（计算机软件与理论专业论文）面向移动终端的自适应人机交互系统研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着无线技术的发展和无线通讯设备的不断普及，人们不再满足于固定的 信息访问方式，开始使用无线设备( 如p d a 、智能手机等) 进行移动电子商务贸易， 如无线电子邮件服务、手机银行服务、股票交易等。与此同时，移动电子商务 也逐渐改变了企业的业务模式，使企业的业务无处不在、无时不在。如何开发 高效的移动应用，如何解决网络访问速度和接入设备的异构性问题，这些都对 计算机科学的各个层次的研究提出了新的要求和技术挑战，而本文正是针对移 动终端和异构网络进行了深入分析和研究。本文主要分析了移动终端的各种局 限性、交互特点和交互设计原则，总结了针对终端的网络架构和系统实现方法。 本文从结构上可以分为课题研究思路的提出、移动终端的界面设计研究、 网络内容自适应系统的架构分析和应用系统的实现四个部分。主要工作包括： ( 1 ) 分析了计算模式的演变，结合当前的网络技术和通信技术的状况，提出 了移动终端人机交互研究和内容自适应应用系统研究的课题。 ( 2 ) 鉴于移动设备的便携性、位置不固定性、计算能力有限性以及无线网络 的低带宽高延迟等诸多的限制，这里运用人机交互技术，对移动界面的设计原 则、移动界面的输入输出方式等进行了研究，最后总结了界面实现技术j 2 m e 的 体系结构和配置。 ( 3 ) 内容自适应传送技术解决了不同的网络接入设备访问相同网络内容时 的不可访问性。根据自适应内容传输机制在传输路径中的实现位置，可以分为： 客户端自适应、服务器端自适应、基于代理的自适应和基于w e b 注释的自适应。 在这里对这几种实现方式的特点进行了分析。 ( 4 ) 论文研究了内容自适应系统的结构，详细分析了系统中客户环境参数采 集模块和决策引擎模块，并详细列举了内容自适应所解决的问题，同时仔细研 究了基于w e b 注释的移动客户端自适应机制。 ( 5 ) 阐述了w a p 协议，针对内容自适应问题，研究了一种基于j a v a 、w m l 和x s l t 的在不同终端间实现内容转化的解决方案，对其中的关键模块给出了详 细的介绍，并根据提出的解决方案给出了模拟实现。 ( 6 ) 最后，论文总结了本文研究的内容和取得的成果，并对其研究前景进行 了展望。 关键词：移动终端，人机交互，人机界面，内容自适应，注释 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s st e c h n o l o g i e sa n dt h ep o p u l a t i o no fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t s p e o p l ea r en ol o n g e rs a t i s f i e dw i t ht h e 石x e di n f o r m a t i o n a c c e s sm e t h o d s t h e ys t a r tt ou s ew i r e l e s se q u i p m e n t s ( s u c ha sp d a , t h ei n t e l l i g e n c e c e l l u l a rp h o n ee t c ) t of i n i s ht h e i rm o b i l ee - c o m m e r c et r a d e ，s u c ha st h ew i r e l e s s e - m a i ls e r v i c e ，t h ec e l l u l a rp h o n eb a n ks e r v i c e , t h es t o c kb a r g a i na n ds oo n 。a tt h e s a m et i m e ，m o b i l ee - c o m m e r c ea l s oc h a n g e st h eb u s i n e s sm o d eo ft h ee n t e r p r i s e g r a d u a l l y ；w ec a nu s et h es e r v i c eo ft h ee n t e r p r i s ea ta n yt i m ea n da n yp l a c e h o wt o d e v e l o pm o b i l ea p p l i c a t i o ne f f i c i e n t l y , h o wt or e s o l v et h ep r o b l e mo ft h en e t w o r k a c c e s ss p e e da n dt h eh e t e r o g e n e i t yo fa c c e s s e dd e v i c e s ，a l lt h e s ep u tf o r w a r dw i t ht h e n e wr e q u e s ta n dt e c h n i q u e sc h a l l