第09章 人機界面設(shè)計

軟件工程第9章人機界面設(shè)計1復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程內(nèi)容摘要人的因素人機界面風格人機界面分析與建模界面設(shè)計活動實現(xiàn)工具設(shè)計評估2復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程內(nèi)容摘要人的因素人機界面風格人機界面分析與建模界面設(shè)計活動實現(xiàn)工具設(shè)計評估3復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人的因素人的因素主要包括:人對感知過程的認識用戶的技能和行為方式用戶所要求完成的整個任務(wù)以及用戶對人機界面部分的特殊要求4復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人對感知過程的認識人通過感覺器官認識客觀世界，因此設(shè)計用戶界面時要充分考慮人的視覺、觸覺、聽覺的作用。人機界面是在可視介質(zhì)上實現(xiàn)的,如正文、圖形、圖表等。人們根據(jù)顯示內(nèi)容的體積、形狀、顏色等種種表征來解釋所獲取的可視信息。因此，字體、大小、位置、顏色、形狀等都會直接影響信息提取的難易程度。很好地表示可視信息是設(shè)計友好界面的關(guān)鍵。5復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程用戶從界面提取到的信息需要存入人的記憶中，供以后回憶和使用。在設(shè)計人機界面時不能要求用戶記住復(fù)雜的操作順序。大多數(shù)人遇到問題時不進行形式的演繹和歸納推理，而是使用一組啟發(fā)式策略，這組策略是以往對類似問題的處理中逐漸獲得的。因此，設(shè)計人機界面時應(yīng)便于用戶積累有關(guān)交互工作的經(jīng)驗，同時要注意啟發(fā)式策略的一致性，不宜受特殊交互的影響。如，undo、exit等有統(tǒng)一的含義、位置和表示。6復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程用戶的技能和行為方式用戶本身的技能、個性上的差異、行為方式的不同，都可能對人機界面造成影響。不同類型的人對同一界面的評價也不同。終端用戶的技能直接影響他們從人機界面上獲取信息的能力，影響交互過程中對系統(tǒng)作出反應(yīng)的能力，以及使用啟發(fā)式策略與系統(tǒng)和諧地交互的能力應(yīng)根據(jù)用戶的特點設(shè)計人機界面7復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程用戶分類：外行型：不熟悉計算機操作，對系統(tǒng)很少或毫無認識初學型：對計算機有一些經(jīng)驗，對新系統(tǒng)不熟悉，需要相當多的支持熟練型：對系統(tǒng)有豐富的使用經(jīng)驗，能熟練操作，但不了解系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不能糾正意外錯誤，不能擴充系統(tǒng)的能力專家型：了解系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，有系統(tǒng)工作機制的專門知識，具有維護和修改系統(tǒng)的能力，希望為他們提供具備修改和擴充系統(tǒng)能力的復(fù)雜界面8復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程例如：WinXp控制面板的向?qū)Чδ苓m合不太熟練的用戶9復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人體測量學對設(shè)計的影響人具有多樣性，人機界面設(shè)計必須符合使用該系統(tǒng)的用戶的特點。人的多樣性包括：身體能力的多樣性，工作環(huán)境的多樣性，認知能力的多樣性，個性的多樣性和文化的多樣性。

10復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人體測量學對設(shè)計的影響不同的用戶在使用軟件系統(tǒng)時所處的環(huán)境也不同，而工作環(huán)境對于用戶的使用也有很大的影響。不適合的環(huán)境會增加系統(tǒng)的出錯概率，降低用戶的工作效率。不同用戶的認知能力差異很大。對人機界面設(shè)計者來說，對用戶的認知能力的理解非常重要。設(shè)計人機界面必須考慮到不同用戶的認知能力，控制系統(tǒng)的復(fù)雜度和學習開銷。11復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人體測量學對設(shè)計的影響個性差異體現(xiàn)在很多方面。例如男性和女性個性差異就是一種基本的個性差異。在開發(fā)游戲軟件方面，需要考慮到用戶的個性特點。這方面并沒有統(tǒng)一的標準和測量方法，但越來越多的實踐表明，對于不同個性的用戶調(diào)查其使用習慣進行設(shè)計是必要的。文化差異體現(xiàn)在民族、語言等用戶文化背景的差異，不同地區(qū)的設(shè)計者對于其他地區(qū)的文化缺少了解。為了解決文化差異，需要將軟件系統(tǒng)國際化和本地化，人機界面也必須支持國際化和本地化設(shè)計。12復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程主要的可測的人性因素1. 