（机械设计及理论专业论文）“媒体等同”的人机交互界面（hci）研究.pdf

摘要 摘要 信息社会的飞速发展使得人机交互界面( h c i ) 的设计研究到达前所未有的 高度。界面是人机交互的窗口，而在该领域，很少有专业的界面设计原则和方法 对开发设计人员的工作进行指导，导致有些界面功能强大而难以使用。本文从设 计易学、好用的人机交互界面( 包括软件、网站、交互式产品界面) 出发，运用 媒体等同的交互界面设计理论，全面、深入地探讨了与交互设计相关的显示、控 制等方面的问题。 ( 1 ) 本文对人机交互界面的设计进行了系统的研究，结合人机界面的视觉和 听觉显示特性、人的关注特性、大脑的并行任务处理、行为的三层次模型的知识， 提出了人机交互界面的设计要素和人本界面需要遵循的设计原则。 ( 2 ) 将媒体等同的理论运用在h c i 的设计中，参考设计心理学的四个基本 要素一一预设用途、限制因素、匹配和反馈，并结合人类的认知特性，详细地探 讨了界面设计中的细节，为人机交互界面的设计提供了参考依据。 ( 3 ) 用模糊数学的综合评判方法建立数学模型，进行界面的量化评判，验证 了人机交互界面设计原则。总结出将界面的设计要素转换成模糊二级评判指标体 系数据表的方法。 ( 4 ) 从人机工程学的角度对键盘的平面布局和整体设计等方面进行了研究。 在整体布局上更加注重操作方便性与合理性，尤其体现在b a c ks p a c e 键的重新 布置、编辑与定位键区和数字辅助键区的按键布局上。提出的改进设计方案能够 有效避免用户肌肉紧张和静态疲劳，对整个计算机作业过程的舒适性有较好改 善，同时也大大提高了作业效率，使用户和输入设备之间能够更好地协调工作。 本文的研究，丰富了人机交互界面设计的理论知识，可以为设计更加优秀和 高效的人机界面提供指导。 关键词：人机交互人本界面模糊综合评判媒体等同键盘设计 a b s t r a c t r e s e a r c h i n go ft h eh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c eh a sm a d ea ne n o r m o u sl e a pw i t i l r a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o na g ea n dg l o b a li n f o r m a t i o ni n d u s t r y t h ei n t e r f a c e i st h ew i n d o wo ft h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n b u tt h e r ei s l i t t l ep r o f e s s i o n a l d e s i g np r i n c i p l e sa n dm e t h o d si nt h i sd o m a i n t h a t sw h y s o m ei n t e r f a c e sa r ed i f f i c u l t t ou s ew h e r e a st h ep o w e r f u lf u n c t i o n w i t hav i e wt ol e a m a b l ea n du s a b l e h u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c ei n c l u d i n gs o f t w a r e ，w e b ，a n di n t e r a c t i v ei n t e r f a c e ，s o m e d e s i g nf a c t o r sa n dp r i n c i p l e sr e l a t e dt oi n t e r a c t i v ed e s i g n ，s u c ha sd i s p l a ya n dc o n t r o l ， w e r ep r o p o s e d 、析mm e d i ae q u a t i o nt h e o r y t h ec e n t r a lw o r k si nt h i sp a p e rp r o c e e da s f o l l o w s f i r s t l y ，d e s i g no fh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c ew a ss y s t e m i c a l l yr e s e a r c h e di nt h e p a p e r d e s i g ne s s e n t i a l so fh u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c ea n dd e s i g np r i n c i p l eo fh u m a n i n t e r f a c ew e r ep r o p o s e dw i t hk n o w l e d g eo fd i s p l a yf e a t u r e so fv i s i o na n da u d i t i