人机交互基础总复习

人机交互

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 2021/06/10   Share

人机交互基础总复习

第一章绪论

什么叫人机交互？

人机交互是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面的主要现象进行研究的科学。

人机交互的研究内容有哪些？

人机交互界面表示模型与设计方法
可用性分析与评估
多通道交互技术
认知与智能用户界面
群件
Web设计
移动界面设计

人机交互的发展历史经历了哪些阶段，有什么特点？

命令行界面交互阶段
图形用户界面（GUI）阶段

特点1：桌面隐喻——用户界面中用人们所熟悉的桌面上的物品来清楚地表现计算机可处理的能力

特点2：WIMP技术（W-Window、I-Icon、M-Menu、P-Pointing）

特点3：直接操纵——形像隐喻，即模拟现实生活中的动作来达到效果（拖放图标、点击和选择）

特点4：所见即所得（WYSIWYG，What You See Is What You Get）——在屏幕上直接正确地得到即将打印到纸张上的效果，即可视化操作
自然和谐的人机交互阶段

第二章感知与认知基础

人类有哪些视错觉？

尺寸错觉
细胞错觉
轮廓错觉
不可能错觉
运动错觉

视错觉对交互设计有什么启示？

可以利用错觉，增强视觉效果
根据错觉原理，调整设计，弥补错觉误导

人类阅读有什么特点，对交互设计有什么启示？

阅读的过程
- 形状被感知
- 编码成内部语言
- 理解语义
字体、大小、布局、对比度首先会影响阅读速度

知觉有哪些特性，每个特性都有什么特点，以及如何在交互设计中体现？

知觉选择性：人总是有选择地把某一事物作为知觉对象，同时把其它事物作为知觉背景。
知觉整体性（格式塔心理学：视野上相似的、邻近的、闭合的、连续的易组合为一个图形。）
- 接近律、相似律、连续律、闭合律
知觉的理解性：在知觉过程中，人利用过去所获得的有关知识经验，对感知对象进行加工理解，并以概念的形式标示出来。
知觉的恒常性：知觉的客观条件在一定范围内改变时，我们的知觉映象在相当程度上却保持着它的稳定性
- 大小、形状、方向、明度、颜色

人类的认知包括哪些过程，每个过程启示交互设计时需要遵循什么原则？

感觉与识别、注意、记忆、问题解决、语言处理。

影响认知的因素有哪些，对交互设计有什么启示？

情感、个体差异、动机和兴趣。

什么是概念模型？

用户能够理解的关于系统的描述。

用户的概念模型有哪几种？

思维模型
信息处理模型
外部认知模型
分布式模型

分布式概念模型与传统概念模型的主要区别在哪（特点是什么）？

强调具体的交互情形
强调个体与外部表象的结合，重视人工制品的作用
强调认知的分布性
强调交互作用和信息共享
关注具体情境和情境脉络

例题

某购物网站的商品展示设计如下图，虽然设计中没有分界线和边框图，但用户能清晰区分出展示的是三个商品。这种设计体现了人类知觉的（）

A. 知觉选择性 B. 知觉整体性 C. 知觉理解性 D. 知觉恒常性

下图中，如果按从上往下看，中间的符号应为B；若按从左往右看，中间的符号则为13。这种差异性体现了（）

A. 知觉选择性 B. 知觉整体性 C. 知觉理解性 D. 知觉恒常性

人们总会夸大水平线而缩短垂直线，两条长度相同且相互垂直的线段，在人看来，水平线要比垂线更长。这是由于人的感知存在（）
A. 知觉选择性 B. 个体差异性 C. 视错觉 D. 大小恒常性

操作系统中通常都设计搜索功能，让用户通过关键字或者相关信息快递找到要找的文件。该功能的设计依据来源于人类认知过程中的（）。
A. 感觉与识别 B. 注意 C. 记忆 D. 问题解决

（多选）在交互设计时，除了考虑人的认知过程原理外，还需要考虑影响认知的因素，这些因素包括（）
A. 个体差异

B. 情感

C. 动机

D. 兴趣

（多选）考虑人的记忆特点，进行交互设计时下例说法中正确的是（）
A．应考虑用户的记忆能力，勿使用过于复杂的任务执行步骤
B．由于用户长于“识别”而短于“回忆”，所以在设计界面时，应使用菜单、图标，且它们的位置应保持一致
C．为用户提供多种电子信息（如文件、邮件、图像）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
D．逻辑性强用户更容易学习和掌握

