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人机交互基础教程 第6章人机交互界面表示模型与实现 重点大学计算机专业系列教材 人机交互界面表示模型界面描述语言窗口系统用户界面管理系统 内容摘要 6 1 1行为模型分析人员获取用户需求后 结合领域专家的意见和指导 获取系统中需要完成的任务 对任务的主要因素进行详细地分析 如任务的层次 发生条件 完成的方法以及它们之间的关系等等 下面就从模型的基本原理 实例 局限性等几个方面详细介绍四种常见的行为模型 6 1人机交互界面表示模型 GOMS Goal Operator Method Selection 目标操作方法和选择行为模型是在交互系统中用来分析用户复杂性的建模技术 用于建立用户行为模型 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 Goal 操作 Operator 方法 Method 以及选择规则 Selectionrule 四个元素来描述用户行为 6 1人机交互界面表示模型 目标目标就是用户执行任务最终想要得到的结果 操作操作是任务分析到最底层时的行为 是用户为了完成任务所必须执行的基本动作 方法方法是描述如何完成目标的过程 一个方法本质上来说是一个内部算法 用来确定子目标序列及完成目标所需要的操作 6 1人机交互界面表示模型 6 1人机交互界面表示模型 关闭窗口行为描述实例 选择规则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 GOMS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 6 1人机交互界面表示模型 LOTOS LanguageOfTemporalOrderingSpecification 时序关系说明语言是一种作为国际标准的形式描述语言 它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 其基本思想是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 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 6 1人机交互界面表示模型 下面给出LOTOS模型中定义的基本算符 T1 T2 交替Interleaving T1和T2两个任务相互独立执行 可按任意顺序执行 但永远不会同步 T1 T2 选择Choice 需要在T1 T2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 任务如何来选择 并没有给出一定的形式化描述 6 1人机交互界面表示模型 T1 a1 an T2 同步Synchronization 任务T1 T2必须在动作 a1 an 处保持同步 T1 T2 禁止Deactivation 一旦T2任务被执行 T1便无效 不活动 T1 T2 允许Enabling 当T1成功结束后才允许T2执行 6 1人机交互界面表示模型 6 1人机交互界面表示模型 中国象棋LOTOS的图形描述 UAN UserActionNotion 用户行为标注是一种简单的符号语言 着眼于用户和界面两个交互实体的描述 主要描述用户的行为序列以及在执行任务时所用的界面 UAN模型的标识符主要有两种 用户动作标识符和条件选择标识符 6 1人机交互界面表示模型 用户动作标识符在UAN的表示模型中有一些常用的已经预定义的符号 用来表示常见的用户界面的交互动作 如 move mouse x y 移动鼠标至 x y release button x y 在 x y 位置释放鼠标按钮 hightLight icon 使icon高亮显示 de highlight icon 取消icon的高亮显示 6 1人机交互界面表示模型 条件选择标识符除了表示动作的符号 UAN模型还包含表示条件及选择的标识符 主要有以下几种 while condition TASK当条件condition为真时 循环执行任务TASK if condition thenTASK如果条件condition满足 则执行任务TASK iterationA orA 表示迭代操作 waiting表示等待 可以等待一个条件满足 也可以等待任务中的一个操作执行 6 1人机交互界面表示模型 6 1人机交互界面表示模型 UAN表格表示形式 UAN描述的任务 文件拖入垃圾箱 的单通道实例 CTT ConcurrentTaskTreeNotation 任务模型表示法是一种基于图形符号的 采用层次的树状结构来组织并表示任务模型的方法 任务种类和暂态关系的含义及其图形符号 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 任务种类 抽象任务 AbstractTask 用户任务 UserTask 交互任务 InteractionTask 系统任务 ApplicationTask 6 1人机交互界面表示模型 暂态关系符号 Choice t1 t2 tnConcurrent IndependentConcurrency t1 t2 tn带信息交换的Concurrent t1 t2 tnDisabling t1 t2Enabling t1 t2 tn带信息交换的Enabling t1 t2 tnIndependence t1 t2 6 1人机交互界面表示模型 单用户任务模型单用户任务模型在CTT中表示为一棵树 6 1人机交互界面表示模型 用户使用自动取款机的任务模型 6 1 2结构模型形式化语言的描述 产生式规则 