（计算机应用技术专业论文）手持移动设备三维用户界面绩效预测模型研究.pdf

彤勺 l ；o 一 j k p e r f o r m a n c ep r e d i c t i v em o d e lr e s e a r c ho f3 du s e ri n t e r f a c e o nh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e s d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fe n g i n e e r i n g b y x u r o n g l o n g ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o n ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i uz h e n g ji e m a y 2 0 11 t u 了 哪一 l v 1 l 一 i _ 甲一 之 k 吣 l 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文：壬挂整麴逡备三丝旦庄昼亘绫夔亟塑9 槿型硒塞：一除 论文中已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已 经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：越垄 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、 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到有用的数据，使数据分析更便捷，提出了手持移动设备用户界面评估流程，以 此为基础设计手持移动设备三维菜单用户操作绩效测试实验，检验手持移动设备 三维菜单操作时间预测模型和操作错误率预测模型是否有效。 电 t ，r ， 喀 9 盘 中文摘要 摘要 菜单是手持移动设备界面的重要交互部件，手持移动设备功能增加带来的菜 单规模增大与手持移动设备小屏幕形成日益突出的矛盾。三维界面技术可以提高 界面信息容量，因此，在手持移动设备上引入三维菜单概念是一个值得研究的课 题。相应地，需要解决手持移动设备三维菜单用户操作绩效的评估问题。评估用 户操作绩效主要有两种方法：一种方法是实验测试法，另一种方法是模型预测法。 与实验测试法相比，模型预测法的主要优点在于能够使研究和设计人员快速和以 较低成本对用户界面进行评估。因此，作者试图提出一种预测评估模型，对手持 移动设备三维菜单的用户操作绩效进行预测。操作时间和操作错误率是用户操作 绩效的重要组成部分，因此作者主要针对用户的操作时间和操作错误率提出相应 的预测评估模型。 作者首先基于人类信息处理模型提出了手持移动设备菜单信息处理模型，其 目的是为建立预测评估模型提供必要的支持。人类信息处理模型是基于认知心理 学建立的一种模型，主要描述了人脑处理信息的过程，将人对信息的处理分成按 时间排列的几个处理阶段：感觉记忆、感知、决策和反应选择及反应执行。作者 提出了影响菜单操作绩效的几个影响因素：菜单的维度、任务的复杂度和用户的 知识结构，通过分析这几个因素对信息处理模型各个阶段的影响，对信息处理模 型进行了改进，使其可以描述用户对手持移动设备菜单的信息处理过程。 在给出的手持移动设备菜单信息处理模型的基础上，基于f i t t s 定律和 h i c k h y m a n 定律，结合三维用户界面的特性，提出了预测评估手持移动设备三维 菜单操作时间的模型。该模型针对评估三维菜单操作时间的需要，对f i t t s 定律进 行了改进，使其更适合于评估手持移动设备三维菜单的操作时间；f i t t s 定律通常 用于预测点击目标所需要的移动时间，而没有考虑查找目标所需要的搜索时间， 该问题可以用h i c k h y m a n 定律来解决，因此作者将其引入到模型中；此外，为了 q 如 一。 1 各 。j ： 中文摘要 使模型能够对不同类型用户( 如新手用户、熟练用户等) 的操作绩效进行预测，作 者还在模型中加入了用户熟练程度这一因素。 接着，作者基于f i t t s 定律和速度准确度权衡( s p e e d a c c u r a c yt r a d e o f f ) 原则提出 了预测评估手持移动设备三维菜单用户操作错误率的模型。从f i t t s 定律的研究中， 我们知道，f i t t s 定律本身不是一个预测用户操作错误率的模型，但其隐含有预测 错误率的能力。因此，作者对f i t t s 定律进行变换，结合速度一准确度权衡原则，使 其能够发挥出预测操作错误率的能力。作者首先基于f i t t s 定律提出了预测用户在 一维界面中的点击错误率的模型，并将其扩展n - 维界面和三维界面中，从而得 到预测手持移动设备三维菜单操作错误率的模型。 最后，为了给手持移动设备的研究和设计人员的评估活动提供指导，帮助他 们得到有用的数据，使数据分析更便捷，作者提出了手持移动设备用户界面评估 流程。