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人机交互知识点整理第一章人机交互概述背景知识1、人机交互的概念：定义1：有关交互式计算机系统设计、评估、实现以及与之相关现象的学科[ACM]定义2：研究人、计算机以及他们之间相互作用方式的学科，学习人机交互的目的是使计算机技术更好地为人类服务[AlanDix]定义3：有关可用性的学习和实践，是关于理解和构建用户乐于使用的软件和技术，并能在使用时发现产品有效性的学科[Carroll]无论使用哪一种术语或定义方式，人机交互学科所关注的首要问题都是人和计算机之间的关系问题2、学习人机交互的原因（1）从市场的角度，用户开始期望系统能够简单易用，同时对那些设计低劣的系统的容忍度越来越差（2）从企业的角度，改善人机交互能够提高员工的生产效率；学习人机交互能够降低产品的后续支持成本（3）从个人的角度，可以帮助用户有效地降低错误发生的概率，避免由于错误引发的时间、金钱以及生命等难以估量的损失3、人机交互的相关领域基础学科：心理学、认知科学、人机工程学、社会学、计算机科学、工程学、商务知识、图形设计、科技写作、产品设计、工业设计等人机交互与人性因素：人机交互更关注使用计算机的用户，人性因素没有这一限制人机交互与人机工程学：人机交互对面向重复劳动的人物和过程关注较少，且对用户界面的物理形式和工业设计不够重视人机交互与交互设计：交互设计不仅仅关注人与计算机之间的关系，同时还包括人与人以及人与其他非计算机系统之间的相互作用。交互设计人员致力于改善人与产品或人与服务之间的关系发展历史（新的界面变革都包含了上一代界面，有的交互方式仍然尤其存在的必要性）1、重要的学术事件（1）1945年,VannevarBush,“Aswemaythink”(诚如所思)（2）1959年，HCI领域第一篇论文（从减轻操作疲劳的角度讨论计算机控制台设计）（3）1960年，LikliderJCK提出“Human-ComputerSymbiosis”(人机共生)，HCI的启蒙观点（4）1969年，第一次人机系统国际大会召开，第一份专业杂志创刊（HCI的里程碑）（5）1970年，英国拉夫堡(Loughbocough)大学的HUSAT研究中心和Xerox公司的PaloAlto研究中心成立（PARC）（6）1980s，出版学术专著，Interface-Interaction（7）1990s，智能化交互、多通道交互、虚拟现实、脑机交互……2、主要的发展阶段（1）批处理阶段：特点：不符合人的习惯；耗费时间，又容易出错；只有少数专业人士才能够运用自如（2）联机终端时代：真正意义上的人机交互开始于联机终端出现之后，计算机和用户能够借助一种双方都能理解的语言进行交互式对话（CLI）特点：一维界面；回车后不能再对命令内容进行修改；灵活、高效主要研究问题：大部分命令语言对用户输入的要求非常严格；命令名称的缩写在一定程度上减轻了用户的使用负担（3）图形用户界面时期（GUI）：主要特征：直接操纵WIMP模型：用户可在窗口内选取任意交互位置，且不同窗口之间能够叠加；二维半界面人机交互与软件工程的关系1、二者相互独立的证据：（1）软件工程师与人机交互设计人员关注的重点有很大不同（软件工程：以系统功能为中心；交互设计：以用户为中心）（2）交互设计的评估方式也与一般软件工程方法存在不同（交互评估通常基于真实用户，评价机制页往往来自于用户使用的直接感觉）（3）历史传统使然2、二者的关系：（1）相互独立（2）人机交互对软件工程技术的发展有非常大的促进作用（3）将二者结合起来存在很大的困难3、传统SE方法在实现交互式系统方面的缺陷：（1）没有提出明确地对用户界面及可用性需求进行描述的方法（2）不能够在系统开发过程进行中对用户界面进行终端测试（3）具有完善的系统功能（产品的可用性、有效性以及满意度并不高）4、将二者结合的困难：（1）价值观不同：SE的实施策略和方法选择上常有一定的倾向性；HCI包