（计算机软件与理论专业论文）基于pibg范式的笔式用户界面可用性设计研究.pdf

西北大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，随着个人计算机性能的大幅度提高，人机界面越来越向着人性化、 自然化、智能化方向发展。笔式用户界面( p e n - b a s e du s e ri n t e r f a c e ，p u i ) 作为 p o s t w i m p ( w i n d o w + i c o n + m e n u + p o i n t ) 界面的一个主要形态成为当今研究 的热点。它基于纸笔的“隐喻”给人们提供了一种自然高效的交互方式，从而减 轻了用户的认知负担。由于p u i 被越来越广泛地应用于各个方面，笔式用户界面 的可用性问题也就逐渐暴露出来。 当今“以用户为中心”的设计己经成为用户界面发展的主要趋势。笔式用户 界面面向普通用户人群，具有很强的自然性，可以帮助人们自然、高效地完成各 类纸笔交互任务。站在交互设计的角度，本文研究了笔式用户界面系统可用性设 计的过程及其中运用的原理和方法等。 本文首先通过介绍笔式用户界面的发展及应用，对笔式用户界面做了系统的 概述，并对其当前存在的问题及发展趋势进行了探讨。然后，本文分析了进行笔 式用户界面可用性设计的基础理论与方法。接下来，本文讨论了笔式用户界面的 基本特征，讨论并给出了一种新的笔式用户界面范式。最后，文章通过实例详细 论述了一笔式用户界面系统的可用性设计及其可用性评估。主要工作归纳为以下 三点： 1 分析了笔式用户界面可用性设计研究中的涉及一些理论、原则与方法。 2 通过讨论笔式用户界面的特点，在分析了笔式用户界面设计理念的基础 上，基于用户界面可用性原理给出了一种新的笔式用户界面范式。 3 在新的笔式用户界面范式基础上设计实现了一个笔交互系统，并对此系 统进行了可用性评估。 关键词：笔式用户界面、可用性、以用户为中心的设计、用户界面设计、 界面范式。 西北大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ep e r f o r m a n c eo fp c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) b e i n gi m p r o v e do b v i o u s l y , h c i ( h u m a nc o m p u t e ri n t e r f a c e ) i sd e v e l o p i n g m o r eh u m a n e l y ，n a t u r a la n d i n t e l l i g e n t p u i ( p e n - b a s e du s e ri n t e r f a c e ) ，a st h em a i ni n t e r f a c es t y l eo fp o s t - w i m p ( w i n d o w + i c o n + m e n u + p o i n t i n gd e v i c e s ) i n t e r f a c es t y l e ，i st ob et h ef o c u so f r e s e a r c ho fh c i p u i ，b a s e do np e n p a p e rm e t a p h o r , p r o v i d e san a t u r a la n dh i g h l y e f f i c i e n ti n t e r a c t i v em o d et ou s e r s ，s oi tc a nr e d u c eu s e r s c o g n i t i o nb u r d e n w i t ht h e w i d es p r e a du s eo fp u ii nd i f f e r e n tf i e l d s ，t h eu s a b i l i t yp r o b l e m so fp u ia l ee x p o s e d g r a d u a l l y n o wd a y su s e rc e n t e r e dd e s i g nh a sb e e nt h em a i nd e v e l o p i n gt r e n do fu s e r i n t e r f a c e p u ii sf a c i n go nc o n l l n o nu s e r sa n dh a ss t r o n gn a t u r a lc h a r a c t e r i s t i c i t c o u l dh e l pp e o p l ec o m p l e t ek i n d so fp e n - p a p e ri n t e r a c t i o nn a t u r a l l ya n de f f e c t i v e l y s t a ：n d i n go nt h ep o i n to fi n t e r a c t i o nd e s