用戶界面設計原則
用戶界面是負責管理與用戶之間的交互，向用戶顯示數據，從用戶處獲得數據，解釋由用戶操作所引發(fā)的事件，并幫助用戶查看任務的進度。
（一）軟件產品界面設計原則
1.設計原則
（1）用戶原則。人機界面設計首先要確立用戶類型。劃分類型可以從不同的角度，視實際情況而定。確定類型后要針對其特點預測他們對不同界面的反應。這就要從多方面設計分析。
（2）信息最小量原則。人機界面設計要盡量減少用戶記憶負擔，采用有助于記憶的設計方案。
（3）幫助和提示原則。要對用戶的操作命令作出反應，幫助用戶處理問題。系統要設計有恢復出錯現場的能力，在系統內部處理工作要有提示，盡量把主動權讓給用戶。
（4）媒體最佳組合原則。多媒體界面的成功并不在于僅向用戶提供豐富的媒體，而應在相關理論指導下，注意處理好各種媒體間的關系,恰當選用。（詳見媒體的選擇）
2.界面分析與規(guī)范
在人機界面設計中，首先應進行界面設計分析，進行用戶特性分析，用戶任務分析，記錄用戶有關系統的概念、術語，這項工作可與多媒體應用系統分析結合進行，囊括于用戶分析報告里。
3.人機界面的類型
任務設計之后，要決定界面類型。目前有多種人機界面設計類型，各有不同的品質和性能，下圖進行了詳細的描述。
創(chuàng)造性地使用多媒體環(huán)境，將會使應用程序功能大大增強。要做到這一點,需從如下兩方面考慮:
媒體的選擇
（1）媒體的功能：
沒有任何一種媒體在所有場合都是最優(yōu)的，每種媒體都有其各自擅長的特定范圍，各種媒體功能參考如下：
①文本：在表現概念和刻劃細節(jié)時可用表現。
②圖形：擅長表達思想輪廓及蘊含與大量數值數據內的趨向性信息，在空間信息方面有較大優(yōu)勢。
③動畫：可用來突出整個事物，特別適于表現靜態(tài)圖形無法表現的動作信息。
④視頻影像：適于表現其它媒體所難以表現的來自真實生活的事件和情景。
⑤語音：能使對話信息突出，特別是在于影像，動畫集合時能傳遞大量的信息。
⑥姿態(tài)與動作：在與別的媒體結合時具有較強的信息引用能力，可以在相關信息之間建立起時間、空間以及邏輯上的聯系。
（2）媒體選擇的結合與互補：
腳本設計可根據內容需要分配表達的媒體，這里要特別注意媒體間的結合與區(qū)別。提出幾條原則如下：
①人們在問題求解過程中的不同階段對信息媒體有不同需要。一般在最初的探索階段采用能提供具體信息的媒體如語音、圖像等，而在最后的分析階段多采用描述抽象概念的文本媒體。而一些直觀的信息(圖形、圖像等)介于兩者之間，適于綜合階段。
②媒體種類對空間信息的傳遞并沒有明顯的影響，各種媒體各有所長。
③媒體結合是多媒體設計中需要研究的新課題。媒體之間可以互相支持，也會互相干擾。多種媒體應密切相關，扣緊一個表現主題，而不應把不相關的媒體內容拼湊在一起。
④目前，媒體結合在技術上主要通過在一個窗口中提供多種媒體的信息片段(空間結合)和對聲音、語音、錄相等隨時間變化的動態(tài)媒體加以同步實現(時間序列組合)。
⑤媒體資源并非愈多愈好，如何在語義層上將各種媒體很好的，結合以更有效地傳遞信息，是要很好地探索的研究課題，也是應用系統人機界面設計的關鍵問題。
（二）用戶心理學——認知原則的應用
認知心理學，從廣義上來說，就是關于認識的心理學。人類認識客觀事物，主要就是通過感覺、知覺、注意、記憶、思維想象等來進行，因此，凡是研究人的認識心理過程的，都屬于認識心理學。實際上，我們這里所指的認知心理學是指純粹采用信息加工觀點來研究認知心理學過程的心理學，也就是運用信息論以及計算機的類比、模擬、驗證等方法來研究的的知識是如何獲得、如何存貯、如何交換、如何取使用的。所以，我們這里所指的現代認知心理學實質是信息加工心理學。一般地，人們將信息加工心理學又稱為狹義的認知心理學。
1.認知過程