e n g et ot h er e s e a r c ho fe a c hl a y e ro ft h ec o m p u t e r s c i e n c e s ot h et h o r o u i g ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fm o b i l et e r m i n a l sa n dd i f f e r e n t n e t w o r ka f cc a r r i e do nt h i st h e s i s t h el i m i t a t i o n so fi n t e r a c t i o nf e a t u r e sa n dh c i d e s i g np r i n c i p l eo fm o b i l et e r m i n a l sa r ea n a l y z e d ac o n c l u s i o no ft h ea r c h i t e c t u r eo f n e t w o r ka n ds y s t e mr e a l i z e dm e t h o do fm o b i l et e r m i n a l si sg i v e n t h e r ea r ef o u rm a i np a r t si nt h i st h e s i s ：p u t t i n gf o r w a r dt h et o p i cr e s e a r c hw a yo f t h i s t h e s i s ，s t u d y i n g t h e d e s i g no fm o b i l et e r m i n a li n t e r f a c e ，a n a l y z i n g t h e a r c h i t e c t u r eo fn e t w o r kc o n t e n t s e l f - a d a p t i v es y s t e m a n dt h er e a l i z a t i o no f s e l f - a d a p t i v es y s t e m t h em a i nw o r k sh a v eb e e nl i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) a n a l y z i n gt h ec h a n g eo fc o m p u t i n gp a t t e r n ，a c c o r d i n gt od e v e l o p m e n to f c u r r e n tn e t w o r kt e c h n i q u ea n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ，p r o p o s i n gt h es u b j e c to f r e s e a r c ho nh c io ft e r m i n a la n dm o b i l ed e v i c e - o r i e n t e da d a p t i v es y s t e m ( 2 ) a st h em o b i l ed e v i c e sl i m i t a t i o n ，s u c ha sp o r t a b i l i t y , n o tf i x e dp o s i t i o n , l i m i t c a l c u l a t i o na b i l i t y , l o wb a n d w i d t h ，t h ed e s i g np r i n c i p l eo fm o b i l ei n t e r f a c eb yh c i t e c h n o l o g yi ss t u d i e di nt h i st h e s i s i n p u ta n do u t p u tm e t h o d so fm o b i l ei n t e r f a c e ， r e a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fm o b i l ei n t e r f a c ea r ea l s od e s c r i b e d ( 3 ) i n t r o d u c i n gt h ed e v e l o p m e n to fc o n t e n ts e l f - a d a p t i v ed e l i v e rt e c h n o l o g y , i t s o l v e st h ep r o b l e m st h a td i f f e r e n tn e t w o r ke q u i p m e n t sc a n tv i s i tt h es a m en e t w o r k c o n t e n t s a c