软件工程 第10章

软件工程主编曹哲高诚中国水利水电出版社第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。ZLL10.1人的因素所谓“人的因素”有三层含义：①人对感知过程的认识，包括视觉、阅读时的认知心理、记忆、归纳与演绎推理等；②用户已有的技能和行为方式；③用户所要求完成的整个任务以及用户对人机交互部分的特殊要求。ZLL10.1.1人类感知基础感官是人类认知客观世界的初始通道。因此，设计人机界面要充分考虑视觉、触觉和听觉的作用，这样才能使用户有效地从系统获取信息，并存入记忆中，并通过大脑用归纳和演绎的方法进行推理。大多数人机界面都在可视介质上实现，此时，用户总是眼脑并用，并根据所显示的内容、体积、形状、颜色、方向、移动和其他表现解释所获可视信息。如何表示这些可视信息是设计“友好”界面的关键。ZLL10.1.1人类感知基础阅读——从正文中提取信息仍为大多数界面的主要活动。人们首先对可视的句式（patterns）进行解码，然后在大脑内检索字或短语的意思。这个过程的快慢受到眼球运动模式的控制，字号、字体、行长、大小写、位置和颜色等诸多因素也会直接影响到信息提取的难易程度。ZLL10.1.1人类感知基础人脑的组成：短期记忆系统（Short‑TermMemory，STM）长期记忆系统（Long‑TermMemory，LTM）。感官输入（视、听、触）一开始放在“缓冲区”中，随即存入STM，STM中的信息可立即重用。但缓冲区的大小、STM中信息可重用的时间间隔都十分有限。知识—指语法、语义信息，一般存在LTM中，它们是人对事物做出反应的依据。因此，系统分析员在说明人机界面时，若对STM和（或）LTM有什么过分要求，必将导致系统性能的下降。ZLL10.1.1人类感知基础大多数人遇到问题时并不进行形式的演绎和归纳推理，而是使用一组启发式策略。这组策略是从以往对类似问题的处理中逐渐获得的。因此，设计人机界面时还应便于用户积累有关交互工作的经验，同时要注意这些启发式策略的一致性，不宜受特殊交互领域的影响。ZLL10.1.2用户的技能用户本身的技能，个性上的差异，行为方式的不同，都会对人机界面造成影响。终端用户的技能，直接影响到他从人机界面上获取信息、对系统做出反应、以及使用启发式策略与系统和谐地进行交互的能力。大多数情况下，特定领域的知识比广泛的教育和智慧更重要。此外，每个人的个性又往往与思维方式或认知方式相联系。因此理想的人机界面应针对具有典型个性的特定的一类用户设计，不过目前在这方面可供人机界面设计人员参考的经验还很贫乏。ZLL10.1.3任务与用户的特殊要求设计交互式应用软件系统，大多数情况下是为了追求速度、效率、精度或降低成本，使那些原来由手工或其他方式完成的任务能自动（或半自动）地完成。因任务本身基本不变，用户自然要求人机界面能提供一个他早已熟悉，并感到亲切自然的环境。ZLL10.1.3任务与用户的特殊要求任务千差万别，但大致可分为下面几类：1．通信型任务（communicationtask）：使信息从生产者传递到使用者的活动。2．对话型任务（dialoguetask）：使用户能指挥和控制与系统交互的活动。3．认知型任务（cognitivetask）：获得信息即可执行的活动，或与系统功能关联的活动。4．控制型任务（controltask）：允许用户对信息及其他任务处理的顺序进行控制的活动。具体开发这些任务时，将用到用户界面设计技术——任务分析和建模。ZLL10.2人机界面风格人机界面的风格——四代。第一代界面——命令和询问方式。通信完全以正文形式并通过用户命令和用户对系统询问的响应来完成。例如：D>runprog1.exe/debug='on'/out=pl/in=t1/alloc=1000kRUNALLOCATIONTOBEQUEUED?>>yesAUTOMATICCHECKPOINTINGINTERVAL?>>5缺点：易出错、不友好，且不易于学习。ZLL10.2人机界面风格第二代界面——简单的菜单式，例如：