o n a b o u th u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e ，h u m a na t t e n t i o nf e a t u r e s ，b r a i n s c a p a b i l i t yo f s i m u l t a n e o u sp r o c e e d i n ga n dt h et h r e e - h i e r a r c h ym o d e lo fb e h a v i o r s e c o n d l y ，r e l a t e dt ot h ef o u rb a s i ce l e m e n t so ft h ed e s i g no fe v e r y d a yt h i n g s ，i e p r e - d e s i g nu s a g e ，r e s t r i c t e df a c t o r ，m a t c h i n ga n df e e d b a c k ，a p p l y i n gm e d i ae q u a t i o n t h e o r yt ot h es t u d yo fh c i ，t h ed e t a i l so fi n t e r f a c ed e s i g nw e r ed i s c u s s e d i tp r o v i d e d s i g n i f i c a n tr e f e r e n c et oh c id e s i g n t h i r d l y ，e s t i m a t i o no ft h ei n t e r f a c ew a sm e a s u r e dt ov e r i f yt h ep r i n c i p l e so fh c i t h em a t h e m a t i cm o d e lw a sf o u n dw i t ht h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee s t i m a t i o n i t c o n c l u d e dh o wt ot r a n s f e rt h ed e s i g ne l e m e n t st od a t a sd i a g r a mo ft h e f u z z y c o m p r e h e n s i v ee l e m e n t s f i n a l l y ，r e s e a r c ho nh o l i s t i cl a y o u ta n dd e s i g no fk e y b o a r dw a sc a r r i e do u t i t e m p h a s i z e dc o n v e n i e n c ea n dr a t i o n a l i t y ，e s p e c i a l l ya b o u tr e l o c a t i o no fb a c ks p a c e k e y ，l a y o u to fe d i t i o n o r i e n t a t i o nb l o c ka n dn u m b e r - a s s i s t a n c eb l o c k a sar e s u l t ，t h e a m e f i o m t i 衄p ；。：垤唾l l e dm 础乇e 墩 i o na n d 钕i 昏把，钿叩髑v i n g 熨r i t 破柳a r l d e f f i c i e n c yd u r i n gc o m p u t e ro p e r a t i o ni nf a v o ro fh a r m o n i o u so p e r a t i o nb e t w e e nu s e r “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 a n di n p u td e v i c e t h er e s e a r c he n r i c h e dk n o w l e d g eo fh c id e s i g n i na d d i t i o n ，i tp r o v i d e du s e f u l g u i d a n c ew i t ha d v a n c e dh c id e s i g n y u a nt a o ( m e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y ) d i r e c t e db yy a n gm i n g l a n g k e y w o r d s ：h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ；t h eh u m a ni n t e r f a c e ；f u z z yc o m p r e h e n s i v e e s t i m a t i o n ；m e d i ae q u a t i o n ；k e y b o a