（计算机软件与理论专业论文）基于任务的交互设计平台的研究与实现.pdf

刍 号 哆 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本入承担。 论文作者签名：啦 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定)r 一：祧聊躲缸期： p h 争j p。之f 妒 j i 0，0v 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 第1 章引言l 1 1 研究背景1 1 2 研究现状2 1 3 主要研究内容5 1 4 本文的组织结构5 第2 章任务模型的定义及描述一6 2 1 设计任务6 2 1 1 设计任务的分析6 2 1 2 设计任务模型的定义8 2 1 3 设计任务模型的描述9 2 2 交互任务1 3 2 2 1 复合任务和基本任务1 3 2 2 2 状态转换模型1 5 2 2 3 交互任务的数据处理1 7 2 2 4 交互任务模型的定义1 7 2 2 5 交互任务模型的描述2 1 第3 章利用任务模型实现用户目标2 4 3 1 设计任务的实现2 4 3 1 1 设计任务的转移2 4 3 1 2 任务管理器2 7 3 2 交互任务的实现2 8 3 2 1 解析交互任务模型2 8 3 2 2 交互控制器3 0 3 2 3 交互控制具体实现3 0 第4 章交互设计平台的设计与实现3 5 l l i 东大学硕士学位论文 4 1 平台框架3 5 4 2 平台实现3 7 4 2 1 系统设计任务实例分析3 8 4 2 2 系统交互任务实例分析4 0 第5 章结束语4 4 5 1 工作总结4 4 5 2 未来的工作4 4 参考文献4 5 致谢4 9 攻读学位期间发表的学术论文5 0 攻读学位期间参与的主要项目5 1 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h i i c h a p t e r1 p r e f a c e 1 1 1 r e s e a r c hb a c k g r o u n da n do b j e c t i v e 1 1 2 】爻e l a t e dw o r k s 2 1 3m a i nc o n t r i b u t i o n 5 1 4c o n t e n t so r g a n i z a t i o n 5 c h a p t e r2 t a s km o d e ld e f i n i t i o na n dd e s c r i p t i o n 6 2 1 d e s i g nt a s k 6 2 1 1 a n a l y s i so fd e s i g nt a s k 6 2 1 2t h ed e f i n i t i o no fd e s i g nt a s km o d e l 8 2 1 3t h e d e s c r i p t i o no f d e s i g nt a s km o d e l 9 2 2i n t e r a c t i o nt a s k 1 3 2 2 1 c o m p o u n dt a s ka n ds t a n d a r dt a s k 1 3 2 2 2s t a t et r a n s i t i o nm o d e l 1 5 2 2 3d a t ap r o c e s s i n go fi n t e r a c t i o nt a s k ，1 7 2 2 4t h ed e f i n i t i o no fi n t e r a c t i o nt a s km o d e l 1 7 2 2 5t h ed e s c r i p t i o no f i n t e r a c t i o nt a s km o d e l 2 1 c h a p t e r3u s et a s km o d e lt oa c h i e v et h eu s e rg o a l 2 4 3 1 i m p l e m e n t a t i o no f d e s i g nt a s k 2 4 3 1 1t h et r a n s f e ro f d e s i g nt a s k ：2 4 3 1 2t a s km a n a g e r 2 7 3 2 i m p l e m e n t a t i o no f i n t e r a c t i o nt a s k 2 8 3 2 1 a n a l y s i so f i n t e r a c t i o nt a s km o d e l 2 8 3 2 2i n t e r a c t i o nc o n t r o l l e r 3 0 3 2 3 i m p l e m e n t a t i o no f i n t e r a c t i v ec o n t r 0 1 3 0 