一、人機交互基礎知識
人機交互學：是一門研究人、計算機以及他們之間相互聯繫的方式（交互）的科學。
交互：人與計算機之間的直接或間接的通訊
人機交互的目的：從尊重用戶的角度來改善用戶和計算機之間的交互，從而使計算機系統更加容易使用。
為什麼學習人機交互？
從市場角度：用戶容忍度降低
從企業角度：提高生產效率，降低成本
從個人角度：提高可用性，獲取用戶主觀滿意度
從人性角度：容忍用戶出錯
什麼是好的交互設計？
不存在危害的系統，高效且無差錯
日常系統，易學習，不易出錯，用戶滿意
最好的界面是用戶感覺不到界面
界面設計滿足不同用戶的身心需求
交互框架作用：
提供理解或定義某種事物的一種結構
能夠幫助人們結構化設計過程
認識設計過程中的主要問題
還有助於定義問題所涉及的領域
執行/評估活動週期 EEC：
1、最有影響力的框架
2、定義了活動的四個組成部分
目標(Goal) ≠意圖(Intention)
執行(Execution)
客觀因素(World)
評估(Evaluation)
EEC模型可解釋為什麼有些界面的使用存在問題
執行隔閡：用戶為達目標而制定的動作與系統允許的動作之間的差別
評估隔閡：系統狀態的實際表現與用戶預期之間的差別
EEC模型不能描述人與系統通過界面進行的通信
四個構成部分+四個步驟(翻譯過程)
系統：內核語言
用戶：任務語言
輸入：輸入語言
輸出：輸出語言
1、命令行交互
優點
專家用戶能夠快速完成任務；
較GUI節約系統資源；
可動態配置可操作選項；
鍵盤操作較鼠標操作更加精確；
支持用戶自定義命令
缺點
命令語言的掌握對用戶的記憶能力提出較高要求；
基於回憶的方式（recall memory）
沒有GUI基於識別的方式（recognition memory）容易使用
鍵盤操作，出錯頻率較高；
要求用戶記憶指令的表示方式
與可用性理論所強調的“不應要求用戶瞭解計算機底層的實現細節”相違背。
2、菜單驅動界面
優點
基於識別機制，對記憶的需求較低；
具有自解釋性；
容易糾錯；
適合新手用戶。若提供了較好的快捷鍵功能，則對於專家用戶同樣適用。
缺點
導航方式不夠靈活；
當菜單規模較大時，導航效率不高；
佔用屏幕空間，不適合小型顯示設備。
為節省空間，通常組織為下拉菜單或彈出式菜單；
對專家用戶而言使用效率不高
3、基於表格的界面
優點
簡化數據輸入；
只需識別無需學習；
特別適合於日常文書處理等需要鍵入大量數據的工作
缺點
佔用大量屏幕空間；
導致業務流程較形式
4、直接操縱
自由階段——指用戶執行操作前的屏幕視圖；
捕獲階段——在用戶動作（點擊、點擊拖拽等）執行過程中屏幕的顯示情況；
終止階段——用戶動作執行後屏幕的顯示情況。
優點
將任務概念可視化，用戶可以非常方便地辨別他們；
容易學習，適合新手用戶；
基於識別，對記憶的要求不高，可減少錯誤發生；
支持空間線索，鼓勵用戶對界面進行探索；
可實現對用戶操作的快速反饋，具有較高的用戶主觀滿意度。
缺點
實現起來比較困難；
對專家用戶而言效率不高；
不適合小屏幕顯示設備；
對圖形顯示性能的需求較高；
不具備自解釋性，可能誤導用戶
5、問答界面
優點
對記憶的要求較低；
每個界面具有自解釋性；
將任務流程以簡單的線性表示；
適合新手用戶。
缺點
要求從用戶端獲得有效輸入；
要求用戶熟悉界面控制；
糾錯過程可能比較乏味。
6、隱喻界面
優點
直觀生動
無需學習
侷限性
不具有可擴展性，大量實體時效率低下
不同用戶對同一事物可能產生不同的聯想
緊緊地將我們的理念和物理世界束縛在一起
尋找恰當的隱喻可能存在困難
7、自然語言交互
8、3D虛擬環境導航
9、筆交互
10、觸摸屏
11、多通道用戶界面
信息處理模型
作用：研究人對外界信息的接收、存儲、集成、檢索和使用，可預測人執行特定任務的效率，
