人机交互ch02-人机交互模型

1、Chapter 2-人机交互模型郭亚军金先级2.1人机交互框架模型人机交互模型是对人机交互系统中的交互 机制进行描述的结构概念模型目前已提出多种模型，女口用户模型、交互 模型、人机界面模型、评价模型等这些模型从不同的角度描述了交互过程中 人和机器的特点及其交互活动人机交互模型是开发一个实用人机交互系 统的基础Norman的执行评估循环模型一个较早提出一个有一定影响的模型在这个模型中，Norman将人机交互过程分 为执行和评估两个阶段，通常由以下七个 步骤初应-建立目标，形成意图，动作描述，执行动作，理解 系统状态,解释系统状态，根据目标和意图评估 系统状态-它们之间的关系如下图所示-但由于它完

2、全以用户为中心，对于计算机系统 而言仅仅考虑到系统的界面部分，因此是一个 不完整的模型2013-5 -6Ch02-人机交互模型3目标(Goal)2013-5 -6Ch02-人机交互模型52.1人机交互框架模型 Abowd 和 Beale 在 1991 年修正 了 Norman 模型这个模型为了同时反映交互系统中用户和系 统的特征，将交互分为四个部分：系统、用户、输入和 输出，如图2.2所示交互过程表现在信息在这四个部分之间的流动和 对信息描述方式的转换上这个模型较好地反映交互的一般特征其中输入和输出一起形成人机界面（又称人机接口 或用户界面）在人机交互框架模型中，每一个部分都有其自己 的描述语

3、言，这些语言分别从各自的角度表达了 应用领域的概念。系统语言称为核心语言，核心语言描述应用领域 的计算特征；用户语言或称为任务语言，则描述 领域中的与用户意图表达相关的属性一个交互周期中有四个阶段：目标建立、执行、 表示和观察图中的有向弧表示了这四个阶段每一个阶段对应着从一种描述语言到另一种描述 语言的翻译过程一个交互周期以用户的目标建立阶段开始1.用户以用户语言的形式在头脑中形成一个能导 致该目标的任务，并将任务翻译成机器可以识别 的“输入语言”2在执行阶段，“输入语言”被翻译成能被系统 直接执行的一系列操作，即“核心语言”3. 在表示阶段，处于新状态下的系统将系统的当前 值以“输出语肓”的

4、形式呈现出来。呈现出来的形 式也是多种多痒的，如字符、图形图像、语音等4. 在观察阶段，用户观察输出，将输出翻译为用用 户能够理解的“用户语言”表达的交互结果，与原 目标进行比较和评价。户意图往往就越困难。为了使界面的表示更加宜人化，系统可根据所保2.2人机界面模型人机界面模型是人机界面软件的程序框架, 它从理论上和总体上描述了用户和计算机 的交互活动随着人机界面功能的增长，人机界面的设 计也变得复杂，交互式应用系统中界面代 码占70%以上人机界面模型主要有:任务分析模型、对话控制模型、结构模型和面向对象模型等任务分析模型基于所要求的系统功能进行用户和 系统活动的描述和分析对话控制模型用于描述

5、人机交互过程的时间和逻 辑序列，即描述人机交互过程的动态行为的过程结构模型从交互系统软件结构观点来描述人机界 面的构成部件，它把人机交互中的各因素，如提 示符、错误信息、光标移动、用户输入、确认、 图形、文未督看机地组织範乘面向对象模型是为支持直接操纵的图形用户界面 而发展起来的，它可以把人机界面中的显示和交 互组合成一体作为一个基本对象，也可以把显示 和交互分离为两类对彖，建立起相应的面向对彖 模型2013-5 -6Ch02-人机交互模型13221人机界面结构模型l.Seeheim模型(P13)1985年在美国西雅图举行的“用户界面管理软件工具”研讨会上提出的Seeheim模型。该模型分为三

6、个部件:应用接口部件对话控制部件表示部件11应用用户Seeheim模型界面结构清晰，适合界面与应用分别执行，得到较广泛的应用。该模型的三个逻辑部分都有不同的功能和不同的描述方法。表示部件是人机接口的物理层对话控制部件是人机接口的主要部件应用接口部件是应用程序功能的一种表 示2013-5 -6Ch02-人机交互模型15221人机界面结构模型在界面设计时，这三个部分可对应 于词法、语法及语义的三个语言层 次。 Seeheim模型已广泛用于用户界面软 件的设计中，适合界面与应用程序 分别执行的场合，不支持直接操作 的语法与语义的要求，因此对于直 接操作的图形用户界面不适用o2013-5-6Ch02人