r de r g o n o m i cd e s i g n 独创性声明 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 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包括任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集 体，均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 学位论文作者签名：孝电| l ， 日 期：嘶6 月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并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。本人授权南昌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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 保密口，在一年解密后适用本授权书。 不保密6 卫 ( 请在以上方框内打“、”) 学位沦文作者签名：毒粕e 日 期：1 和年6 月o r 指导教师签名杪肌鄙 日期：坤年gj e | ，9 h 第一章绪论 第一章绪论 2 0 世纪8 0 年代后期，美国计算机学会( a c m ) 和电气及电子工程师协会 ( i e e e ) 建议把“用户界面设计”作为计算机科学的正式课程，这标志着人们 已经开始高度重视系统的“可用性”和使用过程中的“用户体验”。人机交互( h c i ) 领域经过2 0 多年的发展，其间新技术不断涌现，尤其是互联网、移动通信、无 处不在计算技术等的普及，h c i 领域的研究已演变成了一门新兴学科交互设 计( i n t e r a c t i o nd e s i g n ) 。 交互是指人与设备、系统、界面等的直接或者间接的通信过程。在应用方面， 目前的研究方向是由追随功能转向“以用户为中心”的设计。所谓“交互设计”， w i n o g r a d ( 1 9 9 7 ) 将其描述为“是人类交流和交互空间的设计”，是关于寻找支 持的方法；j e n n i f e rp r e e c e ( 2 0 0 2 ) 将其定义为“设计用于支持人们日常工作、 生活的交互式产品”。交互设计是一个跨学科领域，涉及软件工程、人工智能、 人机工程学、计算语言学、认知心理学、社会心理学等多门学科的综合知识，它 的不断发展给交互设计师提出了新的命题创建新型的用户体验、改进并拓展 人们的通信方式。 根据人类的能力和认知特点设计的人机界面，不仅要支持用户完成任务，而 且要能使用户愉快而高效地工作。m a r kw e i s e r ( 已故的前x e r o xp a r c 计算机实 验室首席科学家) 早在1 9 9 1 年提出普适计算思想时的出发点就是“好的工具和 成熟的技术应该在使用过程中不会分散用户的注意力”。根据计算机三大定律之 摩尔定律的阐述：计算机每发展1 8 个月，速度就要提高一倍，价格也将降低一 倍。在全球普及信息高速公路的2 l 世纪，计算机硬件的发展速度非常之快，性 价比的提高吸引了越来越多的使用者。苹果计算机的推广口号便是“人人都有计 算机”。这使得研究人机交互界面成为一个重要的课题。 1 1 人机交互界面 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 ，h c i ) 是研究人、计算机以及两者之 间相互作用的技术。界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口， “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 是计算机系统的重要组成部分。 人机交互的发展从强迫人去适应计算机逐步过渡到计算机不断地适应人，演 变共经历了以下几个阶段i l j ： ( 1 ) 早期的手工作业阶段用户( 程序设计员) 采用手工操作和依赖机器( 二 进制代码) 的方法在计算机上执行操作。 ( 2 ) 作业控制语言及交互命令语言阶段采用批处理作业语言及交互命令语 言与计算机交流，需要记忆大量命令，熟悉键盘输入方式。可较方便地调试程序、 了解计算机运行情况。 ( 3 ) 图形用户界面( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，g u i ) 阶段 从6 0 年代开始，特别是在7 0 、8 0 年代，由于超大规模集成电路的发展，基 于位图映像显示的高分辨率图形显示设备及鼠标定位设备的出现和应用、微机的 普及、工作站的广泛使用以及计算机图形学、软件工程、人工智能、窗口系统等 软件技术的进步，图形用户界面技术得到了很大的发展。 6 0 年代美国麻省理工学院的i v a ns u t h e r l a n d 在他发明的s k e t c h p a d 中，首次 引进了菜单、不可遮盖的瓦片式窗口、图标等概念，并引进了光笔绘图操作方式。 其后不久美国s r ii n t e r n a t i o n a l 公司的d o u g l a se n g e l b a r t ( 道格拉斯恩戈尔巴 特) 发明了鼠标。