人机交互
Human-Computer Interaction
苏州大学 王辉
huiw@suda.edu.cn
绪论
iPhone
王辉
Three Giants
王辉
技术 服务
体验
王辉
wii
王辉
wii
王辉
N3DS
王辉
今天的显示器
王辉
笨拙的设计方案
http://www.baddesigns.com/boombox.html
王辉
Where to go?
王辉
怎样冲厕？
王辉
怎么样区分左右声道？
王辉
什么课最费电？
王辉
人机交互的重要性
– 人类使用机器系统就需要人机接口
– 交互设计直接影响系统的使用效率
– 其开发规模在软件工程中迅速增大
王辉
人机交互的概念
– HCI (human-computer interaction) is the
study of how people interact with
computers and to what extent computers
are or are not developed for successful
interaction with human beings.
– Concerned with the design, evaluation and
implementation of interactive computing
systems for human use and with the study
of major phenomena surrounding them. (
ACM SIGHCI, 1992, p6)
王辉
人机交互的概念
人机交互CHI ( Computer Human Interaction )
，国际上也称( HCI，Human Computer
Interaction ) 是一门跨学科的研究，
它是以心理学、认知科学为理论基础，研究和探讨
人类和机器如何进行有效通讯的一门“科学”。
王辉
人机交互的历史
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•
•
•
•
50S 人机界面处于硬件层次： 开关面板
60S-70S 编程层： FORTRAN， COBOL
70S-90S 终端层： 命令语言
80S
对话层： GUI， 多媒体
90S
网络环境： 网络，群件
00S
普适计算： 嵌入式，穿戴式计算
等
王辉
人机交互的历史
• PARC ALTO II
• 1973
• Alan Kay
王辉
人机交互的历史
Xerox STAR
1983
The 1st GUI
王辉
人机交互的历史
王辉
人机交互的历史
• Apple OS
• Windows
王辉
Windows
王辉
相关学科
软件工程
社会学
信号处理
心理学
计算机科学
图形学
认知科学
王辉
人体工程学
人工智能
交互式设计及其相关领域
基础学科
计算机科学
心理学
设计实践
例如：图形版式
交互式设计
相关学科
HCI， CSCW
王辉
理论和HCI
• 人使用计算机来完成任务。
人
计算机
王辉
任务
可用性
小讨论
调整时间的界面
23
王辉
:
45
第一章 人
1.1 引言
• GOMS
• GOMS stands for
Goals, Operators,
Methods and
Selection-rules.
• Moran & Newell
1983
王辉
王辉
王辉
1.2 输入-输入通道
•
•
•
•
王辉
1.2.1 视觉
1.2.2 听觉
1.2.3 触觉
1.2.4 运动
1.1.1 视觉
眼
睛
的
结
构
王辉
视觉感知
王辉
小实验
王辉
感知亮度与色彩
• 物体的亮度取决于落在物体表面的光的
总量及其反射性质。
• 视锥细胞负责亮视觉和色视觉
• 视杆细胞负责暗视觉
• 视觉敏锐度随亮度增加而增强
王辉
小实验
• 认识亮度，对比度
• 色调，饱和度和强度
王辉
视觉处理的能力与局限
• 视觉补偿
• 视幻觉使得原本相同的事物变得不同（
其感知表象存在差异）。
• 对象的组合也会影响感知效果。
王辉
Visual Illusion
王辉
王辉
王辉
王辉
阅读
• 快速阅读时，对于熟识单词采用形状识
别。不要丢失大小写信息，合理的字体
和字间距对阅读的速度和准确性有利。
王辉
The quick brown
Fox jumps over the
the lazy dog.