c o r d i n gt ot h ed e l i v e rm e c h a n i s mo fc o n t e n ts e l f - a d a p t i v es y s t e m ，i tc a n b ec l a s s i f i e di n t ot h r e e t y p e s ：c l i e n t - s i d ea d a p t a t i o n ，s e r v e r - s i d ea d a p t a t i o n 武汉理工大学硕士学位论文 p r o x y b a s e da d a p t a t i o na n da n n o t a t i o n b a s e da d a p t a t i o n ( 4 ) s t u d y i n gt h es t r u c t u r eo fc o n t e n ta d a p t i v es y s t e m ，a n a l y z i n gt h em o d u l eo f c l i e n tn e t w o r ke n v i r o n m e n tm o n i t o r i n ga n dt h em o d u l eo fd e c i s i o ne n g i n ec a r e f u l l y t h ep r o b l e m ss o l v e di nt h i ss y s t e ma r ee n u m e r a t e di nd e t a i l a tt h es a m et i m e ，t h e m o b i l ed e v i c ea d a p t a t i o ns y s t e mw h i c hb a s e do nw e ba n n o t a t i o ni ss t u d i e d ( 5 ) d e s c r i b i n gt h ew i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l ，p r o p o s i n gak i n do fs o l u t i o n b a s e do nj a v a , w m la n dx s l tf o rc o n t e n ta d a p t a t i o no fd i f f e r e n tt e r m i n a l s g i v et h e d e t a i l e di n t r o d u c t i o no ft h ep r i m a lp r o b l e m ，a n dm a k es i m u l a t i v ee x p e r i m e n tt ot e s t i t sv a l i d i t y ( 6 ) i nt h ee n d ，t h et h e s i sa g g r e g a t e st h er e s e a r c ho fc o n t e n t s ，a n dm a k e sa n o u t l o o ko ft h i st h e s i s sr e s e a r c h k e yw o r d s ： m o b i l et e r m i n a l ，h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，h u m a n c o m p u t e r i n t e r f a c e ，c o n t e n ta d a p t a t i o n ，a n n o t a t i o n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一铲卜摊名；醴慨础 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 计算贯穿着整个人类的发展历史，伴随着人类的发展，计算先后经历了如 下几种模式：手工计算、单机计算、网络计算、移动计算和普适计算。普适计 算的目标是通过使计算设备融入人们周围的物理环境来增强计算设备的功能和 影响，同时，计算设备对普通用户而言却是完全透明的。在这样的环境中，人 们希望，即使他们在频繁地移动，或者各种资源在动态地加入或离开，他们都 能够在任何地点、任何时间进入和控制信息，并且尽量减少自己所作的人为干 预，特别是对于一些移动频率较高，所从事的土作具有较强持续性的用户，希 望自己在各种环境中移动的时候，仍能够继续工作和充分利用当地的资源。普 适计算有两个主要特点：一是普遍性：交互可通过多种渠道、多种界面完成， 而不是依靠所谓单一的工作站；二是透明性：计算技术已经完全融入人们的日 常生活，以致人们根本不会注意到它的存在【1 1 。 1 1 课题研究背景 随着信息技术的飞速发展，如今除了传统的个人电脑以外的许多小型设备 都具有了访问i n t e m e t 信息资源的功能，例如掌上电脑、移动电话、w e bt v 及 智能手表等，并且这些设备在不久的将来会超越传统的台式机，成为访问i n t e r n e t 的主流设备。