以此为基础，作者进行了手持移动设备三维菜单用户绩效测试实验，用以 检验前面提出的手持移动设备三维菜单操作时间预测模型和手持移动设备三维菜 单操作错误率预测模型是否有效。实验在标准的可用性实验室中进行，共招募了 2 0 名被试，实验采用被试内测试方法。采用回归分析和相关分析对实验数据进行 分析，结果表明两种预测模型与相应的实验数据的相关性均较高，因此可以说两 种模型都是有效的。 两种预测模型可以帮助用户界面研究和设计人员快速对不同的界面设计方案 进行预测评估并作出选择，缩短评估周期，同时预测模型可以降低评估过程成本， 为用户界面研究和设计人员提供了一种快速有效的研究方法。 关键词：手持移动设备；三维菜单；绩效评估模型；人机交互 p _ _ t 英文摘要 a b s t r a c t m e n u sa r ek e yi n t e r a c t i o nc o m p o n e n t sf o ri n t e r f a c e so fh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e s a st h en u m b e ro ff u n c t i o n so fh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e sk e e p si n c r e a s i n g ，t h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h eg r o w i n gm e n us c a l ea n dt h el i m i t e ds c r e e ns i z ei sg e t t i n g m o r ea n dm o r es e v e r e a s3 d ( t h r e e - d i m e n s i o n a l ) i n t e r f a c et e c h n o l o g yc a i le x t e n d i n t e r f a c ei n f o r m a t i o nc a p a c i t y , a d o p t i n g3 dm e n uf o rh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e i n t e r a c t i o ni sw o r t h r e s e a r c h i n g t o t h i s e n d , e f f e c t i v em e a n s f o r e v a l u a t i n g c o r r e s p o n d i n g u s e rp e r f o r m a n c en e e dt ob ef o u n d t h e r ea r et w od i f f e r e n ta p p r o a c h e st o b eu s e dt oe v a l u a t eu s e rp e r f o r m a n c e ：o n ea p p r o a c hi st h el a b o r a t o r y - b a s e du s a b i l i t y t e s t i n g , t h eo t h e ro n ei st h em o d e l - b a s e dp r e d i c t i o nm e t h o d s c o m p a r e d 、析吐lt h e l a b o r a t o r y - b a s e du s a b i l i t yt e s t i n g ，t h ea d v a n t a g eo ft h em o d e l - b a s e dp r e d i c t i o nm e t h o d s i st h a tr e s e a r c h e r sc a l le v a l u a t eu s e ri n t e r f a c e sf a s t e ra n dl o w e rc o s t b yu s i n gi t t h e r e f o r e ，w ea t t e m p tt oa d o p tt h em o d e l - b a s e dp r e d i c t i o nm e t h o d st oe v a l u a t e3 d m e n up e r f o r m a n c eo nh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e s o p e r a t i o nt i m ea n do p e r a t i o ne r r o rr a t e a r ei m p o r t a n tp a r to fu s e rp e r f o r m a n c e s ow ep r o p o s e dt w op r e d i c t i o nm o d e l s ：o n e m o d e lf o ro p e r a t i o nt i m e ，a n dt h eo t h e rm