè)可以被操縱的真實(shí)世界的反映。Hatfield（1981）稱其為“所見即所得”（What you see is what you get，WYSIWYG

6、）。Rutkowski（1982）把這種將智能應(yīng)用在任務(wù)上而非提供一個(gè)工具的特性稱為“透明”。Hutchins、Hollan和Norman（1986）認(rèn)為它應(yīng)當(dāng)直接包含在對象世界之中，而不是通過一個(gè)中間媒介進(jìn)行交流。 迅速且伴有直觀的顯示結(jié)果的增量操作。因?yàn)橛|覺反饋目前還不可能（即當(dāng)一個(gè)人觸摸某物體的時(shí)候手的感覺），所以操作的結(jié)果應(yīng)當(dāng)立即以新的當(dāng)前的形態(tài)直觀地顯示在屏幕上，也可以提供聲音反饋。前一個(gè)操作的效果會迅速地被看見，任務(wù)的進(jìn)展是持續(xù)的、不費(fèi)力的。6.1 直接操縱和WIMP界面 對象和操作一直可見。這就像一個(gè)桌面，物體總是一直可見的。 增量操作可以方便地逆轉(zhuǎn)。最后，如果我們發(fā)覺操作是錯(cuò)誤

7、的或者并非我們所期望的，那么要能夠方便地撤銷。直接操縱的概念其實(shí)是在第一個(gè)圖形化系統(tǒng)之前出現(xiàn)的。最早的一些全屏幕文本編輯器已經(jīng)包含了類似的特性。屏幕上的文本類似桌上的一張紙，你可以創(chuàng)建它（真實(shí)世界的擴(kuò)展），可以對其整體進(jìn)行瀏覽（持續(xù)的可見性）。你可以很容易地編輯修改它（通過快速的增量操作），并立即看到結(jié)果。需要的時(shí)候，操作可以逆轉(zhuǎn)。當(dāng)然，它促使了圖形系統(tǒng)的出現(xiàn)，明確了直接操縱的概念。6.1 直接操縱和WIMP界面 增量操作可以方便地逆轉(zhuǎn)。最后，如果我們發(fā)覺操作是錯(cuò)誤的或但是，直接操縱界面還有一些潛在的困難。首先，用戶必須知道一個(gè)可視化對象表示的意義是什么。每個(gè)圖標(biāo)代表一些東西，盡管這些表示對界

8、面的創(chuàng)建者而言可能非常清楚，但并不是所有的用戶都清楚。其次，真實(shí)世界的可視化表示可能令人誤解。由于許多界面看起來眼熟并且與真實(shí)世界中的某些事物類似，因此用戶可能會認(rèn)為理解了這個(gè)特定表示的意義，但實(shí)際上他得出的結(jié)論可能是不正確的。用戶可能高估或低估了計(jì)算機(jī)對真實(shí)世界實(shí)際類比的深度。第三，對某些操作，鍵盤可能是最有效的直接操作設(shè)備，所以用鼠標(biāo)或手指指向圖標(biāo)實(shí)際上可能比使用鍵盤慢。當(dāng)用戶是習(xí)慣用鍵盤輸入復(fù)雜密集指令的有經(jīng)驗(yàn)的打字員時(shí)，這個(gè)問題顯得尤為突出。最后，為真實(shí)世界中的對象和動作選擇合適的表示不是一項(xiàng)簡單容易的任務(wù)。必須為真實(shí)世界選擇一個(gè)簡單的比喻或類比。混合比喻可能會導(dǎo)致混亂。比喻可能有負(fù)面

9、含義。用戶可能不了解比喻所基于的整個(gè)真實(shí)世界。因?yàn)檫@樣的困難，所以直接操縱用戶需要和許多用戶一起進(jìn)行大量的測試。6.1 直接操縱和WIMP界面但是，直接操縱界面還有一些潛在的困難。首先，用戶必須知道一個(gè)在實(shí)踐中，直接操縱并非對于屏幕上所有對象和操作都是可行的，因?yàn)椋?這個(gè)操作在圖形化系統(tǒng)中可能很難概念化。 系統(tǒng)的圖形能力可能有局限性。 窗口中用于放置操縱控件的空間也許存在限制。 讓人們學(xué)習(xí)并記住所有需要的操作也許很困難。當(dāng)出現(xiàn)這些情況時(shí)，我們就會使用間接操縱。在間接操縱中，文本如下拉式或彈出式菜單取代了符號，并用鍵盤鍵入代替了定位指向。大多數(shù)的窗口系統(tǒng)都綜合了直接和間接操縱。菜單可以通過指向菜

10、單圖標(biāo)并進(jìn)行選擇（直接操縱）來訪問。而菜單本身，是一些操作的名稱列表（間接操縱）。當(dāng)列表上的某個(gè)操作通過指向或者鍵盤選擇之后，系統(tǒng)便開始執(zhí)行相應(yīng)的命令。6.1 直接操縱和WIMP界面在實(shí)踐中，直接操縱并非對于屏幕上所有對象和操作都是可行的，因雖然沒有一個(gè)界面會具有所有令人贊賞的屬性或設(shè)計(jì)特點(diǎn)，但下面我們所討論的每個(gè)例子都已經(jīng)有足夠多的特性來贏得大量用戶的熱情支持。一個(gè)最受喜愛的直接操縱例子是駕駛汽車，景象通過前窗直接可見，剎車和駕駛等的性能已經(jīng)成為文化常識。例如，如果想左轉(zhuǎn)，駕駛員只需向左轉(zhuǎn)動方向盤。響應(yīng)是立即的，景象隨即改變，這就提供反饋來改進(jìn)轉(zhuǎn)向。現(xiàn)在設(shè)想一下，試圖通過鍵入命令或從菜單中選

11、擇“左轉(zhuǎn)30度”來使汽車準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向是多么困難。很多應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)雅交互是由于逐漸優(yōu)雅地應(yīng)用了直接操縱。6.2 直接操縱的應(yīng)用雖然沒有一個(gè)界面會具有所有令人贊賞的屬性或設(shè)計(jì)特點(diǎn)，但下面我在20世紀(jì)80年代，早期的文本編輯是用面向行的命令語言完成的，用戶每次只能看到一行，上下移動文件或做任何改變都需要鍵入命令。后來出現(xiàn)的全屏幕編輯器是具有光標(biāo)控制的二維界面，在這些界面中，用戶能夠查看全屏幕文本，通過使用退格鍵來編輯，或者通過鍵入來直接插入。全屏幕編輯器得到了辦公自動化的一致偏愛，因?yàn)橛脩裟軌蚯宄乜吹狡聊簧闲斌w、加粗、加下劃線或居中等的文本，使得用戶能夠?qū)Ｗ⒂趦?nèi)容。到20世紀(jì)90年代早期，全屏幕編輯

12、器被描述為“所見即所得（WYSIWYG）”。微軟的Word（見圖6-1）目前在Apple和Windows平臺上處于主導(dǎo)地位，同時(shí)大多數(shù)與其競爭的文字處理軟件逐漸成為往事。6.2.1 文字處理軟件的歷史與現(xiàn)狀在20世紀(jì)80年代，早期的文本編輯是用面向行的命令語言完成的圖6-1 WYSIWYG編輯器的例子：微軟Word 2013圖6-1 WYSIWYG編輯器的例子：WYSIWYG文字處理軟件的優(yōu)點(diǎn)包括： 用戶看到全頁面文本。同時(shí)顯示的數(shù)十行文本，使讀者對每個(gè)句子有更清晰的上下文關(guān)聯(lián)的感覺，同時(shí)允許更容易地閱讀和瀏覽文檔。相比之下，使用由行編輯器提供的單行文本視圖工作就如同管中窺豹，只見一斑。 文檔

