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基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 摘要 随着以用户为中心的设计( u c d ) 理念在设计界的地位提高，用户模式的研 究逐渐成为学术界的研究热点，但其研究较多的集中在工商管理的商业模式领域， 与人机工程学中用户行为的交叉研究的部分并不多。随着i t 市场的不断成长，笔 记本电脑逐渐替代台式机成为市场的主流。本论文旨在研究笔记本电脑的用户操 作行为和用户需求，在用户需求的基础上构建用户输入模式，并通过笔记本电脑 的设计验证理论模型。 本论文以用户为中心的设计理念和方法为基础，运用关于用户模式的知识， 从用户的行为出发，通过分析用户操作笔记本电脑的输入行为，研究入门用户和 熟练用户的行为特点，并在笔记本电脑用户输入模式知觉层级实验的基础上使用 h v m 图( 属性一结果一价值图) 分别分析两类用户输入过程中的不同需求，对 需求进行总结分析后，初步建立基于用户行为的用户需求模型，在此模型的指导 下，讨论笔记本输入模式的特点。在建立的用户需求模型的指导下，运用用户行 为方面的知识，以鼠标，触控板和指点杆为例，详细研究已有笔记本电脑用户输 入模式的优缺点，在已有输入模式和需求模型的关系中寻找到新的市场开发点， 提出一套适应于入门用户使用的新的用户输入模型。 笔记本电脑用户输入模式的研究对如何开发新的输入模式满足市场需求有着 非常重要的理论和实践意义。同时本论文提出的研究方法也可以为非笔记本电脑 企业开发新的用户模式提供参考。 关键词：用户模式；用户行为；用户需求；用户输入模式；h v m i i 硕上学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho nu s a g em o d e lh a sb e e nb e c o m i n gak e yi s s u ew h i l et h et h e o r yo f u c db e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t h o w e v e r ，m o s tr e s e a r c h e sa r ef o c u s i n go n t h ea r e ao fb i s s i n e s sm o d e li nt h ef i e l so fb i s s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ；l e s s o ft h e ma r e a b o u te r g o n o m i c so fi n d u s t r i a ld e s i g n a si tm a r k e ti sg r o w i n gu p ， l a p t o p i s b e c o m i n gt h em o s ti m p o r t a n tr o l ei nm a r k e ti n s t e a do fd e s k t o p t h i sp a p e r i sf o c u so n t h er e s e a r c ho nt h en e e d so fo p e r a t o r sb a s e do nt h e i rb e h a v i o r s ，a n db u i l du pt h ei n p u t u s a g em o d e l sb a s e do nt h en e e d s t h ep a p e rb a s e do nt h et h e o r yo fu c d ，w i t ht h ek n o w l e d g eo fu s a g em o d e l ， s t a r t sf r o ma n a l y s i so fu s e r s i n p u tb e h a v i o r s ，t h ec h a r a c t e r so fn o v i c eg r o u pa n d s k i l l e dg r o u pa r es t u d i e db yu s i n gt h eh v m t om a p p i n gt h ed i f f 色r e n tn e e d so fe a c h g r o u pi na ne x p e r i m e n t au s e r s n e e d sm o d e li s b u i l e du pc o m b i n i n gt h en e e d s m o d e lw i t hu s a g em o d e l b a s e do nt h em o d e l s ，b o t ht h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a t i a g e s o fl a p t o pi n p u tu s a g em o d e l sa v a i l a i b l