（计算机科学与技术专业论文）web信息系统用户界面设计方法的研究.pdf

嬲嬲煅 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个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n j n 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：壹4 乏立 日期：翌丝：生 学位论文使用授权书 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： 学校有权保留并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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部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 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ： 纠2 & 翩徽，叫既、“ 息架构和应用 体，它为用户 提供获取信息的途径，扮演着非常重要的角色。随着w e b 技术的进步，w e b 信 息系统用户界面设计出现了新特点和新要求。 传统桌面软件界面的设计与开发通常专注于用户界面的表现模型，而不涉 及到w e b 特性。基于导航模型的w e b 导航设计方法无法有效兼顾导航结构( 界 面静态属性) 和导航行为( 界面动态属性) 两方面、缺乏对导航模式的支持且 描述层次较低，因而缺乏适应性、灵活性和可维护性；同时，由于缺乏模型的 一致性检查和映射转换的理论和技术支持，不利于用户界面开发的工程化和自 动化。因此，表现模型必须结合导航模型来完成w e b 用户界面的设计与开发。 本文引入一种更加符合用户界面设计思想的方法j u s t - u i 方法，并详细 介绍它的理论与技术，包括表现模型、j u s t - u i 概念界面模式集、j u s t - u i 元模型 和界面代码自动生成理论和技术；提出了一种基于扩展的状态图理论改进的 j u s t - u i 方法s c j u s t - u i 。方法首先引入抽象页模式并根据j u s t - u i 元模型理 论设计相应的元模型。然后，通过实例建模介绍s c - j u s t - u l 建模方法，分析这 种建模方法如何体现各种w e b 特性，如页内链接、页间链接和框架等。最后介 绍基于s c j u s t - u i 方法开发用户界面时需要掌握的一些设计细节。 本文研究表明，s c - j u s t - u i 方法能够更好地将用户界面表现模型和导航模型 结合起来，它以带有导航模式的页面这种大粒度建模元素支持w e b 信息系统的 用户界面建模，增强界面设计的适应性、灵活性和可维护性；同时，s c j u s t - u i 模型能够更好地贯穿于整个系统的开发过程。实例证明，基于s c j u s t - u i 方法 的用户界面设计开发方法能够在一定程度上提高界面开发的效率和质量。本文 的研究为模型驱动开发提供了新思路，具有一定的理论和现实意义。 关键词：w e b 信息系统，用户界面设计，m d a ，j u s t - u i ，状态图 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t u s e ri n t e r f a c ei st h ei n t e r f a c et r a n s f e r r i n gi n f o r m a t i o nb e t w e e nu s e r sa n d i n f o r m a t i o ns y s t e m s i t saf i n a lv i s u a l i z a t i o no fi n f o r m a t i o na r c h i t e c t u r ea n d a p p l i c a t i o ns t r u c t u r ef o rt h es y s t e m u s e ri n t e r f a c ei st h ei n t e g r a lp a r to fi n f o r m a t i o n n a v i g a t i o n , s oi tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np r o v i d i n gi n f o r m a t i o nf o ru s e r s w i t ht h e d e v e l o p m e n to fw e bt e c h n o l o g i e s ，t h e r ea r em o r ea n dm o r en e wc h a r a c t e r i s t i c