人机交互知识点整理重点强化版本解读.docx
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人机交互知识点整理重点强化版本解读
人机交互知识点整理
第一章人机交互概述
背景知识
1、人机交互的概念：
定义1：
有关交互式计算机系统设计、评估、实现以及与之相关现象的学科[ACM]
定义2：
研究人、计算机以及他们之间相互作用方式的学科，学习人机交互的目的是使计算机技术更好地为人类服务[AlanDix]
定义3：
有关可用性的学习和实践，是关于理解和构建用户乐于使用的软件和技术，并能在使用时发现产品有效性的学科[Carroll]
无论使用哪一种术语或定义方式，人机交互学科所关注的首要问题都是人和计算机之间的关系问题
2、学习人机交互的原因
（1）从市场的角度，用户开始期望系统能够简单易用，同时对那些设计低劣的系统的容忍度越来越差
（2）从企业的角度，改善人机交互能够提高员工的生产效率；学习人机交互能够降低产品的后续支持成本
（3）从个人的角度，可以帮助用户有效地降低错误发生的概率，避免由于错误引发的时间、金钱以及生命等难以估量的损失
3、人机交互的相关领域
基础学科：
心理学、认知科学、人机工程学、社会学、计算机科学、工程学、商务知识、图形设计、科技写作、产品设计、工业设计等
人机交互与人性因素：
人机交互更关注使用计算机的用户，人性因素没有这一限制
人机交互与人机工程学：
人机交互对面向重复劳动的人物和过程关注较少，且对用户界面的物理形式和工业设计不够重视
人机交互与交互设计：
交互设计不仅仅关注人与计算机之间的关系，同时还包括人与人以及人与其他非计算机系统之间的相互作用。
交互设计人员致力于改善人与产品或人与服务之间的关系
发展历史（新的界面变革都包含了上一代界面，有的交互方式仍然尤其存在的必要性）
1、重要的学术事件
（1）1945年,VannevarBush,“Aswemaythink”（诚如所思）
（2）1959年，HCI领域第一篇论文（从减轻操作疲劳的角度讨论计算机控制台设计）
（3）1960年，LikliderJCK提出“Human-ComputerSymbiosis”（人机共生），HCI的启蒙观点
（4）1969年，第一次人机系统国际大会召开，第一份专业杂志创刊（HCI的里程碑）
（5）1970年，英国拉夫堡（Loughbocough）大学的HUSAT研究中心和Xerox公司的PaloAlto研究中心成立（PARC）
（6）1980s，出版学术专著，Interface->Interaction
（7）1990s，智能化交互、多通道交互、虚拟现实、脑机交互……
2、主要的发展阶段
（1）批处理阶段：
特点：
不符合人的习惯；耗费时间，又容易出错；只有少数专业人士才能够运用自如
（2）联机终端时代：
真正意义上的人机交互开始于联机终端出现之后，计算机和用户能够借助一种双方都能理解的语言进行交互式对话（CLI）
特点：
一维界面；回车后不能再对命令内容进行修改；灵活、高效
主要研究问题：
大部分命令语言对用户输入的要求非常严格；命令名称的缩写在一定程度上减轻了用户的使用负担
（3）图形用户界面时期（GUI）：
主要特征：
直接操纵
WIMP模型：
用户可在窗口内选取任意交互位置，且不同窗口之间能够叠加；二维半界面
人机交互与软件工程的关系
1、二者相互独立的证据：
（1）软件工程师与人机交互设计人员关注的重点有很大不同（软件工程：
以系统功能为中心；交互设计：
以用户为中心）
（2）交互设计的评估方式也与一般软件工程方法存在不同（交互评估通常基于真实用户，评价机制页往往来自于用户使用的直接感觉）
（3）历史传统使然
2、二者的关系：
（1）相互独立
（2）人机交互对软件工程技术的发展有非常大的促进作用
（3）将二者结合起来存在很大的困难