e ( m o u s e ，t o u c h p a dt r a c e p o i n t ) a r ed i s c u s s e d f i n a l l yan e wm e t h o do ff i n d i n gan e wm a r k e tb l a n kb a d e do nt h eu s e rn e e d sm o d e l a n dt h ep o s s i b i l i t yt oc r e a tan e wi n p u tu s a g em o d e la r ep r o p o s e d t h er e s e a r c ha b o u ti n p u tu s a g em o d e lf o rl a p t o pi su s e f u ln o to n l yi nt h e o r yb u t a l s oi np r a c t i c ef o rd e s i g n i n gan e wu s a g em o d e lf o rm a r k e t m e a n w h i l e ，e x c e p tf o r t h ef i e l do fl a p t o p ，t h ea p p r o a c h e sp r o p o s e dc a na l s ob eu s e di no t h e rf i e l d s k e yw o r d s ：u s a g em o d e l ；u s e r s b e h a v i o r s ；u s e r s n e e d s ；i n p u tu s a g em o d e l ；h v m i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 储繇秘 眺w 年夕月山 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。本人授权湖南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 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名：镶日期训，年厂肿7 日 导师签名：姗期功册汐年厂月z1 日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文研究的问题和背景 1 1 1 用户模式和用户输入模式的研究 随着“以用户为中心的设计( u s e r - c e n t e r dd e s i g n ，u c d ) ”理念在设计过程中 的地位越来越重要，工业设计师需要一套对产品的用户和用户行为完整表述的工 具，因此，越来越多的设计研究开始涉及用户模式( u s a g em o d e l ) 。最初用户模 式被认为是产品在被使用过程中的整个情景( s c e n a r i o s ) ，近几年基于u c d 和产品 开发的研究，关于用户模式有了新的定义和新的构架。i n t e l 的e r i ks i m m o n s 将用 户模式定义为：在系统对用户友好的前提下描述用户和系统的关系【l 】。 一个典型的用户模式的构架包括：底层数据层( s u p p o r t i n gd a t a ) ，总体概论 层( o v e r v i e w ) 和使用细节层( u s a g ed e t a i l ) 三个层次【1 1 。从信息数量的大小来 看，底层数据层相当于一个支撑材料层处于构架的最底部，其信息数据量最多，。 使用细节层其次，总体概论层的信息量最少。 图1 1 用户模式构梁图 支撑材料层的目的是提供整个用户模式的背景材料和原始可供推论的数据， 是整个构架中最底层的部分。它所包含的信息能够通过推理排序等操作得到操作 模式的原则和工作环境。它主要由以下四部分组成：用户角色( p e r s o n a ) 、数据 统计表( d e m o g r a p h i c ) 、使用环境( u s ec o n d i t i o n ) 、人类学数据( e t h n o g r 印h i cd 缸a ) 。 总体概论层是在支撑材料层的基础上建立起来的，他对其他两个层提供解释 和说明。他的主要内容有：故事板( s t o r y b o a r d ) 、背景图表( c o n t e x td i a g r 锄s ) 、 概念图表( c o n c e p td i a g r a m s ) 、u e l z ( u s e re x p e r i e n c el a n d i n gz o n e ) 四个部分。 使用细节层是用户模式最核心的部分，它由用例( u s e rc a s e s ) 、情景 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 ( s c e n a r i o s ) 、用户任务流程( u s e rt a s kf l o w ) 、操作定义( o p e r a t i o n a lp r o n l e ) 组 成。