第6章人机交互界面的表示模型I

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计算机图形学第6章-人机交互绘图技术

意义
人机交互绘图技术提高了图形绘制的效率和精度，降低了图形设计的难度和成本，促进了计算机图形学及相关领域的发展。
相关术语解析
人机交互
指人与计算机之间的信息交换和通信过程，涉及输入、输出设备以及相应的软件和技术。
图形用户界面（GUI）
一种基于图形的用户界面，通过窗口、图标、菜单、指针等图形元素来实现用户与计算机的交互。
语音交互技术
利用自然语言处理技术，使用户能够通过语音命令进行图形操作，提高交互的自然性和便捷性。
手势识别技术
通过计算机视觉技术识别用户手势，实现手势控制图形操作，提供更加直观自然的交互方式。
智能化、个性化发展趋势
智能化绘图技术
利用机器学习和深度学习技术，使计算机能够自动理解用户需求，提供智能化的绘图建议和帮助。
THANKS
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智能手表
通过手表上的触控屏幕和语音识别技术，实现对手机的远程控制和信息查看。
语音识别与手势识别
语音识别
通过麦克风接收用户语音输入，经过语音识别算法处理，将语音转换为计算机可识别的文本或命令。
手势识别
通过摄像头捕捉用户手部动作和手势，经过图像处理和计算机视觉算法处理，识别出用户的手势意图并转换为相应的计算机操作。
消隐处理
消除被遮挡的线和面，确保绘制的三维图形具有真实感。
投影变换
采用正交投影或透视投影，将三维模型从世界坐标系投影到二维屏幕坐标系。
光照和材质处理
模拟光线照射在物体表面的效果，增强三维图形的立体感和真实感。
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人机交互绘图技术
应用案例
CAD/CAM系统中的应用
机械设计
CAD系统允许设计师通过交互式绘图工具进行复杂机械零件的设计，如齿轮、轴承等，实现高精度、高效率的设计流程。

人机交互—复习资料

《人机交互》单选10 * 2 分填空10 * 2 分简答6 * 5分综合3 * 10 分绪论1、什么是人机交互，主要研究内容，经历的阶段（P1）人机交互技术（HCI）：是指关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，并围绕相关的主要现象进行研究的学科。

狭义的讲，它主要是研究人与计算机之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。

研究内容：（P2）人机交互界面表示模型与设计方法2)可用性分析与评估3)多通道交互技术4)认知与智能用户界面5)群件6)WEB设计7)移动界面设计经历的阶段：（P3）命令行界面交互阶段2)图形用户界面交互阶段3)自然和谐的人机交互阶段认知和认知基础1、视觉感知（P5）视觉感知可分为两个阶段：1）受到外部刺激接受信息阶段2）解释信息阶段人机交互设计时需要清楚这两个阶段及其影响，需要注意的是，一方面，眼睛和视觉系统的物理特性决定了人类无法看到某些事物；另一方面，视觉系统解释处理信息时对不完全信息发挥一定的想象力。

人的感知：视觉，听觉和触觉感知。

（P9）3、认知过程有哪些？对界面设计的原则（p18-22）1）感知和识别（根据人的关注特点，在设计人机交互界面时具体应注意的问题有：A. 用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含义；B.文字应清晰易读，且不受背景干扰C. 声音应足够响亮而且可辨识，应使用户能够容易理解输出的语言及其含义；D. 在使用触觉反馈时，反馈应可辨识，以便用户能识别各种触觉标的的含义等。

）2）注意（根据人的注意特点，在设计人机交互界面时应做到：A. 信息的显示应醒目，如使用彩色，下划线等进行强调；B. 避免在界面上安排过多的信息，尤其要谨慎使用色彩，声音和图像，过多的使用这类表示易导致界面混杂，分散用户的注意力；C. 界面要朴实，朴实的界面更容易使用。

）3）记忆（考虑人的记忆特点，进行交互设计时应该注意的问题有：应考虑用户的记忆能力，勿使用过于复杂的任务执行步骤；由于用户长于“识别”而短于“回忆”，所在设计界面时，应使用菜单、图标，且它们的位置应保持一致；为用户提供多种电子信息的编码方式，并且通过颜色、标志、时间戳、图标等，帮助用户记住它们的存放位置。

