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支持用户界面工程设计的交互模型研究 摘要 8 0 年代以来，随着计算机软件和硬件技术的飞速发展，极大地提高了用 户界面设计在软件开发中的重要性。而开发g u i 的工作量及难度十分可观， 不管是结构化方法还是面向对象方法，对界面设计的支持都远远不够。基于 应用程序与u i 相分离的思想，近年来，出现了很多界面生成工具。其中， 基于模型的用户界面技术以其对界面描述的高层次抽象、以用户为中心的开 发周期、界面设计的重用等优势脱颖而出，成为研究热点。 在研究参考了国内外大量基于模型的界面设计环境和相关文献后，作者 发现在这些界面模型中一般是使用对话模型或任务模型来表达最终用户和界 面对象之间的交互关系。而对话模型和任务模型本身的复杂性以及它们与其 它模型整合问题的复杂性使其应用受到了局限。 本文从如何在面向对象软件工程方法中用规范的形式表达界面的逻辑 构成这核心问题出发。探讨了f m p 界面模型中交互模型的概念。它借用了 u m l 中交互模型的概念，类似于合作模型，并在原来的基础上加以改进，将 描述的重点放在用户界面上。交互模型有别于对话模型或任务模型在于它把 界面的概念构成作为直接的描述对象和目标而不再关心交互形成的过程。 本文以三元组 来定义交互图，即交互对象、交互关系及交互 对象间由交互关系连接的规则构成的有向图。一张交互图对应一个界面，交 互对象对应了界面中的数据信息，交互关系反映了交互对象间的调用关系和 界面之间的导航连接。交互图既能全面反映界面对象和它们的静态关系，也 能表达它们之间的动态交互行为。 交互模型在f m p 界面抽象模型中占有重要的地位，它整合了功能模型与 对象模型的内容，系统地表达了用户需求，为软件设计人员提供了界面的抽 】 山东大学硕士学位论文 象形式。依据交互模型的描述，利用表示模型建立交互对象和外部显示元素 之间的对应关系在界面模板和参数化的支持下，规划界面构成和布局，从 而实现用户界面的自动生成。 文章首先讨论了基于模型的界面生成方法，在此基础上，分析对比了界 面模型中描述界面动态信息的模型的优缺点，从而提出了支持界面逻辑构成 的交互模型。本文除了给出交互模型的符号体系和约束规则外，还通过交互 模型描述了几种典型的界面。在进行理论探索的同时，利用v i s u a lc + + 实现 了交互模型的编辑环境，并生成了v i s u a lb a s i c 代码，从而证明了交互模型 在支持生成界面动态交互代码方面的能力。 文章的最后是使用f m p 模型生成包含v b 控件m s f l e x g r i d 的界面代码 问题。表格的浏览在应用系统中很常见有必要建立f m p 模型中的描述语言 和v b 代码之间的映射规则。本文给出了v b 代码的结构分析、模型的接口 及转换规则，最后通过一个实例说明了在f m p 模型中生成表格形式界面的创 建过程。 虽然在现有的编辑环境中，通过测试实例证明了交互模型在描述界面逻 辑结构及支持代码生成方面的能力，但还存在需要进一步完善的问题：( 1 ) 方法调用如何更好地支持代码生成：( 2 ) 还需要继续探索更多的界面形式来完 善交互模型。 关键字：基于模型的界面设计，界面模型，交互模型，f m p 模型，代码生成 l l t h er e s e a r c ho ni n t e r a c t l 0 nm o d e ls u p p o r t i n g u ie n g i n e e r i n gd e s i g n a b s t r a c t s i n c e8 0 ，t h ef a s tg r o w t ho ft h et e c h n o l o g yo fs o f t w a r ea n dh a r d w a r eo f c o m p u t e re l e v a t e dt h ei m p o r t a n c eo fu id e s i g n i nt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n t b u tt h ew o r k l o a do ft h eg u id e v e l o p m e n ti s v e r ym u c ha n du ii sv e r yd i f f i c u l t t oc r e a t e n e i t h e rt h es t r u c t u r e dn o rt h eo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d sc a n p r o v i d e e n o u g hs u p p o r t b a s e do nt h et h o u g h t so ft h es e p a r a t i o no ft h ef u n c t i o n a lc o r e a n dt h eu i ，m a n yt o o l sw e r ec r e a t e dt os u p p o r tu id e v e l o p m e n ti nt h