o d e lf o ro p e r a t i o ne r r o rr a t e f i r s t l y , w ep r o p o s e d am o d i f i e di n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gm o d e lf o rh a n d h e l d m o b i l ed e v i c em e n uo p e r a t i o n 1 1 1 ep u r p o s ei st op r o v i d es u p p o r tf o rt h er e s e a r c h b e h i n d i n f o r m a t i o n - p r o c e s s i n g m o d e li se v o l v e df r o m c o g n i t i v ep s y c h o l o g y i t d e s c r i b e dt h ep r o c e s so fh u m a nb r a i np r o c e s s i n gi n f o r m a t i o n 1 1 1 ep r o c e s si sd i v i d e d i n t os e v e r a ls t a g e sc h r o n o l o g i c a lo r d e r ：s e n s o r ym e m o r y ，p e r c e p t i o n ，d e c i d ea n ds e l e c t r e s p o n s e , r e s p o n s ec o n t r 0 1 w ep u tf o r w a r dt h r e e f a c t o r sw h i c ha f f e c tm e n u p e r f o r m a n c e ：m e n ud i m e n s i o n ，t a s kc o m p l e x i t y ，a n du s e rk n o w l e d g es t r u c t u r e b y a n a l y z i n gt h e s ef a c t o r si n f l u e n c eo na l ls t a g e so fi n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gm o d e l ，w e m o d i f i e dt h em o d e ls ot h a ti tc a nd e s c r i b et h ei n f o r m a t i o np r o c e s s i n go fh a n d h e l d m o b i l ed e v i c em e n uo p e r a t i o n o nt h eb a s i so ft h ei n f o r m a t i o n - p r o c e s s i n gm o d e lf o rh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e m e n uo p e r a t i o n ，w ep r o p o s e dap r e d i c t i o nm o d e lf o ro p e r a t i o nt i m eo f3 dm e n uo n h a n d h e l dm o b i l ed e v i c e sb a s e do nf i t t sl a wa n dh i c k h y m a nl a w f o rt h en e e d so fp r e 一 奄0 参 英文摘要 d i c t t i n go p e r a t i o nt i m eo f3 dm e n bo nh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e s ，w em o d i f i e dt h ef i t t s l a wa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f3 du s e ri n t e r f a c es ot h a ti tc a l lb e t t e rp r e d i c tt h e t i m e f i t t sl a wd e s c r i b e st h em o v e m e n tt i m et a k e nt oa c q u i r eav i s u a lt a r g e t ，a n dt h u s i g n o r e st h et i m et a k e nt of i n di t t i l i sp r o b l e mc a nb er e s o l v e dt h r o u g hh i c k - h y m a n l a w s ow et a k ei ti n t oa c c o u n ti no u