用戶時間：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其使用系統(tǒng)完成一系列特定任務(wù)所需要使用的時間。2. 基準時間：統(tǒng)計系統(tǒng)正確完成基準任務(wù)需要的時間。3. 基準出錯率：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其在完成基準任務(wù)時所犯的錯誤情況。4. 任務(wù)出錯率：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其使用系統(tǒng)完成一系列特定任務(wù)時所犯的錯誤情況。13復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程主要的可測的人性因素（續(xù)）5. 學習能力：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其學習使用系統(tǒng)的時間。6. 記憶能力：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其在使用系統(tǒng)后的記憶保持時間。7. 主觀看法：在系統(tǒng)面向的使用者集合中，選擇一些具有代表性的典型用戶，統(tǒng)計其使用系統(tǒng)后的主觀滿意情況。14復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程主要的可測的人性因素以上幾種可測量的人性因素并不是每種都能在設(shè)計中保持在最佳狀態(tài)，在設(shè)計時，必須根據(jù)實際情況進行取舍。如果要維持比較低的出錯率，那么系統(tǒng)的效率可能就要變差；如果要保證系統(tǒng)的效率，那么用戶的學習時間就要增加，記憶時間也會減少。在進行人機界面設(shè)計時，就要針對系統(tǒng)的用戶集合和任務(wù)集合對設(shè)計目標進行論證或折衷。15復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程內(nèi)容摘要人的因素人機界面風格人機界面分析與建模界面設(shè)計活動實現(xiàn)工具設(shè)計評估16復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人機界面風格第一代：命令和詢問方式的界面正文形式的通信，通過用戶命令和用戶對系統(tǒng)詢問的響應(yīng)來完成。由于使用正文通信，因此用戶容易出錯，界面不友善，難以學習。第二代：簡單的菜單式界面 與第一代界面相比不易出錯，但使用起來乏味，逐層進行不能一步到位。17復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程第三代：窗口、圖標、菜單、指示器四位一體的界面能同時顯示不同種類的信息，可在多個工作環(huán)境（窗口）中切換，窗口使用戶能自如地執(zhí)行許多通信型和認知型任務(wù)通過下拉式菜單可方便地執(zhí)行控制型和對話型任務(wù)引入圖標、下拉式菜單、按鈕和滾動桿技術(shù)，可大大減少鍵盤輸入，提高交互效率第四代：第三界面與超文本、多任務(wù)概念相結(jié)合的界面，用戶可同時執(zhí)行多個任務(wù)。18復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程語言界面根據(jù)語言的特點命令語言界面可分為：形式語言。這是一種人工語言，特點是簡潔、嚴密、高效，不僅是操縱計算機的語言，而且是處理語言的語言；自然語言。特點是具有多義性、微妙、豐富；類自然語言。這是計算機語言的一種特例。命令語言要求驚人的記憶和大量的訓(xùn)練，并且容易出錯，使入門者望而生畏，但比較靈活和高效，適合于專業(yè)人員使用。19復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程圖形用戶界面圖形用戶界面(GUI-GraphicsUserInterface)是當前用戶界面的主流，廣泛應(yīng)用于各檔臺式微機和圖形工作站當前各類圖形用戶界面的共同特點是以窗口管理系統(tǒng)為核心，使用鍵盤和鼠標器作為輸入設(shè)備。窗口管理系統(tǒng)除基于可重疊多窗口管理技術(shù)外，廣泛采用的另一核心技術(shù)是事件驅(qū)動(Event-Driven)技術(shù)。圖形用戶界面和人機交互過程極大地依賴視覺和手動控制的參與，因此具有強烈的直接操作特點。20復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程圖形用戶界面圖形用戶界面中菜單的表現(xiàn)形式比字符用戶界面更為豐富，在菜單項中可以顯示不同的字體、圖標甚至產(chǎn)生三維效果。菜單界面與命令語言界面相比，用戶只需確認而不需回憶系統(tǒng)命令，從而大大降低記憶負荷。但菜單的缺點是靈活性和效率較差，可能不十分適合于專家用戶?；趫D形用戶界面的優(yōu)點是具有一定的文化和語言獨立性，并可提高視覺目標搜索的效率。圖形用戶界面的主要缺點是需要占用較多的屏幕空間，并且難以表達和支持非空間性的抽象信息的交互。21復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程直接操縱用戶界面直接操縱(Directmanipulation)用戶界面是Shneiderman首先提出的概念，直接操縱用戶界面更多地借助物理的、空間的或形象的表示，而不是單純的文字或數(shù)字的表示。