sa n d r e ：c l u i r e m e n t so nt h ed 鹤i g no f u s e ri n t e r f a c ef o rw e bi n f o r m a t i o ns y s t e m t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fi n t e r f a c ef o rt r a d i t i o n a ld e s l 【t o ps o f t w a r eo f t e n f o c u s e so nt h ep r e s e n t a t i o nm o d e lo fu s e ri n t e r f a c ew i t h o mt a k i n gi n t oa c c o u n tt h e w e bc h a r a c t e r i s t i c s t h ed e s i g nm e t h o do fw e bn a v i g a t i o nb a s e do nn a v i g a t i o nm o d e l c a n te f f e c t i v e l yg i v ec o n s i d e r a t i o nt ob o t hn a v i g a t i o ns t r u c t u r e ( i n t e r f a c es t a t i c p r o p e r t i e s ) a n dn a v i g a t i o nb e h a v i o r ( i n t e r f a c ed y n a m i cp r o p e n i e s ) i t si n s u f f i c i e n c y i ns u p p o r t i n gf o rn a v i g a t i o np a t t e r n sa n dt h el o wl e v e lo fd e s c r i p t i o nr e s u l ti nt h i s m e t h o dl a c k sa d a p t a b i l i t y , f l e x i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y m e a n w h i l e , i t sd i f f i c u l tt o a c h i e v ee n g i n e e r i n ga n da u t o m a t i cd e v e l o p m e n to fu s e ri n t e r f a c ed u et ol a c k i n go f t h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e so nc o n s i s t e n c yc h e c k sa n dm a p p i n gt r a n s f o r m a t i o n so f m o d e l s t h e r e f o r e ，t h ep r e s e n t a t i o nm o d e lm u s tb ec o m b i n e dw i t hn a v i g a t i o nm o d e l t oc o m p l e t et h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f w e bu s e ri n t e r f a c e t h i st h e s i si n t r o d u c e sam e t h o dc a l l e dj u s t - u 1w h i c hi sm o r ei nl i n ew i t ht h e d e s i g nc o n c e p t o fu s e ri n t e r f a c e t h et h e s i sd e s c r i b e sr e l a t e dt h e o r i e sa n d t e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gp r e s e n t a t i o nm o d e l ，t h ec o n c e p t u a lp a t t e r ns e to fi n t e r f a c ef o r j u s t - u i ，t h em e t a - m o d e lo fj u s t - u ia n da u t o m a t i cc o d eg e n e r a t i o nt h e o r yo fi n t e r f a c e b ya n a l y z i n ga