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1、人机界面设计（第二版）,周苏 教授,浙江大学城市学院 Z QQ: 81505050 个人博客：http:/ 教学要求及测评范围覆盖人机界面设计（第2版）全书各章 完成各章课后实验,人机界面设计教材与教参,教 材 人机界面设计第二版，王文、周苏等，科学出版社，2011.9 教学参考书 略,第1章 熟悉人机界面设计,1.1 人机界面设计的计算环境 1.2 作品欣赏与分析,1.1 人机界面设计的计算环境,人机界面（human-machine interface）是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、增强兴趣，从而提
2、高使用效率。作为一个独立和重要的研究领域，人机界面正在日益受到人们的广泛关注。,1.1.1 人机界面与人机交互,从狭义的角度来看，人机界面分为自然的人机交互、计算机使用与配置、人的特征、计算机系统与界面结构、发展过程等5个部分。而从广义的角度来理解，可以结合设计艺术、计算机技术、人机工程、心理学等学科的知识对人机界面设计进行进一步的研究。,1.1.1 人机界面与人机交互,所谓“系统”一般是指由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体。人机系统包括人、机和环境3个组成部分，它们相互联系构成一个整体，如图1.1所示。显示器显示操作过程的情况，操作者首先要感知显示器上指示信
3、号的变化，然后分析和解释显示的意义并做出相应的决策，再通过必要的控制方式实现对操作过程的调整。这是一个封闭的人机系统，即闭环人机系统。,图1.1 人机系统模型,1.1.1 人机界面与人机交互,在人机系统模型中，人与机器之间存在着一个相互作用的“面”，称为人机界面，人与机器之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。机器的各种显示都“作用”于人，实现机-人的信息传递；人通过视觉和听觉等感觉器官接受来自机器的信息，经过大脑的加工、决策，然后做出反应，实现人-机的信息传递。可见，人机界面的设计直接关系到人机关系的合理性，而研究人机界面则主要针对两个问题：显示与控制。,1.1.1 人机界面与人机交互,
4、计算机系统中的人机界面（human-computer interface，HCI）又称人机接口、用户界面（user interface），它是计算机科学中最年轻的分支之一。人机界面介于用户和计算机之间，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介，是用户使用计算机的综合操作环境。人机界面是计算机科学与心理学、图形艺术、认知科学和人机工程学的交叉研究领域，是人与计算机之间传递和交换信息的媒介，是计算机向用户提供的综合操作环境。,1.1.1 人机界面与人机交互,近年来，随着软件工程学的迅速发展、新一代计算机技术研究的推动以及网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为计算机界最为活跃的研究方向之一。 计算
5、机系统是由计算机硬件、计算机软件和人所共同构成的人机系统，人与硬件、软件结合而构成了人机界面，如图1.2所示。,图1.2 人机系统的组成示意,1.1.1 人机界面与人机交互,人机界面设计师的作用就是协调好计算机硬界面与软界面之间的关系，处理的是人与硬件界面和人与软件界面的关系，而硬件界面与软件界面之间的关系则通过计算机技术来解决。,1.1.1 人机界面与人机交互,信息交换的形式有多种方式，如键盘、鼠标、显示屏幕上的符号或图形，也可以用声音、姿势或身体的动作等。我们通常所说的人机交互是人机界面学的一个分支，它是指用户与计算机相互之间的通信。实现人与计算机之间通信的硬、软件系统即为交互系统。这里的
