人機(jī)交互知識歸納

第1章緒論*人機(jī)交互（Human-ComputerInteraction，HCI）是關(guān)于設(shè)計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互式計算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞這些方面的主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)*人機(jī)交互研究的內(nèi)容：人機(jī)交互界面表示模型與設(shè)計方法可用性分析與評估多通道交互技術(shù)認(rèn)知與智能用戶界面群件Web設(shè)計移動界面設(shè)計*發(fā)展史語言命令交互階段圖形用戶界面（GUI）交互階段自然和諧的人機(jī)交互階段第2章感知和認(rèn)知基礎(chǔ)*人的感知視覺視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界80%的信息都是通過視覺得到的，因此視覺顯示是人機(jī)交互系統(tǒng)中用的最多的人機(jī)界面。視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。視覺感知特點：一方面，眼睛和視覺系統(tǒng)的物理特性決定了人類無法看到某些事物；另一方面，視覺系統(tǒng)進(jìn)行解釋處理信息時可對不完全信息發(fā)揮一定的想象力。進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計需要清楚這兩個階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息。聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息。人的聽覺可以感知大量的信息，但被視覺關(guān)注掩蓋了許多。聽覺所涉及的問題和視覺一樣，即接受刺激，把它的特性轉(zhuǎn)化為神經(jīng)興奮，并對信息進(jìn)行加工，然后傳遞到大腦。人類聽覺系統(tǒng)對聲音的解釋可幫助設(shè)計人機(jī)交互界面中的語音界面。觸覺Touch或者Hapticperception觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力缺陷的人，如盲人，是至關(guān)重要的觸覺的感知機(jī)理與視覺和聽覺的最大不同在于它的非局部性溫度感受器-冷熱傷害感受器-疼痛機(jī)械刺激感受器-壓力實驗表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍。對人身體各部位觸覺敏感程度的了解有助于基于觸覺的交互設(shè)備的設(shè)計認(rèn)知劃分為兩個模式：經(jīng)驗認(rèn)知思維認(rèn)知認(rèn)知過程：感知和識別注意記憶問題解決語言處理影響認(rèn)知的因素：情感人的個性差異*概念模型：指的是一種用戶能夠理解的系統(tǒng)描述，它使用一組集成的構(gòu)思和概念，描述系統(tǒng)做什么、如何運(yùn)作、外觀如何等。設(shè)計概念模型的關(guān)鍵過程應(yīng)包括如下兩個階段：了解用戶在執(zhí)行日常任務(wù)時做什么；選擇交互方式，是主動式的提問方式，還是被動式的填表進(jìn)行檢索方式；并決定采用何種交互形式。*三個相互聯(lián)系的概念模型設(shè)計模型——設(shè)計師設(shè)想的模型，說明系統(tǒng)如何運(yùn)作。系統(tǒng)映像——系統(tǒng)實際上如何運(yùn)作。用戶模型——用戶如何理解系統(tǒng)的運(yùn)作。從人們不同的認(rèn)知特點，討論用戶如何理解系統(tǒng)概念模型，它們是：思維模型*信息處理模型（步驟：輸入或刺激，編碼，比較，響應(yīng)選擇，響應(yīng)執(zhí)行，輸出或響應(yīng)）外部認(rèn)知模型分布式認(rèn)知法描述的是認(rèn)知系統(tǒng)中發(fā)生了什么，它通常描述人員之間的交互，人們使用的物品及工作環(huán)境。分布式認(rèn)知的主要目的是要從信息傳播媒介的角度來描述交互。也就是說，它考慮的是信息如何表示，信息在流經(jīng)不同個人以及使用不同物體時是如何重新表示的。這類信息的轉(zhuǎn)變也稱為“表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)變”。