ep a s ty e a r s a m o n gt h e s et o o l s ，m o d e l - b a s e d u i d e s i g nt e c h n o l o g y b e c o m e sr e s e a r c h h o t s p o t b e c a u s eo fi t s a d v a n t a g e s u c ha s h i g h l e v e l a b s t r a c t i o no ft h eu i d e s c r i p t i o n ，u s e r c e n t e r e dd e v e l o p m e n tc y c l ea n dr e u s eo fu id e s i g n a f t e r i n v e s t i g a t i n g a g r e a t d e a lo fm b u i de n v i r o n m e n ta n dr e l a t e d l i t e r a t u r es ，w ef i n dt h a tt h e s eu im o d e l sg e n e r a l l yu s e d i a l o g m o d e lo rt a s k m o d e lt oe x p r es st h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ee n du s e ra n dt h eu io b j c o t s b u t t h ec o m p l e x i t yo ft h ed i a l o gm o d e la n dt a s km o d e lt h e m s e l v e sa n dt h ed i f f i c u l t y i nr e s o l v i n gt h em o d e lc o m p o s i t i o np r o b l e mm a k e st h e i ra p p l i c a t i o nl i m i t e d i no r d e rt o f o r m a l l ye x p r e s st h el o g i c a ls t r u c t u r eo ft h ei n t e r f a c e ，t h i s p a p e rd i s c u s s e st h ec o n c e p to f “i n t e r a c t i o nm o d e l ”o ft h ef m pu im o d e l i t b o r r o w st h e c o n c e p t o ft h ei n t e r a c t i o nm o d e lf r o m u m l ，s i m i l a r t ot h e c o l l a b o r a t i o nm o d e la n d l a y i n ge m p h a s i so nu i d e s c r i p t i o n t h e d i f f e r e n c e b e t w e e nt h ei n t e r a c t i o nm o d e la n dt h e d i a l o g m o d e lo rt a s km o d e ll i e si n r e g a r d i n gt h ec o n c e p t u a lc o m p o s i t i o no fu i sa st h ed i r e c td e s c r i p t i o na i ma n d n o t t a k i n g c a r eo ft h e p r o c e d u r e o ft h ei n t e r a c t i o n t h i s p a p e r d e f i n e st h e i i i i n t e r a c t i o n d i a g r a m w i t ht h e s t r u c t u r e ，w h i c hm e a n s i n t e r a c t i o no b j e c t s ，i n t e r a c t i o nr e l a t i o n s h i pa n dt h ec o n n e c t i o nr u l e sb e t w e e n o b j e c t s a n dr e l a t i o ns a ni n t e r a c t i o n d i a g r a mc o r r e s p o n d st oa nu 1 t h e i n t e r a c t i o no b j e c tc o r r e s p o n d st ot h ed a t ai n f o r m a t i o ni na nu i ；t h ei n t e r a c t i o n r e l a t i o n s h i pr e f l e c t st h