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r4d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fi n t e r a c t i o nd e s i g np l a t f o r m 3 5 4 1 p l a t f o r mf r a m e w o r k 3 5 4 2p l a t f o r mi m p l e m e n t a t i o n 3 7 4 2 1i n s t a n c eo f s y s t e md e s i g nt a s k 3 8 4 2 2i n s t a n c eo f s y s t e mi n t e r a c t i o nt a s k 4 0 c h a p t e r 5 c o n c l u s i o n 4 4 5 1w o r ks u m m a r y 4 4 5 2f u t u r ew o r k 4 4 r e f e r e n c e s 4 5 a c k n o w l e d g e m e n t 4 9 p u b l i s h e dp a p e r s 5 0 m a i np r o j e c t s 5 1 l i j 东大学硕士学位论文 要 近几年来，随着计算机软件的发展，越来越多的开发人员意识到友好、高效 的交互对于软件使用十分重要。好的交互设计可以大大提高用户使用软件的效 率，增加用户对软件使用的满意度，尤其是在类似c a d 的设计系统中更是如此。 尽管开发者意识到交互性扮演的重要角色，但在实际开发过程中，开发者仍 苦于如何开发出较为满意的软件交互部分。在需要大量交互的设计系统中，开发 者的精力大多集中在抽象层次较低的代码级别上，并且针对每一次交互过程，开 发者都要进行重复劳动。此外，软件交互部分的开发不能与业务逻辑分离开来， 二者具有较大耦合性，这使得修改了交互部分，业务逻辑也不得不随之改变。 现今，模型驱动体系结构( m d a ) 引领了软件开发领域的新趋势。将m d a 的理念引入到交互开发的过程中，使交互设计与交互实现分离，可以很好的解决 上述问题。因此，本文对基于任务模型的交互开发进行了深入研究。此开发方式 将用户的设计目标看作任务，对任务进行抽象和建模，并将任务转变为计算机可 理解的描述来控制交互实现。本文着重讨论了在基于任务模型的交互开发过程中 需要解决的两个问题。一个是交互设计平台中任务的建模过程，即通过对设计系 统中的任务进行分析、分解，借鉴c o n c u r t a s k t r e e s 的思想，将任务分解为树状 层次结构，进一步定义任务模型，最终用x m l 语言进行描述。另一个是利用任 务模型实现用户目标的过程，即利用算法将任务模型转化为状态转换图的数据结 构，控制实现用户的交互目标。此外，通过对状态转换模型的扩展，支持交互过 程中的显示反馈和交互结束后的业务处理。 在解决上述两个问题的基础上，本文设计了一个利用任务模型实现用户目标 的交互设计平台，并在此平台上实现了“十一五”国家科技支撑计划子课题项目 轻纺产品花色计算机辅助设计软件系统。 关键词：任务模型；设计任务；交互任务；状态转换图；交互设计平台 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，、j v i t l lt h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs o f t w a r e ，m o r ea n dm o r e d e v e l o p e r sh a v er e a l i z e dt h a tt h ef r i e n d l ya n de f f i c i e n ti n t e r a c t i o ni sv e r yi m p o r t a n t f o r t h eu s a g eo fs o f t w a r e g o o di n t e r a c t i o nd e s i g nc a l lg r e a t l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c y o ft h es o f t w a r eu s a g e ，i n c r e a s i n gu s e rs a t i s f a c t i o n ，e s p e c i a l l yi nt h o s ec a d - l i k e d e s i g ns y s t e m s t h o u g ht h ed e v e l o p e r sh a v ea l r e a d yr e a l i z e dt h a ti n t e r a c t i o np l a y sak e yr o l e ， n l e y a r es t r u g g l i