【2 】 通过用户模式构架( 图1 1 ) ，以用户为中心的设计( u c d ) 能够清晰地被表 达、观察和评价。由于用户模式具有良好的深度和细节扩展性，用户需求能很好 地通过用户模式的构架来表达，并且能被较好的进一步跟踪研究。用户模式能够 以更加清晰的语言向企业的设计团队阐明特定用户对产品的使用，使得所有设计 团队人员在设计的整个操作过程中对产品的使用有一致性的理解【lj 。除此，用户 模式的研究还能够在行业或企业发生战略转折点( s t r a t e g i ci n f l e c t i o np o i n t s ) 时 【3 】，及时获取用户需求的变化，发现新的用户模式，并研发新的产品。因此，用 户模式是对产品的用户和用户行为较完整的表述工具，在系统对用户友好的前提 下描述用户和系统的关系。 计算机的用户输入模式是用户模式的重要研究领域。人在正常进行人机交互 时，交互设计师通常把计算机内部的信息处理和信息存储系统简化成一个“黑箱 。 这样，用户在与计算机的交互过程中，他们对计算机的系统状态和运行过程中的 理解，都是通过人机界面来实现【4 】。人机系统通过人机界面进行交互，实现系统 功能。根据交互过程中的传递方向，人机界面可以分为两类载体：输入设备和输 出设备。输入设备是诸如显示器、扬声器等将计算机的信息传达给用户的设备； 输出设备是如鼠标、键盘等将用户的指令传达到计算机内部的设备。 在视觉显示终端的人机操作过程中，操作者大多采用坐姿。工业设计人机工 程学家认为人机界面主要存在以下四个位置：人一椅界面；眼一视屏界面，手一 键盘界面和脚一地板界面【5 】。其中对眼一视屏界面的研究重点在人机交互中的输 出设备和输出模式；对手一键盘界面的研究重点在输入设备和用户输入模式。其 中用户输入模式是本文的研究重点之一。 图1 2 视觉显示终端的四种人机界面 人机工程学对手一键盘界面有着严格的技术要求：上臂与肩关节自然下垂， 2 硕士学位论文 上臂与前臂的最适宜角度为7 0 9 0 度，保证肘关节受力而不是上臂肌肉受力；保 持手和前臂呈一直线，腕部向上不得超过2 0 度。键盘在操作平板上可以前后移动， 其倾斜度在5 1 5 度范围内可调。在腕关节和键盘问有1 0 0 m m 左右的手腕休息区； 对连续作业时间较长的文字、数据输入作业，手基本不离键盘。操作时，可为其 设置一舒适的腕垫，以避免作业者引起手腕疲劳综合症。【5 】 计算机用户输入模式是用户模式的研究的一个类别，它将人机界面中输入设 备和用户模式两个领域进行交叉研究。用户输入模式可以定义为：在计算机对用 户友好的基础上研究计算机输入设备和计算机操作者之间关系。用户输入模式的 定义包括硬件的定义和软件的定义两个方面，硬件的定义表现在对输入方式的外 形设计和交互设计，软件的定义表现在每个操作在软件程序中的“效果定义。 如果把鼠标看作是一个典型的用户输入模式，那么它除了定义鼠标的外形和鼠标 的上下左右可以移动这些硬件操作以外，还需要定义单击表示“选取”、双击表示 “打开 、拖动表示“移动等软件的操作性定义，只有硬件和软件的两者互相结 合，才构成一个完整的输入模式定义。 完整的用户输入模式 圆外麓燃臀计 1 5 i l 国每个操裴拜嚣篓釜囊彝的效果 图1 3 完整的用户输入模式的硬件、软件定义 键盘作为一种传统的输入模式由于其特殊性和用户从打字机先入为主的习 惯，几十年以来并没有革命性的突破。反之随着w i m p 界面( w i n d o w s 、i c o n s 、 m e n u s 、p o i n t e r s ，以窗口系统为主的用户能够直接操作的图形化界面) 而出现的 如鼠标，轨迹球等控制光标的输入设备却每年都在不断的进步。特别是随着笔记 本电脑的出现和普及，对输入设备的操作空间，操作环境，操作手感的要求进一 步提高，从而输入设备有了新的发展契机。因此，研究和开发新的笔记本电脑的 用户输入模式具有重要的理论和实践意义。 1 1 2 用户需求的研究 消费行为学( c o n s u m e fb e h a v i o r ) 研究的是个体或群体为满足需要和欲望而 挑选、购买、使用或处置产品、服务、观念或经验所涉及的过程【6 j 。 3 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 消费行为学家m i c h a e ls o l o m o n 认为刺激消费者购买物品的动机是因为某件 商品同时提供的多种利益满足消费者的多种需求，并对人类的需求进行了大量的 分类研究：首先人生来有为了维持生命的某些基本需要，如食物、水、空气和住 所，这些被称为人类的生理需要( b i o g e n i cn e e d s ) ；同时，人类还有非生而有之 的需求，这种需求是人在成为特定文化的成员后获得的，属于心理需要 ( p s y c h o g e n i cn e e d s ) ，心理需求体现文化中最基本的要素，随着文化环境的不同而 不同。除此，消费者按照需求动机还能被分为满足功利的需要( u t i l i t a r i a nn e e d s ) 和满足享乐的需要( h e d o n i cn e e d s ) 。满足功利的需要强调消费产品的有形的属性， 是能够使用定量方法来衡量的；满足享乐的需要则是按照消费者的主观而经验性 的，消费者可能依赖产品来满足他们对刺激，自信或幻想的需要。 