rm o d e l b e s i d e s ，i no r d e rt op r e d i c tt h eo p e r a t i o nt i m e o fd i f f e r e n tt y p e so fu s e r s ( s u c ha se x p e r tu s e r s ，n o v i c eu s e r s ) ，w et a k et h eu s e r s e x p e r t i s el e v e li n t oa c c o u n ti no l , l rm o d e l t h e nw ep r o p o s e dap r e d i c t i o nm o d e lf o re r r o rr a t eo f3 dm e n uo nh a n d h e l d m o b i l ed e v i c e sb a s e do nf i r sl a wa n ds p e e d - a c c u r a c yt r a d e o f f f r o mt h er e l a t e dw o r k o ff i r sl a w ，w ek n o wt h a tf i r sl a wi t s e l fi sn o tap r e d i c t i o nm o d e lf o ru s e r s o p e r a t i o n e r r o rr a t e b u ti tm a t h e m a t i c a l l yi m p l i e sap r e d i c t i v ee r r o rr a t em o d e l t h e r e f o r e ，w e m o d i f i e dt h ef i r sl a wa c c o r d i n gt ot h es p e e d - a c c u r a c yt r a d e o f fs ot h a ti tc a np l a yt h e a b i l i t yt op r e d i c te r r o rr a t e w ep r o p o s e dt h ep r e d i c t i v ee r r o rr a t em o d e lf o r1d u s e r i n t e r f a c e sf i r s t l y t h e nw eu s e dt h es a m em e t h o d st op r o p o s et h ep r e d i c t i v ee r r o rr a t e m o d e lf o r2 du s e ri n t e r f a c e sa n d3 du s e ri n t e r f a c e s s ow eg o tt h ep r e d i c t i v ec i t e rr a t e m o d e lf o r3 dm e n uo nh a n d h e l dm o b i l ed e v i c e s l a s t l y , w ed e s i g n e de x p e r i m e n t st ot e s tw h e t h e rt h et w om o d e l sa b o v ew e r ev a l i d t h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r d e do u ti nt h es t a n d a r du s a b i l i t yl a b o r a t o r y 2 0u s g r s ( 10m a l e a n d10f e m a l e ) w e r er e c r u i t e dt op a r t i c i p a t ei nt h ee x p e r i m e n t sa n dw i t h i n - p a r t i c i p a n t t e s t i n gw a su s e d r e g r e s s i o na n a l y s i so ft h eo b s e r v e dd a t at h r o u g he x p e r i m e n ta n dt h e p r e d i c t e dd a t at h r o u g ht h em o d e l sy i e l d sah i g hc o r r e l a t i o n t h et w op r e d i c t i v em o d e l sc a nh e l pr e s e a r c h e r se v a l u a t eu s e ri n t e r f a c e sq u i c k l y , t h u ss h o r t e nt h ee v a l u a t i o np e r i o d a tt h es a m et i m e ，t h et w op r e d i c t i v em o d e l sc a n r