軟件工程——12人機界面的設計第一頁，共76頁。第12章人機界面設計人機界面（Human-ComputerInterface，簡稱HCI）又稱人-機接口或用戶界面，它是用戶與計算機系統交換信息的媒介，更是用戶使用計算機系統的綜合操作環境。設計用戶界面不僅需要計算機科學的理論和知識，而且需要認知心理學以及人-機工程學、語言學等學科的知識。

第二頁，共76頁。在計算機應用中，用戶與計算機都要以適當的形式把消息傳遞給對方，稱為人--機交互：Human—ComputerInterface)交互是通過界面進行的。這種界面既存在于用戶與計算機硬件之間，也存在于用戶與一切軟件（包括系統軟件與應用軟件）之間，所以現在常把“用戶界面”簡稱為“HCI”第12章用戶界面設計

第三頁，共76頁。第12章人機界面設計12.1人機界面設計：概述人機界面對軟件和用戶的影響HCI追求的目標HCI設計涉及的問題：人的因素、美學和人機界面風格、方法學12.2人機界面風格12.3人機界面設計過程12.4界面設計原則12.5人機界面標準12.6支持界面設計的CASE工具12.7界面的基本類型及其設計

第四頁，共76頁。人機界面設計：概述人機界面設計是接口設計的一個重要的組成部分。對于交互式系統來說，人機界面設計和數據設計、體系結構設計、過程設計一樣重要。近年來，人機界面在系統中所占的比例越來越大，在個別系統中設計人機界面所用的工作量甚至占設計總工作量的一半以上。

第五頁，共76頁。人機界面設計：概述人機界面的設計質量，直接影響用戶對軟件產品的評價和接受程度，從而影響軟件產品的競爭力和使用壽命，因此，必須對人機界面設計給予足夠重視。由于對人機界面的評價，在很大程度上由人的主觀因素決定，因此，使用基于原型的系統化的設計策略，是成功地設計人機界面的關鍵。

第六頁，共76頁。人機界面設計：概述一、HCI追求的目標：用戶在使用計算機時①感官（視、聽、觸）舒適。②簡單、方便（能提供各種幫助。遇到各種問題時的求助；對記憶、聯想、推理、知識信息獲取、等等的幫助）。

第七頁，共76頁。人機界面設計：概述二、HCI設計涉及的問題1、人的因素：在什么情況下用戶的感官最舒適？覺得使用最方便？2、美學和人機界面風格。3、方法學問題：用什么方法才能設計出最好的人機界面？

第八頁，共76頁。人機界面設計：概述人的因素一、人的生理特征和心理問題。[53]p274/p209～210（本）[55]p448二、用戶背景。用戶本身的知識背景、技能、個性上的差異、行為習慣等的不同，對界面的要求和感受可能是不同的。

第九頁，共76頁。人機界面設計：概述美學與人機界面風格一、美學。它的討論已超出了課程的范圍二、人機界面風格的演變第一代：命令行方式或稱正文方式。（包括命令菜單式）第二代：GUI或稱點選界面（Pointandpickinterface）。第三代：WIMP（Windows、ICONS、Menus、Pointdevice）或稱桌面（desktop）。第四代：WIMP+超文本+多任務+多媒體。

第十頁，共76頁。人機界面設計：概述三、任務不同對界面的要求可能不同1、用戶可能要求HIC能提供一個早已熟悉和習慣的使用環境。2、下面的任務類型對界面的要求可能不同：（1）Communicationtask:使信息從生產者(Producer)傳遞到使用者(Consumer)的活動。（2）Dialoguetask:使用戶能指揮和控制與系統交互的活動。（3）Cognitivetask:獲得信息即可執行的活動，或與系統功能關聯的活動。（4）Controltask:允許用戶對信息及其他任務過程的順序進行控制的活動。

第十一頁，共76頁。人機界面設計：概述HCI的設計過程

用戶界面設計是一個迭代過程。第十二頁，共76頁。人機界面設計：概述人機界面實現的若干原則黃金原則一、提高可交互性二、數據輸入三、信息數據的顯示輸出界面實現的工具支持界面的基本類型及其設計

第十三頁，共76頁。12.1人的因素所謂“人的因素”有三層含義：①人對感知過程的認識，包括視覺、閱讀時的認知心理、記憶、歸納與演繹推理等；②用戶已有的技能和行為方式；③用戶所要求完成的整個任務以及用戶對人機交互部分的特殊要求。

