人机交互:Introduction

人机交互引入课。介绍了人机交互的基本概念,研究对象;以用户为中心的设计及其四个阶段的主要方法。

HCI Introduction

什么是Human Computer Interaction

"HCI is a discipline concerned with Design, Evaluation and Implementation of interactive computing system for human use and study of major phenomena surrounding them."

设计、评估以及实现人们使用的交互式计算系统,研究相关的主要现象。

HCI研究:

  1. 计算机的上下文 Context of computer
  2. 人类的能力
  3. 开发过程
  4. 接口的架构

用户界面(Common UI Observations):

  • 在新应用的开发中约占50%(设计、用户分析、可用性分析的开销)
  • 对于产品的接受度很重要
  • 要求:用于友好(允许存在一定的错误,因为用户友好和美观更重要),有吸引力(可能不够高效)
  • 在可移植性上没有统一的标准或缺陷(未解决)
  • 技术基础比开发工具发展得更快
  • 用户和编程层面的间隙越来越大

计算机的上下文

  • 一个新的系统设计必须支持和扩展用户的工作方式,因此设计者必须熟悉工作方式。

  • 好的设计促进伙伴关系和用户参与,因此设计者不能只观察,还要提出问题、翻译用户的行为、理解其动机。

  • 好的设计基于关联(Kohärenz),因此涉及到系统的功能、结构、布局和流。

  • 人们是他们所从事领域的专家但是不能很好地用语言表达,因此设计者必须到现场进行采访。

  • 设计基于显示的表示,因此设计者应使用记号或模型。

人类的能力

  • 人类的信息处理

    • 视觉过载
    • 运动机能
    • 认知
  • 交流

  • 人体工程学(Ergonomie):人为因素(Human Factors)参与设计规则和评价程序

  • 广义的用户

    • 儿童
    • 残疾人
    • 身体障碍、感官障碍、认知障碍
    • 老年人

评估

  • 用户界面的评估:

    收集数据;观察;附加程序;调查(手写/口头);专家意见;用户评价

  • 5-7个用户就足以发现80%以上的设计错误【Virzi】

架构

  • 图形化用户界面(GUI)

  • 多媒体用户界面

  • 多模式用户界面(Multimodale Benutzungsoberflächen):提供多种不同的工具用于数据的输入和输出

    Wikipedia-Multimodal Interaction

    Specifically, multimodal systems can offer a flexible, efficient and usable environment allowing users to interact through input modalities, such as speech, handwriting, hand gesture and gaze, and to receive information by the system through output modalities, such as speech synthesis, smart graphics and other modalities, opportunely combined.
    输入:语音、手写、手势、凝视;
    输出:语音合成、智能图形…

Seeheim模型

UIMS (User Interface Management Systems)作为概念架构

关注点分离:将程序的语义提供给用户的接口相分离,即separation between application and presentation

第一个提出的构成UIMS的概念架构是Seeheim模型

逻辑组件包括:

  • 呈现:用户界面的外观,包括用户可用的输入和输出

  • 对话控制:控制呈现和应用之间的通信

    The component which regulates the communication between the
    presentation and the application.

  • 应用接口:作为接口提供的应用语义

从编译原理视角,这三个组件分别对应了计算机系统的词法、语法和语义层

By Pass路径:未分离逻辑与实现,提供更好的应用语义反馈。

  • 应用可以在没有输入的情况下产生反馈,例如错误报告、与时间有关的显示等
  • 用户和应用在模型中是隐式的,因为只建模UIMS的组件而不是整个交互式系统
  • 缺点:单一、缺少细节

HCI模型

分层模型

将用户和计算机分成三层并对应

底层为输入输出层:

physical-acoustic/visual/tactile 输入动作,对输出的感知

中间层为对话层:

psychological-处理的计划(为什么执行输入动作,为什么改变想法…),对感知的翻译

上层为概念层:

目标或动机,对翻译结果(输出的理解)的评估

ISO9241中的HCI模型


设计过程

以用户为中心的设计 UCD(User Centered Design)

  • UCD -> Design Based on Users

  • UCD通过围绕用户如何能够、想要、需要使用产品来进行优化。(how users can, want, need to use the product)

  • 用户不会被强迫改变他们的行为和期望来适应产品。

用户、上下文和用例的关系如下图

UCD的原则

  • 设计基于对用户、任务和环境的显示理解
  • 用户参与整个设计和开发过程
  • 设计由以用户为中心的评估(user-centered evaluation)来驱动并细化
  • 过程是可迭代的(iterative)
  • 设计解决整体用户体验
  • 设计团队包含多种技能和方面(multidisciplinary skills and perspectives)

UCD的生命周期

UCD的生命周期分为四个阶段,分别是:

  1. Understand Context 理解上下文
    • 识别产品的主要用户
    • 他们为什么使用产品
    • 他们的需求是什么
    • 它们会在什么样的环境下使用
  2. User Analysis 用户分析
    • 识别产品的细节需求(granular requirements)
    • 帮助设计者创造故事板,设置重要的目标(Create storyboards and set important goals)
  3. Design Phase 设计阶段
    • 基于产品的目标和需求开始产品设计和开发的迭代过程
  4. Evaluation 评估
    • 通过易用性测试(usability testing)来在UCD的每个阶段中获得用户反馈

