软件工程第10章

第10章 人机界面设计人机界面（Human-ComputerInterface，简称HCI）又称人-机接口或用户界面，它是用户与计算机系统交换信息的媒介，更是用户使用计算机系统的综合操作环境。设计用户界面不仅需要计算机科学的理论和知识，而且需要认知心理学以及人-机工程学、语言学等学科的知识。本章讨论人的因素、人机界面风格、人机界面设计过程和人机界面实现的原则。10.1人人的因素素所谓“人人的因素素”有三三层含义义：①人对感感知过程程的认识识，包括括视觉、、阅读时的认认知心理理、记忆忆、归纳纳与演绎绎推理等；；②用户已已有的技技能和行行为方式式；③用户所所要求完完成的整整个任务务以及用用户对人机交交互部分分的特殊殊要求。。10.1.1人类感知知基础感官是人人类认知知客观世世界的初初始通道道。因此此，设计计人机界界面要充充分考虑虑视觉、、触觉和和听觉的的作用，，这样才才能使用用户有效效地从系系统获取取信息，，并存入入记忆中中，并通通过大脑脑用归纳纳和演绎绎的方法法进行推推理。大多数人人机界面面都在可可视介质质上实现现，此时时，用户户总是眼眼脑并用用，并根根据所显显示的内内容、体体积、形形状、颜颜色、方方向、移移动和其其他表现现解释所所获可视视信息。。如何表表示这些些可视信信息是设设计“友友好”界界面的关关键。10.1.1人类感知知基础阅读——从正文中中提取信信息仍为为大多数数界面的主主要活动动。人们首先先对可视视的句式式（patterns）进行解码码，然后后在大脑脑内检索索字或短短语的意意思。这这个过程程的快慢慢受到眼眼球运动动模式的的控制，，字号、、字体、、行长、、大小写写、位置置和颜色色等诸多多因素也也会直接接影响到到信息提提取的难难易程度度。10.1.1人类感知知基础人脑的组组成：短期记忆忆系统（（Short‑TermMemory，STM）长期记忆忆系统（（Long‑TermMemory，LTM）。感官输入入（视、、听、触触）一开开始放在在“缓冲冲区”中中，随即即存入STM，STM中的信息息可立即即重用。。但缓冲冲区的大大小、STM中信息可可重用的的时间间间隔都十十分有限限。知识—指语法、、语义信信息，一一般存在在LTM中，它们们是人对对事物做做出反应应的依据据。因此，系系统分析析员在说说明人机机界面时时，若对对STM和（或））LTM有什么过过分要求求，必将将导致系系统性能能的下降降。10.1.1人类感知知基础大多数人人遇到问问题时并并不进行行形式的的演绎和和归纳推推理，而而是使用用一组启启发式策策略。这这组策略略是从以以往对类类似问题题的处理理中逐渐渐获得的的。因此此，设计计人机界界面时还还应便于于用户积积累有关关交互工工作的经经验，同同时要注注意这些些启发式式策略的的一致性性，不宜宜受特殊殊交互领领域的影影响。10.1.2用户的技技能用户本身身的技能能，个性性上的差差异，行行为方式式的不同同，都会会对人机机界面造造成影响响。终端用户户的技能能，直接接影响到到他从人人机界面面上获取取信息、、对系统统做出反反应、以以及使用用启发式式策略与与系统和和谐地进进行交互互的能力力。大多多数情况况下，特特定领域域的知识识比广泛泛的教育育和智慧慧更重要要。此外，每每个人的的个性又又往往与与思维方方式或认认知方式式相联系系。因此此理想的的人机界界面应针针对具有有典型个个性的特特定的一一类用户户设计，，不过目目前在这这方面可可供人机机界面设设计人员员参考的的经验还还很贫乏乏。10.1.3任务与用用户的特特殊要求求设计交互互式应用用软件系系统，大大多数情情况下是是为了追追求速度度、效率率、精度度或降低低成本，，使那些些原来由由手工或或其他方方式完成成的任务务能自动动（或半半自动））地完成成。因任任务本身身基本不不变，用用户自然然要求人人机界面面能提供供一个他他早已熟熟悉，并并感到亲亲切自然然的环境境。10.1.3任务与用用户的特特殊要求求任务千差差万别，，但大致致可分为为下面几几类：1．通信型型任务（（communicationtask）：使信息从生产者者传递到到使用者者的活动动。2．对话型型任务（（dialoguetask）：使用户能能指挥和控制与与系统交交互的活活动。3．认知型型任务（（cognitivetask）：获得信息息即可执行的的活动，，或与系系统功能能关联的的活动。。4．控制型型任务（（controltask）：允许用户户对信息及其他他任务处处理的顺顺序进行行控制的的活动。。具体开发发这些任任务时，，将用到到用户界界面设计计技术——任务分析析和建模模。10.2人人机界面面风格人机界面面的风格格——四代。第一代界界面——命令和询询问方式式。通信完全全以正文文形式并并通过用用户命令令和用户户对系统统询问的的响应来来完成。。