人机交互ch02-人机交互模型

Chapter2-人机交互模型郭亚军金先级2023/11/271Ch02-人机交互模型2.1人机交互框架模型人机交互模型是对人机交互系统中的交互机制进行描述的结构概念模型

目前已提出多种模型，如用户模型、交互模型、人机界面模型、评价模型等

这些模型从不同的角度描述了交互过程中人和机器的特点及其交互活动

人机交互模型是开发一个实用人机交互系统的基础

2023/11/272Ch02-人机交互模型Norman的执行-评估循环模型一个较早提出一个有一定影响的模型在这个模型中，Norman将人机交互过程分为执行和评估两个阶段，通常由以下七个步骤构成建立目标,形成意图,动作描述,执行动作,理解系统状态,解释系统状态,根据目标和意图评估系统状态它们之间的关系如下图所示但由于它完全以用户为中心，对于计算机系统而言仅仅考虑到系统的界面部分，因此是一个不完整的模型2023/11/273Ch02-人机交互模型2023/11/274Ch02-人机交互模型2.1人机交互框架模型

Abowd和Beale在1991年修正了Norman模型这个模型为了同时反映交互系统中用户和系统的特征，

将交互分为四个部分：系统、用户、输入和输出，如图2.2所示

2023/11/275Ch02-人机交互模型2023/11/276Ch02-人机交互模型交互过程表现在信息在这四个部分之间的流动和对信息描述方式的转换上这个模型较好地反映交互的一般特征其中输入和输出一起形成人机界面(又称人机接口或用户界面)在人机交互框架模型中，每一个部分都有其自己的描述语言，这些语言分别从各自的角度表达了应用领域的概念。系统语言称为核心语言，核心语言描述应用领域的计算特征；用户语言或称为任务语言，则描述领域中的与用户意图表达相关的属性2023/11/277Ch02-人机交互模型一个交互周期中有四个阶段：目标建立、执行、表示和观察

图中的有向弧表示了这四个阶段

每一个阶段对应着从一种描述语言到另一种描述语言的翻译过程

一个交互周期以用户的目标建立阶段开始

1.用户以用户语言的形式在头脑中形成一个能导致该目标的任务，并将任务翻译成机器可以识别的“输入语言”

2.在执行阶段，“输入语言”被翻译成能被系统直接执行的一系列操作，即“核心语言”

2023/11/278Ch02-人机交互模型

3.在表示阶段，处于新状态下的系统将系统的当前值以“输出语言”的形式呈现出来。呈现出来的形式也是多种多样的，如字符、图形图像、语音等

4.在观察阶段，用户观察输出，将输出翻译为用用户能够理解的“用户语言”表达的交互结果，与原目标进行比较和评价。

在这四个阶段中，前两个阶段负责对用户意图的理解。用户的意图越容易表达，则计算机理解用户意图往往就越困难。

为了使界面的表示更加宜人化，系统可根据所保存的用户行为模型、用户的经验模型以及用户意图(上下文)，提供相应的各具特色的人机交互界面。

2023/11/279Ch02-人机交互模型2.2人机界面模型

人机界面模型是人机界面软件的程序框架，它从理论上和总体上描述了用户和计算机的交互活动

随着人机界面功能的增长，人机界面的设计也变得复杂，交互式应用系统中界面代码占70%以上

人机界面模型主要有:任务分析模型、对话控制模型、结构模型和面向对象模型等

2023/11/2710Ch02-人机交互模型任务分析模型基于所要求的系统功能进行用户和系统活动的描述和分析对话控制模型用于描述人机交互过程的时间和逻辑序列，即描述人机交互过程的动态行为的过程

结构模型从交互系统软件结构观点来描述人机界面的构成部件，它把人机交互中的各因素，如提示符、错误信息、光标移动、用户输入、确认、图形、文本等有机地组织起来

面向对象模型是为支持直接操纵的图形用户界面而发展起来的，它可以把人机界面中的显示和交互组合成一体作为一个基本对象，也可以把显示和交互分离为两类对象，建立起相应的面向对象模型

2023/11/2711Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型

1.Seeheim模型（P13)1985年在美国西雅图举行的“用户界面管理软件工具”研讨会上提出的Seeheim模型。该模型分为三个部件：应用接口部件对话控制部件表示部件

1.Seeheim模型

1985年在美国西雅图举行的“用户界面管理软件工具”研讨会上提出的Seeheim模型。该模型分为三个部件：应用用户应用接口部件对话控制部件表示部件2023/11/2712Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型

Seeheim模型界面结构清晰，适合界面与应用分别执行，得到较广泛的应用。该模型的三个逻辑部分都有不同的功能和不同的描述方法。表示部件是人机接口的物理层对话控制部件是人机接口的主要部件应用接口部件是应用程序功能的一种表示2023/11/2713Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型

在界面设计时，这三个部分可对应于词法、语法及语义的三个语言层次。Seeheim模型已广泛用于用户界面软件的设计中，适合界面与应用程序分别执行的场合，不支持直接操作的语法与语义的要求，因此对于直接操作的图形用户界面不适用。2023/11/2714Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型

