第2章人机界面设计的理论基础08

第2章

人机界面设计的理论基础

本章主要介绍了人机界面设计时需要用到的一些常用理论基础，主要有认知心理学、人机工程学、艺术设计３个方面。2.1认知心理学

认知心理学有广义、狭义之分，广义的认知心理学是指凡是研究人的认识过程的，都属于认知心理学，而目前西方心理学界通常所指的认知心理学，是指狭义的认知心理学，也就是所谓的信息加工心理学，它是指用信息加工的观点和术语，通过与计算机相类比，模拟、验证等方法来研究人的认知过程，认为人的认知过程就是信息的接受、编码，贮存、交换、操作、检索、提取和使用的过程，并将这一过程归纳为四种系统模式：即感知系统、记忆系统、控制系统和反应系统。强调人已有的知识和知识结构对他的行为和当前的认知活动起决定作用。其最重大的成果是在记忆和思维领域的突破性研究。2.1认知心理学

认知要解决两个问题：一是知识在我们要贮存什么记忆内容，记忆中是如何贮存的问题；一是知识被使用或处理的过程问题。计算机处理信息的过程要经过信息输入、编码、译码、计算、存储、提取、结果输出等处理信息的过程。人类使用感官接受信息、贮存信息以及提取、运用信息、根据信息产生不同的反映等这些阶段类似于计算机处理信息的过程。2.1.1人的特性

人的信息处理和中枢神经系统如图2—1所示

2.1.1人的特性

人体是一个由许多器官组成的复杂的有机体。其中中枢神经系统是人体的总司令部，因此现代认知心理学的基本观点就是把人看成信息传递器和信息加工系统。

提出短时记忆中有三种编码：(1)听觉编码即声码；(2)视觉编码即形码；(3)语义编码即意码。2.1.1人的特性

认为人是按事物的各种性状将其分成三种编码分别贮存在三个不同的位置，而后可以用声、形、意三种不同的途径来检索这一记忆。 如表2—2所示对计算机和信息处理系统进行比较：表2—2计算机和信息处理系统的比较2.1.1人的特性

表2—2计算机和信息处理系统的比较

计算机系统人信息系统存储器寄存器（register）主存储器（RAM）外存储器（disktape等）感觉记忆短时记忆长时记忆书本、图片输入设备键盘触屏声音识别设备鼠标器眼睛耳朵触觉输出设备显示设备声音合成设备打印机绘图仪手声音眼神处理器操作系统编译器应该程序可执行的控制单元模式识别知识和技能2.1.2眼睛的构造

1.

眼球壁主要分为外、中、内三层，如图2—3所示2.1.2眼睛的构造

2.眼内腔和内容物 眼内腔包括前房、后房和玻璃体腔。 眼内容物包括房水、晶体和玻璃体。三者均透明，与角膜一起共称为屈光介质。2.1.2眼睛的构造 房水由睫状突产生，有营养角膜、晶体及玻璃体，维持眼压的作用。 晶体为富有弹性的透明体，形如双凸透镜，位于虹膜、瞳孔之后、玻璃体之前。2.1.2眼睛的构造

3.视神经、视路 视神经是中枢神经系统的一部分。视网膜所得到的视觉信息，经视神经传送到大脑。 视路是指从视网膜接受视信息到大脑视皮层形成视觉的整个神经冲动传递的径路。2.1.2眼睛的构造4.眼附属器 眼附属器包括眼睑、结膜、泪器、眼外肌和眼眶。 眼睑分上睑和下睑，居眼眶前口，覆盖眼球前面。2.1.3耳朵的构造