第十四頁，共76頁。12.1.1人類感知基礎感官是人類認知客觀世界的初始通道。因此，設計人機界面要充分考慮視覺、觸覺和聽覺的作用，人機界面是在可視介質上實現的,如正文、圖形、圖表等。人們根據顯示內容的體積、形狀、顏色等種種表征來解釋所獲取的可視信息。因此，字體、大小、位置、顏色、形狀等都會直接影響信息提取的難易程度。很好地表示可視信息是設計友好界面的關鍵。

第十五頁，共76頁。12.1.1人類感知基礎閱讀——從正文中提取信息仍為大多數界面的主要活動。人們首先對可視的句式（patterns）進行解碼，然后在大腦內檢索字或短語的意思。這個過程的快慢受到眼球運動模式的控制，字號、字體、行長、大小寫、位置和顏色等諸多因素也會直接影響到信息提取的難易程度。

第十六頁，共76頁。12.1.1人類感知基礎人腦的組成：短期記憶系統（Short?TermMemory，STM）長期記憶系統（Long?TermMemory，LTM）。感官輸入（視、聽、觸）一開始放在“緩沖區”中，隨即存入STM，STM中的信息可立即重用。但緩沖區的大小、STM中信息可重用的時間間隔都十分有限。知識—指語法、語義信息，一般存在LTM中，它們是人對事物做出反應的依據。因此，系統分析員在說明人機界面時，若對STM和（或）LTM有什么過分要求，必將導致系統性能的下降。

第十七頁，共76頁。12.1.1人類感知基礎用戶從界面提取到的信息需要存入人的記憶中，供以后回憶和使用。在設計人機界面時不能要求用戶記住復雜的操作順序。大多數人遇到問題時并不進行形式的演繹和歸納推理，而是使用一組啟發式策略。這組策略是從以往對類似問題的處理中逐漸獲得的。因此，設計人機界面時還應便于用戶積累有關交互工作的經驗，同時要注意這些啟發式策略的一致性，不宜受特殊交互領域的影響。

第十八頁，共76頁。12.1.2用戶的技能用戶本身的技能，個性上的差異，行為方式的不同，都會對人機界面造成影響。終端用戶的技能，直接影響到他從人機界面上獲取信息、對系統做出反應、以及使用啟發式策略與系統和諧地進行交互的能力。大多數情況下，特定領域的知識比廣泛的教育和智慧更重要。每個人的個性又往往與思維方式或認知方式相聯系。因此理想的人機界面應針對具有典型個性的特定的一類用戶設計。

第十九頁，共76頁。第12章人機界面設計12.1人機界面設計：概述人機界面對軟件和用戶的影響HCI追求的目標HCI設計涉及的問題：人的因素、美學和人機界面風格、方法學12.2人機界面風格12.3人機界面設計過程12.4界面設計原則12.5人機界面標準12.6支持界面設計的CASE工具12.7界面的基本類型及其設計

第二十頁，共76頁。12.2人機界面風格1、最早，命令和詢問方式2、第二代，簡單的菜單式3、第三代，面向窗口的點選界面也稱為WIMP界面，即窗口(windows)、圖標(icons)、菜單(menus)、指示器(pointingdevice)四位一體，形成桌面(desktop)的概念4、最新一代HCI把第三代HCI技術與超文本、多任務概念結合起來，使用戶可同時執行多個任務WIMP+超文本+多任務+多媒體。

第二十一頁，共76頁。12.2人機界面風格第一代界面——命令和詢問方式。通信完全以正文形式并通過用戶命令和用戶對系統詢問的響應來完成。例如：D>runprog1.exe/debug='on'/out=pl/in=t1/alloc=1000kRUNALLOCATIONTOBEQUEUED?>>yesAUTOMATICCHECKPOINTINGINTERVAL?>>5缺點：易出錯、不友好，且不易于學習。

第二十二頁，共76頁。12.2人機界面風格第二代界面——簡單的菜單式，例如：chooseprogramoptionthatisdesired:1=inputdatamanually2=inputdatafromexistingdatafile3=performsimplifiedanalysis4=performdetailedanalysis5=producetabularoutput6=producegraphicaloutput7=otheroptionsclassesselectoption?_這種方式與命令行方式相比不易出錯，但使用起來仍然乏味。

