人机界面的优化设计

虚拟现实和多通道用户界面的迅速发展，显示出未来人机交互技术的发展趋势是追求“人机和谐”的多维信息空间和“基于自然的交互方式”的人机交互风格。

软件与人的信息交换是通过界面来进行的。就像电灯没有开关一样，软件没有界面的话，将一无是处。所以学习人机界面设计技术，对当今软件设计人员来说，是非常重要的事情，设计符合“简单、自然、友好、一致”原则的人机界面是我们追求的目标。

人机界面（或称人机交互Human-Computer Interaction）是计算机学科中最年轻的分支学科之一。它是计算机科学和认知心理学两大科学相结合的产物，它涉及当前许多热门的计算机技术，如人工智能、自然语言处理、多媒体系统等，同时也吸收了语言学、人机工程学和社会学的研究成果，是一门交叉性、边缘性、综合性的学科。现今世界上成功的软件公司都非常重视软件界面的设计工作，因为在激烈的市场竞争中，仅仅有强大的功能是远远不够的，软件要成为一款有竞争力的商品，必须要有一个友好的界面设计。

从人文出发设计界面

应该从用户角度确定的一系列影响人机交互的人文因素。然后，由人机界面及人机系统的设计人员要把这些人文因素概念结合到系统设计中，并转换成开发用户友好性系统的基本设计原理。

・努力做到一致性

在程序系统中，应该要求其概念模式、语义、命令语言语法及显示格式等的一致性。而人机界面的一致性主要体现在输入、输出方面的一致性，具体是指在应用程序的不同部分，甚至不同应用程序之间，具有相似的界面外观、布局、相似的人机交互方式以及相似的信息显示格式等。

一致性原则是最经常被违反的一条原则。在界面设计是我们应该注意到:在类似的情况下，必须有一致的操作序列;在提示、菜单和求助屏幕中必须产生相同的术语;必须自始至终使用一致的命令。当然也有例外情况，诸如输入口令时并没有显示口令本身、DELETE（删除）命令需要进一步确认，这些例外应该是能够理解的，但要在个数上要作限制。

・让经常性用户能够使用捷径

在设计人-计算机组成的人机系统来完成一定的任务时，应该让计算机更积极主动，更勤劳，做更多的工作，而让人可以尽可能少做工作，因而能更轻松、更便当地完成工作。当然，使计算机变得更聪明，让用户只做更少的事就能完成系统功能是要花费代价的，而且这个代价也正是实现人机界面所花费的开销。

随着软件使用的频度的加大，用户希望减少对话的次数和增加对话的步幅。缩简符、特殊键、隐含命令和宏指令方法对有知识的经常性用户都是合适的。较短的反应时间和较快的显示速率对经常性用户来说是另一种吸引力。

・提供信息反馈

人机交互系统的反馈是指用户从计算机一方得到信息，表示计算机对用户的动作所做的反应。如果系统没有反馈，用户就无法判断他的操作是否为计算机所接受，是否正确，以及操作的效果是什么。没有反馈的交互就不成为交互，因此设计人机交互系统的一个重要原则是系统必须对用户的任何动作做出反应，给出反馈信息。在交互系统中，反馈有三级，它们与语言的三级（词法级、语法级、语义级）相对应，设计者可以在这些层次上设置必要的反馈信息。反馈信息可以以多种方式呈现，并且已在人机交互系统中广为采用。

对每个操作员的操作应有某些系统反馈，对常用的和小部分动作，反应可以不过分要求;而对不常用的和大部分的动作，反应应该是很重要的。感兴趣对象的可视表示提供了明显的显示变化的便利环境。

・设计具有闭合的对话动作序列

应该形成有开始、中间和结尾的组合，信息反馈在完成一组动作后给操作员一种满意可靠的感觉，用户偶然遇到的信息、想法的选择、表示准备下一组动作的方法应该是清楚的。

・提供简单的错误处理

最好设计系统能使用户不会犯严重的错误，如果已经出现错误，系统应该检测出错误、并且提供简单的容易理解的处理错误手段。用户不应还需重新键入整个命令，而只需修改错误的部分。错误的命令应该使系统状态不发生变化，或者系统应该提供恢复状态的指导。