e d u c et h ec o s to ft h ee v a l u a t i o n t h e yp r o v i d ear a p i da n de f f e c t i v em e t h o df o r r e s e a r c h e r so fu s e ri n t e r f a c e k e yw o r d s ：h a n d h e l dm o b i l ed e v i c e ；3 dm e n u ；p e r f o r m a n c ep r e d i c t i v em o d e 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 c i ) 艮 修 ?。， 已 i 目录 目录 第l 章绪论_ 一l 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外相关研究2 1 2 1 手持移动设备三维用户界面研究2 1 2 2 信息处理模型。5 1 2 3 菜单预测模型7 1 2 4 错误率预测模型9 1 3 论文的主要研究内容1 1 1 4 论文的内容安排。1 3 第2 章手持移动设备菜单信息处理模型1 5 2 1 认知心理学相关原理1 5 2 2 信息处理模型- 1 7 2 2 1 人机交互系统中信息的重要性1 7 2 2 2 人的记忆系统17 2 2 3 信息处理模型1 9 2 3 影响菜单操作绩效的主要因素2 5 2 3 1 菜单的维度：宽度和深度2 5 2 3 2 任务的复杂度2 6 2 3 3 用户的知识结构2 6 2 4 手持移动设备菜单信息处理模型。2 7 2 5 本章小结3 0 第3 章手持移动设备三维菜单操作时间预测模型3 1 3 1 信息论( i n f o r m a t i o nt h e o r y ) 3 1 3 1 1 通信系统3 1 3 1 2 量化信息( 信息熵) 3 3 3 2 手持移动设备菜单绩效预测模型3 4 3 2 1 手持移动设备用户界面的特性3 4 3 2 2 手持移动设备菜单操作时间预测模型3 5 3 3f i t t s 定律和h i c k h y m a n 定律3 7 3 1 1f i t t s 定律3 7 目录 3 1 2h i c k - h y m a n 定律4 3 3 1 3f i t t s 定律与h i c k - h y m a n 定律在菜单操作绩效建模中的应用研究4 5 3 4 手持移动设备三维菜单操作时间预测模型。4 6 3 5 本章小结4 8 第4 章手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型4 9 4 1 速度准确度权衡原则4 9 4 1 1 速度准确度权衡原则与信息论的关系5 0 4 1 2 速度准确度权衡原则研究的主要方法5 1 4 1 3 有效目标宽度概念5 2 4 2 手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型5 6 4 3 本章小结“5 9 第5 章实验系统及模型验证6 1 5 1 手持移动设备评估流程6 1 5 1 1 手持移动设备用户界面评估和可用性指标6 2 5 1 2 手持移动设备用户界面系统化评估方法6 4 5 2 手持移动设备三维菜单操作时间预测模型验证实验。7 4 5 2 1 实验研究7 4 5 2 2 数据分析7 8 5 3 手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型验证实验一8 4 5 3 1 实验设计8 4 5 3 2 数据分析8 6 5 3 3 检验手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型的有效性8 8 5 4 本章小结8 9 第6 章总结与未来的工作9 0 6 1 总结9 0 6 2 未来的工作9 1 参考文献9 2 附录a 实验过程脚本1 0 1 附录b 系统可用性量表1 1 2 攻读学位期间发表学术论文情况11 3 致谢11 4 也 手持移动设备三维用户界面绩效预测模型研究 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 截至2 0 1 0 年年底，全球手机用户数量已达5 2 8 亿，其中中国手机用户数量 接近7 4 亿【1 】【2 】，以手机为代表的手持移动设备逐渐成为人们生产、生活中最普遍 和最重要的信息产品之一。 与台式机相比，手持移动设备主要具有以下特点： ( 1 ) 屏幕小，难以显示较多的信剧3 】【4 】。手持移动设备屏幕尺寸比较小，而且显 示分辨率相对比较低，因此手持移动设备的用户界面能够显示的信息非常有限； 而且由于手持移动设备的尺寸比较小，人机交- i f ( h u m a nc o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，h c i ) 范式由传统的w i m p ( w i n d o w s ，i c o n , m e n u , p o i n t e r ) 转变为按键、手写笔、触摸屏 等，因为用户通常对w i m p 范式比较熟悉，所以交互范式的改变可能给用户带来 不便； ( 2 ) 界面设计标准不统一【5 1 。