et r a n s f e rr e l a t i o n sa n dt h en a v i g a t i o n sb e t w e e nu i s i t c a nr e f l e c tu io b j e c t sa n dt h e i rs t a t i cr e l a t i o n s ，a ls oc a nr e f l e c tt h e i rd y n a m i c b e h a v i o r s t h ei n t e r a c t i o nm o d e lt a k esa n i m p o r t a n tp a r t i nt h ef m pa b s t r a c tu i m o d e l i tc o m b i n est h ec o n t e n t s0 ff u n c t i o nm o d e la n d o h j e c t m o d e l s y s t e m i c a l l ye x p r e s s e su s e r r e q u i r e m e n ta n dp r o v i d e sa b s t r a c t r e p r e s e n t a t i o n f o rs o f t w a r ed e s i g n e r s b a s e do nt h ed e s c r i p t i o no ft h ei n t e r a c t i o nm o d e l ，f m p u s e sp r e s e n t a t i o nm o d e lt o c a p t u r et h em a p p i n gr e l a t i o n s h i p sb e t w e e ni n t e r n a l m o d e la n di t se x t e r n a l r e p r e s e n t a t i o n ，w h e r e t h eu i t e m p l a t e s a n di t s p a r a m e t e r i z e du s a g e sa c t a s g u i d e l i n e st o f o r mt h ec o m p o s i t i o na n dl a y o u to f u i s t h e nt h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o no fu i sm i g h tb ea c h i e v e d f i r s t l y ，i n t h i s p a p e r ，m b u i dm e t h o disd i s c u s s e d ，a n da d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so ft h em o d e l sf o rd es c r i p t i o no ft h ed y n a m i ci n f o r m a t i o ni nt h e u ia r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d f r o mt h e s e ，a ni n t e r a c t i o nm o d e lt os u p p o r tt h e d e s c r i p t i o n o ft h e l o g i c a l s t r u c t u r eo fu ii s g i v e n b e s i d e s t h ed e n o t a t i o n s y s t e m a n dr e s t r i c t i o n s i nt h e i n t e r a c t i o n m o d e l ，s e v e r a lt y p i c a l u i sa r e d e s c r i b e db yt h ei n t e r a c t i o nm o d e l t h ee d i te n v i r o n m e n to ft h ei n t e r a c t i o n m o d e li sc o n s t r u c t e db yv is u a lc + + a n da u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o d eo fv i s u a l b a s i ci sa c h i e v e d s ot h e a b i l i t y o ft h ei n t e r a c t i o nm o d e li n s u p p o r t i n gt h e g e n e r a t i o no fd y n a m i ci n t e r a c t i o nc o d ei sd e m o n s t r a t e d t h el a s t p a r to ft h