chooseprogramoptionthatisdesired:1=inputdatamanually2=inputdatafromexistingdatafile3=performsimplifiedanalysis4=performdetailedanalysis5=producetabularoutput6=producegraphicaloutput7=otheroptionsclassesselectoption?_这种方式与命令行方式相比不易出错，但使用起来仍然乏味。ZLL10.2人机界面风格第三代界面——面向窗口的点选界面（pointandpickinterface）亦称为WIMP界面，即：窗口（windows）、四位一体，图标（icons）、形成桌面

菜单（menus）、

（desktop）

指示器（pointingdevice）ZLL10.2人机界面风格第三代界面的优点1．能同时显示不同种类的信息，使用户可在几个工作环境中切换而不丢失几个工作之间的联系，窗口使用户能自如地执行许多通信型和认知型任务。2．用户通过下拉式菜单（pull‑downmenu）可方便地执行控制型和对话型任务。3．引入图标、下拉式菜单、按钮和滚动条技术，可大大减少键盘输入，这对那些不精于打字的用户无疑提高了交互效率，极大地推动了计算机应用。ZLL10.2人机界面风格第四代界面：最新一代HCI，把第三代HCI技术与超文本、多任务概念结合起来，使用户可同时执行多个任务（以用户的观点）。第四代界面已出现在许多工作站和高性能PC机上。ZLL10.3人机界面设计过程人机界面设计过程可分为下面几个步骤：

1）创建系统功能的外部模型；

2）确定为完成此系统功能人和计算机应分别完成的任务；

3）考虑界面设计中的典型问题；

4）借助CASE工具构造界面原型；

5）实现设计模型；

6）评估界面质量。ZLL10.3.1界面设计的有关模型在人机界面的设计过程中先后涉及四个模型：1）由软件工程师创建的设计模型（designmodel），2）由人机工程师（或软件工程师）创建的用户模型（usermodel），3）终端用户对未来系统的假想（systemperception或user'smodel）4）系统实现后得到的系统映象（systemimage）。一般来说，这四个模型之间差别很大，界面设计时要充分平衡四者之间的差异，设计协调一致的界面。ZLL10.3.1界面设计的有关模型设计模型主要考虑软件的数据结构、总体结构和过程性描述，界面设计一般只作为附属品；用户模型概括了终端用户的大致情况，只有对假想用户的情况有所了解，才能设计出有效的用户界面；系统假想是终端用户主观想象的系统映象，它描述了期望系统能提供的操作，至于这些描述的准确程度，则完全依赖于用户的情况和他对软件的熟悉程度；系统映象是系统的外部特征（指界面形式和感观）与所有支撑信息（书、手册）的总和，一般来说，若系统映象能与系统假想吻合，用户即对系统感到满意并能有效地使用它。ZLL10.3.1界面设计的有关模型为了达到上述模型间的统一，建立设计模型时应充分考虑用户模型中给出的信息，系统映象必须准确地反映系统的语法和语义信息。总之，只有了解用户、了解任务，才能设计出好的用户界面。ZLL10.3.2任务分析与建模任务分析有两种途径。一种是从实际出发，通过对原有处于手工或半手工状态下的应用系统的剖析，将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务。另一种是通过研究系统的需求规格说明，导出一组与设计模型、用户模型和系统假想相协调的用户任务。ZLL10.3.2任务分析与建模任务分析采用的技术：逐步求精技术——可把任务不断划分为子任务，直至对每个任务的表达都十分清楚。面向对象分析技术——可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。ZLL界面设计一旦每个任务或动作定义清晰，界面设计即可开始。界面设计首先要完成下列工作：

