机载信息系统人机界面设计原则

摘要：本文突出了“以用户为中心”的设计理念，对人机界面设计的基本理论进行了研究，提出机载信息系统人机界面设计原则，在界面设计中遵循这些原则有助于提高机载信息系统的人机交互能力。　关键词：机载信息系统 人机界面设计　　 机载信息系统是一种比较特殊的人机交互系统，人机界面是机载信息系统中的至关重要的一个组成部分。机载信息系统的功能和性能要通过人机界面体现和发挥出来，好的人机界面设计和技术实现能充分发挥机载信息系统的作用。传统的信息系统人机界面设计中，系统设计者往往只注重产品功能的实现，尽量做到覆盖面广、功能齐全、综合性强，忽略了人机交互的和谐性，主要考虑如何让用户适应机器，没有系统化考虑人的因素。对于机载信息系统的人机界面设计，不仅要系统考虑人的因素，还要强调人在飞行中的生理和心理特点，要符合人机工效学的要求。只有采用以用户为中心的设计思想，选择合理的交互方式,科学地进行人机任务区分，才能充分发挥人与机器的特点，才能开发出简洁、高效、友好、易用的机载信息系统人机交互界面。一、人机界面设计思想　 1.三种模型的概念Donald　A.Norman　在他的《The　DesignofEveryday　Things》一书中首次提出了人机界面设计中的心理模型、实现模型和系统模型这三个概念。　 （1）心理模型是存在于用户头脑中的关于一个产品应该具有的概念和行为的知识。这种知识可能来源于用户以前使用类似产品的经验，或者是用户根据使用该产品要达到的目标而对产品的概念和行为的一种期望。　 （2 ）实现模型是产品的内部结构和工作原理，它存在于产品设计人员的头脑中。　 （3）系统模型是指产品的最终外观以及产品呈现给用户后，用户通过观看或使用后而形成的关于产品如何使用和工作的知识。2.三种模型的关系在这三个模型中，心理模型是用户层次与领域的问题，是设计人员无法改变的；实现模型是受当前技术水平的制约的，在一定时期也很难有太大的变化；只有系统模型具有极大的可塑性，可以由产品设计人员进行完善与改进。系统模型分布于心理模型和实现模型之间某个位置，系统模型接近心理模型，需要用户学习和记忆的地方就会越少，产品就越接近用户的期望值；如果系统模型接近实现模型则用户需要把期望中的一些概念和行为映射到系统模型中表现出来的一些界面元素和执行操作上。这种映射在认知心理学上就表现为一种记忆负担，而正是记忆负担使人们觉得产品难以使用。3.人机界面设计中存在的问题从三种模型的关系可以看出，系统模型位于机载信息系统人机界面设计原则 2007年10月 国防技术基础第10期心理模型和实现模型之间的位置决定了产品的易用性和复杂度。传统软件设计往往只注重如何让系统模型更加接近实现模型，把注意力放在提高产品的复杂度和技术难度上，从而忽略了系统模型设计与心理模型的关系，认为人机界面设计是为了取悦用户进行的低级活动，没有任何实用价值，评价一个应用软件的唯一标准，就是看它是否具有强大的功能，能否顺利帮助用户完成他们的任务。近年来，随着计算机硬件技术的迅猛发展，新一代的计算机用户，在应用软件的可操作性以及软件操作的舒适性等方面对应用软件提出了更高的要求：除期望所用的软件拥有强大的功能外，更期望应用软件能尽可能地为他们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境。由于军用软件的特殊性，部队用户对其可操作性提出了更高的要求。在传统军用软件中，由于系统模型和心理模型不匹配导致的产品易用性问题广泛存在，友好的人机界面设计已经成为军用软件开发的一个重要组成部分。机载信息系统中人机界面的质量决定了软件易用性和用户对整个系统功能的评价，为了使机载信息系统的人机界面设计更好地适应用户，“以用户为中心”的思想应该被软件设计人员所重视并贯穿于软件设计中。二、人机界面设计的一般原则原则是整体的、与性质有关的软件固有特性的设计指南，是要做的必要工作。 本着“以用户为中心”的设计思想，人机界面设计应遵循以下设计原则。 1.与用户兼容用户是系统交互界面的最终使用者。在用户期望和界面设计的现实之间要兼容，要基于用户以前的经验。 2.由用户控制只有用户处于控制地位，才能将自己的需求体现出来，自己控制系统，而不是被系统所控制。 （1）用户应在系统人机交互中扮演主动角色，可根据需要选择交互方式和步骤完成交互任务。 （2）不同用户对人机界面的要求有所差异，为此颜色、字体等界面要素，可根据用户个性提供人机交互选项功能。 （3）合理的进行交互任务区分并划分进程，用户无需加载整个应用模块来执行某个操作。 3.指导作用用户使用不同的软件难免有些生疏，特别是操作比较复杂的软件系统。人机界面应该提供上下文敏感的求助系统，让用户及时获得帮助，尽量用简短的动词和动词短语提示命令。用户求助机制宜采用集成式，避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息；错误和警告信息必须选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。 4.系统稳定性和容错性强用户的误操作是在所难免的，人机交互系统应该具有较强的容错性，不能因错误操作造成系统难以恢复、灾难性的后果，系统人机界面应有一定的数据备份和恢复功能。人机交互设计应能预防错误的发生，具备保护功能，防止因误操作而破坏系统的运行状态和信息存储。系统应提供必要的出错信息，出错信息应清楚、易理解，符合一致性原则。 5.及时反馈与评估及时地进行人机界面使用的反馈与评估是必不可少的，界面原型在设计完成后，需要交付使用者使用，通过用户参与使用设计人员还应组织用户对界面的功能性和易用性进行评估验证，找出人机界面原型中存在的问题，并结合软件平台的维护和修改有针对性的进行界面的修改。评价人机交互系统软件主要可以从以下几个主要方面进行考虑。 （1）用户对人机界面的满意程度。 （2）人机界面的标准化程度。 （3）人机界面的适应性和协调性。 （4）人机界面的稳定性和容错性。在进行人机界面评估过程中应该注意，评估用户界面的主要原则是界面是否很好的满足了用户的需要，是否提高了界面的易用性。三、机载信息系统人机界面设计的基本原则 1.面向部队用户机载信息系统主要提供给部队使用，部队用户是系统交互界面的最终使用者。在用户期望和界面设计的现实之间要和谐统一，应符合部队使用人员的思维习惯和交互经验。为了做到面向部队用户，应积极邀请部队用户参与最初的界面设计过程。其参与方式有两种：一是在系统的设计阶段，部队用户配合系统设计人员一起完成系统的用户交互特性需求分析和交互任务需求分析，做好人机界面设计必要的前期准备工作；二是在系统人机界面原型设计完成后，制作测试版本，选择具有代表性的部队用户对人机界面原型进行检验和评估，找出界面设计的缺陷和错误，然后酌情作进一步的修改。 2.系统简单易用“以用户为中心”的设计思想要求用户处于控制地位，用户可以轻松支配软件。所以机载信息系统人机界面软件应该尽可能简单、易用，符合使用者的使用习惯，尽量做到不需要进行特别的培训即可正确操作。 （1）提供多种帮助服务机载信息系统人机界面软件功能比较丰富，特别是有些命令专业性强、操作复杂，对使用者提出了比较高的要求。针对机载信息系统人机界面软件，系统仅仅提供用户手册是不够的，因为对于系统生疏型用户，阅读完整的手册是困难的，特别是在特定的作战使用环境中，给使用者造成很多不便。界面设计应通过任务提示和反馈信息来指导用户，提供上下文帮助、过程帮助等多种帮助形式，尽可能减少用户猜测和查找的时间。 （2）提供多种信息输入方式机载信息系统中，信息输入是主要的操作方式。能否将操作员的操作快速、准确地反映给系统，并得到响应是机载信息系统性能高低的重要评价。采用多种信息输入方式可以给用户更多的选择使软件更加灵活。根据部队用户的使用习惯，以及人机界面设计的经验，机载信息系统人机界面软件应该采用以下几种信息输入方式：①命令语言：直接通过输入特定命令进行系统操作。这种方式使用灵活，便于用户发挥其创造性，对熟练的用户有很高的工作效率，但需要用户进行前期的培训，不友善并难于学习，它的错误处理能力也较弱，但是由于部队用户使用习惯可以考虑提供这种操作方式以满足其需求。②菜单选项：这种方式与命令行方式相比不易出错，可以大大缩短用户的培训时间，可以使用对话管理工具，错误处理能力有了显著提高。但使用过程中，可能出现菜单层次过多及菜单选项复杂的情形，必须逐级进行选择，不能一步到位，导致交互速度显得太慢。