人机交互技术复习纲要

一．填空题复习

人机交互是一门研究如何实现自然、高效、和谐的人机关系的涉及计算机科学、人机工程学、认知心理学以及社会学等学科的交叉学科，主要研究如何设计、实现和评价供人们使用的交互式计算机系统，并围绕这些方面的主要现象进行研究的科学。
人机交互技术的发展经历了批处理、命令行、文本菜单、图形用户界面（WIMP界面）、多媒体用户界面、多通道用户界面和虚拟现实用户界面。
完整的人机系统中由人机共同作用来完成如下的功能：信息接受（收集）、信息加工、信息存储、信号反馈、输入与输出。
交互设计是设计与定义人工制品如软件、移动设备、人造环境、服务、可穿戴装置以及系统的组织结构、环境和系统的行为，以及传达这种行为的外形元素的一种过程。
交互设计特别关注：定义与产品的行为和使用密切相关的产品形式；预测产品的使用（8）如何影响产品与用户的关系，以及用户对产品的理解；探索产品、人和物质、文化、历史之间的对话。
认知心理学以信息加工观点研究认知过程，将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输入的编码、贮存和提取的全过程。
认知心理学认为，人的心理活动是一种主动寻找信息、接受信息，进行信息编码，在一定的信息结构中进行加工的过程。
认知涉及到多个特定类型的过程，包括：注意、感知、识别和记忆、学习、阅读、说话和聆听、解题、规划、推理和决策。
知觉是直接作用于感觉器官的事物的整体在脑中的反映，是人对感觉信息的组织和解释的过程。知觉常可分为空间知觉，时间知觉，运动知觉，错觉、幻觉。
记忆过程中有三个环节：分别是识记、保持和再认与回忆。识记–相当于信息的输入和编码过程，把从不同感官输入的信息，经过编码而成为大脑可接受的形式；保持–相当于信息的贮存，即信息在头脑中被再加工整成为适合储存和检索的有序的组织结构；再认和回忆–再认和回忆相当于信息的提取，编码越完善、组织越有序，提取也就越容易，反之，提取越困难。
对概念模型的认知，从人们不同的认知特点，分为思维模型、信息处理模型、外部认知模型和分布式认知模型。
人机交互输入基本模式有请求模式、采样模式、事件模式。
目前主流的人机交互界面是图形用户界面、多媒体用户界面、正在和未来主要发展的交互界面主要有多通道用户界面和虚拟现实用户界面。
图形用户界面包含了三个重要的思想是桌面隐喻、所见即所得、直接操纵。
隐喻是图形用户界面的主要思想之一，通常隐喻可以分为直接隐喻，工具隐喻和过程隐喻。
多通道用户界面具有使用多个感觉和效应通道、允许非精确的交互、三维和直接操纵、交互的双向性、交互的隐含性等基本特点。
多通道用户交互界面要达到的目标有：交互的自然性、交互的高效性和与传统的用户界面及WIMP/GUI兼容。
虚拟现实系统具有沉浸感、交互性、构想性等三个重要特点，反映了人机关系的演化过程。
常见的三维输入设备主要有空间跟踪定位器，数据手套、三维鼠标、触觉和力反馈器。
智能用户界面需要解决的重要问题有上下文感知、眼动跟踪、手势识别、三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言理解等。
计算机面部表情的识别通常分为如下三个步骤进行，即表情的跟踪；表情的编码；表情的识别。
人机交互界面模型是利用形式化的设计语言来分析和表达用户任务以及用户和系统之间的交互情况的。
常用的模型有行为模型，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；事件-对象模型，是一种面向对象的表示模型，它将人机交互活动归结为事件与对象的相互作用。
人机交互界面模型中的行为模型通过描述任务或目标，以及为了完成任务或达到目标所进行的行为序列来描述人机交互界面，常用的行为模型有 GOMS、LOTOS和UAN模型。
人机交互界面模型中的结构模型是从系统组成角度，描述如何通过交互序列完成交互任务，着重描述系统的反应和行为，常用的模型有：产生式规则、状态转换网络。
产生式规则系统可以由事件引导、状态引导和混合引导的。
通常事件可以分为三种类型：用户事件、响应事件、系统内部事件。
Web界面设计基本原则包括以用户为中心、一致性、简洁与明确、体现特色、明确的导航设计、兼顾不同的浏览器等。

