人机交互的软件工程方法

人机交互的软件工程方法

第一章：人机交互概述

1.2：背景知识

有关交互式计算机操作系统的设计，评估，实现以及与之相关现象的学科。

关注问题：人与计算机的关系

研究内容

• 界面设计的方法和过程
• 界面实现方法
• 界面分析和评估技术
• 开发新型界面和交互技术
• 构建交互相关的描述模型和预测模型

UHCD：

1. 环境与人

   • U1：社会环境，组织环境和工作环境

   • U2：应用

   • U3：人，技术以及特定任务的结合

2. 信息

   • H1：信息处理方式

   • H2：信息通信方式

   • H3：用户物理特征

3. 计算机

   • C1：计算机输入输入设备

   • C2：人机对话

   • C3：界面隐喻

   • C4：计算机图形界面

   • C5：协同界面

4. 对话与评估

   • D1：人机对话设计

   • D2：实现对话的技术和工具

   • D3：评估对话的技术

   • D4：案例学习开发过程

why learn?

期望系统简单易用；很难容忍设计低劣的系统

不同角度

• 市场

  • 用户容忍度降低

• 企业

  • 通过改善人机交互提高员工生产效率
  • 降低产品后续支持成本

• 个人

  • 提高可用度，获取主观满意度

• 人性

  • 容忍用户出错

相关领域

• 心理学
• 计算机科学
• 系统工程学

1.3：人机交互的发展历史

每次革新都会将上一个版本作为特殊情况处理

发展阶段：

1. 批处理阶段：

   • 只有专家和先驱者能够使用计算机，eg:电子邮件

2. 联机终端阶段：

   • 通过命令行界面操控----命令语言灵活高效

3. 图形用户界面

   • WIMP(Window,Icon,Menu,Pointing device)—基于直接操控的交互方式

4. 自然和谐的人机交互阶段

   ---

人机交互的发展

传统用户图形界面：文本 + 图形

多媒体界面：引入了动画，音视频等动态媒体

发展趋势

• 智能化
• 集成化
• 网络化
• 标准化

人机交互与软件工程

区别

科目名称	人机交互	软件工程
	需要了解用户特性和用户需要执行的任务	以系统性能为中心

联系

软件工程可以帮助软件工程师生产出具有完善功能的系统，但是其的可用性，有效性以及满意度通常不尽如人意，而人机交互设计的出发角度，可以帮助其近乎完美的解决这个问题。

第二章：人机交互基础知识

2.2：交互框架

框架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，帮助用户定义问题。

执行/评估活动周期EEC

组成

1. 目标

   ---

2. 执行

   • 实现目标所需要执行的操作

3. 客观因素

   • 执行任务时的外部环境

4. 评估

   • 衡量活动执行结果与目标的差距

流程图：

相关概念

驱动

• 数据驱动：事件环境确定后循环开始
• 目标驱动：目标确定后开始

隔阂

• 执行隔阂：为达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：系统实际表现与用户预期之间的差别—评估系统变现越容易，则评估隔阂越小

扩展EEC框架

组成

• S：系统
• U：用户
• I：输入设备
• O：输出设备

流程图

2.3：交互形式

名称	优点	缺点	使用场景
命令行交互	专家可快速完成任务，占用资源较少，对应用的掌控力更强	命令需要用户记忆，命令输入要求用户熟悉键盘操作，且在一些特定场景需要用户了解实现细节–违背可用性理论	命令行界面，WIMP
菜单驱动界面	基于识别机制，具有自解释性，适合新手用户	不适合大规模使用，且需要较大屏幕空间，导航方式不灵活	WIMP，基于电话系统的界面
基于表格界面	简化数据输入，通过与定义格式指引客户	占用大量屏幕，致使业务流程形式化	WIMP
直接操控	任务概念可视化，容易学习，可对用户操作快速做出反馈	实现困难，不适合小屏幕设备，不具有自解释性	WIMP，虚拟现实
问答界面	记忆要求低，具有自解释性，将任务流程以简单的线性表示	要求用户端输入有效，且用户熟悉界面控制，过程无趣	命令行，WIMP
隐喻界面	生动直观，无需学习	不具有可扩展性，部分操作难以找到隐喻，依赖于软件设计师和用户之间相似的联想	WIMP
自然语言交互	无需学习，直接使用	自然语言的模糊性，歧义性等	未来交互系统