含较多的主观性和灵活性（2）方法论存在差异：SE采用形式化分析方法；HCI采用非形式化方法第二章人机交互的基础知识交互框架1、框架定义：框架是提供理解或定义的一种结构，他能够帮助人们结构化设计过程，认识设计过程中的主要问题，还有助于定义问题所涉及的领域2、执行/评估活动周期EEC：（1）活动的四个基本组成部分：目标（想做什么）、执行（实现目标必须进行的操作）、客观因素（执行活动时必须考虑的客观条件）、评估（用于衡量活动执行的结果语目标之间的差距）（2）七个阶段：建立目标、形成操作意向、明确动作序列、执行动作、感知系统状态、解释系统状态、对照目标评估系统状态（3）Norman模型是从用户角度探讨人机界面问题的目标驱动循环：当某个目标确定后循环才开始数据驱动循环：当某个事件环境确定后开始循环（4）Norman模型可以用于解释为什么有些界面会给用户使用带来问题执行隔阂：用户为达到目标而制定的动作与系统允许的动作之间的差别评估隔阂：系统状态的实际表现与用户预期之间的差别3、扩展EEC框架（1）交互式系统的四个组成部分：系统（S）、用户（U）、输入（I）、输出（O）（2）其中，输入和输出构成了界面（3）执行阶段包括三个翻译过程：定义：用户阐述某个目标，然后通过输入语言进行协调和链接执行：输入语言被转换成内核语言，表示系统要执行的操作表现：系统使用输出语言吧内核语言的执行结果表示出来（4）评估阶段的过程观察：用户将输出与原有的目标进行比较从而评估交互的结果交互形式1、直接操纵：简单介绍：用户通过在可视化对象上面进行某些操作来达到执行任务的目的；展现了真实世界的一种扩展；对象和操作一直可见；迅速且伴有直观的显示结果的增量操作；增量操作可以方便地逆转三个阶段：自由阶段（指用户执行操作前的屏幕视图）、捕获阶段（在用户动作（点击、点击拖拽等）执行过程中屏幕的显示情况）、终止阶段（用户动作执行后屏幕的显示情况）优点：将任务概念可视化，用户可以非常方便地辨别他们；容易学习，适合新手用户；基于识别，对记忆的要求不高，可减少错误发生；支持空间线索，鼓励用户对界面进行探索；可实现对用户操作的快速反馈，具有较高的用户主观满意度。缺点：实现起来比较困难；对专家用户而言效率不高；不适合小屏幕显示设备；对图形显示性能的需求较高；不具备自解释性，可能误导用户。2、问答界面：通过询问用户一系列问题实现人与计算机的交互（Web问卷是典型的采用问答方式进行组织的应用，应允许用户方便地取消其中一个界面的选项）优点：对记忆的要求较低；每个界面具有自解释性；将任务流程以简单的线性表示；适合新手用户。缺点：要求从用户端获得有效输入；要求用户熟悉界面控制；纠错过程可能比较乏味。3、隐喻界面：本质：在用户已有知识的基础上建立一组新的知识，实现界面视觉提示和系统功能之间的知觉联系，进而帮助用户从新手用户转变为专家用户优点：直观生动；无需学习。缺点：不具有可扩展性；不同用户对同一事物可能产生不同的联想；紧紧地将我们的理念和物理世界束缚在一起；寻找恰当的隐喻可能存在困难。理解用户1、信息处理模型（1）人类处理机模型：三个交互式组件：感知处理器（期信息将被输出到声音存储盒视觉存储区域）；认知处理器（输入将被输出到工作记忆，同时它能够访问工作记忆和长时记忆中的信息）；动作处理器（用于执行动作）。2、认知心理学介绍：兴起于20世纪50年代中期；关注人的高级心理过程，如记忆、思维、语言、感知和问题解决能力等。对HCI贡献：有助于理解人与计算机的交互过程，同时也可对用户行为进行预测；人对于外界的感知有80%来自于视觉获取的信息格式塔心理学：研究人是如何感知一个良好组织的模式的，而不是将其视为一系列相互独立的部分，格式塔心理学又称完形心理学。