根据i d c 统计，到2 0 0 3 年全世界将有超过1 0 亿部移动电话，届 时使用无线上网的人数将多于使用个人电脑上网的人数。所有这些可以访问 i n t e r a c t 信息资源的设备，由于其自身硬件和软件的独有特点，可以为用户浏览 i n t e r a c t 提供各种各样的便捷方式，但是同时，它们也要求i n t e r a c t 能够很好的适 合这些客户端设备的特点。例如：对于移动电话，其可以随时随地移动的特性， 使用户不再受到地域的限制，为用户访问i n t e r n e t 资源提供了非常便捷的方式， 但是移动电话显示屏幕有限、内存小、计算能力弱等特点又要求i n t e r n e t 服务器 能够提供专门适合其应用环境的内容。事实上，在这些各式各样的设备中加入 一个合适的浏览器并不困难，它可以支持w a p ，也可以支持h t m l 和x m l 。 问题的关键是，把自己的信息内容放在i n t e m e t 上的信息发布者一般只会提供一 武汉理工大学硕士学位论文 个适合传统个人电脑的显示方案，没有谁愿意费力的为每一种设备单独制作不 同的版本，而信息内容却是完全不同的【2 】。 另外，如今各种访问设备与i n t e r n e t 的网络连接方式页是多种多样的，例如， 移动电话所使用的移动通信网络和调制解调器所使用的电话网都是低带宽的， 属于中带宽的i s d n 、i d s l 和有线电视网，而百兆以太网及光纤加入用户则拥 有很高的带宽和传输速度。在这些不同的网络连接中，传输带宽、延迟时间和 出错率的差异都非常大。i n t e m e t 信息资源的发布也需要适应客户端各种各样网 络特性的变化，这样才能用最短的传输时间、最小的延迟向用户提供质量最好 的信剧3 1 。 随着i n t e m e t 全球化的普及，i n t e m e t 用户已经深入发展到各个领域包括普通 家庭。由于用户的年龄、职业、知识、国籍、种族、爱好、习惯等不同背景的 巨大差异，使得不同的用户在访问i n t e m e t 信息资源，甚至同一内容页面时，都 可能显示出差别很大的兴趣偏好。 但是，大多数现有的i n t e r a c t 信息服务器仍然是采用固定单一的发布方式， 向所有客户提供完全相同的内容，并没有考虑客户端主观和客观环境的差异。 越来越多的用户感到传统的网络浏览方式不够友好也不够方便，尤其是那些小 型移动设备用户只能对着大量的网络信息资源“望网兴叹”。不仅是i n t e m e t 如此， 即使是做小范围信息发布的i n t r a n e t ，其内容形式的单一，对用户和环境变化的 不适应，也正在困扰着希望随时随地使用多种设备获取所需信息的企业用户【4 l 。 1 2 研究课题的提出 随着计算机技术和通信技术的发展，不仅台式计算机变得非常普及，非p c 设备也以惊人的速度成为市场的主流，如机顶盒、移动电话、p d a 、家用电器、 汽车电子和游戏机等。特别是随着家庭网络和无线网络的发展，网络变得更加 普遍。计算已经不只限于桌面，它渗透到人们生活和工作的各个环节，这形成 了无处不在的计算环境，要求我们能在任何时间、任何地点以任何方式来服务 各种网络和不同的设备。 相对于传统的设备，移动终端设备具有以下特点： 显示屏幕窄小； 设备内存容量有限； 2 武汉理工大学硕士学位论文 c p u 计算能力不足； 可用带宽太小； 网络连接不可靠： 延迟过大。 方面，移动应用的界面设计符合人机交互设计的一般规律，可以利用人 机交互界面的一般设计方法；另一方面，由于移动设备的便携性、位置的不固 定性和计算能力的有限以及无限网络的低带宽、高延迟等诸多因素的限制，移 动界面设计又具有其自身特点 s l 。因此对移动终端的人机交互进行研究具有现实 意义。 为了支持统一接入和普遍访问，有必要去发展一新的技术。内容自适应技 术被提了出来，它根据用户终端类型和网络状况的不同，实时地转换网页，使 之在用户终端正确显示。它除了使得w e b 内容能被更多的人访问外，还会带来 更多商业利益。通过采用内容自适应技术使得电子商务网站可改进服务质量使 得购物者更愿意购物，从而获得更多的利益。而且针对客户端定制信息，可以 使用户快速定位所需的信息。自适应的内容可以在用户设备上具有美观的界面 并使得用户能有更广泛的访问空间，用户将更喜欢该站点，这样增加了访问量1 6 l 。 内容自适应作为一个重要的项目，国内外的学者从不同角度对这个问题进 行了研究，也出现了大量的研究成果，本论文在以前的研究成果的基础上，提 出了改进的系统架构，运用当前最新技术实现了相关方案。 1 3 课题的研究现状 众多公司，研究机构和标准化组织己经研究在不同的客户端和网络条件下 传送内容的课题。 大多数的研究人员通过减少嵌入的图像文件的尺寸、降低图象质量的方法 来加快下载。有些也支持通过文本的压缩。来减小页面的传输时间。例如i n t e l 公司对外的q u i c k w e b 服务只能做图像的压缩。