例如：：D>runprog1.exe//debug='on'//out=pl//in==t1//alloc=1000kRUNALLOCATIONTOBEQUEUED??>>yesAUTOMATICCHECKPOINTINGINTERVAL??>>5缺点：易易出错、、不友好好，且不不易于学学习。10.2人人机界面面风格第二代界界面——简单的菜菜单式，，例如：：chooseprogramoptionthatisdesired:1=inputdatamanually2=inputdatafromexistingdatafile3=performsimplifiedanalysis4=performdetailedanalysis5=producetabularoutput6=producegraphicaloutput7=otheroptionsclassesselectoption?_这种方式式与命令令行方式式相比不不易出错错，但使使用起来来仍然乏乏味。10.2人人机界面面风格第三代界界面——面向窗口口的点选选界面（pointandpickinterface）亦称为WIMP界面，即：窗口口（windows）、四位一体体，图标（icons）、形成桌面面菜单（menus）、（desktop）指示器（（pointingdevice）10.2人人机界面面风格第三代界界面的优优点1．能同时时显示不不同种类类的信息息，使用用户可在在几个工工作环境境中切换换而不丢丢失几个个工作之之间的联联系，窗窗口使用用户能自自如地执执行许多多通信型型和认知知型任务务。2．用户通通过下拉拉式菜单单（pull‑downmenu）可方便地地执行控控制型和和对话型型任务。。3．引入图图标、下下拉式菜菜单、按按钮和滚滚动条技技术，可可大大减减少键盘盘输入，，这对那那些不精精于打字字的用户户无疑提提高了交交互效率率，极大大地推动动了计算算机应用用。10.2人人机界面面风格第四代界界面：最新一代代HCI，把第三代代HCI技术与超超文本、、多任务务概念结结合起来来，使用用户可同同时执行行多个任任务（以以用户的的观点））。第四代界界面已出出现在许许多工作作站和高高性能PC机上。10.3人人机界面面设计过过程人机界面面设计过过程可分分为下面面几个步步骤：1）创建系系统功能能的外部部模型；；2）确定为为完成此此系统功功能人和和计算机机应分别别完成的的任务；；3）考虑界界面设计计中的典典型问题题；4）借助CASE工具构造造界面原原型；5）实现设设计模型型；6）评估界界面质量量。10.3.1界面设计计的有关关模型在人机界界面的设设计过程程中先后后涉及四四个模型型：1）由软件件工程师师创建的的设计模模型（designmodel），2）由人机工工程师（（或软件件工程师师）创建建的用户户模型（（usermodel），3）终端用户户对未来来系统的的假想（（systemperception或user'smodel）4）系统实现现后得到到的系统统映象（（systemimage）。一般来说说，这四四个模型型之间差差别很大大，界面面设计时时要充分分平衡四四者之间间的差异异，设计计协调一一致的界界面。10.3.1界面设计计的有关关模型设计模型型主要考考虑软件件的数据据结构、、总体结结构和过过程性描描述，界界面设计计一般只只作为附附属品；；用户模型型概括了了终端用用户的大大致情况况，只有有对假想想用户的的情况有有所了解解，才能能设计出出有效的的用户界界面；系统假想想是终端端用户主主观想象象的系统统映象，，它描述述了期望望系统能能提供的的操作，，至于这这些描述述的准确确程度，，则完全全依赖于于用户的的情况和和他对软软件的熟熟悉程度度；系统映象象是系统统的外部部特征（（指界面面形式和和感观））与所有有支撑信信息（书书、手册册）的总总和，一一般来说说，若系系统映象象能与系系统假想想吻合，，用户即即对系统统感到满满意并能能有效地地使用它它。10.3.1界面设计计的有关关模型为了达到到上述模模型间的的统一，，建立设设计模型型时应充充分考虑虑用户模模型中给给出的信信息，系系统映象象必须准准确地反反映系统统的语法法和语义义信息。。总之，只只有了解解用户、、了解任任务，才才能设计计出好的的用户界界面。10.3.2任务分析析与建模模任务分析析有两种种途径。。一种是从从实际出出发，通通过对原原有处于于手工或或半手工工状态下下的应用用系统的的剖析，，将其映映射为在在人机界界面上执执行的一一组类似似的任务务。另一种是是通过研研究系统统的需求求规格说说明，导导出一组组与设计计模型、、用户模模型和系系统假想想相协调调的用户户任务。。10.3.2任务分析析与建模模任务分析析采用的的技术：：逐步求精精技术——可把任务务不断划划分为子子任务，，直至对对每个任任务的表表达都十十分清楚楚。面向对象象分析技技术——可识别出出与应用用有关的的所有客客观的对对象以及及与对象象关联的的动作。。