i sp a p e ri s t h eg e n e r a t i o np r o b l e mo fu ic o n t a i n i n gt h e v is u a lb a s i c c o m p o n e n tm s f l e x g r i d g r i d s a p p e a rc o m m o n l yi na p p l i c a t i o n s y s t e m ，s oi t is n e c e s s a r yt oe s t a b l i s ht h em a p p i n gr u l e sb e t w e e nt h ed e s c r i p t i o n i v l a n g u a g ei nf m pa n dv i s u a lb a s i cc o d e t h i sp a p e rg i v e st h e a n a l y s i so ft h e v i s u a lb a s i cc o d e s t r u c t u r e ，m o d e li n t er f a c ea n d m a p p i n gr u l e s a tl a s t w e i l l u s t r a t eh o wt og e n e r a t eu ic o n t a i n i n gg i r df m p t h r o u g ha l le x a m p l e a l t h o u g h w eh a v e d e m o n s t r a t e dt h e a b i l i t y o f e x p r e s s i n g u i l o g i c a l 8 t u c t u r ea n d s u p p o r t i n g c o d ea u t o m a t i c g e n e r a t i o n i nt h e e x i s t i n g e d i t e n v i r o n m e n t ，s o m ep r o b l e m ss t i l ln e e dt ob er e s o l v e d ：( 1 ) h o wf u n c t i o nc a l l c a n b e t t e rs u p p o r tc o d eg e n e r a t i o n ；( 2 ) h o wt oe x p l o r em o r e u if o r m st oi m p r o v et h e i n t e r a c t i o nm o d e l ， k e y w o r d s ：m o d e l - b a s e du id e s i g n ，u im o d e l ，i n t e r a c t i o nm o d e l ，f m p ，c o d e g e n e r a t i o n 山东大学硕士学位论文 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。除文中己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。对本文的研究作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人承担。 论文作者签名：暨盈 日期：了口d 啦坼伽 关于学位论文使用授权的声明 本人竞全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或商国家有关都f 1 或 机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅利借阅：本人授权山东人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，可以采心影印、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) 论文作者签名：导师签名：型日 期 卅6 中c k 勿 一。堡奎塑型型堡垒墼一 符号说明 括起来的部分表示可选；号表示；用 括起来的部分表示属性；符号“：2 ” 表示“定义为”。 1 】 ) 括起来的部分表示可选 2 】+ 有1 到多个 【3 表示有0 到多个 【4 】 括起来的部分表示属性 【5 】：= 是“被定义为”的意思 【6 】1 表示在其左右两边任选一项，相当于“o r ” v l 山东大学硕士学位论文 1 前言 用户界面是计算机系统的重要组成部分，而不管是结构化方法还是面向 对象方法，对界面设计的支持都远远不够。近年来，基于模型的界面开发环 境作为支持系统和有效地界面生成技术而涌现。它通过几种模型针对应用系 统的不同侧面进行建模。从而获得足够的信息支持用户界面的自动生成。不 同的基于模型方法使用不同的界面模型，常用的有任务模型、域模型、用户 模型、对话模型和表示模型等。 在用户界面设计中存在大量用户与界面之间的动态交互。用户界面的发 展经历了批处理、联机终端、菜单等阶段，正处于以图形用户界面( g u i ) 为主流的阶段【2 】。