HCI- First Things First

 

1． 人机交互

（1）人机交互的三元素：人的因素，交互设备，交互软件。

人的因素。人的行为模型大概分为三类：手动控制，管理控制，监视模型。在手动控制中，传递函数模型，是通过对人的输入/输出分析研究，进而提出来的准线性直观模型。其中包括了一些操作者的时延系数，等因子，对于一些单输入/输出的半自动控制系统，用次模型来描述人的动态性，可以得到比较好的效果。整体模型，则说明了操作者具有按被控对象的行为特征改变自己的操作特性的能力。最有控制模型，它的假设前提是：训练有素的操作者熟悉自己的操作特性，以最佳的方式工作。该模型人的特性可以分为两个部分：一是固有限制T，二是

人的适应性特征，它受优化的约束，由三项串联组成：

1)  卡尔曼滤波对延时状态进行状态估计；

2)  最佳预测器对延时状态估计用最小方差进行当前预测；

3)  最优控制器用来确定最优增益。

（2）人类工程学中人的特性

人在系统中是主体，任何先进的机器都是由人设计的，由人操纵的，所以系统工作效率的优劣、安全性，很大程度上决定于人的工作状况。人类工程学中要 研究人对外界信息的感知特性，人对信息的加工、处理及思维能力，人的学习、 记忆特性，人的自身节率等等。

1) 人的感觉功能

a. 视觉 人们通过视觉器官认识外界事物，由大脑产生正确的思考，视觉 对劳动的产量、质量及安全均有影响，还影响到劳动者的心理活动过程。

b. 听觉 人耳对声音响度的感觉主要是和声强有关。人接受听觉信息要比 接受视觉信息快。据测定，人的听觉反应时间约为120－150ms，较光信息快30－ 50ms。听觉信号常用于报警。

c. 触觉等 人们通过触觉器官接受物体的空间位置、形状、表面情况和原 材料等信息。

2) 人的信息处理及输出特性

a. 人的反应时间 操作者在操纵、监视设备时，从出现信号刺激到采取相 应动作，存在一个反应时间。人体的运动系统反应速度比较缓慢，神经肌肉接头的反应延迟时间为0.1－0.2s.

b. 人的信息传输 信息在神经系统中的传输，是由不同的感觉通道，传输 不同的信息，如视觉系统的单个神经纤维能传输不同的颜色信息，信息的传输速率是一个重要的物理量。

3) 人机分工

设计人机交互界面，进行人机分工时，要充分发挥人机的各自特点。可采用最大最小原则，即人承担的工作量应尽量少或最少，机器承担的工作量应最大， 在最大限度利用机器的同时，充分发挥人的积极因素。人机结合并充分注意人的 主导地位，将有效地保证系统的可靠性和寿命。

（3）计算机辅助设计和计算机图形学中的人的因素

利用CAD技术并结合CAM技术可以大大缩短产品的设计－制造周期，CAD已经 成为制造业中求生存的一种主要手段。CAD中主要的人的因素问题有：CAD硬件中 的图形终端、输入装置和菜单设计，CAD系统中人的信息加工能力，如有关CAD显 示的视觉、CAD中的空间推理、CAD中的问题解决及运动反应等过程；CAD系统中 人机功能分配；CAD系统中的工作设计、人员选拔和训练等。

（4）计算机辅助制造中的人的因素

CAM可被广义地认为是在制造业的管理、控制和运行中有效地应用计算机的一 项新技术，其最终目标是要建成CIMS，它将是一项在21世纪最具竞争力的技术。 认知工程学在CAM领域的主要研究内容：自动化与工作分片、CAM中的人的决策和 自动化制造中人的监控。

 

2. 人机界面设计原则
（1）媒体最佳组合

媒体界面的成功并不在于仅向用户提供丰富的媒体，而应在了解媒体的功能、选择方法的基础上，在相关理论的指导下，在语义层上将各种媒体有机地结合起 来以更有效地传递信息。

（2）界面分析与规范

在人机界面设计中，首先应进行界面设计分析，即收集有关用户及其应用环境信息以后，进行用户特性分析，用户任务分析，记录用户有关系统的概念、术 语，这项工作可与应用系统分析结合进行。分析任务中对界面设计要有界面规范 说明，选择界面设计类型，并确定设计的主要组成部分。

由于人机界面是为适合人的需要而建立的，所以要清楚使用该界面用户的类型，要了解用户使用系统的频率、用途及对用户的综合知识和智力的测试，这些 均是用户设计中的内容。在此基础上产生任务规范说明，进行任务设计。任务设 计的目的在于重新组织任务规范说明以产生一个更有逻辑性的编排。设计应精心地分别给出人与计算机的活动，使设计者较好地理解在设计一个界面时所遇到的 问题，这样形成系统操作手册、训练文件和用户指南的基础。在考虑用户工作方 式及系统环境和支持等因素下，精心任务设计。

任务确定之后，要决定界面类型。目前有多种人机界面设计类型，各有不同的品质和性能，因此设计者要了解每种类型的优点和限制。大多数界面使用一种以 上的设计类型
（3）图标：用图像代表功能

非常容易学，易用（鼠标操作〕，语言独立性强，编程较容易占具屏幕可观的空间，表达抽象概念描述力差，需文字解释，需图形硬件和软件支持 初学者。有形成国际会话语言的趋势