【6 】 h e n r ym u r r a y 概括总共有大约2 0 种心理需要导致人特定的行为，他们可能单 独作用，也可能共同作用，这些需求包括自主( a u t o n o m y ，独立) 、防御 ( d e f e n d a n c e ，保护自己免收批评) 、以及玩乐( p l a y ，参加令人快乐的活动) 。 心理学家马斯洛为了研究人类成长和人类的高峰体验，发展出了生理和心理 需要的层次定义。他将人类的需求层次分为五个层次：生理需求，诸如：人对食 物和水的需求；安全的需求：包括保护、不受伤害等；爱与归属的需求，包括爱、 友谊、他人接受等，需要一个能容纳自身的社会群体；尊重的需求，包括声望、 地位、成就等自尊和受人尊重的需求；自我实现的需求，包括实现自身的潜能和 高峰体验感。在这5 个层次中，人的需求自下而上递增，只有当下层的需求被满足 以后，才能产生更高层次的需求。位于底层的需求是较为直接，容易满足的，而 位于高层的需求较为复杂，较难满足，但对人的影响却更广泛、更深刻【7 j 。 全的需要 安全 掩盖 l 保护 生理的需要 水 睡眠 食物 图1 4 马斯洛需求层次的各级需要 马斯洛的需求层次结构被广泛采用作为用户需求研究的理论框架，但是它也 有一定的文化局限性，有研究认为，在亚洲的群体文化的影响下，绝大多数东方 人会觉得群体归属的需要高于个体尊重的需求【6 1 。 4 硕士学位论文 用户的行为与用户的特定需求密切相关。研究发现：有高度成就需求的用户 表现出显示个人成就的行为，他们更倾向选择能够表达成功感的产品和服务，因 为这些消费项目反映了他们的目标和需求实现。如果用户有亲和感或归属感的需 要，就会倾向于选择减轻孤独感的产品；如果有权力控制的需要，则倾向于选购 大型手提收音机、大马力的越野车；如果有独特性的需要，这类人会倾向于选择 表达个性的独特香水【6 】。不过，需求与行为的关系是十分复杂的，需求隐藏在行 为的背后，只能通过间接的方法判断其特性：第一，人类的需求在不同的文化形 态中会表现不同，即使在同一文化背景下，需求导致的行为也会因人而异：第二， 类似的需求可能由不同的行为表现出来：第三，不同的需求可能经由类似的行为 表现出来：第四，需求与行为之间，有的联系直接，有的联系不明显；最后，任 何单一的行为都可能隐藏着数种不同的需求【8 1 。因此，设计师需要更具操作性的 工具来研究用户需求。 “手段一目的链”模型是消费行为学中综合研究产品属性及其对用户价值的 一种较为常见的方法。该方法假定，具体的产品属性可以逐渐抽象并最终与用户 价值关联。每个人都有自己看重的目标价值，而且会在备选手段中作出选择以达 到这些目标，因而产品被视为达成某种目的的手段【6 】。因此可以将产品的属性和 消费者渴望达到的目的状态联系起来，这种联系可以归纳成价值等级图( h v m ： h i e r a r c h i c a lv a l u em a p s ) 。这个方法强调每个消费者在进行购买时，偏好选择在使 用后产生的结果能够满足自己内心价值的产品【9 1 。价值等级图被认为是在制定发 展市场策略和理解品牌信服度时非常有用的工具【l o 】。 消费者是由于产品能够满足自己需求并且最终能够有助于达成更为抽象的价 值观才消费。而设计师的设计任务却不仅仅来自“需要 ，也要开发“需要”，也 就是说设计不是被动地“服从需要，而是积极地开发需要】。因此如果在产品 开发过程的初期就将消费者的需求甚至其价值观融入其中，便能让最终产品给用 户提供更好的操作体验。 本文试图采用手段目的链方法来表达和分析用户需求，将用户对笔记本电脑 输入设备的价值关系通过手段目的链连接起来，指导在u c d 的基础上进行的输入 模式设计。通过层次结构表征从最底层的的笔记本电脑输入设备的基本属性，到 该属性带给用户的中层心理反应，一直到最高层的需求价值。分析笔记本电脑输 入设备的基本属性能够带给用户的心理反应和需求价值以及他们之间的关系，让 设计者更新清晰地了解用户购买和使用输入设备的各种心理需求和价值，更好地 让输入模式满足用户的需求。 1 1 3 用户行为的研究 d o n a l d a n o r m a n 对用户行为有较为深刻的研究，认为设计者在进行系统的设 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 计时，会按照自身的理解建立一套设计者模式；同时用户在对系统进行操作的时 候，也会形成用户对系统的用户模型。使用者的用户模型是通过系统中预设用途 对操作提供的明显线索来建立的。预设用途主要是指物品被人认为具有的功能及 其实际上的功能，其中主要是指那些决定物品可以用来作何用途的基本功能1 7 j 。 如果用户能够通过预设用途提供的操作上的明显线索和明显限制建立起与设计者 的设计模型相符合的用户模型，用户将大大减少学习操作的时间，同时也能减少 在操作过程中由于设计不当引起的失误，这被称为设计模型与用户模型之间的匹 配。 仓自 图1 5 几种概念模型来自设计心理掌 通常用户在操作设备中出现差错，多数是由于用户模式和设计模型的差异或 不匹配导致的，但是绝大多数用户会认为是自己的失误导致错误发生，而不会想 到是设计者的问题。