看和聽的過程構成知覺，圖像和聲音作為刺激的特征被接收并以抽象的方式被編碼，把輸入和記憶中的信息進行對比得出對刺激的解釋，這一過程就是認知。人體信息處理器包括感官，短期記憶、長期記憶及與其相聯系的動作處理器和認知處理器。每種知覺均有一個對應的短期存儲器和處理器，人體信息模型總體框圖如左圖4.3.1所示。其中認知處理器執(zhí)行的工作就是我們通常所說的思維。思維的結果或被存儲起來，或送至動作處理器控制行動。
2.認知心理學
（1）現代認知心理學的核心： 現代認知心理學的理論實質，就是以計算機信息加工的觀點來研究人的心理學活動，把人腦看作是一種如同計算機的信息加工系統。
（2）現代認知心理學兩個關鍵的重要概念： 現代認知心理學的學說內容集中體現在兩個關鍵的重要概念上?，F代認知心理學的一個重要的中心概念，就是“信息”。在某種程度上說，抽掉了“信息”的概念，認知心理學的理論也就會散架解體，難以存在。 現代認知心理學的另一個重要的中心概念，就是“信息加工系統”。信息加工系統的理論，是現代認知心理學理論的主體。
（3）現代認知心理學的研究方法：現代認知心理學的研究方法有實驗法、觀察法(包括自我觀察法)以及計算機模擬法等。
3.人機交互設計遵循的認知原則
根據用戶心理學和認知科學，提出了如下基本原則指導人機界面交互設計。
（1）一致性原則。即從任務、信息的表達、界面控制操作等方面與用戶理解熟悉的模式盡量保持一致。
（2）兼容性。在用戶期望和界面設計的現實之間要兼容，要基于用戶以前的經驗。
（3）適應性。用戶應處于控制地位，因此界面應在多方面適應用戶。
（4）指導性。界面設計應通過任務提示和反饋信息來指導用戶，做到“以用戶為中心”。
（5）結構性。界面設計應是結構化的，以減少復雜度。
（6）經濟性。界面設計要用最少的支持用戶所必須步驟來實現一個操作。
在上述基本原則指導下，提出以下幾點針對界面設計與屏幕設計的參考:
（1）由具體到抽象。即首先通過多媒體界面給用戶提供具體的對象。然后從具體對象、內容中讓學習者歸納出抽象的概念或原理，或用模擬系統來引導出抽象的原理。
（2）由可視化的內容顯示不可見的內容。盡可能利用數字、圖解、動畫、色彩等清晰爽目的對象顯示原理、公式或抽象的概念。
（3）由模擬引導創(chuàng)新。突出人機交互，盡量啟發(fā)用戶的積極思維和參與，并激起用戶的學習和創(chuàng)造欲望。
（4）合理運用再認與再憶，減少用戶短期記憶的負擔。所謂再認就是從系統給定的幾個可能答案中要用
戶選擇一個正確的或最好的。再憶即要求用戶輸入正確的答案或關鍵字。
（5）考慮用戶的個別差異，使用用戶語言。
以上5點具體體現了“由易而難，逐步強化。”這一源于認知心理學的原則。
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（三）——界面結構與實現
界面設計的第一步是將任務設計的結果作為輸入，設計成一組邏輯模塊，然后加上存取機制，把這些模塊組織成界面結構。存取機制可以是分層、網絡的或直接的，機制的類型主要由任務結構決定，也取決于設計風格。例如，菜單提供了層次結構，圖標則是直接存取，也可以是層次的，而命令語言可提供網絡也可提供直接存取機制。第二步是將每一模塊分成若干步，每步又被組裝成細化的對話設計，這就是界面細化設計。
界面設計包括如下幾點：
1.界面對話設計
2.數據輸入界面設計
3.屏幕顯示設計
4.控制界面設計
1.界面對話設計
在界面設計中要使用對話風格的選擇，并加上用戶存取和控制機制。對話是以任務順序為基礎，但要遵循如下原則：
- 反饋（Feed back）：隨時將正在做什么的信息告知用戶，尤其是響應時間十分長的情況下。
- 狀態(tài)(Status)：告訴用戶正處于系統的什么位置，避免用戶在錯誤環(huán)境下發(fā)出了語法正確的命令。
