（设计艺术学专业论文）以用户为中心的软件界面的设计分析、建模与设计研究.pdf

摘要 摘要 软件界面是人一计算机系统的重要组成部分，是人机交互的载体和媒介。数 字技术突飞猛进，社会信息化进程不断推进，都迫切要求界面具备自然、高效、 易学、易用的特征，更加人性化，更好地满足人的精神需求。传统以“技术为 中心的软件开发方法导致很多软件产品功能强大却难以使用。基于整个设计思想 从面向机器和技术到面向人的转变，以用户为中心已成为软件界面设计的核心指 导思想。 本文正是以此为研究方向，从人机工程、认知心理、设计艺术和设计方法等 理论出发，探讨了以用户为中心的思想在软件界面设计中的实现途径和实现方法。 主要包括： ( 1 ) 用户是“人 ，具有人的共同特性，用户在与软件界面交互时都会在各 个方面反映出这些特性，并受其制约。对此本文主要阐述了三点： 人的生理特性与界面设计。介绍了人视觉、听觉和触觉系统、参数和特征， 阐述了基于这些参数和特征的界面设计原则、方法和要求。 人的认知心理与界面设计。介绍了人信息加工系统的构造和模型，并基于 模型中感觉、知觉、记忆、思维、注意等信息处理单元的特点，探讨了如 何提高界面的可感知性、优化界面记忆、减轻界面学习负担、合理分配注 意资源、防范和解决出错等一系列问题。通过介绍用户思维模型的作用机 制，阐述了界面隐喻是提高界面认知效率的有效方法，并详细阐述了界面 隐喻的方法、优点和局限性。 人的精神需求与界面设计。提出软件界面应通过全面的用户体验设计使界 面更具人性化且满足用户更高层次的精神需求。并探讨了三个界面用户体 验设计的表达途径：感官体验：即用户对界面中视、听等元素的感官 审美；情感体验：表现为界面人机交互中用户所获得的安全、自由和 成就等情感；文化体验：主要指界面人机交互中能映射出用户所属群 体共有的观念、意识、价值观、习俗、生活方式、思想、习惯等文化内涵。 v 山东大学硕十学位论文 ( 2 ) 用户是特定界面使用者，每个界面设计都对应于特定“人”( 用户) 和 “事 ( 用户想要做的事) ，通过对特定的“人 和“事”的具体研究，论述了软 件界面实现以用户为中心设计思想应采取的设计方法和流程。主要包括：阐述 了用户调研和用户参与设计的具体过程；介绍了设计团队的组成策略；提 出了目标导向设计策略和角色一目标一事件方法模型，即使用扮演用户的角色这个 工具，坚持目标导向设计策略，利用场景和故事板等情境分析方法对用户要做的 事进行挖掘和描述，以确定界面交互事件、任务结构和人机对话；总结了以用 户为中心软件界面的设计流程。 总之，本文论述了在软件界面设计中提高其可用性目标和体验目标的设计准 则和具体方法，提出了以用户为中心的软件界面的设计方法和设计流程。最终从 共性和个性两个层面，探讨了如何在软件界面设计中提高人机交互的自然、高效、 体验和舒适性，回答了“在软件界面设计中如何实现以用户为中心这一根本问 题。 关键词：以用户为中心；软件；用户界面；可用性；体验 v i a b s t r a c t a b s t r a c t t h eu s e ri n t e r f a c eo fs o f t w a r ei st h ei m p o r t a n td e m e n to fh u m a n - c o m p u t e rs y s t e m , a n di t i st h em e d i u ma n dt o o lo fh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n w i t ht h eg r e a t l y a d v a n c i n gd i g i t a lt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o na g e ，u s e ri n t e r f a c es h o u l db em o r en a t u r a l a n de f f e c t i v e ，m o r ee a s i l ys t u d y i n ga n du s i n g ，m o r eh u m a n i t y , a n db e t t e rt of i l lt h e u s e r s s p i r i t d e m a n d t h em e t h o do fu s e r - c e n t e rs u b s t i t u t e sf o rt r a d i t i o n a l t e c h n o l o g y - c e n t e ri ns o f t w a r ed e s i g n ，b e c a u s et r a d i t i o n a lw a ya l w a y sm a k e st h a t s o f t w a r ew i t hg o o df u n c t i o ni sd i f f i c u l tt ou s e i nc o n c l u s i o n , t h ei d e ao fu s e r - c e n t e rh a s