第三章交互设备

输入设备：

文本输入设备
- 键盘：编码/非编码、QWERT布局/DVORAK布局
- 手写板：电阻式、电磁式、电容式
- 技术指标：压感级数、精度、书写面积
图像输入设备
- 二维扫描仪
  - 技术指标
    - 扫描速度
      1. 以 300DPI 的分辨率扫描一幅A4幅面所用的时间
      2. 扫描仪完成一行扫描的时间
    - 分辨率：分辨率为 1200DPI 的扫描仪，往往其光学部分的分辨率只占 400～600DPI。扩充部分的分辨率由硬件和软件联合生成。
  - 分类：平板式、手持式、滚筒式
- 摄像头
  - 技术指标：元器件类型、像素数、解析度、视频速度、镜头
三维信息输入设备
- 三维扫描仪：接触式/非接触式
- 动作捕捉设备：机械式、电磁式、光学式
体感输入设备：Leap Motion、Kinect
指点输入设备
- 鼠标：机械鼠标、光电鼠标、无线鼠标、3D鼠标
- 控制杆
  - 位移定位：屏幕上的光标依据控制杆的位移而移动
  - 压力定位：受到的压力被转化为屏幕上光标的运动速度
- 触摸屏：电阻式、电容式、基于光学原理

输出设备：

光栅显示器：CRT、等离子、液晶
- 技术指标：扫描方式、刷新频率、点距、分辨率
- 显卡的构成：接口、GPU、显存、数模转换器
投影仪：CRT、LCD、DLP
- 工作原理：光学分光，数据调制，合成显示
- DLP中的数字微镜工作原理：根据二进制数据能进行±12°调整的微小反射镜
打印机：针式、喷墨、激光
- 激光打印的原理
- 重要指标：打印分辨率、打印速度、打印幅面、最大打印能力
- 3D打印机

语音交互设备：

耳机：封闭式、开放式、半开放式
- 技术指标：频响范围、灵敏度、耳机阻抗、谐波失真
麦克风：NCAT技术（Noise Canceling Amplification Technology）
声卡：实现声波/数字信号相互转换的硬件
- 工作原理
- 组成：模/数转换芯片，数/模转换芯片
- 接口
- 主要指标：采样位数、采样频率、声道数、MIDI合成

虚拟现实交互设备：

三维空间定位设备：
- 空间跟踪定位器：低频磁场式、超声波式、光学式
- 数据手套
- 触觉和力反馈器
三维显示设备
- 3D眼镜：主动式（液晶）、被动式（偏振光）
- 头盔式显示器：单通道、双通道
- AR头盔：基于光学、基于视频
三维显示设备
- 投影拼接：
  - 球幕：外投式、内投式
  - CAVE：几何校正、颜色校正
  - 裸眼立体显示：
    - 裸眼立体显示器：视差障壁技术、柱状透镜技术
    - 体三维显示：扫描体三维显示、固态体三维显示
    - 光场三维显示

例题

下面关于二维扫描仪的描述，错误的是（）
A. 二维扫描仪是将纸质材料转换成数字图像文件的设备
B. 二维扫描仪可以用完成一行扫描的时间来衡量扫描速度的快慢
C. 二维扫描仪的分辨率就是其光学部件的分辨率
D. 二维扫描仪既可以是小巧的扫描枪，也可以是庞大的滚筒式扫描仪

