人机界面设计 教学课件 ppt 作者 周苏 第2讲 人机界面设计的相关学科与知识

第二讲 人机界面设计 的相关学科与知识,周苏 教授 Zhousuqq.com QQ: 81505050,第2讲 人机界面设计的相关学科与知识,2.1 人机界面学的研究内容与认知心理学 2.2 人机工程学 2.3 人机界面的艺术设计,2.1 人机界面学的研究内容与认知心理学,2.1.1 人机界面学的研究内容 2.1.2 认知心理学的概念 2.1.3 记忆和学习 2.1.4 人的特性 2.1.5 软件心理学 实验与思考,1. 人机界面学的研究内容,人机界面学主要是两大学科计算机科学和认知心理学相结合的产物，同时还涉及人机工程学、哲学、生物学、医学、语言学、社会学、设计艺术学等，是名符其实的跨学科、综合性科学。 它的研究覆盖领域很广，如硬件界面、界面所处的环境、界面对人 (个人或群体) 的影响、软件界面，以及人机界面开发工具等。,1. 人机界面学的研究内容,计算机语言学 人机界面的形式定义中使用了多种类型的语言，包括自然语言、命令语言、菜单语言、填表语言或图形语言等。计算机语言学就是专门研究这些语言，以及涉及它们的计算机语言学和形式语言理论等各个方面的内容。后者已成为整个计算机科学形式理论的重要组成部分。,1. 人机界面学的研究内容,智能人机界面 随着人工智能 (AI) 技术的成熟和介入，智能人机界面的研究近来非常活跃，其中包括用户模型、智能人机界面模型、智能UIMS (用户界面管理系统) 专家系统、智能对话、智能网络界面、帮助和学习、智能前端系统、自适应界面、自然语言、多媒体界面等。,1. 人机界面学的研究内容,社会学与人类学 社会学主要涉及人机系统对社会结构影响的研究，而人类学则涉及人机系统中群体交互活动的研究。人机界面设计要研究人类的文化特点、审美情趣以及个人、群体的爱好偏向等。,2. 认知心理学的概念,认知心理学是20世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，在20世纪70年代成为西方心理学的一个主要研究方向。 认知心理学研究人的高级心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等，从心理学的观点来研究人机交互的原理。,2. 认知心理学的概念,该领域的研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理解来自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。 其中人脑的认知模型神经元网络及其模拟，已经成为新一代计算机、人工智能等领域中最热门的研究课题之一。对人的认知行为的研究、测量、分析和建模也称为认知人机工程学。,2. 认知心理学的概念,了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。人机界面设计，主要用理论来指导设计，一方面防止出错，另一方面用以提高工作效率。为了提高人机界面设计的水平，增强用户与计算机之间的友好程度，必须对用户，即使用计算机的人，有一个较为清晰的认识，也就是说对人的心理基础要有所了解。,2. 认知心理学的概念,既要了解人的感觉器官 (视觉、听觉、触觉) 是如何接受信息的，也要了解人是怎样理解、处理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推理的等。 由此，尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计的系统满足用户的要求。,2. 认知心理学的概念,以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流，可以说认知心理学相当于信息加工心理学。它将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输入的变换、简约、加工、储存和使用的全过程。,2. 认知心理学的概念,按照这一观点，认知可以分解为一系列阶段，每个阶段是一个对输入的信息进行某些特定操作的单元，而反应则是这一系列阶段和操作的产物。