s p e c t r u mi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g i e s 的f a s t l a n e 使用了两个模块：一个是完成图象压缩的网络代理服务器；另一个 是在客户端的通用网络浏览器上加入的具有文本压缩功能的插件n t r a n s e n d 、d i g e s t o r 和m o w g j i 等研究设计到了根据不同的条件，对页面显 示格式进行改写的方法。一些公司例如p r o x y n e t ( 基于t r a n s e n d 技术) ，s p y g l a s s 3 武汉理工大学硕士学位论文 和o n l i n e a n y w h e r e 都提供了基于启发式规则和包含为特殊站点设计的用于从页 面中提取重要内容的特定内容过滤器的代理服务器，用来调整页面以适应小型 设备的屏幕【8 1 。 欧洲电讯标准协会正在研究全球移动通信系统，可以提供移动网络的自适 应内容服务，例如基于设备物理位置信息的c i t y g u i d e ，基于通过客户端网络环 境及用户最大等待时间决定是否进行内容的自适应转换的在线网络访问自适应 过滤器。另外，r e a l n e t w o r k s 的数据流软件可以根据用户网络连接的特性，传输 多媒体内容数据流。a p p l e 的q u i c k t i m e 数据流技术己经可以通过客户端与服务 器端的协商，自动选择有效的起始带宽。h a nr 等人设计了一个自适应图像传输 编码的方案，在具有时间延迟约束的情况下，可以提供最好的图像质量，或者 在规定图像质量的情况下，可以提供最小的时间延迟。 l i c s 等人提出了一个i n f o p y r a m i d 模型。j o n e sm 等人作了一些关于网络 内容针对小屏幕的版面设计的初步工作。g i l b e r tj 等人提出了一种基于用户交互 作用的图像内容传输的方法1 8 1 。 i b m 提出了他们的w e b s p h e r et r a n s c o d i n gp u b l i s h e r ，除了包括类似于 p r o x y n e t 和s p y g i 硒s 的特性外，它还增加了对x m l 的支持，并且它的自适应 转换主要是通过选择为不同环境设计的x s l 实现的。 w 3 c 和i e t f 在促进服务器代理决策内容自适应和内容传送方面已经制定 和提出了很多标准和建议。一个显著例子是s m i l ( s y n c h r o n i z e dm u l t i m e d i a i n t e g r a t i o nl a n g u a g e ) ，s m i l 是一种标记语言，使得可以同步传送多个视频流， 音频流和图像1 8 i 。 h t t p 1 1 的内容商谈能力和c c p p 提供了客户端一种机制，使得可以根据 客户端的内容请求和用户代理信息传送适合它的内容版本。在 r r l l p 1 1 内容商 谈中，用户代理可以表示 盯r p 头信息，如中文文档优先于英文文档，或j p e g 图像优先于g i f 图像。c c p p 可以标识客户端能力和用户偏好，作为u r i 和 r d f f r e s o u r c e dd e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 集合，被客户端随h t r p 请求一起送出。 u r i 指向包含详细的客户端能力的r d f 文档( d o c u m e n t ) 。r d ft e x t 提供r d f 文档没有提供的额外的详细信息参考。r d f 提供了一个途径表达w e b 文档的元 数据( m e t a d a t a ) ，c c p p 机制允许代理和服务器从客户端收集信息，并基于这些 信息做出内容适应传送的决定。如果c c p p 被广泛采用的话，对内容自适应技 术将大大促进。 4 武汉理工大学硕士学位论文 目前，在国内也有很多科研院校致力于解决内容自适应的问题。浙江大学 一直专注内容自适应的研究，提出了c d n ( c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k ) 的网络 架构，c d n 是通过在现有的i n t e m e t 中增加一层新的网络架构，将网站的内容发 布到最近的用户的网络“边缘”，使用户可以就近取得所需的内容，提高用户访问 网站的响应速度。中国科学技术大学提出了个基于用户注意力模型的通用的 图像自适应系统框架，借助数值化的注意力模型可以把理解一个信息内容对象 的问题拆分为一系列更简单、计算量更小的局部分析问题，来帮助内容自适应 的决策选择。 内容自适应是面向普适计算的自适应技术的一项重要内容，国内外的学者 也努力从不同角度解决这一问题，是当前研究的一个热点。有大量的研究成果 出现，在很多论文作者采用了x m l 这种描述性语言作为统一描述用户界面的方 式，这里也利用了x m l 来标记信息，但基于w e b 注释的自适应的研究还是不多， 因此在这里结合这种技术来对内容自适应进行了研究。 1 4 课题的研究思路及论文的组织 基于以上的分析，随着移动终端的普及和计算的演变，交互系统还有很多 亟需解决的问题，本瀑题就是为了深入研究并解决部分问题丽展开的。 