隔音效果最好的耳机是（）
A. 开放式耳机
B. 封闭式耳机
C. 半开放式耳机
D. 入耳式耳机

下图为激光打印机的简单结构图。其中，将碳粉印在打印纸上的关键部件是（）

A. 打底电晕丝
B. 感光鼓
C. 滚筒
D. 转移电晕丝

有一块声卡接口如下图，则耳机应该插在卡上的（）

A. MIC IN口
B. LINE OUT口
C. LINE IN口
D. 都不是

（多选）显卡的组成包括（）

A. GPU
B. 接口
C. 数模转换器
D. 显存

（多选）声卡的组成包括（）
A. 模数转换器
B. 接口
C. 数模转换器
D. 储存芯片

麦克风设备为了过滤背景杂音，提高音质，常采用的一种技术叫做（NCAT）。

利用偏振光正交原理实现立体视觉的是（被动式）3D眼镜。

第四章交互技术

有多少种常用的输入模式，每种模式都有什么特点，以及适用场合？

请求模式：应用程序执行过程中需要输入数据时，暂停程序的执行，直到从输入设备接受到请求的输入数据后，才继续执行程序。

采样模式：应用程序在处理其它数据的同时，输入设备也在工作，新的输入数据替换以前的输入数据。

优点：对连续的信息流输入比较方便，也可同时处理多个输入设备的输入信息。
缺点：当应用程序的处理时间较长时，可能会失掉某些输入信息。

事件模式：输入设备和程序并行工作。输入设备把数据保存到一个输入队列，也称为事件队列，所有的输入数据都保存起来，不会遗失。

基本的技术主要有哪些，如何体现在应用上？

定位：确定平面或空间的一个点的坐标

定值：输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子等

笔划：输入一组顺序的坐标点

选择：在某个选择集中选定一个或多个对象，使其成为焦点

字符串

二维图形交互技术有哪些，如何体现？

几何约束：可以用于对图形的方向、对齐方式等进行规定和校准

定位约束：定义一个网络，强迫用户输入的点吸附到最近的网格交点处

引力场：是一种定位约束，通过在特定图素（如直线段）周围假想有一个区域，当光标中心落在这个区域内时，就自动地被直线上最近的一个点所代替，就好像一个质点进入了直线周围的引力场，被吸引到这条直线上去一样

方向约束：强迫按照某个方向绘制线段

拖动：通过移动光标拖动被移动从一个位置到另一个新位置的操作

橡皮筋技术：被拖动对象的形状和位置随着光标位置的不同而变化。

橡皮筋技术例子：拖动绘制图像。

操作柄技术：可以用来对图形对象进行缩放、旋转、错切等几何变换。先选择要处理的图形对象，该图形对象的周围会出现操作柄，移动或旋转操作柄就可以实现相应的变换。

三维图形交互技术有哪些？

直接操作：用一个由六自由度三维输入装置控制的三维光标来实现对象的操作

三维Widgets：类似于二维WIMP，设计出三维空间中菜单、按钮等小组件（Widgets）用于在三维界面中进行交互

三视图输入：用二维输入设备在一定程度上实现三维的输入（3DMAX）

自然交互技术有哪些，如何体现？

多点触控技术（多点触控技术由硬件和软件两部分组成）
- 触点检测与定位
- 触点跟踪
- 手势识别
手势识别技术
- 数据手套输入
- 摄像机输入
表情识别技术：
- FACS系统（Facial Action Coding System）
- 人脸检测/特征提取/表情识别
表情分类方法
- 整体/局部识别法
- 形变/运动提取法
- 几何/容貌特征法

自然交互技术有哪些，如何体现？

语音识别技术：
- 过程
  - 语音特征提取（划分词语）
  - 声学模型与模式匹配（识别出一个字）
  - 语音模型与语义理解（理解这句话）
- 应用
  - 听写机
  - 对话系统
眼动跟踪技术：
- 眼动种类
  - 注视（只有注视时才获得并加工信息）
  - 跳动（眼跳时不获取任何信息）
  - 平滑尾随跟踪（在没有目标的情况下，一般不能执行）
笔交互技术：
- PIBG范式（P：纸和框架；IB：图标和按钮，G：手势）
- 手写识别技术
  - 联机手写识别：指用笔在输入板上写，用户边写，机器边识别，可实时人机交互
    
    特点：
    - 符合人的书写习惯
    - 不需要专门学习与训练、不必记忆编码规则
    - 及时反馈识别结果，及时校正错误，给用户提供候选字
  - 脱机手写识别：指机器对于已经写好或印刷好的静态语言文本图像进行识别

例题：

下面的输入模式中，不是采用请求模式的是（）
A. 程序运行到输入语句时，要求用户输入数据
B. 打印机缺纸时，等待用户补充纸张
C. 多个用户提交打印申请时，打印机按其优先级和申请顺序完成打印
D. 智能音箱被唤醒后，聆听用户的语音命令