i g n ，t h ep a p e rs t u d i e st h eu s a b i l i t yd e s i g no f t h ep u is y s t e ma n di t st h e o r i e sa n dm e t h o d se t c t h i sp a p e rf i r s t l yp r o v i d e sg l o b a la n ds y s t e m a t i c a la n a l y s e so fp u i ，a f t e r i n t r o d u c i n gp u ih i s t o r ya n da c t u a l i t y , d i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to fp u ia r e d i s c u s s e d s e c o n d l y , t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r dt h eb a s i ct h e o r i e sa n dm e t h o d so nu s a b i l i t yd e s i g n o fp u i f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fp u i ，d i s c u s s e sa n d g i v e san e wp u ip a r a d i g m f i n a l l y , t h ep a p e re x p l i c i t l yd i s c u s s e su s a b i l i t yd e s i g na n d u s a b i l i t ye v a l u a t i o no fap e n - b a s e du s e ri n t e r f a c et h r o u g ht h ed e s i g no far e a lp u i s y s t e m t h em a i nr e s e a r c hw o r k si nt h ep a p e r a r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 a n a l y z e st h et h e o r i e s ，p r i n c i p l e sa n dm e t h o d so f u s a b i l i t yd e s i g no f p e n - b a s e d u s e ri n t e r f a c e 2 g i v e san e wp u ip a r a d i g mb a s e do nu s e ri n t e r f a c eu s a b i l i t yp r i n c i p l e ，t h r o u g h d i s c u s s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f p u l a n d a n a l y z i n gt h ei d e ao f p u ld e s i g n 3 ，p r o v i d e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fap u is y s t e mb a s e do nt h en e w p a r a d i g m ，a n dg i v e st h eu s a b i l i t ye v a l u a t i o no f t h es y s t e m 1 1 西北大学硕士学位论文英文摘要 k e yw o r d s p e n b a s e du s e ri n t e r f a c e ( p u l ) ，u s a b i l i t y , u s e rc e n t e r e dd e s i g n ， u s e ri n t e r f a c ed e s i g n ，i n t e r f a c e p a r a d i g m i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权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。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本 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。同时，本人保证，毕业后结合学位论 文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：遗垫指导教师签名 硼6 年月叫日弘年6 月l 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：a 参连堡 彤年( 月1 日 西北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 计算机硬件水平的不断提高使得计算能力不断增强，计算机网络的出现和蓬 勃发展使得计算机之间信息的交流及计算资源的分配成为可能。