d o n a l d a n o r m a n 在其设计心理学书中，详细分析了用户 出现差错的原因和避免差错的方法： 用户的差错有两种最为基本的形式：失误和错误，有三条基本的设计原则可 以减少失误和差错： 将所需的操作知识尽量存储在外部世界，而不是全部地存储在人的头脑中； 利用自然和非自然的限制因素，以及利用强迫性功能和自然匹配的原则； 缩小动作执行阶段和评估阶段的鸿沟。在执行方面，要让用户很容易看到那 些操作是可行的。在评估方面，要把每一个操作的结果显示出来，使用户能够方 便、迅速、准确地判断系统的工作状态。【7 】 在操作过程中，人的操作行为大部份是在下意识的状态中进行的。下意识的 行为是一种自动的、快速的行为方式，而且不需要任何的心理努力。在进行下意 识操作时，人们总是提取大脑中与该操作行为最相近的操作模式进行操作，这也 是所有的操作方式中最轻松，速度最快的一种。除此，人们操作行为还有可能是 在有意识的状态下进行，有意识的操作缓慢而且费力。在有意识操作中，用户总 是反复斟酌，认真考虑各种可能性，进行比较和解释，最后才做出操作行为的决 定【7 1 。在设计用户输入模式时，为达到最佳可用性，减少用户在操作行为中复杂 6 硕士学位论文 的思考【l 引，输入设备的行为应以尽量调用用户的下意识行为为佳，以提高用户和 产品的交互体验。 在研究用户和产品交互问题时，需要用到任务分析的方法。任务分析是研究 用户完成指定任务的作业行为分析【8 】，它注重从行为的逻辑中分析行为的运行流 程。任务分析认为对一个任务应该从“人 和“机 两方面共同入手，进行系统 交互任务的分析，划分各自的职责和共同的任务，并将功能进行分解，制定数据 流程图，分析出任务网络图或任务列表。这样，高等级的任务被分解成几个有权 限的子任务来进行分析研究【l3 1 ，并制作流程图，同时子任务也能够在其他的系统 和环境中被再次重新组装或再分解。 任务分析的技术分为两个方向一一面向过程的任务分析( 层次化任务分析) 和面向对象的任务分析( 场景任务分析) 。面向过程的任务分析又称h t a ，是现在 流行最为广泛的任务分析技术，其将任务分解成若干子任务，再把子任务进一步 分解成更加细致的子任务，通过把这些子任务按照过程组织成若干个序列并建立 工作模型来说明人的行为状况【8 】。相对面向过程的任务分析，面向对象的任务分 析更加强调直接对用户交互的对象进行任务分析，更加关注于设计的对象。因此 它并不构建任务的工作模型，而是强调建立某用户使用产品的场景。 一般来说，用户在笔记本电脑的操作中，对输入模式的任何一个层面的行为 都可以按照从最上层的被称之为高层面说明的最具概括性的描述( 比如：播放 d v d 文件) 到最下层比较注重细节的低层次说明( 比如：点击鼠标左键) 逐渐地 被细化。将用户在输入模式的操作划分成不同层次的多个行为进行分析，能够从 深层次的角度了解用户行为，对开发符合用户下意识操作的输入模式也是有益的。 1 1 4 笔记本电脑的输入模式及其研究的意义 笔记本电脑的普及 据预测，笔记本市场占用率将在2 0 0 9 年之前超过台式机，成为消费p c 市场的 绝对中坚力量。图1 7 展示了占全球9 0 笔记本市场的台湾代工工厂在2 0 0 4 2 0 0 8 年的出货量统计和预测【1 4 j 。从中可以看出近几年的发展趋势，随着笔记本电脑的 市场占有率的增加，将会很快超越台式机。美国信息周刊在2 0 0 7 年底对2 0 0 8 年的全球笔记本电脑市场发展趋势进行了预测。文章共列出了7 大发展趋势，他们 是：【1 5 】 大屏幕笔记本屏幕越来越大； 笔记本屏幕继续向宽屏方向发展； 小屏幕笔记本屏幕越来越小； 笔记本无线功能继续普及； 笔记本电池体积越来越小； 7 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 越来越多笔记本开始采用固态硬盘： 越来越多笔记本放弃w i n d o w s 系统。 图1 62 0 0 4 2 0 0 8 年台湾笔记本电脑代工出货量与全球市场占有率统计及预测 一般来说，小尺寸笔记本电脑由于体积缩小导致成本提高，主要占据高端市 场。但2 0 0 7 年底华硕发布的以“易学、易玩、易携带 为卖点的“易 p c ，将小 尺寸笔记本电脑带引入低端市场，并得到了包括i n t e l 在内的众多厂商的跟随。i n t e l 在2 0 0 8 年的i d f ( i n t e ld e v e l o p e rf o r u m ) 上发布了低功耗移动c e n t r i n oa t o m 芯片平 台，以及s i l v e n h o m ea t o m 处理器，从芯片成本上降低了小尺寸移动笔记本电脑的 价格，大大提高了笔记本电脑在低端市场上的竞争力。 0 誓誓函国嗣黼汹翩嘲一 图1 7 华硕“易”p c 输入模式的多样化和复杂化 低价小尺寸笔记本电脑除了具有价格方面的优势，它还需要自身的其他卖点， 如易p c 强调的“易学、易玩、易携带 等。为了开发新的卖点，寻找到产品市场 的新“蓝海 ，为笔记本电脑开发的新输入模式成为近几年的热点。新的输入模式 是相对于已有的输入模式而言的，一般来说，与旧的输入模式相比，新的用户输入 模式不仅仅能够提供新的操作体验，还能提高用户在操作中感受到的乐趣。 