Chapter2-人機(jī)交互模型郭亞軍金先級2023/11/271Ch02-人機(jī)交互模型2.1人機(jī)交互框架模型人機(jī)交互模型是對人機(jī)交互系統(tǒng)中的交互機(jī)制進(jìn)行描述的結(jié)構(gòu)概念模型

目前已提出多種模型，如用戶模型、交互模型、人機(jī)界面模型、評價模型等

這些模型從不同的角度描述了交互過程中人和機(jī)器的特點(diǎn)及其交互活動

人機(jī)交互模型是開發(fā)一個實(shí)用人機(jī)交互系統(tǒng)的基礎(chǔ)

2023/11/272Ch02-人機(jī)交互模型Norman的執(zhí)行-評估循環(huán)模型一個較早提出一個有一定影響的模型在這個模型中，Norman將人機(jī)交互過程分為執(zhí)行和評估兩個階段，通常由以下七個步驟構(gòu)成建立目標(biāo),形成意圖,動作描述,執(zhí)行動作,理解系統(tǒng)狀態(tài),解釋系統(tǒng)狀態(tài),根據(jù)目標(biāo)和意圖評估系統(tǒng)狀態(tài)它們之間的關(guān)系如下圖所示但由于它完全以用戶為中心，對于計算機(jī)系統(tǒng)而言僅僅考慮到系統(tǒng)的界面部分，因此是一個不完整的模型2023/11/273Ch02-人機(jī)交互模型2023/11/274Ch02-人機(jī)交互模型2.1人機(jī)交互框架模型

Abowd和Beale在1991年修正了Norman模型這個模型為了同時反映交互系統(tǒng)中用戶和系統(tǒng)的特征，

將交互分為四個部分：系統(tǒng)、用戶、輸入和輸出，如圖2.2所示

2023/11/275Ch02-人機(jī)交互模型2023/11/276Ch02-人機(jī)交互模型交互過程表現(xiàn)在信息在這四個部分之間的流動和對信息描述方式的轉(zhuǎn)換上這個模型較好地反映交互的一般特征其中輸入和輸出一起形成人機(jī)界面(又稱人機(jī)接口或用戶界面)在人機(jī)交互框架模型中，每一個部分都有其自己的描述語言，這些語言分別從各自的角度表達(dá)了應(yīng)用領(lǐng)域的概念。系統(tǒng)語言稱為核心語言，核心語言描述應(yīng)用領(lǐng)域的計算特征；用戶語言或稱為任務(wù)語言，則描述領(lǐng)域中的與用戶意圖表達(dá)相關(guān)的屬性2023/11/277Ch02-人機(jī)交互模型一個交互周期中有四個階段：目標(biāo)建立、執(zhí)行、表示和觀察

圖中的有向弧表示了這四個階段

每一個階段對應(yīng)著從一種描述語言到另一種描述語言的翻譯過程

一個交互周期以用戶的目標(biāo)建立階段開始

1.用戶以用戶語言的形式在頭腦中形成一個能導(dǎo)致該目標(biāo)的任務(wù)，并將任務(wù)翻譯成機(jī)器可以識別的“輸入語言”

2.在執(zhí)行階段，“輸入語言”被翻譯成能被系統(tǒng)直接執(zhí)行的一系列操作，即“核心語言”

2023/11/278Ch02-人機(jī)交互模型

3.在表示階段，處于新狀態(tài)下的系統(tǒng)將系統(tǒng)的當(dāng)前值以“輸出語言”的形式呈現(xiàn)出來。呈現(xiàn)出來的形式也是多種多樣的，如字符、圖形圖像、語音等

4.在觀察階段，用戶觀察輸出，將輸出翻譯為用用戶能夠理解的“用戶語言”表達(dá)的交互結(jié)果，與原目標(biāo)進(jìn)行比較和評價。

在這四個階段中，前兩個階段負(fù)責(zé)對用戶意圖的理解。用戶的意圖越容易表達(dá)，則計算機(jī)理解用戶意圖往往就越困難。

為了使界面的表示更加宜人化，系統(tǒng)可根據(jù)所保存的用戶行為模型、用戶的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约坝脩粢鈭D(上下文)，提供相應(yīng)的各具特色的人機(jī)交互界面。