29.移动界面设计中的主要交互方式有键盘输入、笔输入、多点触控、语音识别等。

在移动界面多点触控交互方式中，基本手势包含了单击、双击、拖拽、轻弹、捏、展开、按压、按压并单击、按压并拖拽、旋转等。
可用性是指特定的用户在特定的环境下使用产品并达到效力（功效）、效率和满意的程度。

32.可用性反应用户对产品的需求，表现为五个方面（5E），分别是有效性（Effective）、效率（Efficient）、吸引力（Engaging）、容错能力（Error Tolerant）、易于学习（Easy to Learn）

33.支持可用性的设计原则中的可学习性包括可预见性、同步性、熟悉性、通用性、一致性。

34.设计交互系统时可以提高可用性的三类基本原则分别是可学习性、灵活性、鲁棒性。

35.可用性评估方法包括：用户模型、启发式评估、认知性遍历、用户测试和用户问卷调查。

二．简述题复习

人机交互的研究内容有那些？

①人机交互界面的表示模型和设计方法

②可用性分析与评估

③多通道交互技术

④认知与智能用户界面

⑤群件

⑥Web设计

⑦移动界面设计
简述多通道用户界面的基本特点。（来自网络）

① 使用多个感觉和效应通道

② 允许非精确的交互

③ 三维和直接操纵

④ 交互的双向性

⑤ 交互的隐含性
简述自然和谐的人机交互方式的主要特点和形式。

①主要特点：（来自网络）

基于语音、手写体、姿势、视线跟踪、表情等输入手段的多通道交互是其主要特点，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式进行交互操作

②主要形式：

多通道交互、情感计算、虚拟现实、智能用户界面、自然语言理解
简述认知心理学的基本隐喻。（来自网络）

简述在图形用户界面中直接操纵方式的特点。

① 直接操纵的对象是动作或数据的形象隐喻

② 用指点和选择代替键盘输入

③ 操作结果立即可见

④ 支持逆向操作
简述WIMP界面的特点，并画出WIMP界面的概念模型图。

****图形用户界面的共同特点是以窗口管理系统为核心，使用键盘和鼠标器作为输入设备。窗口管理系统除了基于可重叠多窗口管理技术外，广泛采用的另一核心技术是事件驱动(Event-Driven)技术。
能同时输出不同种类的信息，用户也可以在几个工作环境中切换而不丢失它们之间的联系，通过菜单可以执行控制型和对话型任务。
由于引入了图标、按钮和滚动条技术，大大减少键盘输入，提高了交互效率。 WIMP界面可看作是第二代人机界面，是基于图形方式的人机界面。在WIMP界面中，人被称为用户，人机通过对话进行工作。
用户只能使用手这一种交互通道输入信息，通过视觉通道获取信息。
在WIMP界面中，界面的输出可以为静态或动态的二维图形或图像等信息。
简述图形用户界面设计的一般性原则。

（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

（4）对操作人员的重要操作要有信息反馈

（5）操作可逆,

（6）设计良好的联机帮助

（7）合理划分并高效地使用显示屏

（8）保证信息显示方式与数据输入方式的协调一致，尽量减少用户输入的动作，隐藏当前状态下不可用的命令，允许用户自选输入方式，能够删除错误的输入，允许用户控制交互过程。
简述在图形用户界面中菜单设计的一般性原则。

****1.按功能组织菜单，合理分类，并力求简短，前后一致

2.合理组织菜单界面的结构与层次，广而浅的菜单效果好

3.按一定的规则对菜单项进行排序，常选菜单放前面

4.菜单选项的标题要力求文字简短、含义明确，并且最好以关键词开始

5.常用选项要设置快捷键，并在菜单选项后加上快捷键文字表示

6.充分利用菜单选项的使能与禁止、可见与隐藏属性

7.使用弹出式菜单，弹出菜单一般不再包含下级菜单
简述多通道用户界面的基本定义并画出多通道用户界面的概念模型

多通道用户界面的研究是为了消除当前WIMP/GUI用户界面通信带宽不平衡的瓶颈，综合采用视线、语音、手势等新的交互通道、设备和交互技术，使用户利用多个通道以自然、并行、协作的方式进行人机对话，通过整合来自多个通道的、精确的和不精确的输入来捕捉用户的交互意图，实现三维、非精确及隐含的人机交互，提高人机交互的自然性和高效性。
简述GOMS模型中G、O、M、S的含义。