7 0 年代施乐公司在a l t o 计算机上首次开发了位映像图形显示 技术，即屏幕上显示的每个象素点都受到计算机内存中某一位的控制。位映像图 形显示技术为g u i 的发展提供了许多新的可能性，如可重叠窗口、弹出式菜单、 菜单条等。这些工作奠定了图形用户界面的基础。 w i m p 界面是以w i n d o w ( 窗口) 、i c o n ( 图标) 、m e n u ( 菜单) 、p o i m i n gd e v i c e ( 指向装置) 为基础的人机界面技术。8 0 年代a p p l e 公司引入w i m p 技术，推 出的m a c i n t o s h 以其全程鼠标、下拉式菜单操作和直观的图形界面引发了微机人 机界面的历史变革。而后m i c r o s o f t 公司推出的w i n d o w s 操作系统使得g u i 得到 了空前的普及。w i m p 界面在交互自然性和效率上得到显著提高，支持直接操纵 菜单和窗口小部件，大多数命令都可以通过操作鼠标来操作。 图形用户界面的主要特点是桌面隐喻、w i m p 技术、直接操作和“所见即所 得”( w h a ty o us e ei sw h a ty o ug e t ) 。由于g u i 简明易懂，用户通过键盘输入命 令的操作大大减少，实现了“事实土的标准化”，因而非计算机专家的普通用户 第一章绪论 也可以方便地使用，极大地开拓了用户市场。g u i 的出现使信息产业得到空前的 发展，在人类文明的历史长河里留下了灿烂的一页。 1 9 8 9 年，t u nb e r n e r s l e e 在日内瓦的c e r n 采用h t m l ( 超文本链接标记 语言) 、h t t p ( 超文本传输协议) 等成功开发了网络浏览器和w o r l dw i d ew e b ( 万维网) ，对信息的高效整合开辟了人类通信的新天地。网络交互技术发展飞 速，新技术不断涌现，如搜索引擎、多媒体动画、聊天工具、在线会议、i m ( i n s t a n t m e s s a g e ，即时通信) 等。 ( 4 ) 多通道的智能人机交互阶段( m u l t i m o d a li n t e r a c t i o n ，m m i ) 通道涵盖了用户表达意图、执行动作或感知反馈的各种信息交互，如言语、 眼神、脸部表情、手势、触觉、嗅觉等方面。多通道人机界面是基于视线跟踪、 语音识别、手势输入、感觉反馈等的新交互技术，实现科学计算可视化、虚拟现 实，这些技术对计算机系统性能提出了更高的要求。它允许用户利用多个交互通 道以并行、非精确方式与计算机系统进行交互，旨在提高人机交互的自然性和高 效性【引。 多通道交互技术既适应了“以人为中心”的自然交互准则，也推动了互联网 时代信息产业( 包括移动计算、移动通信、网络服务器等) 的快速发展。 1 2 “媒体等同 的理论 t h em e d i ae q u a t i o n h o wp e o p l et r e a tc o m p u t e r s ，t e l e v i s i o n ，a n dn e w m e d i al i k er e a lp e o p l ea n dp l a c e s ) ) 是斯坦福大学传播系b y r o nr e e v e s ( 巴伦李 维斯) 和c l i f f o r dn a s s ( 克利夫维斯) 两位教授通过十年的研究，在做了大量 原创性的心理实验的基础上得出的“媒体等同”理论。得出的结论是人们像对待 真人真事一样对待电脑、电视和新媒体，媒体世界等同于现实生活。人与媒体的 互动，本质上是社会性的和自然的。 1 2 1 “媒体”与“等同 加拿大传播学者麦克卢汉曾经说过，媒体是人思想和活动的延伸。现代人越 来越沉浸在“媒体”这个虚拟与现实并存的世界里。 媒体以时间为线索可分为： “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 ( 1 ) 报纸；( 2 ) 广播；( 3 ) 电视；( 4 ) 网络；( 5 ) 手机平台的通信。 传统媒体包括报纸、广播和电视三大类，在国民生活中特别是9 0 年代以前 占据了强盛地位。网络媒体最初的形式，基本上是简单地通过互联网把传统媒体 的内容传播出去，主要是充当传统媒体的辅助和延伸。而随着计算机应用和网络 技术的不断发展，网络媒体开始在各自的网站上发布采编的新闻评论和信息，于 是有了“第四媒体”的称誉。网络的特点可归纳为发布、更新速度快；开放、自 由；知识和信息共享等。而最近在互联网空间发展越来越蓬勃的当首推博客了。 博客以一种新的交流方式引起人们的广泛关注，究其原因还是归于互联网对人们 生活方式的改变。个人博客就相当于用户在互联网上的家园，通过发布日志、照 片、音频视频作品等方式表达自己，向外界传达信息。用户只需向几大博客服务 平台网站提出申请即可免费拥有自己的互联网空间，方便快捷。华盛顿邮报 c o m s c o r em e d i am e t r i x 的统计结果显示，2 0 0 5 年度的b l o g 或者类博客网站用户 增长幅度都呈现出迅猛发展的态势。手机早已充斥在人们的生活当中。已有人将 基于手机平台的信息发布，称为继网络媒体之后的“第五媒体”，也是目前中国 一些大型网站或活动的主要盈利方式。