交互技术基础（复习）

人机交互基础

（HCI：Human-Computer Interaction）

人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换
告诉计算机我想要什么
让计算机输出我想要的结果

发展史（3个阶段）：

1. 命令行

2. 图形用户界面：

   特点：

   • 桌面隐喻、
   • WIMP技术（Window、Icon、Menu、Pointing）、
   • 直接操纵（形象隐喻模拟现实生活中的动作来达到效果：拖动图标、点击和选择）、
   • 所见即所得（网页翻译）

3. 自然和谐的人机交互阶段

   基于语音、手写体、姿势等输入手段的多通道交互；悬浮式显示

人的感知

视觉

1. 对大小的感知–视敏度
2. 对深度和相对距离的感知–单眼线索
3. 对亮度的感知：高亮度能提高视敏度
4. 视错觉
   • 尺寸错觉（深度错觉）
   • 细胞错觉（亮度、颜色对比误解）
   • 轮廓错觉（人脸和水杯第一眼看见什么）
   • 不可能错觉：没有出口的楼梯
   • 运动错觉：图片动了吗
5. 阅读：文字排版、阅读过程（字体、大小、布局）
6. 颜色模型
   • RGB模型（加性原色系统）用于彩色阴极射线管荧光屏
   • CMYK模型（减性原色系统）主要用于印刷行业，彩色喷墨打印机；C(青)，M(品红)，Y(黄)
   • HSV模型 ：类似人类颜色感知：H(色度)，S(饱和度)，V(亮度)
   • CIE（国际照明委员会）颜色模型（xyz、lab、yuv）

听觉、触觉、力觉、嗅觉

三种触觉感受器
温度感受器：感受冷热
伤害感受器：感受疼痛
机械刺激感受器：感受压力

知觉的特性：

1. 知觉选择性（以什么为对象、以什么为背景）
2. 知觉整体性（格式塔心理学）
   接近律、相似律、连续律、闭合律
3. 知觉的理解性（利用过去的经验，进行加工）
4. 知觉的恒常性（知觉的客观条件在一定范围内改变时，我们的知觉映象在相当程度上却保持着它的稳定性）
   大小、形状、方向、明度、颜色

认知过程与交互设计原则

认知的两个模式：经验认知、思维认知

注意：

基本特征：指向性（心理活动有选择）、集中性（停留的强度）

功能：选择功能、保持功能、对活动的调节和监督功能

品质：广度（把握对象的数量）、稳定性（注意集中）、分配（一心二用）、转移（注意从对象上转移）

记忆三个环节：识记-保持-载人和加快

问题解决四个过程：

• 理解问题：考虑做什么（买什么东西）
• 制订计划：有哪些选择（有哪些店卖）
• 实施计划：执行某个活动（买某个店的货品）
• 检验结果：会有什么结果（要付多少钱，售后？）

语言处理：用阅读、说话、聆听来表现信息

第一章 绪论：

1. 什么叫人机交互

   人机交互是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面的主要现象进行研究的科学

2. 人机交互的研究内容有哪些

   • 人机交互界面表示模型与设计方法
   • 可用性分析与评估
   • 多通道交互技术
   • 认知与智能用户界面
   • 群件
   • Web设计
   • 移动界面设计

3. 人机交互的发展历史经历了哪些阶段，有什么特点

   1、命令行界面交互阶段
   2、图形用户界面（GUI）阶段
   3、自然和谐的人机交互阶段

第二章 感知与认知基础

1. 人类有哪些视错觉，对交互设计有什么启示

   尺寸错觉（深度错觉）、细胞错觉、轮廓错觉、不可能错觉、运动错觉

   可以利用错觉，增强视觉效果；

   根据错觉原理，调整设计，弥补错觉误导

2. 人类阅读有什么特点，对交互设计有什么启示

   阅读的过程：形状被感知，编码成内部语言，理解语义

   对字体大小，页面宽度，对比度的启示（PPT17页）

   指标	参数	原因
   字体大小（英文）	9~12号	易于识别
   页面宽度	58~132mm	阅读效果最佳
   对比度	亮背景下显示灰暗文字	比灰暗背景下显示明亮文字更能提高视敏度