下面不属于三维图形交互技术的是（）

A. 直接操作
B. 三维Widgets
C. 三视图输入
D. 三维扫描

下图展示的是二维图形交互技术中的（）

A. 几何约束
B. 引力场
C. 橡皮筋技术
D. 操作柄技术

关于联机手写识别技术的描述，不正确的是（）
A. 联机手写识别技术符合人的书写习惯
B. 联机手写识别以点阵图像为输入，缺少字中各笔划之间的先后和关系等信息
C. 联机手写识别不需要专门学习与训练，不必记忆编码规则
D. 联机手写识别能及时反馈识别结果，给用户提供候选字

（多选）在Word中绘制一个正圆的过程可以简单描述如下：首先点选画圆的图标，然后在空白处点下鼠标左键。为了要画出正圆（不是椭圆），需要按下Shift键。移动鼠标改变圆的半径，直到合适大小时，松开鼠标，完成圆的绘制。在上述操作过程中，应用到的二维图形交互技术主要有（）
A. 操作柄技术
B. 橡皮筋技术
C. 几何约束
D. 引力场
在表情识别技术中，美国心理学家保罗·艾克曼开发了一个面部动作编码系统，其缩写为（FACS）。

第五章界面设计

用户界面有哪些类别？

命令行界面、图形界面、多通道界面

图形用户界面的主要思想有哪些，每个思想的特点是什么？

桌面隐喻：在用户界面中用人们熟悉的桌面上的图例清楚地表示计算机可以处理的能力

直接隐喻：隐喻本身就带有操纵的对象
工具隐喻：代表所使用的工具

如用磁盘图标隐喻存盘操作、用打印机图标隐喻打印操作等
过程隐喻：通过描述操作的过程来暗示该操作

所见即所得：显示的用户交互行为与应用程序最终产生的结果是一致的

直接操纵：通过指点设备实现对命令或数据的可视化操作

直接操纵的特点

直接操纵的对象是动作或数据的形象隐喻
用指点和选择代替键盘输入
操作结果立即可见

支持逆向操作

界面设计遵循哪些原则？

界面要具有一致性
常用操作要有快捷方式
提供简单的错误处理
对操作人员的重要操作要有信息反馈
操作可逆
设计良好的联机帮助
合理划分并高效地使用显示屏幕

影响用户和产品之间交互质量的因素有哪些？

有效性
效率
主观满意度

用户有哪些类别，都有什么特点？

偶然型用户：既没有计算机应用领域的专业知识，也缺少计算机系统基本知识的用户。
生疏型用户：常使用计算机系统，对计算机的性能及操作使用有一定程度的理解和经验。但对新使用的计算机系统缺乏了解，不太熟悉。
熟练型用户：这类用户一般是专业技术人员，他们对需要计算机完成的工作任务有清楚地了解，对计算机系统也有相当多的知识和经验，并且能熟练地操作、使用。
专家型用户：对需要计算机完成的工作任务和计算机系统都很精通的，通常是计算机专业用户，称为专家型用户。

用户体验是什么，由哪些因素组成？

用户体验是指用户在使用产品或系统时的全面体验和满意度。
四个元素：品牌、使用性、功能性、内容

用户的观察和分析有哪些方式？

情境访谈
焦点小组
单独访谈

任务分析有哪些方法，每种方法采用哪种UML图表示（应用）？

使用行为分析：用例图
顺序分析：序列图
协作关系分析：协作图
工序约束陈述：工序之间的顺序的一些逻辑依赖关系
用户任务一览表：系统中的所有用户及其可能需要完成的所有任务
任务金字塔：描述了不同层次的任务之间的关系
故事讲述和情节分析

以用户为中心的两个目标是什么，四个原则是什么？

目标：

有效地帮助用户完成任务
尽量使用户在交互过程中获得愉悦的心情

原则：

综合设计
反复设计
及早以用户为中心
及早并持续性地进行测试

例题：

Word中的撤销和恢复图标采用了（）

A. 工具隐喻
B. 过程隐喻
C. 直接隐喻
D. 形象隐喻

人工智能发展迅猛，为了让学生不输在起跑线上，某小学校长打算开设人工智能课程，于是找你开发一个人工智能课程的教学平台。经了解发现，平台主要的用户是学生，他们之前上过一些计算机相关的基础课程，比如打字，简单的文本编辑，网页浏览等。根据这些信息，你确定平台使用的用户类型应为（）
A. 生疏型用户
B. 偶然型用户
C. 熟练型用户
D. 专家型用户