这一以“点对点”、“点对群”为传播的即 时通信，方便快捷，成本低廉，加上又有彩信技术和3 g 多媒体技术的支持，越 来越成为社会传播的主要形式。 媒体从计算技术的角度可分为【3 j ： ( 1 ) 感觉媒体( p e r c e p t i o nm e d i u m ) ：直接作用于人的感觉器官，使人产生 感官刺激的媒体。如引起听觉反应的声音，引起视觉反应的图像等。 ( 2 ) 表示媒体( r e p r e s e n t a t i o nm e d i u m ) ：传输感觉媒体的中介媒体，即用于 数据交换的编码。如图像编码( j p e g 、m p e g ) ，文本编码( a s c i i 、g b 2 3 1 2 ) 和声音编码( m p 3 、w m a ) 等。表示媒体又可分为3 种类型：视觉类媒体( 位 图图像、矢量图形、图表、符合、视频、动画等) 、听觉类媒体( 音响、语音、 音乐等) 、触觉类媒体( 点或位置跟踪、力反馈与运动反馈等) 。 ( 3 ) 表现媒体( p r e s e n t a t i o nm e d i u m ) ：进行信息输入和输出的媒体。如键 盘、鼠标、扫描仪、话筒、摄像机等为输入媒体；显示器、打印机、音箱等为输 出媒体。 ( 4 ) 存储媒体( s t o r a g em e d i u m ) ：用于存储表示媒体的物质介质。如硬盘、 第一章绪论 磁盘、光盘、r o m 及r a m 等。 ( 5 ) 传输媒体( t r a n s m i s s i o nm e d i u m ) ：传输表示媒体的物理介质。如电缆、 光缆、电磁波等。 本课题中人机界面设计所涉及到的“媒体( m e d i a ) ”主要指信息的载体即信 息的表现形式( 或者传播形式) ，如文字、声音、图像、动画、视频等，即感觉 媒体和表示媒体的综合。 媒体等同把媒体等同于现实生活合乎情理，并且在很大程度上遵循 人们的真实反应规律。个人与计算机之间的相互作用本质上是社会的、自然的， 就如同现实生活中的一样。人们对媒体的社会反应是自发的，无意识的【4 1 。 研究“人们对机器做些什么”与研究“机器应该对人做些什么”两者关系密 切，是不可分割的一个整体。人一机的交互行为和其他许多社会行为一样，是相 互的。这是设计互动的人机界面至关重要的因素【5 1 。 1 2 2 礼貌的行为 用户与计算机相互作用，和真实世界中的人际交往非常相似，将出现社会反 应【6 1 。 规则1 1 ：当电脑以第一人称向用户问及关于自身的一些问题时，比起问题 由第三者( 另一台计算机或者是纸笔问卷调查) 提出，得到的回答要更加肯定。 规则1 2 ：虚拟现实中，声音并不比文字使得人机交互作用更加社会化。 设计对用户表示友好的人机界面，一个最重要的原因就是人们对机器是礼貌 的。电脑并不需要通过先进的人工智能技术才能具有社会色彩。简单的问候和祝 福能让人机关系得到大大改善，提高工作效率。做到有礼貌的交互需要付出得并 不多，但收获却是巨大的。 1 2 3 交互界面的个性 无论是普通人还是媒体人物，每个人物都具有个性。界面也都有其个性。形 容个性的所有词都可以被安排在5 个坐标上“主导型”“谦恭型”放置于 第一个坐标上，“友好型”是第二个，其他三个是“谨慎”、“感情沉稳”和“开 放”。五个坐标都是重要的个性评判指标，但前两个更为关键。 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 人们对屏幕上的虚构人物做出社会反应【7 1 。对于拥有眼睛和嘴等生命象征的 虚构的人或物，人们就会认为它们( 或称呼为“他们”更加合适) 是有性格的。 不需要附加任何条件，真实世界中的潜规则也同样适用于媒体。媒体人物、以卡 通形式出现的助手等的个性里，两个最主要的类型为主导谦恭和友好不友好。 1 2 3 1 个性化与计算机 人机交互领域的学者和研究人员一直致力于探求赋予计算机以人性化的可 能性及实现方式，“人性化计算机”正日渐成为设计的口号。目前的许多研究都 集中在人工智能领域，然而这些复杂的科技并没能充分利用这个特征“人会 自动赋予机器人性的便利”。 规则3 1 ：人们会将显示主导文本或声音的计算机看作具有主导性格，而将 显示谦恭文本或声音的计算机看作具有恭顺性格。 规则3 2 ：主导性格的用户认为主导性格的计算机与他们自己更相似，而谦 恭性格的也认为恭顺的计算机更像他们。 规则3 3 ：主导性格的人更愿意使用主导型电脑，而谦恭性格的人更愿意使 用恭顺的计算机。 对社会科学的研究不仅能帮助我们判断媒体的性格特征，更重要的是它提供 了如何创建人性化界面的方法指导。头脑中的活跃因子会对人产生很大的作用， 即使这种激活来自于计算机。人们喜欢与自己性格相仿的人交流，这在心理学上 被称为“相似相吸定律”【引。界面语言的风格、交互的主动性诸因素的整合统一、 人一机之间个性匹配等诸方面的研究将成为人性化计算机的重点。而且，一种适 合所有用户的界面个性也是不现实的，一个解决办法就是提供可选的多个方案。 如何帮助用户做出选择“相似的乔面”是一个异常复杂的任务，原因在于传统的、 在所提供的备选项里进行选择的方法，存在以下几个问题其一用户需要对自 己非常了解( 可以通过心理测试等途径解决，但本身心理测试就具有失准性) ； 其二个性是一个无法量化的指标，所提供的选项也无法充分列举出诸多个性；其 三个性是一个不断变化的人类特征，计算机如何“追踪”用户的这种变化也是一 个难题。 