b e c o m et h ec o r ea n db a s e dg u i d e l i n ef o ru s e ri n t e r f a c eo fs o f h v a r e p o i n t i n gt ot h i s ，t h et h e s i su s e st h e s et h e o r i e so fe r g o n o m i c s ，c o g n i t i v ep s y c h o l o g y , d e s i g na r ta n dd e s i g nm e t h o d o l o g yt or e s e a r c hh o w t oc a r r yo u tt h ei d e ao fu s e r - c e n t e r f o rd e s i g n i n gs o f t w a r e su s e ri n t e r f a c e m a i np o i n t si n c l u d e ： ( 1 ) b e c a u s eu s e ri sp a r to fh u m a n k i n d ，t 1 1 e yh a v es o m ec h a r a c t e r sw h i c hh u m a n b e i n gp o s s e s s v g h e no p e r a t i n gt h ei n t e r f a c e ，u s e rc e r t a i n l ys h o wt h e s ec h a r a c t e r sa n d a r er e s t r i c t e db yt h e m f o rt h i s ，t h et h e s i se x p l o r e st h r e em a i na s p e c t s h u m a n sp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o na n di n t e r f a c ed e s i g n i n g i tp r e s e n t st h e f u n c t i o n , p a r a m e t e ra n df e a t u r eo fv i s i o n ，h e a r i n ga n dt o u c h m o r e o v e r , i t i n t r o d u c e ss o m ep r i n c i p l e s ，m e t h o d sa n ds t r a t e g i e sw h i c ha r eb a s e dt h e s e p a r a m e t e ra n df e a t u r ef o rd e s i g n i n gi n t e r f a c e h u m a n sc o g n i t i v ep s y c h o l o g ya n di n t e r f a c ed e s i g n i n g i tp r e s e n t st h e s t r u c t u r ea n dm o d e lo fh u m a n si n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gs y s t e m a f t e r i n t r o d u c i n gt h es e n s e ，c o n s c i o u s n e s s ，m e m o r y , t h i n k i n ga n da t t e n t i o n ，i tm a k e s u sk n o wh o wt oh e l pu s e ra p p e r c e i v e ，o p t i m i z em e m o r ys t r u c t u r e ，e a s es t u d y t a s k ，a l l o c a t et h ea t t e n t i o n ，a v o i da n ds o l v ee r r o r , e t c a f t e ri n t r o d u c i n gt h e f u n c t i o no fu s e r sm e n t a lm o d e l ，i tp u t sf o r w a r dt h a tm e t a p h o ri sa ne f f e c t i v e t o o lt oh e l pu s e ra p p e r c e i v e ，a n ds e t sf o r t ht h ea p p r o a c h ，a d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so fm e t a p h o r h u m a n ss p i r i t u a ld e m a n da n di n t e r f a c