6、“交互”即信息交换，包括计算机通过输出或显示设备给人提供信息，以及人通过输入设备向计算机输入有关信息。,1.1.1 人机界面与人机交互,人机交互技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题。例如，美国21世纪信息技术计划中的基础研究内容定为4项，即软件、人机界面、网络和高性能计算。其中，人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的6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，对其他工业也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互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机界面这项内容。,1.1.2 人机界面学的发展,人机界面学是由面向人的
7、学科和面向计算机的学科组成的综合性学科。 从人类设计学史中我们可以看出，面向人的设计思想很早就萌发了。例如，中国古代的各种器皿就很好地在功能、造型、装饰等多方面达到较为完美的统一。随着机械化、自动化和电子化的高度发展，人的因素在生产中的影响越来越大，人机协调问题也显得越来越重要。,1.1.2 人机界面学的发展,人机界面学中面向人的知识和方法主要来自于人机工程学（ergonomics）、心理学、哲学、生物学、医学等。建立于20世纪的人机工程学是一门应用性很强的学科，从它诞生之日起，即与工业界紧密地联系在一起。人们逐渐认识到，对制造出来的各种高效能的机器系统进行操纵和控制时，整体系统的工作效率在很
8、多情况下是由人的活动来决定的。若设备的全部潜力没有发挥出来，大部分原因是操纵人员不能掌握对这一设备的复杂操作。,1.1.2 人机界面学的发展,经验和教训提醒人们比以往任何时候都更加重视机器设计，使得对机器的操作能够适应大多数普通人的能力范围（可操作性）。这种机器适应人的策略，引起了特定领域内的工程师和生物学界科学家的广泛合作。,1.1.2 人机界面学的发展,人机界面学中面向计算机系统的知识和方法主要来源于物理、电学和电子工程、控制工程、系统工程、信息论和数理逻辑等，它们分别构成了现代计算机工业的两大基础领域：硬件工程和软件工程。随着计算机技术的发展，硬件工程和软件工程的进一步深入，为人机界面设
9、计奠定了基础，并拓展了研究领域。 人机界面学的发展主要包括硬件人机界面和软件人机界面的发展，随着电子技术和计算机技术的发展，二者逐步走向一体化。,1.1.2 人机界面学的发展,1. 硬件人机界面学的发展 硬件人机界面学的发展以人类社会的三次技术革命作为分水岭。 在工业革命以前，人造物的设计以手工业为主，并与人们的生产劳动、生活方式息息相关。,1.1.2 人机界面学的发展,在18世纪末，英国兴起了工业革命，机器生产逐渐取代手工生产，改变了人们的生产、设计方式。从此，为探索设计对人类的生产活动，对社会、文化的关系，各种设计思潮和流派层出不穷，如工艺美术运动、新艺术运动、德意志制造联盟、风格派、包豪
10、斯、流线型等。,1.1.2 人机界面学的发展,20世纪40年代末，晶体管的发明和电子技术的出现，使电子装置的小型化成为可能，机器化大生产逐步向小型化、电子化方向发展，同时也为此后在自动化生产和信息处理中起关键作用的计算机的广泛使用开辟了道路。此时，出现了各种设计风格，如斯堪的纳维亚设计、现代主义、高技术风格、理性主义、后现代设计等，结合了越来越多的工程技术、社会学、心理学、人机工程学等多学科知识。,1.1.2 人机界面学的发展,随着计算机技术和网络技术的逐步发展，信息化改变了人们的生活方式。此时的设计，逐步从物质化设计，转向了信息化、非物质化设计。软件开发设计层出不穷，虚拟设计、网络化设计、并
11、行工程逐步成为设计的主流。人与机器的交互走向多通道化、虚拟化，人与人之间的交互也进入了网络化、虚拟化。,1.1.2 人机界面学的发展,2. 软件人机界面学的发展 软件人机界面学的发展，首先归功于计算机技术的迅速发展。今天，计算机和信息技术的“触角”已经伸入到社会的每一个角落。相应地，计算机用户已经从少数计算机专家发展成为一支由各行各业的专业人员组成的庞大的用户大军，软件人机界面学也随之迅速地发展起来。 早期的计算机需要人们用二进制编码形式写程序，既耗费时间，又容易出错，限制了计算机的应用。,1.1.2 人机界面学的发展,第二代计算机的时候出现了Fortran等高级程序设计语言，使人们可以用比较