本文分析了移动终端的类型和特征，总结了计算的演变模式，结合人机交 互的相关理论来深入研究了移动终端的界面设计原则，详细讨论了当前自适应 系统的各种解决方案，提出了内容自适应系统架构，重点分析了其中客户环境 参数采集和决策引擎模块，详细列举了内容自适应所解决的问题，同时研究了 基于w e b 注释的内容自适应。最后根据相关理论，运用最新开发技术实现了一 个简化的方案。 论文共有五章，整个论文内容结构安排如下： ( 1 ) 绪论 本章总结了计算的演变过程，在此大背景下分析了当前我们的需求和所面 幅的挑战，提出了本课题研究的内容。 ( 2 ) 移动终端的人机交互研究 本章分析了移动终端的类型和特征，结合人机交互的相关理论，深入分析 了移动界面的输入输出方式，界面设计的可用性原则，重点分析了界面设计的 武汉理工大学硕士学位论文 一致性，分析了界面设计的美学原则，最后阐述了界面的实现技术j 2 m e 的体系 结构，配置等。 ( 3 ) 内容白适应系统的架构 这里介绍了内容自适应的相关概念，总结了内容自适应的各种架构，对其 进行了分类并分析了各自的优缺点，详细分析了内容自适应系统结构中的客户 环境参数采集和决策引擎模块，详细分析了内容自适应的技术。最后研究了基 于w e b 注释的移动客户端自适应机制。 ( 4 ) 自适应系统的实现 简单介绍了移动通信技术，深入分析了w a p 协议栈，阐述了数据的表示， 解析与转换等相关技术；最后分析了所实现系统的各个模块，实现并进行了测 试。 ( 5 ) 总结与展望 本章对论文的研究和实践工作进行了总结和回顾，并展望了将来的工作和 发展趋势。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章移动终端的人机交互研究 近年来新技术层出不穷，互联网与移动通信的飞速发展令人瞩目。互联网 和移动通信作为迈向信息社会的两个重要标志，分别满足了人们对信息资源的 丰富性以及信息获取方式的灵活性与移动性的需求【9 】o 目前，随着手机等各种形 式的移动终端的出现，已有越来越多的习侦于移动通信方式；另一方面，互联 网的应用也已经逐渐渗透到商务、购物、娱乐、金融理财以及信息获取等日常 生活、工作的各个领域，这为人们的日常生活带来了极大的便利，甚至于从某 种程度上，改变了人们的生活方式。短短的十几年间，互联网与移动通信已经 逐渐形成了信息产业中潜力巨大，前景可观的两大领域，同时也催生了结合两 者技术优势的移动网络技术，目标在于向用户提供灵活的，不受信息源和用户 访问位置等因素限制的信息服务。 2 1 移动界面设计 移动因特网( m o b i l ei n t e r n e ! ) 以及相关的移动应用开发受到了越来越多的 关注，其中针对移动应用的界面设计问题也成为人机交互研究的一个重要应用 领域。一方面，移动应用的界面设计符合人机交互设计的一般规律，可以利用 人机交互界面的一般设计方法；另一方面，由于移动设备的便携性、位置的不 固定性、计算能力的有限性以及无限网络的低带宽、高延迟等诸多因素的限制， 移动界面设计又具有其自身特点【l o l 。 2 1 1 移动终端的类型 无线用户对通过无线终端获取更多数据服务的需求正在大幅度增加，根据 l d c 2 咖的数据，移动电话的用户将从1 9 9 9 年的4 亿增加到2 0 0 4 年的1 4 亿左 右。与此同时，通过移动设备访问i n t e m e t 的用户将从1 9 9 9 年的5 0 0 万发展到 2 0 0 4 年的5 6 亿左右。i n t e m e t 在教育、通信和娱乐等方面的丰富内容将对移动 用户的工作、生活和通信产生重大影响，将使i n t e m e t 无处不在。另外，技术的 进步( 特别是带宽无线网络的发展) 也推动着新一代能够访问i n t e m e t 的无线设 7 武汉理工大学硕士学位论文 备的发展，如p d a ，智能电话，电子书籍，i n t e m e t 设备等i l “。因此，商业公司 和消费者都在期待着一种新的、功能强大的手持设备，在广域的范围内实现对 计算、通信和娱乐应用的无线网络访问。这种手持设备属于普及计算模式下的 移动终端范畴，事实上，除这种手持设备以外，移动终端还包括实现了网络连 接的家用电器、汽车等日常用品，以实现计算的普及性。 移动终端的种类繁多，主要功能也不尽相同，外在形式更是千差万别，但 大都要考虑从硬件到软件、心理学等方面的综合内容。移动终端涉及的主要技 术包括：低功耗高集成度芯片设计技术，嵌入式操作系统，网络技术，自适应 技术，中间件，适时技术，人机接口，电源管理，移动代理，数据管理，设计 方法和安全性等范围广大的研究内容。 目前，移动终端根据功能可以分为两大类： 一类是以信息存储和浏览为主的移动终端，主要包括p d a 、电子书籍( e - - b o o k ) 、超市的p o s 终端等1 “。 p d a 是这类终端的典型代表。1 9 9 2 年美国a p p l e 公司的斯考利等人首次提 出p d a ( p e r s o n a ld i g i t a l a s s i s t a n t ，个人数字助理) 的概念，并作了明确的定义： 一种轻巧的掌上型计算机；个人信息管理是基本功能之一；主要靠手写以及其 他定点设备输入，有的具有键盘；具有有线或无线通信功能；一般使用闪存存 储信息。