13、可打印預(yù)覽。消除格式化命令的混亂，簡化了文檔的閱讀和瀏覽。表格、列表、分頁符、跳行、節(jié)標(biāo)題、居中的文本和圖表能夠按其最終格式查看。幾乎消除了調(diào)試格式化命令的煩惱和延遲，因?yàn)殄e(cuò)誤通常是立即顯現(xiàn)的。 光標(biāo)動作可見。在屏幕上看到箭頭、下劃線或閃爍框，給予操作者集中注意力和執(zhí)行動作的清晰感覺。 光標(biāo)移動是自然的。箭頭鍵和鼠標(biāo)、觸摸板或?qū)懽职宓仍O(shè)備為移動光標(biāo)提供自然的物理機(jī)制。這與光標(biāo)移動命令系統(tǒng)（如UP6）形成明顯的對照。6.2.1 文字處理軟件的歷史與現(xiàn)狀WYSIWYG文字處理軟件的優(yōu)點(diǎn)包括：6.2.1 文字處理 標(biāo)簽圖標(biāo)使常用動作快速。大多數(shù)文字處理軟件在工具欄中都有常用動作的標(biāo)簽圖標(biāo)。這些按鈕充

14、當(dāng)永久的菜單選擇顯示，用于提醒用戶其特性并使快速選擇成為可能。 立即顯示動作結(jié)果。當(dāng)用戶按下按鈕來移動光標(biāo)或使文本居中時(shí)，其結(jié)果會立即在屏幕上顯示。刪除動作是立即顯現(xiàn)的：字符、字或行被擦除，剩余文本重新排序。同樣，插入或文本移動動作在每次擊鍵或按功能鍵后顯示。迅速響應(yīng)和顯示。大多數(shù)文字處理軟件都可以高速運(yùn)行；包含圖形的一整頁文本顯示率高，加上響應(yīng)時(shí)間短，會產(chǎn)生令人滿意的力量感和速度感。光標(biāo)能夠快速移動，大量的文本能夠被快速瀏覽，動作結(jié)果幾乎能夠立即顯示?？焖夙憫?yīng)也減少對附加命令的需要，因此簡化了設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)。6.2.1 文字處理軟件的歷史與現(xiàn)狀 標(biāo)簽圖標(biāo)使常用動作快速。大多數(shù)文字處理軟件在工具欄

15、中都有易于反向的動作。用戶能夠通過把光標(biāo)移動到問題區(qū)域和插入或刪除字符、字或行來進(jìn)行簡單的更改。在輸入文本時(shí)，只需要退格或重新輸入就能改正不正確的按鍵。一個(gè)有用的設(shè)計(jì)策略是每個(gè)動作都有自然反向的動作（例如，增大或減小字體大?。：芏囡@示編輯器提供的選擇是簡單的取消動作，該動作使文本返回到上一個(gè)動作之前的狀態(tài)。容易的可逆性減少了用戶對犯錯(cuò)或破壞文件的擔(dān)心，同時(shí)也鼓勵(lì)特性的探索。 圖形、電子表格和動畫等集成到文檔體中。 桌面出版軟件可以生成復(fù)雜的多欄打印格式，并允許輸出到高分辨率的打印機(jī)中。多種字體、易于集成的圖形/圖片、灰度和彩色允許準(zhǔn)備高質(zhì)量的文檔、簡訊、報(bào)告、報(bào)紙或圖書。例如Adobe In

16、Design。 呈現(xiàn)軟件生成彩色文本和圖形布局，可供帶有大屏幕顯示（投影儀或顯示屏）的計(jì)算機(jī)直接使用，以允許動畫。例如微軟的PowerPoint。6.2.1 文字處理軟件的歷史與現(xiàn)狀易于反向的動作。用戶能夠通過把光標(biāo)移動到問題區(qū)域和插入或刪 超媒體環(huán)境與因特網(wǎng)允許用戶使用可選取的按鈕或嵌入的熱鏈接，從一頁或一篇文章跳到另一頁或另一篇文章。讀者能夠添加書簽、批注和概覽。 改進(jìn)的宏工具使用戶能夠構(gòu)造、保存和編輯常用動作序列。相關(guān)特性如樣式表，允許用戶為間距、字體、邊距等指定和保存一組選項(xiàng)。同樣，模板的保存也允許用戶將同事的格式化工作作為他們自己文檔的起點(diǎn)。大多數(shù)文字處理軟件為商業(yè)信函、簡訊或小冊子

17、提供有幾十種標(biāo)準(zhǔn)模板。 拼寫檢查器和詞典是大多數(shù)全功能的文字處理軟件的標(biāo)準(zhǔn)功能。拼寫檢查也能設(shè)置為當(dāng)用戶正在輸入時(shí)起作用和自動改正一般錯(cuò)誤。 語法檢查器給用戶提供單詞和書寫風(fēng)格方面潛在問題的評論。 文檔編輯器允許用戶使用標(biāo)準(zhǔn)段落來編寫復(fù)雜文檔，諸如合同。6.2.1 文字處理軟件的歷史與現(xiàn)狀 超媒體環(huán)境與因特網(wǎng)允許用戶使用可選取的按鈕或嵌入的熱鏈接第一個(gè)電子制表軟件Visicalc是哈佛商學(xué)院學(xué)生Dan Bricklin于1979年開發(fā)的。他在商務(wù)研究生課程的重復(fù)計(jì)算時(shí)遇到挫折，于是，和朋友一起創(chuàng)建了“即時(shí)計(jì)算電子工作表”（其用戶手冊這樣描述它），允許在254行63列上進(jìn)行計(jì)算并立即顯示結(jié)果。電

18、子表格可以被編程，例如第4列顯示第1列至第3列中值的總和；然后，每當(dāng)前3列中有數(shù)值變化，則第4列的值也會隨之改變，例如，可用于制造成本、分銷成本、銷售收入、傭金和利潤之間的復(fù)雜依賴關(guān)系，能夠按若干銷售區(qū)域和不同月份而分類存儲。電子表格用戶能夠試算備選計(jì)劃或“假設(shè)分析”場景，并立即看到改變對利潤的影響。這種對會計(jì)數(shù)據(jù)表的模擬使得商業(yè)系統(tǒng)分析員易于理解對象和允許的動作。6.2.2 VisiCalc電子制表軟件及其后續(xù)產(chǎn)品第一個(gè)電子制表軟件Visicalc是哈佛商學(xué)院學(xué)生Dan BVisiCalc的競爭對手迅速涌現(xiàn)出來，不僅對用戶界面進(jìn)行了有吸引力的改進(jìn)，而且擴(kuò)展了所支持的任務(wù)。Lotus 1-2-

19、3于20世紀(jì)80年代主導(dǎo)了市場，而當(dāng)今的電子表格領(lǐng)導(dǎo)者是微軟的Excel（見圖6-2），它提供了很多特性和專門增加的功能。Excel及其他現(xiàn)代電子表格程序都提供了圖形顯示、多窗口、統(tǒng)計(jì)程序和數(shù)據(jù)庫訪問等功能，大量操作特性由菜單或工具欄調(diào)用，擴(kuò)展性則由強(qiáng)大的宏工具提供。6.2.2 VisiCalc電子制表軟件及其后續(xù)產(chǎn)品VisiCalc的競爭對手迅速涌現(xiàn)出來，不僅對用戶界面進(jìn)行了圖6-2 微軟的Excel 2013電子表格軟件圖6-2 微軟的Excel 2013早期辦公自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員使用直接操縱原則。早期的Xerox Star軟件提供了高級的文本格式化選項(xiàng)、圖形、多種字體和分辨率高的、基于