22復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程從用戶界面設(shè)計者角度看：設(shè)計圖形比較因難，需大量的測試和實驗；復(fù)雜語義、抽象語義表示比較困難；不容易使用戶界面與應(yīng)用程序分開獨立設(shè)計?？傊?，直接操縱用戶界面不具備命令語言界面的某些優(yōu)點。23復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程多媒體用戶界面多媒體用戶界面被認為是在智能用戶界面和自然交互技術(shù)取得突破之前的一種過渡技術(shù)。多媒體技術(shù)引入了動畫、音頻、視頻等動態(tài)媒體，特別是引入了音頻媒體，從而大大豐富了計算機表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計算機輸出的帶寬，提高了用戶接受信息的效率。24復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程多媒體用戶界面多媒體用戶界面豐富了信息的表現(xiàn)形式，但基本上限于信息的存儲和傳輸方面，并沒有理解媒體信息的含義，這是其不足之處，從而也限制了它的應(yīng)用場合。25復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程多通道用戶界面80年代后期以來，多通道用戶界面(MultimodalUserInterface)成為人機交互技術(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)，使用戶利用多個通道以自然、并行、協(xié)作的方式進行人機對話，通過整合來自多個通道的精確的和不精確的輸入來捕捉用戶的交互意圖，提高人機交互的自然性和高效性。26復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程內(nèi)容摘要人的因素人機界面風格人機界面分析與建模界面設(shè)計活動實現(xiàn)工具設(shè)計評估27復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人機界面設(shè)計過程人機界面的設(shè)計過程是迭代的，包括四個不同的框架活動用戶、任務(wù)和環(huán)境分析及建模界面設(shè)計界面構(gòu)造界面確認用戶、任務(wù)和環(huán)境分析界面設(shè)計實現(xiàn)界面確認28復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程設(shè)計人員首先分析將與系統(tǒng)交互的用戶的特點。記錄下技能級別、業(yè)務(wù)理解以及對新系統(tǒng)的一般感悟，并定義不同的用戶類別。對每一個用戶類別，進行需求誘導(dǎo)。軟件工程師試圖去理解每類用戶的系統(tǒng)感覺。一旦定義好一般需求，將進行更詳細的任務(wù)分析。標識、描述和精化那些用戶為了達到系統(tǒng)目標而執(zhí)行的任務(wù)。29復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人機界面設(shè)計過程用戶環(huán)境分析關(guān)注系統(tǒng)物理工作環(huán)境。通常問這樣一些問題：界面將物理地位于何處？用戶是否坐著、站著或完成其他和該界面無關(guān)的任務(wù)？界面硬件是否適應(yīng)空間、光線或噪音的約束？是否需要考慮特殊的由環(huán)境因素驅(qū)動的人的因素？30復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人機界面設(shè)計過程界面設(shè)計的目標是定義一組界面對象和動作（以及它們的屏幕表示）。設(shè)計完成后，軟件工程師根據(jù)設(shè)計方案，使用實現(xiàn)工具完成界面的構(gòu)造。界面確認關(guān)注：界面正確地實現(xiàn)每個用戶任務(wù)的程度、適應(yīng)所有任務(wù)變更的能力以及達到所有一般用戶需求的能力；界面容易使用和學習的程度；用戶接受界面作為它們工作中有用工具的程度。31復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程例子：注射器劑量輸入界面32復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程人機界面設(shè)計中涉及的模型軟件工程師創(chuàng)建的設(shè)計模型（designmodel）：整個系統(tǒng)設(shè)計模型包括對軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)、界面和過程的表示。界面設(shè)計往往是設(shè)計模型的附帶結(jié)果。人機工程師創(chuàng)建的用戶模型（usermodel）：用戶模型描述系統(tǒng)終端用戶的特點。設(shè)計前，應(yīng)對用戶分類，了解用戶的特點，包括年齡、性別、實際能力（physicalabilities）、教育、文化和種族背景、動機、目的以及個性。33復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程終端用戶在腦海里對界面產(chǎn)生的映象，稱為用戶的模型（user′smodel）或系統(tǒng)感覺（systemperception）：系統(tǒng)感覺是終端用戶主觀想象的系統(tǒng)映象，它描述了期望的系統(tǒng)能提供的操作，其描述的精確程度依賴于終端用戶對軟件的熟悉程度。