d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fj u s t - u im e t h o d , w ei n t r o d u c ean e w m e t h o dc a l l e ds c - j u s t - u i ，w h i c hi sb a s e do nt h ee x t e n d e ds t a t e c h a r t sa n di sa n i m p r o v e m e n to nj u s t - u im e t h o d ni n t r o d u c e sa na b s t r a c tp a t t e r no fp a g ea n dd e s i g n s c o r r e s p o n d i n gm e t a m o d e la c c o r d i n gt ot h er e c t a - m o d e lt h e o r yo fj l l s t u i t h et h e o r y b a s e do ne x t e n d e ds t a t e c h a r t sp r o v i d e sf o r m a ld e s c r i p t i o nf o rs c j u s t - u id i a g r a m t h e nt h em o d e l i n gm e t h o do fs c j u s t - u 1w a si l l u s t r a t e db yi n s t a n c e s ，t oa n a l y z eh o w t h i sm e t h o dp r e s e n t sv a r i o u sw e bc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha s i n t e r n a l p a g el i n k s ， i n t e r - p a g el i n k sa n df l a m e s i nt h ee n do ft h i st h e s i s ，t h ed e t a i l st ob eg r a s p e dd u r i n g 武汉理工大学硕士学位论文 t h eg e n e r a t i o no fu s e ri n t e r f a c eb a s e d0 1 1s c - j u s t - u 1w e r ed i c u s s e d s t u d i e sh a v es h o w nt h a tt h es c - j u s t - u im e t h o dc a ne f f e c t i v e l yc o m b i n e p r e s e n t a t i o nm o d e lw i mn a v i g a t i o nm o d e l a c c o r d i n gt ot h i sm e t h o d ，u s e ri n t e r f a c e o fw e bi n f o r m a t i o ns y s t e mc a nb em o d e l e db yp a g ea sab i gg r a n u l a r i t ym o d e l i n g e l e m e n tt oe n h a n c et h ea d a p t a b i l i t y , f l e x i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yo fi n t e r f a c ed e s i g n m e a n w h i l e ，s c - j u s t - u im o d e lw o r k se f f e c t i v e l yd u r i n gt h ed e v e l o p m e n to fs y s t e m t h ee x a m p l e sh a v es h o w nt h a tt oac e r t a i ne x t e n t , t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n t m e t h o do f u s e ri n t e r f a c eb a s e do ns c - j u s t - u ih a si m p r o v e dt h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t y o fi n t e r f a c e d e v e l o p m e n t m e a n w h i l e ， i th a ss o m et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c