第二十三頁，共76頁。12.2人機界面風格第三代界面——面向窗口的點選界面（pointandpickinterface）亦稱為WIMP界面，即：窗口（windows）、四位一體，圖標（icons）、形成桌面菜單（menus）、（desktop）指示器（pointingdevice）

第二十四頁，共76頁。面向窗口的點選界面隨著硬件的發展，特別是軟件工程師逐漸認識到人的因素對界面設計的影響，面向窗口的點選界面出現了，此類界面亦稱為WIMP界面，即窗口、圖標、菜單、指示器四為一體，形成桌面的概念。

第二十五頁，共76頁。12.2人機界面風格第四代界面：最新一代HCI，把第三代HCI技術與超文本、多任務概念結合起來，使用戶可同時執行多個任務（以用戶的觀點）。WIMP+超文本+多任務+多媒體。

第二十六頁，共76頁。第12章人機界面設計12.1人機界面設計：概述人機界面對軟件和用戶的影響HCI追求的目標HCI設計涉及的問題：人的因素、美學和人機界面風格、方法學12.2人機界面風格12.3人機界面設計過程12.4界面設計原則12.5人機界面標準12.6支持界面設計的CASE工具12.7界面的基本類型及其設計

第二十七頁，共76頁。12.3人機界面設計過程人機界面設計過程可分為下面幾個步驟：1）創建系統功能的外部模型；2）確定為完成此系統功能人和計算機應分別完成的任務；3）考慮界面設計中的典型問題；4）借助CASE工具構造界面原型；5）實現設計模型；6）評估界面質量。

第二十八頁，共76頁。12.3.3界面設計的一般問題設計人機界面，必須考慮四個方面：系統的響應時間；用戶求助機制；錯誤信息處理；命令方式。1）系統響應時間指當用戶執行了某個控制動作后（如，點擊鼠標器等），系統做出反應的時間（指輸出信息或執行對應的動作）。系統響應時間過長、不同命令在響應時間上的差別過于懸殊，用戶將難以接受。

第二十九頁，共76頁。12.3.3界面設計的一般問題2）用戶都希望得到聯機幫助。聯機求助系統有兩類：集成式和疊加式。①集成式求助一般都與軟件設計同時考慮，上下文敏感，整個求助過程快捷而友好；②疊加式求助一般是在軟件完成后附上一個受限的聯機用戶手冊。此外，還要考慮諸如幫助范圍（僅考慮部分還是全部功能）、用戶求助的途徑、幫助信息的顯示、用戶如何返回正常交互工作及幫助信息本身如何組織等一系列問題。

第三十頁，共76頁。12.3.3界面設計的一般問題3）錯誤信息處理出錯信息應選用用戶明了、含義準確的術語描述，同時還應盡可能提供一些有關錯誤恢復的建議。此外，顯示出錯信息時，若輔以聽覺（如鈴聲）、視覺（專用顏色）刺激，則效果更佳。

第三十一頁，共76頁。12.3.3界面設計的一般問題4）命令方式鍵盤命令曾經一度是用戶與軟件系統之間最通用的交互方式，隨著面向窗口的點選界面的出現，鍵盤命令雖不再是唯一的交互形式，但許多有經驗的熟練的軟件人員仍喜愛這一方式，更多的情形是菜單與鍵盤命令并存，供用戶自由選用。

第三十二頁，共76頁。12.3.4界面設計與實現的過程用戶界面設計是一個迭代過程。

第三十三頁，共76頁。12.3.5界面實現的工具支持為支持這種迭代式設計，大量的用戶界面快速原型工具涌現出來：用戶界面工具箱（userinterfacetoolkits）或用戶界面開發系統（userinterfacedevelopmentsystems）。這些工具通過提供現成的模塊和對象，包括窗口、菜單、設備交互、出錯信息和命令等。

第三十四頁，共76頁。12.3.5界面實現的工具支持UIDS把一般應用程序定義界面時所必需的界面元素，如窗口、菜單、窗口中的控件（如命令按鈕、對話框等）預定義為對象，并預測每個對象可能需要作出的響應事件（例如單擊鼠標或按鍵等），將這些預定義的對象組織成構件庫，每個對象有自己的屬性、方法和事件過程。