交互式系统也逐渐从“以用户为中心”转移到“以人为中 心”、“人机和谐交互”的方向上。未来人机交互技术的发展趋势是追求所谓 “人机和谐”的信息空间和“基于自然交互方式的”人机交互风格，不断增 加交互系统的灵活性和自适应能力，更加有效地帮助用户与系统间的交互。 然面传统的软件工程方法对用户界面交互行为设计的支持较少。在目前标准 的面向对象语言u m l 中通常是使用用例图、交互图、状态图等来描述系统 的动态行为，但专门针对界面的描述还是远远不够。在各种基于模型的界面 设计环境中，一般使用对话模型或任务模型来描述人机交互，但这类模型对 交互行为的描述过于复杂，设计者需要专门学习，并且这类模型和系统中其 它模型之间的映射问题也难于处理。 针对以上问题，本文探讨了一种服务于f m p 模型f 3 】的交互模型。f m p 模型是一种面向软件工程和支持用户界面自动生成的界面模型，它由功能模 型( f u n c t i o nm o d e l ) 、对象模型( o b i e c tm o d e l ) 、交互模型( i n t e r a e t i o nm o d e l ) 和界面模板( p r e s e n t a t i o nm o d e l ) 组成。功能模型捕捉界面上的功能需求， 对象模型捕捉与界面相关的数据对象，交互模型依据功能模型中对界面的划 分表达单个界面的组成信息和控制关系，界面模板根据交互模型的描述规划 界面构成和布局，从而实现界面的自动生成。交互模型在f m p 模型中占有重 第1 页 山东大学硕士学位论文 要的地位，类似于界面的体系结构模型，包含了界面对象的数据信息和界面 对象与用户间的交互信息以及界面对象之间的控制信息，全面反映了界面静 态结构和动态交互，添加上界面模板对界面对象的外观布局设计就可以为界 面自动生成提供足够的信息。 本文共分七个部分，第一部分前言主要说明课题研究的背景、关于基于 模型的界面生成方法的研究现状、针对现有界面模型的问题我们所提出的 f m p 模型的简介、f m p 模型中交互模型的作用；第二部分主要介绍了在界面 模型中关于界面动态信息如何描述，针对描述动态信息现有模型的存在问题 提出交互模型的概念；第三部分详细介绍了交互模型的逻辑组成、图元表示 及使用规则：第四部分主要阐明了交互模型与f m p 模型中其它模型的关系， 它如何将其它模型进行整合及它对最后代码生成的支持；第五部分给出了几 种典型界面如何用交互图进行表达；第六部分主要介绍了关于使用v b 控件 m s f l e x g r i d 的界面代码生成问题；第七部分为文章的结束语，总结了本文所 做的工作和下步应当做的工作。 1 1 背景 用户界面作为人与计算机之间进行交流的桥梁，是人机交互的主要通 道。在计算机技术发展的初期，由于系统的运行速度慢、价格昂贵并且可靠 性差，很少进行交互使用，用户必须调整自己的行为去适应机器的要求。因 此，与计算机使用中的其它问题相比，界面只是一个小问题。8 0 年代以来， 随着计算机性能的提高，系统能够用一部分资源来处理人一计算机界面，用 户界面设计开始引起人们的注意。9 0 年代，图形用户界面( g r a p h i c su s e r i n t e r f a c e ) ，简称g u i ，作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各计算 机厂家的关注，成为计算机行业的又一竞争领域。g u i 使用图形的方式，借 助菜单、按钮等标准界面元素和鼠标操作，帮助用户方便地向计算机系统发 出指令，启动操作，并将系统运行的结果同样以图形方式显示给用户。g u i 的基本元素有：窗口，下拉式菜单，按钮，滚动条，图标，鼠标等，用户通 过这些东西和计算机完成交互。 第2 页 山东大学硕士学位论文 用户界面的发展对计算机系统整体性能的提高所具有的重要性已经得 到了人们的高度重视。在美国人机建模研究在信息技术中被列为与软件和计 算机并列的六项国家关键技术之一1 4 】，美国国防关键技术计划不仅把g u i 列 为软件技术发展的重要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人一 界面一项内容。日本也提出了f p i e n d 2 1 计划( f u t u r ep e r s o n a l i z e di n f o r m a t i o n e n v i r o n m e n td e v e l o p m e n t ) ，其目标就是要开发2 l 世纪的计算机界面。 用户界面变得越来越易于使用，却越来越难于创建。据统计平均一个应 用程序4 8 的代码用于用户界面，大概5 0 的执行时间用于执行用户界面部 分。过去那种直接程序设计的方式不再能满足需要，当前计算机软件的开 发已不再倾向于将用户界面和应用功能两部分混合编写，而大都采用将用户 界面部分的开发独立于应用功能的开发。具有比单纯手工编辑设计更强大的 用户界面开发能力的图形用户界面生成工具是非常必要的，用户能够通过这 样的工具方便地构造符合自己意愿的界面外观并能方便地对界面进行维护， 大大节约了开发人员在界面生成和维护方面所耗费的时间。 