人机交互知识归纳

第1章绪论*人机交互（Human-ComputerInteraction，HCI）是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面的主要现象进行研究的科学*人机交互研究的内容：人机交互界面表示模型与设计方法可用性分析与评估多通道交互技术认知与智能用户界面群件Web设计移动界面设计*发展史语言命令交互阶段图形用户界面（GUI）交互阶段自然和谐的人机交互阶段第2章感知和认知基础*人的感知视觉视觉是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。外界80%的信息都是通过视觉得到的，因此视觉显示是人机交互系统中用的最多的人机界面。视觉感知可以分为两个阶段：受到外部刺激接收信息阶段和解释信息阶段。视觉感知特点：一方面，眼睛和视觉系统的物理特性决定了人类无法看到某些事物；另一方面，视觉系统进行解释处理信息时可对不完全信息发挥一定的想象力。进行人机交互设计需要清楚这两个阶段及其影响，了解人类真正能够看到的信息。听觉听觉感知传递的信息仅次于视觉，可人们一般都低估了这些信息。人的听觉可以感知大量的信息，但被视觉关注掩盖了许多。听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行加工，然后传递到大脑。人类听觉系统对声音的解释可帮助设计人机交互界面中的语音界面。触觉Touch或者Hapticperception触觉在交互中的作用是不可低估的，尤其对有能力缺陷的人，如盲人，是至关重要的触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不同在于它的非局部性温度感受器-冷热伤害感受器-疼痛机械刺激感受器-压力实验表明，人的手指的触觉敏感度是前臂的触觉敏感度的10倍。对人身体各部位触觉敏感程度的了解有助于基于触觉的交互设备的设计认知划分为两个模式：经验认知思维认知认知过程：感知和识别注意记忆问题解决语言处理影响认知的因素：情感人的个性差异*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，描述系统做什么、如何运作、外观如何等。设计概念模型的关键过程应包括如下两个阶段：了解用户在执行日常任务时做什么；选择交互方式，是主动式的提问方式，还是被动式的填表进行检索方式；并决定采用何种交互形式。*三个相互联系的概念模型设计模型——设计师设想的模型，说明系统如何运作。系统映像——系统实际上如何运作。用户模型——用户如何理解系统的运作。从人们不同的认知特点，讨论用户如何理解系统概念模型，它们是：思维模型*信息处理模型（步骤：输入或刺激，编码，比较，响应选择，响应执行，输出或响应）外部认知模型分布式认知法描述的是认知系统中发生了什么，它通常描述人员之间的交互，人们使用的物品及工作环境。分布式认知的主要目的是要从信息传播媒介的角度来描述交互。也就是说，它考虑的是信息如何表示，信息在流经不同个人以及使用不同物体时是如何重新表示的。这类信息的转变也称为“表示状态的转变”。第3章交互设备*内容：文本输入设备图像输入设备三维信息输入设备指点输入设备*显示器阴极射线管显示器、液晶显示器和等离子显示器LCD比CRT显示器具有更好的图像清晰度，画面稳定性和更低的功率消耗，但液晶材质粘滞性比较大，图像更新需要较长响应时间，因此不适合显示动态图象。打印机有针式、喷墨、激光打印机三类。*语音交互设备耳机，麦克风，声卡虚拟现实交互设备：三维空间定位设备，三维显示设备第4章交互技术*输入模式：请求模式(RequestMode)采样模式（SampleMode）事件模式（EventMode）在请求模式下，输入设备的启动是在应用程序中设置的。应用程序执行过程中需要输入数据时，暂停程序的执行，直到从输入设备接受到请求的输入数据后，才继续执行程序。输入设备和应用程序独立地工作。输入设备连续不断地把信息输入进来，信息的输入和应用程序中的输入命令无关。应用程序在处理其它数据的同时，输入设备也在工作，新的输入数据替换以前的输入数据。当应用程序遇到取样命令时，读取当前保存的输入设备数据。输入设备和程序并行工作。输入设备把数据保存到一个输入队列，也称为事件队列，所有的输入数据都保存起来，不会遗失。应用程序随时可以检查这个事件队列，处理队列中的事件，或删除队列中的事件。基本交互技术：定位笔划定值选择字符串输入图形交互技术：几何约束引力场拖动橡皮筋技术操作柄技术三维交互技术*语音识别：语音识别（SpeechRecognition）是计算机通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本文件或命令的技术，其所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等。一个完整的语音识别系统大致可分为语音特征提取，声学模型与模式匹配，以及语言模型与语义理解三部分。语音特征提取从语音信号中提取语音的特征，既可以获得语音的本质特征,也起到数据压缩的作用。