ed e s i g n i n g i tp r e s e n t st h a tt o t a l e x p e r i e n c ed e s i g ni sag o o dt o o lt om a k ei n t e r f a c es a t i s f yu s e r sh i g h g r a d e v l i 山东大学硕十学位论文 s p i r i t u a ld e m a n d m o r e o v e r , i te x p l o r e s t h r e em a i n a p p r o a c h o fu s e r e x p e r i e n c ed e s i g n t h ef i r s t i ss e n s o r ye x p e r i e n c ew h i c hu s e rh a sag o o d s e n s o r yf e e l i n gt o t h ev i s u a la n dh e a r a b l ed e m e n t so ft h ei n t e r f a c e t h e s e c o n di se m o t i o n a le x p e r i e n c ew h i c hi n c l u d e ss a f e t y , f r e e d o m , a c h i e v e m e n t , e t c t h el a s ti sc u l t u r a le x p e r i e n c ew h i c hi n c l u d e si d e o l o g y , v a l u ej u d g m e n t , l i f es t y l e ，t h i n k i n g , c u s t o m ，e t c ( 2 ) b e c a u s eu s e ri st h em a n w h om a k e su s eo ft h es p e c i f i ci n t e r f a c e , e a c hi n t e r f a c e h a sc o r r e s p o n d i n g m a n w h oi su s e ra n d t h i n g w h i c ht h eu s e rw a n t st od ow i t ht h e i n t e r f a c e p o i n t i n gt ot h i s ，t h et h e s i sp r e s e n t sd e s i g n i n gm e t h o da n df l o ww h i c h e n s u r e t h a tu s e r - c e n t e rc a nb ea p p l i e dt ot h ed e v e l o p m e n to fs o f ti n t e r f a c e 1 1 1 e ya r ea s f o l l o w i n g f i r s t l y , i n v e s t i g a t i n gu s e r a n du s e rt a k i n gp a r ti nt h ed e v e l o p m e n ta r e i n t r o d u c e d s e c o n d l y , h o wt om a k eu po ft h ed e s i g nt e a mi se x p l o r e d t h et h i r d , t a r g e t - o r i e n t e da n dm e t h o dm o d e l o fp e r s o n a - t a r g e t - t a s ka r ep u tf o r w a r d u s i n gt o o l sa s p e r s o n a , t a r g e t o r i e n t e d ，s c e n a r i ob u i l d i n gb ys c e n e a n ds t o r y , w ec a ns p e c i f yt h e t a s k w l l i c hu s e rw a n t st od oa n dm a k es u r ei n t e r f a c e sf u n c t i o n ，t a s ka n dd i a l o g u e l a s t l y , t h e d e s i g nf l o wo fu s e r - c e n t e ri n t e r f a c ei sb r o u g h tf o r w a r d i nc o n c l u s i o n , h o wt oi m p r o v et h eu s a b i l i t ya n du s e re x p e r i e n c eo fi n t e r f a c ea r e e x p l o r e