第一章绪论 1 2 3 2 计算机的个性模拟 “获取原理 是指人们倾向于获取而不太喜欢一直占有的心理现象。在人机 界面交互中其表现为，期望计算机通过“搜寻”和“模拟”用户个性，逐步改变 相互的交际风格。当机器逐步“适应 用户的性格时，人们不仅仅会更加喜欢计 算机，甚至对于自己的工作表现也有更高的评价，同时认为交互过程更加愉快。 电脑可以根据用户的操作惯用方式、输入风格、执行操作的速度、响应系统 的快慢等特点来研究界面应该如何来适应用户的性格。 规则3 4 ：相对于一直为主导型的计算机，主导性格的人更喜欢开始为从属 型而后来转变为主导型的计算机。 规则3 5 ：相对于一直为从属型的计算机，从属性格的人更喜欢开始为主导 型而后来转变为从属型的计算机。 就目前的技术而言要达到这一点非常富有挑战性，其一如何搜集用户执行过 程中的数据以及对样本的分析；其二如何实现“模拟 的过程。计算机还不能够 自主改变“个性”。虽然大量心理学研究都揭示了“获得理论”，但现阶段还未能 真正应用到个性研究中，无论是机器还是人。 1 2 4 有声的界面 声音作为社会存在的有力表现形式，赋予了界面人物以性别。基于细微的声 音线索，用户在交互中将应用性别定式思想【9 1 。 规则4 1 ：与来自女性发音的计算机相比，用户更乐意接受男性发音的表扬。 规则4 2 ：与女性发音的计算机相比，男性发音的计算机被认为懂得更多的 技术问题。 规则4 3 ：与男性发音的计算机相比，女性发音的计算机被认为在爱情和人 际关系方面更有了解。 在人机交互中，性别思维定式没有任何生理基础，但也被应用于其中。性别 思维定式使复杂的世界简单化。同时，由声音激发的性别定式还和其他许多因素 有关，不同的文化背景、年龄、社会阶层以及地理位置的用户与界面如何交互的 语意解释都不尽相同。 目前的人一计算机交互界面仍以中性声音为主，用于发出系统提示音、警告 7 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 音等，缺乏明显的性别特征。而赋予了性别的声音更多地用于自动化系统，如航 空订票、银行帐号管理、办公秘书等，用户通过电话连线和系统取得联系，发出 和接收的信息都以声音信号为主，有的辅之以小屏幕图像显示如手机屏幕。此类 应用上需要充分重视声音的社会属性。另一方面，声音的清晰度对于信息的接收、 用户注意力集中、长时记忆等都有重要的影响。现阶段还未出现在声音方面提供 标准的研究，一般都是经由软件设计师的感觉和判断，设置按钮操作音、警告或 者提示音。 声音不仅仅要考虑音质和清晰度，还需要和界面的风格、提供给用户的交互 方式等和谐一致。不同应用系统上采用不同的声音还是同一声音、不同界面声音 的总数等是界面设计中的瓶颈。人们将不同的声音视作不同的社会分子，并做出 与之相应的反应。一台机器的几种声音被视为不同的社会分子；不同机器上的同 一声音被视为同一社会分子。多个声音代表的社会关系复杂( 声音与用户之间的 关系是一对一的；n 种声音中，由于和用户、和其他声音问也相互关联，声音和 用户有c ：，重关系) ，但在界面中可以充当互异的或是相互补充的角色。 1 2 5 “媒体等同”的延伸 不仅仅是计算机，手机、m p 3 、p d a 、信息家电等嵌入式系统也正f 益进军 日常用品之列。在现今硬件技术大幅进步的基础上，软件部分有着极大的成长空 间。嵌入式系统与计算机图形用户界面之间存在很大程度上的相似相合性，因此 媒体等同的理论也同样适用。而嵌入式系统由于其自身的特点( 硬件上需要精简 省电、造型美观，软件上更需要稳定高效且程序代码小) ，“简约设计”川的 思想逐步渗入到其界面设计中。 图ii 典型的嵌入式系统 第一章绪论 由于受到屏幕显示大小和按键数量的制约，屏幕手写式输入、触摸屏、红外 连接、蓝牙技术、菜单流程的条理和清晰度、文字智能联想、软件版本等得到不 断升级，大大提高了易用性和操作效率。 1 3 数字化生存 信息高速公路上传输没有重量、无色无味的比特，真正实现了资源共享的最 大化。数字化生存给我们带来了无限便利，引领着我们跨入新的文明时代。 图形用户界面的诞生让非计算机技术人员得以直接和计算机进行互动式的 交流。色彩的三要素r g b ( 红色、绿色、蓝色) 、对比度、亮度、色调、色彩饱 和度等共同组成了界面的多彩颜色；以时间为坐标轴，画面的连续变化形成了动 画，其以一种更加逼真的方式将数字和模拟联系起来。文字、图片、3 d 实体的 每一个因素都得以分解，各自以模块的形式单独存在。屏幕由于“放大”、“缩小” 按钮的功能而不再受固定边界大小的限制。 n i c h o l a sn e g r o p o n t e 将最理想的人机界面形容为“老练的英国管家”，“一 个具备丰富知识的界面代理，它不仅了解事务本身，而且了解用户和事务之间的 关系”【1 2 】。网络空间里的浩瀚知识随着时间的推移不断积累，已经呈现出信息爆 炸的局面。每个在互联网上冲浪的用户都希望自己能够拥有一个精明老练的管 家，能够及时地提醒重要邮件的到达；综合分类你关注的最新资讯等。 数字化生存的四大特征为“d e c e n t r a l i z i n g ，g l o b a l i z i n g ，h a r m o n i z i n g ，a n de m p o w e r i n g ” ( 分散性、全球性、协调性和授权性) ，充分揭示了未来的乐观情景。