3、传统SE方法在实现交互式系统方面的缺陷：
（1）没有提出明确地对用户界面及可用性需求进行描述的方法
（2）不能够在系统开发过程进行中对用户界面进行终端测试
（3）具有完善的系统功能（产品的可用性、有效性以及满意度并不高）
4、将二者结合的困难：
（1）价值观不同：
SE的实施策略和方法选择上常有一定的倾向性；HCI包含较多的主观性和灵活性
（2）方法论存在差异：
SE采用形式化分析方法；HCI采用非形式化方法
第二章人机交互的基础知识
交互框架
1、框架定义：
框架是提供理解或定义的一种结构，他能够帮助人们结构化设计过程，认识设计过程中的主要问题，还有助于定义问题所涉及的领域
2、执行/评估活动周期EEC：
（1）活动的四个基本组成部分：
目标（想做什么）、执行（实现目标必须进行的操作）、客观因素（执行活动时必须考虑的客观条件）、评估（用于衡量活动执行的结果语目标之间的差距）
（2）七个阶段：
建立目标、形成操作意向、明确动作序列、执行动作、感知系统状态、解释系统状态、对照目标评估系统状态
（3）Norman模型是从用户角度探讨人机界面问题的
目标驱动循环：
当某个目标确定后循环才开始
数据驱动循环：
当某个事件环境确定后开始循环
（4）Norman模型可以用于解释为什么有些界面会给用户使用带来问题
执行隔阂：
用户为达到目标而制定的动作与系统允许的动作之间的差别
评估隔阂：
系统状态的实际表现与用户预期之间的差别
3、扩展EEC框架
（1）交互式系统的四个组成部分：
系统（S）、用户（U）、输入（I）、输出（O）
（2）其中，输入和输出构成了界面
（3）执行阶段包括三个翻译过程：
定义：
用户阐述某个目标，然后通过输入语言进行协调和链接
执行：
输入语言被转换成内核语言，表示系统要执行的操作
表现：
系统使用输出语言吧内核语言的执行结果表示出来
（4）评估阶段的过程
观察：
用户将输出与原有的目标进行比较从而评估交互的结果
交互形式
1、直接操纵：
简单介绍：
用户通过在可视化对象上面进行某些操作来达到执行任务的目的；展现了真实世界的一种扩展；对象和操作一直可见；迅速且伴有直观的显示结果的增量操作；增量操作可以方便地逆转
三个阶段：
自由阶段（指用户执行操作前的屏幕视图）、捕获阶段（在用户动作（点击、点击拖拽等）执行过程中屏幕的显示情况）、终止阶段（用户动作执行后屏幕的显示情况）
优点：
将任务概念可视化，用户可以非常方便地辨别他们；容易学习，适合新手用户；基于识别，对记忆的要求不高，可减少错误发生；支持空间线索，鼓励用户对界面进行探索；可实现对用户操作的快速反馈，具有较高的用户主观满意度。
缺点：
实现起来比较困难；对专家用户而言效率不高；不适合小屏幕显示设备；对图形显示性能的需求较高；不具备自解释性，可能误导用户。
2、问答界面：
通过询问用户一系列问题实现人与计算机的交互（Web问卷是典型的采用问答方式进行组织的应用，应允许用户方便地取消其中一个界面的选项）
优点：
对记忆的要求较低；每个界面具有自解释性；将任务流程以简单的线性表示；适合新手用户。
缺点：
要求从用户端获得有效输入；要求用户熟悉界面控制；纠错过程可能比较乏味。
3、隐喻界面：
本质：
在用户已有知识的基础上建立一组新的知识，实现界面视觉提示和系统功能之间的知觉联系，进而帮助用户从新手用户转变为专家用户
优点：
直观生动；无需学习。
缺点：
不具有可扩展性；不同用户对同一事物可能产生不同的联想；紧紧地将我们的理念和物理世界束缚在一起；寻找恰当的隐喻可能存在困难。
理解用户
1、信息处理模型
（1）人类处理机模型：
三个交互式组件：
感知处理器（期信息将被输出到声音存储盒视觉存储区域）；认知处理器（输入将被输出到工作记忆，同时它能够访问工作记忆和长时记忆中的信息）；动作处理器（用于执行动作）。
2、认知心理学
介绍：