然而作为计算机 工具使用者的人类，用于控制和利用计算机的方式却一直滞后于其它领域的发 展。人们通过人机界面向计算机提供指令并获得反馈的这种人与计算机通讯的过 程通常被称为人机交互( h u m a nc o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，h c i ) ，完成这个过程所 依赖的媒介( 包括软件和硬件资源) 被称为用户界面( u s e ri n t e r f a c e ) ，亦称 为人机界面。 用户界面在人机系统中的位置是负责管理计算机的输入和输出，它决定了人 们使用计算机的方式。1 。用户界面从命令行界面发展到当前的图形和多媒体用户 界面的直接结果就是计算机拥有了更多的用户，用户需要记忆和训练的时间、强 度都大幅度降低了，计算机呈现视觉、听觉信息的能力大大加强，提高了用户对 信息表现形式的选择和控制能力以及接受信息的效率。与此同时，随着计算机表 现形式的多样化和用户与计算机交互方式的多样化，传统的交互手段如键盘、鼠 标的用途在缩减，用户界面不一定要和屏幕联系在一起，计算机已经变得“无所 不在”了，这给计算机研究者带来了新的课题，传统的人机界面形式面临着挑战。 随着计算技术的发展和计算机应用领域的不断扩展，人们对于人机交互设备 和系统的环境适应性、交互的自然和谐与高效性的要求和期望越来越高，从而推 动着交互技术的不断发展和界面表现形式的日益多样化，人机界面正在从图形用 户界面一统天下的时代向多种表现形式、自然、高效、多通道的p o s t - w i m p ( w i n d o w ，l e o n ，m e n u ，p o i n td e v i c e ) 界面时代过渡。笔式用户界面( p e n b a s e d u s e ri n t e r f a c e ，p u i ) 是p o s t w i m p 界面的一个典型代表，它是手持移动计算设备、 电子白板等应用平台的主要晃面形式。它以小巧便携、适应多种环境的笔交互设 备和承接传统纸笔文明、使数字化计算更加平易近人、自然高效等特点吸引了越 来越多人们的关注。笔式用户界面基于纸笔的界面隐喻，与传统w i m p 界面的交 互方式比较，用户的交互动作由鼠标的点击( p o i n t i n g ) 变为基于笔的勾画手势 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 ( g e s t u r e ) 。由于基于笔的交互方式与人们已经形成的较为成熟的纸笔认知习惯 相符合，因此，笔交互可以极大的降低用户的认知负荷，从而达到为用户提供自 然、高效的交互方式的目的。然而也正是随着p u i 被越来越广泛地应用于各个方 面，笔式用户界面针对相应应用领域的可用性问题也就逐渐暴露出来。 1 2 笔式用户界面的发展与应用 笔式用户界面作为p o s t 。w i m p 界面研究的一个重要方向，其发展动力来自 于人们重新找回对“纸”和“笔”的梦想的愿望。自从人类文明诞生以后，从结 绳记事到文字的出现，以及书写和保留文字的载体笔和纸的出现，历经了一 个漫长的过程。电脑的出现让人们脱离了纸和笔，令文字与鼠标、键盘联系在了 一起，为了在汉字与键盘之间建立联系，8 0 、9 0 年代可以称为是万码奔腾的输 入时代，然而，最终专业录入人员外的绝大部分用户都选择了最为简单易学的拼 音输入法，但即使是与汉字文明有着直接联系的拼音作为输入代码仍然在一定程 度上束缚了用户的思维，阻碍了内涵丰富的象形语言威力的发挥。笔式用户界面 寄托了人们将纸笔的直接、便捷和电子计算的诸多优点结合起来的希望和梦想。 因此，笔式用户界面大都遵循纸笔( p a p e r - p e n ) 隐喻( m e t a p h o r ) ，即人们己经 熟悉的纸笔工作方式。 笔式用户界面的发展也经历了3 个阶段：l 、w i m p 界面形态的变形；2 、基 于勾画的界面模型的建立；3 、笔式用户界面的广泛应用。在笔式用户界面发展 的第一个阶段，也就是在上个世纪8 0 年代末到9 0 年代初之前，笔式用户界面主 要是集中应用于一些移动数字计算设备，而且笔所起的作用只不过是替代了常用 的鼠标等工具的指点功能。上个世纪9 0 年代初期到9 0 年代中后期，以l i v e b o a r d 。1 的出现为标志，笔式用户界面的研究和发展进入到一个全新的阶段。在这一阶段 产生了一大批具有创新性和使用价值的系统，例如：x e r o xp a r c 研制的 l i v e b o a r d ( 如图1 1 所示) ，c m u 大学用于设计图形用户界面原型的工具 s i l k “”。与此同时，x e r o xp a r c 在其为l i v e b o a r d 开发的配套软件中提出了许 多现在笔应用中的思想和概念，例如该公司的w e i s e r 在1 9 9 1 年提出了“无处不 在计算”( u b i q u i t o u sc o m p u t i n g ) 的理论”1 。