2.Arch模型(P14)Arch模型是1992年在Seeheim模型基础上提出来的。由五部分组成：

应用对象2

表示对象应用对象1交互对象对话部件领域适配器部件表示部件领域特定部件交互工具箱部件2023/11/2715Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型交互工具箱部件：实现与终端用户的物理交互。表示部件：协调对话部件和交互工具箱部件之间的通讯。对话部件：负责任务排队。领域适配器部件：协调对话部件和领域特定部件之间的通讯。领域特定部件：控制、操作及检索与领域有关的数据。上图显示了部件之间传输的对象类型。在领域特定部件中，应用对象1采用的数据及操作所提供的功能与用户界面并无直接的联系。

2023/11/2716Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型在领域适配器部件，应用对象2采用的数据及操作所提供的功能与用户界面有关。表示对象是控制用户交互的虚拟交互对象，含有为用户显示的数据以及用户产生的事件。交互对象用来实现与用户交互有关的物理介质的方法。在Arch模型中，可以对各个部件的功能进行不同的定义。对于提供快速图形输出及复杂的语义反馈具有一定的局限性。

2023/11/2717Ch02-人机交互模型2.2.1人机界面结构模型结构化用户界面模型都基于对话独立性原则，交互系统的设计大体分为两部分：对话部件和计算部件。提供较强的语义反馈，是结构化的界面模型支持直接操作图形用户界面的一个关键所在。

2023/11/2718Ch02-人机交互模型2.2.2面向对象的用户界面交互模型

常见的面向对象的用户界面交互模型：MVC模型、PAC模型、PAC-Amodeus模型、LIM模型和YORK模型等。

1.MVC模型

MVC模型是1983年提出的面向对象的交互式系统概念模型，该模型是在Smalltalk编程语言环境下提出来的。由三类对象组成。2023/11/2719Ch02-人机交互模型2.2.2面向对象的用户界面交互模型

用户输入视图消息显示输出模型操作依赖链依赖链控制器视图模型2023/11/2720Ch02-人机交互模型模型表示应用对象的状态属性和行为视图负责对象的可视属性描述控制器是处理用户的输入行为并给控制器发送事件用户和系统的交互循环过程开始于用户在一个控制器上的动作。MVC模型的两个特征：在对话独立的前提下，允许语义和其视图直接相互通讯。将人机交互处理与输出显示部分分离。2023/11/2721Ch02-人机交互模型2.2.2面向对象的用户界面交互模型

2.PAC模型

PAC模型是Coutaz与1987年提出的一种叫做多智能体的交互式系统概念模型。提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述提取控制陈述2023/11/2722Ch02-人机交互模型垂直流表示对象之间的通信，水平流表示一个对象内部不同方面之间的通信。陈述：陈述定义用户的输入和应用的输出行为。

提取：提取对应于功能的语义信息，实现应用要完成的功能。控制：负责对话控制并维护表示和提取的一致性。不同PACAgent的“陈述、提取和控制器”不同，最底层的PAC实现与终端用户的交互，顶层的PAC用于实现交互系统中与应用有关的功能。2023/11/2723Ch02-人机交互模型

PAC模型与MVC模型之间有四个重要的区别：PAC模型Agent将应用功能与陈述、输入和输出行为都封装在一个对象中。PAC模型用一个独立的控制器来保持应用语义用户界面之间的一致性。PAC模型没有基于任何一种编程环境。PAC模型将控制器独立出来，更加符合UIMS的设计思想，可以用来表示用户界面不同的功能部分。2023/11/2724Ch02-人机交互模型2.3用户概念模型

用户概念模型指的是一种用户能够理解的系统描述，它使用一组集成的构思和概念，描述系统应做什么、如何运作、外观如何等。

人机系统设计的首要任务就是建立明确的、具体的概念模型

2023/11/2725Ch02-人机交互模型概念模型设计的两种方法

根据用户的需要和其他需求去规划产品，了解用户在执行日常任务时做些什么.例如，用户主要是搜集信息，编制文档，记录事件，与其他用户协调以及参与其他活动

决定哪一种交互方式能最好地支持用户的实际需要,提出一些实际可行的方案.

另一个方法是选择一个界面比拟,比拟是指用熟悉的或者容易理解的知识去解释不熟悉的、难以理解的问题.例如“桌面”和“搜索引擎”就是大家都熟悉的两个界面比拟

2023/11/2726Ch02-人机交互模型概念模型可以分为两大类：

---基于活动的概念模型

---基于对象的概念模型

2023/11/2727Ch02-人机交互模型2.3.1活动类型的概念模型

最常见的活动类型有：指示、对话、操作与导航以及探索与浏览

,

指示类模型描述的是用户通过指示系统应做什么来完成自己的任务,如，用户可向某个系统发出指示，要求打印文件

在Windows和其他GUI系统中，用户则通过使用控制键，或者使用鼠标选择菜单项来发出命令。好处是支持快速、有效的交互。因此，特别适合于重复性的活动，用于操作多个对象。例如，重复性的存储、删除、组织文件或邮件。