3. 知觉有哪些特性，每个特性都有什么特点，以及如何在交互设计中体现

   知觉选择性

   知觉整体性（格式塔心理学）
   接近律、相似律、连续律、闭合律

   知觉的理解性

   知觉的恒常性
   大小、形状、方向、明度、颜色

4. 人类的认知包括哪些过程，每个过程启示交互设计时需要遵循什么原则

   感觉与识别、注意、记忆、问题解决、语言处理

   感觉与识别：区别图标或其他图形、清晰易读、响亮而且可辨识、反馈应可辨识

   注意：醒目、避免过多的信息、界面要朴实、降低使用难度

   记忆：勿使用过于复杂、图标保持一致、提供多种信息的编码方式

   问题解决：隐藏一些附加信息，使用图标

   语言处理：减少语音菜单和命令的数目（说话）、重视人工合成语音的语调（聆听）、允许使用和自由放大文字（阅读）

5. 影响认知的因素有哪些，对交互设计有什么启示

   情感、个体差异、动机和兴趣

   情感：避免使人产生疲劳的界面、异常行为的判断、关键动作时的有意识的提醒（是否支付）

   个体差异：是否会给目标用户中的一部分带来不便、提供其他的感知通道

   动机和兴趣：根据用户动机，提升用户的兴趣

6. 什么是概念模型，用户的概念模型有哪几种

   概念模型：用户能够理解的关于系统的描述

   用户理解系统概念模型的方式：
   思维模型：用已有知识去处理未见过的问题

   信息处理模型：输入到响应过程的模型（强调个体因素）

   外部认知模型：不同外部（网页、书本）相交互时涉及的认知过程（强调外部因素）

   分布式模型：人员之间的交互，人们使用的物品及工作环境（信息处理模型+外部认知模型）

7. 分布式概念模型与传统概念模型的主要区别在哪（特点是什么）

   分布式认知理论强调具体的交互情

   1. 强调个体与外部表象的结合，重视人工制品的作用
   2. 强调认知的分布性
   3. 强调交互作用和信息共享
   4. 关注具体情境和情境脉络

第三章 交互设备：

1、输入设备：

• 文本输入设备

  1、键盘：编码/非编码、QWERT布局/DVORAK布局
  2、手写板：电阻式（缺点：寿命短、压力感应不够）、电磁式（缺点：带呀要求高、寿命短、抗磁干扰能力差（旁边放手机）、必须用电磁笔）、电容式（不能带手套、手湿不好控制）
  3、技术指标：压感级数（力度）、精度（分辨率）、书写面积

• 图像输入设备

  1、二维扫描仪：将纸质材料转换成数字图像文件的设备

  ​ 技术指标：扫描速度（A4幅面/一行的时间）、分辨率
  ​ 分类：平板式、手持式、滚筒式

  2、摄像头：
  技术指标：元器件类型、像素数、解析度、视频速度、镜头

• 三维信息输入设备

  1、三维扫描仪：接触式/非接触式
  2、动作捕捉设备：机械式、电磁式、光学式

• 体感输入设备：Leap Motion、Kinect

• 指点输入设备

  1、鼠标：机械鼠标、光电鼠标、无线鼠标、3D鼠标
  2、控制杆：位移定位、压力定位
  3、触摸屏：电阻式、电容式、基于光学原理

2、输出设备：

• 光栅显示器：CRT、等离子、液晶

  ​ 1、技术指标：扫描方式、刷新频率、点距、分辨率
  ​ 2、显卡的构成：接口、GPU、显存、数模转换器

• 投影仪：CRT、LCD、DLP

  1、工作原理：光学分光，数据调制，合成显示
  2、DLP中的数字微镜工作原理

• 打印机：针式、喷墨、激光
  1、激光打印的原理（PPT72页）：感光鼓旋转通过打底电晕丝，使整个感光鼓的表面带上电荷——转动擦上碳粉——碳粉受吸引从感光鼓上脱离，向转移电晕丝方向移动
  2、重要指标：打印分辨率、打印速度、打印幅面、最大打印能力
  3、3D打印机