一般来说，新用户输入模式的开发由于成本等原因，并不会都研发全新的输 入设备和新的设备外形，基于旧输入设备，通过进行位置或操作方式的改动成为 新输入模式研发的新方向。 囝 硕士学位论文 二 “ ij 】 ；“ 一 ，一k 、 j 。 ， ， ：净 一， i ，二一。? 。7 ) o 一，、7 i ； ： 霉譬? _ 、“。 ) 盖。；。，。，o ：。，。；二乏 。， 童。fl#f 。“，札 ：。k 。f#ilj i “， 图1 8 全新操作体验的s o n yu 10 1 来自w w w x i c i n e t 目前市面的笔记本电脑上较常用的输入设备有：键盘，鼠标，触控板，指点 杆，轨迹球，触摸屏。 键盘：键盘输入是用户进行字符敲击输入的主要输入模式，市面上最常见的 键盘是q w e r t 键盘( 其他类型的键盘仅限用于专业用户的输入) 。市面上的电子 键盘一般采用l 2 i n 见方的按键，按键之间的空间为1 4 i n 。键面稍微下凹，采用磨 沙面，这样能够减少按键的光反射和手指打滑，也能让指尖和按键有良好的接触。 按键的一般要求为：压力4 0 9 1 2 5 9 的力， 3 m m 一5 m m 的上下位移【”。笔记本电 脑的键盘一般由字母按键( 大小写字母) 、数字按键( 1 0 个数字) 、专用符号按键 ( s p a c e ，e s c ，b a c k s p a c e ，i n s ，t a b 等) 、光标控制按键( 上下左右，以及p a g eu p d o w n 等) 、修改键( a l t ，s h i f t ，c t r l 等) 、功能键( f l f 1 2 ) 组成，有的笔记本设计 有操作快捷键，还有的大尺寸笔记本有数字小键盘区。人机工程的研究发现，用 户在标准键盘的使用时，手腕和手的位置排布并不符合操作过程中自然的姿势。 为了减少使用者的疲劳，最新的人机工程学键盘进行了一些设计改进，尽量保证 用户左右手用键之间相隔基本为9 5 c m ，张开2 5 度角，键盘有1 0 度左右的倾斜面 【1 6 】，改改进获得了市场的认可。并且，数字小键盘区的研究最近又逐渐成为新 的研究热点17 1 。 图1 9 符合人机工程学设计的键盘 鼠标：无论是在笔记本电脑还是在台式机市场，鼠标是现今除键盘外最为流 行的以点击和移动为主要输入模式的输入设备，其发展经历了从机械鼠标到光电 鼠标，有线鼠标到无线鼠标的进化过程。d o u ge n g e l b a r t 被认为是鼠标的发明者， 他与b i ue n g l i s h 在19 6 8 年1 2 月9 日在i e e e 的会议上共同展示了世界上第一个 鼠标【l 引，在当时取得了轰动效应。 苫 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 图1 10 从左到右分别为：世界上第一个鼠标( 来自d e s i g n i n gi n t e r a c t i o n s ) 光电式机械鼠标和光电鼠标 1 9 8 3 年，l o g i t e c h 公司发明了第一台光电机械式鼠标，成为了鼠标新的里程 碑。鼠标机械部分由橡胶小球、转轴及光栅盘组成。橡胶球是由铁制小球外包裹 着一层橡胶材料制成，它在弹簧和重力的作用下，既与x y 两转轴接触，又与桌 面相接触。移动鼠标时，依靠磨擦力的作用，转轴转动，与转轴相连的光栅盘以 相同的角速度转动【l9 1 。光电管会收到被光栅盘遮挡过后的连续的发光信号。微处 理器便可以根据这些信号及相位差计算出鼠标移动的距离及方向。 1 9 9 9 年，微软公司与安捷伦公司合作发布了新的i n t e l l i e y e 光学引擎，研发了 第一个真正意义上的光电鼠标，并且迅速占领市场，成为了未来鼠标发展的方向 触控板：与鼠标点击和移动输入模式不同，触控板( t 0 u c hp a d 或t r a c kp a d ) 是以手触及移动为主要输入模式的输入设备，是笔记本电脑广泛采用的输入设备。 触控板结合了鼠标，轨迹球和写字板三者的操作特点【2 0 1 ，由一个小型的数字化平 板的感应区以及左右键( 有的还包括中键) 组成，感应区通过侦测用户在触控板 上移动的手指来确定光标的位置变化。 图1 1 1 触控板结构图来自c i r q u ec o r p o r a t i o n ：s c i e n t i n ca m e r i c a n 由于触控板在结构上的先天优势，它非常适合作为笔记本电脑等移动设备的 1 0 黪 。落o 、 晰魏 硕士学位论文 输入模式。它是由g e o r g eg e r p h e i d e 经过了两年的研发和19 款失败的设计原型， 最终研发成功的。为了表明其当时作为鼠标竞争对手的市场定位，g e r p h e i d e 称触 控板为“猫”【2 。当笔记本电脑出现后，由于触控板相对于别的输入模式具有便 携的特性，被逐渐用在笔记本上。其实当触控板第一次出现在笔记本上时，还被 当时的p cm a g a z i n e 评为史上笔记本十大败笔之首( b o t t o mt e nl i s t ：w b r s to f t h e l a p t o p s ) 2 2 1 。