人机交互用户界面的工作原理

人机交互用户界面的工作原理人机交互用户界面是指人类与计算机之间进行沟通和交流的接口，是实现用户与计算机之间信息交换的重要组成部分。

它起到了桥梁的作用，使人类能够方便地操作计算机，同时也让计算机能够向人类提供信息和反馈。

本文将围绕着人机交互用户界面的工作原理进行论述。

一、定义和分类人机交互用户界面是指用户通过输入设备与计算机进行交互和互动的界面。

根据不同的操作特点和环境需求，人机交互用户界面可以分为多种类型。

1. 命令行界面（Command-line Interface，简称CLI）：用户通过键入命令来操作计算机。

CLI比较简单直观，但需要记忆大量的命令和参数，并且不够友好易用。

2. 图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI）：用户通过鼠标、键盘等输入设备以图形化的方式与计算机进行交互。

GUI更加直观易用，通过图标、菜单等元素来代表操作和功能。

3. 触摸界面（Touch Interface）：用户通过触摸屏幕，使用手指直接操作计算机，常见于智能手机、平板电脑等设备。

4. 虚拟现实界面（Virtual Reality Interface）：用户通过虚拟现实设备与计算机进行互动，如戴上VR眼镜进入虚拟世界。

以上只是人机交互用户界面的一些常见分类，随着科技的进步和发展，还会有更多新型的界面出现。

二、工作原理不同类型的人机交互用户界面，其工作原理也存在差异。

下面以GUI为例，简要介绍其工作原理。

GUI主要由窗口、菜单、按钮、滚动条、输入框等多种元素组成。

用户通过鼠标点击或键盘操作来激活这些元素，实现与计算机的交互。

具体工作原理如下：1. 图形绘制：计算机系统通过绘制图形元素（如窗口、按钮等）来呈现用户界面。

这些图形元素通常由图形库或界面库提供，开发人员可以调用相应的接口进行界面设计。

2. 事件响应：当用户与界面进行交互时，计算机会监测到相应的事件，如鼠标点击、键盘输入等。

解读人机交互中的交互模型(三)