基于应用程序与u i 相分离的思想，近年来，出现了很多界面生成工具， 根据开发人员如何细化界面的静态布局和动态行为可以把它们分为：基于语 言的工具、交互图形细化工具、基于模型的生成工具。前两种工具或者支持 动态行为的描述或者支持简单布局的描述，但不同时支持两者。基于模型 的界面开发方法通过把界面的设计分解为对不同模型的构造而避免了上述不 足1 5j 。一个模型是对用户界面的某个方面的详细描述。通过把注意力集中在 界面的某个方面，模型可以用高度专业化的标记来表达。这种特点使得通过 基于模型的方法比其它方法开发的界面更容易创建和维护【6 1 。 1 2 界面模型的研究现状 根据查阅的大量国内外关于界面模型的研究资料，界面模型总的可以分 成两类，一类是概念模型，一类是陈述模型。概念模型典型的有s e e h e i m 1 5 1 、 m v c 6 1 、p a c l 7 】模型，它从系统和用户角度出发，为执行功能分解以及把分 解后的功能分布到模型中相应的部件提供了框架【7 1 ，但缺乏面向设计的表达 第3 页 山东大学硕士学位论文 形式，其应用依赖于设计者的认识和实现f 8 】。陈述模型通过任务模型、用户 模型、领域模型、对话模型和表现模型等不同抽象层次的陈述性模型来表达 和把握界面需求和构成，典型的有h u m a n o i d t9 1 ，m o b i - d 1 0 1 等基于模型的界 面设计环境。该类模型属于工程模型，从交互任务分析到最终界面生成的全 过程提供开发方法和支持技术，但它在界面结构的表达上相对不足。 1 2 1 概念模型 ( 1 ) s e e h e i m 模型 概念模型是用户界面管理系统的基础，第一个支持u i m s 概念的交互式 系统概念模型是1 9 8 5 年在德国s e e h e i m 提出来的s e e h e i m 模型【引。该模型基 于对话独立性原则，即对话与应用通过一个控制单元松耦合来实现其联系。 如图l 所示，s e e h e i m 模型将交互式系统划分为几个逻辑部件，这些部件有 不同的功能及不同的描述方法。 l 一u s e ri n t e r l n c e - - - 上- 。一i n l e r a e l i v es y s t e m 。- 图1 ：s e e h e 证n 模型 p r e s e n t a t i o nm o d e l ：涉及界面的外部表示，界面的其他成分不能与外部 直接通信。定义了用户感知和操作的系统行为 9 1 。该部分的作用是把外部的 物理表示转化成内部的逻辑表示：产生显示影像；从输入设备读入数据，然 后把这些原始数据转化成对话控制部分可理解的形式。 d i a l o gm o d e l ：对话控制部分指定用户和系统之间的对话结构。该部分 可看作应用接口模型和外部表示的调节者【引。该部分的作用是详细说明对话 控制部分的结构，描述系统动作的时序关系；接受来自用户和系统的输入数据 ( 系统的输入指用户请求的数据和要显示的数据) ，然后把这些数据送到其目 的地。 第4 页 山东大学硕士学位论文 a p p l i c a t i o ni n t e r f a c em o d e l ：应用界面模型建立与应用语义之间的通信 联系，描述界面可访问的数据结构和例程，并负责调用这些例程。从以前的 经验来看，用户界面是系统中最容易发生变动的部分，应用界面模型的责任 在于界面发生变动时维持系统其他部分保持不变【1 0 】。该部分是从用户界面的 角度看待系统，包括系统对象的描述和系统操作的描述，以及界面中的对象 和操作到系统数据和功能的映射。 s e e h e i m 模型是一种基于语言的模型，它描述的人机交互被看作是一种基 于语言的对话，交互的逻辑是可预见的、线性的，故属于顺序对话类型，系 统的控制结构被看作是一种管道结构；s e e h e i m 不适用于直接操作对话1 1 l 】： 在直接操作对话中，用户是与个别应用语义对象的图形表示交互，而不是与 整个应用系统对话，这意味着和个别对象相关的语法应当包含在各个图形表 示对象之中，而不是作为一个统一的独立部分，即语法应极小化：s e e h e i m 不能处理多线程的问题。 ( 2 ) a r c h 模型 a r c h 模型在s e e h e i m 模型的基础上发展而来1 ，于1 9 9 1 年被提出。它通 过增加模型促进了s e e h e i m 模型中的功能分解：对每一个模型的抽象层描述 更加清晰，模型之间交互的数据结构的定义更加明确，为了促进模型的可修 改性和灵活性在主要模型之间引入了适应器，s l i n k y 元模型平衡了系统的功 能划分。 m l 赢m 协、m - ) 1 7 1 。m ， 至圈e 委夏 图2 ：a r c h 模型 a r c h 模型由5 个成分组成：d o m a i ns p e c i f i nc o m p o n e n t ( 领域专用成 分) ，该部分控制、操纵和取得领域数据，执行与领域有关的功能，相当于 s e e h e i m 模型中的应用程序部分“；i n t e r a c t i o nt o o l k i tc o m p o n e n t ( 交 互技术工具箱成分) ，通过软件或硬件执行与最终用户的物理交互动作，相 第5 页 山东大学硕士学位论文 当于0 s f m o t i f 或0 p e n lo o k 这样的工具箱”“；d i a lo gc o m p o n e n t ( 对话成 分) ，该部分负责任务层次的序列化。