补充：

​ WIMP：W(Window),I(Icon),M(Menu),P(Pointing device)

2.4：理解用户

信息处理模型

研究人对外界信息的接收，存储，集成，检索和使用，可预测人执行特定任务的效率

信息处理机模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ydKyj157-1661048935764)(D:\Typora\picture\image-20220820172822189.png)]

改进后

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qcNCh3f0-1661048935765)(D:\Typora\picture\image-20220820173027209.png)]

记忆过程

• 感觉记忆

  • 当引起感觉感知的刺激物不再继续呈现时，其仍能够保持一个非常短的时间

• 短时记忆

  • 感觉记忆经过编码后成为短时记忆

• 长时记忆

  • 短时记忆中的信息经过进一步加工会变成长期记忆保存起来

遗忘：长时记忆区信息的提取路径丢失，或者原有联系收到干扰，导致新信息代替了旧的信息

错觉：直觉感受的扭曲

7+2理论：短时记忆可同时存储的信息单元个数

记忆模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lM2neD8d-1661048935766)(D:\Typora\picture\image-20220820173430888.png)]

人类处理机模型

• 感知处理器
  • 信息将被输入到声音和视觉存储区域
• 认知处理器
  • 输入输出到工作记忆中，同时可以访问长时记忆中的信息
• 动作处理器
  • 执行动作

认知心理学

格式塔心理学(完形心理学)

影响视觉感知

主要原则

• 相近性：空间上相近
• 相似性：形状相似
• 连续性：连续或共方向的物体看作一体
• 完整性和闭合性：忽视轮廓间隙
• 对称性：习惯将对称物体组合在一起
• 背景：前后背景

2.5：交互设备基础

文本输入设备

设备种类：

• 键盘–和弦键盘，投影键盘，可穿戴键盘
• 数字墨水
• 数字纸笔
• 手写识别语言识别
• 文本图像扫描

定位设备

种类

• 鼠标
• 触摸板
• 指点杆
• 触摸屏
• 尖笔
• 光笔
• 轨迹球

图像输入设备

种类

• 扫描仪
  • 平板式
  • 手持式
  • 滚筒式
• 数码相机
• 传真机

显示设备

种类

• 光栅扫描阴极射线管
• 液晶显示屏
• 等离子显示屏
• 发光二极管
• 电子墨水
• 点字显示器

虚拟环境下的交互设备

种类

• 三维鼠标
• 数据手套
• 虚拟现实头盔

第三章：交互设计目标与原则

3.1：交互设计目标

可用性目标：

易学性：

• 容易学习使用，较短时间完成任务

• 最基本的可用性属性

• 学习曲线

  • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-befTQDue-1661048935767)(D:\Typora\picture\image-20220819132921512.png)]

易记性：

• 学会软件后应当容易记忆
• 可以快速回回想其使用方法
• 影响因素
  • 位置
  • 分组
  • 惯例
  • 冗余

高效率：

学会使用后具有更高的生产力水平，

少出错：

• 保证灾难性后果发生的频率为最低
• 保证错误发生后可迅速恢复正常状态

主观满意度：

用户对系统的主观喜爱程度

用户体验目标

解释

用户与系统交互时的感觉

用户群体：

• 儿童：有趣并引人入胜
• 年轻人：注重时尚和趣味性

3.2：简易可用性工程

特点

• 提供高产品可用性目标

• 借鉴不同领域方法和技术

• 强调以人为中心进行交互式产品的设计研发

历史

上世纪80年代获得工业应用，90年代得到迅速普及

可用性度量

常用方法

1. 选择可代表用户群体的测试用户
2. 实行一组特定任务
3. 比较任务执行情况

注意事项

度量针对特定用户和特定任务进行

易学型度量

可用性属性中最容易度量的属性

使用效率度量

部分用户不能达到最终绩效水平原因

用户自身原因

少量系统操作复杂

易记性度量

用户分类

新手用户，熟练用户，非频繁使用用户(最能体现系统的易记性)