20、光標(biāo)的用戶界面。用戶可以把文檔圖標(biāo)移到（而不是拖到）打印機(jī)圖標(biāo)，來產(chǎn)生一個(gè)硬拷貝打印輸出。蘋果的Lisa系統(tǒng)也應(yīng)用了很多直接操縱原則，盡管Lisa并未獲得商業(yè)上的成功，但是為Macintosh奠定了成功的基礎(chǔ)。Macintosh的設(shè)計(jì)人員汲取Star和Lisa的經(jīng)驗(yàn)，做出了很多簡化決定，同時(shí)為用戶保留了足夠的功能。硬件和軟件的設(shè)計(jì)支持用于下拉菜單、窗口操縱、圖形和文本的編輯以及圖標(biāo)拖動的快速連續(xù)的圖形交互。Macintosh的變體不久后出現(xiàn)在其他流行的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，現(xiàn)在則由微軟主導(dǎo)著辦公自動化市場。微軟Windows的設(shè)計(jì)仍與Macintosh的設(shè)計(jì)密切相關(guān)，兩者都需要大量改進(jìn)窗口管理，為新用

21、戶簡化操作，為高級用戶增加功能。6.2.2 VisiCalc電子制表軟件及其后續(xù)產(chǎn)品早期辦公自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員使用直接操縱原則。早期的Xero地理應(yīng)用系統(tǒng)為人們提供了熟悉的基于現(xiàn)實(shí)模型的地圖，給出了自然的空間表示?！翱臻g數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”原型的開發(fā)人員將其基本思想歸因于麻省理工學(xué)院（MIT）的Nicholas Negroponte。在一個(gè)早期的場景中，用戶坐在世界的彩色圖形顯示前，可以放大其上的太平洋區(qū)域來查看軍艦護(hù)航的標(biāo)記。用戶通過移動操縱桿使單個(gè)艦船的輪廓充滿屏幕；縮放所顯示的詳細(xì)數(shù)據(jù)，比如最后可顯示船長的全彩照片。此后出現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)如Xerox PARC 的Information

22、Visualizer，它是一套工具，支持用三維動畫來探索建筑物、錐形文件目錄、組織結(jié)構(gòu)圖、把特征項(xiàng)放在前面并居中的透視墻以及幾種二維和三維的信息布局。6.2.3 空間數(shù)據(jù)管理地理應(yīng)用系統(tǒng)為人們提供了熟悉的基于現(xiàn)實(shí)模型的地圖，給出了自然ArcGIS是得到廣泛應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)（GIS），提供豐富的、分層的地圖相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫（見圖6-3）。用戶能夠放大感興趣的區(qū)域、選擇他們希望查看的信息種類（道路、人口密度、地形、降雨量、政治邊界和更多信息），并進(jìn)行受限搜索。簡單得多但極其流行的公路、天氣和經(jīng)濟(jì)地圖覆蓋所有大陸，可在因特網(wǎng)、CD-ROM、桌面和移動設(shè)備上獲得。6.2.3 空間數(shù)據(jù)管理ArcGIS

23、是得到廣泛應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)（GIS），提供豐富圖6-3 ArcGIS提供綜合繪圖功能和相關(guān)數(shù)據(jù)的管理圖6-3 ArcGIS提供綜合繪圖功能和相關(guān)數(shù)據(jù)的管理谷歌地圖（Google Maps，見圖6-4）和更強(qiáng)大的谷歌地球（Google Earth，見圖6-5）把來自空中照片、衛(wèi)星圖像和其他來源的地理信息結(jié)合在一起，以創(chuàng)建能夠容易查看和顯示的圖形信息數(shù)據(jù)庫。在一些區(qū)域，其細(xì)節(jié)能夠一直擴(kuò)延到街道上的個(gè)別房屋。它對Mac和PC平臺都是可用的，并作為插件提供給某些瀏覽器。更健壯、更詳細(xì)的商業(yè)版可付費(fèi)使用，而成千上萬的用戶使用免費(fèi)版?？臻g數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的成功取決于設(shè)計(jì)人員在選擇對用戶來說自然且易于理解的圖

24、標(biāo)、圖形表示和數(shù)據(jù)布局方面的技能?？s放或滑過數(shù)據(jù)的樂趣甚至吸引著焦慮的用戶，而他們迫切需要附加功能和數(shù)據(jù)。6.2.3 空間數(shù)據(jù)管理谷歌地圖（Google Maps，見圖6-4）和更強(qiáng)大的谷歌圖6-4 谷歌地圖圖6-4 谷歌地圖圖6-5 谷歌地球圖6-5 谷歌地球?qū)芏嗳藖碚f，最令人興奮、設(shè)計(jì)良好且商業(yè)上成功的直接操縱概念的應(yīng)用在電子游戲世界。早期的簡單且流行的游戲Pong要求用戶轉(zhuǎn)動旋鈕來移動屏幕上的白色矩形塊。一個(gè)白點(diǎn)充當(dāng)乒乓球，它擊中墻后彈回，這時(shí)必須被移動的白色矩形擊回。用戶逐步提高放置“球拍”的速度和準(zhǔn)確度以防止不斷加速的球漏過，而計(jì)算機(jī)揚(yáng)聲器在球彈跳時(shí)發(fā)出“乒乓”聲。看其他人玩30秒

25、種是一個(gè)人成為勝任的新手所需的全部訓(xùn)練，但要成為一個(gè)熟練的專家則需要數(shù)小時(shí)的練習(xí)。 后來的游戲在規(guī)則、彩色圖形和聲音方面要復(fù)雜得多，包括多人競賽（例如網(wǎng)球或空手道游戲）、三維圖形、較高的分辨率和立體聲等。這些游戲的設(shè)計(jì)人員提供刺激的娛樂、對新手和專家的挑戰(zhàn)，以及很多吸引人的、界面設(shè)計(jì)的人性因素方面的課程，這與很多用戶對辦公自動化設(shè)備表現(xiàn)出的焦慮和抵制形成了鮮明的對比。6.2.4 電子游戲?qū)芏嗳藖碚f，最令人興奮、設(shè)計(jì)良好且商業(yè)上成功的直接操縱概念游戲世界正在迅速地發(fā)展，在很短的時(shí)間內(nèi)游戲都在不斷地更新?lián)Q代。游戲平臺已經(jīng)把強(qiáng)大的三維圖形硬件引入了家庭。如今，互聯(lián)網(wǎng)上的在線多人游戲也受到很多用戶的

26、歡迎。大多數(shù)游戲連續(xù)顯示分?jǐn)?shù)，以便用戶能夠度量自己的進(jìn)步程度，并與他們以前的成績相比較，與朋友們或最高的得分手進(jìn)行競爭。通常，10個(gè)最高的得分手能夠把他們名字的首字母保存在游戲中供公開展示。這種策略提供一種鼓勵(lì)精通的正面增強(qiáng)形式。對小學(xué)兒童的研究已經(jīng)表明，連續(xù)顯示分?jǐn)?shù)是極其有價(jià)值的。機(jī)器生成的反饋（諸如“很好”或“你做得真好！ ）不是那么有效，因?yàn)橄嗤姆謹(jǐn)?shù)對不同的人來說具有不同的意義。大多數(shù)用戶更喜歡做出自己的主觀判斷。提供行為數(shù)據(jù)和態(tài)度數(shù)據(jù)的組合能夠增加游戲的沉浸質(zhì)量。6.2.4 電子游戲游戲世界正在迅速地發(fā)展，在很短的時(shí)間內(nèi)游戲都在不斷地更新?lián)Q代大多數(shù)用于汽車、電路、飛機(jī)或機(jī)械工程的計(jì)算

27、機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)都使用直接操縱原則。房屋建筑師和居家設(shè)計(jì)師已經(jīng)配置了強(qiáng)大的工具Autodesk Inventor（見圖6-6），其組件可用于處理結(jié)構(gòu)工程、平面布置圖、內(nèi)部構(gòu)造、環(huán)境美化、配管工程和電氣安裝等。使用這類程序時(shí)，操作者可能在屏幕上看到電路簡圖，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，能夠把部件移進(jìn)或移出所建議的電路。在設(shè)計(jì)完成后，計(jì)算機(jī)能夠提供關(guān)于電流、壓降和造價(jià)方面的信息，以及關(guān)于不一致或制作問題的警告。同樣，報(bào)紙版面設(shè)計(jì)師或汽車車身設(shè)計(jì)師能夠在幾分鐘內(nèi)容易地嘗試多個(gè)設(shè)計(jì)，并能夠記錄有前景的方法，直至他們找到更好的方法為止。使用這些系統(tǒng)的樂趣源于直接操縱感興趣對象的能力和迅速生成多個(gè)備選方案。6.