任务既有由用户决定的又有系统领域 中与用户有关( 服务于用户决定的任务) 的任务。另外，还负责维持多视图 的一致性和特定领域到特定用户界面映射的一致性。这是a r c h 模型的关键部 分，它控制任务级的对话序列与面向u i 的对话序列之间的映射“； p r e s e n t a t i o rc o m p o n e n t ( 表示成分) ，该部分充当了d i a l o gc o m p o n e n t 和i n te r a c t io nt o o l k i tc o m p o n e n t 之间的调节者或者说是缓冲部件：为 d i a l o gc o m p o n e n t 提供了与工具箱无关的对象，具体使用什么部件来作为对 象的实现由该部分决定；d o m a i n a d a p t o rc o m p o n e n t ( 领域适配成分) ，该 部分是d i a l o gc o m p o n e n t 和d o m a i n s p e c i f i c c o m p o n e n t 之间的调节部分。 执行与领域有关的任务，这些任务没有包括在领域专用成分中“。 曾经在一段时期内，a r c h 模型在交互式系统的功能结构设计中应用广 泛，但是，这种较成熟的模型对于一些特定系统的体系结构问题无法解决， 因此，出现了一种更加精炼的模型一一基于a g e n t 的模型，以解决这个问题。 ( 3 ) 基于a g e n t 的用户界面模型 a g e n t 这个概念来源于分布式人工智能领域( d a i ) ，是人工智能的一个 术语。对a g e n t 的一般描述为：a g e n t 是一种抽象实体，它能作用于自身和 环境，并能对环境做出反应【8 】。一般说来，a g e n t 应具有知识、目标和能力。 a g e n t 具有一定的抽象、推理能力，能处理外部激励并具有一定的内部状态。 a g e n t 模型强调信息处理的并行性及多a g e n t 的分布协调工作。并行处理和 分布式处理可以方便用户界面的交互式设计，实现物理上分布的应用程序的 处理以及处理多线程对话i 引。 到目前为止，已经开发了许多基于a g e n t 的用户界面模型以及基于a g e n t 模型的用户界面开发工具。m v c 、p a c 是典型的基于a g e n t 的用户界面模型。 基于a g e n t 模型的共同特点是对交互对象在不同的层次上进行抽象，不同之 处在于a g e n t 之间的协作方式。 m v c 模型 m v c ( m o d e l - v i e w - c o n t r o l l e r ) 模型是一种最早提出的基于a g e n t 的用户 界面模型。在这种模型中，每个交互a g e n t 由3 个对象组成：模型、视图和 山东大学硕士学位论文 控制器。模型描述了应用对象的状态属性和行为，视图提供了模型的表示形 式，而控制器处理用户的输入行为并给模型发送事件( 图4 ) 。一个视图登记 了在一个模型中感兴趣的一个或多个属性。当一个属性改变时，所有登记的 视图被通知以使它们必要时可以重新计算它们的显示。m v c 模型的本质是基 于登记和通知的合成风格。这种风格放松了界面各部分间的紧耦合，这样就 允许一些部分被增加、修改和移除而不影响其它部分4 1 。 r j n n t i n n 陆 q l ti 叫 图3 ：m v c 模犁 p a c 模型 p a c 模型将用户界面分解为一系列相互可以进行通讯的a g e n t 。每个 p a ca g e n t 由三部分组成：表现、抽象和控制器。表现定义用户的输入和应 用的输出行为；抽象对应于应用的语义信息，实现应用要完成的功能；而控 制器负责对话控制并维护表示和抽象的一致性。p a c 模型的本质是使用一个 清楚的控制器来调整表现和下部应用程序的行为。一个清楚的控制器简化了 复杂的使能和非使能约束【引。 p a c 模型中用户输入和系统输出的处理都放在p r e s e n t a t i o n 模型中，相当 于m v c 模型中的c o n t r o l l e r 和v i e w 模型，p a c 中的a b s t r a c t i o n 在功能上类 似于m v c 中的m o d e l 。p a c 模型的设计思想体现了面向对象的用户界面工 卜 图4 ：p a c 模型 第7 页 山东大学硕士学位论文 具的设计思想，就像现在的可视化开发环境中的部件，输入和输出打包在一 起且与系统有交互关系。 p a c 模型和m v c 模型之间有四个重要区别： 夺p a c a g e n t 将应用功能和表现、输入和输出行为都封装在一个对象中，该 对象可以主动的和其它对象通讯；而m v c 模型中的模型、视图及控制器 分别对应于一个s m a l l t a lk 对象，这些对象通过消息传递进行一致性维 护。p a c 模型比m v c 模型更加清楚地定义了对话的过程。 