- 脫離（Escape）：允許用戶中止一種操作，且能脫離該選擇，避免用戶死鎖發(fā)生。
- 默認值（Default）：只要能預知答案，盡可能設置默認值，節(jié)省用戶工作。
- 盡可能簡化對話步序：使用略語或代碼來減少用戶擊鍵數。
- 求助（Help）：盡可能提供聯機在線幫助。
- 復原（Undo）：在用戶操作出錯時，可返回并重新開始。
在對話設計中應盡可能考慮上述準則，媒體設計對話框有許多標準格式供選用。另外，對界面設計中的沖突因素應進行折衷處理。
2.數據輸入界面設計
數據輸入界面往往占終端用戶的大部分使用時間，也是計算機系統中最易出錯的部分之一。其總目標：簡化用戶的工作，并盡可能降低輸入出錯率，還要容忍用戶錯誤。
這些要求在設計實現時可采用多種方法：
（1）盡可能減輕用戶記憶，采用列表選擇。
對共同輸入內容設置默認值；使用代碼和縮寫等；系統自動填入用戶已輸入過的內容。
（2）使界面具有預見性和一致性。
用戶應能控制數據輸入順序并使操作明確，采用與系統環(huán)境(如Windows操作系統)一致風格的數據輸入界面。
（3）防止用戶出錯。
在設計中可采取確認輸入(只有用戶按下鍵，才確認)，明確的移動(使用TAB鍵或鼠標在表中移動)，明確的取消，已輸入的數據并不刪除。對刪除必須再一次確認，對致命錯誤，要警告并退出。對不太可信的數據輸入，要給出建議信息，處理不必停止。
（4）提供反饋。
要使用戶能查看他們已輸入的內容，并提示有效的輸入回答或數值范圍。
（5）按用戶速度輸入和自動格式化。
用戶應能控制數據輸入速度并能進行自動格式化，對輸入的空格都能被接受。
（6）允許編輯。
理想的情況，在輸入后能允許編輯且采用風格一致的編輯格式。
數據輸入界面可通過對話設計方式實現，若條件具備盡可能采用自動輸入。特別是圖像、聲音輸入在遠程輸入及多媒體應用中會迅速發(fā)展。
3.屏幕顯示設計
屏幕的設計主要包括布局(Layout)，文字用語(Message)及顏色等，下面針對其進行講解：
（1）布局
屏幕布局因功能不同考慮的側重點不同。各功能區(qū)要重點突出，功能明顯。無論哪一種功能設計，其屏幕布局都應遵循如下五項原則：
- 平衡原則。注意屏幕上下左右平衡。不要堆擠數據，過分擁擠的顯示也會產生視覺疲和接收錯誤。
- 預期原則。屏幕上所有對象，如窗口、按鈕、菜單等處理應一致化，使對象的動作可預期。
- 經濟原則。即在提供足夠的信息量的同時還要注意簡明，清昕。特別是媒體，要運用好媒體選擇原則。
- 順序原則。對象顯示的順序應依需要排列。通常應最先出現對話，然后通過對話將系統分段實現。
- 規(guī)則化。畫面應對稱，顯示命令、對話及提示行在一個應用系統的設計中盡量統一規(guī)范。
在屏幕布局中，還要注意到一些基本數據的設置。
（2）文字與用語
文字和用語除作為正文顯示媒體出現外，還在設計題頭、標題、提示信息、控制命令，會話等功能時要展現。對文字與用語設計格式和內容應注意如下：
①要注意用語簡潔性。
避免使用計算機專業(yè)術語；盡量用肯定句而不要用否定句；用主動語態(tài)而不用被動語態(tài)；用禮貌而不過分的強調語句進行文字會話；對不同的用戶，實施心理學原則使用用語；英文詞語盡量避免縮寫；在按鈕，功能鍵標示中應盡量使用描述操作的動詞；在有關鍵字的數據輸入對話和命令語言對話中采用縮碼作為略語形式；在文字較長時，可用壓縮法減少字符數或采用一些編碼方法。
②格式。
在屏幕顯示設計中，一幅畫面不要文字太多，若必須有較多文字時，盡量分組分頁，在關鍵詞處進行加粗、變字體等處理，但同行文字盡量字型統一。英文詞除標語外，盡量采用小寫和易認的字體。
③信息內容。