n gt o d e s i g ns a t i s f a c t o r yi n t e r a c t i o no ft h es o f t w a r e i n t h e d e v e l o p m e n to fd e s i g ns y s t e m sw h i c hr e q u i r el o t s o fi n t e r a c t i o n ，t h ed e v e l o p e r s a l w a y sf o c u so nt h es p e c i f i cl e v e lo fc o d e ，a n df o re a c hi n t e r a c t i v ep r o c e s s ，t l l e yh a v e t om a k ed u p l i c a t ee f f o r t s i na d d i t i o n ，t h ed e v e l o p m e n to fi n t e r a c t i o na n dt h e d e v e l o p m e n to fb u s i n e s sl o g i cc a n n o tb ei s o l a t e df r o me a c ho t h e r , i e ，t h et w oa r e c o u p l i n g c o n s e q u e n t l y , i ft h ei n t e r a c t i o np a r ti sc h a n g e d ，t h eb u s i n e s sl o g i ch a st ob e c h a n g e da tt h es a m e t i m e n o w a d a y s ，m o d e l d r i v e na r c h i t e c t u r e ( m d a ) i sl e a d i n gan e wt r e n di nt h e s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta r e a i tc a nb eag o o ds o l u t i o nt oi n t r o d u c et h em o d e l - d r i v e n c o n c e p ti n t ot h ei n t e r a c t i o nd e v e l o p m e n tp r o c e s s ，a n da c h i e v et h es e p a r a t i o no ft h e i n t e r a c t i o nd e s i g na n dt h ei n t e r a c t i o ni m p l e m e n t a t i o n a sar e s u l lt h i sp a p e rh a sd o n e at h o r o u g hr e s e a r c hi nt h et a s k b a s e di n t e r a c t i o nm o d e ld e v e l o p m e n t t h i s m e t h o d o l o g yc o n s i d e r st h eu s e r sd e s i g ng o a la sat a s k ，a n da b s t r a c ta n dm o d e lt h i s t a s k t h e ni tt r a n s l a t e st h et a s ki n t oac o m p u t e r - r e a d a b l ed e s c r i p t i o ni no r d e rt o c o n t r o lt h ei n t e r a c t i o ni m p l e m e n t a t i o n t h i sp a p e rf o c u s e so na n dr e s o l v e st h e f o l l o w i n gt w oq u e s t i o n si nt h ed e v e l o p m e n to ft a s k b a s e di n t e r a c t i v es y s t e m s o n eo f t h e mi st h et a s km o d e l i n gp r o c e s so nt h ei n t e r a c t i v ed e s i g np l a t f o r m ，i e t h ea n a l y s i s a n dd e c o m p o s i t i o no ft h et a s ki nd e s i g ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h ec o n c