G：目标——目标就是用户执行任务最终想要得到的结果

O：操作——操作是任务分析到最底层时的行为，是用户为了完成任务所必须执行的基本动作

M：方法——方法是描述如何完成目标的过程

S：选择规则——选择规则是用户要遵守的判定规则，以确定在特定环境下所使用的方法

11 .在人机交互界面表示模型中，GOMS模型的主要作用是什么？LOTOS模型的主要作用是什么？UAN的主要作用是什么？

（1）GOMS模型的主要作用是；在交互系统中用来分析建立用户行为的模型。它采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层次的细化。

（2）LOTOS模型的主要作用是通过用进程之间的约束关系来描述交互子任务之间的关系，复杂的进程行为由简单的行为表达式通过表示时序关系的LOTOS算符组合而成。

（3）UAN模型的主要作用是描述最基本的原子操作。

简述以用户为中心进行界面设计的四个重要原则。
1. 及早以用户为中心，设计人员应当在设计过程的早期就致力于了解用户的需要。
2. 综合设计，设计的所有方面应当齐头并进发展，而不是顺次发展，使产品的内部设计与用户界面的需要始终保持一致。
3. 及早并持续性地进行测试，在开发的全过程引入可用性测试，使用户有机会在产品推出之前就设计提供反馈意见。
4. 反复式设计，设计人员和开发人员应当在整个测试过程中反复对设计进行修改。

三．模型描述复习

结合GOMS和LOTOS对任务“中国象棋对弈”进行描述。

T1 ||| T2（交替Interleaving)

T1 [] T2（选择Choice)

T1 | [a1,…,an] | T2（同步Synchronization)

T1 [> T2 （禁止Deactivation)

T1 >> T2（允许Enabling)
用UAN模型描述“在桌面上把文件X拖入文件夹Y”的任务单通道实现。
利用由事件引导的系统的产生式规则描述画直线的交互过程。
Sel-line → start-line <highlight 'line'>

C-point start-line→ rest-line <rubber band on>

C-point rest- line→ rest-line <draw line>

D-point rest- line→ <draw line> <rubber band off>
- - 用户事件（user event），Sel-line表示从菜单中选择line命令，C-point 和D-point表示用户在绘图平面上单击和双击鼠标。
  - 内部事件，用于保持对话状态，如start-line 表示开始画线后的状态，rest- line表示选择了第一个点之后的状态。
  - 系统响应事件，以尖括号表示可见或可听的
    
    系统响应，如<highlight 'line'>，把菜单项’line’高亮度显示，<draw line>表示在屏幕上显示直线，<rubber band on> 表示橡皮筋绘制方式打开，<rubber band off>表示橡皮筋绘制方式关闭。

设一个应用系统中有三个文本设置属性有B、I和 U，每个属性有2个状态。即﹛off, on﹜，试用由混合引导的系统的产生式规则描述进行文本属性设置的交互过程。

select- bold:Bold = off → Bold = on
select- bold:Bold = on	→ Bold = off
select-italic: Italic = off → Italic = on
select-italic: Italic = on	→ Italic = off
select-under:Underline = off	→ Underline = on
select-under:Underline = on	→ Underline = off

把对“中国象棋对弈”的行为模式中的“运行”目标转换为状态转换网络。
根据第4题中的文本样式设置规则，试画出Bold、Italic: Underline三种文本设置属性组合的状态转换图（STN）。
请画出某大学图书管理系统读者借阅图书的时序图，并描述读者借阅图书的过程。

根据系统提供查询功能，读者可以在系统界面中输入关键字查询图书；

系统通过交互界面列出可借用的图书供读者选择；

如果读者选定了图书，系统提示读者输入借书证号和密码；

如果最后读者确定借阅关系，系统处理并通知读者借书成功，并给读者一个确认；

当确认信息出现时，整个图书借阅的交互过程就结束了。
请画出银行ATM系统中持卡人取款操作的时序图和对象协作图。