随着技术的发展，第三代触控板增加了手写识别功能，用户可以用 手直接进行手写输入文字，该功能在一定程度上方便了中国入门用户的汉字录入。 指点杆：指点杆是另一种流行于笔记本电脑的输入设备，是i b m 公司专为 t h i n k p a d 研发的指取用户输入模式，主要为i b m 和t 0 s h i b a 的笔记本电脑使用。 从外形上看，它由键盘g 、b 、h 三键之间一个感应小按钮和空格键下方的两个 按键组成，感应小按钮通过感应手指推力的大小，来控制光标的移动轨迹；两个 按键充当左右键( 有的产品有中键) 。由于在t h i n k p a d 中指点杆最为醒目小按钮 都是以红色出现，因此又被用户亲切的称作“小红点”。但是由于其结构成本较触 控板高，导致它仅被用在高端市场的笔记本上。现在市面上比较常见的指点杆外 形主要有三种。 图1 12 指点杆和常见的三种外形 轨迹球：轨迹球的工作原理和鼠标相似，是一个倒置的鼠标。球体在顶部， 能够在其支架内自由旋转，其旋转的运动量被转换成x y 方向的位移，来控制屏幕 上的光标移动。由于轨迹球操作的空间需求较小，在触控板的早期阶段，笔记本 电脑一般都采用轨迹球作为输入方式【2 3 1 。 触摸屏：触摸屏是一种直接在屏幕上进行操作的输入模式。屏幕上安装的二 维光敏器件阵列能够侦测到手指或指点笔接触屏幕时被阻断的光束变化，通过芯 片的转换，就能变成屏幕上的光标移动量。它的操作简便，显示控制比率为1 ：1 ， 用户操作学习简单，但是其高昂的建造成本导致该输入设备只能被使用在高端的 u m p c 或者t a b l e t 匕。 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 图1 13 使用触摸屏的ib m 高端t a bie t 1 2 论文研究的目标，内容和方法 1 2 1 论文研究的目标 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究与设计的目标是：在输入模式对用 户友好的基础上研究笔记本电脑的输入设备，提出一套能够指导笔记本电脑用户 输入模式研究的模型。研究基于以用户为中心( u c d ) 的思想，重点对用户的行 为和需求进行研究，建立笔记本电脑用户需求模型，在需求模型中尝试为笔记本 电脑的用户建立新的用户输入模式，对需求模型进行验证和尝试性的使用。用户 需求模型不仅能够对新输入模式的开发以u c d 的角度进行指导，也能够为已有输 入模式的改进提供理论上的支持。 1 2 2 论文研究的内容 论文的研究开始于对用户行为进行探索，随后挖掘用户在此行为下的需求， 最后基于此需求研究已有的输入模式的优劣，并且尝试建立新的用户输入模式。 在其中涉及主要研究的内容有： 笔记本电脑用户行为的研究 笔记本电脑用户群的分类 笔记本电脑用户需求的研究 笔记本电脑用户操作对空间的需求 笔记本电脑用户操作方式需求 笔记本电脑用户需求模型 笔记本电脑用户需求模型和用户输入模式的对应关系 已有用户输入模式的研究 新笔记本电脑用户输入模式的建立 1 2 硕士学位论文 1 2 3 论文研究的方法 继2 0 世纪7 0 年代，h e r b e r ta s i m o n 提出“人为事物的科学( t h es c i e n c eo f a n i f i c i a l ) 的概念，将设计作为一种造物的本体并结合人工智能，心理学相关领 域进行研究以来，设计取得了较为长足的发展【2 4 1 。 本论文通过典型的以用户为中心的设计方法对用户的行为，需求进行分析， 其中借鉴了心理学、行为学、计算机等其他相关领域的知识。就本文而言，关于 设计研究的重点在于运用消费行为学，消费心理学等其他相关领域的知识进行用 户行为和用户需求的挖掘，对用户行为一需求一输入模式的建立之间的关系进行 初步的探索，并期望结果能对以后的用户输入模式的研究和开发提供借鉴作用。 研究采用用户输入模式知觉层级实验和手段目的链方法( h v m ) 进行具体 的数据采集和分析，并通过设计实践验证所提出的理论模型。 1 3 论文规划 本论文总共分为以下几个章节。 第一章：绪论 ， 阐述论文研究的问题和背景，论文研究的目标、途径、方法和结构框架。 第二章：基于笔记本电脑用户输入行为的输入需求 详细讨论了用户行为和笔记本电脑用户在操作过程中的行为特点，并且 通过笔记本电脑用户输入模式知觉层级分析出用户在输入模式中的需求，并 建立需求模型 第三章：基于笔记本电脑用户需求的用户输入模式 对笔记本电脑用户输入模式分析，讨论用户输入模式和用户需求模型的 关系，并仔细研究了鼠标，触控板和指点杆在需求模型中的关系。 第四章：笔记本电脑新输入模式的设计 基于已有的需求模型和用户输入模式之间的关系，为笔记本电脑开发一 款新的输入模式，并且通过在新模式的开发过程对已有的模型进行探讨和验 证。 结论部分提出了研究的部分局限性和时效性，并阐述了对未来研究的一些看 法。 1 3 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 第2 章基于笔记本电脑用户行为的输入需求 2 1 笔记本电脑用户行为 2 1 1 笔记本电脑用户行为认知基础 在整个人机交互的过程中，用户需要经历感知、认知、反应三个交互阶段。 其中，感知部分主要是由视觉、听觉等用来感知外界的器官以及感知处理器的参 与来完成。