第3章交互設(shè)備*內(nèi)容：文本輸入設(shè)備圖像輸入設(shè)備三維信息輸入設(shè)備指點輸入設(shè)備*顯示器陰極射線管顯示器、液晶顯示器和等離子顯示器LCD比CRT顯示器具有更好的圖像清晰度，畫面穩(wěn)定性和更低的功率消耗，但液晶材質(zhì)粘滯性比較大，圖像更新需要較長響應(yīng)時間，因此不適合顯示動態(tài)圖象。打印機(jī)有針式、噴墨、激光打印機(jī)三類。*語音交互設(shè)備耳機(jī)，麥克風(fēng)，聲卡虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備：三維空間定位設(shè)備，三維顯示設(shè)備第4章交互技術(shù)*輸入模式：請求模式(RequestMode)采樣模式（SampleMode）事件模式（EventMode）在請求模式下，輸入設(shè)備的啟動是在應(yīng)用程序中設(shè)置的。應(yīng)用程序執(zhí)行過程中需要輸入數(shù)據(jù)時，暫停程序的執(zhí)行，直到從輸入設(shè)備接受到請求的輸入數(shù)據(jù)后，才繼續(xù)執(zhí)行程序。輸入設(shè)備和應(yīng)用程序獨立地工作。輸入設(shè)備連續(xù)不斷地把信息輸入進(jìn)來，信息的輸入和應(yīng)用程序中的輸入命令無關(guān)。應(yīng)用程序在處理其它數(shù)據(jù)的同時，輸入設(shè)備也在工作，新的輸入數(shù)據(jù)替換以前的輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用程序遇到取樣命令時，讀取當(dāng)前保存的輸入設(shè)備數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備和程序并行工作。輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)保存到一個輸入隊列，也稱為事件隊列，所有的輸入數(shù)據(jù)都保存起來，不會遺失。應(yīng)用程序隨時可以檢查這個事件隊列，處理隊列中的事件，或刪除隊列中的事件?；窘换ゼ夹g(shù)：定位筆劃定值選擇字符串輸入圖形交互技術(shù)：幾何約束引力場拖動橡皮筋技術(shù)操作柄技術(shù)三維交互技術(shù)*語音識別：語音識別（SpeechRecognition）是計算機(jī)通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本文件或命令的技術(shù)，其所涉及的領(lǐng)域包括：信號處理、模式識別、概率論和信息論、發(fā)聲機(jī)理和聽覺機(jī)理、人工智能等。一個完整的語音識別系統(tǒng)大致可分為語音特征提取，聲學(xué)模型與模式匹配，以及語言模型與語義理解三部分。語音特征提取從語音信號中提取語音的特征，既可以獲得語音的本質(zhì)特征,也起到數(shù)據(jù)壓縮的作用。輸入的模擬語音信號首先要進(jìn)行預(yù)處理，包括預(yù)濾波、采樣和量化、加窗、端點檢測、預(yù)加重等。聲學(xué)模型聲學(xué)模型對應(yīng)于語音到音節(jié)概率的計算。在識別時將輸入的語音特征同聲學(xué)模型（模式）進(jìn)行匹配與比較，得到最佳的識別結(jié)果。目前采用的最廣泛的建模技術(shù)是隱馬爾科夫模型HMM建模和上下文相關(guān)建模。*聯(lián)機(jī)手寫文字的識別過程通常分為四個階段：預(yù)處理、特征抽取、特征匹配和判別分析第5章界面設(shè)計*用戶界面可分為：命令行界面，圖形界面，多通道用戶界面*圖形用戶界面主要思想：桌面隱喻，所見即所得，直接操縱*圖形用戶界面設(shè)計原則：界面要具有一致性常用操作要有快捷方式提供必要的錯誤處理功能提供信息反饋允許操作可逆設(shè)計良好的聯(lián)機(jī)幫助合理劃分并高效地使用顯示屏幕*用戶的含義簡單的說，用戶是使用某種產(chǎn)品的人，其包含兩層含義：1）用戶是人類的一部分；2）用戶是產(chǎn)品的使用者。產(chǎn)品的設(shè)計只有以用戶為中心，才能得到更多用戶的青睞。衡量一個以用戶為中心的設(shè)計的好壞，關(guān)鍵點是強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的最終使用者與產(chǎn)品之間的交互質(zhì)量，它包括三方面特性：產(chǎn)品在特定使用環(huán)境下為特定用戶用于特定用途時所具有的有效性（Effectiveness）、效率（Efficiency）和用戶主觀滿意度（Satisfaction）。