沒有考慮到注意和記憶的重要性
擴展的信息處理機模型
人類處理機模型
包含三個交互式組件：
感知處理器 ：信息將被輸出到聲音存儲和視覺存儲區域
認知處理器 ：輸入將被輸出到工作記憶
動作處理器：執行動作
存在的問題
把認知過程描述為一系列處理步驟
僅關注單個人和單個任務的執行過程，忽視了複雜操作執行中人與人之間及任務與任務之間的互動
忽視了環境和其他人可能帶來的影響
格式塔（Gestalt）心理學
相近性原則、相似性原則、連續性原則、完整性和閉合性原則
人的認知特性
三個階段
感覺記憶
短時記憶
長時記憶
三個階段之間可以進行信息交換
二、交互設計目標與原則
設計目標
可用性目標
用戶體驗目標
簡易可用性工程
可用性屬性的度量
四項關鍵技術
設計原則
一般原則
黃金規則
啟發式規則
可用性目標
（1）易學性（最基本的可用性屬性）
（2）高效率
（3）易記性
易記性的影響因素
位置：將特定對象放在固定位置
分組：對事物按照邏輯進行恰當的分組
慣例：儘可能使用通用的對象或符號
冗餘：使用多個感知通道對信息進行編碼
（4）少出錯
措施
保證導致災難性後果錯誤的發生頻率降到最低
保證錯誤發生後迅速恢復到正常狀態
（5）主觀滿意度
觀念的轉變
傳統軟件質量觀
側重內部效率和可靠性
如程序代碼運行時的效率以及靈活性、可維護性
人機交互軟件質量觀
轉向用戶視角
可用性度量
常用方法
選擇一些能夠代表目標用戶群體的測試用戶
讓這些用戶使用系統執行一組預定的任務
比較任務的執行情況
針對多維屬性
取每個可用性屬性的平均值
查看整體分佈情況
（1）易學性度量
可用性屬性中最容易度量的屬性
找一些從未使用過系統的用戶
能夠代表系統的目標用戶
區分沒有任何計算機使用經驗的新手用戶和具有一般計算機使用經驗的用戶
統計他們學習使用系統直至達到某種熟練程度的時間
（2）使用效率度量
（3）易記性度量
（4）錯誤率度量
（5）滿意度度量
不論採用什麼樣的評價尺度，都應當在大規模測試前進行小規模試點測試
可用性工程
以提高產品的可用性為目標的先進的產品開發方法論
完整的可用性工程過程
瞭解用戶
競爭性分析
設定可用性目標
用戶參與的設計
迭代設計
產品發佈後的工作
簡化
用戶和任務觀察
場景（scenario）
簡化的邊做邊說（thinking aloud）
啟發式評估
交互設計原則
基本規則
可學習性
新用戶能用它開始有效的交互並能獲得最大的性能
靈活性
用戶和系統能以多種方式交換信息
健壯性
在決定成就和目標評估方面對用戶提供的支持程度
八條黃金規則
1. 儘可能保證一致
2. 符合普遍可用性
3. 提供信息豐富的反饋
4. 設計說明對話框以生成結束信息
5. 預防並處理錯誤
6. 讓操作容易撤銷
7. 支持內部控制點
8. 減輕短時記憶負擔
十項啟發式規則
系統狀態的可見度
系統和現實世界的吻合
用戶享有控制權和自主權
一致性和標準化
避免出錯
依賴識別而非記憶
使用的靈活性和高效性
審美感和最小化設計
幫助用戶識別、診斷和恢復錯誤
幫助和文檔
三、交互設計過程
交互設計的基本活動
標識用戶需要並建立需求
開發滿足需求的候選設計方案
構建設計的交互式版本
評估設計
三個關鍵特徵
以用戶為中心
穩定的可用性標準
迭代
設計過程中的問題
如何選取用戶
如何明確需求
如何提出候選方案
如何在候選方案中進行選擇
交互設計生命週期
星型模型
可用性工程模型
交互設計過程管理
LUCID
基本活動
（1）標識用戶需要並建立需求
瞭解誰是目標用戶，交互式產品應提供哪些支持
這個活動是最基本的
（2）開發滿足需求的候選設計方案
交互設計的核心活動
可進一步劃分為概念設計和物理設計
（3）構建設計的交互式版本
不必是可運行的軟件