eo nm o d e ld r i v e nd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：w e bi n f o r m a t i o ns y s t e m ，u s e r i n t e r f a c ed e s i g n , m o d e ld r i v e n a r c h i t e c t u r e ，j u s t - u i , s t a t e c h a r t s i i i 武汉理工人学硕士学位论文 目录 第1 章引言1 1 1研究背景1 1 2 用户界面设计存在的问题分析3 1 2 1主观原因4 1 2 2 客观原因4 1 3研究意义、研究内容5 1 3 1 研究意义5 1 3 2 研究内容7 1 4 论文的组织结构7 第2 章用户界面设计方法8 2 1主要的用户界面设计方法8 2 2 1 基于模式的用户界面设计方法8 2 2 2 基于模型的用户界面设计方法1 0 2 2 3 基于形式化的用户界面设计方法1 2 2 2用户界面设计方法评价1 3 2 3 基于m d a 思想的用户界面设计方法1 3 2 4 本章小结1 4 第3 章d u s t = ul 用户界面设计方法1 5 3 1j u s t - u i 相关介绍1 5 3 2 j u s t - u i 思想1 5 3 3 表现模型1 6 3 3 1 基本元素1 8 3 3 2 交互单元2 0 3 3 3 层次动作树2 1 3 4j u s t - u i 符号体系与建模2 2 3 5j u s t - u i 元模型2 2 3 6j u s t - u i 界面代码自动生成2 5 i v 武汉理丁大学硕士学位论文 3 7j u s t u i 方法优缺点分析2 6 3 7 1j u s t - u i 优点2 6 3 7 2j u s t - u i 缺点2 7 3 8 本章小结2 8 第4 章基于状态图的w e b 应用建模2 9 4 1状态图理论2 9 4 1 1 状态图概念2 9 4 1 2 状态图相关特性3 0 4 2 研究现状及重要建模概念3 0 4 2 1 研究现状3 0 4 2 2 重要建模概念3 3 4 3 状态图结合j u s t - u i 方法建模的可行性分析3 4 4 4 第5 章 5 1 5 2 4 3 1 基于状态图的w e b 应用建模的优点3 4 4 3 2 可行性分析3 5 本章小结：3 6 s c - j u s t - ul 用户界面设计方法3 7 s c - j u s t - u i 概念3 7 抽象页模式3 7 5 2 1 问题3 7 5 2 2 解决方案3 9 5 2 3 抽象页元模型4 0 5 2 4s c - j u s t u i 模型三层结构4 1 5 3s c j u s t u i 图4 2 5 3 1s c - j u s t - u i 图规则4 2 5 3 2s c - j u s t - u i 图形符号4 3 5 4 基于s c - j u s t - u i 方法的用户界面建模4 4 5 4 1 建模的实例4 4 5 4 2 模型对应的用户界面4 7 5 4 3w e b 特征体现5 0 5 5s c j u s t - u i 方法评价5 1 v 武汉理工大学硕士学位论文 5 5 1与不规范的用户界面设计的比较5 l 5 5 2 与j u s t - u i 方法的比较5 4 5 6 本章小结5 7 第6 章总结与展望5 8 6 1论文工作总结5 8 6 2 工作展望5 8 参考文献6 0 致谢6 4 攻读硕士学位期间发表的论文6 5 v l 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章引言 用户界面是用户和信息系统进行信息传递的接口，起到人与系统之间信息 交流和控制活动的媒介作用，同时它也是系统信息架构和应用结构的最终可视 化体现【i 】。用户界面是信息导航功能的主体，它为用户提供获取信息的途径，扮 演着非常重要的角色。界面导航功能的好坏直接决定了信息系统的可用性、有 用性【2 】。同时，用户界面应用结构的交互性能对系统的交互应用产生重要的影响。 总的来说，符合“简单、自然、友好、一致”原则的用户界面能够增强系统的可用 性目标和用户体验目标【3 】。因此，用户界面设计的好坏在很大程度上决定了信息 系统设计的成败。 从某种意义上来说，用户界面对于用户而言就是整个软件系统【5 】，界面的开 发质量和效率己经成为影响整个软件产品质量的一个最重要的因素。 起初，用户界面开发主要依赖于编程语言和图形工具的使用。随着计算机 技术的发展，逐步出现了基于模式、基于模型和基于形式化的用户界面设计与 开发方法。这些方法优缺点明显，各有适用范围。最近几年，人们开始研究如 何把这些方法融合起来，取长补短，形成一种快速、有效的用户界面设计与开 发方法。在此基础上，模型驱动开发 6 1 ( m o d e ld r i v e nd e v e l o p m e n t ，m d d ) 开 始成为当前软件工程的研究热点和未来的发展趋势。