28、2.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大多數(shù)用于汽車、電路、飛機(jī)或機(jī)械工程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD圖6-6 Autodesk Inventor圖6-6 Autodesk Inventor大量制造企業(yè)都在使用AutoCAD和類似系統(tǒng)，對于廚房和浴室布局、環(huán)境美化計(jì)劃及其他情形，也有專門的設(shè)計(jì)程序。這些程序允許用戶控制不同季節(jié)陽光的角度，以查看環(huán)境的影響和房屋不同部分的陰影。他們允許用戶查看廚房布局，計(jì)算地板與工作臺面的尺寸估值，甚至直接用軟件打印出材料清單。在住宅和商業(yè)市場中，室內(nèi)設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)用來跨越從桌面到萬維網(wǎng)的所有環(huán)境工作，并且提供各種視圖（俯視圖、架構(gòu)視圖、正視圖）來為客戶生成更真實(shí)的設(shè)計(jì)概況

29、。6.2.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大量制造企業(yè)都在使用AutoCAD和類似系統(tǒng)，對于廚房和浴室一些應(yīng)用系統(tǒng)用于計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和過程控制，如霍尼韋爾公司的Experion過程知識系統(tǒng)給煉油廠、造紙廠或發(fā)電廠的經(jīng)理提供其工廠的彩色圖解視圖。而圖解視圖可能在多個(gè)顯示器上或在墻面大小的地圖上顯示，并用紅線指示任何超出正常范圍的傳感器值。操作者點(diǎn)擊一次就能得到有故障部件的更詳細(xì)視圖；操作者第二次點(diǎn)擊就能檢驗(yàn)單個(gè)傳感器或使閥門和電路復(fù)位。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)基本策略是消除對復(fù)雜命令的需要，操作人員可能僅在一年一次的緊急情況期間需要回憶這種命令。圖解視圖提供的可視概況方便使用模擬方式對問題求解，因?yàn)槠聊槐硎竞?/p>

30、工廠的溫度或壓力之間的聯(lián)系是如此緊密。6.2.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)一些應(yīng)用系統(tǒng)用于計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和過程控制，如霍尼韋成功的直接操縱界面必須提供現(xiàn)實(shí)世界的適當(dāng)表示或模型。對有些應(yīng)用來說，轉(zhuǎn)到使用視覺語言可能是困難的，但在使用了可視化直接操縱界面后，大多數(shù)用戶和設(shè)計(jì)者幾乎不再會愿意使用復(fù)雜的語法符號來描述基本的視覺過程。在現(xiàn)代文字處理軟件、繪圖程序或電子制表軟件中有大量的特性，學(xué)習(xí)關(guān)于這些特性的命令是難以設(shè)想的，但是視覺線索、圖標(biāo)、菜單和對話框甚至使間歇用戶也可能成功地使用系統(tǒng)。6.2.6 直接操縱的持續(xù)演進(jìn)成功的直接操縱界面必須提供現(xiàn)實(shí)世界的適當(dāng)表示或模型。對有些應(yīng)直接操縱界面應(yīng)用十分廣

31、泛，包括個(gè)人理財(cái)和旅游安排。直接操縱的另一新興應(yīng)用是智能家居。因?yàn)槿绱硕嗟募彝タ刂粕婕捌矫娌贾脠D，所以直接操縱動作自然發(fā)生在平面布置圖的顯示上，并且每個(gè)狀態(tài)指示器（諸如盜竊報(bào)警器、熱傳感器與感煙探測器）和激活器（諸如開/關(guān)窗簾或遮光器的控制器、空調(diào)控制器、音/視頻揚(yáng)聲器或屏幕的控制器）在平面布置圖顯示上都有可選擇的圖標(biāo)。用戶只需把CD圖標(biāo)拖到臥室和廚房，就能把起居室中CD 播放的聲音發(fā)送到這些房間，他們能夠通過移動線性標(biāo)尺上的標(biāo)記來調(diào)節(jié)音量。視頻的直接操縱正在由直接拖動內(nèi)容的選項(xiàng)所擴(kuò)展。使用傳統(tǒng)的直接操縱窗口組件時(shí)，用戶沿著時(shí)間標(biāo)尺移動滑塊來得到期望的視頻位置。一項(xiàng)新的技術(shù)，稱為相對流拖動，代

32、之以允許用戶通過沿著視覺軌跡拖動感興趣的對象來移過視頻。這項(xiàng)技術(shù)在觸摸輸入的手持式多媒體設(shè)備中工作得很好。6.2.6 直接操縱的持續(xù)演進(jìn)直接操縱界面應(yīng)用十分廣泛，包括個(gè)人理財(cái)和旅游安排。直接操縱的用戶正試圖更好地理解所有數(shù)據(jù)和現(xiàn)在可用的其他視覺內(nèi)容。管理這種信息的一種方式是通過使用導(dǎo)航板。能夠一次查看大量的信息、直接操縱它們和在視覺上觀察其影響，這是一個(gè)強(qiáng)大的概念。商家和公司每天都被大量數(shù)據(jù)轟炸。把這種用戶生成的數(shù)據(jù)組織成有用的圖形格式的能力，能夠幫助他們管理資源和發(fā)現(xiàn)趨勢。6.2.6 直接操縱的持續(xù)演進(jìn)用戶正試圖更好地理解所有數(shù)據(jù)和現(xiàn)在可用的其他視覺內(nèi)容。管理這到20世紀(jì)90年代時(shí)，直接操縱

33、的變體已經(jīng)對超越桌面的設(shè)計(jì)有一定影響，諸如虛擬現(xiàn)實(shí)、普適計(jì)算、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和有形用戶界面。虛擬現(xiàn)實(shí)把用戶放在一個(gè)與外界隔離的沉浸式環(huán)境中。他們看到立體眼鏡內(nèi)的人工世界，只要他們一轉(zhuǎn)頭這個(gè)人工世界就被更新。用戶通常通過數(shù)據(jù)手套內(nèi)的手勢來控制活動，數(shù)據(jù)手套允許他們指點(diǎn)、選擇、抓取和導(dǎo)航。手持式控制器允許用戶具有一個(gè)6自由度的指示器（三維的位置和三維的方向），來模仿鼠標(biāo)點(diǎn)擊，或在它們指示的方向飛行。虛擬世界允許用戶穿過人身、游過海洋、坐在電子云上繞核子轉(zhuǎn)動，或與那些通過互聯(lián)網(wǎng)連接的遠(yuǎn)距離協(xié)作者共同參與到幻想世界中?，F(xiàn)在，這個(gè)概念已經(jīng)擴(kuò)展到第二人生游戲中。在此游戲中，用戶能夠穿越空間進(jìn)行遠(yuǎn)距傳物，并且在另