7、机交互模型14221人机界面结构模型2. Arch模型(P14)Ar ch模型是1992年在Seehe im模型基础上提出来的。由五部分组成:1 交互工具箱部件：实现与终端用户的物理交互。 2袤丞都件：协调对话部件和交互工具箱部件之UJ si lki 丁甬3对话部件;负责任务排队。4. WMBB器部件：协调对话部件和领域特定部 祚艺间的通讯。5. W定部件：控制、操作及检索与领域有关 的数热上图显示了部件之间传输的对象类型。在领域特定部件中，应用对象1采用的数据及 操作所提供的功能与用户界面并无直接的联系。在领域适配器部件，应用对象2采用的数据及 操作所提供的功能与用户界面有关。表示对象是控制

8、用户交互的虚拟交互对象，含有为用户显示的数据以及用户产生的事件。交互对象用来实现与用户交互有关的物理介质 的方法。在Arch模型中，可以对各个部件的功能进行不鸚蠶黑議豔紀形输出及复杂的语结构化用户界面模型都基于对话独|=立性原则，交互系统的设计大体分 为两部分：对话部件和计算部件。提供较强的语义反馈，是结构化的 界面模型支持直接操作图形用户界 面的一个关键所在。2013-5 -6Ch02-人机交互模型212.2.2面向对象的用户界面交互模型常见的面向对象的用户界面交互模型：MVC 模型、PAC模型、PAC-Amodeus模型、LIM模 型和YORK模型等。1MVC模型MVC模型是1983年提出

9、的面向对象的交互式 系统概念模型，该模型是在Smalltalk编程 语言环境下提出来的。由三类对象组成。2.2.2面向对象的用户界面交互模型用户输入显示输出视图消息模型表示应用对象的状态属性和行为 视图负责对象的可视属性描述 控制器是处理用户的输入行为并给控制器发送事件用户和系统的交互循环过程开始于用户在 一个控制器上的动作。MVC模型的两个 特征：在对话独立的前提下，允许语义和其视 图直接相互通讯。将人机交互处理与输出显示部分分离。2.2.2面向对象的用户界面交互模型2. PAC模型PAC模型是Coutaz与1987年提出的一种叫 做多看能体的交互式系统概念模型。提取控制陈述提取控制陈述提取

10、控制陈述提取控制陈述提取控制陈述2013-5 -6Ch02-人机交互模型25垂直流表示对象之间的通信，水平流表示一个 对象内部不同方面之间的通信。陈述：陈述定义用户的输入和应用的输岀行为。 提取：提取对应于功能的语义信息，实现应用 要完成的功能。控制：负责对话控制并维护表示和提取的一致 性。不同PAC Agent的“陈述、提取和控制器”不同， 最底层的PAC实现与终端用户的交互，顶层的 PAC用于实现交互系统中与应用有关的功能。2013-5-6PAC模型与MVC模型之间有四个重要的区别:1.2.3.4.PAC模型Agent将应用功能与陈述、输入 和输出行为都封装在一个对象中。P AC模型用一个

11、独立的控制器来保持应用语义用户界面之间的一致性。P AC模型没有基于任何一种编程环境oPAC模型将控制器独立出来，更加符合 UIMS的设计思想，可以用来表示用户界面不同的功能部分。23用户概念模型用户概念模型指的是一种用户能够理解的 系统描述，它使用一组集成的构思和概念, 描述系统应做什么、如何运作、外观如何 等。人机系统设计的首要任务就是建立明确的、 具体的概念模型概念模型设计的两种方法根据用户的需要和其他需求去规划产品，了解用 户在执行日常任务时做些什么.例如，用户主要是 搜集信息，编制文档，记录事件，与其他用户协 调以及参与其他活动决定哪一种交互方式能最好地支持用户的实际需 要,提岀一些

12、实际可行的方案.另一个方法是选择一个界面比拟，比拟是指用熟悉 的或者容易理解的知识去解释不熟悉的、难以理 解的问题.例如“桌面”和“搜索引擎”就是大 家都熟悉的两个界面比拟概念模型可以分为两大类:基于活动的概念模型基于对象的概念模型2.3.1活动类型的概念模型最常见的活动类型有：指示、对话、操作与导航 以及探索与浏览，指示类模型描述的是用户通过指示系统应做什么 来完成自己的任务，如，用户可向某个系统发岀指 示，要求打印文件在Windows和其他GUI系统中，用户则通过使用 控制键，或者使用鼠标选择菜单项来发出命令。好处是支持快速、有效的交互。因此，特别适合 于重复性的活动，用于操作多个对象。例