模型驱动架构( m o d a l d r i v o r la r c h i t e c t u r e ，m d a ) 6 1 的特性更符合于软件工程发展要求，即概念设计、 详细设计和编码实现的分离以及软件自动化的要求。模型驱动架构的设计思想 将用户界面设计与开发提升到一个更高的层次。 每一次用户界面设计与开发的理论和技术的发展都带动了相应的开发平 台、开发环境和开发工具的研究和发展，这些开发平台、开发环境和开发工具 的出现又进一步促进了理论与技术的发展和飞跃。 在用户界面的发展史上，早期的基于编程语言的界面开发设计催生了多种 开发平台和开发环境。早期出现的开发平台有用户界面管理系统( u s e ri n t e r f a c e m a n a g e m e n ts y s t e m s ，u i m s ) ，u i m s 包括多种界面设计模型和相应的应用框架。 例如，基于j a v as e r v l e t j a v a s e r v e rp a g e 技术的s t r u t s 框架，v i s u a ls t u d i o 下的 武汉理工大学硕士学位论文 m f c 框架等等。用户界面开发环境( u s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ， u i d e ) 由界面开发工具和环境集成机制构成。界面开发工具又包括了各种界面 构建器( i n t e r f a c eb u i l d e r s ) 、建模工具( 例如r a t i o n a l ，a r g ou m l ，r h a p s o d y 等) 等各种工具集( t o o l k i t s ) 。环境集成机制包括环境信息库、过程控制和消息 服务器以及环境用户界面。从某种意义上说，这些都可以看作是计算机辅助软 件工程工具( c o m p u t e ra i d e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，c a s e ) 中特殊的一类。随 着用户界面开发理论与技术的发展，这些开发平台、开发环境和开发工具也在 扮演着越来越重要的角色。 w e b 信息系统【刀即基于w e b 技术的信息系统，它采用b s 多层结构进行信 息的收集、传递和维护等。客户端和服务器通过h t m l 和h r r 】限来实现信息交 流，人机之间所有交互都是通过系统的用户界面来进行。 和传统的基于桌面软件的用户界面( g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ，g u i ) 相比， w e b 信息系统用户界面( w 曲u e ri n t e r f a c e ，w u i ) 有以下新特点： ( 1 ) 系统导航更加丰富。 导航形式多种多样，包括文字、图片和按钮等。使用超媒体技术如声音、 视频和动画等。 ( 2 ) 单窗口并发多页面。 h t m l 技术中引入了框架的概念，使得一个窗口( h t m l 页面) 中可以同 时显示多个m m l 页面。 ( 3 ) b s 模式的工作方式。 和传统的c s 模式不同，基于浏览器显示信息和布局，应用逻辑和数据都 放在服务器端。浏览器提供了前进后退等多种导航功能。浏览器另外一个作用 就是支持多窗口显示。 ( 4 ) 界面布局更加灵活。 w u i 有以任务为中心的后台管理的界面布局，还有以信息展示为中心的前 台布局方式。w u i 的网页大小是即时决定的，它取决于服务器返回的数据大小。 有时，返回的数据以动态页面的形式展示给用户。 ( 5 ) 开发周期短。 更短的交付周期提升w e b 信息系统的市场竞争力，这是时代发展的要求。 同时，随着信息量的不断增大和用户需求的不断变化，w e b 信息系统经常需要 改版。因此w u i 的开发要求快速原型开发工具的支持。 2 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 目标用户不确定。 g u i 面对的目标用户通常是预知的，w u i 的目标用户则不能确定，因此w u i 必须要考虑到一般用户的操作习惯、用户心理、色彩学和美学等多方面。 传统桌面软件界面的设计与开发通常专注于系统的功能性需求，没有太多 考虑到w e b 特性。所以传统的方法难以全面地满足w e b 信息系统用户界面设计 与开发的要求。 基于导航模型的w e b 导航设计方法是为了解决传统方法在w e b 特性建模上 存在的缺陷而提出的一种w e b 应用工程化方法1 8 。w e b 应用工程化方法的目标 是为设计者提供一种结构化处理w e b 特性的机制，以建立具有良好结构的系统 导航。目前，这方面的研究工作分别侧重于导航结构建模和导航行为建模。