在这一阶段人机界面交互的研究主 要方向是以用户为中心，力求做到自然、高效。此时，以“勾画”为特征的全新 2 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 笔式用户界面的交互模型应运而生。 u b i q u a o u , ：o m p u t l n g x e r o xp a r c ，1 9 8 8 i1 9 9 5 d 抽嘲缸棚b 柏i 两恻d p a r e t a b j f q 耐 图1 1x e r o xp a r c 研制的l i v e b o a r d l i v e b o a r d 妊“醣哥 从上个世纪末至今，随着硬件和软件技术的逐渐发展，笔应用已经进入到产 品成熟阶段，笔式用户界面也迅速向着更广泛的应用领域延伸。由于具备了基于 纸笔隐喻这样一种自然、和谐的交互形态，笔式用户界面被应用到许多计算环境 与领域之中。对于许多计算环境来说，当前基于桌面的主流用户界面并非十分适 用，而笔式用户界面则很好地解决了这些领域中存在的交互问题。按照使用笔式 用户界面的目的来说，这些应用领域大体可以归为四类：创造性工作、信息交流 和共享、思想捕捉、笔交互增强“1 。例如：应用于动画设计领域的多层次的勾画 工具、基于手写笔的儿童益智娱乐软件、办公、教学软件等；微软、惠普等多家 公司近几年相继推出的t a b l e tp c ( 如图1 2 所示) 更打造了完整的支持手写输 入的操作系统。 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 2t a b l e t p c 1 3 论文选题背景及意义 随着计算机日益渗透到人类生活的方方面面，自然的、以人为中心的用户界 面研究成为了当今人机交互研究的主流，笔式用户界面的研究内容也日益丰富了 起来，同时对于笔交互的认识更加的深入了，人们对于笔式用户界面的认识不再 是过去那样局限于把笔作为个鼠标的替代物或把笔交互等价于模式识别。 “笔”较其它交互设备，一个最为鲜明的特性是它易于控制，可以进行高效 自然的勾画，而基于纸笔的工作方式是人们数千年来进行信息捕捉和表达的一个 有效途径，无论是文字和图形都可以自然勾画在纸上，而纸笔所具有的各种独一 无二的物理特性以及长时间使用所形成的认知习惯和社会影响更使得笔式用户 界面的研究非常有意义。 在对笔式用户界面的研究过程中已经建立了大量的应用系统。由c m u 机械 工程系实现的s k e t c h l t ”1 是一个支持机械概念设计的草图工具。之后开发的 s i l k 则是通过勾画进行图形用户界面设计的系统。加州大学b e r k e l e y 分校设计 并实现的d e n i m 。1 是一个支持勾画的网站设计系统，之后又在此基础上开发了面 向多设备的舨本d a m a s k “。d a v j , s 。“等人开发了基于自由笔迹的动画割作工具。 f l a t l a n d “2 1 是f l j g e o r g i a n i 、东京大学和x e r o xp a r c 联合研制的电子白板系统， 以及m i t 与m i c r o s o f t 联合开发的利用勾画进行物理仿真的a s s i s t “8 等。 然而，由于所使用输入设备的差异、笔交互信息定义的互不兼容以及用户使 用习惯的个性化，都使得这些应用并没有一个对笔式用户界面进彳亍良好描述的框 4 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 架：不同类型的笔输入设备由于输入区域和环境显示效果的不同，造成界面布局 与界面风格上的差异：而同类型的笔输入设备之间缺乏对笔交互信息的描述规 范，使得软件应用往往只能对特定的硬件设备进行设计实现；不同用户在使用笔 进行工作、办公或处理个人事务时都存在明显的个性化风格，缺乏对笔式用户界 面的高层次抽象和可靠的软件复用技术支持，导致软件系统很难满足所有用户的 使用需求和习惯；同时，对笔式用户界面的研究力求摆脱传统w i m p 界面的束缚， 但目前还没能提出一种能充分发挥笔交互特色、适合笔交互的界面范式，并以此 范式作为用户界面构建和设计的基础。由于上述这些原因，使得笔式用户界面本 身的可用性及其在各个领域应用的可行性受到了影响。 如果以上这些问题不能得到妥善的解决，必将大大影响笔式用户界面的推 广。因此我们有必要对笔式用户界面设计进行研究。我们希望设计出的笔式用户 界面可以降低用户对系统的认知负担，从而提高用户尤其是汉语人群用户使用笔 交互系统的效率。使人们通过笔式用户界面能够自然地利用计算机的计算能力， 并在保持传统工作方式的自然性的同时，弥补传统工作方式的不足并带入新的特 奁。 1 4 本文所做的工作 本文的作者在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 工作期间，参加中国科学院软件研究所创新项目“笔式界面软件研究及其在 个人办公领域中的应用”的研究和开发工作，其中笔式用户界面设计及可用性研 究是笔者的主要研究内容。因此本文以笔式用户界面可用性设计研究为主题对本 文作者所作的相关工作进行了系统的论述。