手持移动设备用户界面的设计没有统一的标准， 不同的制造商使用不同的标准。例如，有的手持移动设备开关机键在键盘的右侧， 而有些手持移动设备的开关机键在左侧；有的手持移动设备标注菜单系统中回退 操作为“撤销，而有的手持移动设备则标注为“返回”；有的手持移动设备使 用双向方向按键，而有的手持移动设备则使用四向方向按键；有的手持移动设备 上有“菜单 按键，而有的手持移动设备则没有； ( 3 ) 软硬件限制【6 】。处理器、电源以及操作系统等软硬件的性能都受到一定的 限制。 手持移动设备的上述特点在一定程度上影响了用户的使用体验，界面设计标 准和软硬件限制可以通过各厂商的协调与技术更新进行改进，但屏幕小的特点很 难从根本上得到改善。 手持移动设备的大部分功能都是通过操作菜单来完成的 7 】【8 1 。目前，人们使用 手持移动设备已不仅仅局限于打电话、发短信，还包括很多其它的功能，例如语 音邮件、游戏软件、网页浏览软件、影音娱乐软件、蓝牙功能、拍照功能、来电 第l 章绪论 管理功能等，这使手持移动设备上的功能项不断增多。手持移动设备功能增加带 来的菜单规模增大与手持移动设备小屏幕之间形成日益突出的矛盾。三维界面技 术可以提高界面信息容量【8 1 ，因此，在手持移动设备上引入三维菜单概念是一个值 得研究的课题。相应地，需要解决手持移动设备三维菜单用户操作绩效的评估问 题。因此，本课题以手持移动设备的三维菜单为研究对象，研究其用户操作绩效 的评估问题。 评估用户操作绩效主要有两种方法：一类是实验测试法，另一类方法是模型 预测法 9 】 1 0 1 。与实验测试法相比，模型预测法的主要优点在于能够使研究和设计人 员快速和以较低成本对用户界面进行评估，为我们考虑和解决评估问题提供一种 便利的方法和思路。因此，我们尝试采用模型预测法来评估手持移动设备三维菜 单的用户操作绩效。 操作时间和操作错误率是用户操作绩效的重要组成部分 1 1 】，所以本课题主要 针对手持移动设备三维菜单用户的操作时间和操作错误率提出相应的预测评估模 型。预测模型可以帮助用户界面研究人员快速对界面做出预测评估，缩短评估周 期，同时预测模型可以降低评估过程成本，为用户界面研究人员提供了一种快速 有效的研究方法。 1 2 国内外相关研究 1 2 1 手持移动设备三维用户界面研究 我们知道，与桌面环境相比，用户在手持移动设备上执行交互任务会受到很 多限制，这是由手持移动设备固有的特点造成的。但随着手持移动设备硬件技术 和软件技术的不断发展，手持移动设备的处理能力也不断提高，与此同时，研究 人员开始尝试用各种新技术为手持移动设备提供有效的交互方式，包括手势交互 ? 一 2 0 0 6 年h a c h e t 等【1 9 】针对移动三维地图导航提出了一种新的导航技术一一 “z g o t o ，并应用该技术开发了一个系统原型进行用户测试，试验结果表明， 与标准的“g ot o 技术相比， “z g o t o 技术能加快用户在三维地图上的移动速 度，而且用户对于这种新技术的满意度较高：2 0 0 2 年，v a i n i o 等【2 0 】进行了一项研 究，设计了一个在移动终端上运行的城市三维导航信息系统，该系统集成了城市 三维模型、二维地图和数据库等。并对其进行了现场用户测试，得出的主要结论 为：城市三维模型( 可以定位到一个更准确的位置) 与二维地图( 在系统中相当于 f i s h e y ev i e w 技术) 相结合的方法可以给用户提供更有效的导航；b e s s a 掣2 1 】【捌进行 的研究，得出的主要结论为：用户使用移动三维地图进行导航时，不需要获得地 图中目标的详细信息，只需要了解目标的几个主要的特征就可以了，因此三维地 图不需要使用高保真原型，这样可以节省手持移动设备有效的带宽资源，为用户 提供快速的导航反馈；芬兰赫尔辛基大学的n u r m i n e n 2 3 】【冽【2 5 】针对移动三维地图导 航进行了一系列的研究，主要的研究结果为：移动三维地图导航比二维地图更直 观，因为用户在三维地图中可以直接找到真实世界中的目标，而在二维地图中， 用户需要理解地图上的符号，然后对应到相应的目标上，即三维地图缩短了用户 的认知过程。 随着手持移动设备存储能力和计算能力的不断提高，使得手持移动设备上能 够运行的游戏越来越多，同时，手持移动设备用户游戏体验要求越来越高，从而 促使手持移动设备上的游戏由二维交互方式向三维交互方式方向发展。目前，针 对移动三维游戏的研究较多，但其中大部分都是关于采用某种新技术或新方法提 高游戏的用户体验。