前 者其实和基于传统桌面软件界面设计与开发方法相似，它主要重心还是放在功 能性分析和实现上，典型代表有j i az h a n g 的m o d f m l 9 、n o r ak o c h 的u w e 1 0 1 、 s t e f a n oc e i l 的w e b m l 1 1 1 和o o h 1 2 】等。后者通常使用状态图或者扩展的状态图 来对w e b 导航行为建模，描述用户界面中各页面之间的跳转等导航行为特性， 典型的代表有l e u n gk r p h 的h b m s 和s w c l l 3 】等。本文将在第四章详细介绍 和分析这种设计方法。 导航模式是对w e b 信息系统网站结构的经验性设计机制，是一种成熟的系 统导航逻辑描述和设计方法。常见的导航模式【1 4 】有分步分页导航、面包屑导航、 树状导航、网站地图、网页目录、标签云、字母索引、导航条、t a g 导航和动态 菜单等。这些导航模式应该被很好的应用到w e b 信息系统设计中，特别是软件 工程化自动化设计中，提高用户界面设计开发效率和质量。 目前，基于w e b 导航模型的理论和技术还不成熟，没有可靠的建模工具和 模型到界面代码自动生成的映射转换机制等。需要更高层次的导航模型来更好 地支持w e b 导航结构和行为的描述，有利于扩展和增加灵活性。将基于w e b 导 航模型的设计方法结合到传统桌面软件界面设计与开发方法中，利用x m l 、 x l i n k 等技术来实现w e b 信息系统用户界面的工程化、自动化过程，是w e b 应 用工程方法的研究方向。 1 2用户界面设计存在的问题分析 目前，用户界面设计与开发的理论和技术得到了快速的发展，界面设计工 具也多种多样，各种辅助技术层出不穷。尽管如此，用户界面的开发效率和质 3 武汉理工大学硕士学位论文 量并不尽人意。随着日益复杂的软件系统需求以及越来越激烈的市场竞争，用 户界面设计中暴露出来的各种缺陷也越来越明显。当前，用户界面设计存在的 问题主要体现在三个方面：系统开发角度、系统可用性目标和用户体验目标。 这些问题都有一定的主客观原因。 1 2 1 主观原因 ( 1 ) 设计者和开发员没有严格按照软件工程思想进行界面设计开发。 这是造成问题的主要原因之一。用户界面设计与开发过程应该严格遵循软 件工程的开发流程进行设计与开发。特别在对中小型的软件系统进行设计时， 开发人员往往根据需求分析直接进行详细的界面设计，甚至是编码实现。没有 清晰明确的概念设计，常常在业务设计中过早引入技术实现，引起更大的设计 混乱以及巨大的系统测试和维护的开销。所以，软件工程方法中强调了“概念设 计和详细设计分离”。 ( 2 ) 设计者和开发员没有储备足够的用户界面设计与开发的知识和技术。 用户界面设计与开发不仅仅是一门计算机科学与工程学学科，还是集心理 学、人体工程、社会学、美工艺学以及商务知识等于一身的跨学科科目。设计 者和开发员一般很少能做到综合掌握这些学科知识，无法达到专业化的要求。因 此，设计和开发出的软件产品总会出现各式各样的问题，难以满足用户的要求。 1 2 2客观原因 ( 1 ) 用户界面设计与开发的理论和技术还不够成熟。 传统的软件工程方法已经不能满足日趋复杂的用户界面设计与开发的需 求。目前，缺乏一套完整、有效的用户界面设计方法来指导和支持界面设计从 需求分析、概念设计、详细设计到自动生成界面代码整个开发设计过程。比较 流行的界面设计方法是基于m v c 设计模式的，其系统结构和实现非常复杂，架 构下缺乏设计模式来指导开发人员设计与实现，这对开发人员的设计能力要求 相当苛刻，因为完全理解和把握m v c 模式非常困难。而且，花费大量时间来应 用m v c 通常会得不偿失( m v c 不适合中小型的界面设计) 。其他的界面设计方 法也是存在各自的应用范围。 ( 2 ) 软件需求越来越复杂，工程越来越庞大。 这对开发人员的技术储备、工艺美学等专业化方面提出了越来越高的要求。 4 武汉理工大学硕士学位论文 不规范的设计流程、不合理的界面设计方法以及开发人员自身贫乏的技术知识、 开发经验等等因素，直接影响到系统的开发周期、可行性、安全性、通用性、 易学性和易记性等各方面的可用性目标。导航迷失、界面设计不规范，布局凌 乱，易用性差等缺点是用户界面经常暴露的问题。清晰的导航设计能够帮助用 户快速、完整的获取信息；美观的界面能够诱导用户对系统的使用；简捷的、 方便使用的系统界面有利于系统的推广。然而，在现实应用中，人们很难找到 完美的系统范例。 尽管用户界面开发中出现的问题已经非常明显，然而还没有引起人们足够 的重视和研究。特别是国内在用户界面设计与开发上的研究甚少。据统计，中 国期刊网上关于用户界面设计与开发的文献从1 9 7 9 年到2 0 1 1 年总共为1 4 9 1 条： 其中1 9 9 0 年到2 0 0 0 的有3 0 5 条；2 0 0 1 年到2 0 0 5 年总共3 6 5 条；最近几年总共 有8 0 0 多条。不幸的是，这些研究工作中，绝大部分工作都集中在相应平台技 术和开发工具的研究和应用上。