兴起于20世纪50年代中期；关注人的高级心理过程，如记忆、思维、语言、感知和问题解决能力等。
对HCI贡献：
有助于理解人与计算机的交互过程，同时也可对用户行为进行预测；人对于外界的感知有80%来自于视觉获取的信息
格式塔心理学：
研究人是如何感知一个良好组织的模式的，而不是将其视为一系列相互独立的部分，格式塔心理学又称完形心理学。
表明用户在感知事物的时候总是尽可能将其视为一个“好”的型式
格式塔心理学的主要原则：
（1）相近性原则：
空间上比较靠近的物体容易被视为整体
（2）相似性原则：
人们习惯将看上去相似的物体看成一个整体
（3）连续性原则：
人们会将共线或者具有相同方向的物体组合在一起
（4）完整和闭合性原则：
感知过程中人们倾向于忽视轮廓的间隙而将其视作一个完整的整体
（5）对称性原则：
人们习惯将相互对称且能够组合为有意义单元的物体组合在一起
（6）前景&背景：
当关注一个物体时，物体本身作为前景对象，该物体周围的场景就变成的背景；前景和背景在某些情况下可以互换。
3、人的认知特性
感觉记忆：
又称瞬时记忆；在人脑中持续约为1秒钟；帮助我们把相继出现的一组图片组合成一个连续的图像序列，产生动态的影像信息。
当引起感觉知觉的刺激物不再继续呈现是，其作用仍能保持一个非常短的时间，这种短暂的保持就是感觉记忆。
短时记忆：
感觉记忆经编码后成为短时记忆；又称工作记忆，存储的是当前正在使用的信息，是信息加工系统的核心，约保持30秒；储存的是当前正在使用的信息，是信息加工系统的核心，可理解为计算机的内存；短时记忆的存储能力约为7±2个信息单元。
长时记忆：
短时记忆中的信息经进一步加工后会变为长时记忆；只有与长时记忆区的信息具有某种联系的新信息才能够进入长时记忆；长时记忆的信息容量几乎是无限的
长时记忆中的问题：
（1）遗忘：
长时记忆中的信息有时是无法提取；不代表长时记忆区的信息丢失了
（2）易出错：
“人为错误”被定义为“人未发挥自身所具备的功能而产生的失误，它可能降低交互系统的功能”；从表面上看是由于用户的误解、误操作或一时大意；大部分交互问题都源于系统设计本身
长时记忆的启发：
注意使用线索来引导用户完成特定任务；在追求独特的创新设计时也应注重结合优秀的交互范型
7±2理论：
（1）影响：
菜单中最多只能有7个选项；工具栏上只能显示7个图标
（2）事实：
浏览菜单和工具栏基于人的识别功能（人们识别事物的能力要远胜于回忆事物的能力）；界面设计时要尽可能减小对用户的记忆需求，同时可考虑通过将信息放置于一定的上下文中，来减少信息单元的数目
错觉：
即知觉感受的扭曲；有别于幻觉，是不可避免的（即告知实际上应该如何，大家仍然会被错误的判断主导）；启示：
对于物体的视觉感知与物体所处的上下文密切相关
交互设备基础
1、文本输入设备
（1）键盘：
一般键盘；和弦键盘；投影键盘
（2）手写输入：
比较自然；输入速度慢
（3）语音输入：
易受场景噪音影响，受识别效果影响，输入效率仅为键盘输入的一半
（4）光学字符识别：
简称OCR；让计算机直接“阅读”；实现了大批量历史数据的信息化
2、定位设备：
鼠标、触控板、指点杆（小红帽）、触摸屏、尖笔/光笔
3、图像输入设备
（1）扫描仪：
平板式扫描仪、手持式扫描仪、滚筒式扫描仪
（2）数码相机：
（3）传真机：
热敏纸传真机（又称卷筒纸传真机）、热转印式普通纸传真机、激光式普通纸传真机（又称激光一体机）和喷墨式普通纸传真机
4、显示设备
（1）光栅扫描阴极射线管（简称CRT）
（2）液晶显示器
（3）等离子体显示器
（4）发光二极管
（5）电子墨水
（6）点字显示器
5、虚拟环境下的交互设备
原理：
计算机模拟产生三维空间的虚拟世界；提供用户视觉、听觉、触觉等感知器官的模拟体验；让用户如同身临其境一般，实时地观察和操作三维空间内的事物
（1）三维鼠标：
6个自由度可以选择（倾斜度、偏航角、翻滚度）