延伸開來，還包括對特定用戶而言，產(chǎn)品的易學(xué)程度、對用戶的吸引程度、用戶在體驗產(chǎn)品前后時的整體心理感受等。*用戶體驗（UserExperience，UX）通常是指用戶在使用產(chǎn)品或系統(tǒng)時的全面體驗和滿意度。用戶體驗主要有下列四個元素組成：品牌（Branding）使用性（Usability）功能性（Functionality）內(nèi)容（Content）*用戶分類：偶然型用戶，生疏型用戶，熟練型用戶，專家型用戶*用戶交互分析內(nèi)容包括：產(chǎn)品策略分析，用戶分析，用戶交互特性分析*設(shè)計流程：用戶的觀察和分析（情境訪談，焦點小組，單獨訪談），設(shè)計，實施任務(wù)分析是交互設(shè)計至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在以用戶為中心的設(shè)計中，關(guān)心的是如何從用戶那里理解和獲取用戶的思維模式，進(jìn)行充分、直觀的表達(dá)，并用于交互設(shè)計。描述用戶行為的工具有很多，目前經(jīng)常提到的是通用標(biāo)識語言UML（UnifiedMarkupLanguage）。第6章人機(jī)交互界面表示模型與實現(xiàn)人機(jī)交互的表示模型：行為模型，結(jié)構(gòu)模型，模型轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)模型行為模型分析人員獲取用戶需求后，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姾椭笇?dǎo)，獲取系統(tǒng)中需要完成的任務(wù)，對任務(wù)的主要因素進(jìn)行詳細(xì)地分析，如任務(wù)的層次、發(fā)生條件、完成的方法以及它們之間的關(guān)系等等目標(biāo)操作方法和選擇行為模型是在交互系統(tǒng)中用來分析用戶復(fù)雜性的建模技術(shù)，用于建立用戶行為模型。它采用“分而治之”的思想，將一個任務(wù)進(jìn)行多層次的細(xì)化，通過目標(biāo)(Goal)、操作(Operator)、方法(Method)以及選擇規(guī)則(Selectionrule)四個元素來描述用戶行為。目標(biāo)目標(biāo)就是用戶執(zhí)行任務(wù)最終想要得到的結(jié)果。操作操作是任務(wù)分析到最底層時的行為，是用戶為了完成任務(wù)所必須執(zhí)行的基本動作。方法方法是描述如何完成目標(biāo)的過程。一個方法本質(zhì)上來說是一個內(nèi)部算法，用來確定子目標(biāo)序列及完成目標(biāo)所需要的操作。選擇規(guī)則選擇規(guī)則是用戶要遵守的判定規(guī)則，以確定在特定環(huán)境下所使用的方法。當(dāng)有多個方法可供選擇時，GOMS中并不認(rèn)為這是一個隨機(jī)的選擇，而是盡量預(yù)測可能會使用哪個方法。LOTOS（LanguageOfTemporalOrderingSpecification）時序關(guān)系說明語言是一種作為國際標(biāo)準(zhǔn)的形式描述語言，它提供了一種通用的形式語義，可保證描述不存在二義性，便于分析和一致性測試?yán)碚摰难芯?。其基本思想是用一套形式化和?yán)格的表示法來刻畫系統(tǒng)外部可見行為之間的時序關(guān)系，系統(tǒng)由一系列進(jìn)程組成，兩個以上的進(jìn)程在執(zhí)行同一個外部可見的行為時會發(fā)生交互，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息傳遞、協(xié)調(diào)同步等操作。LOTOS模型中定義的基本算符：T1|||T2（交替Interleaving）：T1和T2兩個任務(wù)相互獨立執(zhí)行，可按任意順序執(zhí)行，但永遠(yuǎn)不會同步。T1[]T2（選擇Choice）：需要在T1，T2中選擇一個執(zhí)行，一旦選擇某一個后，必須執(zhí)行它直到結(jié)束，在這中間另一個再無執(zhí)行機(jī)會。任務(wù)如何來選擇，并沒有給出一定的形式化描述。T1|[a1,...,an]|T2（同步Synchronization）：任務(wù)T1，T2必須在動作（a1,……，an）處保持同步。T1[>T2（禁止Deactivation）：一旦T2任務(wù)被執(zhí)行，T1便無效（不活動）。