随着越来越多富客户端技术( 砒c hi n t e r n e t a p p l i c a t i o n s ，r i a ) 的出现( 如a j a x 、f l e x 、f l a s h 以及s i l v e r l i g h t 等) ，人们把 更多精力投入在新技术的研究和使用，与用户界面设计理论与技术相关的研究 非常少。并且理论研究范围比较小，深度较浅，而且没有得出实质性的研究成 果。 1 3 研究意义、研究内容 基于上述对w e b 信息系统用户界面的相关介绍及对当前用户界面设计中存 在的问题的分析，本文旨在研究一种能够很好体现w e b 特征、支持快速界面原 型生成和支持界面自动化开发的用户界面设计方法。 1 3 1 研究意义 ( 1 ) 软件工程发展的要求。 日益加快的软件交付周期、日益复杂的业务创新、全球化团队分布以及专 业化角色要求的特点对软件设计提出了更高的标准。快速界面原型、迭代化、 持续集成、自动化开发成为高效率、高质量软件设计的开发目标。因此，对用 户界面设计与开发方法及其支撑工具的研究是一项很有意义的工作，它能极大 的改善目前软件开发的效率和质量。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 以用户为中心的用户界面设计思想的要求。 随着计算机技术和软件工程的高速发展，尤其是w e b 技术的进步，用户界 面设计理念已经从最初的以产品设计者为中心的设计，到现在的以用户为中心 的设计。以用户为中心的设计思想要求基于用户的个性化需求，把握用户需求 的多层次性，重视用户在使用信息中的真实体验；要求在整个设计流程中，围 绕用户的需求，结合用户信息活动与行为特点，重视用户在信息服务活动中的 主观能动性和参与作用，及时获取用户的反馈信息，挖掘用户潜在信息需求。“以 用户为中心的设计”是多学科交叉的新兴领域，对软件工业及一般产品设计都已 经产生了重大和深刻的影响。 在进行用户界面设计时，开发人员通常能够较准确的对显式的用户和社会 需求进行分析和建模，然而对于隐式的需求( 挖掘相应的潜在信息需求) ，往往 束手无策，以至于很多潜在的信息没有被考虑并体现在设计中，需求描述的不 全面性直接影响系统设计的不合理甚至是性能缺失，加重了易用性测试以及系 统维护的难度和开销。因此，如何在用户界面设计分析和建模中对这些潜在信 息进行挖掘，并最终体现在界面中，是一项影响深刻、意义重大的研究工作。 ( 3 ) 基于传统桌面软件界面设计与开发的理论和技术尚不完善。 传统桌面软件界面设计与开发中，现有的各种设计与开发方法发挥较大的 作用，这些优势包括较成熟的设计与开发理论、众多的开发工具支持等。基于 模式、模板的界面开发有利于快速界面原型产出，缩短开发周期和提高开发效 率；基于模型驱动的界面开发同样带来可扩展、可维护等方面的优点，等等。 尽管如此，这些方法仍然存在些问题丞待解决，例如它们都有一定适应范围、 优缺点明显，这些方法需要有效结合起来进行用户界面设计与开发，才能扬长 避短，充分发挥各自的优点。除此之外，传统的软件工程方法无法对w e b 应用 中的w e b 特征进行建模，特别是对w e b 导航的建模缺乏足够的支持。因此，表 现模型必须结合相关的导航模型来完成w e b 信息系统用户界面的设计与开发， 实现界面开发的工程化和自动化。 ( 4 ) 基于导航模型的w e b 导航设计方法理论和技术还不成熟。 w e b 信息系统通过导航机制来展现用户界面的信息结构和信息组织方式。 w e b 导航是w e b 信息架构的核心内容，良好的导航结构是衡量w e b 信息系统成 功与否的主要标准之一【1 5 】。目前，已经有大量关于w e b 导航模型的研究，这些 模型或重于导航结构或重于导航行为，而且无法描述较高层次( 概念层等) 的 导航结构和行为，因而缺乏适应性、灵活性和可维护性。这些缺陷还体现为缺 6 乏对导航模式的支持，以导致无法支持w e b 信息系统大粒度建模元素的导航设 计和实现；缺乏模型的一致性检查和映射转换的理论和技术支持，不利于支持 用户界面的自动化生成和系统的工程化应用。目前，许多w e b 工程方法在导航 建模方面进行了大量的研究工作，但是仍然没有实际有效的建模工具和软件自 动化开发工具的支持。因此，如何将导航模型与更高层次的面向对象开发的模 型相结合，并为模型的一致性提供模型映射方法和模型转换机制，将是w e b 信 息系统导航设计未来的研究方向。 1 3 2 研究内容 本文通过对w e b 信息系统用户界面设计中存在的问题进行剖析以及对现有 用户界面设计与开发方法的深入研究，特别是在概念设计层次上的分析和研究， 引入一种符合用户界面设计与开发思想的方法j 似- u i 方法。通过分析它的 优缺点，提出一种新的用户界面设计方法s c - j u s t - u i ( s t a t e s c h a r t s - j u s t u i ) ， 它以j u s t - u i 方法为基础，并引入了扩展状态图理论。该方法包括了相应的模型、 元模型理论、建模方法。文章最后通过实例建模来介绍s c - j u s t - u i 建模方法和 基于s c j u s t - u i 方法进行用户界面设计与开发时需要掌握的一些设计细节。 