ifconditionthenaction或condition action或condition action一般来说 组成界面描述的产生式规则很多 规则定义的顺序并不重要 只要与规则中的条件相匹配 就可以激活相应的动作 产生式规则系统可以是事件引导的 也可以是状态引导的 或者两者都有 6 1人机交互界面表示模型 状态转换网络状态转换网络 STN 的基本思想是定义一个具有一定数量的状态的转换机 称之为有限状态机 FSM FSM从外部世界中接收到事件 并能使FSM从一个状态转换到另一个状态 两种最基本的状态转换网络 状态转换网络 StateDiagrams 扩展状态转换网络 StateCharts 6 1人机交互界面表示模型 6 1人机交互界面表示模型 状态转换网络符号 简单状态转换网络 带条件和动作的状态转换网络 状态转换网络 StateDiagrams 6 1人机交互界面表示模型 基于鼠标画图工具状态转换网 扩展状态转换网络 StateCharts 6 1人机交互界面表示模型 分层的状态图实例 6 1 3行为模型和结构模型的转换一般来说行为模型主要对设计起指导作用 在此基础上 设计人员再进行结构模型 如状态转换网络等 的创建 这个过程很大程度上取决于设计人员的经验和对行为模型的理解 整体框架转换算法实例应用 6 1人机交互界面表示模型 6 1人机交互界面表示模型 最高层目标状态转换 运行 目标状态转换 6 1人机交互界面表示模型 走棋 目标状态转换 2020 3 19 27 6 1 4表现模型表现模型 PM 描述了用户界面的表现形式 由层次性的交互对象组成 逻辑组织结构 6 1人机交互界面表示模型 面板用户界面的图形显示 面板用户界面的数据结构表示 面板用户界面的绘制 面板用户界面的逻辑组织结构 面板内部的事件分发及响应方式控制面板用户界面交互的核心模块可以看作是一个事件处理中心 事件处理中心接收并解析用户动作 然后将结果表现给用户 6 1人机交互界面表示模型 事件处理中心对事件的响应的实现 面板间的关系JacobEisenstein创立了两种新的抽象描述来描述基于面板的用户界面表现模型 6 1人机交互界面表示模型 面板关系分类 面板种类 界面描述语言一般分为两类 命令式语言 ImperativeLanguage 和陈述式语言 DeclarativeLanguage 命令式语言要求编程人员明确的指定如何执行任务 陈述性语言要求编程人员只需指定任务要做什么 陈述性语言要比命令式的语言更为抽象 下面介绍几种常见的陈述性语言 6 2界面描述语言 用户界面标记语言 UIML 6 2界面描述语言 语言的基本表示结构 扩展界面标记语言 XIML XIML由组件 Components 关系 Relations 和属性 Attributes 三部分构成 6 2界面描述语言 XML语言的基本表示结构 XML用户界面语言XULXUL提供了创建现代图形界面大多数元素的能力 能够满足特定设备的普遍需求 对开发者来说 也已经足够强大 能够创建复杂的界面 6 2界面描述语言 6 3 1窗口系统结构窗口系统一般有三种结构 在各个应用程序内部实现和管理多任务在操作系统核心集中处理多任务管理多任务的管理可由独立的管理程序进行管理 应用程序通过调用该管理程序提供的接口来实现对多任务的管理和设备的独立性操作 6 3窗口系统 6 3 2交互事件处理应用程序内部事件处理循环 6 3窗口系统 事件处理循环 事件注册方式 6 3窗口系统 事件注册方式处理流程图 6 3 3交互组件开发包一般的窗口系统 输入和显示是分离的 许多语言提供了用于开发交互系统的开发软件包 交互系统开发软件包在支持窗口管理的基础上增加了另一种抽象 它把输入和输出的行为结合起来 6 3窗口系统 按钮交互对象行为 6 3 4交互框架 6 3窗口系统 桌面应用框架 6 3窗口系统 下拉菜单示例 工具栏示例 6 3窗口系统 树形菜单示例 状态栏示例 标签页方式工作区示例 6 3 5MVC模式和基于Struts的实现MVC把一个应用的输入 处理 输出流程按照模型 model 视图 View 和控制 Controller 的方式进行分离 形成模型层 视图层 控制层三个层次 6 3窗口系统 MVC模型 Struts的体系结构实现了MVC模式的概念 它将这些概念映射到web应用程序的组件和概念中 6 3窗口系统 Struts结构 6 3窗口系统 struts演示的基本构架和数据流程 UIMS UserInterfaceManagementSystems 支持用户界面的表示 设计 实现 执行 评估和维护 能够为用户提供一致的人机界面 以极其友好的方式与用户进行人机交互 并能使开发者几乎随心所欲地使用此开发工具进行软件开发 6 4用户界面管理系统UIMS 6 4 1对话独立性对话的独立性是人机交互研究领域的主要问题 主要是强调业务 应用程序的语义 与提供给用户的界面的分离 对话的独立性有许多优点 可移植性 可重用性 界面的多样性 定制界面 6 4用户界面管理系统UIMS 6 4 2UIMS的表示方法主要包含人机界面的规格说明和它与人的因素 应用程序及其数据结构的联系等 UIMS逻辑结构模型中几个主要元素的表示方法 其中除了对话控制的表示方法比较成熟 研究成果丰富外 其它层次的表示方法尚有待发展 如 表现层的表示方法对话控制的表示方法应用层的表示方法 6 4用户界面管理系统UIMS 6 4 3一个基于Java的UIMS的实现本节给出用Java语言实现一个实用的UIMS的例子 该系统以Eclipse作为开发平台 以swing组件作为实现交互组件的基础 实现了基于填表界面自动生成一个实例 并给出UIMS具体实现的过程 6 4用户界面管理系统UIMS UIMS系统的组成 6 4用户界面管理