T1>>T2（允許Enabling）：當(dāng)T1成功結(jié)束后才允許T2執(zhí)行。UAN（UserActionNotion）用戶行為標(biāo)注是一種簡單的符號語言，著眼于用戶和界面兩個交互實體的描述，主要描述用戶的行為序列以及在執(zhí)行任務(wù)時所用的界面。UAN模型的標(biāo)識符主要有兩種：用戶動作標(biāo)識符和條件選擇標(biāo)識符。CTT（ConcurrentTaskTreeNotation）任務(wù)模型表示法是一種基于圖形符號的，采用層次的樹狀結(jié)構(gòu)來組織并表示任務(wù)模型的方法。任務(wù)種類和暫態(tài)關(guān)系的含義及其圖形符號：任務(wù)分析是一個以人們的行為為出發(fā)點的分析過程，它分析人們完成任務(wù)的方法：他們要做的事、要起作用的事和想要知道的事。任務(wù)種類：抽象任務(wù)（AbstractTask），用戶任務(wù)（UserTask），交互任務(wù)（InteractionTask），系統(tǒng)任務(wù)（ApplicationTask）。暫態(tài)關(guān)系符號：Choice：t1[]t2[]…[]tnConcurrent（IndependentConcurrency）：t1|||t2|||…|||tn帶信息交換的Concurrent：t1|[]|t2|[]|…|[]|tnDisabling：t1[>t2Enabling：t1>>t2>>…>>tn帶信息交換的Enabling：t1[]>>t2[]>>…[]>>tnIndependence：t1|=|t2結(jié)構(gòu)模型形式化語言的描述――產(chǎn)生式規(guī)則：一般來說，組成界面描述的產(chǎn)生式規(guī)則很多，規(guī)則定義的順序并不重要，只要與規(guī)則中的條件相匹配，就可以激活相應(yīng)的動作。產(chǎn)生式規(guī)則系統(tǒng)可以是事件引導(dǎo)的，也可以是狀態(tài)引導(dǎo)的，或者兩者都有。狀態(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（STN）的基本思想是定義一個具有一定數(shù)量的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換機(jī)，稱之為有限狀態(tài)機(jī)（FSM），F(xiàn)SM從外部世界中接收到事件，并能使FSM從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)。兩種最基本的狀態(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)：狀態(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（StateDiagrams）擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)（StateCharts）行為模型和結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換一般來說行為模型主要對設(shè)計起指導(dǎo)作用，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員再進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型（如狀態(tài)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)等）的創(chuàng)建，這個過程很大程度上取決于設(shè)計人員的經(jīng)驗和對行為模型的理解。整體框架轉(zhuǎn)換算法實例應(yīng)用表現(xiàn)模型表現(xiàn)模型(PM)描述了用戶界面的表現(xiàn)形式，由層次性的交互對象組成。邏輯組織結(jié)構(gòu)，面板內(nèi)部的事件分發(fā)及響應(yīng)方式，面板間的關(guān)系界面描述語言一般分為兩類：命令式語言(ImperativeLanguage)和陳述式語言(DeclarativeLanguage)。命令式語言要求編程人員明確的指定如何執(zhí)行任務(wù)，陳述性語言要求編程人員只需指定任務(wù)要做什么，陳述性語言要比命令式的語言更為抽象。陳述性語言：用戶界面標(biāo)記語言(UIML)，擴(kuò)展界面標(biāo)記語言(XIML)（XIML由組件(Components)、關(guān)系(Relations)和屬性(Attributes)三部分構(gòu)成。），XML用戶界面語言XUL（XUL提供了創(chuàng)建現(xiàn)代圖形界面大多數(shù)元素的能力。