信息加工系统的各个组成部分之间，都以某种方式相互联系。 从逻辑能力角度看，计算机接受符号输入，进行编码，对编码输入加以决策、储存、并给予符号输出，这与人加工信息的全过程相类似。,2. 认知心理学的概念,(1) 感觉信号的检测 感觉信号的检测是信息加工的第一步。我们对世界现象的视、听、嗅、味、触觉等，可被视为一串连锁事件中的第一环节，这包括信息的编码、储存、转换和思维等，最后，对信息作出反应；反过来，这种反应又提供新的感觉线索，可引起新的循环。,2. 认知心理学的概念,在人类所能检测的有限范围内的物理能刺激着感觉系统，可被转换成神经能和短暂地留在感觉库中，并可能被传送到记忆系统进行加工，其结果引起反应，此反应又可以成为进一步加工的刺激场的一部分。,图2.1 信息加工的阶段,2. 认知心理学的概念,(2) 视觉 视觉是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。外界80的信息都是通过视觉获得的，因而视觉显示器也是人机系统中用得最多的人机界面之一。,2. 认知心理学的概念,1) 视觉系统。人的视觉器官是眼球。按其功能可分为折光系统和感光系统两部分。折光系统包括角膜、水晶体、玻璃体等，其功能是将外界物体所反射的散光聚集在视网膜上形成一个清晰的像。,2. 认知心理学的概念,2) 视敏度和色彩感知。视敏度又称视锐度或视力，是指眼睛能辨别物体很小间距的能力，通常用被辨别物体最小间距所对应的视角的倒数表示。在一定视距条件下，能分辨物体细节的视角越小，视敏度就越大。通常将能分辨出视角1的视敏度定为1.0。一个人若能分辨0.5视角的物体细节，其视敏度为2.0；若只能分辨2的物体细节，其视敏度就只有0.5。,2. 认知心理学的概念,视敏度是评价人的视觉功能的主要指标，它受几个因素的影响，即图像本身的复杂程度、光的强度、图像的颜色和背景光等。光的强度很低会使图像很难分辨，而增加照明则可以提高视敏度，因此，视屏显示器应配以良好的照明。但是，如果光太强，又会引起瞳孔收缩，从而降低视敏度。同时亮度的增加使视屏显示器的闪烁更加明显，人们直视荧光屏会很不舒服。,2. 认知心理学的概念,视敏度也可以用闪光融合频率来测量。闪光融合频率是由于眼睛要在一个短的时间内分辨图像的变化引起的。如果变化得足够快，使眼睛看到连续的状态，且不能区分每一幅图像的差异，此时大约32幅每秒。在变化较慢时，眼睛开始感到差异，视屏显示器的闪烁会令人烦恼，其闪烁取决于它的刷新速度，也即一秒钟内荧光屏的扫描次数和图像的重画次数。,2. 认知心理学的概念,人的视敏度是很高的，但不同个体间的差异也很大。多数人能在2m的距离分辨2mm的间距。对于界面设计来说，对较为复杂的图像、图形和文字的分辨更为重要。视力测试统计表明，最佳视力是在6m远处辨认出最下一行20mm高的字母，平均视力能够辨认40mm高的字母。,2. 认知心理学的概念,另外，人们能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受不同波长的结果。各种波长的光是从带色的物体表面或有色光源反射出来的。正常的眼睛可感受到的光谱波长为400m700m。但视网膜对不同波长的光敏感程度不同。颜色不同而具有同样强度的光，有的看起来会亮一些，有的看起来会暗一些。,2. 认知心理学的概念,当眼睛已经适应光强时，最亮的光谱大约为550m，近于黄绿色。当光波长接近于光谱的两端，即400m (红色) 或700m (紫色) 时，亮度会逐渐减弱。,2. 认知心理学的概念,3) 视觉模式识别。涉及较高级的信息加工过程。在视觉模式识别中，既要有当时进入感官的信息，也要有记忆中存储的信息，只有通过存储的信息与当前的信息进行比较的加工过程，才能够实现对视觉模式的识别。外界刺激作用于感觉器官，人们辨认出对象的形状或色彩时，就完成了对视觉模式的识别。目前针对视觉模式识别过程的理论，主要有格式塔、模板匹配、原型匹配、特征分析等。,2. 认知心理学的概念,格式塔 (Gestalt) 心理学，又称完形心理学。“格式塔”这个术语起源于视觉领域的研究，但它又不限于视觉领域，甚至不限于整个感觉领域，其应用范围远远超过感觉经验的限度。