2023/11/279Ch02-人機(jī)交互模型2.2人機(jī)界面模型

人機(jī)界面模型是人機(jī)界面軟件的程序框架，它從理論上和總體上描述了用戶和計算機(jī)的交互活動

隨著人機(jī)界面功能的增長，人機(jī)界面的設(shè)計也變得復(fù)雜，交互式應(yīng)用系統(tǒng)中界面代碼占70%以上

人機(jī)界面模型主要有:任務(wù)分析模型、對話控制模型、結(jié)構(gòu)模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷?/p>

2023/11/2710Ch02-人機(jī)交互模型任務(wù)分析模型基于所要求的系統(tǒng)功能進(jìn)行用戶和系統(tǒng)活動的描述和分析對話控制模型用于描述人機(jī)交互過程的時間和邏輯序列，即描述人機(jī)交互過程的動態(tài)行為的過程

結(jié)構(gòu)模型從交互系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來描述人機(jī)界面的構(gòu)成部件，它把人機(jī)交互中的各因素，如提示符、錯誤信息、光標(biāo)移動、用戶輸入、確認(rèn)、圖形、文本等有機(jī)地組織起來

面向?qū)ο竽Ｐ褪菫橹С种苯硬倏v的圖形用戶界面而發(fā)展起來的，它可以把人機(jī)界面中的顯示和交互組合成一體作為一個基本對象，也可以把顯示和交互分離為兩類對象，建立起相應(yīng)的面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

2023/11/2711Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型

1.Seeheim模型（P13)1985年在美國西雅圖舉行的“用戶界面管理軟件工具”研討會上提出的Seeheim模型。該模型分為三個部件：應(yīng)用接口部件對話控制部件表示部件

1.Seeheim模型

1985年在美國西雅圖舉行的“用戶界面管理軟件工具”研討會上提出的Seeheim模型。該模型分為三個部件：應(yīng)用用戶應(yīng)用接口部件對話控制部件表示部件2023/11/2712Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型

Seeheim模型界面結(jié)構(gòu)清晰，適合界面與應(yīng)用分別執(zhí)行，得到較廣泛的應(yīng)用。該模型的三個邏輯部分都有不同的功能和不同的描述方法。表示部件是人機(jī)接口的物理層對話控制部件是人機(jī)接口的主要部件應(yīng)用接口部件是應(yīng)用程序功能的一種表示2023/11/2713Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型

在界面設(shè)計時，這三個部分可對應(yīng)于詞法、語法及語義的三個語言層次。Seeheim模型已廣泛用于用戶界面軟件的設(shè)計中，適合界面與應(yīng)用程序分別執(zhí)行的場合，不支持直接操作的語法與語義的要求，因此對于直接操作的圖形用戶界面不適用。2023/11/2714Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型

2.Arch模型(P14)Arch模型是1992年在Seeheim模型基礎(chǔ)上提出來的。由五部分組成：

應(yīng)用對象2

表示對象應(yīng)用對象1交互對象對話部件領(lǐng)域適配器部件表示部件領(lǐng)域特定部件交互工具箱部件2023/11/2715Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型交互工具箱部件：實(shí)現(xiàn)與終端用戶的物理交互。表示部件：協(xié)調(diào)對話部件和交互工具箱部件之間的通訊。對話部件：負(fù)責(zé)任務(wù)排隊。領(lǐng)域適配器部件：協(xié)調(diào)對話部件和領(lǐng)域特定部件之間的通訊。領(lǐng)域特定部件：控制、操作及檢索與領(lǐng)域有關(guān)的數(shù)據(jù)。上圖顯示了部件之間傳輸?shù)膶ο箢愋汀Ｔ陬I(lǐng)域特定部件中，應(yīng)用對象1采用的數(shù)據(jù)及操作所提供的功能與用戶界面并無直接的聯(lián)系。