本文的主要工作包括了如下的几方 面： 1 、笔式用户界面的发展研究 本文阐述了p o s t w i m p 界面中的笔式用户界面作为新一代人枧交互方式的 一个主要形式所具有的良好发展前景。文章中结合了学术界和产业界的现状 和趋势，通过分析笔式用户界面的发展史、研究现状以及存在的问题等对笔 式用户界面的研究与发展进行了较为全面地论述。 2 、分析了用户界面可用性设计的基础理论与方法 西北大学硕士学位论文第一章绪论 本文阐述了基于可用性的用户界面设计的一些理论、原则与方法。以此作为 笔式用户界面设计的理论指导。对用户界面可用性设计及其评估进行了概要 性的介绍。 3 、分析了笔式用户界面的特征及可用性设计理念 本文通过分析笔式用户界面的交互环境，阐述了笔式用户界面蕴含的基本界 面隐喻。基于此笔式用户界面的界面隐喻，本文总结了笔式用户界面所具有 的交互特征，并在此基础上针对笔式用户界面可用性设计及其目标提出了具 体的看法。 4 、给出了新的笔式用户界面下的界面交互范式 本文根据笔式用户界面现存的问题以及用户改进方案的需求，在吸收并改进 国内外相关领域研究成果的基础上，给出了一个新的适应笔交互的界面范 式。对此笔式交互范式的组件结构以及基于此范式的笔交互过程做了较为详 细的讨论。 5 、设计实现了一个笔式用户界面系统 本文以界面可用性为目标，基于新的笔式用户界面交互范式设计实现了一个 笔式交互系统。通过对整个系统设计的详细介绍和分析，充分体现出笔式用 户界面可用性设计原理和方法在实际系统设计中的运用。 6 、对实际笔式用户界面系统进行了可用性评估 本文在分析现有笔交互系统的基础上，给出了针对该笔式用户界面系统所设 计的可用性测试实验。最后实现了对笔式用户界面的可用性测试及测试结果 的分析，并对系统的设计提出了改进的意见。 1 5 本文的组织结构 本文通过介绍笔应用及笔式用户界面的历史、现状和发展趋势，分析当前笔 式用户界面存在的问题，针对笔式用户界蕊可用性设计进行了较为全面的研究， 提出相应的解决方法和具体实现。全文共分为七章： 第一章：绪论。本章首先分析了笔应用及笔式用户界面发展的历史、现状和 趋势，提出了本文作者的研究动机，阐弱了本文的主题，并对本文 作者的工作进行了概要性的介绍，给出了本文的组织。 6 西北大学硕士学位论文 第一章绪论 第二章：用户界面可用性设计研究。本章首先介绍了用户界面设计的可用性 及其目标、“以用户为中心”的设计以及用户界面的可用性标准， 以作为基于可用性的用户界面设计的重要的原理性内容。然后介绍 了用户界面设计的主要原则。最后阐述了用户界面的可用性评估理 论及相关方法。 第三章：笔式用户界面交互特征研究。本章首先介绍了笔式用户界面的交互 环境。然后讨论了笔式用户界面蕴含的纸笔界面隐喻，同时基于这 一界面隐喻，又分析了笔式用户界面所具有的交互特征。最后基于 这些特征给出了笔式用户晃面的设计理念。 第四章：笔式用户界面下的交互范式研究。本章给出了一种新的笔式交互范 式：p i b g 。从认知心理学等角度对该范式的优越性进行了说明， 并对该范式的内容进行了详细地描述。同时基于该范式，可以建立 笔式应用的开发平台，以帮助我们非常方便地开发笔式应用。 第五章：基于p i b g 范式的笔式用户界面可用性设计。本章给出了基于p 1 b g 笔交互范式的笔式用户界面系统的设计，并将可用性设计原理贯穿 于系统的整个设计过程。着重从系统的总体结构，系统界面的设计、 界面元素和手势设计等几个方面对此实际笔式用户界面系统的设 计进行了详细的介绍。 第六章：笔式用户界面可用性评估。本章综合可用性评估的理论和方法，针 对我们设计开发的基于p i b g 范式的系统进行了可用性评估，最后 对评估得出的结果进行了分析讨论，并对设计提出了改进的意见。 第七章：总结与展望。本章是对全文的系统总结，以及对今后继续研究方向 的展望。 7 西北大学硕士学位论文 第二章用户界面可用性设计研究 第二章用户界面可用性设计研究 p r e e c e “”提出交互式系统设计的3 个关键特征是：以用户为中心、确定的可 用性标准和迭代式设计方法，目前的研究主要集中在前两个问题上。用户界面作 为人机交互的最直接接口，其友好程度极大地制约着用户对计算机的感觉和工作 效率。高科技产品的功能复杂化和普及化更是对产品的交互界面提出了很高的要 求。复杂的产品功能要求界面提供更有效的支持，而普及化则要求界面易于学习。 因此，用户界面的质量，直接关系到应用系统的性能能否充分发挥，能否使用户 准确、高效、轻松、愉快地工作。 2 1 基于可用性的用户界面设计 尽管用户界面的开发越来越受到人们的重视，但是长期以来，用户界面的开 发一直有着重视技术创新而忽视人类因素的倾向，这导致多数交互式系统存在程 度不同的可用性问题。随着科技进步和经济发展，高科技智能产品悄然步入人们 的日常生活，“以人为本”的界面设计原则以为多数产品开发者认可，因而交互 式系统用户界面可用性工程在开发过程中的作用与地位与日俱增。 2 1 1 用户界面设计的可用性目标 可用性( u s a b i l i t y ) 是交互式i t 产品或系统的重要质量指标，指的是产品 对用户来说有效、易学、高效、好记、少错和令人满意的程度，即用户能否用产 品完成他的任务，效率如何，主观感受怎样，实际上是从用户角度所看到的产品 质量，是产品竞争力的核心。