e p to f c o n c u r t a s k t r e e s ，t h et a s ki sb r o k e nd o w ni n t ot h et r e e l i k eh i e r a r c h y n e x t , t h et a s k m o d e li sd e f i n e d ，a n de v e n t u a l l yx m i , l a n g u a g ei su s e dt od e s c r i b ei t t h eo t h e ro n e n 山东大学硕士学位论文 i su s i n gt h et a s km o d e lt oa c h i e v et h eu s e rg o a l w i t ht h eu s eo ft h ea l g o r i t h m ，t h et a s k m o d e li st r a n s l a t e di n t oad a t as t r u c t u r eo fs t a t et r a n s i t i o nn e t w o r k ，s oa st oc o n t r o lt h e i n t e r a c t i o nt oa c h i e v eu s e r sg o a l s i na d d i t i o n ，t h ee x p a n s i o no ft h es t a t et r a n s i t i o n c a ns u p p o r tt h ed i s p l a yo ff e e d b a c k sd u r i n gt h ei n t e r a c t i o np r o c e s sa n dt h eb u s i n e s s p r o c e s s i n ga f t e rt h ei n t e r a c t i o n a f t e rs o l v i n gt h e s et w op r o b l e m s ，w ed e s i g na ni n t e r a c t i v ed e s i g np l a t f o r m ，w h i c h u s e st h et a s km o d e lt oc o n t r o lt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eu s e r sa n dt h es y s t e m t h i s p l a t f o r ms e r v e sa st h eb a s i so ft h e ”t e x t i l ep r o d u c tc o l o rc o m p u t e r - a i d e dd e s i g n s o f t w a r es y s t e m ”，w h i c hi sas u b - t o p i cp r o je c to ft h e ”e l e v e n t hf i v e y e a r ”p l a nf o r n a t i o n a ls c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a ls u p p o r t k e y w o r d s ：t a s km o d e i ；d e s i g nt a s k ；i n t e r a c t i o nt a s k ；s t a t et r a n s i t i o n d i a g r a m ；i n t e r a o t i o nd e s i g np i a t f o r m i i i 山东大学硕士学位论文 1 - 1 研究背景 第1 章引言 随着计算机软件的发展，越来越多的研究人员和开发人员意识到可靠、高效 的交互对于软件使用的重要性。灵活、高效的交互能够在很大程度上提高软件的 可用性，提高用户的使用效率，同时也能很大的提高用户的心理满足度。在设计 系统如图形编辑、c a d 系统中，友好的交互设计则更加重要。然而，传统的交 互开发方法在进行设计系统开发时存在一些局限性，使得设计系统中的交互开发 面临很多问题的困扰，主要表现在： 1 设计系统中的交互开发过分依赖于系统解决方案所使用的硬件和软件环境。 2 设计系统中的交互开发过程大多集中在抽象层次较低的代码级别上。对于复 杂的交互开发效率较低，且很容易发生错误。 3 设计系统中的交互开发复用性差，对于每一次的交互过程需要进行重复开 发。而实际上，即使是在十分复杂的交互过程中，其各个子步骤也是具有很 高相似性的。 4 设计系统中的交互开发与具体应用的业务逻辑紧密耦合，当用户业务逻辑发 生调整时，会对交互开发产生很大影响。 因此，对设计系统中的交互开发进行研究，构建具有高度可重用性，可实现 高效交互开发的交互设计平台具有重要的意义。