（4）表格填写 使用速度快、易用、容易掌握 仅适合于数据输入，不高级 数据录入中用得最广泛的会话类型，用于显示和恢复界面，编辑初始界面

（5）命令语言（单字命令到复杂语法的命令〕 使用功能强，灵活，是界面可控制系统的高级方法，对屏幕空间使用十分经济 学习困难（学习代码和语言条款〕，用户需要系统功能的某些知识，使用困难，研究该界面工作量大 会使用复杂命令界面的熟练用户，用户发起和控制的对话

（6）自然语言 自然的交流 难于编程实现，语言识别困难，会出现二义性，输入慢 在有限制的问题中使用，可用于用户发出的会话。

 

3． 菜单屏幕设计的一些准则
（1）按任务语义来组织菜单（单一菜单、线状序列、树状结构、非循环和循环 的网络结构〕；

（2）广而浅的菜单树优先于窄而浅的菜单树；

（3）用图形、数字或标题来显示位置；

（4）用选项名称来作树的标题；

（5）根据含义将选项分组；

（6）根据含义将选项排序；

（7）选项力求简短，以关键词开始；

（8）语法、布局、用词前后一致；

（9）允许超前键入、超前跳转或其它捷径；

（10）允许跳转到前层的菜单和主菜单；

（11）考虑联机求助、新颖选择机制、响应时间、显示速率和屏幕尺寸。

 

4．  错误处理
在一个交互系统中，由于操作者的个人原因，经常会产生误操作，包括键入错误、 数据输入错误等。同样，在用户编制的程序或设备连接时也可能会有错误。 一个好的交互系统不能要求操作者不犯错误，但应该具有较强的处置各种错误的能力，除了在软件设计时注意各种容错机制、鲁棒性技术及各种诊断措施以外，在计算机用 户界面上应提供各种避免用户操作错误的提示及各种错误信息的分析。

（1）错误输入

1）数据录入错误

在各类数据处理软件中，数据录入的错误是经常发生的薄弱环节，为了减少用户在录入时的错误，应采用一系列措施。

a. 对用户输入在屏幕上予以“回答”；

b. 对用户在屏幕上的交互输入，应提供暂存文件以记录全部输入，以便全部数 据输入完后或临时需要时进行检查和确认；

c. 对用户各种输入应提供检查；

d. 对于数据库中的重要数据，必须进行严格的复查核对。

2）控制输入

控制输入的内容与用户界面的风格、控制方式有关。在有的菜单选项用户界面上，往往提供一组编号菜单项，用户输入一个号码后，立即可进入该号指定的项目。 采用这种方法虽然可以减少按键，提供操作效率，但在误按号码后将会引起错误。

a. 对错误命令应提供反馈信息，告诉用户正确的命令格式及参数；

b. 对文件操作的命令只对该文件的副本进行，以便在必要时仍可从文件的原稿 中恢复；

c. 对一些影响重大的命令需要由用户再次确认；

d. 建立命令的历史文件，这是对系统进行恢复的最有效措施，它对于不同开发 阶段的错误情况获取都是有用的。

3）其它错误

在一个交互系统中，各个部分都可能出现错误，包括硬件错误和软件错误。在设计系统时，应允许采用不同厂商的设备，且设备不同也不应引起错误，这就是设 备的独立性问题。

4）错误信息

如何向用户提供确切的错误信息是系统设计中的一个重要问题。过去有许多用户不爱使用某些系统，并不是因为其功能太弱，而是因为遇到错误时提示用户的信 息太少。一个好的用户界面，不仅应该具有容错、检错的能力，而且在错误出现后， 应让用户清楚了解其错误的性质和位置，以便由用户克服其错误，下面是有关错误信息的设计原则：

a. 尽可能使错误信息准确和定位；

b. 应指明用户针对这类错误应如何做；

c. 语言应简洁、明确，尽可能用通俗易懂的词汇；

d. 避免使用指责性语言，语气尽可能友善，但应给以告诫；

e. 对于错误信息应该根据系统的实际情况进行分层提示；

f. 应保持错误信息的风格一致，包括信息出现的位置，是否用对话框或窗口， 术语及缩写等；

g. 尽可能采用可视的图形信息及音响效果。

 

5．  人机界面设计的评价
评价是人机界面设计的重要组成部分，但往往被设计者忽视。通常评价在最后 产品上进行，但若在系统设计初期就进行，或对原型进行评价，就能及早发现设计 缺陷，避免人力、物力的浪费。

对界面设计的质量评价通常可用四项基本要求衡量：

（1）界面设计是否有利于用户目标的完成？

（2）界面学习和使用是否容易？

（3）界面使用效率如何？

（4）设计的潜在问题有那些？

而对界面的总体设计和具体功能块设计，则可用上面提到的各类界面设计准则根据其应用对象进行综合测试。具体要求的界面品质，可照以下几项参考：

（1）适应性。衡量界面在帮助用户完成一项或多项任务时的满意程度。

（2）有效性。度量指标错误率、任务完成时间、系统各设备使用率等。

（3）易学习性。从系统开始使用一段时间后，错误率下降的情况、完成任务 时间减少的情况、正确调用设备及命令的情况以及用户知识增加的情况来评测。

（4）系统设备及功能使用面。若有些设备或功能任何用户都未用过，则可能 设计有误。

（5）用户满意程度。以用户满意程度、发现问题多少及使用兴趣来衡量。