1．确定任务的目标和含义；

2．将每个目标/含义映射为一系列特定动作；

3．说明这些动作将来在界面上执行的顺序；

4．指明各个系统状态，即上述各动作序列中每个动作在界面上执行时界面呈现的形式；

5．定义控制机制，即便于用户修改系统状态的一些设置和操作；

6．说明控制机制怎样作用于系统状态；

7．指明用户应怎样根据界面上反映出的信息解释系统的状态。ZLL10.3.3界面设计的一般问题设计人机界面，必须考虑四个方面：系统的响应时间；用户求助机制；错误信息处理；命令方式。1）系统响应时间指当用户执行了某个控制动作后（如，点击鼠标器等），系统做出反应的时间（指输出信息或执行对应的动作）。系统响应时间过长、不同命令在响应时间上的差别过于悬殊，用户将难以接受。ZLL10.3.3界面设计的一般问题2）用户都希望得到联机帮助。联机求助系统有两类：集成式和叠加式。①集成式求助一般都与软件设计同时考虑，上下文敏感，整个求助过程快捷而友好；②叠加式求助一般是在软件完成后附上一个受限的联机用户手册。此外，还要考虑诸如帮助范围（仅考虑部分还是全部功能）、用户求助的途径、帮助信息的显示、用户如何返回正常交互工作及帮助信息本身如何组织等一系列问题。ZLL10.3.3界面设计的一般问题3）错误信息处理出错信息应选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。此外，显示出错信息时，若辅以听觉（如铃声）、视觉（专用颜色）刺激，则效果更佳。ZLL10.3.3界面设计的一般问题4）命令方式键盘命令曾经一度是用户与软件系统之间最通用的交互方式，随着面向窗口的点选界面的出现，键盘命令虽不再是唯一的交互形式，但许多有经验的熟练的软件人员仍喜爱这一方式，更多的情形是菜单与键盘命令并存，供用户自由选用。ZLL10.3.4实现工具用户界面设计是一个迭代过程，直至与用户模型和系统假想一致为止。修改设计创建新界面原型用户评审界面创建界面原型1初步设计设计人员分析用户评审意见界面设计完毕ZLL10.3.4实现工具为支持这种迭代式设计，大量的用户界面快速原型工具涌现出来：用户界面工具箱（userinterfacetoolkits）或用户界面开发系统（userinterfacedevelopmentsystems）。这些工具通过提供现成的模块和对象，包括窗口、菜单、设备交互、出错信息和命令等。ZLL10.4人机界面实现的原则与标准人机界面设计得好坏与设计者的经验有直接的关系，本节从一般可交互性、信息显示和数据输入三个方面简单介绍一些界面设计的经验。10.4.1一般可交互性提高可交互性的措施：

1．在同一用户界面中，所有的菜单选择、命令输入、数据显示和其他功能应始终保持同一种形式和风格；

2．通过向用户提供视觉和听觉上的反馈，保持用户与界面间的双向通信；ZLL10.4.1一般可交互性提高可交互性的措施：3.对所有可能造成损害的动作，坚持要求用户确认，例如，提问“你确实要删除…？”；4．对大多数动作应允许恢复（UNDO）；5．尽量减少用户记忆的信息量；6．提高对话、移动和思考的效率，即最大可能地减少击键次数，缩短鼠标移动的距离，避免使用户产生无所适从的感觉；7．用户出错时采取宽容的态度；8．按功能分类组织界面上的活动；9．提供上下文敏感的求助系统；10．用简短的动词和动词短语提示命令。ZLL10.4.2信息显示信息显示的形式和方式的一些原则：1．仅显示与当前上下文有关的信息；2．采用简单明了的表达方式，避免用户置身于大量的数据中；3．采用统一的标号、约定俗成的缩写和预先定义好的颜色；4．允许用户对可视环境进行维护，如放大、缩小图象；ZLL10.4.2信息显示信息显示的形式和方式的一些原则：5．只显示有意义的出错信息；6．用大、小写，缩进和按意群分组等方