软件工程人机界面设计

软件工程人机界面设计第1页，共76页，2023年，2月20日，星期日第12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。

第2页，共76页，2023年，2月20日，星期日在计算机应用中，用户与计算机都要以适当的形式把消息传递给对方，称为人--机交互：Human—ComputerInterface)交互是通过界面进行的。这种界面既存在于用户与计算机硬件之间，也存在于用户与一切软件（包括系统软件与应用软件）之间，所以现在常把“用户界面”简称为“HCI”第12章用户界面设计

第3页，共76页，2023年，2月20日，星期日第12章人机界面设计12.1人机界面设计：概述人机界面对软件和用户的影响HCI追求的目标HCI设计涉及的问题：人的因素、美学和人机界面风格、方法学12.2人机界面风格12.3人机界面设计过程12.4界面设计原则12.5人机界面标准12.6支持界面设计的CASE工具12.7界面的基本类型及其设计

第4页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述人机界面设计是接口设计的一个重要的组成部分。对于交互式系统来说，人机界面设计和数据设计、体系结构设计、过程设计一样重要。近年来，人机界面在系统中所占的比例越来越大，在个别系统中设计人机界面所用的工作量甚至占设计总工作量的一半以上。

第5页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述人机界面的设计质量，直接影响用户对软件产品的评价和接受程度，从而影响软件产品的竞争力和使用寿命，因此，必须对人机界面设计给予足够重视。由于对人机界面的评价，在很大程度上由人的主观因素决定，因此，使用基于原型的系统化的设计策略，是成功地设计人机界面的关键。

第6页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述一、HCI追求的目标：用户在使用计算机时①感官（视、听、触）舒适。②简单、方便（能提供各种帮助。遇到各种问题时的求助；对记忆、联想、推理、知识信息获取、等等的帮助）。

第7页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述二、HCI设计涉及的问题1、人的因素：在什么情况下用户的感官最舒适？觉得使用最方便？2、美学和人机界面风格。3、方法学问题：用什么方法才能设计出最好的人机界面？

第8页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述人的因素一、人的生理特征和心理问题。[53]p274/p209～210（本）[55]p448二、用户背景。用户本身的知识背景、技能、个性上的差异、行为习惯等的不同，对界面的要求和感受可能是不同的。

第9页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述美学与人机界面风格一、美学。它的讨论已超出了课程的范围二、人机界面风格的演变第一代：命令行方式或称正文方式。（包括命令菜单式）第二代：GUI或称点选界面（Pointandpickinterface）。第三代：WIMP（Windows、ICONS、Menus、Pointdevice）或称桌面（desktop）。第四代：WIMP+超文本+多任务+多媒体。

第10页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述三、任务不同对界面的要求可能不同1、用户可能要求HIC能提供一个早已熟悉和习惯的使用环境。2、下面的任务类型对界面的要求可能不同：（1）Communicationtask:使信息从生产者(Producer)传递到使用者(Consumer)的活动。（2）Dialoguetask:使用户能指挥和控制与系统交互的活动。（3）Cognitivetask:获得信息即可执行的活动，或与系统功能关联的活动。（4）Controltask:允许用户对信息及其他任务过程的顺序进行控制的活动。

第11页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述HCI的设计过程

用户界面设计是一个迭代过程。第12页，共76页，2023年，2月20日，星期日人机界面设计：概述人机界面实现的若干原则黄金原则一、提高可交互性二、数据输入三、信息数据的显示输出界面实现的工具支持界面的基本类型及其设计

第13页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1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。

第14页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1.1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，人机界面是在可视介质上实现的,如正文、图形、图表等。人们根据显示内容的体积、形状、颜色等种种表征来解释所获取的可视信息。因此，字体、大小、位置、颜色、形状等都会直接影响信息提取的难易程度。很好地表示可视信息是设计友好界面的关键。

第15页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1.1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。

第16页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1.1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。

第17页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1.1人类感知基础用户从界面提取到的信息需要存入人的记忆中，供以后回忆和使用。在设计人机界面时不能要求用户记住复杂的操作顺序。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。

第18页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.1.2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。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。

第19页，共76页，2023年，2月20日，星期日第12章人机界面设计12.1人机界面设计：概述人机界面对软件和用户的影响HCI追求的目标HCI设计涉及的问题：人的因素、美学和人机界面风格、方法学12.2人机界面风格12.3人机界面设计过程12.4界面设计原则12.5人机界面标准12.6支持界面设计的CASE工具12.7界面的基本类型及其设计