d ，a n dd e s i g n i n gm e t h o da n df l o ww h i c he n s u r et h a tu s e r - c e n t e rc a l lb ea p p l i e d t ot h ed e v e l o p m e n to fs o f ti n t e r f a c ea r ep r e s e n t e d t h a ti st os a y , f r o mg e n e r a lw a yt os p e c i a lw a y , t h et h e s i sm a k e su sk n o wh o wt od e v e l o pan a t u r a l ， e f f e c t i v e ，j o y f u la n dc o m f o r t a b l ei n t e r f a c eo fs o f t w a r ea n da n s w e r st h ef u n d a m e n t a l q u e s t i o nh o w t oa p p l yu s e r - c e n t e rt ot h ed e v e l o p m e n to fs e t a r e i n t e r f a c e k e yw o r d s ：u s e r - c e n t e r e d ；s o f t w a r e ；u s e ri n t e r f a c e ；u s a b i l i t y ；e x p e r i e n c e v 1 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：垂i 红三 e t 期： 扣参、箩1 护 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：7 莛这三垒导师 期：丛与，瑰 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 信息时代已经到来，计算机已成为人们生产、生活、学习及工作中必不可少 的工具。科技的突飞猛进，促使计算机硬件的性能正在按照“摩尔定律”不断提 高，计算机的处理速度、存储容量、多媒体性能都达到了较高的水平，但这些高 性能的计算机资源并未被有效利用，这主要是因为人和计算机的交互界面不能满 足两者之间自然高效交互的需要，特别是很多软件的界面设计不符合人感知系统 的生理要求及人的认知心理，造成了使用者( 用户) 的认知障碍和人机信息交流 的不流畅，甚至产生误解，使软件不便于学习，不易于使用，大大降低了软件使 用的正确性和效率。 当前软件界面开发理论中已提出要研究用户，特别是对用户需求的关注，但 这些需求多体现在功能的层面上，如计算机辅助工业设计软件关心的是用户开发 产品的流程：创意、草图、建模及渲染等，而对用户精神层面的需求研究不够， 这里主要包括用户的审美体验和情感体验，这直接影响了人机交互的舒适性和用 户使用软件的主观满意度，也是目前软件竞争的核心要素之一。 软件界面开发需要多学科知识的融合：计算机科学、人机工程学、心理学、 设计艺术学等。作者作为设计艺术学的研究生，基于设计艺术、设计心理、人机 工程等相关理论，研究在软件界面设计中实现以用户为中心的思想的系统方法及 开发流程，以全面提高软件使用的正确性、效率和舒适性，如便于使用，易于学 习，提高可靠性，减少差错率，增强成就感等，从而使用户更满意。 1 2 软件界面 界面( i n t e r f a c e ) 是人机系统中的一个概念，如图1 一1 人机系统模型所示， 特指人与机交互关系的接口，所以又称为人机界面。 广义的人机界面：在人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作用的“面”， 称为人一机界面( m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) ，人与机之间的信息交流和控制活动 山东大学硕十学位论文 都发生在人机界面上。机器的各种显示都“作用 于人，实现机一人信息传递： 人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过脑的加工、决策，然后做出 反应，实现人一机的信息传递【卜。】。人机界面的设计直接关系到人使用“机 的安 全性、效率、可靠性和舒适性。 2 图1 1 人机系统模型( 广义) 人机硬件界面 ：软件界面 图i - 2 狭义人机界面图1 3 软件界面 狭义的人机界面：是指计算机系统中的人机界面( h u m a n - - c o m p u t e r 第1 章绪论 i n t e r f a c e ，简称为h c i ) ，又称作人机接口、用户赛面( u s e ri n t e r f a c e ) 及人机交 互( h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ) 等【1 4 ，一1 。