（4）評估設計
評估設計的可用性和可接受性
用到各種評估標準
三個關鍵特徵
以用戶為中心
以用戶為中心是交互設計的核心觀點
提供讓用戶參與評估和提出反饋的機會
穩定的可用性標準
項目之初就必須標識特定的可用性和用戶體驗目標
迭代
用戶和設計人員都參與設計和討論需求
各個活動相互啟發，並重復進行
設計過程
1、選取用戶
2、明確需求
3、提出候選設計方案
4、選擇設計方案
決策分為兩類：
第一類：關於可見、可測量的外部特徵，例：檢索數據庫網頁的響應時間
第二類：關於不可見、不可測量的內部特徵，例：數據庫內部存取機制
注意力集中在可見、可測量的外部行為上
交互系統生命週期
一個交互式系統的所有需求在開始時是無法確定的。
傳統的生命週期模型不適用
1、星型生命週期模型
以“評估”為核心
沒有活動次序
任何兩個活動可以相互切換
可以從任一活動開始
2、可用性工程生命週期模型
三個基本任務：
需求分析
設計/測試/開發
安裝
交互設計過程管理
LUCID（合理的以用戶為中心的交互設計）
六個階段：
預想
發現
設計基礎
設計細節
構建
發佈
四、交互需求定義
用戶是不同的
產品是不同的
人物角色的構建
場景劇本的構造
需求獲取和分析
層次化任務分析
原型
需求獲取是項目設計的第一個階段
需求活動
蒐集數據
解釋數據
提取需求
產品特性
功能不同
物理條件不同
使用環境不同
用戶特性
用戶差異
（1）體驗水平差異
設計目標
讓新手快速和無痛苦地成為中間用戶
避免為想成為專家的用戶設置障礙
讓中間用戶感到愉快
因為他們的技能將穩定地處於中間層
（1）新手用戶
特點
敏感，且很容易在開始有挫折感
設計要求
不能將新手狀態視為目標
讓學習過程快速且富有針對性
確保程序充分反映了用戶關於任務的心智模型
無論什麼樣的幫助，都不應該在界面中固定
具有嚮導功能的對話框幫助較好
不要使用在線幫助作為學習指導
使用單個的指南工具（一般顯示在對話框中）
菜單項應該是解釋性的
（2）專家用戶
特點
對缺少經驗的用戶有著異乎尋常的影響
“專家說不好就不好”
欣賞更新的且更強大功能
不會受到複雜性增加的干擾
設計要求
對經常使用的工具集，要能快速訪問
（3）中間用戶
特點
需要工具，但不需要解釋，而需要提示
能夠區分經常使用和很少使用的功能
高級功能的存在讓永久的中間用戶放心
設計要求
工具提示（Tooltip）是適合中間用戶最好的習慣用法
在線幫助是永久中間用戶的極佳工具
常用功能中的工具放在用戶界面的前端和中心位置
提供一些額外的高級特性
（2）年齡差異
（3）文化差異
（4）健康差異
用戶建模
人物角色
作用：
確定產品應該做什麼及應有的行為
與利益相關者、開發者和其他設計者交流
在設計中達成意見一致和承諾
衡量設計的效率
促進產品其他方面的相關工作，如市場推廣和營銷計劃。
解決產品開發過程中出現的3個設計問題 ：
彈性用戶
自參考設計
邊緣情況統計
建模過程：
拼湊：採用頭腦風暴的方法，產生一些零碎概念或模型的片段，先不去考慮他們的細節。
組織：將這些片段按照所構造模型的需要進行分組和分類，歸併或刪除那些冗餘重疊的東西
細節：建立和完善相應細節，補充遺漏的數據
求精：對模型進行推敲，以便改進和完善
以上過程循環反覆
需求獲取：
觀察：
直接觀察
間接觀察
場景：
場景是表示任務和工作結構的“非正式的敘述性描述“
場景的來源：場景說明通常來自專題討論或者訪談，目的是解釋或討論有關用戶目標的一些問題
任務分析
層次化任務分析（HTA）是應用最廣的任務分析技術
任務分析的用途：
手冊和教學（現有系統）
需求獲取和系統設計（新系統）
任務分析本身不是需求獲取，但有助於需求的完整表達
詳細的接口設計（新系統）
應用於菜單設計
需求驗證：
一般的需求驗證技術：
