软件工程第10章34185.pptx

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1、第第10章章人机界面设计人机界面设计人机界面（人机界面（Human-Computer Interface，简称简称HCI）又称人）又称人-机接口或用户界面，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，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更是用户使用计算机系统的综合操作环境。境。设计用户界面不仅需要计算机科学的理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。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、人本章讨论人的因素、人机界面风格、人机界面设计过

2、程和人机界面实现的原则。机界面设计过程和人机界面实现的原则。10.1 人的因素人的因素所谓所谓“人的因素人的因素”有三层含义：有三层含义：人对感知过程的认识，包括视觉、阅人对感知过程的认识，包括视觉、阅 读时的认知心理、记忆、归纳与演绎读时的认知心理、记忆、归纳与演绎 推理等；推理等；用户已有的技能和行为方式；用户已有的技能和行为方式；用户所要求完成的整个任务以及用户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。对人机交互部分的特殊要求。10.1.1 人类感知基础人类感知基础感官是人类认知客观世界的初始通道。因此，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

3、、触觉和听觉的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，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并存入记忆中，并通过大脑用归纳和演绎的方法进行推理。法进行推理。大多数人机界面都在可视介质上实现，此时，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所获可视信息。如何表示这些可视信息是设计“友好友好”界面的关键。界面的关键。1

4、0.1.1 人类感知基础人类感知基础阅读阅读从正文中提取信息仍为大多数从正文中提取信息仍为大多数 界面的主要活动。界面的主要活动。人们首先对可视的句式（人们首先对可视的句式（patterns）进）进行解码，然后在大脑内检索字或短语的行解码，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、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。信息提取的难易程度。10.1.1 人类感知基础人类感知基础人脑的组成：人脑的组成：短期记忆系统（短期记忆系

5、统（ShortTerm Memory，STM）长期记忆系统（长期记忆系统（LongTerm Memory，LTM）。）。感官输入（视、听、触）一开始放在感官输入（视、听、触）一开始放在“缓冲区缓冲区”中，随即存入中，随即存入STM，STM中的信息可立即重中的信息可立即重用。但缓冲区的大小、用。但缓冲区的大小、STM中信息可重用的时中信息可重用的时间间隔都十分有限。间间隔都十分有限。知识知识 指语法、语义信息，一般存在指语法、语义信息，一般存在LTM中，中，它们是人对事物做出反应的依据。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，若对因此，系统分析员在说明人机界面时，若对ST

6、M和（或）和（或）LTM有什么过分要求，必将导致有什么过分要求，必将导致系统性能的下降。系统性能的下降。10.1.1 人类感知基础人类感知基础大多数人遇到问题时并不进行形式的演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。性，不宜受特殊交互领

7、域的影响。10.1.2 用户的技能用户的技能用户本身的技能，个性上的差异，行为方式的用户本身的技能，个性上的差异，行为方式的不同，都会对人机界面造成影响。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况下，特定领域的知识比广泛的教育和智慧更重要。重要。此外，每个人的个性又往往与思维方式或认知此外，每个人的个性又往往与思维方式或认知方式

8、相联系。因此理想的人机界面应针对具有方式相联系。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这方面可供人机界面设计人员参考的经验还很贫乏。贫乏。10.1.3 任务与用户的特殊要求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。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

9、然要求人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，并感到机界面能提供一个他早已熟悉，并感到亲切自然的环境。亲切自然的环境。10.1.3 任务与用户的特殊要求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：任务千差万别，但大致可分为下面几类：1通信型任务（通信型任务（communication task）：使信息）：使信息 从生产者传递到使用者的活动。从生产者传递到使用者的活动。2对话型任务（对话型任务（dialogue task）：使用户能指挥）：使用户能指挥 和控制与系统交互的活动。和控制与系统交互的活动。3认知型任务（认知型任务（cognitive task）：

10、获得信息即）：获得信息即 可执行的活动，或与系统功能关联的活动。可执行的活动，或与系统功能关联的活动。4控制型任务（控制型任务（control task）：允许用户对信）：允许用户对信 息及其他任务处理的顺序进行控制的活动。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具体开发这些任务时，将用到用户界面设计技 术术任务分析和建模。任务分析和建模。10.2 人机界面风格人机界面风格人机界面的风格人机界面的风格四代。四代。第一代界面第一代界面命令和询问方式。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

11、来完成。例如：系统询问的响应来完成。例如：Drun prog1.exe/debug=on/out=pl/in=t1/alloc=1000kRUN ALLOCATION TO BE QUEUED?yesAUTOMATIC CHECK POINTING INTERVAL?5缺点：易出错、不友好，且不易于学习。缺点：易出错、不友好，且不易于学习。10.2 人机界面风格人机界面风格第二代界面第二代界面简单的菜单式，例如：简单的菜单式，例如：choose program option that is desired:1=input data manually 2=input data from exis

12、ting data file 3=perform simplified analysis 4=perform detailed analysis 5=produce tabular output 6=produce graphical output 7=other options classes select option?_这种方式与命令行方式相比不易出错，但使用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。起来仍然乏味。10.2 人机界面风格人机界面风格第三代界面第三代界面面向窗口的点选界面面向窗口的点选界面 （point and pick interface）亦称为亦称为WIMP

