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人机交互系统(上)

2005/9/1    来源:人机在线        
关键字:人机界面  人机交互系统  
本文从人机交互系统总体概述开始谈起,分别介绍了其关键技术、相关产品、典型应用和相关技术。希望通过本文您对人机交互系统有一定的了解。

    1、总体概述

    人机交互界面作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各计算机厂家的关注。并成为90年代计算机行业的又一竞争领域。从计算机技术的发展过程来看,人机交互界面技术还引导了相关软硬件技术的发展,是新一代计算机系统取得成功的保证。

    80年代已来,计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展,同时,计算机的使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训练的普通用户,由此极大地提高了用户界面在系统设计和软件开发中的重要性,强烈地刺激了人机交互界面的进步。

    人-计算机的交互作用是通过用户界面来实现的。与传统人-机系统不同的是,人-计算机系统中的交互形式已成为用户与计算机两个“智能系统”之间的通讯和对话。

    在计算机技术发展的初期,由于系统的运行速度慢、价格昂贵并且可靠性差,不可能进行交互使用,用户必须调整自己的行为去适应机器的要求。因此,与计算机使用中的其它问题相比,界面只是一个小问题。随着计算机性能的提高,系统能够用一部分资源来处理人-计算机界面,用户界面设计开始引起人们的注意。

    用户界面的发展对计算机系统整体性能的提高所具有的重要性已经得到了人们的高度重视,与此同时,围绕人机建模业已形成了计算机产业又一新的竞争领域。在美国人机建模研究在信息技术中被列为与软件和计算机并列的六项国家关键技术之一,并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性,对其它工业也是很重要的”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互界面列为软件技术发展的重要内容之一,而且还专门增加了与软件技术并列的人-系统界面一项内容。日本也提出了FPIEND21计划(Future Personalized Information Enviroment Develop- ment),其目标就是要开发21世界的计算机界面。

    我国在人机界面方面的设计与国际同类研究相比还存在较大差距。目前的研究仅仅着重于支持界面的软件和硬件,对界面本身还缺少深入的研究,用户界面的设计还没有成为软件设计中独立的一部分,也缺少新的人机界面设计技术。而另一方面,计算机科学的发展和计算机的普及应用却对人机界面的研究提出了越来越高的要求。

    进入九十年代计算机软件开发已进入了以开发软件工具和建立软件开发环境为目标的时代。作为支持人机交互软件开发环境的用户界面管理系统UIMS正日益受到人们的关注和重视。今后UIMS将有可能进入各类实际软件开发环境,成为继DBMS之后的又一个重要的软件开发环境和工具。

    2、关键技术

    软件界面是人-机之间的信息界面,从某种意义上讲,它比硬件和工作环境更为重要。优化软件界面就是要合理设计和管理人-机对话的结构。对话的结构设计一般可分为初始设计、形式评价和总结评价三个阶段。

    2.1 人类工程学

    人类工程学是一门应用广泛的综合性边缘学科,作为一门独立的学科,人类工程学在我国的历史还很短,我国的心理学家、人类学家、劳动保护和医学工作者、机械工程师正结合自己的领域,开展这方面的工作。

    (1)人类工程学中人的特性

    人在系统中是主体,任何先进的机器都是由人设计的,由人操纵的,所以系统工作效率的优劣、安全性,很大程度上决定于人的工作状况。人类工程学中要研究人对外界信息的感知特性,人对信息的加工、处理及思维能力,人的学习、记忆特性,人的自身节率等等。

    1) 人的感觉功能

    a. 视觉人们通过视觉器官认识外界事物,由大脑产生正确的思考,视觉对劳动的产量、质量及安全均有影响,还影响到劳动者的心理活动过程。

    b. 听觉人耳对声音响度的感觉主要是和声强有关。人接受听觉信息要比接受视觉信息快。据测定,人的听觉反应时间约为120-150ms,较光信息快30-50ms。听觉信号常用于报警。