计算机系统是指计算机硬件、软件和人 三者共同构成的人机系统，如图l - 2 所示：狭义人机界面是人与硬件、软件的交叉 部分，它帮助实现计算机硬件、软件和入三者之间的恰当联系和协调一致，是人 机交互的载体，是计算机科学、心理学、入机工程学、设计艺术学、社会学等多 学科的交叉，以用户及其与计算机的关系为主要研究对象。 软件界面：即图1 - 3 深色部分，是指入与软件交互的载体。人在使用软件过程 中不必考虑软件的内部算法和数据结构，只需按照自己的经验和已有的计算机使 用知识，通过软件界面，实现人和计算机的信息交流和特定的操作，以完成具体 的任务【2 】。所以说，软件界面设计的发展推动了计算机使用的普及，它把计算机技 术简单化了，使深奥复杂的计算机( 工具) 交得易于使用和控制，甚至没有任何 专业知识的小学生也能自由地在网上崧i 串浪 。 软件界面又称为数字界面或菲物质界面，它的概念、形式及存在方式与物质 界面有着很大的差异，如表1 - 1 所示，但两者也有共性的一面，即它们都是人机 交互的载体，是人机系统设计的关键，直接影响到“机的可用性和用户的满意 度。但应该说明，在计算机系统中，软件界面操作离不开硬件和硬件界面，如选 择菜单需要使用鼠标，填写表格需要键盘图1 2 也形象地表明了这一点。 软件( s o f t w a r e ) 是相对于计算机硬件提出的，它是一系列按照特定顺序组 织的计算机数据和指令的集合。广义的软件有系统软件，工具软件，w e b 软件等， 也包括手持数字产品的软件，如手机。相对应的软件界蔼则有系统软件界面，如 图1 4 是a p p l e 最新操作系统l e o p a r d 界面；工具软件界面，如图1 5 是m e t a c r e a t i o n s 公司推出的用于三维动物、人体造型和三维人体动画制作的工具软件p o s e r 6 0 主界 面；w e b 软件界面，如图1 - 6 是安徽工业大学邮件系统发邮件主界面；手持数字 产品软件界面，如图1 7 是手机交互平台。 1 3 以用户为中心 以用户为中心( u s e r - c e n t e r e d ) 是一种设计思想，而不是具体的设计方法。它 来源于“以人为本 的设计价值观，认为机器应该适应人，减轻人的体力和脑力 3 山东大学硕士学位论文 图1 5p o s e r 6 主界面 翩缡嘲鞫 l 黧筌薹篓篓篓 震怒鬟篓雾筌l 鬻缪雾鬓鬓瑟鬻；辫黪鬈餮缪饕 一秘： 一 i 兰冀善j 飘 图1 - 6 邮件系统发邮件主界面图l - 7 手机用户界面 负担，成为人的辅助者；这相比工业革命后的“以机器为本”或“以技术为中心” 是一个很大的进步，因为后者热衷于无限提高机器效率、速度、功能和精度等， 要求人按照机器的速度、精度、效率去行动，导致机器奴役人，严重增加了人的 体力负担和脑力负担以及工伤事故等负面作用睁8 1 。 在这种思想的指导下，在2 0 世纪8 0 年代末期兴起了以用户为中心设计 ( u s e r - c e n t e r e dd e s i g n ，u c d ) 的一种产品开发概念与方法，主张设计应该将焦点 放在使用者，依据他们现有的心智模式 7 , 9 , 1 0 】( m e n t a lm o d e l ) 自然的接受新产品， 而不是强迫使用者重新建立一套心智模式。这一方法的基本思想就是将用户时时 刻刻摆在设计过程的首位。在产品生命周期的最初阶段，产品策略应当以满足用 户的需求为基本动机和最终目的；在其后的产品设计和开发过程中，对用户的研 究和理解应当被作为各种决策的依据；同时，产品在各个阶段的评估信息也应当 来源于用户的反馈，所以用户是整个设计思想的核心。我们所做的是认真观察用 4 第1 章绪论 户和研究用户，以便知道怎样设计产品并获得成功。 以用户为中心的设计适用范围极广：与人相关的，给人使用、为人服务的一 切物质和非物质的设计都包含其中，如实体产品开发、软件设计、服务业和服务 概念的创新等。在软件界面设计中，以用户为中心的设计理论和方法主要包括： 用户层面：用户特征研究； 任务层面：任务分析、场景设计，即用户想做的事的界定。 实践也证明，以用户为中心的思想在软件界面设计中的应用，体现了设计的 关注点己从技术层面转移到人性的层面，在一定程度上缓解了信息技术与人之间 的隔阂，提高了软件的可用性和宜人性【1 1 , 1 2 】。 1 4 课题研究背景及现状 ( 1 ) 课题研究理论背景 从面向机器和技术的设计思想到面向人的设计思想的转变 6 1 在“以机器为本”设计思想的影响下，设计人员注重算法、数理逻辑和机器 的逻辑推理的研究，设计流程一般多为先设计功能，然后考虑软件结构，最后才 添加入机界面，用户必须学习大量面向计算机的技术知识才能使用计算机。面向 人的设计思想，就必须把使用者一用户放在第一位，研究用户，以用户为中心来 探讨软件的功能、结构和人机交互及界面开发。 非物质设计理论的兴起 在2 0 世纪8 0 年代，西方设计学界就开始探讨设计向后工业社会过渡和未来 的设计走向问题，提出了基于电子信息空间的虚拟化设计、大众媒介、电子信息 服务、网络界面设计等概念，这类以信息设计为主的涉及数字语言及程序化等非 物质特征，我们将其统称为数字化非物质设计【1 3 】。社会已经从一种“硬件形式 转变为一种“软件形式 。