34、一個(gè)世界中有社交活動。用戶能夠呈現(xiàn)各種化身的形象，并且完全地改變他們的特征；老人能夠變成年輕人，男人能夠變成女人，長發(fā)能夠變成短發(fā)。6.2.6 直接操縱的持續(xù)演進(jìn)到20世紀(jì)90年代時(shí)，直接操縱的變體已經(jīng)對超越桌面的設(shè)計(jì)有一將來肯定有很多直接操縱的變體和擴(kuò)展，但其基本目標(biāo)仍將保持為類似的：能快速學(xué)習(xí)的可理解界面、可預(yù)測和可控制的動作以及確認(rèn)進(jìn)展的適當(dāng)反饋。直接操縱之所以有吸引用戶的能力，是因?yàn)樗焖偕踔潦怯腥さ?。如果動作簡單，可逆性就是有保證的，記憶起來也容易，會減少焦慮，用戶感覺處于控制地位，滿意度會不斷提高。6.2.6 直接操縱的持續(xù)演進(jìn)將來肯定有很多直接操縱的變體和擴(kuò)展，但其基本目標(biāo)仍將保

35、持為類直接操縱界面的一些設(shè)計(jì)指南是：1）使用易于理解的圖標(biāo)：圖標(biāo)的意義應(yīng)該盡可能明確。一個(gè)不恰當(dāng)?shù)膱D標(biāo)不能很好地表示它的信息。例如，在基于Windows的系統(tǒng)中，“垃圾站”表示刪除的條目的放置位置。這個(gè)圖標(biāo)的意義就很容易理解。2）避免令人迷惑的類比：圖標(biāo)應(yīng)以預(yù)期的方式工作。例如，對基于Windows系統(tǒng)上的垃圾站的情況，如果放在垃圾站中的條目不能恢復(fù)，圖標(biāo)就沒有按預(yù)期的方式來工作。用戶知道實(shí)際生活中放在垃圾箱中的東西被收垃圾的人清空之前是可以恢復(fù)的。3）不違反大眾習(xí)慣：不同的用戶群體可能對一個(gè)圖標(biāo)如何工作有不同的設(shè)想。例如，在美國，綠色左箭頭表示可向左拐，因?yàn)榻煌ㄒ咽褂昧思t燈。但在加拿大，閃爍

36、的綠燈表示可向左拐。6.3 直接操縱的設(shè)計(jì)直接操縱界面的一些設(shè)計(jì)指南是：6.3 直接操縱的設(shè)計(jì)4）為特有目的使用圖標(biāo)：圖標(biāo)不見得比鍵盤輸入更快或更容易使用。用戶用鼠標(biāo)點(diǎn)中一個(gè)圖標(biāo)的速度可能沒有鍵盤快。例如，有經(jīng)驗(yàn)的打字員敲數(shù)學(xué)表達(dá)式要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于在使用圖標(biāo)的計(jì)算器上選擇數(shù)字和操作。為同時(shí)滿足新手和熟練的打字員，Windows的計(jì)算器程序被的設(shè)計(jì)成既可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)也可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊計(jì)算器面板。6.3 直接操縱的設(shè)計(jì)4）為特有目的使用圖標(biāo)：圖標(biāo)不見得比鍵盤輸入更快或更容易使用直接操縱的吸引力體現(xiàn)在用戶的熱情中，它的優(yōu)勢能夠概括為3個(gè)原則：1）用有意義的視覺隱喻連續(xù)表示感興趣的對象和動作。2）用物理

37、動作或按壓有標(biāo)簽的按鈕來取代復(fù)雜的語法。3）使用快速的、增量的可逆動作，這些動作對感興趣對象的影響是立即可見的。6.3.1 三個(gè)直接操縱原則直接操縱的吸引力體現(xiàn)在用戶的熱情中，它的優(yōu)勢能夠概括為3個(gè)原使用這3個(gè)原則，就可能設(shè)計(jì)出具有以下有益屬性的系統(tǒng)： 新用戶能夠快速學(xué)會基本功能，這一般通過更有經(jīng)驗(yàn)用戶的演示來實(shí)現(xiàn)。 專家用戶能夠快速工作以執(zhí)行范圍廣泛的任務(wù)，甚至是定義新的功能和特性。 有知識的間歇用戶能夠記住操作概念。 很少需要出錯(cuò)消息。 用戶能立即看到他們的動作是否正在推動其目標(biāo)，如果該動作是起反作用的，他們僅能改變他們活動的方向。 用戶感受到的焦慮較少，因?yàn)榻缑媸强衫斫獾那覄幼髂軌蛞子诜?/p>

38、向。 用戶獲得信任感和掌控感，因?yàn)樗麄兪莿幼鞯陌l(fā)起人，感覺到處于控制地位，并且能預(yù)測界面的反應(yīng)。6.3.1 三個(gè)直接操縱原則使用這3個(gè)原則，就可能設(shè)計(jì)出具有以下有益屬性的系統(tǒng)：6.3.與文本描述符相比，處理對象的視覺表示可能更“自然”，更符合于人天生的能力：在人類進(jìn)化的過程中，動作和視覺技能的出現(xiàn)遠(yuǎn)在語言之前。心理學(xué)家早就知道，當(dāng)提供給人們視覺的而非語言的表示時(shí)，人們會更快地領(lǐng)會空間關(guān)系和動作。而且，形式數(shù)學(xué)系統(tǒng)的適當(dāng)視覺表示經(jīng)常促進(jìn)直覺和發(fā)現(xiàn)。瑞士心理學(xué)家Jean Piaget 描述了運(yùn)算發(fā)展的4個(gè)階段：感知運(yùn)動（從出生到大約2歲）、前運(yùn)算（27歲）、具體運(yùn)算（711歲）、形式運(yùn)算（從大約1

39、1歲開始）。根據(jù)這一理論，在具體運(yùn)算階段，在對象上的物理動作是可理解的，這時(shí)孩子們獲得守恒性或不變性的概念。在大約11歲時(shí)，孩子們進(jìn)入形式運(yùn)算階段，在這個(gè)階段中他們使用符號處理來表示在對象上的動作。因?yàn)閿?shù)學(xué)和程序設(shè)計(jì)都需要抽象思維，這對孩子們來說是困難的，因此設(shè)計(jì)人員必須把符號表示與實(shí)際對象聯(lián)系起來。直接操縱把活動帶到具體運(yùn)算階段，使得某些任務(wù)對較大的孩子和成年人都變得更容易。6.3.1 三個(gè)直接操縱原則與文本描述符相比，處理對象的視覺表示可能更“自然”，更符合于視覺語言和視覺思維的概念是由Amheim提出的，并且得到商業(yè)圖形設(shè)計(jì)人員、符號學(xué)（符號學(xué)是研究記號和符號的學(xué)科）方向的學(xué)者和數(shù)據(jù)可視

40、化大師的欣然接受。計(jì)算機(jī)可以提供一種不尋常的視覺環(huán)境，用于揭示結(jié)構(gòu)、顯示關(guān)系和使吸引用戶的互動成為可能。計(jì)算機(jī)界面漸增的視覺性質(zhì)，有時(shí)能夠挑戰(zhàn)有邏輯的、線性的、面向文本的、理性的程序員，而他們是第一代黑客的核心。盡管這些陳規(guī)或笨拙的模仿經(jīng)不住科學(xué)的分析，但它們確實(shí)表達(dá)了計(jì)算技術(shù)正在遵循的兩條道路。6.3.2 視覺思維與圖標(biāo)視覺語言和視覺思維的概念是由Amheim提出的，并且得到商業(yè)在計(jì)算機(jī)世界里，圖標(biāo)通常是對象或動作的?。ㄐ∮?平方英寸或6464像素）的表示。更小的圖標(biāo)經(jīng)常用于節(jié)省空間或集成到其他對象之中，諸如集成到窗口邊框或工具欄中。繪圖程序經(jīng)常用圖標(biāo)表示工具或動作（例如，套索或剪刀表示裁剪