现今，模型驱动体系结构( m d a ) 1 , 2 , 3 , 4 , 5 1 在软件开发过程中得到越来越多的应用，利用m d a 思想，将模型驱动的 理念引入到交互开发的过程中，成为一种理想的选择。模型驱动架构是一种对业 务逻辑建立抽象模型，然后由抽象模型自动生成产生最终完备的应用程序的方 法。 在利用m d a 思想进行的设计系统的交互开发中，基于任务的交互开发是其 中的一种。所谓任务就是人们希望做的事情、要起作用的事和想要知道的事。在 设计系统中，任务可以是添加、编辑一个复杂图形，也可以是编辑图形中的一个 部分。基于任务的交互开发是将用户的总体目标看作一个抽象的任务，然后逐层 将其分解和细化，最终转化为具体交互的控制。这个过程也就是m d a 开发过程 山东大学硕士学位论文 中从平台无关模型( p l a t f o r mi n d e p e n d e n tm o d e l ) 到平台相关模型( p l a t f o r m s p e c i f i cm o d e l ) 的过程。本文关注的正是这种任务模型的设计以及转化和在此 基础上构建起来的交互设计平台。 1 2 研究现状 在正式开始本文主要工作的论述之前，首先介绍一下与本文的研究内容相关 一 的一些问题的研究现状。 在设计系统的开发过程中，首先要获得用户要实现的目标，即用户要完成的 任务，当获取系统需要完成的任务后，需要对任务进行详细地分析，如任务的层 次、发生条件、完成方法以及它们之间的关系等，有以下几种常用的模型进行描 述。 一种是g o m s l 7 , 8 模型。g o m s 是在交互系统中用来分析用户复杂性的建模 技术，主要被软件设计者用于用户行为模型的建立。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( g o a l ) 、操作( o p e r a t o r ) 、方法( m e t h o d ) 以及选择规则( s e l e c t i o n r u l e ) 四个元素来描述用户的行为。其中，目标是用户 。 执行任务最终想要得到的结果，它可以在不同的抽象层次中进行定义，高层次的 柚 目标可以分解成若干个低层次的目标。操作是任务分析到最低层时的行为，是用 户为了完成任务所必须执行的基本动作。操作不能再被分解，在g o m s 模型中 它们是原子元素。方法是描述如何完成目标的过程。一个方法本质上来说是内部 的算法，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， g o m s 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。 但是g o m s 模型存在一定的局限性。系统无法处理由子目标错误而导致的 总体目标无法完成的异常情况。在g o m s 模型中无法描述错误，没有清楚的描 述错误处理的过程瞄1 。 g o m s 模型还存在几种变体形式，分别为k l m ( k e y s t r o k e l e v e lm o d e l ) 【4 4 1 、 c m n - g o m s 4 7 1 、n g o m s l 4 5 】和c p m g o m s ( c o g n i t i v e p e r c e p t u a l - m o t o rg o m s ) 【4 6 1 。k l m 主要用于任务执行时间的评价和预估。与基本的g o m s 不同的是，在 有多个方法可以选择执行时，它并不会尽量预测是用哪个方法，而是按照预先定 2 山东大学硕士学位论文 义的一个时序表一次执行每个方法。c m n g o m s 是由c a r d 等提出的，它在k l m 的基础上增添了子任务及选择规则。可用于预估操作序列的执行时间，主要应用 于模型文字处理系统、符合人体工程学设计的c a d 系统等。n g o m s l 在 c m n - g o m s 的基础上提出通过一种自然语言的概念来表示和构建模型。 n g o m s l 中的方法是基于认知复杂性理论的。c p m g o m s 也称之为关键路径 g o m s 模型，它通过一个调度图调度模型中的操作，找出关键路径估算完成任 务所需时间。目前，存在如下几种支持g o m s 以及其变体的设计和验证工具。 分别为s o a r t 4 8 1 、g o m s e d 4 9 1 、c o g t o o l t 5 0 1 等。 另一种是l o t o s ( l a n g u a g eo f t e m p o r a lo r d e r i n gs p e c i f i c a t i o n ) 1 0 , 1 1 。它是 一种作为国际标准的形式描述语言，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。它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，进程同环 境之间通过称为“关口 ( g a t e s ) 的交互点进行交互，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。 