信息內容顯示不僅采用簡潔、清楚的表達，還應采用用戶熟悉的簡單句子，盡量不用左右滾屏。當內容較多時，應以空白分段或以小窗口分塊，以便記憶和理解。重要字段可用粗體和閃爍吸引注意力和強化效果，強化效果有多樣，針對實際進行選擇。
（3）顏色的使用
顏色的調配對屏幕顯示也是重要的一項設計，顏色除是一種有效的強化技術外，還具有美學價值。使用顏色時應注意如下幾點：
- 限制同時顯示的顏色數。一般同一畫面不宜超過4或5種，可用不同層次及形狀來配合顏色，增加變化。
- 畫面中活動對象顏色應鮮明，而非活動對象應暗淡。對象顏色應盡量不同，前景色宜鮮艷一些，背景則應暗淡。
- 盡量避免不兼容的顏色放在一起，如黃與藍，紅與綠等，除非作對比時用。
- 若用顏色表示某種信息或對象屬性，要使用戶懂得這種表示，且盡量用常規(guī)準則表示。
總之，屏幕顯示設計最終應達到令人愉悅的顯示效果，要指導用戶注意到最重要的信息，但又不包含過多的相互矛盾的刺激。
4.控制界面設計
- 控制會話設計
- 菜單界面設計
- 功能鍵設計
- 圖標設計
- 窗口設計
- 直接操作界面
- 命令語言界面設計
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（四）——界面設計與評價
評價是人機界面設計的重要組成，應該在系統設計初期就進行，或在原型期就進行，就能及早發(fā)現設計缺陷，避免人力、物力浪費。
對界面設計的質量評價通?？捎盟捻椈疽蠛饬浚?/p>
（1）界面設計是否有利于用戶目標的完成?
（2）界面學習和使用是否容易?
（3）界面使用效率如何?
（4）設計的潛在問題有哪些?
而對界面的總體設計和具體功能塊設計，可用上面提到的各類界面設計準則就其應用對象進行綜合測試。詳見界面評測示例與分析。具體要求的界面品質,僅提出如下幾項供參考：
（1）實用性。衡量界面在幫助用戶完成任務時的滿意程度，這點只能從用戶調查表中獲取數據。
（2）有效性。度量指標有錯誤率、任務完成時間、系統各設備使用率等。
（3）易學習性。從系統開始使用一段時間后，錯誤率下降情況、完成任務時間減少的情況、正確調用設備及命令的情況以及用戶知識增加的狀況來衡量。
（4）系統設備及功能使用面。若有些設備或功能任何用戶都未用過，則可能設計有誤。
（5）用戶滿意程度。以用戶滿意程度，發(fā)現問題多少及使用興趣來衡量。
界面評估采用的方法已由傳統的直覺經驗的方法，逐漸轉為科學的系統的方法進行。傳統經驗方法有如下幾種：
（1）實驗方法。在確定了實驗總目標及所要驗證的假設條件后，設計最可靠的實驗方法是隨機和重復測試最后對實驗結果分析總結。
（2）監(jiān)測方法。即觀察用戶行為。觀察方法有多種，如直接監(jiān)測，錄像監(jiān)測，系統監(jiān)測等。執(zhí)行時一般多種方法同時進行。
（3）調查方法。這種方法可為評價提供重要數據，在界面設計的任何階段均可使用。調查方式可采用調查表(問卷)或面談方式。但應該指出，這種方法獲得數據的可靠性和有效性，不如實驗法和監(jiān)測法。
另一種不同于經驗方法的是形式化方法。這種方法建立在用戶與界面的交互作用模型上。它與經驗方法區(qū)別在于不需要直接測試或觀察用戶實際操作，優(yōu)點是可在界面詳細設計實現前就進行評價。但無法完全預知用戶所反映的情況，所以目前多用比較簡單可靠的經驗方法。
（五）——界面評測示例與分析
從目標表達是否清晰，準確。表達是否恰當，信息量是否完整；其媒體創(chuàng)意設計新穎，界面結構與屏幕結構設計布局合理，其操作簡單是否合理等測試分析。
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（六）——人機界面的發(fā)展