可用性通常是要保证交互式产品易学、使用有效果， 因而可细分为以下具体的目标： 使用有效果( 能行性) 对熟练用户来说能够稳定运行。 工作效率高( 有效性) 处理同一项任务使用时间最少。 能安全使用( 安全性) 出错率低，即完成任务中出错次数少，包括小错误 及灾难性错误。 具备良好的通用性( 通用性) 对具有不同文化背景的用户通用，系统具备 国际化风格。 西北大学硕士学位论文 第二章用户界面可用性设计研究 易于学习( 易学性) 对新用户来说易于学习。 使用方法易记( 易记性) 易于随机使用系统完成任务。 综上所述，可用性的概念包含三个方面的内容。首先是有用性和有效性，即 系统能否实现一定的功能以及交互界面能否有效支持产品功能。其次是交互效 率，包括交互过程的安全性、用户绩效、出错频率及严重性、易学性和易记性等 因素。最后，用户对交互界面的满意度。 因此，用户界面的可用性目标指的就是产品对用户来说有效、易学、高效、 好记、少错和令人满意的程度，而用户界面的可用性设计指的是为达到可用性目 标而进行的界面设计，其核心是“以用户为中心”的设计方法论。它强调以用户 为中心来进行设计，有效评估和提高界面可用性质量。弥补常规交互式系统开发 无法保证可用性质量的不足。 2 1 2 。以用户为中心”的设计 “以用户为中心”的设计( u s e rc e n t e r e dd e s i g n ) “的最基本思想就是将用 户( u s e r ) 时刻摆在所有过程的首位。以用户为中心的设计方法是指以真实用户 和用户目标作为系统开发的驱动力，而不是仅仅以技术为驱动力。设计良好的系 统应该充分利用人们的技能和判断力，应同用户的工作直接相关，而且应该支持 用户，而不是限制用户。用户界面设计人员应当认识到他们自己不是普通的用户。 与一般的用户相比，他们对正在开发的系统有着更深入的了解。因此，对大多数 用户而言不明确或造成混淆的界面，可能对那些从事界面设计工作的人员来说是 非常清晰的。某些界面设计人员可以在一定程度上代表普通用户，但他们绝对不 能代替实际使用产品的真正用户。因此，通过在早期关注普通用户的需要，并根 据用户测试结果经常改进设计，即以用户为中心的界面设计人员会提出更好的设 计，而更好的设计将得到用户更好的认可。 2 1 3 用户界面的可用性标准 将用户界面设计的可用性目标表达成特定问题的形式，它们就转变成了可用 性标准。可以通过检查系统能否改进用户的工作效率及其程度如何，来评估产品 的可用性。 9 西北大学硕士学位论文 第二章用户界面可用性设计研究 n i e l s e n “”和他的同事们提出了1 0 个主要可用性标准： 1 ) 系统状态的可视性。在适当的时候提供适当的反馈，以便用户随时掌握 系统的运行状态。系统的反馈按形式可以分为两类，一类是非文字反馈，另一类 是文字反馈。非文字反馈是自指系统通过改变人机界面元素的外观或显示暂时的 元素让用户知道他们行动的结果。例如，用不同的背景颜色表示选中了。文字反 馈指的是系统根据用户的行动产生的文字信息，例如在文字保存后显示的存档成 功的文字界面。 2 ) 系统应与真实世界相符合。使用用户的语言，也就是使用用户熟悉的词 汇、惯用语和概念，而不是面向系统的术语。在这个原则中，不仅仅是词语和概 念，非语言性的信息同样重要，例如图标，工作的流程等也要符合用户在真实世界 中的使用习惯。在设计中为了使用户更好地理解系统的功能，可以用“隐喻”的 方法将现实世界的概念映射到界面中。在计算机操作系统中，桌面、文件、文件 夹、废纸箱等概念都采用了“隐喻”的方法。 3 ) 用户的控制权及自主权。用户有时会错误地使用系统的功能，他们需要 一个清晰地紧急出口离开当前不必要的状态，支持撤销和恢复的功能。用户喜欢 使用工具时运用自如的感觉，软件也不例外。他们不喜欢有被系统控制的感觉。 4 ) 一致性和标准化。用户应该不需要考虑是否不同的用词、情况或行动代 表同样的东西，界面的设计要符合相应的传统习惯。一致性包括两个方面，内部 一致性和外部一致性。内部一致性指的是系统的各部分之间要保持一致，同样的 信息应该使用一致的用词、外观和布局。这可以帮助用户很快地学习、记忆和熟 悉系统的功能。不一致会使用户感到混乱，增加学习所需要的时间。外部的一致 性是指系统应该和其他系统、传统习惯及标准保持一致。外部的一致可以借助用 户已有的知识和习惯来帮助用户学习和使用一个新的系统。 5 ) 帮助用户识别、诊断和改正错误。系统的错误信息应该使用通俗易懂的 语言( 不要用错误代码) ，精确地指出问题的所在，并且有效地建议解决方案。 系统的错误信息对可用性是非常重要的。在用户得到错误信息的时候，通常代表 他们遇到了麻烦，如果问题不能得到及时的解决，用户可能会停止使用。另一方 面，用户通常会专心地读系统的错误信息，这也为系统提供了帮助用户学习使用 系统很好的机会。 1 0 西北大学硕士学位论文第二章用户界面可用性设计研究 6 ) 预防错误。比提供完善的错误信息更好的设计是从一开始就防止错误发 生的设计。错误是和用户对系统的理解以及使用的熟练程度有关的。为了防止错 误，应该为用户提供正确的帮助信息，帮助他们在解决问题的过程中建立对系统 的正确理解。系统还应该提供明确的文字提示，或是非语言的暗示。 7 ) 依赖识别而非记忆。使对象、动作和选项清晰可见。用户应该不需要在 系统的一个部分记忆一些信息才能使用系统的一个部分。