表明用户在感知事物的时候总是尽可能将其视为一个“好”的型式格式塔心理学的主要原则：（1）相近性原则：空间上比较靠近的物体容易被视为整体（2）相似性原则：人们习惯将看上去相似的物体看成一个整体（3）连续性原则：人们会将共线或者具有相同方向的物体组合在一起（4）完整和闭合性原则：感知过程中人们倾向于忽视轮廓的间隙而将其视作一个完整的整体（5）对称性原则：人们习惯将相互对称且能够组合为有意义单元的物体组合在一起（6）前景&背景：当关注一个物体时，物体本身作为前景对象，该物体周围的场景就变成的背景；前景和背景在某些情况下可以互换。3、人的认知特性感觉记忆：又称瞬时记忆；在人脑中持续约为1秒钟；帮助我们把相继出现的一组图片组合成一个连续的图像序列，产生动态的影像信息。当引起感觉知觉的刺激物不再继续呈现是，其作用仍能保持一个非常短的时间，这种短暂的保持就是感觉记忆。短时记忆：感觉记忆经编码后成为短时记忆；又称工作记忆，存储的是当前正在使用的信息，是信息加工系统的核心，约保持30秒；储存的是当前正在使用的信息，是信息加工系统的核心，可理解为计算机的内存；短时记忆的存储能力约为7±2个信息单元。长时记忆：短时记忆中的信息经进一步加工后会变为长时记忆；只有与长时记忆区的信息具有某种联系的新信息才能够进入长时记忆；长时记忆的信息容量几乎是无限的长时记忆中的问题：（1）遗忘：长时记忆中的信息有时是无法提取；不代表长时记忆区的信息丢失了（2）易出错：“人为错误”被定义为“人未发挥自身所具备的功能而产生的失误，它可能降低交互系统的功能”；从表面上看是由于用户的误解、误操作或一时大意；大部分交互问题都源于系统设计本身长时记忆的启发：注意使用线索来引导用户完成特定任务；在追求独特的创新设计时也应注重结合优秀的交互范型7±2理论：（1）影响：菜单中最多只能有7个选项；工具栏上只能显示7个图标（2）事实：浏览菜单和工具栏基于人的识别功能（人们识别事物的能力要远胜于回忆事物的能力）；界面设计时要尽可能减小对用户的记忆需求，同时可考虑通过将信息放置于一定的上下文中，来减少信息单元的数目错觉：即知觉感受的扭曲；有别于幻觉，是不可避免的（即告知实际上应该如何，大家仍然会被错误的判断主导）；启示：对于物体的视觉感知与物体所处的上下文密切相关交互设备基础1、文本输入设备（1）键盘：一般键盘；和弦键盘；投影键盘（2）手写输入：比较自然；输入速度慢（3）语音输入：易受场景噪音影响，受识别效果影响，输入效率仅为键盘输入的一半（4）光学字符识别：简称OCR；让计算机直接“阅读”；实现了大批量历史数据的信息化2、定位设备：鼠标、触控板、指点杆（小红帽）、触摸屏、尖笔/光笔3、图像输入设备（1）扫描仪：平板式扫描仪、手持式扫描仪、滚筒式扫描仪（2）数码相机：（3）传真机：热敏纸传真机（又称卷筒纸传真机）、热转印式普通纸传真机、激光式普通纸传真机（又称激光一体机）和喷墨式普通纸传真机4、显示设备（1）光栅扫描阴极射线管（简称CRT）（2）液晶显示器（3）等离子体显示器（4）发光二极管（5）电子墨水（6）点字显示器5、虚拟环境下的交互设备原理：计算机模拟产生三维空间的虚拟世界；提供用户视觉、听觉、触觉等感知器官的模拟体验；让用户如同身临其境一般，实时地观察和操作三维空间内的事物（1）三维鼠标：6个自由度可以选择（倾斜度、偏航角、翻滚度）（2）数字手套：增强了使用的互动性和沉浸感（3）虚拟现实头盔：可模拟实现视觉、听觉、视觉、触觉甚至味觉功能第三章交互设计目标与原则交互设计目标1、可用性：可用性目标不仅涉及人与之正在发生交互作用的系统，还包括系统对使用它的人所产生的作用，是交互式系统质量的一种重要度量2、可用性的五个方面：（1）易学性：指使用系统的难易，即系统应当容易学习，从而用户可以在较短时间内应用系统来完成某些任务；最基本的可用性属性评价系统是否容易学习的标准：“十分钟法则”（2）易记性：用户在学会使用软件后应当容易记忆；学会某个系统后，应能够迅速回想起它的使用方法影响因素：位置（将特定对象放在固定位置）；分组（对事物按照逻辑进行恰当的分组）；惯例（尽可能使用通用的对象或符号）；冗余（使用多个感知通道对信息进行编码）启发：良好组织，使用用户已有的经验帮助提高易记性（3）有效率：当用户学会使用产品之后，用户