在p a c 模型用一个独立的控制器来保持应用语义和用户界面之间的一致 性，而m v c 模型没有将这一功能明确地分给某一部件，对话的实现过程 不是很清楚。 夺p a c 模型没有基于任何一种编程环境，但通常是基于面向对象的语言， 因此可能有多种实现方式。 令p a c 模型将控制器独立出来，更加符合u i m s 的设计思想，因为它和具体 实现无关，因此具有更高的抽象层次，可以用来表示用户界面不同的功能 部分。 1 2 2 陈述模型 f 每个基于模型的界面设计环境m b u i d e ( m o d e l b a s e d u s e ri n t e r f a c e d e s i g ne n v i r o n m e n t ) 的中心组件是界面模型，它包括不同的陈述模型。 m b u i d e 包括对交互开发和自动开发支持的工具。自动生成工具处理在不同 陈述模型和一个可执行的理想用户界面表示的转换。设计评论、设计顾问和 自动生成工具需要的附加知识在知识库中陈述。其一般体系结构和基于模型 的用户界面开发过程如图5 所示。 其中，陈述模型最常用的主要有任务模型( t a s km o d e l ) 、域模型( d o m a i n m o d e l ) 、用户模型( u s e rm o d e l ) 、表示模型( p r e s e n t a t i o nm o d e l ) 、对话模型 ( d i a l o gm o d e l ) 。不同的模型表达了不同层次的界面抽象。例如，任务模 型描述了用户计划使用交互系统执行的任务；域模型从整体上描述了应用程 序并包括用户界面的一些详细信息，类似于面向对象开发方法中的对象模型； 山东大学硕士学位论文 用户模型描述了要开发的交互系统的预期最终用户或最终用户集团的属性： 表示模型描述了出现在最终用户的显示上的构造，它们的布局特点，以及它 们之间的可视依赖，很多表示模型包括静态的部分和动态的部分；对话模型 用来描述人机对话。 应j i 程序 开发人员 窭互开发 建横工具 设计评论 设计顾问 再面模型 、 任务，域 j l i 户模型 表述、对话模型 抽象具体的用 户界面规范 麻朋挫序 t 码 知识库 设计知识 风格指导 指导方针 螭译器，联蝙 器 自动开发 自动生成工具 自动生成工具 自动生成工具 交付的应 用程序 图5 ：m b u i d e 的体系结构和基于模型的界面开发过程 基于模型的界面设计环境主要有u i d e t l5 1 ，a d e p t l l6 1 ，h u m a n o i d t l 7 1 3 0 1 ， i t s 18 1 1 3 5 】，m e c a n o 19 1 ，m o b i d 【2 0 1 ，m a s t e r m i n d 【5 】【2 ，t r i d e n t 2 2 1 ，f u s e l 2 3 ， g e n i u s 【2 “。这些界面设计环境可以分为两代：第一代工具使用一个全局陈 述模型作为界面模型，它们强调界面模型完全地自动生成，而不是用户界面 的设计过程，像u i d e ，m e c a n o 等；第二代工具的界面模型被分解为很多陈 述模型，支持一种渐进的界面设计方式，像m a s t e r m i n d ，m o b i d ，f u s e 等。 其中，基于模型的界面设计环境对界面模型的使用情况及在模型中所用 的标记请见表1 。 第9 页 山东大学硕士学位论文 m b u i d e s任务模型用户模型域模型对话模型表示模型 a d e p t c s p，规则1 3 3 非正式引用无无 t k s 3 2 1 l o t o s l 2 5 1 f u s eh t a 3 5 1 h t a a 1 9 e b r a i o h t ah t i s p e c i f i c a t i o n 3 6 1 h u m a n o i d无无非正式引用无有 j a n u sj d l无无无无 i t s s t y l es t y l es t y l er u l e ss t y l es t y l e r u l e s i 5 , 3 4 r u l e sr u l e sr u l e s m a s t e r m i nm d l t 3 4 1无m d l无m d l d m o b i - dm i m i c l 2 0 1m i m i cm i m i cm i m i cm i m i c t a d e u s l 3 1 ic s po m tu m l 3 7 】 p e t r i n e t s无 t e a l l a c h有状态对无p e r s i s t e n t无j a v a 1 3 8 1 1 3 9 l 象的等级o d m g s w i n g 树 o b j e c t s ，w i d g e t d is t r i b u t e ds e t c o r b ac u s t o m i d l w i d g e t s o b je c t s ， t r a n s i e n t j k v a o b j e c t s l 2 6 】 t r i d e n ta c g无e r aa c ga c g 符号