第三十五頁，共76頁。12.3.5界面實現的工具支持基于工具的界面創建步驟為一個應用程序創建界面的大致步驟為：(1)為應用程序創建一個或多個窗口；(2)用工具框向每個窗口添加控件；(3)用菜單設計窗口為窗口定義菜單欄；(4)用屬性欄設置窗口和控件的屬性；(5)用代碼窗口編寫事件和通用過程(實為應用程序設計)；(6)測試和調試。

第三十六頁，共76頁。第12章人機界面設計12.1人機界面設計：概述人機界面對軟件和用戶的影響HCI追求的目標HCI設計涉及的問題：人的因素、美學和人機界面風格、方法學12.2人機界面風格12.3人機界面設計過程12.4界面設計原則12.5人機界面標準12.6支持界面設計的CASE工具12.7界面的基本類型及其設計

第三十七頁，共76頁。12.4界面設計原則分析用戶類型應用程序和界面分離一致性盡量減少用戶工作提供反饋出錯處理和幫助功能增加可視化圖形表示

第三十八頁，共76頁。12.4用戶界面設計原則用戶界面設計的一般原則①用戶熟悉原則②一致性原則③可恢復性原則④用戶指南原則⑤用戶差異性原則

第三十九頁，共76頁。12.4人機界面設計原則黃金原則（TheoMandel）讓用戶擁有控制權減少用戶的記憶負擔保持界面一致

第四十頁，共76頁。12.4人機界面設計原則讓用戶擁有控制權

1)交互模式的定義不能強迫用戶進入不必要的或不希望的動作的方式2) 提供靈活的交互3) 允許用戶交互可以被中斷和撤銷4) 當技能級別增長時可以使交互流水化并允許定制交互5) 使用戶隔離內部技術細節6)應允許用戶和出現在屏幕上的對象直接交互

第四十一頁，共76頁。12.4人機界面設計原則減少用戶的記憶負擔1)減少對短期記憶的要求2)建立有意義的缺省3)定義直覺性的捷徑4)界面的視覺布局應該基于真實世界的隱喻5)以不斷進展的方式揭示信息

第四十二頁，共76頁。界面舉例MSN第四十三頁，共76頁。界面舉例紅心大戰缺省值第四十四頁，共76頁。12.4人機界面設計原則黃金規則：保持界面一致用戶應以一致的方式展示和獲取信息所有可視信息的組織均按照均按照貫穿所有屏幕顯示所保持的設計標準輸入機制被約束到有限的集合，在整個應用中被一致地使用從任務到任務的導航機制被一致地定義和實現

第四十五頁，共76頁。12.4人機界面設計原則保持界面一致

1)允許用戶將當前任務放在有意義的語境中2)在應用系列內保持一致性3)不要改變用戶已經熟悉的用戶交互模型

第四十六頁，共76頁。12.4人機界面設計原則人機界面設計得好壞與設計者的經驗有直接的關系，下面從一般可交互性、信息顯示和數據輸入三個方面簡單介紹一些界面設計的經驗。12.4.1一般可交互性提高可交互性的措施：1．在同一用戶界面中，所有的菜單選擇、命令輸入、數據顯示和其他功能應始終保持同一種形式和風格；2．通過向用戶提供視覺和聽覺上的反饋，保持用戶與界面間的雙向通信；

第四十七頁，共76頁。12.4.1一般可交互性提高可交互性的措施：3.對所有可能造成損害的動作，堅持要求用戶確認，例如，提問“你確實要刪除…？”；4．對大多數動作應允許恢復（UNDO）；5．盡量減少用戶記憶的信息量；6．提高對話、移動和思考的效率，即最大可能地減少擊鍵次數，縮短鼠標移動的距離，避免使用戶產生無所適從的感覺；7．用戶出錯時采取寬容的態度；8．按功能分類組織界面上的活動；9．提供上下文敏感的求助系統；10．用簡短的動詞和動詞短語提示命令。

第四十八頁，共76頁。案例1文檔分欄界面特點：頁面布局非常一致，視覺清晰，看起來令人愉快，閱讀信息所需的時間減少，任務的性能強，滿意度高

第四十九頁，共76頁。案例2刪除界面特點：在功能上添加額外的保護層以避免用戶犯錯誤。要求用戶確定要選擇的意圖。這種解決方案增加了安全性，減少了錯誤，并提高了滿意度。然而，它要求額外的用戶操作，導致執行效率較低