・允许动作的可逆性，以方便用户

操作应该可逆，这一点可以缓解焦虑，因为用户知道错误可以被克服，因此，它可以鼓励对不熟悉的选择项进行探索。可逆的单位可以是单个操作，日期输入或者一个完整的操作组。

・支持内部控制

有经验的操作员希望他们能改变系统和系统对他们动作的反应。令人惊奇的系统动作、乏味的数据输入序列、不能够或很难获得必要的信息和不能产生希望的动作等都会产生忧虑和不满足感。

Gaines以他的法则“避免因果关系”获得了好评，它使用户成为动作的创造者而不是反应者。

・减少短期记忆负担

用户在使用和操作计算机时，总需要一定的知识和经验。这些知识和经验是存放在人的大脑中，在需要时，人信息处理系统可以从长时记忆或短时记忆中提取出有用信息。但是一个设计良好的系统应该尽量减少用户的记忆要求。

不同的研究者及研究、生产机构提出了在原理上类似但表达方法不同的人机界面设计原则。

英国学者Hicks R和Exxinger J（1991）也提出在应用交互技术中的人机界面设计十原则:可视性和使用图形、具有信息反馈、灵活性、一致性、和用户模型相匹配、为用户提供指导和帮助、提供直接操纵、支持用户通过探索进行学习、揭示式结构（revealedstructure）、适应人的认知能力和界限。

未来界面理想:“人机和谐”

几十年来，人机界面经历了几个不同的发展阶段和典型风格，发生了巨大的变化，现在已经走过基于字符方式的命令语言界面，正处于图形用户界面(WIMP/GUI)时代。

但是，人们并不满足于这种现状，正积极探索新一代的人机交互技术。语音识别技术和计算机手写识别技术在商业上的成功让人们看到了自然人机交互的曙光。虚拟现实和多通道用户界面的迅速发展，显示出未来人机交互技术的发展趋势是追求“人机和谐”的多维信息空间和“基于自然的交互方式”的人机交互风格。

我们可以从下面几个不同的角度来观察和总结人机交互技术发生的变化及发展趋势:

就用户界面的具体形式而言，人机交互技术经历了从批处理、联机终端(命令接口)、文本菜单、图形用户界面等形式，向多通道多媒体用户界面和虚拟现实系统方向发展。

就用户界面中信息载体类型而言，经历了以文本为主的字符用户界面(CUI)、以二维图形为主的图形用户界面(GUI)和多媒体用户界面，计算机与用户之间的通信带宽不断提高。

就计算机输出信息的形式而言，经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实系统。

在视觉阶段，借助计算机图形学技术使人机交互能够大量利用颜色、形状等视觉信息，发挥人的形象感知和形象思维的潜能，提高了信息传递的效率。虽然多媒体技术将声频形式和视频形式同时带入人机交互，但仍缺少听觉交互手段，即人处于被动收听状态，声音缺少位置和方向的变化，交互输入方面仍沿用图形用户界面所采用的键盘和鼠标器等交互设备。当前，在人机交互中结合视觉、听觉以及更多的通道将是必然趋势，特别是将听觉通道作为补充或替换的信息通道已显示出重要性和优越性。

就人机界面中的信息维度而言，经历了一维信息(主要指文本流，如早期电传式终端)、二维信息(主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、纹理等维度信息)、三维信息(主要是三维图形技术，但显示技术仍利用二维平面为主)和多维信息(多通道的多维信息)空间。

不论从何种角度看，人机交互的发展趋势体现了对人的因素的不断重视，使人机交互更接近于自然的形式，使用户能利用日常的自然技能，不须经过特别的努力和学习，降低了认知负荷，提高了工作效率。

这种“以人为中心”的思想，特别是自上个实际年代以来，在人机交互技术的研究中得到明显的体现，自然的人机界面与和谐的人机环境是研究下一代软件的重要课题。

目前，国外的大公司（如IBM、微软等）在国内建立的研究院大多以人机接口为研究任务，主要研究语音识别、虚拟现实技术等新技术。将来的计算机不仅能听、能看、能说、能写，而且还能“善解人意”（即理解和适应人的情绪或心情），使人能以语言、文字、图像、手势、表情等自然方式与计算机打交道。

让人更和谐地与计算机交流，就是界面设计的目的所在。