输入的模拟语音信号首先要进行预处理，包括预滤波、采样和量化、加窗、端点检测、预加重等。声学模型声学模型对应于语音到音节概率的计算。在识别时将输入的语音特征同声学模型（模式）进行匹配与比较，得到最佳的识别结果。目前采用的最广泛的建模技术是隐马尔科夫模型HMM建模和上下文相关建模。*联机手写文字的识别过程通常分为四个阶段：预处理、特征抽取、特征匹配和判别分析第5章界面设计*用户界面可分为：命令行界面，图形界面，多通道用户界面*图形用户界面主要思想：桌面隐喻，所见即所得，直接操纵*图形用户界面设计原则：界面要具有一致性常用操作要有快捷方式提供必要的错误处理功能提供信息反馈允许操作可逆设计良好的联机帮助合理划分并高效地使用显示屏幕*用户的含义简单的说，用户是使用某种产品的人，其包含两层含义：1）用户是人类的一部分；2）用户是产品的使用者。产品的设计只有以用户为中心，才能得到更多用户的青睐。衡量一个以用户为中心的设计的好坏，关键点是强调产品的最终使用者与产品之间的交互质量，它包括三方面特性：产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用途时所具有的有效性（Effectiveness）、效率（Efficiency）和用户主观满意度（Satisfaction）。延伸开来，还包括对特定用户而言，产品的易学程度、对用户的吸引程度、用户在体验产品前后时的整体心理感受等。*用户体验（UserExperience，UX）通常是指用户在使用产品或系统时的全面体验和满意度。用户体验主要有下列四个元素组成：品牌（Branding）使用性（Usability）功能性（Functionality）内容（Content）*用户分类：偶然型用户，生疏型用户，熟练型用户，专家型用户*用户交互分析内容包括：产品策略分析，用户分析，用户交互特性分析*设计流程：用户的观察和分析（情境访谈，焦点小组，单独访谈），设计，实施任务分析是交互设计至关重要的环节，在以用户为中心的设计中，关心的是如何从用户那里理解和获取用户的思维模式，进行充分、直观的表达，并用于交互设计。描述用户行为的工具有很多，目前经常提到的是通用标识语言UML（UnifiedMarkupLanguage）。第6章人机交互界面表示模型与实现人机交互的表示模型：行为模型，结构模型，模型转换，表现模型行为模型分析人员获取用户需求后，结合领域专家的意见和指导，获取系统中需要完成的任务，对任务的主要因素进行详细地分析，如任务的层次、发生条件、完成的方法以及它们之间的关系等等目标操作方法和选择行为模型是在交互系统中用来分析用户复杂性的建模技术，用于建立用户行为模型。它采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层次的细化，通过目标(Goal)、操作(Operator)、方法(Method)以及选择规则(Selectionrule)四个元素来描述用户行为。目标目标就是用户执行任务最终想要得到的结果。操作操作是任务分析到最底层时的行为，是用户为了完成任务所必须执行的基本动作。方法方法是描述如何完成目标的过程。一个方法本质上来说是一个内部算法，用来确定子目标序列及完成目标所需要的操作。选择规则选择规则是用户要遵守的判定规则，以确定在特定环境下所使用的方法。当有多个方法可供选择时，GOMS中并不认为这是一个随机的选择，而是尽量预测可能会使用哪个方法。LOTOS（LanguageOfTemporalOrderingSpecification）时序关系说明语言是一种作为国际标准的形式描述语言，它提供了一种通用的形式语义，可保证描述不存在二义性，便于分析和一致性测试理论的研究。其基本思想是用一套形式化和严格的表示法来刻画系统外部可见行为之间的时序关系，系统由一系列进程组成，两个以上的进程在执行同一个外部可见的行为时会发生交互，进行数据交换、信息传递、协调同步等操作。LOTOS模型中定义的基本算符：T1|||T2（交替Interleaving）：T1和T2两个任务相互独立执行，可按任意顺序执行，但永远不会同步。T1[]T2（选择Choice）：需要在T1，T2中选择一个执行，一旦选择某一个后，必须执行它直到结束，在这中间另一个再无执行机会。任务如何来选择，并没有给出一定的形式化描述。T1|[a1,...,an]|T2（同步Synchronization）：任务T1，T2必须在动作（a1,……，an）处保持同步。T1[>T2（禁止Deactivation）：一旦T2任务被执行，T1便无效（不活动）。T1>>T2（允许Enabling）：当T1成功结束后才允许T2执行。UAN（UserActionNotion）用户行为标注是一种简单的符号语言，着眼于用户和界面两个交互实体的描述，主要描述用户的行为序列以及在执行任务时所用的界面。UAN模型的标识符主要有两种：用户动作标识符和条件选择标识符。CTT（ConcurrentTaskTreeNotation）任务模型表示法是一种基于图形符号的，采用层次的树状结构来组织并表示任务模型的方法。任务种类和暂态关系的含义及其图形符号：任务分析是一个以人们的行为为出发点的分析过程，它分析人们完成任务的方法：他们要做的事、要起作用的事和想要知道的事。