同早期的物质社会相比，人们从关注物质性和物质的 “数”和“量及以满足生理、安全等较低层次需求为主过渡到关注使用对象的 “艺术性”和“精神性”，重视人的情感和体验的社会。 ( 2 ) 课题研究现实背景 信息时代已经到来，计算机和信息技术的触角已经伸入到现代社会的每一个 角落，它们已成为我们许多人每天都必须接触的工具，相应地，计算机用户已经 5 山东大学硕十学位论文 从少数计算机专家发展成为涵括各行各业的专业人员、学生、儿童及家庭主妇组 成的庞大的用户大军。现实要求软件界面应成为独立并且重要的研究领域，通过 改进软件界面的设计，在界面设计中贯彻“以用户为中心 为中心的思想，可以 提高软件的可用性和舒适性，提高用户的满意度和主观体验，增强软件的市场竞 争力，已成为学术界和商业界的共识。 我国正处于信息化建设的关键时期，计算机和网络设备等硬件的建设通过资 金的投入能够很快得以实现，但开发用户喜欢使用的软件则没有这样的“短期效 应”，需要学术界和企业做深入的研究和大量的投入。另外我国有很多用户多为接 触计算机时间较短、次数较少、水平较低的新手用户，开发简单易用，方便友好， 自然美观，符合人的思维和认知习惯的软件界面则显得更为重要和迫切。 ( 3 ) 课题研究现状 为了迎接信息时代的挑战，为了有效解决计算机硬件性能高速发展与软件开 发滞后之间的矛盾，为了提高软件的人机交互、可用性及宜人性，计算机科学、 心理学、人机工程学等领域越来越多的研究人员开始从事于用户界面的研究，各 国政府、学术机构及公司都将其列为重点研究项目。在美国，用户界面的人机建 模研究在信息技术中被列为与软件和计算机并列的六项国家关键技术之一，并被 认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也是很重要的”。美国国 防关键技术计划不仅把人机交互界面列为软件技术发展的重要内容之一，而且还 专门增加了与软件技术并列的人一系统界面一项内容。日本也提出了f p i e n d 2 1 计划( f u t u r ep e r s o n a l i z e di n f o r m a t i o ne n v i r o n m e n td e v d o p m e n t ) ，其目标就是要开 发2 l 世纪的计算机界面【1 4 】。微软和苹果公司都在不断的开发和改进各自操作系统 的用户界面，如微软的新一代操作系统v i s t a 和苹果的l e o p a r d ，它们更加追求界 面的简单易用、美观时尚和自然友好，更加符合人的心智模型，更好的体现了以 人文本的设计价值观，见图1 8 和图1 4 。i b m 公司的易用性设计也已经涉及到了 财政、零售、自动化、电讯传播、电子商务等多个信息领域。s t a n f o r d 大学从心理 学的角度，对智能人机界面中的感知界面做了研究，他们将现实世界中的感知进 行分类，通过对人感知的分析，提出通过多种通道的结合的方式，扩大人和计算 机之间的感知带刻4 1 。 6 第1 章绪论 图1 - 8v i s t a 操作系统文件管理主界面 目前，国内在人机交互和用户界面的研究和应用中也做了许多工作，并取得 了一定的成果。如中国科学院软件研究所人机交互技术与智能信息处理实验室主 要从事多通道用户界面、笔式用户界面、智能用户界面和三维交互界面的研究， 其主要研究方向为基于感知的认知理论和多通道用户模型、多通道交互信息整合 和多通道用户界面的可用性评估、人机交互软件体系结构等 1 5 1 。 浙江大学也是较早从事多通道用户界面研究的院校，其计算机学院在潘云鹤 院士和孙守迁教授的带领下，在人工智能、认知科学方面的研究在国内有重要的 地位。 西安交通大学的李乐山教授直致力于人机界面设计和用户研究。建立了心 理学的调查方法，提出了非理性用户模型，并在其著作人机界面设计中作了 详尽的阐述，强调了认知心理学在人机界面设计中的重要作用。 1 5 课题研究思路和研究内容 从以上国内外研究现状中可以发现：( 1 ) 用户界面的研究有重要的理论价值 和现实价值，已成为各领域研究的热点。( 2 ) 当前研究多侧重于人机交互的技术 层面，且认知科学与人机交互的研究有着密不可分的联系。( 3 ) 以用户为中心已 成为界面设计的核心指导思想。 本文基于以上讨论，结合人机工程、认知科学和设计理论，就如何在软件界 面设计中体现以人文本的价值观，实现以用户为中心的思想展开研究。研究思路 7 山东大学硕士学位论文 采取从共性到个性、一般到具体的方法，从研究一般、共性的“人”到构建具体 的“人“事”交互系统和具体的分析方法和设计流程。即： 从用户是“人一的角度，从共性的、一般的“人”的认知生理层面、认知心理 层面和精神需求层面展开对用户的系统研究，就使软件界面设计符合用户这三 个层面的特征和要求提出详细的设计策略、方法和原则，以在软件界面设计中 实现以用户为中心的思想。 从用户是特定软件界面“使用者 的角度，提出特定的软件界面实现以用户为 中心的思想应采取的方法和开发流程。 因此本文表明的基本观点是：建立以人为本、以用户为中心的软件界面设计， 不能空喊口号，而应当探索出比较系统的设计思想，建立具体的设计准则和设计 方法，构建切实可行的设计过程。