12、习惯的、接近自然语言的形式描述计算过程，从而大大提高了程序开发的效率，也使更多的人乐于投入到计算机应用的开发工作中，软件产业由此诞生。,1.1.2 人机界面学的发展,随着集成电路和大规模集成电路的相继问世，第三代计算机变得更小、功耗更低、速度更快。这个时期出现的操作系统使得计算机在中心程序的控制协调下，可以同时运行许多不同的程序。这个时期的另一项重大发展是图形技术和图形用户界面技术的出现。施乐（Xerox）公司Polo Alto研究中心（PARC）在20世纪70年代末开发了基于窗口菜单按钮和鼠标控制的图形用户界面技术，使计算机操作能够以比较直观、容易理解的形式进行，为计算机的蓬勃发展做好了技术
13、准备。,1.1.2 人机界面学的发展,1984年，Apple公司仿照PARC技术开发了新型的Macintosh个人计算机，采用了完全的图形用户界面，取得巨大的成功。这个事件和IBM公司于1983年推出的PC/XT计算机、微软公司于20世纪90年代开始推出的Windows系列操作系统一起，推动了微型计算机的蓬勃发展。,1.1.2 人机界面学的发展,至此，计算机专业人员开发出了易用的图形形式的人机界面，并且已经开发出大量能够帮助普通人解决实际问题的应用程序系统。这两个方面的发展都具有重大的意义。计算机易用性和有用性的提高使更多的人能够接受它，并愿意使用它，同时也不断提出各种各样的要求，其中最重要的
14、是要求人机界面保持“简单、自然、友好、方便、一致”。由此，人文因素成为计算机产品中越来越突出的问题。,实验与思考,本节实验与思考的目的是： 1）熟悉人机界面设计的基本概念和基本内容。 2）通过因特网搜索与浏览，了解网络环境中主流的人机界面设计网站，掌握通过专业网站不断丰富人机界面设计最新知识的学习方法，尝试通过专业网站的辅助与支持来开展人机界面设计应用实践。,1.2 作品欣赏与分析,1.2.1 人机界面设计的发展趋势 1.2.2 20世纪最伟大的10种人机界面装置,1.2.1 人机界面设计的发展趋势,随着信息社会的发展，人们生活水平的提高、审美情趣的变化，以及各种工具和技术的日益涌现，对人机界
15、面设计提出了越来越高的要求。 从目前来看，人机界面设计会朝着以下几个方向发展。 1）高科技化。信息技术的革命带来了计算机业的巨大变革。计算机越来越趋向超薄型和平面化，输入方式由单一的键盘、鼠标输入，朝着多通道输入发展。追踪球、触摸屏、光笔、语音输入等竞相登场，蓝牙等技术改变了接口方式，多媒体、虚拟现实技术等提供了真实、动态的影像和刺激灵感的用户界面。在计算机系统中，各种技术各显其能，使产品的造型设计更加丰富多彩。,1.2.1 人机界面设计的发展趋势,计算机辅助设计（CAD）软件也不断推陈出新，各种造型软件如Pro/Engineer、Alias等，用其全新的界面给设计师提供了广阔的造型空间，使他
16、们能够充分利用先进的计算机技术，设计出优美的造型，也为用户建立了一种良好的实现功能的桥梁。,1.2.1 人机界面设计的发展趋势,2）自然化。由于硬件技术的发展以及计算机图形学、软件工程、人工智能、窗口系统等软件技术的进步，图形用户界面（graphic user interface，GUI）、直接控制（direct manipulation）、“所见即所得”（what you see is what you get）等交互原理和方法相继产生并得到了广泛的应用，推动人机界面自然化向前迈进了一大步。然而，人们不仅仅满足于通过屏幕显示或打印输出信息，还进一步要求能够通过视觉、听觉、嗅觉、触觉以及形体、手势或口令等，更自然地“进入”到工作空间中去，形成人机“直接对话”，从而取得“身临其境”的体验。,1.2.1 人机界面设计的发展趋势,3）人性化。现代设计已经从功能主义逐步走向了多元化和人性化。今天的消费者纷纷要求表现自我意识、个人风格和审