41、圖片，刷子表示繪畫，鉛筆表示繪圖，橡皮表示擦凈），而文字處理軟件通常用文本菜單表示動作。這種差異似乎反映了視覺導(dǎo)向和文本導(dǎo)向用戶的不同認(rèn)知風(fēng)格，或者至少是在任務(wù)方面的差異?；蛟S當(dāng)用戶正在從事視覺導(dǎo)向任務(wù)時(shí)，通過使用圖標(biāo)而“保持視覺風(fēng)格”是有益的。而在從事文本文檔任務(wù)時(shí)，通過使用文本菜單而“保持文本風(fēng)格”是有益的。6.3.2 視覺思維與圖標(biāo)在計(jì)算機(jī)世界里，圖標(biāo)通常是對象或動作的?。ㄐ∮?平方英寸或6對于視覺圖標(biāo)和文本項(xiàng)都可能使用的情況（例如在目錄列表中）設(shè)計(jì)人員面對著兩個(gè)相互交織的問題：如何在圖標(biāo)和文本之間選擇，以及如何設(shè)計(jì)圖標(biāo)。例如明確的公路標(biāo)志是有用經(jīng)驗(yàn)的來源，對道路彎道之類的表示來說，圖標(biāo)

42、是最佳的，但有時(shí)“單行道，勿入！”之類的短語比圖標(biāo)更可理解。研究表明，圖標(biāo)加文本是有效的。因此，如何在圖標(biāo)和文本之間選擇，不僅取決于用戶和任務(wù)，還取決于所建議的圖標(biāo)或文字的質(zhì)量。圖標(biāo)可能包括很多使用鼠標(biāo)、觸摸屏或筆的手勢。這些手勢可能表示復(fù)制（上下箭頭）、刪除（一個(gè)叉）、編輯（一個(gè)圈）等。圖標(biāo)也可以與聲音相關(guān)聯(lián)。6.3.2 視覺思維與圖標(biāo)對于視覺圖標(biāo)和文本項(xiàng)都可能使用的情況（例如在目錄列表中）設(shè)計(jì)除了通過直接操縱來執(zhí)行任務(wù)，也可以考慮通過直接操縱來編程，至少針對某些問題是這樣。例如，用直接操縱方式來給物理設(shè)備編程，適當(dāng)?shù)囊曈X信息表示使直接操縱編程在其他領(lǐng)域成為可能。如電子表格軟件就有豐富的編程

43、語言，允許用戶通過執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的電子表格動作來編制程序段（記錄宏）。這些動作的結(jié)果保存在電子表格的另一部分中，用戶能以文本形式對其進(jìn)行編輯、打印和存儲。數(shù)據(jù)庫程序，諸如Access，允許用戶創(chuàng)建按鈕，激活按鈕時(shí)，將引發(fā)一系列動作和命令，并生成報(bào)告。同樣，Adobe Photoshop記錄用戶動作的歷史，然后允許用戶使用動作序列和重復(fù)使用直接操縱來創(chuàng)建程序。6.3.3 直接操縱編程除了通過直接操縱來執(zhí)行任務(wù)，也可以考慮通過直接操縱來編程，至當(dāng)用戶忙于執(zhí)行一個(gè)重復(fù)性的界面任務(wù)時(shí)，如果計(jì)算機(jī)能夠可靠地識別出重復(fù)的模式并自動創(chuàng)建有用的宏，這將是有用的。然后，在用戶確認(rèn)的情況下，計(jì)算機(jī)就可以自動接管和執(zhí)行該

44、任務(wù)的剩余部分。這種自動編程的愿望是吸引人的，但更有效的方法可能是給用戶提供視覺工具來確定和記錄他們的意圖。一些手機(jī)的按鍵能夠編程來給家里或醫(yī)生打電話，或呼叫其他緊急號碼。這允許用戶面對較簡單的界面并被屏蔽掉任務(wù)的細(xì)節(jié)。直接操縱編程給代理場景提供了一個(gè)選擇方案。代理的倡導(dǎo)者相信計(jì)算機(jī)能夠自動發(fā)現(xiàn)用戶的意圖，或能夠基于目標(biāo)的模糊陳述采取動作。雖然不可能這么容易地確定用戶的意圖，并且模糊陳述通常也不太有效。然而，如果用戶能夠用可理解的、從視覺顯示中選擇的動作來指定他們想要的事物，通常就能夠迅速實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，同時(shí)保持他們的控制感和成就感。6.3.3 直接操縱編程當(dāng)用戶忙于執(zhí)行一個(gè)重復(fù)性的界面任務(wù)時(shí)，如

45、果計(jì)算機(jī)能夠可靠地識一些設(shè)計(jì)人員夢想能構(gòu)建出接近三維現(xiàn)實(shí)的豐富界面。他們相信，界面越接近現(xiàn)實(shí)世界，就越容易使用。這種對直接操縱的極端解釋是一種值得懷疑的主張，因?yàn)橛脩粞芯勘砻?，使人迷失方向的?dǎo)航和復(fù)雜的用戶動作等，都能使現(xiàn)實(shí)世界和3D界面中的性能降低。很多界面（有時(shí)稱為2D界面）通過限制移動、限制界面動作和確保界面對象的可見性而設(shè)計(jì)得比現(xiàn)實(shí)世界簡單。然而，用于醫(yī)學(xué)、建筑、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和科學(xué)可視化目的的“純”3D界面的強(qiáng)大實(shí)用性，意味著它們?nèi)匀皇菍缑嬖O(shè)計(jì)人員的重要挑戰(zhàn)。一個(gè)吸引人的可能性是，“增強(qiáng)”的界面可能比3D現(xiàn)實(shí)要好。增強(qiáng)的特性使超人的能力成為可能，諸如快于光速的遠(yuǎn)距傳物、飛越物體、物體的多

46、個(gè)同步視圖和X光線視覺。與那些只尋求模仿現(xiàn)實(shí)的人相比，好玩游戲的設(shè)計(jì)人員和創(chuàng)造性應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)人員已經(jīng)把技術(shù)推進(jìn)得更遠(yuǎn)。6.4 3D界面一些設(shè)計(jì)人員夢想能構(gòu)建出接近三維現(xiàn)實(shí)的豐富界面。他們相信，界對于那些基于計(jì)算機(jī)的任務(wù)（諸如醫(yī)學(xué)成像、建筑繪圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)建模和科學(xué)仿真）純3D表示顯然是有用的，且已經(jīng)成為重要產(chǎn)業(yè)。然而，甚至在這些情形中，其成功也經(jīng)常是由于使界面優(yōu)于現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)特性。用戶能夠如魔法般地改變顏色或形狀、復(fù)制對象、縮/放對象、把組件分組/解組、用電子郵件發(fā)送它們和附加浮動標(biāo)簽。在這些表示中，用戶還能夠執(zhí)行其他有用的超自然動作，包括取消最近動作等。吸引人的、成功的3D表示