食堂中传统的操作方式是工作人员根据每个学生选的菜在刷卡机上输入菜品的价钱，然后学生用一卡通与刷卡机感应来实现支付。但随着高校学生增多，传统的方式无法及时服务数量众多的学生，使打饭等待时间较长。因此某学校食堂主管打算进行对食堂刷卡系统进行改造，基本设想是开发一台自动化设备，学生在选好菜品后，通过该设备可以快速地自动识别和计算出应付价钱；然后学生再将一卡通与该设备感应来完成支付。
假设食堂主管安排你来负责这台设备的设计以及其上面的嵌入式界面的设计，请根据上述背景，回答以下问题：

（1）请根据你的设计，指出该设备具有的输入设备和输出设备，并简单解释一下设备的用途。

输入设备：

射频感应器，用于感应碟子和盘子，以及一卡通
触摸屏，用于操作设备的设置和一些手动操作

输出设备：

显示器，用于显示应付金额等信息
扬声器，用于播报应付金额以及通知付款是否成功

（2）请根据你的设计，指出该设备采用什么样的输入模式，并简单给出原因。

感应碟子和盘子部分采用采样模式，程序不停地检索是否有碟子或盘子在感应区内；
一卡通的感应部分采用请求模式，学生不刷卡，就一直等待刷卡操作。

（3）请分析这个设计任务中有多少参与者，这些参与者都可能有哪些行为。

打饭的同学：打饭，刷卡
设备管理员：菜品信息增删改

（4）请给出一个描述某学生（名字自定）采用该设备进行打饭的简要的故事描述，基本内容至少包括：角色，目标，环境，步骤，策略（没带卡或不够钱怎么办）和情感，字数不超过200字。

小明来到了学校新饭堂，新饭堂中备置了自动刷卡打饭的设备，他今天要来体验一下这个设备的服务。他首先来到自选菜品区选择了自己最喜欢的小炒肉和蒸水蛋，用拖盘把菜和饭端好走向设备。此时，设备响起了语音提示“欢迎光临饭堂，请把托盘放置在感应区上”。小明按提示操作，不到1秒种，他从设备显示屏上看到应付金额，并听到语音提示“您应付金额为**元，请把一卡通放在感应区上，或用微信扫描屏幕上的二维码完成支付”。此时小明突然想起一卡通忘带了，于是他用微信支付了饭钱，愉快地把饭菜端走。整个过程不到2分钟。

第六章人机交互界面表示模型与实现

行为模型有哪些，都有什么优缺点，每个模型是如何表示一个交互过程的（应用）？

GOMS、LOTOS、UAN、G-U-L

GOMS模型

G：Goal，目标，可分层
O：Operator，操作，不可分解，完成任务的基本动作
M：Method，方法，操作的集合
S：Selection rule，选择规则
优点：成熟，应用广泛，目标层次关系明确
缺点：没有清楚的描述错误处理的过程；时序表示能力有限

LOTOS模型（ Language Of Temporal Ordering Specification）

LOTOS运算符：

T1 ||| T2（交替）
T1 [] T2（选择）
T1|[a1,…,an]|T2(同步）
T1 [> T2（禁止）
T1 >> T2（允许）

优点：可以构造一套现成的自动化工具
缺点：无法描述目标异常结束的缺陷；过于形式化的记法比较晦涩难懂

UAN模型（User Action Notion）

优点：更接近于实现。
缺点：时序关系没有明确，多种输入时交互路径比较繁。

G-U-L模型

任务分解和描述：GOMS模型
原子操作描述：UAN模型
任务间时序关系：LOTOS模型

结构模型有哪些类别？

产生式规则：一种形式化语言，可以引导界面设计者及界面工具的设计者进行有效的设计。
状态转换网络：用结构化的方法来描述人机交互的一般过程，是一种图示化的结构。

行为模型如何与结构模型实现转换？

G-U-L中的每个目标都对应一个状态转换网络
子目标对应状态网络中的嵌套网络（扩展状态转换网络）
每一种时序关系对应一种状态转换网络

G-U-L中各种约束关系对应的状态转换网络

选择关系[] (G0, G1)