当产品未满足用户需求时继续迭代,开启新一轮的生命周期。

UCD的目标

Usability 易用性(Gebrauchstauglichkeit)

3个标准:

  • Effectiveness 有效性:用户实现某个目标的易用性和完整性(用尽可能少的负面后果的任务来覆盖目标来提高准确性;完整性是实现所有目标的完成度)

  • Efficiency 高效性:实现目标所需要的资源(时间、体力和精力、金钱)

  • Satisfaction 满意度:使用产品或服务的系统后人的感觉和反应(情绪;想法、倾向和感觉;舒适性)

技术接受度模型 TAM(Technology Acceptance Model)

  • 感知易用性和感知有用性都是人的主观信念,两者决定了用户的态度
  • 态度决定使用倾向,使用倾向决定实际使用
  • 用户对技术的易用性的感知会促进其对有用性的感知

UCD vs. PD (Participatory Design 参与式设计)

UCD从以下设计方法中汲取灵感:

  • Co-operative Design 合作式设计:用户和设计者在平等的基础上
  • Participatory Design 参与式设计:关注用户的参与
  • Contextual Design 上下文设计:以客户为中心

参与式设计:

在创新过程中,参与者(假定的、潜在的、未来的)被邀请与设计者、研究人员以及开发者一起合作。

他们可能参与创新过程的几个阶段:

  • 初步探索和问题定义 -> 定义问题并集中解决方案的想法
  • 在开发过程中 -> 帮助评估被提议的解决方案

理解上下文 (UCD Phase 1: Understand Context)

上下文包含的方面

基于上下文阐述系统需求,系统需要在以下方面使用:

  • 环境
  • 地点
  • 用户活动
  • 用户关注度
  • 语言,文化
  • 专业环境或私人领域
  • 个人系统或公共系统

上下文分析会使用系统,以及用户使用系统做什么

用例

用例描述系统应该能满足的任务。在描述的场景的用例中识别系统质量属性。


用户上下文中的任务分析(UCD Phase 1: Understand Context)

设计者需要通过理解任务来设计系统的UI,从而达到用户的目标。

用户:追求目标、必须知道目标为导向的方法,需要达到目标后的反馈

一个好的用户界面使得目标容易达到。

任务

任务是一定数量的用于达到目标的用户活动。

区分目标(Goal)和任务(Task):目标是一个想要达到的系统状态;而任务是一系列用于达到目标的动作

对于不同的用户,任务、目标和动作都不相同。

任务分析与建模

  • 研究任务执行方式的表示。

    [Dix p.511] Task analysis is the process of analyzing the way people perform their jobs.

  • 目的是提高对现有系统和工作流程的理解。

  • 类似于软件工程的建模过程,但是不是所有的动作都是交互的一部分

  • 应用领域包括设计和对培训流程、工作步骤、设备与系统的评估。

  • 任务分析的细化程度与 ①分析的目标 ②事先确定 有关。

使用简单的任务分析来分析上下文

构建HTA(下一节)的树形结构
用例 -> 目标 -> 任务 -> 子任务

任务分析的方法

  1. Hierarchical Task Analysis HTA 层次结构化任务分析
  2. Contextual Inquiry 上下文探究

[Dix p.511] Alan的书中提到了三种任务分析的方法:

  1. Task Decomposition 任务分解:分解为子任务,标记执行顺序
  2. Knowledge-based Techniques 基于知识的技术:用户知道的关于任务的对象和动作,以及知识是如何组织的
  3. Entity-relation-based Techniques 基于实体-联系的技术:基于对象的方法,强调识别actors和objects及它们之间的联系和执行的动作

HTA

关注可观测的行为及其原因。

了解用户:

  • 需求
  • 目标
  • 知识

HTA建立概念模型,不关注心理模型。

HTA方法

  1. 确定用户群体;选择代表;找出主要任务
  2. 准备并进行数据收集,以更好地了解任务
    • 用户目标
    • 动作如何与之联系在一起的
    • 动作的原因
    • 使用的信息来源
    • 查找文档,采访,问卷调查,人志学实验
    • 移动系统
  3. 分析数据,确定起始任务,注意划分和停止规则
  4. 将特殊任务一般化,构建通用的任务模型:对每个目标构建一个对所有动作通用的模型
  5. 协调模型和用户、其他参与者(Stakeholder)、分析人员
  6. 计划迭代

HTA的树形结构

  • 从上向下、从左向右
  • 树的结点上包含两个元素:
    1. 任务名称
    2. 其子任务的时序(SEQ:顺序;PAR:并行;ALT:替换)
  • 第0层根节点是任务本身
  • 每一层定义上一层的子任务
  • 叶子节点没有子任务,所以没有时序

停止规则

任务分析到什么时候结束?