2023/11/2716Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型在領(lǐng)域適配器部件，應(yīng)用對象2采用的數(shù)據(jù)及操作所提供的功能與用戶界面有關(guān)。表示對象是控制用戶交互的虛擬交互對象，含有為用戶顯示的數(shù)據(jù)以及用戶產(chǎn)生的事件。交互對象用來實(shí)現(xiàn)與用戶交互有關(guān)的物理介質(zhì)的方法。在Arch模型中，可以對各個部件的功能進(jìn)行不同的定義。對于提供快速圖形輸出及復(fù)雜的語義反饋具有一定的局限性。

2023/11/2717Ch02-人機(jī)交互模型2.2.1人機(jī)界面結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)化用戶界面模型都基于對話獨(dú)立性原則，交互系統(tǒng)的設(shè)計大體分為兩部分：對話部件和計算部件。提供較強(qiáng)的語義反饋，是結(jié)構(gòu)化的界面模型支持直接操作圖形用戶界面的一個關(guān)鍵所在。

2023/11/2718Ch02-人機(jī)交互模型2.2.2面向?qū)ο蟮挠脩艚缑娼换ツＰ?/p>

常見的面向?qū)ο蟮挠脩艚缑娼换ツＰ停篗VC模型、PAC模型、PAC-Amodeus模型、LIM模型和YORK模型等。

1.MVC模型

MVC模型是1983年提出的面向?qū)ο蟮慕换ナ较到y(tǒng)概念模型，該模型是在Smalltalk編程語言環(huán)境下提出來的。由三類對象組成。2023/11/2719Ch02-人機(jī)交互模型2.2.2面向?qū)ο蟮挠脩艚缑娼换ツＰ?/p>

用戶輸入視圖消息顯示輸出模型操作依賴鏈依賴鏈控制器視圖模型2023/11/2720Ch02-人機(jī)交互模型模型表示應(yīng)用對象的狀態(tài)屬性和行為視圖負(fù)責(zé)對象的可視屬性描述控制器是處理用戶的輸入行為并給控制器發(fā)送事件用戶和系統(tǒng)的交互循環(huán)過程開始于用戶在一個控制器上的動作。MVC模型的兩個特征：在對話獨(dú)立的前提下，允許語義和其視圖直接相互通訊。將人機(jī)交互處理與輸出顯示部分分離。2023/11/2721Ch02-人機(jī)交互模型2.2.2面向?qū)ο蟮挠脩艚缑娼换ツＰ?/p>

2.PAC模型

PAC模型是Coutaz與1987年提出的一種叫做多智能體的交互式系統(tǒng)概念模型。提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述提取控制陳述2023/11/2722Ch02-人機(jī)交互模型垂直流表示對象之間的通信，水平流表示一個對象內(nèi)部不同方面之間的通信。陳述：陳述定義用戶的輸入和應(yīng)用的輸出行為。

提取：提取對應(yīng)于功能的語義信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用要完成的功能。控制：負(fù)責(zé)對話控制并維護(hù)表示和提取的一致性。不同PACAgent的“陳述、提取和控制器”不同，最底層的PAC實(shí)現(xiàn)與終端用戶的交互，頂層的PAC用于實(shí)現(xiàn)交互系統(tǒng)中與應(yīng)用有關(guān)的功能。2023/11/2723Ch02-人機(jī)交互模型

PAC模型與MVC模型之間有四個重要的區(qū)別：PAC模型Agent將應(yīng)用功能與陳述、輸入和輸出行為都封裝在一個對象中。PAC模型用一個獨(dú)立的控制器來保持應(yīng)用語義用戶界面之間的一致性。PAC模型沒有基于任何一種編程環(huán)境。PAC模型將控制器獨(dú)立出來，更加符合UIMS的設(shè)計思想，可以用來表示用戶界面不同的功能部分。2023/11/2724Ch02-人機(jī)交互模型2.3用戶概念模型

用戶概念模型指的是一種用戶能夠理解的系統(tǒng)描述，它使用一組集成的構(gòu)思和概念，描述系統(tǒng)應(yīng)做什么、如何運(yùn)作、外觀如何等。

人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù)就是建立明確的、具體的概念模型

2023/11/2725Ch02-人機(jī)交互模型概念模型設(shè)計的兩種方法

根據(jù)用戶的需要和其他需求去規(guī)劃產(chǎn)品，了解用戶在執(zhí)行日常任務(wù)時做些什么.例如，用戶主要是搜集信息，編制文檔，記錄事件，與其他用戶協(xié)調(diào)以及參與其他活動

決定哪一種交互方式能最好地支持用戶的實(shí)際需要,提出一些實(shí)際可行的方案.