界面设计计一旦每个个任务或或动作定定义清晰晰，界面面设计即即可开始。界面面设计首首先要完完成下列列工作：：1．确定任任务的目目标和含含义；2．将每个个目标/含义映射射为一系系列特定定动作；；3．说明这这些动作作将来在在界面上上执行的的顺序；；4．指明各各个系统统状态，，即上述述各动作作序列中中每个动作在界界面上执执行时界界面呈现现的形式式；5．定义控控制机制制，即便便于用户户修改系系统状态态的一些设置和和操作；；6．说明控控制机制制怎样作作用于系系统状态态；7．指明用用户应怎怎样根据据界面上上反映出出的信息息解释系统的状状态。10.3.3界面设计计的一般般问题设计人机机界面，，必须考考虑四个个方面：：系统的响响应时间间；用户求助助机制；；错误信息息处理；；命令方式式。1）系统响响应时间间指当用用户执行行了某个个控制动动作后（（如，点点击鼠标标器等）），系统统做出反反应的时时间（指指输出信信息或执执行对应应的动作作）。系统响应应时间过过长、不不同命令令在响应应时间上上的差别别过于悬悬殊，用用户将难难以接受受。10.3.3界面设计计的一般般问题2）用户都都希望得得到联机机帮助。。联机求助助系统有有两类：：集成式式和叠加加式。①集成式式求助一一般都与与软件设设计同时时考虑，，上下文文敏感，，整个求求助过程程快捷而而友好；；②叠加式式求助一一般是在在软件完完成后附附上一个个受限的的联机用用户手册册。此外，还还要考虑虑诸如帮帮助范围围（仅考考虑部分分还是全全部功能能）、用用户求助助的途径径、帮助助信息的的显示、、用户如如何返回回正常交交互工作作及帮助助信息本本身如何何组织等等一系列列问题。。10.3.3界面设计计的一般般问题3）错误信信息处理理出错信息息应选用用用户明明了、含含义准确确的术语语描述，，同时还还应尽可可能提供供一些有有关错误误恢复的的建议。。此外，，显示出出错信息息时，若若辅以听听觉（如如铃声））、视觉觉（专用用颜色））刺激，，则效果果更佳。。10.3.3界面设计计的一般般问题4）命令方方式键盘命令令曾经一一度是用用户与软软件系统统之间最最通用的的交互方方式，随随着面向向窗口的的点选界界面的出出现，键键盘命令令虽不再再是唯一一的交互互形式，，但许多多有经验验的熟练练的软件件人员仍仍喜爱这这一方式式，更多多的情形形是菜单单与键盘盘命令并并存，供供用户自自由选用用。10.3.4实现工具具用户界面面设计是是一个迭迭代过程程，直至至与用户户模型和和系统假假想一致致为止。。修改设计计创建新界界面原型型用户评审审界面创建界面面原型1初步设计计设计人员员分析用户评审审意见界面设计计完毕图12-3-1界面设计计演进过过程10.3.4实现工具具为支持这这种迭代代式设计计，大量量的用户户界面快快速原型型工具涌涌现出来来：用户界面面工具箱箱（userinterfacetoolkits）或用户界界面开发发系统（userinterfacedevelopmentsystems）。这些工具具通过提提供现成成的模块块和对象象，包括括窗口、、菜单、、设备交交互、出出错信息息和命令令等。10.4人人机界面面实现的的原则与与标准人机界面面设计得得好坏与与设计者者的经验验有直接接的关系系，本节节从一般般可交互互性、信信息显示示和数据据输入三三个方面面简单介介绍一些些界面设设计的经经验。10.4.1一般可交交互性提高可交交互性的的措施：：1．在同一一用户界界面中，，所有的的菜单选选择、命命令输入、、数据显显示和其其他功能能应始终终保持同一种形形式和风风格；2．通过向向用户提提供视觉觉和听觉觉上的反反馈，保保持用户与与界面间间的双向向通信；；10.4.1一般可交交互性提高可交交互性的的措施：：3.对所有可可能造成成损害的的动作，，坚持要要求用户户确认，例例如，提提问“你你确实要要删除…？”；4．对大多多数动作作应允许许恢复（（UNDO）；5．尽量减少少用户记记忆的信信息量；；6．提高对对话、移移动和思思考的效效率，即即最大可可能地减少击击键次数数，缩短短鼠标移移动的距距离，避避免使用户户产生无无所适从从的感觉觉；7．用户出出错时采采取宽容容的态度度；8．按功能能分类组组织界面面上的活活动；9．提供上上下文敏敏感的求求助系统统；10．用简短短的动词词和动词词短语提提示命令令。10.4.2信息显示示信息显示示的形式式和方式式的一些些原则：：1．仅显示示与当前前上下文文有关的的信息；；2．采用简简单明了了的表达达方式，，避免用用户置身于大大量的数数据中；；3．采用统统一的标标号、约约定俗成成的缩写写和预先定义义好的颜颜色；4．允许用用户对可可视环境境进行维维护，如如放大、缩小小图象；；10.4.2信息显示示信息显示示的形式式和方式式的一些些原则：：5．只显示示有意义义的出错错信息；；6．用大、、小写，，缩进和和按意群群