进程行为用“行为表达式”来描述，复杂的行为由简单的行为表达式通过表示时 序关系的l o t o s 算符组合而成。在将l o t o s 思想用于人机交互的行为模型时， 用进程之间的约束关系来描述交互子任务之间的关系口6 1 。 l o t o s 模型中定义有以下基本算符1 2 】： 1 t l t 2 ( 交替i n t e r l e a v i n g ) ：t 1 和t 2 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。 2 t 1 口t 2 ( 选择c h o i c e ) ：需要在t 1 ，t 2 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。 3 t 1l a l ，a n lt 2 ( 同步s y n c h r o n i z a t i o n ) ：任务t 1 ，t 2 必须在动 作( a l ，a n ) 处保持同步。 4 t 1 t 2 ( 禁止d e a c t i v a t i o n ) ：一旦t 2 任务被执行，t 1 便无效( 不活动) 。 5 t 1 t 2 ( 允许e n a b l i n g ) ：当t 1 成功结束后才允许t 2 执行。 l o t o s 模型很好的描述了任务之间的时序约束关系，这些时序约束关系能 更好的描述g o m s 中子目标之间的关系。不过，对于原子任务的形式化描述， 上述模型并没有给出一个比较清晰的描述。 山东大学硕士学位论文 还有一种是u a n ( u s e ra c t i o nn o t a t i o n ) 1 4 , 1 5 1 模型。它是一种简单的符号语 言，主要描述用户的行为序列以及在执行任务时所用的界面。u a n 并非只能描 述底层任务描述，允许设计者选择合理的抽象层次来描述复杂的界面设计和交互 任务。u a n 定义用户动作标识和条件选择标识符，用以上两种标识符构成一种 表格结构来表示任务。表格分别由用户动作、界面反馈、界面内部状态的改变三 列构成。每个任务的实现都用表格来描述，用户动作的关联性和时序关系由表格 的行列对齐关系和从上到下、从左到右的阅读顺序来确定。如表1 1 ： 表1 1u a n 表格表示形式 任务( t a s k ) ：任务名称 用户行为界面反馈界面状态 u a n 模型更接近于实现，这种描述由于接近于程序语言，比前面介绍的两 种表示模型设计起来更复杂一些【矧。另外，u a n 模型在精确刻画各成分之间的 各种平行和串行的时序关系方面尚显不足，任务之间的时序关系没有明确表示出 来。 x u a n ( e x t e n d e du s e ra c t i o nn o t a t i o n ) 1 5 1 是对u a n 模型进行的扩展，它 克服了u a n 模型中任务间时序关系不明确的缺点，显示的将任务分解为子任务 并详细的定义了各个任务间的时序关系以及总体的时序关系。 此外，m a r c ow i n c k l e r 提出了一个基于任务模型以实现w e b 界面导航的方 法，将用户需求表示为用户或系统为达到某一目标而采取的一系列活动5 2 1 。传统 的导航设计方法每设计一次只能产生一种用户界面方案，而基于任务模型的方法 每设计一次可用于产生多种用户界面，这样的一个好处就是可以在产生的多种界 面中进行选择。该方法被应用于法国人机交互协会电子图书馆的建设。 上述介绍了已经存在的一些任务表示模型以及这些模型的一些应用情况。总 体来看，目前大多数基于任务模型的研究主要针对于用户界面开发。上述几种模 型都已较为成熟的应用在界面自动控制与自动生成领域。接下来本文讨论的是针 对设计系统( 如c a d 类系统) 的基于任务模型的交互开发，即如何通过建立任务 模型，在定义模型的基础上实现准确、高效的交互控制。在这一方面，国内外相 关研究工作并不是很多。 4 山东大学硕士学位论文 1 3 主要研究内容 本文以支持设计系统的交互平台为主要研究内容，并以任务模型作为支撑平 台的核心内容，着重讨论了基于任务的交互设计平台中的两个问题： 1 ) 交互设计平台中任务的建模过程。将交互设计平台中的任务划分为设计 任务和交互任务，对设计任务进行分析、分解，借鉴c o n c u r t a s k t r e e s 的思想，将设计任务分解为树状层次结构，确定完成设计任务模型需要 的必要模型元素，进而定义设计任务模型；对交互任务进一步划分为复 合任务与基本任务，确定二者需要的必要模型元素进而进行定义。最后， 用x m l 语言对上述定义的模型进行描述。 2 ) 利用任务模型实现用户目标的过程。定义设计任务模型的解析规则，利 用算法将设计任务模型转化为状态转换图的数据结构，进一步控制设计 任务的实现。同时，利用解析交互任务的相关类与控制算法控制交互任 务的实现。此外，通过对状态转换模型的扩展，支持交互过程中向用户 的显示反馈和交互结束后的业务处理。 