解读人机交互中的交互模型近年来，随着人工智能和计算机技术的迅猛发展，人机交互成为了一个备受关注的领域。

无论是智能手机、智能音箱还是智能家居，人机交互都成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。

在人机交互中，交互模型起着重要的作用。

本文将对交互模型进行解读，并探讨其在人机交互中的应用。

首先，我们需要了解什么是交互模型。

简单而言，交互模型是为实现人与机器之间有效沟通而建立的一种模型。

它描述了用户与计算机系统之间的交互方式、规则和约束。

通常，一个交互模型由输入、处理和输出三个基本部分组成。

输入部分接收用户的指令或操作，处理部分对用户输入进行处理和分析，输出部分根据用户的指令或操作给出相应的结果。

交互模型能够帮助我们理解和设计人机界面，提高用户体验。

在人机交互中，最常见的交互模型是命令模型和对话模型。

命令模型是一种单向交互方式，用户通过输入特定的命令来操作计算机系统，计算机系统根据命令执行相应的操作并给出结果。

这种模型最早出现在计算机的早期阶段，用户需要熟悉特定的命令语法和操作方式。

然而，对于非专业用户来说，学习和记忆大量的命令是一件繁琐的事情。

因此，对话模型逐渐取代了命令模型。

对话模型是一种双向的交互方式，用户可以通过语音或文本与计算机系统进行对话。

用户可以自由地提出问题、表达指令，计算机系统能够理解并回复相应的内容。

这种模型可以极大地简化操作复杂性，提高用户体验。

近年来，随着语音识别和自然语言处理技术的进步，对话模型在人机交互中得到了广泛应用。

我们可以看到，智能音箱如Amazon Echo和智能助手如Siri都采用了对话模型。

除了命令模型和对话模型，还有一种值得关注的交互模型是直觉模型。

直觉模型强调用户的思维习惯和直觉，通过直观的方式进行人机交互。

这种交互模型最常见的例子就是触摸屏。

用户通过触摸屏幕上的图标、按钮等进行操作，而无需记忆特定的命令或进行繁琐的对话。

直觉模型能够提供一种更加自然、直观的交互方式，适用于移动设备和平板电脑等。

机器人工程中的人机交互界面设计

机器人工程中的人机交互界面设计人机交互界面设计是机器人工程中不可忽视的重要环节。

随着机器人技术的飞速发展，人们对机器人的需求越来越多样化，对机器人进行操作和指导的界面设计也面临着更高的要求。

本文将从机器人工程的角度，分别介绍机器人的物理操作界面和语音交互界面设计。

一、机器人的物理操作界面设计机器人的物理操作界面设计是指人与机器人之间通过各种物理手段进行交互的界面设计。

这种交互方式广泛应用于工业机器人、服务机器人等领域。

1. 操作手柄设计操作手柄是机器人物理操作界面设计的重要组成部分。

一款好的操作手柄应该符合人体工学原理，使用户操作舒适、准确。

手柄上的按钮和摇杆要布局合理，易于操作，并且要具有一定的反馈机制，让用户明确自己的操作是否生效。

2. 触摸屏设计随着触摸屏技术的发展，越来越多的机器人开始采用触摸屏作为操作界面。

触摸屏设计要考虑到用户的易用性和信息展示的便捷性。

设计师需要根据具体应用场景，合理布局按钮和菜单，使得用户可以轻松地通过触摸屏完成对机器人的操作，并且显示相关的信息。

二、机器人的语音交互界面设计语音交互界面设计是指通过声音和语音进行人机交互的界面设计。

这种交互方式逐渐在家庭机器人、智能助手等领域得到应用，成为一种便捷的交互方式。

1. 语音指令设计语音指令设计要考虑到语音交互的易用性和准确性。

设计师需要根据机器人的功能和使用场景，设计相应的语音指令集，使用户可以通过简短的语音指令完成复杂的操作。

同时，设计师还需要考虑到不同语言、口音和噪音环境对语音识别的干扰，提高语音交互的准确率。

2. 语音响应设计语音响应设计是指机器人对用户语音指令的回应。

好的语音响应设计可以增强用户的交互体验。

设计师可以通过合适的语音合成技术，使机器人的语音回应自然、流畅，并且能够根据不同情境做出相应的语音回应，增加机器人的人性化。

三、机器人工程中的人机交互界面设计关键技术为了实现良好的人机交互界面设计，机器人工程中引入了一些关键技术，如感知技术、自然语言处理技术等。

人机交互界面设计

人机交互界面设计1. 简介人机交互界面设计（Human-Computer Interaction, HCI）是研究人与计算机交互过程中如何设计用户界面的一门学科。