人耳结构可分成三部分：外耳、中耳和内耳。在声音从自然环境中传送至人类大脑的过程中，人耳的三个部分具有不同的生理作用。

1外耳 外耳是指能从人体外部看见的耳朵部分，即耳廓和外耳道。2.1.3耳朵的构造2中耳 中耳由鼓膜、中耳腔和听骨链组成。3

内耳 内耳的结构不容易分离出来，它是位于颞骨岩部内的一系列管道腔，我们可以把内耳看成三个独立的结构：半规管、前庭和耳蜗。2.1.4鼻子的构造

鼻子是个立体的结构，呈现锥体形，分为：上(鼻根)、中(鼻樑)、下(鼻尖)和側(鼻翼)四部分。如图2—4所示

2.1.4鼻子的构造

2.1.5综述认知心理学。认知心理学认为注意、知觉、记忆、思维等认知现象是交织在一起的，所以认知心理学企图把全部认知过程统一起来。认知心理学的一个基本观点是可以用计算机来类比人的内部心理过程。2.1.6认知心理的设计原则

为了提高人机界面设计的水平,增强用户和计算机之间的友好程度,一般的设计原则有：（1）由具体到抽象。抽象的概念我们通常用图像或动画将其具体化，以弥补网页单向学习以及不能实时反馈的缺点。（2）用可视化的内容显示不可见的内容。尽可能利用数字、图解、动画、色彩等清晰醒目的对象显示原理、公式或抽象的概念。2.1.6认知心理的设计原则

（3）由模拟引导创新。突出人机交互，尽量启发用户的积极思维和参与，并激起用户的学习和创造欲望。（4）合理运用再认与再忆，减少用户短期记忆的负担。课后习题或自测评价的合理运用,有利于帮助用户记忆，巩固知识。（5）使用用户语言,促进沟通。教学网页的用语应该友好、简洁和规范。

2.2人机工程学

人机工程学是从人的体能和系统工程的角度出发来研究人机关系的学科。人机工程学是研究人和机之间相互关系的边缘性科学。人机工程学是一门关于技术和人协调化的科学，让技术人性化的科学。

人机工程学是以用户作为产品和环境设计的出发点，让技术的发展围绕着用户的需求展开。设计者根据用户的心理和生理的需要设计出满足用户需求的产品。

人机工程学的目的在于获得最高效率，使操作者操作简便、准确，作业时感到安全和舒适。它和许多学科都有着密切的关系。2.2人机工程学

图2—5人机工程学和其他学科的关系

2.2.2人机工程学研究的问题

人机之间的分工与配合；机具如何更适合于人的操作和使用；人机系统的工作环境对操作者的影响；人机之间的界面、信息传递以及控制器和显示器的设计；总的任务是在人－机－环境间实现最优配合；2.2.2人机工程学研究的问题

主要组成如图2—6所示：完整的人机系统包括人、机、人机之间的界面以及人机系统所处的环境2.2.2人机工程学研究的问题

图2—6人－机－环境2.2.3人机系统及其界面设计

在人机系统设计时要把人各机器作业一个整体来考虑，同时还要考虑噪声、震动、温度、压力等环境因素对人的效率和行为的影响，合理分配人和机器的功能，以保证在环境变动下仍能达到系统所要求的目标。2.2.3人机系统及其界面设计

2.2.3.1人与机的功能比较与分工

2.2.3.1人与机的功能比较与分工

由机完成的工作：①枯燥、单调、笨重的作业；②危险性大的作业或影响人体健康的作业；③高阶运算、快速操作；④可靠性、高精度的和程序固定的作业。2.2.3.1人与机的功能比较与分工由人完成的工作：①程序设计；②意外事件处理；③变化频繁的作业；④搜索性工作或需要作出决策的工作2.2.3.2人机的特性比较人机的特性比较人机界面研究的重点(1)使显示器能提供易于为人识别、理解的信息，对人安全、可靠、无害。(2)使操作器能易于由人控制、操作，所提供的信息易于为机所识别，具灵敏、可靠。(3)正确设计显示器和操作器的布局，有利于人的操作与使用。

2.2.3.2人机的特性比较人体是一个由许多器官组成的复杂的有机体，在人机工程学中，可把人看作信息处理系统。以中枢神经系统为中心的人的信息处理系统。2.2.3.1人与机的功能比较与分工