第20页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.2人机界面风格1、最早，命令和询问方式2、第二代，简单的菜单式3、第三代，面向窗口的点选界面也称为WIMP界面，即窗口(windows)、图标(icons)、菜单(menus)、指示器(pointingdevice)四位一体，形成桌面(desktop)的概念4、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WIMP+超文本+多任务+多媒体。

第21页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.2人机界面风格第一代界面——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。

第22页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.2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。

第23页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.2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）

第24页，共76页，2023年，2月20日，星期日面向窗口的点选界面随着硬件的发展，特别是软件工程师逐渐认识到人的因素对界面设计的影响，面向窗口的点选界面出现了，此类界面亦称为WIMP界面，即窗口、图标、菜单、指示器四为一体，形成桌面的概念。

第25页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.2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）。WIMP+超文本+多任务+多媒体。

第26页，共76页，2023年，2月20日，星期日第12章人机界面设计12.1人机界面设计：概述人机界面对软件和用户的影响HCI追求的目标HCI设计涉及的问题：人的因素、美学和人机界面风格、方法学12.2人机界面风格12.3人机界面设计过程12.4界面设计原则12.5人机界面标准12.6支持界面设计的CASE工具12.7界面的基本类型及其设计

第27页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3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。

第28页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.3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。

第29页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.3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。

第30页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.3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。

第31页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.3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。

第32页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.4界面设计与实现的过程用户界面设计是一个迭代过程。

第33页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.5界面实现的工具支持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。

第34页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.5界面实现的工具支持UIDS把一般应用程序定义界面时所必需的界面元素，如窗口、菜单、窗口中的控件（如命令按钮、对话框等）预定义为对象，并预测每个对象可能需要作出的响应事件（例如单击鼠标或按键等），将这些预定义的对象组织成构件库，每个对象有自己的属性、方法和事件过程。

第35页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.3.5界面实现的工具支持基于工具的界面创建步骤为一个应用程序创建界面的大致步骤为：(1)为应用程序创建一个或多个窗口；(2)用工具框向每个窗口添加控件；(3)用菜单设计窗口为窗口定义菜单栏；(4)用属性栏设置窗口和控件的属性；(5)用代码窗口编写事件和通用过程(实为应用程序设计)；(6)测试和调试。

第36页，共76页，2023年，2月20日，星期日第12章人机界面设计12.1人机界面设计：概述人机界面对软件和用户的影响HCI追求的目标HCI设计涉及的问题：人的因素、美学和人机界面风格、方法学12.2人机界面风格12.3人机界面设计过程12.4界面设计原则12.5人机界面标准12.6支持界面设计的CASE工具12.7界面的基本类型及其设计

第37页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4界面设计原则分析用户类型应用程序和界面分离一致性尽量减少用户工作提供反馈出错处理和帮助功能增加可视化图形表示

第38页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4用户界面设计原则用户界面设计的一般原则①用户熟悉原则②一致性原则③可恢复性原则④用户指南原则⑤用户差异性原则

第39页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则黄金原则（TheoMandel

）让用户拥有控制权减少用户的记忆负担保持界面一致

第40页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则让用户拥有控制权

1)交互模式的定义不能强迫用户进入不必要的或不希望的动作的方式2) 提供灵活的交互3) 允许用户交互可以被中断和撤销4) 当技能级别增长时可以使交互流水化并允许定制交互5) 使用户隔离内部技术细节6)应允许用户和出现在屏幕上的对象直接交互

第41页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则减少用户的记忆负担1)减少对短期记忆的要求2)建立有意义的缺省3)定义直觉性的捷径4)界面的视觉布局应该基于真实世界的隐喻5)以不断进展的方式揭示信息

第42页，共76页，2023年，2月20日，星期日界面举例MSN第43页，共76页，2023年，2月20日，星期日界面举例红心大战缺省值第44页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则黄金规则：保持界面一致用户应以一致的方式展示和获取信息所有可视信息的组织均按照均按照贯穿所有屏幕显示所保持的设计标准输入机制被约束到有限的集合，在整个应用中被一致地使用从任务到任务的导航机制被一致地定义和实现