1 4 论文的组织结构 本文具体的结构组织如下： 第1 章介绍论文的研究背景、研究意义和研究目标。 第2 章分析对比各种用户界面设计方法的优缺点。 第3 章介绍j u s t - u i 用户界面设计与开发的理论和技术，并详细分析该方法 的优缺点。 第4 章介绍基于状态图( 或扩展的状态图) 的w e b 应用建模的研究情况， 分析它结合j u s t u i 进行用户界面设计的可行性。 第5 章引入抽象页模式概念，并基于j u s t - u i 理论详细介绍s c j u s t - u i 模型 理论，通过w e b 信息系统实例建模介绍s c j u s t u i 建模方法。 第6 章对本文研究进行总结以及展望未来工作。 2 1 主要的用户界面设计方法 用户界面设计理论的研究始于8 0 年代，经过了十多年不断研究，在2 0 世 纪末2 1 世纪初达到一个发展高峰。特别是基于模型的用户界面设计方法，发挥 着深刻的影响力，并一直沿用至今。最近几年，用户界面开发技术得到了长足 的发展，特别是富客户端技术的出现，为信息系统的设计和开发提供了多种有 利手段，并取得了较好的效果。用户界面设计与开发的研究内容涵盖了用户界 面理论技术、开发平台、开发环境和工具箱等方面的内容。根据研究侧重点不 同，用户界面设计方法可以分为基于模式、基于模型和基于形式化的界面设计 方法等。 2 2 1 基于模式的用户界面设计方法 模式( p a t t e r n ) 是指解决某一类问题的方法论，是人们在不断的生产实践中 积累的经验和抽象的升华，具有指导意义并能够被重用。j a m e sc o p l i e n t l 6 】如此来 描述模式：当需要裁剪一件礼服时，我们可以提供一种模式来说明如何按角度 和线路指定剪刀的路线。当获取这种解释说明时，没有人意识到为什么要这么 做( 至少在开始着手之前) 。然而，模式本身是能预期到结果的，即这是一种规 格说明，按照这种规格说明，就能够制作出一件礼服来。可见，模式是一种指 导规则，能够为人们完成一项任务提供一种可靠的方法，而人们无需关心这种 方法实现的过程。模式所体现的价值也正是如此。 基于设计模式的用户界面设计方法是为帮助解决常见的、难度较大、带有 普遍性的界面设计问题而提出的。这种界面设计方法试图构建标准可复用的解 决方案，让设计者能够轻而易举的处理界面开发中的各种需求模块。设计模式 早在上世纪7 0 年代就被c h r i s t o p h e ra l e x a n d e r 提出，主要是关于工程和建筑模 式方面的设计模式。随后，e r i c hg a m m a 、r i c h a r dh e l m 、r a l p hj o h n s o n 和j o h n v l i s s i d e s 四人合著的设计模式：可复用面向对象软件的基础【l7 j 正式的把设 计模式引入到软件工程领域。接着，j e n i f e r t i d w i l l t l 8 将设计模式应用到界面设计 武汉理工大学硕士学位论文 中，并发挥了巨大的作用。 ( 1 ) 基于设计目标的设计模式 s e e h i e m 模式，m v c 模式，p a c 模式等是复杂的界面架构设计模式。它们 更注重于界面的体系结构设计，描绘粗略的系统蓝图，为设计者和开发人员的 设计提供一种架构支撑，突出模块化、并行和分布式处理的特点，并强调处理 数据模型和界面可视化之间的关系，这种思想非常有利于开发人员信息组织和 任务调度等设计工作。然而，基于这些模式的框架下的细节设计，则更多依赖 于设计开发人员的设计水平和开发经验。 ( 2 ) 基于用户目标的设计模式 基于用户目标的设计模式围绕用户需求的满足和探索进行设计，这种设计 方法有利于引导开发人员进行概念分析和详细设计。基于用户目标的界面设计 模式符合以用户为中心的晃面设计理念，是一种高效的界面设计方法。 这种用户界面设计方法的优点主要有： 复用解决方案。已经被证明有效的解决方法能够帮助设计者更快地解决 重复出现或者类似问题，避免犯错。这种方法增强设计的重用性和适应性，提 高设计与开发的效率。 _ 确立通用术语。设计模式能够为设计者和开发员提供共同的交流语言以 及解决问题的共识。 j u s t - u i 模式【1 9 】是一种基于用户目标的界面设计模式，它依据用户界面设计 中的问题域收集用户界面需求，形成界面概念模式集合。这些模式能够帮助开 发人员进行需求分析，快速得出用户界面原型，减轻了开发人员进行用户界面 概念分析的工作量，提高界面设计的效率。经过多年的收集和净化，j u s t - u i 模 式集合被证明可以作为一种语言来为商业应用的用户界面进行建模，通过模型 生成代码以获得一个完整的界面原型。 ( 3 ) 基于界面模板的设计模式 基于模板的设计模式是一种简单直观的设计模式，它以参数化的控制方式 对界面进行组合和复用。这种界面设计模式使用方便，对开发人员的开发知识 和开发经验要求不高，容易实现固定的用户界面效果。基于模板的用户界