第五十頁，共76頁。案例3Word字體對話框特點：此對話框，用戶可以用一堆復選框來選擇字體效果，這沒什么問題。但是其中有4對選項是互斥的：刪除線、雙刪除線，下劃線、雙下劃線，陰文、陽文，小型大寫字母、全部大寫字母。這些控件看上去是復選框但實際上卻是單選框。顯然，使用單選框將影響控件群的整體美感但確失去了可交互性。第五十一頁，共76頁。12.4.2信息顯示信息顯示的形式和方式的一些原則：1．僅顯示與當前上下文有關的信息；2．采用簡單明了的表達方式，避免用戶置身于大量的數據中；3．采用統一的標號、約定俗成的縮寫和預先定義好的顏色；4．允許用戶對可視環境進行維護，如放大、縮小圖象；

第五十二頁，共76頁。12.4.2信息顯示信息顯示的形式和方式的一些原則：5．只顯示有意義的出錯信息；6．用大、小寫，縮進和按意群分組等方法提高可理解性；7．用窗口（在適合的情況下）分隔不同種類的信息；8．用“類比”手法，生動形象地表示信息；9．合理劃分并高效使用顯示屏。

第五十三頁，共76頁。案例4特點：顯示了兩欄工具欄及一欄主菜單。命令區域清晰可見卻并不占據過多的屏幕空間

第五十四頁，共76頁。案例5特點：是個反面示例，幾乎所有的工具欄都激活了。屏幕高度混亂，用戶不得要領

問題案例第五十五頁，共76頁。案例6Winrar診斷對話框特點：對話框上的三個按鈕分別是“關閉”、“中斷操作”、“復制到剪貼板”，前兩個按鈕的提示意義含糊，用戶容易引起誤解：中斷或關閉的是本對話框還是壓縮操作？而且在操作“中斷操作”的按鈕時系統似乎并沒有效果

問題案例第五十六頁，共76頁。案例7問題案例第五十七頁，共76頁。12.4.3數據輸入用戶與系統交互的大部分時間用于輸入命令，提供數據或系統要求的其他輸入信息。目前，鍵盤仍為最常用的輸入設備，但鼠標、數字化儀、甚至語言識別系統正迅速成為替代品。數據輸入的一般準則：1．盡量減少用戶輸入的動作；2．保證信息顯示方式與數據輸入方式的協調一致；

第五十八頁，共76頁。12.4.3數據輸入數據輸入的一般準則：3.允許用戶定做輸入格式；4．采用靈活多樣的交互方式，允許用戶自選輸入方式；5．隱藏當前狀態下不可選用的命令；6．允許用戶控制交互過程；7．為所有輸入動作提供幫助信息；8．去除所有無實際意義的輸入，盡量采用缺省值。

第五十九頁，共76頁。案例8Excel填充界面特點：盡量減少用戶輸入有規律變化數據的次數，快速、便捷、簡單易用

第六十頁，共76頁。12.4.5HELP系統設計HELP系統設計不屬于界面設計范圍，涉及系統整體結構，是結構級用戶友好性設計。

第六十一頁，共76頁。12.4.5HELP系統設計幫助方式：操作指南文檔(植入系統、未植入系統)基于幫助文件的要求性幫助(命令級幫助)說明性幫助嵌入系統的要求性幫助嵌入培訓功能的智能幫助系統

第六十二頁，共76頁。12.4.6用戶友好性設計用戶友好性一般屬軟件的性能特性，它獨立于所有具體功能，卻影響著所有功能的重用性。用戶友好性應體現在與用戶有接口的軟件特性上。用戶友好性的根本目的是為了軟件可重用性、可維護性。

第六十三頁，共76頁。12.4.6用戶友好性設計用戶友好性的標志可操作性健壯性易學習性可擴展性

第六十四頁，共76頁。12.4.6用戶友好性設計反饋響應時間(系統延遲)系統閉合等級：極限閉合等級:>15秒復雜閉合等級：4～15秒簡單閉合等級：2～4秒最簡單閉合等級:1～2秒瞬時響應:<1秒

第六十五頁，共76頁。12.5人機界面標準推行用戶界面設計標準，將給開發者和終端用戶雙方都帶來便利。開發者都按統一的標準進行設計，每次為新應用系統設計界面時可重用原有的模塊和對象，將大大提高界面的生產率和質量。對用戶來說，一旦掌握了某個系統的界面，再學習新的應用系統時就會感到親切自然，直