47、的應(yīng)用是游戲環(huán)境。這些環(huán)境包括第一人稱動作游戲和角色扮演幻想游戲。在第一人稱動作游戲中，用戶在城市街道上巡邏，或沿著城堡的走廊飛奔的同時(shí)射擊對手；角色扮演幻想游戲中具有優(yōu)美展示的島嶼港口或山丘要塞。很多游戲通過允許用戶選擇3D化身來表示他們自己而使社交場合豐富多彩。用戶能夠選擇與自己相像的化身，但他們經(jīng)常選擇奇異的造型或者奇幻的形象，他們具有頗富魅力的特征，諸如非凡的力量或美麗。6.4 3D界面對于那些基于計(jì)算機(jī)的任務(wù)（諸如醫(yī)學(xué)成像、建筑繪圖、計(jì)算機(jī)輔助一些基于Web的游戲環(huán)境，諸如第二人生（見圖6-7），可能包括數(shù)百萬的用戶和數(shù)千個(gè)由用戶創(chuàng)建的“世界”，諸如學(xué)校、大型購物中心或城市居民區(qū)。游

48、戲愛好者可能每周都要花很長時(shí)間沉浸在他們的虛擬世界中，與合作者聊天或與對手談判。索尼公司的無盡的任務(wù)（EverQuest）用這種雄心勃勃的描述來吸引用戶：歡迎來到無盡的任務(wù)世界，一個(gè)真正3D的大型多人奇幻角色扮演游戲。請準(zhǔn)備好進(jìn)入這個(gè)巨大的虛擬環(huán)境一個(gè)完整的世界，這里擁有不同的物種、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、聯(lián)盟和政策。6.4 3D界面一些基于Web的游戲環(huán)境，諸如第二人生（見圖6-7），可能包圖6-7 來自第二人生中虛擬世界的圖像圖6-7 來自第二人生中虛擬世界的圖像這些環(huán)境可能證明是成功的，因?yàn)榛诳臻g認(rèn)知的社會背景逐漸豐富，即用戶開始認(rèn)識到環(huán)境和選擇站在他們身邊的重要參與者的重要性。這些環(huán)境可能開始支持

49、有效的業(yè)務(wù)會議，設(shè)想虛擬參觀埃及吉薩大金字塔，你探索它的內(nèi)部走廊和查看細(xì)節(jié)，直至石頭上的鑿痕。三維藝術(shù)和娛樂體驗(yàn)，通常由Web應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)，它給創(chuàng)新應(yīng)用軟件提供另一種機(jī)會。3DNA之類的公司創(chuàng)建3D前端，這種前端為購物、游戲、互聯(lián)網(wǎng)和辦公室應(yīng)用軟件提供房間，并且對游戲、娛樂和運(yùn)動的愛好者非常有吸引力。早期的Web標(biāo)準(zhǔn)如虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言（VRML），并沒有產(chǎn)生巨大的商業(yè)成功，它已經(jīng)讓位于更豐富的Web標(biāo)準(zhǔn)，如X3D。該標(biāo)準(zhǔn)擁有大企業(yè)的支持者，他們相信它將導(dǎo)致可行的商業(yè)應(yīng)用軟件的產(chǎn)生。6.4 3D界面這些環(huán)境可能證明是成功的，因?yàn)榛诳臻g認(rèn)知的社會背景逐漸豐富3D技術(shù)的適當(dāng)用法是把突出顯示添加到2

50、D界面中，諸如看起來似乎被抬起或按下的按鈕、重疊和留下陰影的窗口或類似現(xiàn)實(shí)世界物體的圖標(biāo)。這些可能是有趣的、可識別的和令人難忘的，它們改進(jìn)了空間記憶的使用，但是也可能造成視覺上的注意力分散和混亂，因?yàn)樵黾恿艘曈X復(fù)雜度。構(gòu)建電話、圖書或CD播放機(jī)等真實(shí)設(shè)備的嘗試，使首次用戶笑容可掬，但這些想法并未流行起來，這可能是因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生3D效果的設(shè)計(jì)折中損害了可用性。6.4 3D界面3D技術(shù)的適當(dāng)用法是把突出顯示添加到2D界面中，諸如看起來似以下列舉一些有效的3D界面特性，可能充當(dāng)設(shè)計(jì)人員、研究人員和教育工作者的檢查表： 謹(jǐn)慎使用遮擋、陰影、透視和其他3D技術(shù)。 盡量減少用戶完成任務(wù)所需的導(dǎo)航步驟數(shù)。 保

51、持文本為易讀的（較好的渲染、與背景的對比度良好和不超過30 度的傾斜）。 避免不必要的視覺混亂、注意力分散、對比度增大和反射。 簡化用戶移動（保持移動為平面的，避免像穿墻而過這樣的驚人之事）。 預(yù)防錯(cuò)誤（即創(chuàng)建只切割需要之處的外科工具和只產(chǎn)生真實(shí)分子和安全化合物的化學(xué)工具箱）。 簡化物體的移動（便于對接、跟隨可預(yù)測路徑、限制旋轉(zhuǎn)）。 按對齊結(jié)構(gòu)來組織項(xiàng)目組，以允許快速的視覺搜索。6.4 3D界面以下列舉一些有效的3D界面特性，可能充當(dāng)設(shè)計(jì)人員、研究人員和 使用戶能構(gòu)建視覺組以支持空間回憶（把項(xiàng)放在角落或有色彩的區(qū)域）?；谄嫠济钕氲耐黄扑坪跏强赡艿?。用立體顯示、觸覺反饋和3D聲音來豐富界面，還

52、可證明不止在專門的應(yīng)用程序中是有益的。6.4 3D界面 使用戶能構(gòu)建視覺組以支持空間回憶（把項(xiàng)放在角落或有色彩的如果遵循包含了增強(qiáng)的3D特性的這些指南，就可能更快地得到更大的回報(bào)： 提供概覽，這樣用戶就能看到大圖片（俯視圖顯示、聚合視圖）。 允許遠(yuǎn)距傳物（通過在概覽中選擇目的地來快速切換背景）。 提供X光線視覺以便用戶能夠看透或看穿物體。 提供歷史操作保存（記錄、取消、回放、編輯）。 允許對物體進(jìn)行豐富的用戶動作（保存、復(fù)制、注釋、共享、發(fā)送）。 允許遠(yuǎn)程協(xié)同（同步的、異步的）。 給予用戶對說明文本的控制權(quán)（彈出、浮動或偏心標(biāo)簽和屏幕提示），讓他們按需查看細(xì)節(jié)。 提供用于選擇、標(biāo)記和測量的工具

53、。6.4 3D界面如果遵循包含了增強(qiáng)的3D特性的這些指南，就可能更快地得到更大 實(shí)現(xiàn)動態(tài)詢問，以便快速濾掉不需要的項(xiàng)。 支持語義縮放和移動（簡單的動作把對象移到前面和中心并披露更多的細(xì)節(jié)）。 使地標(biāo)能夠顯示它們自己，甚至是在遠(yuǎn)處。允許多個(gè)坐標(biāo)視圖（用戶一次能處于不止一個(gè)地方、一次能看到不止一種排列的數(shù)據(jù)）。 開發(fā)更可識別和記憶的、新奇的3D 圖標(biāo)來表示概念。6.4 3D界面 實(shí)現(xiàn)動態(tài)詢問，以便快速濾掉不需要的項(xiàng)。6.4 3D界面三維環(huán)境深受某些用戶的賞識，對某些任務(wù)是有幫助的。如果設(shè)計(jì)人員超越模擬三維現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)，三維環(huán)境就會有用于新的社會、科學(xué)和商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的潛力。增強(qiáng)的3D界面能夠成為使某種