基于此，本文具体的研究内容是： 首先，以认知科学( 包括认知生理基础、认知心理学) 和社会学为基础，从 用户是“人 的角度出发，阐述人的认知生理机能和特征、人的认知心理活动和 人精神需求的社会心理特征。重点提出基于这三个层面的软件界面的设计要求和 设计方法，主要包括基于视、听觉生理特征的界面设计细则；基于认知规律和感 知、记忆、思维和决策等认知活动特点的界面设计原则和要求；基于人思维模型 所引出的界面隐喻设计方法以及满足人精神需求的体验设计表达途径。如图1 - 9 所示。 ( 1 ) 认知生理层的界面主要指界面视、听元素的设计是否符合“人”的生理 机能和特征，如元素大小、颜色搭配、界面布局的设计，表现为界面可用性设计。 ( 2 ) 认知心理层的界面主要指“人对界面信息的处理过程和“人思维模 型的作用机制。主要阐述基于信息加工观点的“人”对界面感知、学习、记忆、 注意力分配和错误解决机制的设计；以及基于“人”思维模型作用机制的界面隐 喻设计方法。仍表现为界面的可用性设计。 ( 3 ) 精神需求层的界面偏重于基于人的情感活动的心理特性研究，某种意象 活动的心理感受，如人与界面交互中的审美体验、情感活动和文化反思等，表现 为界面的体验设计。 第1 章绪论 r 溪鳜砸_ 彬琴警了8 万可凑 纛舷j 募一荔錾鼍l 匕羡羹 、壤g 。t ? ? 墨j 现。f 。i i l j 一妒j o | m 竹? i 蕊 毽，4 i 。知 o i ，f r ，；务册“，# ；o ? 。_ ? 二 图1 - 9 用户( “人”) 的特性研究与界面设计目标 9 山东大学硕士学位论文 其次，从用户是特定界面使用者的角度，提出以用户为中心的的软件界面设 计的方法和流程。主要是：阐述了用户调研和用户参与设计的具体过程；介 绍了设计团队人员组成策略；提出了目标导向设计策略和角色一目标一事件方法 模型，即使用扮演用户的角色这个工具，坚持目标导向设计策略，利用场景和故 事板等情境分析方法对用户要做的事进行挖掘和描述，以确定界面交互事件、任 务结构和人机对话：总结了以用户为中心软件界面的设计流程。 本文的主要创新点包括： ( 1 ) 建立了软件界面设计中基于“人 的认知生理基础、认知心理及精神需求三 个层面的系统用户模型，从共性、一般的层面上全面、深入阐述了软件界面设计 中实现以用户为中心的思想的具体方法和要求。 一 ( 2 ) 在设计方法上构建目标一角色一事件方法模型，实现对用户需求和界面任务的 深入挖掘和科学界定。 本文研究意义： 校正了设计界对软件界面设计的两个极端认识，即工程人员在设计中所强调 的技术、功能思想和美术设计师对界面形式感的一味地关注。在他们之间架起一 座沟通的桥梁，并提出了具体的解决机制和方法论的指导。对我国发展软件产业， 更快、更好地实现全民信息化建设有一定的理论和实践意义。 1 6 论文组织结构 本文共分六章，其组织结构为： 第一章，绪论 介绍了软件界面概念和以用户为中心的设计思想，提出了论文的研究理论背 景和现实背景，阐述在软件界面设计中研究如何实现以用户为中心的设计思想尤 为必要，并提出具体的研究思路和研究创新点，最后对全文的组织结构进行了介 绍。 第二章，用户认知生理基础与界面设计一可用性目标1 本章提出软件界面在设计中应考虑“人”的生理局限和生理特征这一基本观 点，或者说从用户是“人的角度，在“人”认知生理层面探讨了以用户为中心 l o 第l 章绪论 , , m ! , , i , , , i i i i ii i 量蔓皇皇嬲皇曼曼曼寰篁蔓皇皇曼麓皇曼曼曼篡皇曼曼詈黑皇曼量量燃皇曼曼曼鼍皇曼曼曼黑嬲皇量曼鼍囊笪曼曼鼍嬲蔓量曼蔓 思想在软件晃隧中的实现问题。整章从视觉、听觉和触觉三个方面展开说明，重 点论述了视觉界面的数码、字符和图标的大小、形状、色彩搭配等可视性设计， 以及基于视觉特征的界面布局原则、要求和方法；简单说明基于听觉和触觉生理 特征的界面设计要求。 第三章，用户认知心理与界面设计可用性目标2 本章提出了软件界面在设计中应考虑拜入的认知心理这一基本观点，即软 件界面设计中应基于或符合“人 的认知能力、认知过糕、认知习惯和认知局限。 或者说从用户是“人朋的角度，在“人 认知心理层面探讨了以用户为中心思想 在软件界面中的实现问题。整章从认知心理的两个方面认知信息加工系统和 “人 思维模型作为研究切入点。探讨了基于信息加工观点的“人对界面感知、 学习、记忆、注意力分配和错误解决机制的设计要求和设计原则；阐述了“人 思维模型的概念和作用机制，并重点介绍了基于此机制的界面隐喻设计方法。 第霉章，全面用户体验界面设计体验西标 本章提出软件界面在设计中应考虑满足“人”的精神需求这一基本观点，或 者说从用户是“人”的角度，在“人精神需求层面探讨了以用户为中心思想在 软件界面中的实现问题。整章主要阐明应通过体验设计使软件界面更具人性化且 满足用户更高层次的精神需求；并着重探讨了界面体验设计三种主要表达途径：一 感官体验，即用户对界面中视、听等元素的感官审美；情感体验，表现为 界面入机交互中用户所获得的安全、自由和成就等情感；文化体验，主要指界 面入机交互中所映射出的用户所属群体共有的观念、意识、价值观、习俗、生活 方式、思想、习惯等文化内涵。 