以上述两点为基础，本文以通过任务建模控制交互为核心，设计出基于任务 的交互设计平台，并在此平台上实现“十一五”国家科技支撑计划子课题项目一 一“轻纺产品花色计算机辅助设计软件系统”。 1 4 本文的组织结构 本文余下的内容将按照如下的章节顺序进行书写。 第2 章介绍交互设计系统中任务的概念，进而通过对任务的分析建立起任务 模型，并用x m l 语言对任务模型进行描述。 第3 章论述了由任务模型到任务实现的方法，对设计系统中的设计任务模型 的转化和交互任务模型的解析与交互控制的具体实现分别进行了详细的介绍。 第4 章提出、设计和实现了一个基于任务的交互设计平台，并在此平台基础 上完成了一个轻纺产品花色计算机辅助设计软件系统。 第5 章是结束语及未来工作展望。 山东大学硕士学位论文 第2 章任务模型的定义及描述 在设计系统中，任务主要分为两大类，设计任务和交互任务。设计任务主要 描述了用户的设计意愿和设计目标，是一个抽象层次较高的概念。交互任务描述 了用户与系统进行的一次具体的输入输出的交互的操作。本章将从设计系统中这 两大类任务出发，介绍其模型的定义过程及描述。 2 1 设计任务 设计任务反映了在设计系统中用户执行任务最终想要得到的结果，它可以在 不同的抽象层次上进行定义。例如，在图案设计系统中，“设计一幅图案”可以 看作是最高层次的设计任务，而“绘制图形”则是较低层次的设计任务。一个设 计任务一般由其他层次低于它的设计任务复合而成。 2 1 1 设计任务的分析 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1 7 1 。 任务分析的一个重要方法是任务分解，即需要考察将一项任务分成为若干子 任务的途径以及这些子任务执行次序的方法。任务分解使得任务的执行过程变得 层次化了，即一个任务的执行被委托给它下一层的子任务来完成，这些子任务之 间的关系及其执行的顺序成为考察一个任务执行过程的重点。 这样一个层次体系以及方案就是一个任务模型。下面，将介绍对设计任务进 行分解，进而建立设计任务的模型的过程。首先，我们引入和借鉴c o n c u r t a s k t r e e s 任务表示法( c o n c u r r e n tt a s kt r e en o t a t i o n ) 1 1 9 2 0 1 ，采用其层次的树状结构来组 织设计任务。在这种表示方法中，层次树中的每个节点代表了一个设计任务，节 点的子节点代表了该节点任务可以被分解为的子任务，当一个设计任务涉及到了 具体的交互操作时则不可再分解，并定义它为原子设计任务。根节点代表的任务 抽象层次最高，叶子节点代表的任务最为具体。拥有相同父节点的兄弟节点之间 的关系如下： 6 山东大学硕士学位论文 1 t 1 t 2 ( 选择c h o i c e ) ：需要在t 1 ，t 2 中选择一个执行，一旦选择某一 个后，必须执行它直到结束，然后进行另一次选择。在选中任务执行期间另 一个任务无执行机会。 2 t 1 t 2 ( 顺序s e q u e n c e ) ：t 1 与t 2 严格按照先执行t l ，再执行t 2 的顺 序进行。当t 1 成功结束后才允许t 2 执行。 3 t 1 t 2 ( 禁止d i s a b l i n g ) ：一旦t 2 任务被执行，t 1 便中止执行，不再 有效。 上述关系决定了兄弟任务在某个时刻的相互之间的制约关系，并且决定了这 组任务所能有的执行顺序。此外，对于一个需循环执行的设计任务，对任务节点 引入“水”表示其循环执行。 在设计任务分解中，遵循以下步骤： 1 ) 列出当前正在分析的任务的子任务，并求得这些兄弟任务间的关系。 2 ) 使上述子任务成为当前分析任务子节点，并对子任务间关系进行标注。 3 ) 对于非原子任务的叶节点递归进入步骤1 ) 。 在步骤2 ) 进行关系标注时，要考虑关系符号间的优先级问题，从而将任务 树转换成优先级树。例如，有t 1 【 t 2 t 3 ，这样的表示既可以解释为 ( t l 】t 2 ) t 3 ，也可以解释为t i 】( t 2 t 3 ) 。前者表示先在任务t l 和t 2 中选择一个执行完成后，再开始执行任务t 3 ；后者表示在任务t 1 和( t 2 t 3 ) 之中选择一个执行。 为了避免表达含义上的不确定性，在进行步骤2 的操作时，必须进一步明确 子任务间的关系。当t 1 t 2 t 3 实际表示的是t i 】( t 2 t 3 ) 时，引入一个临 时的节点t ，使t 1 口t ，然后将t 分解为t 2 t 3 。如图2 1 所示： ( a ) g o ) 图2 1 任务间关系的优先级( a ) 不明确的关系( b ) 调整后结果 7 山东大学硕+ 学位论文 下面，以图案设计系统中的图案编辑这一设计任务为例，对设计任务进行分 析和分解，如图2 2 ： 图2 2 图案编辑任务树 上述图2 2 中，“图案编辑”被分解为两个子任务“载入图案”和“修改图 案 ，二者按照先载入图案，再编辑图案的顺序执行。“载入图案 被继续分解为 “新建”和“打开”两个选择关系的子任务。在分解“修改图案”任务的过程中