另一個方法是選擇一個界面比擬,比擬是指用熟悉的或者容易理解的知識去解釋不熟悉的、難以理解的問題.例如“桌面”和“搜索引擎”就是大家都熟悉的兩個界面比擬

2023/11/2726Ch02-人機(jī)交互模型概念模型可以分為兩大類：

---基于活動的概念模型

---基于對象的概念模型

2023/11/2727Ch02-人機(jī)交互模型2.3.1活動類型的概念模型

最常見的活動類型有：指示、對話、操作與導(dǎo)航以及探索與瀏覽

,

指示類模型描述的是用戶通過指示系統(tǒng)應(yīng)做什么來完成自己的任務(wù),如，用戶可向某個系統(tǒng)發(fā)出指示，要求打印文件

在Windows和其他GUI系統(tǒng)中，用戶則通過使用控制鍵，或者使用鼠標(biāo)選擇菜單項(xiàng)來發(fā)出命令。好處是支持快速、有效的交互。因此，特別適合于重復(fù)性的活動，用于操作多個對象。例如，重復(fù)性的存儲、刪除、組織文件或郵件。

2023/11/2728Ch02-人機(jī)交互模型對話類型的概念模型是基于“人與系統(tǒng)對話”這一模式設(shè)計的它與“指示”類型的模型不同。“對話”是一個雙向的通信過程，其系統(tǒng)更像是一個交互伙伴，而不僅僅是執(zhí)行命令的機(jī)器。最適用于那些用戶需要查找特定類型的信息，或者希望討論問題的應(yīng)用實(shí)際的“對話”方式可采用各種形式,如電話銀行,訂票,搜索引擎和援助系統(tǒng)

主要好處是允許人們(尤其是新手)以一種自己熟悉的方式與系統(tǒng)交互。但“對話”式的概念模型可能發(fā)生“答非所問”的誤會

2023/11/2729Ch02-人機(jī)交互模型操作與導(dǎo)航概念模型利用用戶在現(xiàn)實(shí)世界中積累的知識來操作對象或穿越某個虛擬空間。

例如，我們可以通過移動、選擇、打開、關(guān)閉、縮放等方式來操作虛擬對象

也可以使用這些活動的擴(kuò)展方式，即現(xiàn)實(shí)世界中不可能的方式來操作對象或穿越虛擬空間。例如，有些虛擬世界允許用戶控制自身的移動，或允許一個物體變成另一個物體。2023/11/2730Ch02-人機(jī)交互模型探索與瀏覽概念模型的思想是使用媒體去發(fā)掘和瀏覽信息.網(wǎng)頁和電子商務(wù)網(wǎng)站都是基于這個概念模型的應(yīng)用

以上各種類型的活動并不是相互排斥的，它們可以并存

.例如，在對話的同時也可以發(fā)出指示，在瀏覽的同時也可以定位環(huán)境但是，這些活動都有不同的屬性，而且其界面的開發(fā)方法也不同。

如指示類型可以采取多種交互形式，如使用輸入命令、從視窗或觸摸屏選擇菜單項(xiàng)、發(fā)出聲音命令、按按鈕等.對話類型可采用語音或者鍵入命令.操作與導(dǎo)航類型用于用戶具備操作和導(dǎo)航的能力,能夠穿越某個環(huán)境或者某些虛擬對象的場合。探索與瀏覽類型用于系統(tǒng)為用戶提供結(jié)構(gòu)化的信息，并允許用戶自己摸索和學(xué)習(xí)新的東西，而不必向系統(tǒng)發(fā)問的場合。