以中枢神经系统为中心的人的信息处理系统如图2—7所示2.2.3.2计算机和人信息处理系统的比较视觉：人眼能感受400-700nm之间的光波听觉：耳朵可接收20-20KHZ间频率的声音.声音强度范围为0-120dB.（1）视觉的优缺点(P20)（2）听觉的优缺点（3）运动器官司及其特性2.2.3.2计算机和人信息处理系统的比较听觉、视觉、手脚等器官使人本能地具备以下的生理能力：•

由感觉器官表现出接收信息的能力•

大脑神经网络完成的加工、存贮、传送信息的能力•

由运动器官完成执行大脑指令作出有效反应的能力2.2.3.3工程学与日常生活的结合

人/机系统：

机械作为人类历史的一部分，它的诞生已有很长时间了。自产业革命之后，由于技术的进步，使机器变的更有力量，并互相结合形成了更为复杂的系统。由此，由于操作人员判断差错或操作不当而造成的后果也更为复杂。这就意味着必须将潜在的操作者和未来的运行环境结合在一起，进行“人/机系统”的设计。

END2.2.4人机工程学设计原则

设计原则

1.面向用户的原则2.一致性原则3.简洁性原则4.适当性原则

2.2.4人机工程学设计原则

5.顺序性原则6.结构性原则7.合理选择文本和图形8.使用多窗口9.使用彩色考虑方面 人机工程学的显著特点是，将使用产品的人和产品以及人与产品所处的环境作为一个系统来研究，认真研究人、机、环境三个要素本身特性，而不是着眼于某一个要素的研究。在人机工程学中把人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着人机系统总体的性能。Start考虑方面 设计人员要和操作人员密切配合，才能使人机系统的性能达到操作员的要求，并能使人机界面直接、简便、友好。人机系统要经过用户使用和设计人员的反复实验才能逐渐完善。人机系统在设计时，在原有设备不变的情况下，设计人员要考虑到用户的动态性从而进行系统的分析，再适当改动设备，才能显著提高工效。2.3艺术设计

艺术设计在当代人类的生活中显示出越来越重要的意义。人的任何活动，都不同程度具有一定美的因素。设计作为人的创造性活动，其根本目的是满足人们物质生活和精神生活的需要，提高生活品质。因此，设计必须按照艺术美和技术美的原则进行。

2.3.1设计的概念

设计艺术是研究人与物关系的学科，对象物所代表的不是简单的机器与设备，而是有广度与深度的物;人也不是单纯的“生物人”，不能单纯地以人的生理特征进行分析。从狭义的角度来看，设计所包含的“艺术中的计划”意味着在一般的计划中，组成艺术作品的各种要素，组织成为一个整体作品的创意过程。人机界面中的艺术设计，要看界面涉及的具体内容。硬件界面与软件界面，对于艺术设计的要求是不一样的，同时又存在着本质上的联系。

2.3.2研究内容

艺术设计不是新兴的学科，它有多年的发展史，它是一门独立的艺术科学，其研究内容和服务对象有别于传统的艺术门类。艺术设计是一门综合性很强的学科，艺术设计涉及到经济、科技、文化等多方面的因素，设计人员的设计标准也随着这些因素的变化在改变。 另外，艺术设计学的研究对象与设计的功能性和审美性有着密不可分的关系：就功能性而言，艺术设计学与相关的人机工程学、机械学、材料学、电子学、经济学密切相关；就审美性而言，艺术设计学要对相关的美学、心理学、社会学、传播学等进行深入研究。2.3.3设计原则和应用方法界面的设计应该遵循以下原则：（1）交互性原则，即界面设计强调人机交互过程。一方面是人的接受信息与反馈信息，对任何物的信息都能动地认识与把握，使人与物交互。2.3.3设计原则和应用方法(续)

（2）合理性原则。即保证在系统设计基础上的合理与明确。 任何的设计都既要有定性也要有定量的分析，是理性与感性思维相结合。

一个合理的界面设计首先根据人的感性思维设计出符合人的情感的界面，之后再根据设计者的理性思维对界面进行严密的理论分析。2.3.3设计原则和应用方法(续)