需求評審
測試用例
交互系統的驗證技術：
原型
原型分類：
低保真原型（丟棄型）
與最終產品不太相似的原型
使用與最終產品不同的材料，如紙張、紙板
如PalmPilot掌上電腦的木雕原型
優點是簡單、便宜、易於製作和修改
高保真原型（進化型）
與最終產品更為接近，使用相同的材料
如使用Visual Basic開發的軟件系統原型
風險
用戶會認為原型就是系統
開發人員可能認為已找到了一個用戶滿意的設計
五、交互式系統的設計
過早地把重點放在小細節、小部件和精細的交互上會妨礙產品的設計
設計框架
定義高層次上的屏幕布局
定義產品的工作流、行為和組織
步驟：
1、定義外形因素和輸入方法
2、定義功能和數據元素
3、決定功能組合層次
4、勾畫大致的設計框架
5、構建關鍵情景場景劇本
6、通過驗證性的場景劇本來檢查設計
簡化設計的四種策略：
轉移
刪除
方法：功能融合、刪除視覺混亂、刪減文字、不要刪減過多
組織
隱藏
刪除不必要的
組織要提供的
隱藏非核心的
設計中的折衷
個性化和配置
本地化和國際化
審美學與實用性
軟件設計的細節
加快系統的響應時間
減輕用戶的記憶負擔
減少用戶的等待感
以某種形式的反饋讓用戶瞭解操作進行的進度和狀態
如進度對話框
以漸進方式向用戶呈現處理結果
分成多個連續的部分來順序地把結果提供給用戶
先傳輸全局概括，再傳輸細節
給用戶分配任務，分散用戶的注意力（安裝軟件）
減低用戶的期望值（本次安裝大約需要3分鐘）
設計好的出錯信息
四個簡單原則
使用清晰的語言來表達，而不要使用難懂的代碼
使用的語言應當精煉準確，而不是空泛而模糊的
對用戶解決問題提供建設性的幫助
出錯信息應當友好，不要威脅或責備用戶
交互設計模式
模式在HCI中的應用還處於起步階段
定位模式、結構模式、行為模式
模式不是拿來即用的商品，每一次模式的運用都有所不同
物理結構：
三種不同的物理結構：
多窗口
當用戶想要自定義屏幕布局的複雜應用時
缺點：窗口太多，用戶找不到想要的窗口
單一窗口分頁
簡單Web應用最適合
優點：有效組織空間，是小型手持設備和手機的首選
平鋪窗口
優點：可看到許多內容而不必管理窗口
缺點：佔據大量屏幕空間
如何選擇：用戶是關鍵
六、可視化設計
窗口和菜單
對話框
常用控件
工具欄
屏幕複雜性度量
用戶界面設計原理
1、窗口
（1）狀態：
最大化
最小化
還原
平鋪(Tile)窗口：允許拖放操作
重疊(Overlapping)窗口：有效利用屏幕空間
層疊(Cascade )窗口：可視化組織各窗口
（2）窗口界面類型
多文檔界面
優點
節省系統資源
最小的可視集
協同工作區
多文檔同時可視化
缺點
菜單隨活動文檔窗口狀態變化，導致不一致性
文檔窗口必須在主窗口內部，減弱多文檔顯示優勢
屏幕顯示覆雜：子窗口可能在父窗口中被最小化
單文檔界面
優點
從用戶角度出發，以文檔為中心
界面的視覺複雜性小
缺點
不能管理分散但相關的文檔窗口
相關文檔不能從相同類型的其他文檔中分離
文檔打開過多時，任務欄可能被佔滿
標籤文檔界面
窗口菜單：包含了當前打開窗口的列表
優點：讓用戶看到哪些窗口是打開的
缺點：不允許用戶看到兩個及以上的窗口內容
2、菜單
訪問系統功能的工具，已經成為窗口環境的標準特徵
必不可少的組成部分
菜單標題
菜單選項
最重要的特性：描述性、一致性
注意事項：
菜單應該按語義及任務結構來組織
合理組織菜單接口的結構與層次
菜單及菜單項的名字應符合日常命名習慣
菜單選項列表即可以是有序的也可以是無序的
為菜單項提供多種的選擇途徑
增加菜單系統的可瀏覽性和可預期性
對菜單選擇和點取設定反饋標記
3、對話框
典型的輔助性窗口
分類：
模態對話框、非模態對話框
按用途分類：