系统的说明应该在需要 时容易找到，并清晰可见。根据这条原则，计算机应该把可选项显示给用户，而 不应该要求用户自己记忆所有命令。菜单就是一个很好的例子，它把所有可能的 命令系统地显示给用户。 8 ) 适用的灵活性及有效性。提供一些新用户不可见的快捷键，以便有经验 的用户快速执行任务。这些快捷键可以大大提高熟练用户的使用效率，让用户能 够方便地启用使用频率较高的功能。好的界面设计不但要考虑到新用户的需要， 也要考虑到熟练用户的需要。软件不但对新用户来说简单易学，还要对熟练用户 来说快捷、高效，尤其是可以很方便地使用频率较高的功能。提高用户使用效率 的最好的办法就是提高软件自动化的程度，尽量减少用户不必要的动作。 9 ) 最小化设计。用户界面应该美观、精炼，不应该包括不相关或不常用的 信息。任何多余的信息都会影响那些真正相关的信息，从而降低它们的可见性。 1 0 ) 帮助及文档。提供易于检索、便于用户逐步学习的帮助信息。 这些设计及可用性标准可作为分析和评估界面可用性的启发式原则。 2 2 用户界面设计原则 用户是交互式界面设计的服务对象，可用性成为交互式界面设计的主要目 标。由于可用性涉及的内容很多，这里我们使用设计原则把可用性目标概念化。 作为可用性的归纳抽象，设计原则旨在帮助设计人员解释和改进设计“”。设计原 则并不是设计方法，而是给设计人员的一组提示。 根据n o r m a n “8 1 的观点，下面列举了一系列最常用的设计原则： 1 ) 可视性。现代的交互系统中，功能的可视性越好，用户也就越容易理解 交互进程。不可见的功能通常会对用户使用造成难度。 2 ) 反馈。反馈是与可视性相关的概念，指返回的与活动相关的信息( 包括已 西北大学硕士学位论文 第二章用户界面可用性设计研究 执行的动作或己完成的任务) ，以便用户能继续这个活动。反馈必须及时，若延 迟超过了用户的忍耐限度。任务便很难进行。 3 ) 限制。表示在特定时刻限制用户的交互类型。通过对用户采用限制，可 以主动防止用户进行不正确操作，客观上起到了引导用户的作用，降低了错误率。 n o r m a n “”把限制分为三个类别：物理限制、逻辑限制和文化限制。物理限制指的 是物理对象限制事物运动的方式。逻辑限制取决于人们对于事物工作方式的理解 以及人们对行为及其结果的常识性推理。文化限制则源自一些需要学习的惯例。 4 ) 映射。表示交互控制及其效果之间的对应关系。几乎所有的交互系统都 存在着这种映射，例如计算机键盘中的上下箭头分别表示光标的上下移动，笔式 界面中的文本框代表一个文字输入区域。 5 ) 一致性。一致性指的是在设计界面时使用相似的操作，并且为相似的任 务使用相似的元素。一致化带来的是遵循规则的界面，使其易学、易用。 6 ) 启示性。启示性指的是事物的属性即能帮助人们理解应如何使用这个事 物。例如：笔的“书写”动作即受启发于笔的固有属性。如果一个对象的启示性 是显而易见的，那么人们就很容易知道如何与它交互。启示性广泛应用于描述如 何设计界面对象，从而使得用户对应该采取的行动一目了然。 2 3 用户界面可用性评估 用户界面作为人机之间信息传递的重要载体，满足使用系统的用户的要求是 很关键的。认识到“以用户为中心”设计的需要的同时，进行用户界面可用性评 估，对计算机应用系统的发展是极其重要的。 2 3 1 可用性评估及意义 可用性评估是系统化收集交互界面的可用性数据并对其进行评定和改进的 过程。由于用户界面的根本且的是使用户使用更加方便、更容易操作和使用计算 机系统，所以一个优秀的交互式系统能否被用户满意接受并熟练使用，仅仅具有 强人的功能足远远不够的，其用户界面的可用性至关重要。 用户界面可用性设计是一个反复的过程，主要包括三个步骤：设计、可用性 评估和改进设计。因此应该把可用性理论应该贯穿应用于这三个开发步骤中，首 西北大学硕士学位论文第二章用户界面可用性设计研究 先根据界面可用性原则对界面的设计加以指导，其次是对界面进可用性评估。通 过界面可用性的评估可以发现现有用户界面的可用性问题从而可以对其加以改 进。 h a r t s o n 指出对产品界面和设计原型( p r o t o t y p e ) 进行可用性评估都具有重 要意义。产品界面可用性评估的目的包括：一、改进现有产品界面，提高其 可用性；二、在设计新界面之前，对已有界面进行可用性评估，借鉴优点，改 进缺点，更有效的达到可用性目标。 如上所述，界面设计是一个逐步逼近最优设计的重复性过程，主要包括设计 可用性评估改进设计三个互相重叠的环节。界面设计过程中，可用性评 估的对象是原型或产品，即能够体现交互界面设计的某些特点，并能够实现部分 或全部功能的设计实体。j n e w m a n 乜0 1 认为，对设计原型或产品进行可用性评估 是改进界面设计的有效途径。由于界面可用性对产品成功影响深远，交互界面设 计逐渐将以提高可用性作为核心目的，可用性评估在其中的地位也日渐重要。 2 3 2 评估途径 用户界面的主要评估途径是用户实践。对于用户的各种反馈信息、评估意见 可以通过以下途径取得： 1 ) 用户调查表 可采用各种形式向用户分发调查表，并根据搜集的各种数据或用户提出的要 求，来进一步改进用户界面。该调查表可以是书面形式，也可采用网络及电子邮 件来征求意见。 