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

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