如2 0 0 6 年y u 等【2 6 】在三维游戏开发过程中应用“虚拟代理 ( v i r t u a la g e n t ) 技术，研究开发过程中遇到的问题及相应的解决方法；2 0 0 8 年 b a k o p o u l o s 2 7 】在j 2 m e 平台上开发三维游戏时，应用了“智能移动代理( a u t o n o m o u s m o v i n ga g e n t s ) ”技术；2 0 0 8 年c h e h i m i 等 2 8 】应用用户操作手持移动设备的动作( 向 上、向下、向左、向右等) 来控制手持移动设备三维游戏( 因为手持移动设备自身的 限制，才使用该交互方式) ，试验结果表明：这种操作方式可以增加游戏的娱乐体 验，而且对于用户来说，这种操作方式更直观；2 0 0 8 年g i l b e r t s o n 等【2 9 】使用类似 第1 章绪论 的技术通过“倾斜( t i l t ) ”手机操作游戏，并用该技术设计了一款三维驾驶类 游戏，试验结果表明：与传统的键盘操作方式相比，该操作方式可以增加游戏的 娱乐体验，对游戏者更具吸引力；2 0 0 8 年c h e n 掣3 0 】针对手持移动设备上三维射 击类游戏的交互模式进行研究，并开发出一套基于手势识别的交互模式( 如跳、射 击、前进、后退等) 代替现有的游戏操作功能，并采用原型系统对其进行测试，结 果表明：用户使用该交互模式进行操作，操作绩效更高、用户体验更好，而且这 种交互方式易于学习。 而在以三维交互方式展示文本信息方面的研究很少。2 0 0 4 年，新加坡国立大 学的s 砸出等【3 l 】利用三维增强现实技术开发了儿童使用手持移动设备阅读卡通书 的系统，实验表明，该系统能够增强儿童对于卡通书内容的理解和感知；2 0 0 3 年， z i m m e r m a n 等【3 3 】进行了一项研究，比较了手持移动设备和桌面计算机环境下用三 维交互方式显示产品使用指南的可用性和有效性，实验结果表明，三维交互方式 与文本说明相结合的呈现方法最有效，而且用户根据两种界面呈现的信息执行任 务，任务的成功率都很高，这说明，对手持移动设备而言，三维交互方式在信息 呈现方面比较有效；2 0 0 5 年，h a k a l a 等【3 4 】针对小屏幕上( 主要是针对手持移动设 备) 的空间可视化交互进行了一项研究，研究中将文档以三维结构显示在小屏幕 上，实验结果表明，三维交互方式在手持移动设备上是一种用户交互的有效方法， 而且这种方式能充分结合手持移动设备不断提高的计算能力和网络带宽：2 0 0 8 年， 任刚等【3 】针对手持移动设备上三维浏览网页信息的界面进行了一项研究，结果表 明：三维界面可以使用户与系统的交互变得更加流畅和直观，而且用户能给用户 提供更加良好的体验；2 0 0 8 年，n 盯公n t 3 2 】针对移动电话三维用户界面进行了系 统的调查研究，并给出了一份研究报告，报告中指出，移动电话应用三维用户界 面主要有三个优点：1 ) 使信息的呈现方式更灵活；2 ) 使用户与系统的交互过程更 自然；3 ) 能给用户提供视觉化的反馈。 产业界针对手持移动设备三维用户界面的研究主要集中在开发三维交互方式 的操作系统上，世界各大手机厂商( 如n o k i a 、s a m s u n g 、德州仪器( t e x a si n s t r u 一 4 霸 到目前为止，三维用户界面没有完整的规范化的标准可以遵循，这使得三维 用户界面的设计比较困难，手持移动设备三维用户界面也是如此，而三维用户界 面可以在人机之间构造一种自然、直观的交互环境，因此为了设计较好的手持移 动设备三维用户界面，在设计过程中及时进行评估和改进就显得比较重要，模型 预测评估法以评估快速且成本较低逐渐被研究人员广泛采用。从手持移动设备三 维用户界面的研究现状来看，目前的研究主要集中在开发新的、能够提高用户体 验的三维交互技术上，而针对其操作绩效进行评估方面的研究较少，进行预测评 估方面的研究更少，所以这方面的研究有待于进行进一步加强，从而为研究人员 快速、低成本地评估手持移动设备三维用户界面提高支持。 1 2 2 信息处理模型 认知心理学( c o g n i t i v ep s y c h o l o g y ) 是以信息处理观点为核心的心理学，因此认 知心理学又可称作信息处理心理学【5 8 1 。所谓信息处理观点就是将人脑与计算机进 行类比，将人脑看作是一个类似于计算机的信息处理系统，研究通过视觉、听觉 等感知器官接受和理解来自周围环境信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、 思维、推理、学习和解决问题等人的信息活动的认知过程，其研究的重要目的是 了解环境信息与用户任务是如何影响人的行为的5 9 】【6 1 1 。认知心理学在人机界面设 计方面具有非常重要的作用，是人机交互技术的重要理论基础。 为了了解人对交互系统信息的处理过程，研究人员根据认知心理学开发出来 多种人脑处理信息的模型，其中有些模型非常简单，例如b o x a n d a r r o w 模型 3 5 】。 b o x a n d a r r o w 模型主要用简单的方框和箭头来定义发生在人脑中的信息转换基 本过程( 即从用户感知信息到大脑对信息进行处理的过程) 。其它的理论，例如工作 记忆模型( w o r k i n gm e m o r ym o d e l ) 、a c t r ( a d a p t i v ec o n t r o lo ft h o u g h t r a t i o n a l ) 理论以及记忆的形态模型( m o d a lm o d e lo f m e m o r y ) 等，在描述人脑如何处理信息时 都显得过于复杂了【3 5 1 。其中相对比较好的一个模型就是人脑信息处理模型 第1 章绪论 ( i n f o r m a t i o np r o c