人機交互界面研究已經歷了兩個界限分明的時代，第一代是以文本為基礎的交互, 如菜單、命令、對話等，難用且不靈活。第二代則是直接操作界面，它引出更自然的視覺通信交互。而下一代則是交互多媒體集成方法，需要大量使用語言，自然語言和高級圖形，也可使用其它交互媒體，如人的動作、手勢和三維圖像等。而人機交互界面的研究已超越心理學，并進入到社會學的研究，界面技術與多媒體技術，通信技術，特別適于人工智能技術愈來愈密不可分。
人機界面發(fā)展概述
1.人機界面領域的形成
從計算機問世以來，早期用戶是以計算機專業(yè)人員為主，但隨著計算機廣泛進入人們的工作生活領域，計算機用戶發(fā)生了改變，非計算機專業(yè)的普通用戶成了用戶的主體。這一重大轉變使計算機的可用性問題變得日益突出起來。人機界面應當是什么樣的？如何去建造這樣的界面？人們開始關注和研究這些問題。這些問題既涉及人也涉及計算機及一些相關的學科如：心理學、人的因素學（Human Factors）、社會學、語言學等。隨著計算機技術的發(fā)展，應用領域的拓寬，從而帶來了不同的理論方法。 八十年代以來，人機界面的研究有了前所未有的發(fā)展，微型計算機的迅速普及為此起了重要的推動作用。
2.有關人機界面的會議、刊物
3.研究人機界面的各種理論和方法:
(1)分析與評價技術:
用于分析、評價用戶界面有效性的理論和經驗方法，如任務分析、話語分析、內容分析及可用性評價等。
(2)設計方法論:
用來產生好的用戶界面設計的方法與技術，如：軟件心理學、環(huán)境因素設計法、多方參與設計法以及支持設計過程的工具和表記法。
(3)開發(fā)工具和方法:
支持用戶界面開發(fā)的工具箱、用戶界面管理系統（UIMS）、快速原型法和程序設計輔助工具等。
(4)交互方式與設備:
新的輸入／輸出設備和設備運用策略，包括視覺、聲音、觸覺、姿態(tài)等通信模態(tài)及多種模態(tài)的集成。
(5)關鍵用戶界面成分：
如用戶界面隱喻（metaphor）、用戶界面風格、智能 界面技術、取消、超文本／超媒體以及聯機幫助。
(6)用戶模型：
包括用戶行為模型、關于系統的用戶內心模型、用戶個體差異等。
(7)特定應用的用戶界面設計：
滿足某類應用問題對人機交互作用的特定限制條件和要求的用戶界面設計。如：虛擬現實、智能輔導系統、信息檢索、Internet/WWW、CAD/CAM、專家系統過程控制、決策支持等。
(8)計算機輔助協同工作（CSCW）：
關于如何使用計算機系統幫助人的群體有效協同工作的研究，包括現場觀察研究、理論模型、群體用戶界面開發(fā)設計等。
(9)法律與標準：
關于用戶界面的專利和版權問題、用戶界面的標準化。
這些研究方向目前大多處于十分活躍的發(fā)展階段，并且有著較強的分化和相互滲透傾向，有些方向甚至有可能發(fā)展為具有相當規(guī)模的相對對立的研究領域
用戶界面管理程序(User Interface Manager)
1.UIM的引出與形成
用戶界面管理程序是一種功能完備的軟件構件，它可取代管理用戶界面的一切功能。由于大多數應用軟件用于交互系統，而且許多軟件的工作量是為實現用戶界面，所以重復編程浪費了時間和人力。由此引出了UIM。
2.UIM的特點
可作為一種多方面適用的、可再用的界面模塊負責所有界面呈現和對話管理。
3.UIM的功能
是負責所有界面呈現和用戶管理，下圖描述了其模式：
一個完整的UIM的方案是提供界面構件和管理工具，它們能幫助程應用序員快速構造界面，并在原型開發(fā)周期中評估設計。
4.UIM的簡單開發(fā)工具
屏幕描繪儀，屏幕設計工具。
智能界面管理系統
1.簡介:
智能界面是用戶界面管理程序[UIM]的一個典型。它是一種功能完備的軟件構件，可以取代管理用戶界面的一切功能。只是不包括與作業(yè)處理相應的應用軟件。
2.智能界面管理系統的設計目標：
多方面適用且可重用的界面模塊，既與用戶聯系，又與應用軟件聯系。