因为互联 网，因为信息高速公路，人类的通信不再受到时间和地理位置上的限制。无论身 处地球的哪个角落，都能获取最新的资讯。区别于以前的工作方式，人们不再非 得要身处办公室才能上班。在线会议系统能够为跨国企业在全球的办事处建立连 接，实时高效。人们也越来越主动地利用信息时代的特点，打造更加完美的数字 化生存。 1 4 课题来源和本文研究的内容 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究就正是聚焦研究人们如何与计算 机、信息家电、数码产品等进行交互。将计算机科学技术、心理学、社会行为学、 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 人机工程学等交叉学科知识互相渗透，研究社会对技术的反应，不仅可以使计算 机逐步“人性化”，而且可以暂时绕开人工智能等高难度的计算技术，为交互媒 体的设计导航，使得交互界面成为一位“好管家”。对此课题系统深入地研究， 从“媒体等同”理论中提取适用在h c i 领域的关键知识，以界面的组成要素为 着眼点，详细论述交互设计中的细节，使得界面设计师不仅仅只从美学的角度设 计界面，更重要的是使得人们在数字化时代的生存方式更加合理、自然、和谐。 本文是导师结合学生的实际情况和知识构架，根据人机界面设计学科的最新 进展确定的研究课题。文章旨在深入分析“媒体等同”的设计指导思想，在整合 人机交互界面设计边缘知识的基础上，深度剖析现有的界面存在的问题并提出解 决方案，运用模糊综合评判的方法进行界面的量化，在交互、反馈、模式等方面 进行了深入研究。借助于w i n d o w s 计算器、现存的电子邮件系统两个实例展 开测试，验证h c i 的设计原则。键盘的人机工程学研究阐述了将硬件键盘 界面设计得更加高效、人性化的方法。 1 0 第二章人本界面 第二章人本界面 j e fr a s k i n 对人本界面的定义是如果界面能够满足人的需求并且结合人 的特点扬长避短，那么它就是以人为本的【l3 1 。界面是为人服务的，拥有人本的和 人性化内涵的界面，是广大界面设计师的追求，更是所有用户的深切期盼。在非 物质社会( 西方当代伟大历史学家汤因比对非物质社会的理解为“人类将无生命 的和未加工的物质转化成工具，并赋予它们从未有过的功能和形式”) 物质和精 神都趋于一种平衡，而界面就正是平衡的脊梁。莫奎瑞罗莫甘提尼( m q u r i z i o m o r g a n t i n i ) 在在进入第三千年的门槛上一书中对未来人机的对话关系做了 以下的描述：“电脑语言已经越来越接近于人的语言，计算机正在形成一种 与人的共生关系，而且人们能以一种自然的行为产生一种变化，或使某种新 的东西出现举例来说，声音可以代替电脑的键盘，感触器能够认出横穿过它 的手掌，而不必使用磁卡。运用某种神秘的和隐蔽的力量使某物执行动作，或使 某种事情发生”【l4 1 。这种“神秘的和隐蔽的力量”的支点是人本界面。 2 1 人机工程学在h c i 中的应用 人机工程学( e r g o f i o m i c s m a n - m a c h i n ee n g i n e e r i n g ) 是研究人、机及环境之 间相互作用的学科。在其自身的发展过程中，逐步打破了各学科之间的界限，并 有机融合了各相关学科的理论，不断地完善了自身的基本概念、理论体系、研究 方法以及技术标准和规范，从而形成了一门研究和应用都极为广泛的综合性边缘 学科【l 纠。国际人类工效学学会( i n t e m a t i o n a le r g o n o m i c sa s s o c i a t i o n ，i e a ) 定义 人机工程学是研究人在某种工作环境下的解剖学、生理学和心理学等方面的各种 因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究怎样统一考虑工作效率、人的健康、 安全和舒适等问题的学科【l 6 | 。 人机工程学中人机界面设计主要是指显示、控制以及它们之间相互关系的设 计，使得人机界面的设计符合人机信息交流的规律和特性。显示是指有目的的信 息传递，其中视觉和听觉是人接收和传递信息的主要感觉通道；控制是指改变系 统的状态。设计因素如图2 1 ，2 2 所示。 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 图2 1显示设计的内容 图2 2控制设计的内容 人机工程学不仅仅为人机界面设计中“人的因素”提供人体尺度参数，为计 算机硬件设计的功能合理性提供科学依据，而且为交互界面的设计提供了设计准 则【17 1 。 2 1 1 视觉显示界面 视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的，由物体发射或反射的 光线刺激眼球视网膜产生。视网膜的感光灵敏度各不相同，其中央部位灵敏度较 高，越往边缘越低。在最外层的两种感光细胞是视锥细胞和视杆细胞【1 8 】。视锥细 胞集中在视网膜中心，能分别接受红、绿、蓝三基色光的刺激，用以分辨不同颜 色的光。视杆细胞数量多，分别广，对明暗刺激敏感，使得我们能够在昏暗的环 境下区分出物体的形状、大小。就视觉系统而言，大脑的左右半球处理信息的功 能各有所长：在文字分析上，左半球较强；而对于分辨数字，右半球更强。外界 在左右半球产生的刺激还随着视觉信息的性质不同而变化。 