在感知过程中，感知系统接受计算机输出设备的信息，感知处理器同 时进行初步的模式识别和简单的上下文理解。交互过程的反应部分主要用来与计 算机的输入设备进行交互，包括进行手指、发音、情感表露等操作。 计算机 输出设备 ( 显示器，喇叭等) 圃 输入设备 ( 键盘，鼠标，话筒等) 图2 1 人机交互系统的信息处理模型 认知过程由思维处理器和记忆处理器共同组成【4 】。通过感知过程中感知处理 器处理的信息，会被首先送到记忆处理器中的短时记忆中。短时记忆的储存容量 小( 5 9 个比特) ，保存时间短( 一般是几秒) ，并且主要以声音、视觉和语意的 形式进行编码。一般说来，短时记忆的保存时间与输入信息量的大小以及用户对 输入信息的熟悉程度有关。因此，用户输入模式的设计要尽量缩短传递信息编码 的长度，不要超过9 个比特的信息容量；同时还要使用用户比较熟悉的信息内容表 征和编码方式，以使短时记忆发挥最大的效能， 通过短时记忆，有一部分信息会被进一步加工，并进入长时记忆中。长时记 忆的存储是按照逻辑结构化排列的，它的存储量大，存储时间长。用户从长时记 忆提取信息也通常采用逻辑结构的方式进行，即通过回忆与提取信息相关的辅助 信息，按照逻辑结构的规则，对所需信息进行提取。在笔记本操作中，当用户回 忆自己用中指或是用食指滚动鼠标滚轮，用户将通常依靠回忆自己操作鼠标的整 1 4 硕士学位论文 个过程来得出答案，而不是像短时记忆一样直接提取信息回答。 笔记本电脑输入设备在设计过程中，设计者会依照输入设备的内部操作程序 和对用户的理解，建立笔记本输入设备被操作的设计概念模型。而用户在操作笔 记本电脑时，会建立其对于输入设备的用户概念模型。用户概念模型是通过个人 的经验、训练和教导，以及对自己、他人、环境以及接触到的事物的理解之后综 合而成。因此，当用户在接触全新的输入模式时，用户常常会在个人经验、已掌 握模式或个人习惯中进行匹配搜索，从而挑选出最接近的模式进行最终链接。 盎西 图2 2 笔记本电脑使用过程中的几种概念模型 设计过程中，设计者希望设计模型能够和用户模型相匹配，但设计师却不能 对每一个用户进行一对一的了解和指导。根据n o r m a n 的研究，多数人不会阅读 说明书【2 5 1 ，因此，设计者只能通过被称之为产品系统表象的可视部分与用户进行 交流。人的行为有下意识和有意识之分，人在绝大多数情况下进行的是下意识的 行为：台式机箱背部的插孔按照国际标准分为不同的颜色，人们知道会把相同颜 色的插孔对应插上。由此可见，下意识的行为是一种模式匹配过程，人们总是习 惯在过去的经历中寻找最相近的模式进行匹配，这个过程常常迅速、自动地进行， 完全不需要用户意识的干预。通过系统表象，设计模型如果能够与用户使用经历 或用户习惯定式相匹配，便能最大限度地降低用户学习系统操作的难度，同时减 少用户使用系统的误操作。相反，如果系统表象传达的设计模型与用户模型不相 符或相违背，就会降低用户学习的效率，并且使用户频繁地感觉操作不便，增加 误操作的几率。 为了获得设计模型和用户模型最大的匹配性，设计模型应该遵守显控协调性 的原则。显控协调性是指显示和控制的关系与人们的期望的一致性。通过对人机 工程学原理和人的习惯定式等生理、心理特点的研究，显控协调性包含以下三个 方面的协调内容：【s j 1 空间关系的协调性 空间的协调性是指显示与控制在空间位置上的关系与人的期望一致。主要包 括：显示与控制在设计上存在相似的形式特性；显示与控制在布置位置上存在对 应或逻辑关系。 基于用户行为的笔记本电脑输入模式研究及设计 2 运动关系的协调性 运动的协调性是指显示界面与操纵界面的运动方向符合人操作的习惯定式。 3 概念关系的协调性 概念的协调性是指显示和控制要在概念上与人的习惯定式一致。 在笔记本电脑的操作过程中，显示平面主要指l c d 显示器所在的平面，控制 平面主要指键盘等用户操作设备所处的平面。因此，笔记本电脑用户输入模式的 显控一致性，主要包括用户操作空间和显示空间的协调( 空间协调性) ，用户操作 时和显示平面运动关系的协调( 运动协调性) ，用户操作的功能和编码与已有概念 的协调( 概念关系协调性) 。 2 1 2 笔记本电脑用户的行为模型 用户行为是用户所有行为的集合，涉及许多复杂的过程，由于它的包容性和 复杂性，一直是心理学、交互设计以及可用性研究的重要领域。 在用户行为模型方面，已存在大量的方法模型化用户的行为过程，从认知的 角度分析和理解用户的行为，是一种常用的方法。用户进行任何行为首先需要对 该行为确定行动目标，然后针对目标采取行动，将动作行为作用于人或事物；动 作行为一旦完成，用户还需要对动作的结果进行评价，并且与最初的目标进行对 比。执行的过程主要指施加在外部世界的动作；评估的过程涉及既定目标与外部 世界的反馈状态的比较。因此，用户的整个行为过程可以被概括为四个部分：目 标、操作行为的对象、操作行为以及对行为进行评估。这四个部分构成了用户行 为模型的基础。 图2 3 行为的整个过程 当用户明确了操作的目标后，需要从操作目标提炼出实现该目标意图，目标 强调行为的结果性，通常表达的比较含糊，而意图则表述导致结果的动作。意图 1 6 硕士学位论文 比目标有更明确的动作性，但并没有执行行动。随后用户需要对操作意图分析出 具体动作的顺序，先做什么，再做什