13、如，重 复性的存储、删除、组织文件或邮件。对话类型的概念模型是基于“人与系统对话”这 一模式设计的它与“指示”类型的模型不同。“对话”是一个 双向的通信过程，其系统更像是一个交互伙伴， 而不仅仅是执行命令的机器。最适用于那些用户需要查找特定类型的信息，或 者希望讨论问题的应用实际的“对话”方式可采用各种形式，如电话银行, 订票,搜索引擎和援助系统主要好处是允许人们（尤其是新手）以一种自己熟 悉的方式与系统交互。但“对话”式的概念模型 可能发生“答非所问”的误会操作与导航概念模型利用用户在现实世界 中积累的知识来操作对象或穿越某个虚拟 空间。例如，我们可以通过移动、选择、打开、 关闭、缩放等方式

14、来操作虚拟对象也可以使用这些活动的扩展方式，即现实 世界中不可能的方式来操作对象或穿越虚 拟空间。例如，有些虚拟世界允许用户控制自身的 移动，或允许一个物体变成另一个物体。2013-5 -6Ch02-人机交互模型33探索与浏览概念模型的思想是使用媒体去发掘和浏览信息. 网页和电子商务网站都是基于这个概念模型的应用以上各种类型的活动并不是相互排斥的，它们可以并存.例如，在对话的同时也可以发出指示，在浏览的同时也可 以定位环境但是，这些活动都有不同的属性，而且其界面的开发方法 也不同。-黑齬S轟炳臨黔用昭从对话类型可采用语音或者键入命令操作与导航类型用于用户具备操作和导航的能力，能够穿越某个环境或

15、者某些 虚拟对象的场合。探索与浏览类型用于系统为用户提供结构化的信息，并允 许用户自己摸索和学习新的东西，而不必向系统发问的场 合。232对象类型的概念模型是基于对象或人造物（如工具、书本或车辆）的模这一类模型要更为具体，侧重于特定对象在特定环境中的使用方式，通常是对物理世界的模拟。例如，“电子表格”就是一个非常成功的基于对 象的概念模型，而它的基本对象就是“分类账 页”。基于对象的概念模型有“界面比拟”和“交互范型”1 界面比拟界面比拟是指采用“比拟”的方法将交互 界面的概念模型与某个（或某些）物理实体之 间存在着的某些方面的相似性体现在交互 界面设计中 “界面比拟”将人们的习惯或熟知的事物

16、同交互界面中的新概念结合起来 “桌面”和“电子表格”既可以归类为基 于对象的概念模型，同时也是界面比拟的 例子夕0135爲搜索引擎是品R命轟面比拟的例子332.交互范型交互范型(Interaction Paradigm)指的是我们在构思交互设上时的某种主导思恿或思考方式交互设计领域的主要交互范型就是开发桌面应 用面向监视器、键盘和鼠标的单用户使用等。随着无线、移动技术和手提设备的岀现，已开发 豔聘黑交互范型。这些交互范型已经“超越无处不在计算技术(Ubiquitous Computing)；渗透性计算技术；可穿戴的计算技术； 物理/虚拟环境集成的技术2.4 GOMS预测模型这是一个一般性的术语

17、，泛指整个GOMS模型体 系目前有四种版本的GOMS模型，GOMS模型适用于研究和预测用户执行情况的不 同方面，如执行任务的时间、执行任务的策略等这些模型主要用于预测用户的执行属性，从而可 选择或设计不同的应用软件和设备GOMS代表目标(Goals) 操作(0perators)方法 (Methods)和选择规则(Selection Rules)“目标”指的是用户要达到什么目的，如查找某 个网站“操作”指的是为了达到目标而使用的认知过程 和物理行为（如先选择搜索引擎，再思考关键字， 然后在搜索引擎中输入关键字）“方法”指的是为了达到目标而采用的具体步骤 （如使用鼠标点击输入域，输入关键字，再点击

18、“查找”按钮）“选择规则”用于选择具体方法，适用于任务的 某个阶段存在多袖方法选择的情形。例如，在搜 索引擎的输入域中键入了关键字之后，用户可以 选择点击“返回”按钮，或者点击“查找”按钮, 这就要用到选择规则GOMS模型描述在微软的Word中删除文本的过程目标：删除Word中的文本方法1使用菜单删除文本方法2使用“删除”键删除文本上述方法的操作过程如下：点击鼠标移动光标选择菜单把光标移至操作对象处按键在决定应采用何种方法后，选择规则如下若需要删除大量文本，则使用鼠标，通过菜单 进行删除（方法若只是删除个别词，贝U使用“删除”键进行删除（方法2）击键层次模型(Keystroke LevelModel)是对用户执行情况进行量化预测的模型.可以通过比较使 用不同的策略完成任务的时间来确定最优的方案下面是Card等人总结出的一组估计时间。K=0.2s,按单个键或者按钮；P=