54、類型的3D遠(yuǎn)程會議、協(xié)同和遠(yuǎn)程操作流行的關(guān)鍵。當(dāng)然，它將采用良好設(shè)計(jì)的3D界面（純的、受約束的或增強(qiáng)的）并進(jìn)行更多的研究，以發(fā)現(xiàn)除了吸引首次用戶的娛樂特性之外的回報(bào)。成功將屬于那些提供引人注目的內(nèi)容、相關(guān)的特性、適當(dāng)?shù)膴蕵泛托碌纳鐣襟w結(jié)構(gòu)支持的設(shè)計(jì)人員。通過研究用戶性能和測量滿意度，這些設(shè)計(jì)人員將能夠完善其設(shè)計(jì)，并改進(jìn)指南供其他人效仿。6.4 3D界面三維環(huán)境深受某些用戶的賞識，對某些任務(wù)是有幫助的。如果設(shè)計(jì)人遠(yuǎn)程操作有兩個(gè)起源：個(gè)人計(jì)算機(jī)中的直接操縱和在復(fù)雜環(huán)境中由操作者進(jìn)行的物理過程控制。典型的任務(wù)是運(yùn)行發(fā)電廠或化工廠、控制制造廠或外科手術(shù)、駕駛飛機(jī)或車輛。如果這些物理過程發(fā)生在遠(yuǎn)程位置

55、，我們就是在討論遠(yuǎn)程操作或遠(yuǎn)程控制。為了遠(yuǎn)程執(zhí)行控制任務(wù)，操作者可能與計(jì)算機(jī)交互，計(jì)算機(jī)可能在沒有人干預(yù)的情況下執(zhí)行一些控制任務(wù)。這種想法是由監(jiān)督控制概念而得來的。盡管監(jiān)督控制和直接操縱源于不同的問題領(lǐng)域，且通常應(yīng)用于不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但它們具有很強(qiáng)的相似性。6.5 遠(yuǎn)程操作遠(yuǎn)程操作有兩個(gè)起源：個(gè)人計(jì)算機(jī)中的直接操縱和在復(fù)雜環(huán)境中由操如果可接受的用戶界面能夠構(gòu)建出來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制或遠(yuǎn)程操作的機(jī)會就會很大。當(dāng)設(shè)計(jì)人員有足夠的時(shí)間來提供適當(dāng)?shù)姆答佉栽试S有效的決策時(shí)，在制造、醫(yī)療、軍事行動和計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作方面有吸引力的應(yīng)用系統(tǒng)就是可行的。家庭自動化應(yīng)用系統(tǒng)能把電話應(yīng)答機(jī)的遠(yuǎn)程操作擴(kuò)展為安全

56、和訪問系統(tǒng)、能源控制和家電操作。太空、水下或敵對環(huán)境中的科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，使新的研究項(xiàng)目能夠既經(jīng)濟(jì)又安全地實(shí)施。在傳統(tǒng)的直接操縱界面中，感興趣的對象和動作連續(xù)顯示：用戶通常使用指向、點(diǎn)擊或拖動而不是鍵入，且指示變化的反饋是即時(shí)的。然而，如果所操作的設(shè)備是遠(yuǎn)程的，這些目標(biāo)就不可能實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)人員必須花費(fèi)額外的努力來幫助用戶處理較慢的響應(yīng)、不完整的反饋、增大的故障可能性和較復(fù)雜的錯(cuò)誤恢復(fù)過程。這些問題與硬件、物理環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和任務(wù)域緊密相連。6.5 遠(yuǎn)程操作如果可接受的用戶界面能夠構(gòu)建出來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制或遠(yuǎn)程操一個(gè)典型的遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)是遠(yuǎn)程醫(yī)療，或通過通信鏈路實(shí)現(xiàn)的醫(yī)療護(hù)理。這允許內(nèi)科醫(yī)生遠(yuǎn)

57、程地給病人做檢查，以及外科醫(yī)生完成遠(yuǎn)程手術(shù)。一個(gè)不斷增長的應(yīng)用系統(tǒng)是遠(yuǎn)程病理學(xué)，病理學(xué)家在遠(yuǎn)程顯微鏡下檢查組織的樣本或體液。發(fā)送工作站有一臺裝在電動光學(xué)顯微鏡上的高分辨率攝像機(jī)。接收工作站的病理專家能夠使用鼠標(biāo)或小鍵盤來操縱該顯微鏡，并能看到放大的樣本的高分辨率圖像。兩名看護(hù)者通過電話交談來協(xié)調(diào)控制，遠(yuǎn)程病理學(xué)家能夠請求將載玻片人工放置在顯微鏡下，等等。6.5 遠(yuǎn)程操作一個(gè)典型的遠(yuǎn)程應(yīng)用系統(tǒng)是遠(yuǎn)程醫(yī)療，或通過通信鏈路實(shí)現(xiàn)的醫(yī)療護(hù)遠(yuǎn)程環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)引入若干復(fù)雜因素： 時(shí)間延遲。網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件造成發(fā)送用戶動作和接收反饋的延遲：傳輸延遲，或命令到達(dá)顯微鏡所花的時(shí)間（例如通過調(diào)制解調(diào)器來傳輸命令）和操

58、作延遲，即直到顯微鏡響應(yīng)的時(shí)間。系統(tǒng)中的這些延遲妨礙操作者得知系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。例如，定位命令已經(jīng)發(fā)出，載玻片可能需要幾秒鐘的時(shí)間才開始移動。 不完整的反饋。原來為直接控制而設(shè)計(jì)的設(shè)備可能沒有適當(dāng)?shù)膫鞲衅骰驙顟B(tài)指示器。例如，顯微鏡能夠傳送它的當(dāng)前位置，但它運(yùn)轉(zhuǎn)得如此之慢以至于它不指示當(dāng)前的精確位置。 非期望干預(yù)。由于被操作的設(shè)備是遠(yuǎn)程的，因此與桌面直接操縱環(huán)境相比，非期望干預(yù)更可能發(fā)生。例如，如果本地操作者意外地移動了顯微鏡下的載玻片，指示的位置可能是不正確的。在執(zhí)行遠(yuǎn)程操作期間，也可能會發(fā)生故障，卻沒有事件的良好指示發(fā)送到遠(yuǎn)程場所。6.5 遠(yuǎn)程操作遠(yuǎn)程環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)引入若干復(fù)雜因素：6.5 遠(yuǎn)

59、程操作這些問題的解決方案之一，是把網(wǎng)絡(luò)延遲和故障作為系統(tǒng)的一部分來加以詳細(xì)說明。用戶看到系統(tǒng)開始狀態(tài)的模型、已被初始化的動作和系統(tǒng)執(zhí)行動作時(shí)的狀態(tài)。用戶可能更喜歡確定目的地（而不是動作）然后等待，直到動作被完成，之后，如果需要就重新調(diào)整目的地。遠(yuǎn)程操作通常也用于軍事和民用航天項(xiàng)目中。無人機(jī)已得到廣泛使用，遠(yuǎn)程操作的導(dǎo)彈發(fā)射飛機(jī)已被測試。敏捷、靈活的移動機(jī)器人存在于很多危險(xiǎn)的任務(wù)情形中。水下與太空探索等軍事任務(wù)和艱苦環(huán)境，是強(qiáng)有力的改進(jìn)設(shè)計(jì)的驅(qū)動器。6.5 遠(yuǎn)程操作這些問題的解決方案之一，是把網(wǎng)絡(luò)延遲和故障作為系統(tǒng)的一部分來虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR），也稱靈境技術(shù)或人工

60、環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進(jìn)行位置移動時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D影像傳回產(chǎn)生臨場感。見圖6-8。6.6 虛擬和增強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR），也稱靈圖6-8 虛擬現(xiàn)實(shí)圖6-8 虛擬現(xiàn)實(shí)而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）則是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)