任务种类：抽象任务（AbstractTask），用户任务（UserTask），交互任务（InteractionTask），系统任务（ApplicationTask）。暂态关系符号：Choice：t1[]t2[]…[]tnConcurrent（IndependentConcurrency）：t1|||t2|||…|||tn带信息交换的Concurrent：t1|[]|t2|[]|…|[]|tnDisabling：t1[>t2Enabling：t1>>t2>>…>>tn带信息交换的Enabling：t1[]>>t2[]>>…[]>>tnIndependence：t1|=|t2结构模型形式化语言的描述――产生式规则：一般来说，组成界面描述的产生式规则很多，规则定义的顺序并不重要，只要与规则中的条件相匹配，就可以激活相应的动作。产生式规则系统可以是事件引导的，也可以是状态引导的，或者两者都有。状态转换网络状态转换网络（STN）的基本思想是定义一个具有一定数量的状态的转换机，称之为有限状态机（FSM），FSM从外部世界中接收到事件，并能使FSM从一个状态转换到另一个状态。两种最基本的状态转换网络：状态转换网络（StateDiagrams）扩展状态转换网络（StateCharts）行为模型和结构模型的转换一般来说行为模型主要对设计起指导作用，在此基础上，设计人员再进行结构模型（如状态转换网络等）的创建，这个过程很大程度上取决于设计人员的经验和对行为模型的理解。整体框架转换算法实例应用表现模型表现模型(PM)描述了用户界面的表现形式，由层次性的交互对象组成。逻辑组织结构，面板内部的事件分发及响应方式，面板间的关系界面描述语言一般分为两类：命令式语言(ImperativeLanguage)和陈述式语言(DeclarativeLanguage)。命令式语言要求编程人员明确的指定如何执行任务，陈述性语言要求编程人员只需指定任务要做什么，陈述性语言要比命令式的语言更为抽象。陈述性语言：用户界面标记语言(UIML)，扩展界面标记语言(XIML)（XIML由组件(Components)、关系(Relations)和属性(Attributes)三部分构成。），XML用户界面语言XUL（XUL提供了创建现代图形界面大多数元素的能力。能够满足特定设备的普遍需求，对开发者来说，也已经足够强大，能够创建复杂的界面。）窗口系统结构窗口系统一般有三种结构：在各个应用程序内部实现和管理多任务在操作系统核心集中处理多任务管理多任务的管理可由独立的管理程序进行管理，应用程序通过调用该管理程序提供的接口来实现对多任务的管理和设备的独立性操作交互事件处理：应用程序内部事件处理循环，事件注册方式交互组件开发包：一般的窗口系统，输入和显示是分离的，许多语言提供了用于开发交互系统的开发软件包，交互系统开发软件包在支持窗口管理的基础上增加了另一种抽象，它把输入和输出的行为结合起来。MVC模式和基于Struts的实现MVC把一个应用的输入、处理、输出流程按照模型(model)、视图（View）和控制（Controller）的方式进行分离，形成模型层、视图层、控制层三个层次。UIMS(UserInterfaceManagementSystems)支持用户界面的表示、设计、实现、执行、评估和维护，能够为用户提供一致的人机界面，以极其友好的方式与用户进行人机交互，并能使开发者几乎随心所欲地使用此开发工具进行软件开发。对话独立性对话的独立性是人机交互研究领域的主要问题，主要是强调业务（应用程序的语义）与提供给用户的界面的分离。对话的独立性有许多优点：可移植性、可重用性、界面的多样性、定制界面UIMS的表示方法主要包含人机界面的规格说明和它与人的因素、应用程序及其数据结构的联系等。UIMS逻辑结构模型中几个主要元素的表示方法，其中除了对话控制的表示方法比较成熟、研究成果丰富外，其它层次的表示方法尚有待发展。如：表现层的表示方法对话控制的表示方法应用层的表示方法第8章移动界面设计手机与PDA是目前最常见的主流移动设备。连接方式：无线局域网，无线城域网，无线个域网，高速无线广域网，以及卫星通讯等。交互方式输入方式：1.键盘输入2.笔输入3.语音识别输出方式：移动设备的输出方式较为简单。主要是显示屏幕和声音输出。存在诸多限制：资源相对匮乏移动设备种类繁多连接方式复杂创建移动应用时应当遵守的一些重要的设计原则简单直观个性化设计易于检索界面风格一致避免不必要的文本输入根据用户要求使服务个性化最大限度的避免用户出错文本信息应当本地化移动界面要素设计：菜单，按钮，多选列表，文字显示，数据输入，图标与图像，报警提示，多媒体展示，导航设计移动浏览标准协议1）WAP2）WML与WMLScript3）XHTMLBasic与XHTMLMP移动设备操作系统1.PalmOS2.WindowsMobile系列移动操作系统3.嵌入式LINUX4.SymbianOS/EPOCOS5.其他移动界面开发工具：模拟器软件第9章可用性分析与评估可用性定义国际标准化组织（ISO9241-11）给出的可用性是指特定的用户在特定环境下使用产品并达到特定