2023/11/2731Ch02-人機(jī)交互模型2.3.2對象類型的概念模型是基于對象或人造物(如工具、書本或車輛)的模型

這一類模型要更為具體，側(cè)重于特定對象在特定環(huán)境中的使用方式，通常是對物理世界的模擬。例如，“電子表格”就是一個非常成功的基于對象的概念模型，而它的基本對象就是“分類賬頁”。

基于對象的概念模型有“界面比擬”和“交互范型”

2023/11/2732Ch02-人機(jī)交互模型1.界面比擬

界面比擬是指采用“比擬”的方法將交互界面的概念模型與某個(或某些)物理實(shí)體之間存在著的某些方面的相似性體現(xiàn)在交互界面設(shè)計中

“界面比擬”將人們的習(xí)慣或熟知的事物同交互界面中的新概念結(jié)合起來

“桌面”和“電子表格”既可以歸類為基于對象的概念模型，同時也是界面比擬的例子

“搜索引擎”是另一個界面比擬的例子

2023/11/2733Ch02-人機(jī)交互模型2.交互范型

交互范型(InteractionParadigm)指的是我們在構(gòu)思交互設(shè)計時的某種主導(dǎo)思想或思考方式

交互設(shè)計領(lǐng)域的主要交互范型就是開發(fā)桌面應(yīng)用——面向監(jiān)視器、鍵盤和鼠標(biāo)的單用戶使用等。

隨著無線、移動技術(shù)和手提設(shè)備的出現(xiàn)，已開發(fā)出各種新的交互范型。這些交互范型已經(jīng)“超越桌面”。如

無處不在計算技術(shù)(UbiquitousComputing)；滲透性計算技術(shù)；可穿戴的計算技術(shù)；物理／虛擬環(huán)境集成的技術(shù)2023/11/2734Ch02-人機(jī)交互模型2.4GOMS預(yù)測模型這是一個一般性的術(shù)語，泛指整個GOMS模型體系

目前有四種版本的GOMS模型，GOMS模型適用于研究和預(yù)測用戶執(zhí)行情況的不同方面，如執(zhí)行任務(wù)的時間、執(zhí)行任務(wù)的策略等這些模型主要用于預(yù)測用戶的執(zhí)行屬性，從而可選擇或設(shè)計不同的應(yīng)用軟件和設(shè)備GOMS代表目標(biāo)(Goals)、操作(Operators)、方法(Methods)和選擇規(guī)則(SelectionRules)

2023/11/2735Ch02-人機(jī)交互模型“目標(biāo)”指的是用戶要達(dá)到什么目的，如查找某個網(wǎng)站

“操作”指的是為了達(dá)到目標(biāo)而使用的認(rèn)知過程和物理行為(如先選擇搜索引擎，再思考關(guān)鍵字，然后在搜索引擎中輸入關(guān)鍵字)

“方法”指的是為了達(dá)到目標(biāo)而采用的具體步驟(如使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊輸入域，輸入關(guān)鍵字，再點(diǎn)擊“查找”按鈕)

“選擇規(guī)則”用于選擇具體方法，適用于任務(wù)的某個階段存在多種方法選擇的情形。例如，在搜索引擎的輸入域中鍵入了關(guān)鍵字之后，用戶可以選擇點(diǎn)擊“返回”按鈕，或者點(diǎn)擊“查找”按鈕，這就要用到選擇規(guī)則

2023/11/2736Ch02-人機(jī)交互模型GOMS模型描述在微軟的Word中刪除文本的過程目標(biāo)：刪除Word中的文本方法1使用菜單刪除文本

方法2使用“刪除”鍵刪除文本

上述方法的操作過程如下：點(diǎn)擊鼠標(biāo)——移動光標(biāo)——選擇菜單——把光標(biāo)移至操作對象處——按鍵

在決定應(yīng)采用何種方法后，選擇規(guī)則如下①若需要刪除大量文本，則使用鼠標(biāo)，通過菜單進(jìn)行刪除(方法1)；②若只是刪除個別詞，則使用“刪除”鍵進(jìn)行刪除(方法2)

2023/11/2737Ch02-人機(jī)交互模型擊鍵層次模型(KeystrokeLevelModel)

是對