它旨在使用户能够简单、直观地与计算机进行交互，提高用户的工作效率和满意度。

本文将介绍人机交互界面设计的基本原则、设计过程及常用工具。

2. 基本原则2.1 用户中心设计在人机交互界面设计中，用户是核心。

设计师需要理解用户的需求和行为模式，将用户的期望和习惯融入到界面设计中。

通过人机交互界面设计，用户能够轻松地理解和使用软件，提高工作效率。

2.2 可用性设计可用性是人机交互界面设计的重要指标，它反映了用户对软件的易用性和便捷性。

良好的可用性使用户能够快速上手，避免犯错和迷失。

可用性设计包括简洁明了的界面布局、一致的操作逻辑以及明确的反馈信息等。

2.3 一致性设计一致性设计是指在整个界面中保持统一的风格和操作方式。

通过一致性设计，用户可以更容易地学习和使用软件。

设计师需要统一使用相似的图标、字体和布局，确保用户界面的统一性。

2.4 反馈设计反馈设计是指在用户与软件交互的过程中，及时给予用户反馈信息。

良好的反馈设计能够提高交互的效率和正确性。

设计师可以通过声音、视觉和触觉等方式向用户提供反馈信息，在用户操作时及时告知操作结果。

3. 设计过程人机交互界面设计的过程一般分为以下几个阶段：3.1 需求调研与分析在这一阶段，设计师需要与用户沟通，了解用户的需求和期望。

通过用户调研和数据分析，收集用户的反馈和意见。

这样有助于设计师更好地理解用户的需求和行为模式。

3.2 界面原型设计界面原型设计是指将设计师的构思转化为可视化的界面模型。

通过原型设计，设计师可以更直观地展示软件的功能和交互方式。

常用的原型设计工具包括Axure RP、Sketch、Adobe XD等。

3.3 交互设计交互设计是人机交互界面设计的核心。

在交互设计中，设计师需要确定软件的操作流程和交互方式。

人机交互界面的设计ppt课件

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第6章详细设计 (2) 保持信息显示和数据输入之间的一致性。显示的视觉特征应该与输入域一致。
(3) 允许用户自定义输入。专家级的用户可能希望定义自己专用的命令或略去某些类型的警告信息和动作确认，人机界面应该为用户提供这样做的机制。
(4) 交互应该是灵活的，并且可调整成用户最喜欢的输入方式。用户类型与喜好的输入方式有关，例如，秘书可能非常喜欢键盘输入，而经理可能更喜欢使用鼠标之类的点击设备。
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第6章详细设计具体设计帮助设施时，必须解决下述的一系列问题。 (1) 在用户与系统交互期间，是否在任何时候都能获得关于系统任何功能的帮助信息?有两种选择：提供部分功能的帮助信息和提供全部功能的帮助信息。
(2) 用户怎样请求帮助?有3种选择：帮助菜单，特殊功能键和HELP命令。
(3) 怎样显示帮助信息?有3种选择：在独立的窗口中，指出参考某个文档(不理想)和在屏幕固定位置显示简短提示。 (4) 用户怎样返回到正常的交互方式中?有两种选择：屏幕上的返回按钮和功能键。 (5) 怎样组织帮助信息?有3种选择：平面结构，信息的层次结构和超文本结构。
(9) 提供对用户工作内容敏感的帮助设施。 (10) 用简单动词或动词短语作为命令名。过长的命令名难于识别和记忆，也会占用过多的菜单空间。
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2. 信息显示指南
第6章详细设计
如果人机界面显示的信息是不完整的、含糊的或难于理解的，则该应用系统显然不能满足用户的需求。可以用多种不同方式“显示”信息：用文字、图形和声音；按位置、移动和大小；使用颜色、分辨率和省略。下面是关于信息显示的设计指南。
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第6章详细设计 (3) 信息应该指出错误可能导致哪些负面后果(例如，破坏数据文件)，以便用户检查是否出现了这些问题，并在确实出现问题时及时解决。

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*GOAL:打谱
[]: OPRATOR:加速 OPRATOR:减速 OPRATOR:暂停 OPRATOR:恢复 GOAL:退出
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LOTOS与GOMS结合的优缺点

LOTOS 与 GOMS 结合，可以了解整个目标层次及各目标之间的约束关系; 同样存在无法描述目标异常结束的缺陷，同时当任务进行选择时用什么规则进行选择并未涉及; LOTOS 最大的优越性在于构造一套现成的自动化工具，利用这些工具，可自动进行错误检测; 过于形式化的记法比较晦涩难懂; 较好描述人机交互的较高级的任务；对原子任务的形式化描述，并没有给出一个比较清晰的描述。
drag_icon(x,y) mouse_up(x,y)
then highlight(icon) show_outline(icon) then highlight(bin)
then hide(icon) show_bin_full()
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if intersect(bin,x,y) if intersect(bin,x,y)
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LOTOS实例
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中国象棋的LOTOS任务分解实例
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LOTOS与GOMS的结合

LOTOS模型很好的描述了任务之间的时序约束关系，这些时序约束关系能更好的描述GOMS中子目标之间的关系。用GOMS模型描述任务的分解过程，而用LOTOS给出子任务之间的约束关系，这样就可以增加两种表示模型的表示能力。
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GOMS
1.目标 Goals 目标就是用户执行任务最终想要得到的结果,它可以在不同的层次中进行定义
eg:“编辑一篇文章”-“编辑文章”（高层）； “删除字符”（低层）
2. 操作 Operators 操作是任务分析到最低层时的行为，是用户为了完成任务所必须执行的基本动作操作不能被分解，在GOMS模型中是原子动作
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UAN模型的基本思想

预定义一些标志符：用户动作标志符条件标志符采用一种表格结构来表示任务
任务（task）：任务名称（the name of task）用户行为

界面反馈
界面状态
界面被分解成一些类似层次结构的异步任务，每个任务的实现都用表格来描述，用户动作的关联性和时序关系由表格的行列对齐关系和从上到下、从左到右的阅读顺序来确定。
第六章人机交互界面的表示模型
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目的

在界面设计的早期阶段，研究建立一种用户界面表示模型

利用形式化的设计语言来分析和表达用户任务以及用户和系统之间的交互情况；使界面表示模型能方便地映射到实际的设计实现

研究如何由界面的行为表示模型转换到系统的结构模型
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（三）UAN模型

UAN---User Action Notation, Hartson et al 1990.

UAN是一种简单的符号语言，主要描述用户的行为
序列以及在执行任务时所用的界面物理对象。
ห้องสมุดไป่ตู้

尽管UAN属于一种行为模型，但作为一种任务描述
语言，它又涉及一定程度的系统行为的描述，因而它兼有行为模型和结构模型的一些特点。
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GOMS应用

GOMS是一种人机交互界面表示的理论模型，被称为最成熟的工程典范，该模型在计算机系统的评估方面也有广泛的应用。

GOMS can save money!