2023/11/2728Ch02-人机交互模型对话类型的概念模型是基于“人与系统对话”这一模式设计的它与“指示”类型的模型不同。“对话”是一个双向的通信过程，其系统更像是一个交互伙伴，而不仅仅是执行命令的机器。最适用于那些用户需要查找特定类型的信息，或者希望讨论问题的应用实际的“对话”方式可采用各种形式,如电话银行,订票,搜索引擎和援助系统

主要好处是允许人们(尤其是新手)以一种自己熟悉的方式与系统交互。但“对话”式的概念模型可能发生“答非所问”的误会

2023/11/2729Ch02-人机交互模型操作与导航概念模型利用用户在现实世界中积累的知识来操作对象或穿越某个虚拟空间。

例如，我们可以通过移动、选择、打开、关闭、缩放等方式来操作虚拟对象

也可以使用这些活动的扩展方式，即现实世界中不可能的方式来操作对象或穿越虚拟空间。例如，有些虚拟世界允许用户控制自身的移动，或允许一个物体变成另一个物体。2023/11/2730Ch02-人机交互模型探索与浏览概念模型的思想是使用媒体去发掘和浏览信息.网页和电子商务网站都是基于这个概念模型的应用

以上各种类型的活动并不是相互排斥的，它们可以并存

.例如，在对话的同时也可以发出指示，在浏览的同时也可以定位环境但是，这些活动都有不同的属性，而且其界面的开发方法也不同。

如指示类型可以采取多种交互形式，如使用输入命令、从视窗或触摸屏选择菜单项、发出声音命令、按按钮等.对话类型可采用语音或者键入命令.操作与导航类型用于用户具备操作和导航的能力,能够穿越某个环境或者某些虚拟对象的场合。探索与浏览类型用于系统为用户提供结构化的信息，并允许用户自己摸索和学习新的东西，而不必向系统发问的场合。

2023/11/2731Ch02-人机交互模型2.3.2对象类型的概念模型是基于对象或人造物(如工具、书本或车辆)的模型

这一类模型要更为具体，侧重于特定对象在特定环境中的使用方式，通常是对物理世界的模拟。例如，“电子表格”就是一个非常成功的基于对象的概念模型，而它的基本对象就是“分类账页”。

基于对象的概念模型有“界面比拟”和“交互范型”

2023/11/2732Ch02-人机交互模型1.界面比拟

界面比拟是指采用“比拟”的方法将交互界面的概念模型与某个(或某些)物理实体之间存在着的某些方面的相似性体现在交互界面设计中

“界面比拟”将人们的习惯或熟知的事物同交互界面中的新概念结合起来

“桌面”和“电子表格”既可以归类为基于对象的概念模型，同时也是界面比拟的例子

“搜索引擎”是另一个界面比拟的例子

2023/11/2733Ch02-人机交互模型2.交互范型

交互范型(InteractionParadigm)指的是我们在构思交互设计时的某种主导思想或思考方式

交互设计领域的主要交互范型就是开发桌面应用——面向监视器、键盘和鼠标的单用户使用等。

随着无线、移动技术和手提设备的出现，已开发出各种新的交互范型。这些交互范型已经“超越桌面”。如

无处不在计算技术(UbiquitousComputing)；渗透性计算技术；可穿戴的计算技术；物理／虚拟环境集成的技术2023/11/2734Ch02-人机交互模型2.4GOMS预测模型这是一个一般性的术语，泛指整个GOMS模型体系

目前有四种版本的GOMS模型，GOMS模型适用于研究和预测用户执行情况的不同方面，如执行任务的时间、执行任务的策略等这些模型主要用于预测用户的执行属性，从而可选择或设计不同的应用软件和设备GOMS代表目标(Goals)、操作(Operators)、方法(Methods)和选择规则(SelectionRules)

2023/11/2735Ch02-人机交互模型“目标”指的是用户要达到什么目的，如查找某个网站

“操作”指的是为了达到目标而使用的认知过程和物理行为(如先选择搜索引擎，再思考关键字，然后在搜索引擎中输入关键字)

“方法”指的是为了达到目标而采用的具体步骤(如使用鼠标点击输入域，输入关键字，再点击“查找”按钮)

“选择规则”用于选择具体方法，适用于任务的某个阶段存在多种方法选择的情形。例如，在搜索引擎的输入域中键入了关键字之后，用户可以选择点击“返回”按钮，或者点击“查找”按钮，这就要用到选择规则

2023/11/2736Ch02-人机交互模型GOMS模型描述在微软的Word中删除文本的过程目标：删除Word中的文本方法1使用菜单删除文本

方法2使用“删除”键删除文本

上述方法的操作过程如下：点击鼠标——移动光标——选择菜单——把光标移至操作对象处——按键

在决定应采用何种方法后，选择规则如下①若需要删除大量文本，则使用鼠标，通过菜单进行删除(方法1)；②若只是删除个别词，则使用“删除”键进行删除(方法2)

2023/11/2737Ch02-人机交互模型击键层次模型(KeystrokeLevelModel)

是对