系統(tǒng)實現(xiàn)者創(chuàng)建的系統(tǒng)映象（systemimage）：系統(tǒng)映象包括基于計算機的系統(tǒng)的外在表示（界面的觀感）和用來描述系統(tǒng)語法和語義的支撐信息（書、手冊、錄像帶、幫助文件）。如果系統(tǒng)映象和系統(tǒng)感覺是一致的，用戶就會對軟件感到很舒服，使用起來就很有效。34復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程任務(wù)分析的途徑與方法進行任務(wù)分析有兩種途徑 （1）剖析原有應(yīng)用系統(tǒng)（可能是手工的或是半手工方式）的工作步驟，將其映射到人機界面上執(zhí)行的一組任務(wù)； （2）通過對系統(tǒng)需求規(guī)格說明的分析，導(dǎo)出與設(shè)計模型、用戶模型和系統(tǒng)感覺相協(xié)調(diào)的一組任務(wù)。35復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程無論通過什么渠道進行任務(wù)分析，軟件工程師必須首先定義任務(wù)并對任務(wù)分類，進行任務(wù)分析可以采用逐步精化的方法和面向?qū)ο蟮姆椒?。例如：一個小軟件公司想要為室內(nèi)設(shè)計人員建立一個計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，采用逐步精化的方法，通過設(shè)計人員觀察，了解到室內(nèi)設(shè)計主要包括以下活動：家具布置、材料選擇、墻和窗的涂料選擇、對用戶的展示、商定價格和購買?？梢詫⒚宽椚蝿?wù)細分成子任務(wù)36復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程家具布局可分為：（1）基于房間格局畫出樓層平面圖；（2）將門窗放在適當位置；（3）用家具模板在平面圖上畫出家具輪廓；（4）將家具輪廓放到最合適的位置；（5）標記出所有家具輪廓；（6）畫出尺寸以確定位置；（7）畫出客戶的視圖。對于其他的每個主要任務(wù)也可以進行類似的劃分37復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程任務(wù)分析的途徑與方法另一種任務(wù)分析方法采用了面向?qū)ο蟮挠^點。軟件工程師觀察室內(nèi)設(shè)計人員使用的物理對象以及施加在每個對象上的動作例如，家具模板應(yīng)是這種任務(wù)分析方法中的一個對象，室內(nèi)設(shè)計人員可以“選擇”適當?shù)募揖吣０?，將其“移動”到合適的位置，“畫出”家具模板的輪廓等等。38復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程內(nèi)容摘要人的因素人機界面風格人機界面分析與建模界面設(shè)計活動實現(xiàn)工具設(shè)計評估39復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程定義界面對象和動作界面設(shè)計過程可以按照以下方式進行1．建立任務(wù)的目標和意圖。2．將每個目標或意圖映射為一系列特定的動作。3．按在界面上執(zhí)行的方式說明這些動作的順序。4．指明系統(tǒng)狀態(tài)，即執(zhí)行動作時的界面表現(xiàn)。5．定義控制機制，即用戶可用的改變系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)備和動作。6．指明控制機制如何影響系統(tǒng)狀態(tài)。7．指明用戶如何通過界面上的信息解釋系統(tǒng)狀態(tài)。40復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程定義界面對象和動作分析用戶場景，也就是，寫下一個用戶場景的描述，將名詞（對象）和動詞（動作）分離出來，形成對象和動作的列表。屏幕布局，進行圖符的圖形設(shè)計和放置、屏幕文字的定義、窗口的規(guī)約和命名以及各種菜單項的定義。制訂一份指導(dǎo)工作的文檔通常是設(shè)計的關(guān)鍵。在設(shè)計的初期就應(yīng)該不斷完善這份文檔。指導(dǎo)文檔必須是動態(tài)的41復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程指導(dǎo)文檔文字和圖標術(shù)語、縮略語和大寫字符集，字體，字體大小和樣式圖標、圖形和線的粗細度色彩、背景、突出顯示和閃爍的使用屏幕布局問題菜單選擇、表格填充和對話框格式提示用語、反饋和出錯消息對齊方式、空白區(qū)和邊緣空白數(shù)據(jù)項的輸入顯示方式，表格的輸入顯示方式頁眉和頁腳的使用和內(nèi)容輸入輸出設(shè)備鍵盤、顯示器、鼠標和其他指點設(shè)備聲音探測、聲音反饋、觸摸式輸入和其他特殊設(shè)備各種人物的響應(yīng)時間行為順序圖形界面的點擊、拖動等輸入行為命令的語法、語義、優(yōu)先級程序功能鍵錯誤處理和恢復(fù)培訓(xùn)在線幫助培訓(xùn)和參考資料42復(fù)旦大學計算機科學與工程系軟件工程課程設(shè)計問題系統(tǒng)響應(yīng)時間用戶求助設(shè)施（userhelpfacilities）錯誤信息