13、界面，界面，即：窗口（即：窗口（windows）、）、四位一体，四位一体，图标（图标（icons）、）、形成桌面形成桌面 菜单（菜单（menus）、）、（desktop）指示器（指示器（pointing device）10.2 人机界面风格人机界面风格第三代界面的优点第三代界面的优点1能能同同时时显显示示不不同同种种类类的的信信息息，使使用用户户可可在在几几个个工工作作环环境境中中切切换换而而不不丢丢失失几几个个工工作作之之间间的的联联系系，窗窗口口使使用用户户能能自自如如地地执执行行许许多多通通信信型型和和认认知型任务。知型任务。2用用户户通通过过下下拉拉式式菜菜单单（pulldown me

14、nu）可可方方便地执行控制型和对话型任务。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，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，极大地推动了计算用户无疑提高了交互效率，极大地推动了计算机应用。机应用。10.2 人机界面风格人机界面风格第四代界面：第四代界面：l最新一代最新一代HCI，把第三代，把第三代HCI技术与技术与超文本、多任务概念结合起来，使超文本、多任务概念结合起来，使用户可同时执行多个任务（以用户用户可同时执行多个任务（以用户的观点）。的观点）。l第四代界面

15、已出现在许多工作站和第四代界面已出现在许多工作站和高性能高性能PC机上。机上。10.3 人机界面设计过程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：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；）创建系统功能的外部模型；2）确确定定为为完完成成此此系系统统功功能能人人和和计计算算机机应应分别完成的任务；分别完成的任务；3）考虑界面设计中的典型问题；）考虑界面设计中的典型问题；4）借助）借助CASE工具构造界面原型；工具构造界面原型；5）实现设计模型；）实现设计模型；6）评估界面质量。）评估界面质量。10.3.1 界面设计的有关模型界面设计的有关模型在人机界面的设计过程

16、中先后涉及四个模型：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（）由软件工程师创建的设计模型（design model），），2）由人机工程师（或软件工程师）创建的用户）由人机工程师（或软件工程师）创建的用户模型（模型（user model），），3）终端用户对未来系统的假想（）终端用户对未来系统的假想（system perception或或users model）4）系统实现后得到的系统映象（）系统实现后得到的系统映象（system image）。）。一般来说，这四个模型之间差别很大，界面设一般来说，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

17、协调一计时要充分平衡四者之间的差异，设计协调一致的界面。致的界面。10.3.1 界面设计的有关模型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；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；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，期望系

18、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；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能有效地使用它。10.3.1 界面设计的有关模型界面设计的有关模型为了达到上述模型间的统一，建立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设计模型时应充分考虑用户模

19、型中给出的信息，系统映象必须准确地给出的信息，系统映象必须准确地反映系统的语法和语义信息。反映系统的语法和语义信息。总之，只有了解用户、了解任务，总之，只有了解用户、了解任务，才能设计出好的用户界面。才能设计出好的用户界面。10.3.2 任务分析与建模任务分析与建模q任务分析有两种途径。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，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将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务。似的任务。另一种是通过研究系统的需求规格说明，另一种是通过研究系统的需求规格说

20、明，导出一组与设计模型、用户模型和系统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。假想相协调的用户任务。10.3.2 任务分析与建模任务分析与建模q任务分析采用的技术：任务分析采用的技术：逐步求精技术逐步求精技术可把任务不断划分为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子任务，直至对每个任务的表达都十分清楚。清楚。面向对象分析技术面向对象分析技术可识别出与应用可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。的动作。界面设计界面设计l一旦每个任务或动作定义清晰，界面设计即可开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

21、首先要完成下列工作：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；确定任务的目标和含义；2将每个目标将每个目标/含义映射为一系列特定动作；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；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；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；些设置和操作；6说明控制机制怎样作用于系统状态；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

22、面上反映出的信息解释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。系统的状态。10.3.3 界面设计的一般问题界面设计的一般问题设计人机界面，必须考虑四个方面：设计人机界面，必须考虑四个方面：系统的响应时间；系统的响应时间；用户求助机制；用户求助机制；错误信息处理；错误信息处理；命令方式。命令方式。1）系统响应时间指当用户执行了某个控制动作）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）。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系统响应时间过长、不同

23、命令在响应时间上的差别过于悬殊，用户将难以接受。差别过于悬殊，用户将难以接受。10.3.3 界面设计的一般问题界面设计的一般问题2）用户都希望得到联机帮助。）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。联机求助系统有两类：集成式和叠加式。集成式求助一般都与软件设计同时考虑，上下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；文敏感，整个求助过程快捷而友好；叠加式求助一般是在软件完成后附上一个受限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。的联机用户手册。此外，还要考虑诸如帮助范围（仅考虑部分还此外，还要考虑诸如帮助范围（仅考虑部分还是全部功能