3、语音交互设备：

• 耳机：封闭式、开放式、半开放式

  技术指标：频响范围、灵敏度、耳机阻抗、谐波失真

• 麦克风：NCAT技术

• 声卡：

  1、工作原理：实现声波/数字信号相互转换的硬件
  2、组成：模/数转换芯片，数/模转换芯片
  3、接口（PPT79页）：

  ​ 粉色：麦克风输入；橙色：中置音箱或数字输入；绿色：音频输出
  ​ 蓝色：数字输入； MIDI接口(游戏手柄, MIDI设备）

  4、主要指标：采样位数、采样频率、声道数、MIDI合成

4、虚拟现实交互设备：

• 三维空间定位设备：

  1、空间跟踪定位器：低频磁场式、超声波式、光学式
  2、数据手套
  3、触觉和力反馈器

• 三维显示设备

  • 3D眼镜：主动式（液晶）、被动式（偏振光）

  • 头盔式显示器：单通道、双通道

  • AR头盔：基于光学、基于视频

  • 投影拼接：

    球幕：外投式、内投式

    CAVE：几何校正、颜色校正

    裸眼立体显示：
    1、裸眼立体显示器：视差障壁技术、柱状透镜技术
    2、体三维显示：扫描体三维显示、固态体三维显示
    3、光场三维显示

第四章 交互技术

1、有多少种常用的输入模式，每种模式都有什么特点，以及适用场合

请求模式、采样模式、事件模式

• 请求模式:暂停程序的执行，直到从输入设备接受到请求的输入数据

  长按Home键启动小爱同学、拖动图标

• 采样模式:新的输入数据替换以前的输入数据

  输入法输入手写拼音等

• 事件模式:输入设备把数据保存到一个输入队列

  win操作系统

2、基本的技术主要有哪些，如何体现在应用上
定位、笔划、定值、选择、字符串

• 定位：直接定位（ps输入xyz位置）、间接定位（鼠标点击、另存为）
• 笔划：画板
• 定值：输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子等
• 选择：单个元素选择、区域选择、选框工具、套索工具、快速选择工具、懒惰选择工具
• 字符串：输入法、语音输入字符串

3、二维图形交互技术有哪些，如何体现
几何约束（定位约束、方向约束）、引力场、拖动、橡皮筋技术、操作柄技术

• 几何约束（定位约束、方向约束）：

  定位约束：网格，强迫用户输入的点在网格角点处

  方向约束：按照某个方向绘制线段；按住shift键，直线沿当前方向改变

• 引力场：连接图形时，直接连到中间点

• 拖动：通过移动光标拖动物体从一个位置到另一个新位置的操作；

  图标移动；

• 橡皮筋技术：被拖动对象的形状和位置随着光标位置的不同而变化

  画圆，摁鼠标不放；

• 操作柄技术：对图形对象进行缩放、旋转、错切等几何变换

4、三维图形交互技术有哪些

直接操作（三维光标）、三维Widgets（类似二维的WIMP）、三视图输入（3dmax）

5、自然交互技术有哪些，如何体现

• 多点触控技术：触点检测与定位；触点跟踪；手势识别

• 手势识别技术：数据手套输入/摄像机输入

• 表情识别技术：

  1、FACS系统；面部动作编码系统、来检测面部表情的细微变化
  2、识别过程：人脸检测/特征提取/表情识别
  3、分类方法：整体/局部识别法；形变/运动提取法；几何/容貌特征法

• 语音识别技术：

  1、过程：语音特征提取；声学模型与模式匹配；语音模型与主义理解（划分词语—识别出字—理解这句话）
  2、应用：听写机；对话系统（天猫精灵）

• 眼动跟踪技术：

  眼动种类：注视（能获得信息）、跳动、平滑尾随跟踪

• 笔交互技术：

  1、PIBG范式：纸、图标、按钮、手势【P（纸和框架）；IB（图标和按钮）；G（手势）】
  2、手写识别技术：脱机（静态语言文本图像）/联机（用户边写，机器边识别）

第五章 界面设计：

1、用户界面有哪些类别

​ 命令行界面、图形界面、多通道界面

2、图形用户界面的主要思想有哪些，每个思想的特点是什么

• 桌面隐喻：直接隐喻、工具隐喻、过程隐喻
• 所见即所得（WYSIWYG）（网页翻译）
• 直接操纵：动作或数据的形象隐喻、用指点和选择输入、操作结果立即可见、支持逆向操作