王辉
反差
王辉
视觉信息与界面
One
Two
Three
King
王辉
•JANE EYRE
王辉
1.2.2 听觉
耳
朵
的
结
构
王辉
处理声音
• 人耳的能够听到的频率20hz ~ 20Khz。
• 神经系统会对听到的声音进行过滤加工
。
• 频率，音色，响度
王辉
1.2.3 触觉
• 温度感受器
• 伤害感受器
• 机械感受器
• 运动知觉
王辉
Novint Falcon
王辉
1.3 人的记忆
复述
• 记忆的结构模型
感官记忆
影像的
回声的
短暂记忆
或者
工作记忆
触觉的
王辉
长期记忆
1.3.1 感官记忆
• 视觉刺激
• 听觉刺激
• 触摸
王辉
影像记忆
回声记忆
触觉记忆
1.3.2 短暂记忆
• 35x6
怎样计算会快一点？
王辉
实验A
• 下面将显示一个数字串4秒。
• 请按顺序回忆该数字串，并将它们写在
纸上。
5122150749691129726
53976208
王辉
实验B
• 下面将显示一个数字串4秒。
• 请按顺序回忆该数字串，并将它们写在
纸上。
330 169 597 265 397
620 8
王辉
短暂记忆模型
视觉/空间
便签本
言语环
中央执行器
听觉影像系统
王辉
1.3.3 长期记忆
• 存储事实性信息、经验性知识和程序化
的行为规则
• 特点：
– 容量大， 存取速度慢，记忆不易衰退
王辉
长期记忆的组成
• 事件记忆
– 按时间顺序保存的事件序列
• 语义记忆
– 事实、概念和技能的结构化表示
王辉
语义网
Ross Quillian 1968
王辉
框架
王辉
脚本
• 进入条件
– 要激活脚本所必须满足的条件
• 结果
– 脚本终止后为真的条件集
• 道具
– 脚本中所涉及的物品
• 任务
– 由特定参与者执行的动作
• 场景
– 连续发生的事件序列
• 轨迹
– 场景的变更
王辉
Script for a visit to the vet
•
Entry conditions
– Dog ill, vet open, owner has money
•
Result
– Dog better, owner poorer, vet richer
•
Props
– Examination table, medicine, instruments
•
Roles
– Vet examines, diagnoses, treats, owner brings dog in, pays, takes dog out
•
Scenes
–
–
–
–
•
Arriving at reception
Waiting in room
Examination
Paying
Tracks
– Dog needs medicine
– Dog needs operation
王辉
产生式
• A →B
– IF A THEN B
–…
– 构成一系列产生式规则
王辉
长期记忆的过程
• 存储
– 短暂记忆的信息通过反复的刺激和复述存储
到长期记忆中。
• 遗忘
– 衰退与干扰理论
– 追溯干扰理论
• 重获
– 回忆与辨认
王辉
Ebbinghaus
王辉
单词记忆实验
• Faith Age Cold Tenet Quiet Logic Idea
Value Past Large
• Boat Tree Cat Child Rug Plate Church
Gun Flame Head
王辉
单词记忆实验2
• child red plane friend dog blood cold
tree big angry
王辉
推理与问题求解
• 推理
由一个或几个已知的判断(前提)，推导出
一个未知的结论的思维过程。其作用是从已
知的知识得到未知的知识，特别是可以得到
不可能通过感觉经验掌握的未知知识。
王辉
推理
• 推理主要有演绎推理和归纳推理。
• 演绎推理是从一般规律出发，运用逻辑
证明或数学运算，得出特殊事实应遵循
的规律，即从一般到特殊。
• 归纳推理是由特殊的前提推出普遍性结
论的推理。
王辉
推理（续）
• 如果今天是星期五，那么她要上班。
• 今天是星期五。
• 所以她要上班。
王辉
Wason 实验
检验命题真伪：如果卡片上面一面是元音字母，则另外一面是偶数。
V
4
王辉
3
E
O
7
K
6
反向演绎
• Sam酒后总开快车。
• Sam今天开快车了。
• Sam喝酒了。
王辉
问题求解
• 完全形态理论
• 问题空间理论
王辉
行为主义学习观
• 心理学家桑代克(E.L. Thorndike 1874—
1949 )
• 学习的实质就是有机体形成“刺激”(S)与“
反应”(R)之间的联结。
王辉
完全形态理论
• 韦特海墨（M，Wetheimer） 1912 年。
• 学习就是知觉的重新组织。
• 科勒（Kohler ）于1913年至1917年用黑
猩猩做了一系列试验，证明了黑猩猩的
学习是一种顿悟。
王辉
游戏
王辉
问题空间理论
• Newell， Simon
王辉
Tic Tac Toe
王辉
技能获取
• ACT*模型
• 学习者使用通用的事实规则，速度慢，
需要反复访问长期记忆。
• 学习者使用基于任务的专用规则。
• 学习者使用优化过的专用规则。
王辉
陌
生
人
坐
地
铁
王辉
错误与精神模型
• 人们按照自己的主观理论来理解系统的
因果行为。这种主观理论成为精神模型
（mental model）。
王辉
心理学与交互式系统设计
• 心理学是交互式设计的基础。为其提供原
理和指南。
• 心理学理论促进对用户行为模型的研究。
• 提供交互式系统评估的依据。
王辉