能夠滿足特定設(shè)備的普遍需求，對開發(fā)者來說，也已經(jīng)足夠強(qiáng)大，能夠創(chuàng)建復(fù)雜的界面。）窗口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)窗口系統(tǒng)一般有三種結(jié)構(gòu)：在各個應(yīng)用程序內(nèi)部實現(xiàn)和管理多任務(wù)在操作系統(tǒng)核心集中處理多任務(wù)管理多任務(wù)的管理可由獨立的管理程序進(jìn)行管理，應(yīng)用程序通過調(diào)用該管理程序提供的接口來實現(xiàn)對多任務(wù)的管理和設(shè)備的獨立性操作交互事件處理：應(yīng)用程序內(nèi)部事件處理循環(huán)，事件注冊方式交互組件開發(fā)包：一般的窗口系統(tǒng)，輸入和顯示是分離的，許多語言提供了用于開發(fā)交互系統(tǒng)的開發(fā)軟件包，交互系統(tǒng)開發(fā)軟件包在支持窗口管理的基礎(chǔ)上增加了另一種抽象，它把輸入和輸出的行為結(jié)合起來。MVC模式和基于Struts的實現(xiàn)MVC把一個應(yīng)用的輸入、處理、輸出流程按照模型(model)、視圖（View）和控制（Controller）的方式進(jìn)行分離，形成模型層、視圖層、控制層三個層次。UIMS(UserInterfaceManagementSystems)支持用戶界面的表示、設(shè)計、實現(xiàn)、執(zhí)行、評估和維護(hù)，能夠為用戶提供一致的人機(jī)界面，以極其友好的方式與用戶進(jìn)行人機(jī)交互，并能使開發(fā)者幾乎隨心所欲地使用此開發(fā)工具進(jìn)行軟件開發(fā)。對話獨立性對話的獨立性是人機(jī)交互研究領(lǐng)域的主要問題，主要是強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)（應(yīng)用程序的語義）與提供給用戶的界面的分離。對話的獨立性有許多優(yōu)點：可移植性、可重用性、界面的多樣性、定制界面UIMS的表示方法主要包含人機(jī)界面的規(guī)格說明和它與人的因素、應(yīng)用程序及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系等。UIMS邏輯結(jié)構(gòu)模型中幾個主要元素的表示方法，其中除了對話控制的表示方法比較成熟、研究成果豐富外，其它層次的表示方法尚有待發(fā)展。如：表現(xiàn)層的表示方法對話控制的表示方法應(yīng)用層的表示方法第8章移動界面設(shè)計手機(jī)與PDA是目前最常見的主流移動設(shè)備。連接方式：無線局域網(wǎng)，無線城域網(wǎng)，無線個域網(wǎng)，高速無線廣域網(wǎng)，以及衛(wèi)星通訊等。交互方式輸入方式：1.鍵盤輸入2.筆輸入3.語音識別輸出方式：移動設(shè)備的輸出方式較為簡單。主要是顯示屏幕和聲音輸出。存在諸多限制：資源相對匱乏移動設(shè)備種類繁多連接方式復(fù)雜創(chuàng)建移動應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)遵守的一些重要的設(shè)計原則簡單直觀個性化設(shè)計易于檢索界面風(fēng)格一致避免不必要的文本輸入根據(jù)用戶要求使服務(wù)個性化最大限度的避免用戶出錯文本信息應(yīng)當(dāng)本地化移動界面要素設(shè)計：菜單，按鈕，多選列表，文字顯示，數(shù)據(jù)輸入，圖標(biāo)與圖像，報警提示，多媒體展示，導(dǎo)航設(shè)計移動瀏覽標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議1）WAP2）WML與WMLScript3）XHTMLBasic與XHTMLMP移動設(shè)備操作系統(tǒng)1.PalmOS2.WindowsMobile系列移動操作系統(tǒng)3.嵌入式LINUX4.SymbianOS/EPOCOS5.其他移動界面開發(fā)工具：模擬器軟件第9章可用性分析與評估可用性定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO9241-11）給出的可用性是指特定的用戶在特定環(huán)境下使用產(chǎn)品并達(dá)到特定