p d a 的基本功能就是使用较多的个人信息管理功能，包括存储名片资 料、工作任务表、备忘录、闹钟、计算、英汉字典等功能模块，它是每部p d a 都必须具备的。随着p d a 的发展，在基本功能上又衍生和拓展出其它的增强功 能，如电子邮件、字处理、表格处理、播放音乐、图片浏览、视频播放与输出、 浏览网页、g p s 等。p d a 可分为低端和高端两个大类。低端的p d a 产品即使所 谓的电子记事本、电子辞典，国内流行品牌有快译通、文曲星、商务通、名人 等。高端的p d a 主要是掌上电脑和手持电脑，两个的主要区别是尺寸、显示屏 和数据输入方式。相对于手持电脑，掌上电脑更小更轻，完全依赖于触摸屏技 术进行输入。目前掌上型电脑主要有基于w i n d o w s c e 系统的h p j o m a d a 系列， c a s i o 的e 一1 2 5 、e m 5 0 0 ，联想的天玑3 0 0 0 、天玑5 0 0 0 ，此外还有基于p a l mo s 操作系统的p a l m 系列、s o n yc l i e 系列和v i s o r 、t r g p r o 等。手持电脑也称为亚 笔记本，大多有“横”的l c d 显示屏，有小型键盘，同时也具备触摸输入。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1 终端类型 另一类以网络通讯为主的移动终端，包括数字移动电话( 手机) 网络电话、 寻呼机、g p s 终端、雷达扫描终端、车载( 信息通讯) 系统等【1 2 1 。 近来p d a 与无线通讯相结合，形成所谓的智能手机( s m a r tp h o n e ) 。智能 手机是手机和p d a 结合的产品，其特点在于p d a 产品利用无线通讯功能，将 电子邮件、视频会议、网络浏览、传真等以前需要借助于有线方案解决的问题 无线化，同时增强了手机中应用模块的功能。借助智能手机，人们能更方便地 办公、娱乐与沟通【1 3 】。智能手机代表了计算机技术和无线技术日益融合的发展 趋势，手机、p d a 、电脑三者之间的区别变得益发模糊起来。 2 1 2 移动界面的输入输出方式 ( 1 ) 键盘输入 键盘输入是传统计算机获取文本信息的最主要形式。手机等移动设备同样 离不开键盘吼但是由于尺寸的限制，除了少量的智能手机和p d a 提供了折叠 9 武汉理工大学硕士学位论文 式的精简尺寸的q w e r t y 键盘以外，大多数移动设备的键盘在形式上与传统的 全尺寸q w e r t y 键盘有很大区别，而与传统的电话键盘较为相似。一种典型的 手机键盘布局如图所示： 图2 - 2 典型的手机键盘布局 ( 笔输入 随着笔输入技术的日益成熟，目前笔输入技术在包括平板电脑、智能手机、 掌上电脑等多种移动设备中得到了广泛应用。 ( 3 ) 语音识别 语音是人们在日常生活中进行交流最主要的手段，因此对于语音技术成为 新一代多通道人机界面中的最重要技术之一的期望也就很容易理解了。语音识 别技术的研究工作开始于2 0 世纪5 0 年代，目前该技术已开始走出实验室，进 入到社会生活的各个领域。当前这个领域最具代表性的产品是m m 公司的 v i a v o i c e 和d r a g o n 公司的n a t u r a l l ys p e a k i n g 1 4 】。 ( 4 ) 显示技术 移动设备要满足用户需求，显示屏一直是一个关键的因素。各种移动应用 的成功与否往往也取决于是否能够有合适的显示技术相适应。例如图像浏览、 视频播放以及交互游戏等应用，如果没有一定分辨率的显示屏支持，往往会成 为空中楼阁，不可能真正得到有效的推广和发展。 目前许多移动设备还是采用s t n 液晶屏，由于s t n 显示屏利用简单的无源 矩阵寻址方案，具有性能可靠、成本低、功耗也低的特点。预计未来几年内c s t n 及呵将是移动终端的主流显示技术。t f d 技术由精工和爱普生公司开发，专 门用在手机屏幕上。t f d 比s t n 亮度和色彩饱和度好，比耵丌省电，是一种介 于两者之问的产品i ”】。 除了液晶显示技术以外，工业界也在尝试开发一些新的显示技术，其中具 有代表性的有发光二极管和硅基液晶。 ( 5 ) 声音输出 和早期的个人电脑仅能发出单调的声音类似，手机和p d a 等掌上设备的声 音输出功能一般较弱。近年来，逐渐通过引入声音合成技术，使得其可以播放 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 较为动听的m i d i 电子音乐。效果优劣主要可以从复音数目、合成技术以及扬声 器效果等角度进行评价。移动设备的音乐合成技术主要包括两种：调频合成和 波表合成，其中后者的效果要好很多。不过波表合成技术是将真实乐器的音色 采样用于合成，因此波表容量越大，效果就越好。复音就是俗称的“和炫”，指的 是音乐合成系统能够同时发出的声音的数目，而并非音乐理论中的和炫。 2 1 3 移动界面设计的可用性原则 ( 1 ) 了解用户 在任何一个设计中，分析明确目标用户群是一个非常关键的环节。不同的用 户群对界面的需求不尽相同，这往往对用户界面的设计起着至关重要的作用。 