（2）数字手套：
增强了使用的互动性和沉浸感
（3）虚拟现实头盔：
可模拟实现视觉、听觉、视觉、触觉甚至味觉功能
第三章交互设计目标与原则
交互设计目标
1、可用性：
可用性目标不仅涉及人与之正在发生交互作用的系统，还包括系统对使用它的人所产生的作用，是交互式系统质量的一种重要度量
2、可用性的五个方面：
（1）易学性：
指使用系统的难易，即系统应当容易学习，从而用户可以在较短时间内应用系统来完成某些任务；最基本的可用性属性
评价系统是否容易学习的标准：
“十分钟法则”
（2）易记性：
用户在学会使用软件后应当容易记忆；学会某个系统后，应能够迅速回想起它的使用方法
影响因素：
位置（将特定对象放在固定位置）；分组（对事物按照逻辑进行恰当的分组）；惯例（尽可能使用通用的对象或符号）；冗余（使用多个感知通道对信息进行编码）
启发：
良好组织，使用用户已有的经验帮助提高易记性
（3）有效率：
当用户学会使用产品之后，用户应该具有更高的生产力水平（效率）；效率指熟练用户到达学习曲线上平坦阶段时的稳定绩效水平
（4）低出错率：
人是会犯错误的（有些错误会被用户发现并纠正，有些错误会带来灾难性后果）
措施：
保证导致灾难性后果错误的发生频率降到最低；保证错误发生后迅速恢复到正常状态
（5）主观满意度：
用户对系统的主观喜爱程度，有时候与前面几个方面是相矛盾的
观念的转变：
传统软件质量观：
侧重内部效率和可靠性，如程序代码运行时的效率以及灵活性、可维护性
人机交互软件质量观：
转向用户视角
3、用户体验目标：
（1）问题：
随着新技术渗透到人们的日常生活中，人们对产品有了更多的要求；
让用户感到满意并留下愉快主观感受的产品更可能被多次使用才是用户愿意使用和购买的。
（2）用户体验的概念：
用户在与系统交互时的感觉
较可用性目标主观，有时却需要牺牲可用性来达到好的用户体验
可用性可能对用户体验带来阻碍
简易可用性工程
1、可用性各个方面的度量：
（1）易学性度量：
可用性属性中最容易度量的属性
步骤：
1、找一些从未使用过系统的用户（能够代表系统的目标用户；区分没有任何计算机使用经验的新手用户和具有一般计算机使用经验的用户）2、统计他们学习使用系统直至达到某种熟练程度的时间
特定熟练程度：
用户能够完成某个特定的任务；或用户能够在特定的时间内完成一组特定任务（原因：
学习曲线没有明确区分“学会和未学会”）
（2）使用效率度量：
并不是所有用户都能够迅速达到最终的绩效水平（用户自身的原因；少量系统的操作十分复杂）
同样要区分不同的用户群体（这项度量针对有经验的用户）：
“有经验”较为正规的衡量方式是通过使用系统的小时数来定义的；先使用，然后度量其绩效水平；或为用户绘制学习曲线（当发现用户的绩效水平在一段时间内不再提高时，就认为已经达到了该用户的稳定绩效水平）
（3）易记性度量：
用户分类：
新手用户，熟练用户，非频繁使用用户
针对用户群：
对非频繁使用用户进行测试最能体现系统的易记性
度量方法：
1、对在特定长时间内没有使用系统的用户进行标准用户测试（记录下这些用户执行特定任务所用的时间）；2、对用户进行记忆测试（如在用户完成一个应用系统的特定任务后，让用户解释各种命令的作用）
（4）错误率度量：
错误：
通常指不能实现预定目标的操作
度量：
1、在用户执行特定任务时通过统计这种操作的次数；2、可以在度量其他可用性属性的同时来度量
错误分类：
1、错误发生后能够被用户立刻纠正，不会对系统带来灾难性的影响（往往会被包含在使用效率的统计当中）；2、不易于被用户发现，从而可能造成最终结果存在问题（设计人员在设计时也应该将其发生的频率降到最低）
（5）满意度度量：
满意度度量评价都是主观的（以询问用户的方式进行度量更合适；为减少单个用户评价的主观性，把多个用户的结果综合起来取其平均值）
度量通常在用户测试完成后进行（要求用户通过简单的调查问卷对系统打分：