度量方法

• 在特定时间间隔内没有使用过系统的用户进行标准用户测试，并记录完成特定任务所需时间

• 用户在完成特定任务后，让其解释各种命令的作用

错误率度量

错误：不能实现预定目标的操作

度量

用户执行特定任务时通过统计这种操作的次数

分类

• 错误发生后用户能立刻纠正，不会带来灾难性的影响

• 不易于被用户发现，可能造成最终结果存在问题

满意度度量

询问，综合用户测试的结果，通过调查问卷对系统打分

调查问卷的设计

通常设计简短，以保证最高的结果返回率

大规模测试前应进行小规模试点测试

Likert度量尺度

完整可用性工程过程

• 了解用户

• 竞争性分析

• 设定可用性目标

• 迭代设计

• 产品发布后的工作

简化后

• 用户和任务观察

  • 了解目标用户，直接与其接触

• 场景

  • 简易原型工具
    • 水平模型：减少功能深度获取界面表层
    • 垂直模型：减少功能数量对选取功能进行完整实现

• 简化的边做边说

  • 用户在执行特定任务时的所思所想
    • 最具价值的单个可用性工程方法

• 启发式评估

  • 5名专家能够发现约80％的可用性问题

3.3：交互设计原则

来源于提出者的经验和总结(并不完美，甚至会存在相互矛盾)

基本规则 by Alan Dix

• 可学习性

  • 新用户可获得有效交互并获取最大性能

• 灵活性

  • 用户和系统能以多种方式交换信息

• 健壮性

  • 决定成就和目标评估方面对用户提供的支持程度

黄金规则

尽可能保持一致

• 让界面变得熟悉和可预测

符合普遍可用性

• 充分考虑用户操作的熟练程度，年龄范围，身体状况等多方面不同需求
  • 专家用户：缩写或快捷键操作
  • 新手用户：尽可能提供引导性的帮助信息，帮助用户完成特定的交互任务

提供信息丰富的反馈

• 对不常用操作提供较为丰富的反馈信息，如通过弹窗等指引用户正确进行下一步操作

设计说明对话框以生成结束信息

• 目的：让用户知道何时完成任务
• 作用
  • 使用户产生完成任务的满足感和轻松感
  • 有助于用户放弃临时的计划和想法

预防并处理错误

• 目的：提供故障预防和简单的故障处理措施
• 作用：用户错误可在指引下进行恢复
• 预防
  • 将不适当的菜单选项以灰色显示屏蔽
  • 禁止在数值输域输入字母字符
• 处理
  • 提供指引

操作容易撤销

• 目的：减轻用户的焦虑情绪，鼓励用户尝试新选项

支持内部控制点

• 鼓励用户成为主动者而不是响应者
• 措施
  • 避免模态对话框
  • 避免长指引
  • 提供出口：取消，重做，放弃

减轻短时记忆负担

• 措施
  • 界面简单
  • 风格统一
  • 减少窗口之间的一定
  • 提供足够的时间用户学习操作
  • 提供适当帮助信息

十项启发式规则

• 系统状态的可见性

  • 超过3~5秒的活动须向用户提供反馈

• 系统与现实世界的吻合

  • 只展示用户关心的信息

• 用户享有控制权和自主权

  • 用户操作的可选择性

• 一致性和标准化

  • 系统中相关术语应保持一致

• 避免出错

  ---

• 依赖识别而非记忆

  • 用户根据界面信息识别功能而非记忆

• 使用灵活性和高效性

  • 为新手提供简单的交互，为该机用户提供快捷键等

• 审美感和最小化设计

  • 避免无关信息的使用

• 帮助用户识别，诊断和回复错误

  • 错误信息应以普通语言表示，并提出建设性的解决方案

• 帮助和文档

  • 提供必要的文档说明

第四章：交互设计过程

4.1：交互设计过程

基本活动

1. 标识用户需要并建立需求

2. 开发满足需求的候选设计方案

   • 概念设计
   • 物理设计

3. 构件设计的交互版本

4. 评估设计

相关流程

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oF07xhfv-1661048935767)(D:\Typora\picture\image-20220819151134525.png)]

关键特征

1. 以用户为中心
2. 稳定的可用性标准
3. 迭代

相关流程

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cg1KssOf-1661048935768)(D:\Typora\picture\image-20220819151321685.png)]