  • 足够
  • 目标达到
  • 动作有一个复杂的处理
  • 用户无法表达细节
  • 错误的可能性或代价超过一定边界

错误

典型是遗漏错误

当起始和结束被建模时,之前任务部分中的遗漏可以通过分析发现。

HTA的限制

  • 不够准确
  • 不适合于用户间交互
  • 上下文很少被建模(信息的上下文:物理、社会、文化、组织?)
  • 有时过于关注方法
  • 有可能过度强调当前任务从而仅仅支持当前任务
  • GUI和OS对于多个并行任务是适用的(难以建模并行状态)


理解用户:Persona (UCD Phase 2: User Analysis)

Persona 用户画像

描述一个具有代表性的用户(不一定是真人)

作为代表(representative)

  • identity 身份
  • preferences 偏好
  • context 上下文

用户画像的视角:

  • 目标导向型
  • 基于角色的
  • 面向应用的(认识与参与度)
  • 基于虚构的(极端特征:例如残疾人;模拟场景)

用户画像的产生

  • 线上问卷调查
  • 目标群体(参与研讨会)
  • 深度采访(通过个人通话)
  • 当面的用户观察


理解用户 (UCD Phase 2: User Analysis)

心理模型 vs 概念模型

心理模型是用户对交互式系统的主观概念。
人们通过经验、训练和指导来构建心理模型。

"People form mental models through experience, training and instruction.

而概念模型是设计者所遵循的,客观上可理解的
概念模型依靠隐喻(metaphor)的帮助进行构建。
概念模型基于对任务的描述:分离对象和操作。

概念模型的分析

  • 用户会使用哪些概念?
    • 隐喻
    • 数据
    • 语义
  • 有没有其他的可比较的系统?
  • 采用哪种隐喻的方法?
    • 基于实际的隐喻
    • 简单物理隐喻
  • 哪些交互技术是重要的?
  • 哪里可能产生错误?

概念的基础

基于活动的概念:

  • 给出指示:通过键盘或功能按键给出指令,或从菜单的选项中选择
  • 以对话方式和系统进行交互
  • 使用(Handhaben)和导航:对象的使用及与虚拟对象的交互
  • 搜索和浏览:查找和学习事物

基于过程的概念:

  • 一个用户
  • 多个用户参与时:执行顺序/工作流,是否能并行?是否需要等待其他用户?

对象的概念模型

相对于系统的概念模型,对象的概念模型是对现实世界的模拟。

例如:表格、书、工具、交通工具;
窗口模仿办公桌。

概念模型的类型

  • 直接操作(绘画、整理窗口)
  • 提示(重复性的任务,用户明确知道流程)
  • 交流(适合儿童)
  • 混合概念模型(大多数都是映射到隐喻的混合概念模型)

心理模型中的错误

错误出现在心理模型的提出过程中。

用户错误的复述/动词化
设计者的错误翻译(文化上的误解;对残疾特定要求的无知)


设计规范(UCD Phase 3: Design Phase)

设计原则

  1. 潜在用户的知识和他们的任务
  2. 建立心理模型时的支持
  3. 用户使用的术语
  4. 减小认知负担
  5. 用户界面的结构化
  6. 视觉和文字元素的结合
  7. 系统状态的可见性和可能的动作
  8. 足够的反馈
  9. 一致性
  10. 中止和撤销动作
  11. 考虑错误
  12. 符合预期的行为
  13. 接口的适配性

规范、标准和准则(Normen, Standards und Richtlinien)

规范

通过国家或政府间机构制定的。

ISO 9241: ergonomics of human-computer interaction

ISO 9241-110 对话准则——包含7个设计标准


EG-Richtlinien 90/270/EWG 屏幕设备前工作的安全和健康保护
BITV 无障碍信息技术的开发条例

国际组织:

  • ISO 国际标准化组织
  • IEC 国际电工协会
  • ITU 国际电信联盟

欧洲:

  • CEN 欧洲标准化委员会
  • CENELEC 欧洲电子标准化组织
  • ETSI 欧洲电信标准协会

工业标准

由公司或公司小组指定的软硬件的功能范围

X Windows, Motif, MS Windows, OS/2, Java

准则(风格指南)

公司内部的交互技术的设计方式

OpenLook, Motif, CUA (IBM), DesignGuild (SAP)


通过对处理的分析进行评估(UCD Phase 4: Evaluation)

不需要用户参与的评估方法:通过某个操作的时间进行评估

目的:提高效率

GOMS

Goals:用户想要达到的目标状态
Operators:处理(移动鼠标、按键、思考)
Methods:为了达到一个目标或一个子母标时Operator的顺序
Selection rules:多个Operatoren、控制结构的应用选择

  • 针对有经验用户的应用
  • 不考虑错误

GOMS分析的例子:KLM

KLM:键盘敲击级别模型

评估用四个字符替换一个词所需的时间。

KLM中一致性的错误占21%。


参考内容

TUD Mensch-Computer Interaktion – Einführung MCI

Multimodal interaction

Human-Computer Interaction by Alan Dix, Janet Finlay, Gregory D. Abowd, Russel Beale

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