1、可以1-5或1-7的Likert度量尺度或语义差异尺度作为打分标准；2、一定要在用户使用系统执行真实的任务之后再来询问他们的看法）
2、四种主要技术：
简化的过程：
用户和任务观察、场景（scenario）、简化的边做边说（thinkingaloud）、启发式评估
（1）用户和任务观察：
了解产品的目标用户是可用性工程的第一个步骤
注意：
要直接与潜在用户进行接触；不要满足于间接的接触和道听途说；“你”不是用户
（2）场景：
简便易行的原型工具；通过省略整个系统的若干部分来减少实现的复杂性；可以是纸质模型，也可以是简单的RAD原型
水平原型：
减少功能的深度并获得界面的表层
垂直原型：
减少功能的数量而对所选功能进行完整实现
（3）简化的边做边说
让真实用户在使用系统执行一组特定任务的时候，讲出他们的所思所想；
最有价值的单个可用性工程方法；
可了解用户为什么这样做，并确定其可能对系统产生的误解；
实验人员需要不断地提示用户，或请他们事先观摩
（4）启发式评估
研究表明，能够发现许多可用性问题（剩下的可以通过简化的边做边说方法来发现）；
为避免个人的偏见，应当让多个不同的人来进行经验性评估
n个测试专家能够发现的可用性问题数量：
N（1-（1-L）n）
N：
设计中存在的可用性问题的总数
L：
单个参与者所能够发现的可用性问题的比例（经验取值约为31%）
5名专家能够发现约80%的可用性问题；建议将测试分阶段进行
交互设计原则
1、黄金规则[Shneiderman]：
（1）尽可能保证一致
（2）符合普遍可用性
（3）提供信息丰富的反馈
（4）设计说明对话框以生成结束信息
（5）预防并处理错误
（6）让操作容易撤销
（7）支持内部控制点
（8）减轻短时记忆负担
2、七项原理[Norman]：
（1）应用现实世界和头脑中的知识
（2）简化任务结构
（3）使事情变得明显
（4）获得正确的映射
（5）利用自然和人为的限制力量
（6）容错设计
（7）当所有都不成功时进行标准化
3、十项启发式规则[Nielsen]：
（1）系统状态的可见度（如，进度条）
（2）系统和现实世界的吻合
（3）用户享有控制权和自主权
（4）一致性和标准化
（5）避免出错
（6）依赖识别而非记忆
（7）使用的灵活性和高效性
（8）审美感和最小化设计
（9）帮助用户识别、诊断和恢复错误
（10）帮助和文档
第四章交互设计过程
交互式设计过程
1、设计过程的基本活动：
不是所有的交互式产品都必须采取这个开发过程；代表了交互设计领域的实践经验
（1）标识用户需要并建立需求：
必须了解谁是目标用户；交互式产品应提供哪些支持；最基本的活动
（2）开发满足需求的候选设计方案：
设计的核心活动；概念设计和物理设计
可以划分为2个子活动：
概念设计（制作产品的概念模型）、物理设计（产品的细节）
（3）构建设计的交互式版本：
评价设计的最佳方法就是让用户与产品交互；不一定是可运行的软件版本
（4）评估设计：
评估它的可用性和可接受性；制定各种评估标准
2、关键特征
（1）以用户为中心：
人机交互领域的一个核心观点
（2）稳定的可用性标准：
有助于设计人员选择不同的候选方案；并在产品开发过程中随时检查
（3）迭代：
设计人员不可能一次就找出正确的解决方案；利用反馈来改进设计
设计过程中的问题
1、如何选取用户
（1）用户的分类：
主要用户：
经常使用系统的用户
二级用户：
偶尔使用系统，或者通过中间人使用系统的用户
三级用户：
引入系统会影响到的人员以及影响系统购买的人员
（2）涉众：
被系统影响的、而且对系统需求有直接或间接影响的个人或机构
（3）不建议让所有的当事人都参与开发：
应该了解产品会造成多大范围的冲击；明确让什么人在何种程度上参与开发
2、如何明确需求
（1）必须理解用户的特征和能力，了解他们想要达到什么目标，以及可满足的支持；而不是简单地问：