24、）、用户求助的途径、帮助信息的是全部功能）、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。本身如何组织等一系列问题。10.3.3 界面设计的一般问题界面设计的一般问题3）错误信息处理）错误信息处理 出出错错信信息息应应选选用用用用户户明明了了、含含义义准准确确的的术术语语描描述述，同同时时还还应应尽尽可可能能提提供供一一些些有有关关错错误误恢恢复复的的建建议议。此此外外，显显示示出出错错信信息息时时，若若辅辅以以听听觉觉（如如铃铃声声）、视视觉觉（专用颜色）刺激，则效果更佳。（专用颜色）刺激，则效果更佳。10

25、.3.3 界面设计的一般问题界面设计的一般问题4）命令方式）命令方式 键盘命令曾经一度是用户与软件系统之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，供用户自由选是菜单与键盘命令并存，供用户自由选用。用。10.3.4 实现工具实现工具用户界面设计是一个迭代过程，直至与用户模用户界面设计是一个迭代过程，直至与用户模型和

26、系统假想一致为止。型和系统假想一致为止。修改设计修改设计创建新界面创建新界面原型原型用户评审界面用户评审界面创建界面创建界面原型原型1初步设计初步设计设计人员分析设计人员分析用户评审意见用户评审意见界面设计界面设计完毕完毕图图12-3-1 界面设计演进过程界面设计演进过程10.3.4 实现工具实现工具为支持这种迭代式设计，大量的用户界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：面快速原型工具涌现出来：用户界面工具箱（用户界面工具箱（user interface toolkits）或用户界面开发系统或用户界面开发系统 （user interface development syst

27、ems）。）。这些工具通过提供现成的模块和对象，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、出错信息包括窗口、菜单、设备交互、出错信息和命令等。和命令等。10.4 人机界面实现的原则与标准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。输入三个方面简单介绍一些界面设计的经验。10.4.1 一般可交互性一般可交互性 提高可交互性的措施：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、命在同一用户界面

28、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；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；持用户与界面间的双向通信；10.4.1 一般可交互性一般可交互性提高可交互性的措施：提高可交互性的措施：3.对所有可能造成损害的动作，坚持要求用户对所有可能造成损害的动作，坚持要求用户 确认，例如，提问确认，例如，提问“你确实要删除你确实要删除？”；4对大多数动作应允许恢复（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；尽量减少用户记忆的信

29、息量；6提高对话、移动和思考的效率，即最大可能提高对话、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；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；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；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；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。用简短的动词和动词短语提示命令。10.4.2 信息显示信息显示信息显示的形式和方式的一些原则：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；仅显示与当前上下文有

30、关的信息；2采用简单明了的表达方式，避免用户采用简单明了的表达方式，避免用户 置身于大量的数据中；置身于大量的数据中；3采用统一的标号、约定俗成的缩写和采用统一的标号、约定俗成的缩写和 预先定义好的颜色；预先定义好的颜色；4允许用户对可视环境进行维护，如放允许用户对可视环境进行维护，如放 大、缩小图象；大、缩小图象；10.4.2 信息显示信息显示信息显示的形式和方式的一些原则：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；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用大、小写，缩进和按意群分组等方 法提高可理解性；法提高可理解性；7用窗口（在适合的情况下）分隔不同用窗

31、口（在适合的情况下）分隔不同 种类的信息；种类的信息；8用用“类比类比”手法，生动形象地表示信息；手法，生动形象地表示信息；9合理划分并高效使用显示屏。合理划分并高效使用显示屏。10.4.3 数据输入数据输入用户与系统交互的大部分时间用于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、甚至语言识别备，但鼠标、数字化仪、甚至语言识别系统正迅速成为替代品。系统正迅速成为替代品。数据输入的一般准则：数据输入的一般准则：1尽量减少用户输入的动作；尽量减少用

32、户输入的动作；2保证信息显示方式与数据输入方式的保证信息显示方式与数据输入方式的 协调一致；协调一致；10.4.3 数据输入数据输入数据输入的一般准则：数据输入的一般准则：3.允许用户定做输入格式；允许用户定做输入格式；4采用灵活多样的交互方式，允许用户采用灵活多样的交互方式，允许用户 自选输入方式；自选输入方式；5隐藏当前状态下不可选用的命令；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；允许用户控制交互过程；7为所有输入动作提供帮助信息；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，尽量采去除所有无实际意义的输入，尽量采 用缺省值。用缺省值。10.4.4 人机界面标准人机

33、界面标准人们普遍认识到，迫切需要推行用户界面设人们普遍认识到，迫切需要推行用户界面设计标准，这将给开发者和终端用户双方都带计标准，这将给开发者和终端用户双方都带来便利。来便利。目前，最通用的界面标准是目前，最通用的界面标准是XWindows系统，系统，它定义了人机界面设计的语法和语义，提供它定义了人机界面设计的语法和语义，提供了一套用于创建显示（了一套用于创建显示（display）、窗口）、窗口（window）和图形（）和图形（graphics）的工具，以及）的工具，以及有关资源处理（有关资源处理（resource handling）、设备交）、设备交互（互（device interaction）和事件处理（）和事件处理（event handling）的一套协议。）的一套协议。