美国电话公司NYNEX利用GOMS分析一套即将被采用的新的计算机系统的应用效果，结果发现效果不理想，放弃了使用新系统，为公司节约了数百万的资金。

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任务Editing的GOMS描述实例
Task:Editing
GOAL:EDIT-MANUSCRIPT GOAL:EDIT-UNIT-Task repeat until no more unit tasks GOAL:ACQUIRE-UNIT-TASK GET-NEXT-PAGE if at end of manuscript GET-NEXT-TASK GOAL:EXECUTE-UNIT-TASK GOAL:LOCATE-LINE [select:USE-QS-METHED 子目标间关系： USE-LF-METHOD] 顺序关系，选择关系 GOAL:MODIFY-TEXT [select:USE-S-METHOD USE-M-METHOD] VERIFY-EDIT

结构模型

事件-对象模型

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6.1 人机交互界面表示模型

任务分解和分析

能力模型（Competence Model）

描述用户的目的从用户的角度考虑如何预测和描述用户合法的交互行为序

行为模型（Performance Model）

列

结构模型 Constructional Model
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（二）LOTOS模型

LOTOS （Language Of Temporal Ordering Specification）-T.Bolognesi, H.Brinskma, "Introduction to the ISO Specification Language LOTOS”， 1987.
drag_icon(x,y) mouse_up(x,y)
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UAN实例-多通道
2
本章主要内容

三种模型：

行为模型

主要从用户和任务的角度考虑如何来描述人机交互界面，将详细介绍GOMS，UAN及LOTOS模型。主要从系统的角度来表示人机交互界面。重点介绍状态转换网络（STN-State Transition Network）和产生式规则 ( Production Rule )。是一种面向对象的表示模型，它将人机交互活动归结为事件与对象的相互作用。

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LOTOS算符
LOTOS算符主要有以下几种：
T1 ||| T2（交替Interleaving) T1 [] T2（选择Choice) T1 | [a1,...,an] | T2（同步Synchronization) T1 [> T2 （禁止Deactivation)
T1 >> T2（允许Enabling)
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GOMS的局限性

GOMS没有清楚的描述错误处理的过程，假设用户完全按一种正确的方式进行人机交互，因此只针对那些不犯任何错误的专家用户。 GOMS对于任务之间的关系描述过于简单,只有顺序和选择.事实上任务之间的关系还有很多种（具体参见6.1.2节中LOTOS 的介绍），另外选择关系通过非形式化的附加规则描述，实现起来也比较困难。 GOMS把所有的任务都看作是面向操作目标的，而忽略了一些任务所要解决的问题本质以及用户间的个体差异，它的建立不是基于现有的认知心理学，无法代表真正的认知过程。

iteration A* or A+

表示迭代操作；
表示等待，可以等待一个条件满足，也可以等待任务中的一个操作执行。

waiting

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UAN实例-单通道交互
任务：把文件拖入垃圾箱
用户行为
mouse_down(x,y)
界面反馈
界面状态
if intersect(icon,x,y) icon=selected
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结合GOMS和LOTOS的中国象棋程序的行为描述
GOAL:中国象棋 [>: GOAL:运行 |||: *GOAL:走棋 ACTION:自动记录棋谱 >>: GOAL:当前方走 >>: OPRATOR:拾取棋子 OPRATOR:放置棋子 GOAL:对弈方走
>>
OPRATOR:拾取棋子 OPRATOR:放置棋子

de_highlight(icon) 取消
icon的高亮显示。
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UAN预定义的条件标志符（部分）

while(condition) TASK

当条件condition为真时，循环执行任务TASK；如果条件condition满足，则执行任务TASK；

if(condition) then TASK
国际标准形式描述语言，无二义性，适于描述具有并发、交互、反馈和不确定性等特点的并发（Concurrent）系统中的行为开始作为一种描述网络协议的语言，由于交互系统、特别是多通道交互系统有并发系统的特点，因此成为用来描述交互系统的行为模型

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LOTOS基本思想

系统的外部可见行为可以看作是由一个有时序关系的交互序列组成系统由一系列进程组成，进程同环境之间通过称为“关口（Gates）”的交互点进行交互两个以上的进程在执行同一个外部可见的行为时会发生交互操作，进行数据交换、信息传递、协调同步等操作进程行为用“行为表达式”来描述，复杂的行为由简单的行为表达式通过表示时序关系的LOTOS算符组合而成在将LOTOS思想用于人机交互的行为模型时，用进程之间的约束关系来描述交互子任务之间的关系