“你需要什么”
（2）原因：
用户的能力、特征将影响产品的设计；新产品的用户和有代表性的任务较难确定
（3）现状：
开发人员往往倾向于创建自己想要的产品或者是过去开发过的类似产品（当前或过去的行为是对未来行为的很好启示）
3、如何提出候选设计方案：
有时候，好的设计来自于个别人的才干、创造力；但更多时候候选方案来自考虑其他相似的设计
候选方案的来源：
1、竞争对手的产品；2、类似系统的早期版本；3、完全不同的东西；4、“所谓‘专家’，指的是那些能够从先前的经验中找到正确灵感并应用于当前工作的人”
注意：
不应局限于已有系统的限制
4、最终方案的选择：
从候选方案中作出选择成为“设计决策”
（1）决策的分类：
1、关于外部特征的（可见、可测量的）；2、关于内部特征的（除非是剖析系统，否则他们是不可见、不可测量的）
（2）在交互设计中，用户与产品的交互方式是设计的推动力，所以我们要把注意力集中在可见、可测量的外部行为上。
（3）以用户为中心：
让用户和当事人与各种方案相交互（听取他们的体验、偏好和改进建议等）；制定明确、无歧义的质量基准（不明确：
系统应能够快速响应；明确：
系统响应时间不应超过1秒）
交互设计生命周期
1、生命周期的概念：
生命周期模型都是现实的简化表示，是现实的一种抽象
2、交互设计生命周期模型
（1）星型生命周期模型
归纳的两种不同的活动模式：
分析模式（自顶向下、组织化、判定和正式化）；合成模式（自顶向生、自由思考、创造性）
特点：
1、没有指定任何活动次序；2、“评估”是这个模型的核心；3、源于开发人员的实际经验
（2）可用性工程生命周期
三个基本任务：
需求分析、设计/测试/开发、安装（中间部分最复杂，设计最多子任务）
特点：
1、体现了可用性工程的总体概念；2、详细描述了如何执行可用性任务；3、说明了如何把可用性任务集成到传统的软件开发生命周期中
（3）总结：
交互设计生命周期更为灵活
实践中可结合具体需要裁减恰当的生命周期模型（星型模型过于简单和随意；可用性工程生命周期略显呆板）
注意：
两个模型都强调了评估的重要性
第五章交互式系统的需求
1、产品特征
（1）功能不同：
不同类型的产品往往在需求方面存在很大差异，不同的产品对功能的需求不同
（2）物理条件不同：
大小、颜色、重量、有效性等
（3）使用环境不同：
物理环境：
如操作环境中的采光、噪音和尘土状况，操作人员是否需要穿防护衣、戴手套、安全帽
社会环境：
如是否要共享数据，同步还是异步
组织环境：
用户支持的质量、响应速度如何，是否提供培训资源或设施
技术环境：
产品应能运行于何种平台上，应与何种技术兼容
2、用户特性
（1）体验水平差异
背景：
程序员只创造适合专家的界面；市场人员要求只适合新手的交互；数目最多、最稳定和最重要的用户群是中间用户；中间用户往往被忽略。
设计目标：
让新手快速和无痛苦地成为中间用户；避免为想成为专家的用户设置障碍；让中间用户感到愉快（因为他们的技能将稳定地处于中间层）。
新手用户特点：
敏感，且很容易在开始有挫折感。
新手用户设计要求：
1、不能将新手状态视为目标；2、让学习过程快速且富有针对性；3、确保程序充分反映了用户关于任务的心智模型；4、无论什么样的帮助，都不应该在界面中固定；5、具有向导功能的对话框帮助较好（不要使用在线帮助作为学习指导）；6、菜单项应该是解释性的。
专家用户特点：
对缺少经验的用户有着异乎寻常的影响；欣赏更新的且更强大功能；不会受到复杂性增加的干扰。
专家用户设计要求：
对经常使用的工具集，要能快速访问。
中间用户特点：
需要工具；知道如何使用参考资料；能够区分经常使用和很少使用的功能；高级功能的存在让永久的中间用户放心。
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