第六章 人机交互界面 的表示模型与实现
计算机科学与技术系
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。
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界面模型分类
任务分解和分析
能力模型（competence model）
then hide(iconA)
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UAN总结
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。
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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
界面反馈
mouse_down(x,y)
drag_icon(x,y) mouse_up(x,y)
then highlight(icon) show_outline(icon) then highlight(bin)
then hide(icon) show_bin_full()
界面状态
if intersect(icon,x,y) icon=selected if intersect(bin,x,y) if intersect(bin,x,y)
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UAN实例-多通道
任务：drag and drop a file to the recycle bin
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。
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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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。
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。
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UAN预定义的动作标志符（部分）
用户动作标志符：
move_mouse(x,y) 移动鼠 标至(x,y)
release_button(x,y)在(x,y) 位置释放鼠标按钮；
结构模型
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 )。
事件-对象模型
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。
掌握如何由界面的行为表示模型转换到系统的结 构模型。
用户Sam: Rule 1: Use the CLOSE-METHOD unless another rule applies Rule 2: If the application is GAME, use L7-METHOD
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任务Editing的GOMS描述实例
Task:Editing
GOAL:EDIT-MANUSCRIPT
界面状态
if intersect(icon, x,y) icon=selected
if intersect(bin,x,y)
if intersect(bin,x2,y2)
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UAN实例-多通道
任务：在桌面上把文件A拖入文件B
用户行为
2D鼠标
mouse_down(x, y)
语音
界面反馈
界面状态
then highlight(iconA)
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总结
LOTOS与GOMS结合，可以清楚地了解整个目标层 次及各目标之间的约束关系。但与GOMS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，但它过于形式化的记法比较晦涩难懂。
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人机交互界面表示模型——
行为模型
GOMS简介
1983年由Card, Morgan和Newell 提出的。 通过目标 (Goal)、操作 (Operator)、方法 (Method)
以及选择规则 (Selection) 四个元素来描述用户的行 为。 GOMS是在交互系统中用来分析建立用户行为的模型 。它采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层 次的细化。
用户行为
2D鼠标
mouse_down(x, y)
语音
界面反馈
then highlight(icon)
drag_icon(x,y) mouse_up(x,y)
Pronounce show_outline(icon)
Move_to+rec ycle_bin
then highlight(bin)
then hide(icon) show_bin_full()
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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 *GOAL:打谱 []: OPRATOR:加速 OPRATOR:减速 OPRATOR:暂停 OPRATOR:恢复 GOAL:退出
[select:USE-QS-METHED USE-LF-METHOD]
GOAL:MODIFY-TEXT
子目标间关系： 顺序关系THOD
USE-M-METHOD]
VERIFY-EDIT
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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。
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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)
GOAL: USE-L7-METHOD PRESS-L7-KEY]
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GOMS
4．选择 Selection
选择是用户要遵守的判定规则，以确定在特定环境下所要 使用的方法。
当有多个方法可供选择时，GOMS中并不认为这是一个随机 的选择，而是尽量来预测会使用哪个方法,这需要根据特定 用户、系统的状态、目标的细节来预测要选择哪种方法。
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GOMS
3. 方法 Methods 方法是描述如何完成目标的过程。一个方法本 质上来说是内部的算法，用来确定子目标序列及 完成目标所需要的操作。
关闭（最小化）窗口 GOAL: ICONSIZE-WINDOW [select
GOAL: USE-CLOSE-METHOD MOVE-MOUSE-TO-WINDOW-HEADER POP-UP-MENU CLICK-OVER-CLOSE-OPTION
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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。
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
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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；
if(condition) then TASK
如果条件condition满足，则执行任务TASK；
iteration A* or A+
表示迭代操作；
waiting
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LOTOS简介
LOTOS -Language Of Temporal Ordering Specification， T.Bolognesi, H.Brinskma, "Introduction to the ISO Specification Language LOTOS”， 1987.
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。
描述用户的目的
行为模型（performance model）
预测和描述用户合法的交互行为序列
结构模型 constructional model
系统组成模型
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本章主要内容
掌握三种模型：
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。
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