第45页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则保持界面一致

1)允许用户将当前任务放在有意义的语境中2)在应用系列内保持一致性3)不要改变用户已经熟悉的用户交互模型

第46页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4人机界面设计原则人机界面设计得好坏与设计者的经验有直接的关系，下面从一般可交互性、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。12.4.1一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；

第47页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.1一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。

第48页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例1文档分栏界面特点：页面布局非常一致，视觉清晰，看起来令人愉快，阅读信息所需的时间减少，任务的性能强，满意度高

第49页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例2删除界面特点：在功能上添加额外的保护层以避免用户犯错误。要求用户确定要选择的意图。这种解决方案增加了安全性，减少了错误，并提高了满意度。然而，它要求额外的用户操作，导致执行效率较低

第50页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例3Word字体对话框特点：此对话框，用户可以用一堆复选框来选择字体效果，这没什么问题。但是其中有4对选项是互斥的：删除线、双删除线，下划线、双下划线，阴文、阳文，小型大写字母、全部大写字母。这些控件看上去是复选框但实际上却是单选框。显然，使用单选框将影响控件群的整体美感但确失去了可交互性。第51页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.2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；

第52页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.2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法提高可理解性；7．用窗口（在适合的情况下）分隔不同种类的信息；8．用“类比”手法，生动形象地表示信息；9．合理划分并高效使用显示屏。

第53页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例4特点：显示了两栏工具栏及一栏主菜单。命令区域清晰可见却并不占据过多的屏幕空间

第54页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例5特点：是个反面示例，几乎所有的工具栏都激活了。屏幕高度混乱，用户不得要领

问题案例第55页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例6Winrar诊断对话框特点：对话框上的三个按钮分别是“关闭”、“中断操作”、“复制到剪贴板”，前两个按钮的提示意义含糊，用户容易引起误解：中断或关闭的是本对话框还是压缩操作？而且在操作“中断操作”的按钮时系统似乎并没有效果

问题案例第56页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例7问题案例第57页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.3数据输入用户与系统交互的大部分时间用于输入命令，提供数据或系统要求的其他输入信息。目前，键盘仍为最常用的输入设备，但鼠标、数字化仪、甚至语言识别系统正迅速成为替代品。数据输入的一般准则：

1．尽量减少用户输入的动作；

2．保证信息显示方式与数据输入方式的协调一致；

第58页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.3数据输入数据输入的一般准则：3.允许用户定做输入格式；4．采用灵活多样的交互方式，允许用户自选输入方式；5．隐藏当前状态下不可选用的命令；6．允许用户控制交互过程；7．为所有输入动作提供帮助信息；8．去除所有无实际意义的输入，尽量采用缺省值。

第59页，共76页，2023年，2月20日，星期日案例8Excel填充界面特点：尽量减少用户输入有规律变化数据的次数，快速、便捷、简单易用

第60页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.5HELP系统设计HELP系统设计不属于界面设计范围，涉及系统整体结构，是结构级用户友好性设计。

第61页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.5HELP系统设计帮助方式：操作指南文档

(植入系统、未植入系统)

基于帮助文件的要求性帮助

(命令级帮助)

说明性帮助嵌入系统的要求性帮助嵌入培训功能的智能帮助系统

第62页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.6用户友好性设计用户友好性一般属软件的性能特性，它独立于所有具体功能，却影响着所有功能的重用性。用户友好性应体现在与用户有接口的软件特性上。用户友好性的根本目的是为了软件可重用性、可维护性。

第63页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.6用户友好性设计用户友好性的标志可操作性健壮性易学习性可扩展性

第64页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.4.6用户友好性设计反馈响应时间(系统延迟)

系统闭合等级：极限闭合等级:>15秒复杂闭合等级：4～15秒简单闭合等级：2～4秒最简单闭合等级:1～2秒瞬时响应:<1秒

第65页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.5人机界面标准推行用户界面设计标准，将给开发者和终端用户双方都带来便利。开发者都按统一的标准进行设计，每次为新应用系统设计界面时可重用原有的模块和对象，将大大提高界面的生产率和质量。对用户来说，一旦掌握了某个系统的界面，再学习新的应用系统时就会感到亲切自然，直观易懂。目前，最通用的界面标准是X—window系统。

第66页，共76页，2023年，2月20日，星期日12.6支持界面设