这必然影响用户操作的时间，影响机载信息系统的交互时间。较好的解决方法是菜单模式和选取方式的转变，必要时限制菜单层次，并且采纳人机界面设计中的费茨定律，可以对使用较多的菜单项目进行总结和归纳，减少鼠标定位的时间，更改为快捷菜单，方便用户定位和选择。③快捷键：快捷键是用键盘上的按键或按键组合来代替对菜单命令的选择。故应对信息系统各功能模块快捷键使用方案统一设计和分配，且注意以下几个问题：快捷键应只使用于重要和常用的功能；快捷键的设定应符合软件开发的习惯，一般使用“CTRL ＋键”组合、“SHIFT ＋键”组合或“F1～F12”来执行一些快捷操作，避免使用三键以上的快捷键组合和系统已规定的快捷按键组合；避免将一个快捷按键或组合分配给多个操作。 3.系统反应迅速系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题，机载信息系统人机界面软件由于军事使用需求对系统反应灵敏度要求较高，如果用户的操作不能及时响应，会导致重要命令的延误。除了响应时间的绝对长短外，用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意，若过于悬殊用户将难以接受。4.系统实时性强机载信息系统人机界面软件需要满足部队作战使用需要，人机界面的信息显示必须随着现场实时数据的变化进行周期性的刷新,　实时地反映被监视对象及控制对象的变化情况。所以在人机界面设计过程中，在保证系统稳定性的前提条件下，采用多任务处理方式，改进算法，提高系统实时显示效率。5.系统紧凑简洁机载信息系统人机界面软件是在机载环境运机载信息系统人机界面设计原则 2007年10月 国防技术基础第10期行的软件，由于硬件环境和操作环境的特殊性，机载信息系统软件人机界面设计不需要过分华丽，尽可能紧凑简洁，朴素自然。风格一致的人机界面会给人一种简洁、和谐的美感。所以在人机界面设计中需要注意保持以下几方面风格一致性。 （1）颜色使用的一致性。颜色本身就是一种辅助的信息形式，它可以引起用户注意并产生关联。因为机载信息系统画面显示比较丰富，为了避免造成用户视觉认识困难，机载信息系统人机界面应使用有限的颜色，在颜色的选择上必须符合交互需要和适应用户的心理认知规律，颜色的搭配上应尽量美观、协调并使用户容易集中注意力。 （2）所有的菜单选择、命令输入、数据显示功能应保持风格的一致性。 （3）规范字体、字符大小保持一致。 （4）特定符号的显示保持一致。由于机载信息系统软件是军用软件，考虑到使用者的使用习惯和传统规定，一些特定的符号需要与其他军用软件保持一致，避免产生歧义。 （5）快捷操作的一致性。机载信息系统软件虽然有其特殊性，但是一些常用的快捷操作应与使用者日常使用习惯保持一致，这样可以减少操作员的学习时间和培训时间。 （6）控件使用的一致性。控件是组成界面的基本要素，对控件的组合、布局、排列和大小需详细规定。首先，应根据系统交互任务的需要合理确定控件组合，以及系统人机界面的控件集。其次，控件间的排列和布局应该符合用户的操作习惯和交互需要：控件与控件间、控件与窗体间应有一定间距，防止隐藏和重叠控件；控件在界面上的排列和显示应有一定的层次性和逻辑性；要注意控件布局和排列的一致性。四、结束语 机载信息系统人机界面是机载信息系统与外界交互的桥梁，是人机交互的主要渠道。人机交互系统应尽可能考虑人的因素，为使用者服务。只有充分考虑系统操作人员及其所处机载环境的要求，人机界面才可能将系统功能更好地体现，才能优质、高效地完成系统任务。遵循以上原则有助于机载信息系统的开发，有助于提高机载信息系统软件的整体质量。参考文献：[1] 李乐山. 人机界面设计[M].北京:科学出版社,2004.[2]MicrosoftPress.　Windows 用户界面设计[M].北京: 北京大学出版社, 2 0 0 0 .[3]罗仕鉴, 朱上上,孙守迁. 人机界面设计[M]. 北京: 机械工业出版社,2002.　[4] 张亮.“好用”的用户界面设计思想[ J ] . 程序员,2006（1）.[5]R.J.Torres.用户界面设计与开发精解[M].张林刚, 梁海华, 译. 北京: 清华大学出版社,2002.