4.2：设计过程中的问题

何如选取用户

用户：直接与产品交互，以期待完成某个任务的人

​ 分类：主要用户，二级用户，三级用户

如何明确需求

如何提出候选方案

如何在候选方案中选择

外部特征：可见，可测量

内部特征：不可见，不可测量

让用户参与选择，并听取其意见和改进简易

4.3：交互设计生命周期模型

星型生命周期模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gJI7v1RH-1661048935769)(D:\Typora\picture\image-20220819151815985.png)]

活动模式：

• 分析模式
  • 自顶而下，组织化，判定和正式化，从系统到用户
• 合成模式
  • 自低而上，自由思考，创造性，从用户到系统

可用性工程生命周期模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7w2bGy0Y-1661048935769)(D:\Typora\picture\image-20220819151848362.png)]

基本任务

1. 需求分析
2. 设计/测试/开发
3. 安装

4.4：交互设计过程管理

4.4.1：界面设计四支柱

用户界面需求

指南文档和过程

用户界面软件工具

专家评审和可用性测试

4.4.2：开发方法学

合理的以用户为中心的设计(LUCID)

1. 预想
2. 发现
3. 设计基础
4. 设计细节
5. 构建
6. 发布

快速背景设计方法

1. 背景调查
2. 研讨会和工作建模
3. 模型合并与亲和图构建
4. 角色开发
5. 背景塑造
6. 故事板制作
7. 用户环境设计
8. 使用纸上模型与模型的访谈和评估

4.4.3：用户观察

1. 准备
2. 实地研究
3. 分析
4. 报告

4.4.4：参与式设计

参与者四级模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8YFYrF34-1661048935770)(D:\Typora\picture\image-20220819152952262.png)]

4.4.5：场景开发

4.4.6：前期设计评审的社会影响报告

报告：

1. 描述新系统及其好处
2. 谈论关注和潜在的障碍
3. 模拟开发过程

4.4.7：法律问题

• 隐私问题
• 安全性和可靠性
• 软件的版权或专利保护
• 在线信息，图像或音乐的版权保护
• 电子环境中的言论自由

第五章：交互系统的需求

5.1：什么需求

需求活动

• 搜集数据
• 解释数据
• 提取需求

5.2：产品特性

1. 功能不同
2. 物理条件不同
3. 使用环境不同
   1. 物理环境不同
   2. 社会环境不同
   3. 组织环境不同
   4. 技术环境不同

5.3：用户特性

心理：假设每个人都有相似的能力和局限性

个体差异：

• 用户并不是完全相同的

• 设计中尽可能体现差异性

  • 体验水平

    • 让新手无痛苦的成为中间用户，避免在成为专家用户的道路上设置障碍
    • 新手用户：敏感，容易在开始时有挫折感
      • 设计要求
      • 不能将新手状态视为目标
    • 专家用户：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的功能，并且不会受到复杂性的干扰
      • 设计要求
      • 对经常访问的工具集能够快速访问
    • 中间用户：需要工具，知道如何使用参考资料，并且能够区分何为常用功能
      • 设计要求
      • 存在在线帮助，常用功能放置在明显部位，提供一些额外的高级功能

  • 年龄

    • 老年人：65以上(多数存在某种残疾)
      • 提供对残缺部位的支持，设计清除，简单并且允许出错，可利用冗余支持信息访问
    • 儿童：
      • 设计交互式系统时需让他们参与，并且允许多种输入模式界面，通过文本，图形和声音呈现信息的冗余显示