3.智能界面管理系統要求：
要能適應于不同類型的應用軟件，也要能無須做實則性的修改即可在不同系統環(huán)境間移植。
4.智能管理系統的研究：
集中于如何從界面中分類除應用軟件以及提供界面構件和管理工具，從而能幫助應用程序人員快速構造界面，并在原型開發(fā)中就能評估界面設計。
5.對話形式規(guī)范化說明
對話的形式規(guī)范說明的必要性:
- 用形式化體系設計的界面,可增強可靠性。
- 可用軟件模塊構造界面，實現可重用性。
已存在的幾種形式規(guī)范描述：
- 用Z語言對界面行為進行行為描述（Sufran,1986）。
- 用路徑代數（Alty,1984）描述對話序列。
- 代數形式化體系描述系統的交互集（Dix和Runciman,1985）。
形式化技術的不同點在于它們的表達能力和靈活性，但總的目的是向人們演示，對話行為可作有限的描述。 例如：“所見即所得”（What You See Is What You Get）原則，按生成型工程原理GUEPS可細化為因果語句和狀態(tài)約束集描述界面怎樣正常工作，怎樣不能正常工作。 形式規(guī)范化面臨著許多問題，關鍵在于對什么內容形式，但其仍在發(fā)展。
形式規(guī)范的發(fā)展方向：
是把軟件工程原則和認知問題用于交互，病推導出一系列用于設計的上下文無關的原則，實現界面工程化設計。
人機界面設計方法的改進
人機界面設計是系統設計過程的一部分，所以必須結合到現代系統開發(fā)方法中去。目前的系統開發(fā)方法對界面設計問題和用戶關注太少或更本沒加注意，以致用戶批評仍持續(xù)不斷。界面設計共同課題是讓用戶關心和介入。其目的在于促進人在系統開發(fā)中的參與與作用。
以用戶為中心的設計方法：
- 用戶參與設計——用戶應當積極主動加入設計過程，并進入設計組共同進行決策。
- 以用戶為中心的設計——系統設計必須根據用戶的需要來確定,而不能由功能過程需求,或硬件限制等來推動。
- 迭代設計（原型設計）——人機交互文獻特別強調，在設計期間必須注意原型及其細化周期的概念。
人機界面的評估也是重要的研究課題方法：
- 診斷分析——確定界面設計的不良特性；
- 監(jiān)視——誤差率、命令使用頻率和使用持續(xù)時間；
- 實驗分析——收集評估數據。
人機界面的總結
隨著人機界面在計算機容量、網絡技術、圖形技術、多媒體技術以及新型輸入輸出設備方面的迅速發(fā)展，將使今后的人機界面具有一些新的特點：
（1）人與計算機的交互操作變得更接近于同現實世界的交互操作，為減輕人在交互作用上的認識負擔和更多地利用人從演化和經歷中獲得的自然技能提供了新的可能性。
（2）人機界面將越來越多地具有多模態(tài)高寬帶的特點。更多的人的感受表達模態(tài)將被用于和計算機的信息交流，甚至以設想最重要把人的神經細胞的直接觸發(fā)和測取作為交互的通道，為此同時輸入輸出設備之間的區(qū)別將變得越來越不明顯。
（3）網絡技術尤其是Internet的普及使今后的計算機用戶具有更多的群體特點，從而對適應人的群體社會化組織和行為規(guī)律的群體用戶界面將會有大的需求。
人機界面設計下一代方法是交互的集成方法。 它將大量地使用語音、自然語言和高級圖形，也可用其它交互媒體，如眼的動作和手勢、姿態(tài)等，還可用三維圖像以生動地引導解釋交互和任務。
總之，未來的人機界面設計對研究和設計者者提出了多方面的挑戰(zhàn)。許多信息技術領域的公司企業(yè)，這些年紛紛對與用戶界面開發(fā)有關的專業(yè)人員提出要求，很多大學適應這種要求，設立了相關的課題甚至專業(yè)。
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