第五章，以用户为中心的软件界面设计方法和流程 本章主要从用户是界面使用者的角度，探讨了以用户为中心的软件界面具体 的设计方法和开发流程。对设计方法的探讨是从界面所涉及的“入 和“事 两 个方面展开的，对于“人 ( 用户和设计人员) ，本章主要阐述了用户调研和用户 参与设计的具体过程，以及设计团队人员构成策略；对于“事 ( 用户想要做的事) ， 本章提出了和焦色一目标一事件方法模型，即使用扮演用户的焦色这个工具，坚持 因标导向设计策略，利用场景和故事板等情境分析方法对用户要做的事进行挖掘 和描述，以确定界面交互事件、任务结构和人机对话。最后提出了以用户为中心 山东大学硕士学位论文 的软件界面一般设计流程。 第六章，总结与展望 1 7 小结 介绍了软件界面概念和以用户为中心的设计思想，提出了论文的研究理论背景 和现实背景，阐述在软件界面设计中研究如何实现以用户为中心的设计思想尤为 必要，并提出具体的研究思路和研究创新点，最后对全文的组织结构进行了介绍。 1 2 第2 章用户认知生理基础与界面设计一可用性目标1 第2 章用户认知生理基础与界面设计一可用性目标1 软件界面是人和计算机交流和沟通的媒介，是交互信息的载体。这里的信息 包括信息内容和组织结构，主要为图形、文字、色彩、数据、图表、声音、触觉 反馈等内容及它们之间的信息结构。软件界面信息的选择、表达和结构必须适应 人的认知生理特点，符合人的认知生理要求。这也是软件界面设计所必须满足的 最基本要求，表现为提高界面设计的可用性，从而从一般、共性的“人 的认知 生理层面在界面设计中实现以用户为中心的思想。目前，常用软件界面人机交互 方式有：视觉、听觉、触觉，以下着重对这三个方面展开研究，介绍视觉、听觉、 触觉的生理机能和特征，并论述相应的界面设计原则和要求，重点阐述视觉交互 的认知生理基础及基于此的信息可视性、信息结构和界面布局等界面设计原则和 方法。 2 1 视觉 2 1 1 视觉系统 眼睛是视觉的感受器官，人眼直径为2 l - - - 2 5 m m 的球体，其基本构造与照相机 相类似，见图2 1 。瞳孔相当于光圈，角膜和水晶体相当于调焦距系统，视网膜相 当于感光胶片。光线由瞳孔进入眼中，瞳孔的直径大小由有色的虹膜控制，使眼 睛在更大范围内适应光强的变化。进入的光线通过起“透镜”作用的晶状体聚焦 在视网膜上，眼睛的焦距是依靠眼周肌肉来调整晶状体的曲率实现的，同时因视 网膜感光层是个曲面，能用以补偿晶状体曲光率的调整，从而使聚焦更为迅速而 有效2 ，3 1 。 视觉系统能够正常工作必须有两个外部条件：视觉对象和一定波长范围的光， 即可见光。在正常情况下，人眼所能感觉到的波长大约是3 8 0 1 0 曲m 到7 8 0 1 0 9 m ， 小于3 8 0 1 0 9 m 为紫外线，大于7 8 0 1 0 。9 m 为红外线，均不引起视觉2 ，3 ，16 1 。人体 各器官、系统的活动，都是直接或间接地在神经系统的控制下进行的。眼睛也一 山东大学硕+ 学位论文 样，视觉活动是在眼睛、视神经和视觉中枢的共同作用下完成的，如图2 2 所示， 眼睛接受外界信息，视神经传递信息至大脑的视觉中枢，视觉中枢处理信息。 图2 - 1 眼睛结构示意图【2 】图2 - 2 人的视觉系统【2 】 2 1 2 视党参数 视觉主要功能为辨别外界物体：确定物体的大小( 三维) ，感知物体的运动和 确认物体的颜色。以下介绍视觉功能的属性及限制 2 , 3 , 1 6 , 1 7 1 。 视角与视力 视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度，见图2 - 1 。视 角的大小与观察距离及被看物体上两端点的直线距离有关。眼睛能分辨被看物体 最近两点的视角，称为临界视角。 视力是眼睛能分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，它是衡量人视觉获取 外界信息能力的重要指标。视力用临界视角的倒数表示，当临界视角为1 分时， 视力等于1 0 ，当视力下降时，临界视角必然要大于1 分，于是视力用相应的小于 1 0 的数值表示。另外，视力的大小还随年龄、观察对象的亮度、背景的亮度以及 两者之间亮度对比度等条件的变化而变化。 视野 视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，正常亮度下眼睛观看正前方物 体时所能看得见的空间范围，视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况 有关。视野按方向分水平视野和垂直视野，水平视野又有单视野和双视野之分。 视野范围常以角度来衡量，水平视野具体参数见图2 3 ，垂直视野具体参数如图2 - 4 所示。 色觉和色视野 视网膜有很强的辨色能力，在波长为3 8 0 - - 一7 8 0 n m 的可见光谱中，光波波长只 相差3 r i m ，人眼即可分辨，但主要是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七色。由于各 1 4 第2 章用户认知生理基础与界面设计一可用性目标1 种颜色对人眼的刺激不同，人眼的色觉视眼也就不同，见图2 5 。图中角度数值是 在正常亮度条