（3）多样化原则，即设计因素多样化考虑。界面设计的目标只有一个，即设计出美观友好、方便简捷的人机交互界面。但是影响界面设计的因素是多样化的，专家们要想设计出友好的人机交互界面必须考虑多方面的设计因素。2.3.3设计原则和应用方法(续)

（4）动态性原则，即要有四维空间或五维空间的运作观念。动态性原则（dynamicprinciple）是指界面的设计要随着时间和空间的变化而变化，其设计要有时间和空间上的弹性。

2.3.3设计原则和应用方法(续)

（5）共通性原则。前面章节我们已经知道根据研究的需要，界面可以分为三类：功能性界面、环境性界面、情感性界面。所谓的共通性原则，即把握三类界面功能性界面、情感性界面、环境性界面的设计协调统一起来，而不是孤立设计某一种界面。2.3.3设计原则和应用方法(续)

设计界面要受到多方面因素的影响的，但在界面的实际设计却要有侧重、有强调的把握。在界面设计时要重点考虑影响界面效果的主要因素，排除影响界面设计的一些干扰性和无用的因素。

2.3.3设计原则和应用方法(续)

设计界面的运用，核心是设计分析。一方面调查人员要对用户使用产品的情况进行调查。另一方面，设计师自身对社会环境也要进行深入的认识与考察，对设计的作品取向有明晰的认识。2.3.4艺术设计的视觉传达

视觉传达设计又称为平面设计或图形设计。视觉传达设计以信息传达为目的，但它脱离不了媒体。视觉传达设计，除了要有传达信息的功能外，还要满足用户视觉审美的要求。

2.3.4艺术设计的视觉传达(续)

视觉传达设计体现着设计的时代特征和丰富的内涵，并与其他领域相互交叉，逐渐形成一个与其他视觉媒介关联并相互协作的设计新领域。视觉传达设计主要以图像、文字、图形、色彩为基本要素的艺术创作在人们的日常生活中起着越来越重要的作用。2.3.4艺术设计的视觉传达(续)

视觉传达设计，除了要传达信息的功能外，还要满足用户视觉审美的要求。要构成视觉美的必备标准，必须保证视觉上的节奏与韵律，也就是说，设计上要符合用户从右上到左下的流向较为自然的视觉，这样不容易引起用户视觉上的疲劳。同时还要保证设计色彩的协调，不要使用杂七杂八的颜色,使用太多颜色会让作品看起来很模糊且容易引起人的视觉疲劳。再者在视觉传达时党政军要注意疏与密的合理搭配,对于作品中的各个图形的分布不能太拥挤,图形与图形之间的分隔尽量大点,但要注意,不能离散,如果散了,界面就不好看了.合理的设计会从视觉上给人美的享受.2.3.5界面分类

1功能性界面实现了使用性的内容。任何产品,其存在的价值在于其使用性。功能性界面就是通过菜单、连接等操作能够实现某种功能的软件界在。2情感性界面 情感是人对客观现实的一种特殊的心理反映，是设计界面时必须要考虑的因素，是用户在审美体验中非常重要的环节。 对于同一个界面的不同用户会有不同的情感。情感的把握在于深入目标对象的使用者的情感，而不是个人的情感表达。3

环境性界面 环境因素包括地理环境如地势、气候、湿度、温度等，还包括社会性环境如社会、政治、文化等许多方面。2.3.5界面分类(续)

任何一件产品或作品都不能脱离环境而存在，环境的地理条件和社会氛围是十分重要的界面因素。环境性设计界面外部环境因素对人的信息传递。设计界面是以功能性界面为基础，以环境性界面为前提，以情感性界面为重心而构成的，它们之间形成有机和系统的联系。2.3.6艺术设计的表现手法1.

直接展示法 直接表现产品的外观，把产品的一切都暴露给观众来看的展示方法。但不是简单直接用照片来表示，它充分利用现代的摄影技术和电脑的特殊表现