人眼的视觉特征如下： ( 1 ) 视线的变化习惯于从左到右、从上到下、顺时针方向运动； ( 2 ) 眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动更快而且不易疲劳； ( 3 ) 当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观 察最优，其余依次为右上限、左下限、右下限； ( 4 ) 目标( 指在显示器上显示的视觉信息载体) 的亮度需调节合适，且不 超过3 璋e d m 各：呈现时间在2 3 s 之间，视见度最佳；最有利于看清目标的余辉 方式是“最初亮度下降慢，以后下降越来越快”，且以周围照度为l l x 为最优； 第二章人本界面 ( 5 ) 屏幕的大小、显示分辨率的高低和色彩的搭配对显示信息的认读都有 较大影响； ( 6 ) 图形、符号的单个笔划大小( 宽窄) 应按视觉认读中的最佳视角1 0 、 设计； ( 7 ) 最佳观察范围的观察角b - - - - 7 0 。 - - 9 0 。，视线与目标物垂直即b - - 9 0 。 时为最佳视角，此时最优视距为7 1 0 m m 左右。 2 1 1 1 色彩三要素与三基色原理 色彩通过光的作用被人们所感知，一般分为无彩色和有彩色两大类。无彩色 是指白、灰、黑等不带颜色的色彩，即反射白光的色彩。有彩色是指红、黄、蓝、 绿等带有颜色的色彩，一般用亮度、色调、色饱和度3 个物理量来描述。自然界 常见的各种颜色光，都可以由红、绿、蓝3 种颜色按不同的比例相配而成。同样， 绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝3 种颜色光。此为色度学中最基本的三 基色原理【1 们。 人对色彩的冷暖感觉基本取决于色调。例如，暖色系色彩的饱和度愈高，其 温暖的特性愈明显；冷色系色彩的亮度愈高，其冷艳的特性愈明显。 不同色系与性格之间存在着关联。红色象征热情，精力旺盛，具有坚定的自 强精神；橙黄色表现出对生活富于进取，开朗，和蔼；蓝色代表内向的性格，责 任感强但偏于保守。 2 1 1 2 图像的距离 在用户与屏幕之间最佳距离范围的研究中，距离感是由图像对人眼视野的填 充程度决定的。图像在视野空间的占据有以下3 个方面： ( 1 ) 观看距离。用户与屏幕之间的距离可以使得图像的大小看起来不同。 而这一点在用户操作电脑时并无太大影响，因为输入设备鼠标的缘故人们一般距 离电脑仅有“一臂之遥”。 ( 2 ) 展示图像的屏幕的尺寸。同一图像在大屏幕上展示比在小屏幕上显得 距离更近，因为大屏幕占据人眼的视野空间较大。 视敏度指眼睛识别物体细节的能力，用视角来表示。d 表示被视物体上两端 “媒体等同”的人机交互界面( h c i ) 研究 点的直线距离，l 为眼睛到被视物体的距离，视角口( 单位为) 为 口= 2 乜陀姆瓦d 由上式可以看出，视角口与图像的尺寸大小成正比，与观看距离成反比。 ( 3 ) 图像自身的表现手法。在观看距离和屏幕尺寸一定的情况下，图像自 身的表现手法，例如展示局部特征还是描绘全局，是影响对视野的填充的一个因 素。同样地，等距离地观看不同填充颜色的画面，色彩的前进性和后退性也将引 起不同的远近感。例如：以黑色作为背景色，人们往往感觉黄色作为前景色比蓝 色距离自己更近。一般而言，暖色较冷色更富有前进性。前景色与背景色的搭配 之间，亮度偏高、饱和度偏高的色彩呈现前进性。 2 1 2 听觉显示界面 听觉是仅次于视觉的重要感觉通道，具有传达信息量较大、准确、接收迅速 的特点。人机交互界面也广泛地用声音来传递信息2 0 】【2 1 1 。设计时应注意的方面 有： ( 1 ) 言语的清晰度必须在7 5 以上才能正确传示信息； ( 2 ) 语音的平均感觉阈限为2 5 , 、, 3 0 d b ，其中汉语的平均感觉阈限是2 7 d b ： ( 3 ) 言语传示装置的语音强度最佳范围是6 0 - 、- 8 0 d b ； ( 4 ) 断续的声音信号更加能够引起人们的注意，报警声音采用变频处理。 表2 1 三种显示方式传递的信息特征 界面显示方式传递的信息特征界面显示方式传递的信息特征 1 比较复杂抽象的信息或含有科 1 较短或者无法延迟 学技术术语的信息、文字、图表、2 简单且需要快速传递 公式等 听觉显示界面 3 视觉通道负荷过重 2 传递的信息很长或需要延迟 4 所处环境不适合视觉 视觉显示界面 3 需用方位、距离等空间状态说明通道传递 的信息1 视、听觉通道负荷过重 4 所处环境不适宜听觉传递2 使用视、听觉通道传递 5 听觉传递负荷过重 触觉显示界面 信息有困难的场合 6 传递的信息常需同时显示、监控3 简单并要求快速传递 在人机交互乔面的设计中，声音的运用方面还存在非常大的发展空间，主要 集中表现在： ( 1 ) 声音元素作为界面中前重要成分在听觉传达上的应用； 第二章人本界面 ( 2 ) 融入“媒体等同”的理论，在听觉上构建友好的界面个性。 界面设计中根据人与计算机各自的特点，明确划分不同显示方式的用户界面 功能，结合人机工程学原理在人与计算机交互的过程中达到“舒适、健康、安全、 高效”的要求。 2 2 认知心理学在h c l 中的应用 要设计好的界面，同样重要的是“精神上的人机工程学”认知心理学。 认知心理学是- - 1 3 科学【2 2 1 。认知心理学研究人的高级心理过程，主要是认知过程， 如注意、