2 ) 个别面谈及小组讨论 为了更细致的了解用户的意见，可派出维护或服务人员到使用单位通过个别 面谈及座谈会形式收集意见。这些单位人员的选择应具有代表性。在面谈前，评 估人员应事先拟定好调查提纲及调查表发给个人或工作小组。 3 ) 由专人负责咨询工作或接待用户的询问 当用户界面在大量使用后，可能出现各类问题，用户会提出各种使用上、维 护上的问题和请求，此时开发单位必须花相当的人力来解决推广中使用时出现的 问题。在与用户的交往中，可不断发现问题和解决问题。 西北大学硕士学位论文第二章用户界面可用性设计研究 4 ) 通过用户协会或用户通信刊物进行评估 当软件或用户界面在较大范围内使用时，应组织一些用户协会的组织，定期 开会，交流使用经验及解决问题的方法。另一途径是出版用户通信的干0 物，作为 用户之间及和开发者间交往的手段。 2 3 3 评估方法 可用性评估的方法主要包括可用性测试( u s a b i l i t yt e s t i n g ) 、启发式评估 ( h e u r i s t i ce v a l u a t i o n ) 、认知过程浏览( c o g n i t i v ew a l k t h r o u g h ) 和行为分析 ( a c t i o na n a l y s i s ) 。 1 ) 可用性测试 可用性测试是测试者邀请用户使用设计原型或产品完成操作任务，并通过观 察、记录和分析用户行为和相关数据，对界面可用性进行评估的一种方法。可用 性测试能够对界面的可用性进行全面的评估，是最为常用的方法之一。它适用于 产品界面和界面设计中后期界面原型的评估。可用性测试通常在一个备有摄像和 监视装置的专门实验室内进行。 2 ) 启发式评估 n i e l s e n 和m o l i c h 提出了启发式评估，它是一种邀请可用性评估专家或软件 工程师了解或使用交互界面，并根据人机界面的设计原则( h e u r i s t i c ) ，对交互界 面进行评估的方法。启发式评估简便易行，但缺乏精度，适用于交互界面设计的 中前期。 3 ) 认知过程浏览 认知过程浏览是由c l a y t o n ”2 3 等人提出的，它是指当设计者具备了原型或设 计的详细说明后，邀请其它设计者和用户共同浏览并分析典型任务的完成步骤， 从而发现可用性问题并提出改进意见的一种方法。认知过程浏览法适用于界面设 计的早期阶段。 4 ) 行为分析 行为分析是i 妇c a r d 等人首先提出的。它是一种将用户的操作过程分解成连 续的基本动作以发现交互问题的方法。行为分析的结果通常是交互过程中存在的 问题，设计者通过消除这些问题对设计或产品界面进行改进。 1 4 西北大学硕士学位论文第二章用户界面可用性设计研究 可用性评估方法各有优缺点。要合理的应用这些方法，不仅需要注意选择恰 当的时间和阶段，还要注意扬长避短。 2 3 4 评估技术 通常，进行可用性评估所使用的具体技术主要有： 1 ) 观察用户 观察用户有助于确定新型产品的需求，也可用于评估原型。记录观察的常用 方法有笔记、录音、录像和交互日志。评估人员要注意的是如何在不干扰用户的 前提下观察用户。 2 ) 征求用户意见 询问用户对产品的看法，征求用户的意见是取得设计反馈的简便方法。如： 是否具备用户期望的功能，用户是否喜欢它，设计是否富有美感等。其主要技术 有：问卷调查和访谈。 3 ) 征求专家意见 软件检验和复查是沿用很久的成熟技术，可用于评估代码和结构。专家们借 助于启发式原则，通过“角色扮演”的方法，逐步检查典型用户执行任务的情况， 从中找出问题。这个方法通常成本较低而且速度快。 4 ) 用户测试 用户测试的基本目的是通过测量用户执行任务的情况，比较不同的设计方 案。这些测试通常是在受控环境中进行的，方法是让典型用户执行典型任务。评 测人员搜集各种数据并分析用户的执行效率、完成任务的时间、出错次数和操作 步骤，测试结果通常表示为统计值，如均值和标准偏差。最常用的技术是进行可 用性测试。 5 ) 用户执行情况的分析模型 通过人们已经建立的人机交互分析模型，可以在设计的初期预测设计的有效 性，以找出潜在的设计问题。g o m s ( g o a l ，o p e r a t o r , m e t h o da n ds e l e c t i o nr u l e ) 。3 1 模型是其中最常用的技术。 西北大学硕士学位论文 第二章用户界面可用性设计研究 2 4 本章小结 本章首先介绍了用户界面设计的可用性及其目标、“以用户为中心”的设计 以及用户界面的可用性标准，以作为基于可用性的用户界面设计的重要的原理性 内容。然后介绍了用户界面设计的主要原则。最后阐述了用户界面的可用性评估 理论及相关方法。 6 西北大学硕士学位论文第三章笔式用户界面交互特征研究 第三章笔式用户界面交互特征研究 笔式用户界面作为p o s t - w i m p 界面的一个主要形态在界面形式和交互方式 上与传统的w i m p 界面有很大的不同。考虑到笔式用户界面的可用性要求，笔式 用户界面应力求基于人们使用纸笔的自然工作方式，做到交互的自然性和高效 性。因此，进行笔式用户界面交互特性研究对于“以用户为中心”的笔式用户界 面设计尤为重要。 3 1 笔式用户界面交互环境 用户界面是由交互设备的硬件和用于交互计算的软件组成。硬件技术的发展 为笔式用户界面提供了多种多样的交