移动产品用户界面设计中的一个要点是不要认为移动应用的用户同时也熟悉桌 面计算机的操作，手机用户的数量远远大于计算机的用户，很大一批手机用户 并不使用计算机，而且移动性很强，很可能是在旅途中使用移动应用。他们往 往希望移动应用能够按照自己所熟悉的操作方式来工作，因此移动界面的设计 应当尽可能简单、直观。 ( 2 ) 了解目标平台 移动设备的复杂性使得了解目标应用平台的相关细节显得尤为重要。重要的 软硬件厂商往往会提供详细的规范文档，从中可以获得必要的目标平台信息， 然后根据这些信息开发个性化的版本，通过充分利用每种设备的优势特性提高 移动应用的可用性。 ( 3 ) 易于检索 避免设计过深的多级菜单，缩减不必要的功能，以满足用户的目标需要为准， 尽量减少用户进行信息访问时所要采取的步骤，同时尽可能创建多种信息访问 途径。 ( 4 ) 界面设计一致性 一致性的人机界面可使用户将已有的知识和经验传递到新的任务中，更快学 习和使用系统，将更多的注意力集中到判断、分析、检索、归类等具体的交互 任务上。一致性主要表现在颜色、快捷键、操作模式和控件使用的一致性四个 方面【1 6 】。 a 颜色使用的一致性 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 颜色本身就是一种辅助的信息形式，它可以引起用户注意并产生关联。为了 避免造成用户视觉认识困难，信息系统人机界面应使用有限的颜色，在颜色的 选择上必须符合交互需要和适应用户的心理认知规律，颜色的搭配上应尽量美 观、协调并使用户容易集中注意力。 b 快捷键使用一致性 快捷键是用键盘上的按键或按键组合来代替对菜单命令的选择。故应对信息 系统各功能模块快捷键使用方案统一设计和分配，且注意以下几个问题：快捷 键应只使用于重要和常用的功能；快捷键的设定应符合软件开发的习惯，避免将 一个快捷按键或组合分配给多个操作。 c 操作模式的一致性 操作模式的一致性有助于用户熟悉界面又可简单的预测系统所处的状态，允 许系统用户将注意力集中在具体交互上，而不需要花费时间和精力来分辨并适 应系统各个功能模块在操作模式上的差异。操作模式的一致性表现为数据输入 和对象操作的一致性。数据输入一致性要求数据输入应有一定的模式和原则。 对象操作一致性要求对于系统模块中同一类的具体对象群体尽量有相同或相似 的属性和操作模式。 d 控件使用的一致性 控件是组成界面的基本要素，对控件的组合、布局、排列和大小需详细规定。 首先，应根据系统交互任务的需要合理确定控件组合，以及系统人机界面的控 件集。其次，控件问的排列和布局应该符合用户的操作习惯和交互需要：控件 与控件间、控件与窗体间应有一定间距，防止隐藏和重叠控件；控件在界面上 的排列和显示应有一定的层次性和逻辑性；要注意控件布局和排列的一致性。 ( 5 ) 避免不必要的文本输入 因为移动设备特别是手机等掌上设备的文本输入较为繁琐，所以尽量帮助用 户避免不必要的文本信息输入，而采用选择列表或模糊查询，即输入一部分查 询关键词就可以检索目标或包含目标的列表供用户选择，这样可以减少用户输 入文本的麻烦。 ( 6 ) 根据用户的要求使服务个性化 允许应用保存用户信息以便记录用户的个性化信息。 ( 7 ) 最大限度地避免用户出错 预测用户可能出现的错误，尽可能提供相应的机制来避免。例如，如果用户 武汉理工大学硕士学位论文 要输入日期，可以采用格式化输入的方法，检查用户输入是否全部是数字，而 代表日期、月份以及年份的数字的取值范围是否在合理的范围内。 ( 8 ) 进行用户测试 检验用户界面功能的惟一可靠的方法是对实际的最终用户进行测试。从根本 上说，如果没有对用户界面进行测试、修改和再测试，将使开发者面临极大的 风险，而且最终产品极可能存在严重的甚至致命的缺陷。 2 1 4 移动界面设计的美学原则 在界面的美学设计方面，应考虑以下几个设计原则： ( 1 ) 界面效果的整体性、一致性 移动产品运行于一定操作系统的软件环境，界面的设计应该是基于这个应 用平台的整体风格，这样有利于产品外观的整合。 a 界面的色彩及风格与系统界面统一 软件界面的总体色彩应该接近系统界面的总体色调。手机的外观和系统界 面已经是由手机制造商根据用户审美习惯定制的，要给这款手机做软件就应该 有效地利用制造商基于此款手机的审美特征，以使喜爱此款手机的用户将对系 统界面的肯定和喜爱有效地转移到移动应用的产品上来。 b 操作流程的系统化 移动产品用户的操作习惯是基于系统的，界面设计在操作流程的安排上， 也得遵循系统的规范性，让用户达到可以使用手机就会使用其中的应用软件， 简化用户操作流程。 ( 2 ) 界面效果的个性化 在追求整体性和一致性的同时，也应重视软件界面的个性化。整体性和一 致性是基于系统视觉效果的和谐统一而考虑，个性化是基于软件本身的特征和 用途而考虑。因此这一点也不容忽视。 a 特有的界面构架 软件的实用性是软件应用的根本，在设计中应该结合软件的应用范畴，合 理安排版式，以求达到美观适用的目的，不一定能与系统达到一致的标准，应 该具有它所具有的行业标准。界面构架的功能操作区、内容显示区、导航控制 区都应该统一规范，不同功能模块的相同操作区域的元素风格应该一致。 武汉理工大学硕士学位论文 b 专用的界面图标 软件的图标按钮是基于自身应用的命令集，每一个图形内容映射的是一个 目标动作，因此