>>允许（Enabling）：
设目标G下的子目标关系为>>(G0,G1)，在这种关系中完成目标G的路径只有一条，当G0成功结束后才允许G1执行，这是一个顺序执行的过程

|||（交替Interleaving）：
设目标G下的子目标关系为|||(G0,G1)，表示两个目标之间一种任意的组合来执行完成。在转换到状态网络后，有S0->S1->S4->S0和S0->S2->S3->S0两条途径可以完成目标G的一次执行

[>（禁止Deactivation）：
设目标G下的子目标关系为[>(G0,G1)，一旦G1任务被执行，G0便无效（不活动）。这个关系在转换到状态网络以后与前面不同的是，在状态S2被“G1正常结束事件”激活以后，不会再回到S0,而是转到了一个新的状态F

例题：

行为模型中任务之间的时序和约束关系可以转换为结构模型的状态转换网络。请指出下图的状态转换网络表示的时序关系为（）

A. |||（交替关系）
B. [>（禁止关系）
C. >>（允许关系）
D. []（选择关系）

下面关于人机交互行为模型的描述，错误的是（）
A. LOTOS最大的优势在于可以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
B. GOMS采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层次的细化
C. UAN兼有行为模型和结构模型的一些特点
D. G-U-L模型中任务分解采用UAN，时序关系采用LOTOS，原子操作描述采用GOMS

G-U-L模型融合了GOMS模型，UAN模型和LOTOS模型的优点。其中用于描述原子操作的模型是（UAN）。

考虑一个在线考试的交互系统，图1至图4展示了该系统的状态转换网络。
（1）系统开始有Exam-Begin和Exam-Quit两个选择，如图1所示。选择Begin则进入考试，选择Quit则退出考试。

（2）若进入考试，需要先进行登录Login，然后开始答题。该操作的状态转换网络如图2所示，它是对图1中的Exam-Begin的扩展。

（3）试卷分为A卷和B卷，考生选择其中一份来作答均可完成考试。该操作的状态转换网络如图3所示，它是对图2中的Answer-Questions的扩展。

（4）不管选择A卷还是B卷，都需要回答两个问题Question-1和Question-2，同时完成两个问题的作答即完成考试。该操作的状态转换网络如图4所示，它是对图3中的Paper-A和Paper-B的扩展。

现在请根据上述说明以及图1至图4的描述，将该结构模型转换为行为模型中的G-U-L模型。模型中的目标名或操作名尽量采用图1至图4中的状态名。

GOAL: Exam-Online
[>:
GOAL: Exam-Begin
>>:
GOAL: Login
GOAL: Answer-Questions
[select:
GOAL: Paper-A
|||:
Answer-Question(1)
Answer-Question(2)
GOAL: Paper-B
|||:
Answer-Question(1)
Answer-Question(2)
]
GOAL: Exam-Quit

第七章 Web界面设计

Web界面设计有哪些基本原则，如何体现？

以用户为中心
一致性
简洁明确
体现特色
兼顾不同的浏览器
明确的导航设计

Web界面有哪些要素设计，各要素设计时需要注意什么问题？

Web界面规划：Web界面的布局、元素的设计都要以”网站的目标和用途”这个目标为中心
文化与语言：在设计Web界面时，要将选择语言版本的功能放在网站的主页，并以不同版本的语言进行标注
内容、风格与布局、色彩设计

Web界面的内容不仅要遵循简洁明确的原则，也要符合确定的设计目标，面向不同的对象要使用不同的口吻和用词。

常用的Web布局：“同”字形结构布局，“国”字形结构布局，左右对称布局，自由式布局。
文本设计：文本不要太多，要选择合适的颜色，选择的字体应和整个界面应融为一体，同一种字体应该表示相同类型的数据或者信息，合理设置页边框、行间距，应该重视标题的处理，过于强调等于没强调。
多媒体元素设计：动画、音频和视频这样的多媒体可以补充平淡的文本或者二维图形，也补充网站的视觉设计、音调和消息，但需要大带宽、浏览器插件或第三方应用程序的支持。