    c. 触觉等人们通过触觉器官接受物体的空间位置、形状、表面情况和原材料等信息。

    2) 人的信息处理及输出特性

    a. 人的反应时间操作者在操纵、监视设备时,从出现信号刺激到采取相应动作,存在一个反应时间。人体的运动系统反应速度比较缓慢,神经肌肉接头的反应延迟时间为0.1-0.2s。

    b. 人的信息传输信息在神经系统中的传输,是由不同的感觉通道,传输不同的信息,如视觉系统的单个神经纤维能传输不同的颜色信息,信息的传输速率是一个重要的物理量。

    3) 人机分工

    设计人机交互界面,进行人机分工时,要充分发挥人机的各自特点。可采用最大最小原则,即人承担的工作量应尽量少或最少,机器承担的工作量应最大,在最大限度利用机器的同时,充分发挥人的积极因素。人机结合并充分注意人的主导地位,将有效地保证系统的可靠性和寿命。

   (2)计算机辅助设计和计算机图形学中的人的因素

    利用CAD技术并结合CAM技术可以大大缩短产品的设计-制造周期,CAD已经成为制造业中求生存的一种主要手段。CAD中主要的人的因素问题有:CAD硬件中的图形终端、输入装置和菜单设计,CAD系统中人的信息加工能力,如有关CAD显示的视觉、CAD中的空间推理、CAD中的问题解决及运动反应等过程;CAD系统中人机功能分配;CAD系统中的工作设计、人员选拔和训练等。

    (3)计算机辅助制造中的人的因素

    CAM可被广义地认为是在制造业的管理、控制和运行中有效地应用计算机的一项新技术,其最终目标是要建成CIMS,它将是一项在21世纪最具竞争力的技术。认知工程学在CAM领域的主要研究内容:自动化与工作分片、CAM中的人的决策和自动化制造中人的监控。

    2.2 人机界面设计原则

    (1)媒体最佳组合

    媒体界面的成功并不在于仅向用户提供丰富的媒体,而应在了解媒体的功能、选择方法的基础上,在相关理论的指导下,在语义层上将各种媒体有机地结合起来以更有效地传递信息。

    (2)界面分析与规范

    在人机界面设计中,首先应进行界面设计分析,即收集有关用户及其应用环境信息以后,进行用户特性分析,用户任务分析,记录用户有关系统的概念、术语,这项工作可与应用系统分析结合进行。分析任务中对界面设计要有界面规范说明,选择界面设计类型,并确定设计的主要组成部分。

    由于人机界面是为适合人的需要而建立的,所以要清楚使用该界面用户的类型,要了解用户使用系统的频率、用途及对用户的综合知识和智力的测试,这些均是用户设计中的内容。在此基础上产生任务规范说明,进行任务设计。任务设计的目的在于重新组织任务规范说明以产生一个更有逻辑性的编排。设计应精心地分别给出人与计算机的活动,使设计者较好地理解在设计一个界面时所遇到的问题,这样形成系统操作手册、训练文件和用户指南的基础。在考虑用户工作方式及系统环境和支持等因素下,精心任务设计。

    任务确定之后,要决定界面类型。目前有多种人机界面设计类型,各有不同的品质和性能,因此设计者要了解每种类型的优点和限制。大多数界面使用一种以上的设计类型。下面列出了常用界面类型的优缺点。

  • 图标:用图像代表功能。非常容易学,易用(鼠标操作〕,语言独立性强,编程较容易占具屏幕可观的空间,表达抽象概念描述力差,需文字解释,需图形硬件和软件支持初学者。有形成国际会话语言的趋势。
  • 表格:填写使用速度快、易用、容易掌握仅适合于数据输入,不高级数据录入中用得最广泛的会话类型,用于显示和恢复界面,编辑初始界面。
  • 命令语言(单字命令到复杂语法的命令):使用功能强,灵活,是界面可控制系统的高级方法,对屏幕空间使用十分经济学习困难(学习代码和语言条款〕,用户需要系统功能的某些知识,使用困难,研究该界面工作量大会使用复杂命令界面的熟练用户,用户发起和控制的对话
  • 自然语言:自然的交流难于编程实现,语言识别困难,会出现二义性,输入慢在有限制的问题中使用,可用于用户发出的会话。

责任编辑:江琦
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