3、界面设计遵循哪些原则

1. 界面要具有一致性
2. 常用操作要有快捷方式
3. 提供简单的错误处理（关闭未保存的文件）
4. 对操作人员的重要操作要有信息反馈（帮助）
5. 操作可逆（撤销，历史）
6. 设计良好的联机帮助
7. 合理划分并高效地使用显示屏幕（并排查看）

4、影响用户和产品之间交互质量的因素有哪些

​ 有效性、效率、主观满意度

5、用户有哪些类别，都有什么特点

​ 偶然型用户（爸爸）、生疏型用户（小孩子）、熟练型用户（大学生）、专家型用户（黑客）

6、用户体验是什么，由哪些因素组成

• 用户体验是指用户在使用产品或系统时的全面 体验和满意度
• 四个元素：品牌、使用性、功能性、内容

7、用户的观察和分析有哪些方式

​ 情境访谈、焦点小组、单独访谈

8、任务分析有哪些方法，每种方法采用哪种UML图表示（应用）

• 使用行为分析：用例图
• 顺序分析：序列图
• 协作关系分析：协作图
• 工序约束陈述、用户任务一览表、任务金字塔、故事讲述和情节分析

9、以用户为中心的两个目标是什么，四个原则是什么

• 目标：

  1）有效地帮助用户完成任务；

  2）尽量使用户在交互过程中获得愉悦的心情

• 原则：

  1、及早以用户为中心
  2、综合设计
  3、及早并持续性地进行测试
  4、反复式设计

第六章 人机交互界面表示模型与实现

• 行为模型：主要从用户和任务的角度考虑如何来描述人机交互界面
• 结构模型：主要从系统的角度来表示人机交互界面
• 模型转换：行为模型到结构模型的转换
• 表现模型：人机界面表现的具体描述方法

1、行为模型有哪些，都有什么优缺点，每个模型是如何表示一个交互过程的（应用）

行为模型从用户和任务与的角度考虑交互界面

• GOMS（目标操作和选择行为模型）
• LOTOS（时序关系说明语言）
• UAN（用户行为标注）
• G-U-L（预测性的行为模型：融合前三种模型）

GOMS模型

G：目标，可分层（想要得到的结果）
O：操作，不可分解，（完成任务的基本动作）
M：方法，操作的集合
S：选择规则（修改快捷键）

优点：成熟，应用广泛，目标层次关系明确
缺点：没有清楚的描述错误处理的过程；时序表示能力有限

描述EDITING任务的一个完整的GOMS模型 editing编辑

LOTOS模型

（时序关系说明语言： Language Of Temporal Ordering Specification）

​ LOTOS运算符：

• T1 ||| T2（交替）：独立进行，但永远不会同步

• T1 [] T2（选择）：选择一个执行，一旦选择某一个后，必须执行它直到结束，才能执行下一个

• T1|[a1,...,an] | T2（同步）

• T1 [> T2（禁止）：一旦T2任务被执行，T1便无效（不活动）

• T1 >> T2（允许）：当T1成功结束后才允许T2执行

  优点：可以构造一套现成的自动化工具
  缺点：无法描述目标异常结束的缺陷；过于形式化的记法比较晦涩难懂

中国象棋的LOTOS任务分解实例

UAN模型

用户行为标注（User Action Notion）

• 用户动作标识符

  1、move_mouse(x,y) 移动鼠标至(x,y)
  2、release_button(x,y) 在(x,y)位置释放鼠标按钮；
  3、highlight(icon) 使icon高亮显示；
  4、de_highlight(icon) 取消icon的高亮显示。

• 条件选择标识符（类似于循环和选择结构）

  1、while(condition) TASK 当条件condition为真时，循环执行任务TASK；
  2、if(condition) then TASK 如果条件condition满足，则执行任务TASK；
  3、iteration A* or A+ 表示迭代操作；
  4、waiting 表示等待，可以等待一个条件满足，也可以等待任务中的一个操作执行。