屬性對話框、功能對話框、進度對話框（耗費的時間的進度）、公告對話框（阻塞型對話框（錯誤、警告、確認）、臨時對話框）、標籤對話框、擴展對話框、級聯對話框
消除錯誤信息
用更健壯的軟件取代錯誤消息
消除用戶犯錯誤的可能性
為所有的數據輸入使用有界控件
為用戶提供正面反饋
軟件的負面反饋對用戶而言是一種侮辱
最後一招：改進錯誤消息框
保證始終有禮貌、具有啟發性、還要助人為樂
澄清問題的範圍
可選擇的方法
默認情況程序會做什麼
丟失了哪些信息
消除確認對話框
原則1：做，不要問
設計軟件時，勇往直前給它確信的力量
原則2：讓所有操作都可以撤銷
刪除或覆蓋文件時可將文件移動到暫時目錄，待一段時間或物理刪除後再刪除
原則3：提供非模態反饋幫助用戶避免犯錯誤
如文檔頁面應顯示真實可打印區域的嚮導，以避免打印文檔超出可用的打印區域
對話框設計原則
（1）把主要的交互操作放在主窗口中
對話框適合主交互流之外的功能
（2）視覺上區分模態與非模態對話框
為非模態對話框提供一致的終止命令
（3）不要用臨時對話框作為錯誤信息框或確認信息框
保證用戶能夠閱讀
（4）不要堆疊標籤
4、控件
（1）命令控件
（2）選擇控件（複選框、列表框、下拉列表）
（3）顯示控件
滾動條
適合用於窗口內容和文本導航器
包含的信息
當前可見文檔的百分比
總共有多少頁
拖動滑塊時，顯示頁數
拖動滑塊時，顯示每一頁的第一個句子
跳到文檔開始和末尾的按鈕
（4）輸入控件（有界）
5、工具欄
工具欄上的圖標與文本
不同時顯示，因為屏幕空間寶貴，
工具提示
圖標的4種表示方法
相似、示例、象徵、任意
6、屏幕複雜性度量
佈局複雜度
佈局統一度
以“視覺上無序的排列有礙於可用性”這一原理為基礎
7、用戶界面設計原理
結構原理
簡單性原理
可見性原理
反饋原理
成功的反饋就是以能被對方注意到、讀到和正確理解的方式來提供信息
好的出錯信息
以一個能讓用戶馬上知道問題何在的題頭開始
有針對性和簡潔地解釋問題究竟是什麼
建議解決問題的方法或操作步驟
寬容原理
重用原理
七、交互設計模型與理論
預測模型
GOMS
KLM
Fitts
動態特性建模
狀態轉移網
三態模型
語言模型
BNF
系統模型
Z標記法
計算用戶完成任務的時間：KLM
描述交互過程中系統狀態的變化：動態轉移網
探討任務的執行方法等：GOMS
1、預測模型
能夠預測用戶的執行情況，但不需要對用戶做實際測試
（1）GMOS
採用“分而治之”的思想，將一個任務進行多層次的細化
把每個操作的時間相加就可以得到一項任務的時間
①Goal-目標
用戶要達到什麼目的
②Operator-操作
（Operator:是任務分析到最低層時的行為，是用戶為了完成任務所必須執行的基本動作）
任務執行的底層行為，不能分解
為達到目標而使用的認知過程和物理行為
操作種類
外部操作
用戶與系統之間可觀測的物理操作
心理操作
用戶內部行為
不可觀測
如假想、猜測等
操作時間是上下文無關的
③Method-方法
如何完成目標的過程，即對應目標的子目標序列和所需操作
如移動鼠標，輸入關鍵字，點擊Go按鈕
④Selection-選擇規則
確定當有多種方法時選擇和方法
GOMS認為方法的選擇不是隨機的
（2）擊鍵層次模型
對用戶執行情況進行量化預測
僅涉及任務性能的一個方面：時間
用途
預測無錯誤情況下專家用戶在下列輸入前提下完成任務的時間
便於比較不同系統
確定何種方案能最有效地支持特定任務
（3）Fitts定律
2、動態特性建模
（1）狀態轉移網
狀態轉移圖
最常用的狀態轉移網的形式
有向圖
圖中的結點表示系統的各種狀態
圖中的邊表示狀態之間可能的轉移
（2）三態模型
3、語言模型
4、系統模型
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