格式塔心理学的模式识别是基于对刺激的整个模式的知觉。,2. 认知心理学的概念,接近性原则： 某些距离较短或互相接近的部分，容易组成整体。例如，图2.2a中距离较近而毗邻的两条线段，自然而然地组合起来成为一个整体。图2.2b也是如此，因为黑色小点的竖排距离比横排更为接近，所以人们认为它是六条竖线而不是看成五条横线。,格式塔接近性原则的图示,2. 认知心理学的概念,相似性原则： 人们容易将看起来相似的物体看成一个整体。 如图2.3所示，“”为白点，“”为黑点，观察者倾向于将其看作纵向排列，而非横向排列。,格式塔连续性原则的图示,格式塔相似性原则的图示,2. 认知心理学的概念,连续性原则： 是指对线条的一种知觉倾向。如图2.4所示，我们多半把它看成两条线，一条从a到b，另一条从c到d。由于从a到b的线条比从a到d的线条具有更好的连续性，因此不会产生线条从a到d或者c到b的知觉。,2. 认知心理学的概念,完整和闭合性原则： 彼此相属的部分，容易组合成整体；反之，彼此不相属的部分，则容易被隔离开来。如图2.5所示，12个圆圈排列成一个椭圆，旁边还有一个圆圈，尽管按照接近性原则，它靠近12个圆圈中的其中一个，但我们还是把12个圆圈当作一个完整的整体来知觉，而把单独的一个圆圈作为另一个整体来知觉。,2. 认知心理学的概念,这说明知觉者的一种推论倾向，即把一种不连贯的有缺口的图形尽可能在心理上使之趋合，即闭合倾向。完整和闭合性原则在所有感觉通道中都起作用，它为知觉图形提供完整的界定、对称和形式。,格式塔完整和闭合性原则的图示 格式塔对称性原则的图示,2. 认知心理学的概念,对称性原则： 比较一下图2.6中所示的A模式和B模式，A模式似乎是“好”得多的模式，因为它是对称的。格式塔的对称性原则能够反映人们知觉物体时的方式。例如C模式，我们多半将C知觉为由菱形和垂直线组成的图形，而不把它看成由许多字母“K”组成的图形，尽管图中有很多正向的“K”和反向的“K”。这是因为图中菱形是对称的，而“K”不是对称的。,2. 认知心理学的概念,模板匹配理论。在模式识别中，模板指的是一种内部结构，当它与感觉刺激匹配时就能识别对象。这一概念认为，我们的生活经验创造了大量的模板，每一个模板都与一定的意义相联系。因此，对一个形状 (如几何形状) 的视觉识别将会这样产生：发源于形体的光能落在视网膜上，并转换为神经能，然后传送到大脑。大脑对现有的模板进行搜索，如果发现了与神经模式相匹配的模板，就识别了该物体。,2. 认知心理学的概念,按照这种理论，只有当“外部”物体与其内部表征之间具有1:1匹配时才可能识别，哪怕只有微小的不一致，物体也不会被识别。这样就需要形成无数个模板，它们分别与我们所看到的各种对象及这些对象的变形相对应。为了储存许多模板，我们的大脑会非常大，这种本领从神经方面来说却是不可能的。,2. 认知心理学的概念,原型匹配理论。原型形成和匹配是取代模板匹配的另一种手段。它不是对要识别的干百万种不同模式形成各种特定的模板，而是把模式的某种抽象物储存在长时记忆中，并且起着原型的作用，这样，模式对照原型进行检查，如果发现相似性，模式就被识别。,2. 认知心理学的概念,这种理论认为，一个字母A，不管它是什么形状，也不管把它放在什么地方，它都和过去知觉过的A有相似之处。按照这种模型，可以形成一个理想化的字母“A”的原型，它概括了与这个原型相类似的各种图像的共同特征，这就使我们能够识别与原型相似的所有其他的A了。因此，我们能识别不同大小、不同方位的“A”，并不是因为它们整齐地装到了大脑的框框里，而是因为它们有共同的特点。,2. 认知心理学的概念,特征分析。这是模板匹配和原型匹配理论的发展，它认为刺激是一些基本特征的结合物。例如，对于英文字母，特征可能包括水平线、垂直线，大约45度角的线以及曲线。这样，大写的字母A便能被看成两条45度角的线和一条水平线。字母A的模式由这些线条加上它们结合在一起的形式组成。在进行模式识别时，个体把知觉对象的基本特征与存贮于记忆中的特征相匹配，以作出肯定或者否定的决定。,2. 认知心理学的概念,视错觉。一般来讲，形态要素并不是单一存在的，当所处环境不同，受某些光、形、色