单通道实例

drag：拖拽

• 优点：更接近于实现

• 缺点：

  1、时序关系没有明确
  2、多种输入时交互路径比较繁

G-U-L模型

• 任务分解和描述：GOMS模型
• 原子操作描述：UAN模型
• 任务间时序关系：LOTOS模型

结合GOMS和LOTOS的中国象棋程序的行为描述

2、结构模型有哪些类别

产生式规则（上下文无关文法）、状态转换网络

3、行为模型如何与结构模型实现转换（PPT）

• G-U-L中的每个目标都对应一个状态转换网络
• 子目标对应状态网络中的嵌套网络（扩展状态转换网络）
• 每一种时序关系对应一种状态转换网络

G-U-L中各种约束关系对应的状态转换网络

中国象棋实例

[>：禁止

|||交替

>>允许

# 在线考试的交互系统：
GOAL: Exam-Online
   [>:
   GOAL: Exam-Begin
      >>:
      GOAL: Login
      GOAL: Answer-Questions
         [select:
  GOAL: Paper-A
     |||:
     Answer-Question(1)
     Answer-Question(2)
GOAL: Paper-B
     |||:
    Answer-Question(1)
    Answer-Question(2)
]
   GOAL: Exam-Quit

第七章 Web界面设计

1、Web界面设计有哪些基本原则，如何体现

1. 以用户为中心；
2. 一致性；
3. 简洁与明确；
4. 体现特色；
5. 兼顾不同的浏览器；
6. 明确的导航设计

2、 Web界面有哪些要素设计，各要素设计时需要注意什么问题

1. Web界面规划；
2. 文化与语言；
3. 内容、风格与布局、色彩设计；
4. 文本设计；
5. 多媒体元素设计

第八章 移动界面设计

1、移动设备有哪些连接方式

无线局域网(WIFI)、无线城域网(WiMAN)、无线个域网(蓝牙)、高速无线广域网(5G)、卫星通讯(GPS)

2、移动设备有哪些交互方式（输入和输出）

• 输入：键盘输入、手写输入、语音输入、多点触控手势输入
• 输出：显示技术、声音输出

3、移动界面设计要遵循哪些原则

1、简单直观；
2、个性化设计；
3、易于检索；
4、界面风格一致；
5、避免不必要的文本输入；
6、根据用户的要求使服务个性化；
7、最大限度地避免用户出错；
8、文本信息应当本地化

4、移动界面设计有哪些要素，都需要注意什么问题

1、菜单
2、按钮
3、多选列表
4、文字显示
5、数据输入 (格式化)
6、图标与图像
7、报警提示
8、移动多媒体
9、移动界面导航

第九章 可用性与用户体验

1、可用性指什么，其中的5E有什么含义

• 可用性是指：特定的用户在特定的环境下使用产品 并达到特定目标的效力、效率和满意的程度
• 5E：有效性（Effective）、效率（Efficient）、吸引力（Engaging）、容错能力（Error Tolerant）、易于学习（Easy to Learn）

2、支持可用性有哪些设计原则，每个原则有什么具体含义和应用体现

• 可用性：可预见性、同步性、熟悉性、通用性、一致性

  可预见性：（窗口系统都在右上角提供三个按钮：最小化、最大化和关闭）

  同步性：（扔垃圾）

  熟悉性：（Office 2003 & Office 2007 ）

  通用性：（多窗口系统的cut/paste/copy 操作）

  一致性：（在相似的环境下或执行相似的任务时，一般会执行相似的行为）

• 灵活性：可定制性、对话主动性、多线程、可互换性、可替换性

  可定制性：（用户或系统修改界面的能力）

• 鲁棒性：可观察性、可恢复性、响应性、任务规范性

3、软件可用性评估遵循哪些原则

• 应该针对产品的用户。
• 软件的可用性测试和评估在产品开发的初期阶段就应该开始。
• 软件的可用性测试必须是在用户的实际工作任务和操作环境下进行。
• 要选择有广泛代表性的用户

4、可用性评估有哪些方法

• 诊查式方法：不需要用户参与

  用户模型法
  启发式评估
  认知性遍历

• 测试式方法：需要用户参与

  用户测试
  问卷调查
  放声思考法

5、用户体验有哪两个模型
层次模型、心流体验模型

6、用户体验有哪些评价指标

• 主观评价指标：对用户体验要素进行评价
• 客观评价指标
  行为指标
  生理指标