  • 文化

    • 符号，姿势等含义不同，颜色使用不同

  • 健康

    ---

5.4：用户建模

人物角色的作用

• 弹性用户
• 自参考设计
  • 程序员将自己的想法，设计融入到程序中
• 边缘情况设计
  • 不经常使用的或无关紧要的功能设计

人物角色的构造

---

5.5：需求获取，分析和验证

观察

• 直接观察–陪同工作

• 间接观察–使用视频或者录音获取信息

场景

• 以叙述的方式描述人的行为或者任务
  • 任务角色 + 场景剧本 = 需求

需求定义：

1. 创建问题和前景综述

   1. 明确项目现状和最终目的

2. 头脑风暴

   ---

3. 确定人物角色的期望

4. 构建情景场景剧本

   • 编写软件使用场景

5. 确定需求

   • 数据需求
   • 功能需求
   • 其他需求

• 补充：迭代
  • 不断执行上述过程，直到需求稳定

验证

原型的重要性：用户在尝试过某些事物后便知晓自己需要什么

低保真原型

与最终产品不太相似，但制作简单，便宜，易于修改

高保真原型

与最终产品相近，但可能会让用户误认为原型就是系统

第六章：交互式系统的设计

6.1：设计框架

过早的把重点放在小细节，小部件和精密的交互上会妨碍产品的设计

设计框架

• 定义高层次的屏幕布局
• 定义产品的工作流，行为和组织

定义外形因素和输入方法

• 外形因素

• 产品输入方法

定义功能和数据元素

• 数据元素
• 功能元素

决定功能组合层次

• 元素分组

勾画大致的设计框架

• 方块图阶段

构建关键情景场景剧本

• 描述人物角色如何和产品交互
  • 使用低保真草图序列故事板

通过验证性的场景剧本来检查设计

1. 关键线路的变种场景剧本
2. 必须使用的场景剧本
3. 边缘情形使用场景剧本

6.2：设计策略

简约至上

策略一：删除

• 删除杂乱的功能
• 如何删除
  • 消除错误
  • 删除视觉混乱
  • 删除文字

策略二：组织

• 最快捷的简化设计方式
• 如何组织
  • 分块
    • 命令分块—菜单
  • 围绕行为
  • 确定分类标准

策略三：隐藏

过分强调隐藏会导致功能混乱

让功能易于发现

组合

• 删除不必要的
• 组织要提供的
• 隐藏非核心的

6.3：设计中的折中—个性化和配置

• 本地化和国际化
  • 国际化
    • 设计软件时，将软件与特定的语言及地区脱钩的过程
    • 只需要做一次
  • 本地化
• 审美学与实用性

6.4：软件设计的细节–加快系统的响应时间

• 减轻用户的记忆负担
• 减少用户的等待感
• 设计好的出错信息

6.5：交互设计模式—模式

向导模式

• 在界面上一步步指引用户按照预定的顺序完成任务

第七章：可视化设计

7.1：窗口和菜单

7.2：对话框

7.3：控件

7.4：工具栏

7.5：屏幕复杂性度量

7.6：用户界面设计原理

第八章：交互设计模型与理论

8.1：预测模型

8.2：动态特性建模

8.3：语言模型

8.4：系统模型

第十章：评估的基础知识

10.1：评估目标和原则

10.2：评估范型和技术

10.3：评估方法的选择

低保真草图序列故事板

通过验证性的场景剧本来检查设计

1. 关键线路的变种场景剧本
2. 必须使用的场景剧本
3. 边缘情形使用场景剧本

6.2：设计策略

简约至上

策略一：删除

• 删除杂乱的功能
• 如何删除
  • 消除错误
  • 删除视觉混乱
  • 删除文字

策略二：组织

• 最快捷的简化设计方式
• 如何组织
  • 分块
    • 命令分块—菜单
  • 围绕行为
  • 确定分类标准

策略三：隐藏

过分强调隐藏会导致功能混乱

让功能易于发现

组合

• 删除不必要的
• 组织要提供的
• 隐藏非核心的

6.3：设计中的折中—个性化和配置

• 本地化和国际化
  • 国际化
    • 设计软件时，将软件与特定的语言及地区脱钩的过程
    • 只需要做一次
  • 本地化
• 审美学与实用性

6.4：软件设计的细节–加快系统的响应时间

• 减轻用户的记忆负担
• 减少用户的等待感
• 设计好的出错信息

6.5：交互设计模式—模式

向导模式

• 在界面上一步步指引用户按照预定的顺序完成任务

第七章：可视化设计

7.1：窗口和菜单

7.2：对话框

7.3：控件

7.4：工具栏

7.5：屏幕复杂性度量

7.6：用户界面设计原理

第八章：交互设计模型与理论

8.1：预测模型

8.2：动态特性建模

8.3：语言模型

8.4：系统模型

第十章：评估的基础知识

10.1：评估目标和原则

10.2：评估范型和技术

10.3：评估方法的选择

10.4：评估步骤