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前 言 當(dāng)今數(shù)字界面已越來(lái)越多地取代傳統(tǒng)人機(jī)硬件界面而成為信息智能系統(tǒng)人機(jī)交互的主要載體。對(duì)于戰(zhàn)機(jī)、船舶駕駛、核電廠控制、戰(zhàn)場(chǎng)指揮、汽車(chē)駕控等復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面(Digitalized
HumanComputer
Interface，DHCI)，信息來(lái)源渠道多，信息量大，信息結(jié)構(gòu)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，從某種意義上來(lái)說(shuō)，復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI就是系統(tǒng)的大腦，系統(tǒng)的各方面信息都匯集于此，為操作者提供決策判斷乃至操作的依據(jù)。為了能更好地掌控整個(gè)系統(tǒng)，并使得整個(gè)系統(tǒng)的效能得到充分發(fā)揮，對(duì)該界面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是保障信息化環(huán)境下操作者高效安全工作的關(guān)鍵所在。由于復(fù)雜信息系統(tǒng)信息表達(dá)的多樣性，操縱活動(dòng)中人的智力、體力、理解力等復(fù)雜性因素，容易造成視覺(jué)信息的設(shè)計(jì)與人類認(rèn)知機(jī)理失衡，使得系統(tǒng)全面地解決復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI的設(shè)計(jì)問(wèn)題變得十分棘手和困難。 在軍事領(lǐng)域，信息化裝備系統(tǒng)的人機(jī)交互可以看作是信息化裝備系統(tǒng)與操作人員之間的對(duì)話，是一種雙向的信息交換。國(guó)內(nèi)外實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在軍事裝備系統(tǒng)事故中，人為因素所造成的事故遠(yuǎn)高于設(shè)備故障引起的事故數(shù)。由于信息化武器裝備系統(tǒng)的各方面信息都匯集于DHCI上,如何保證操作人員在較短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)做出準(zhǔn)確的判斷并實(shí)施精準(zhǔn)操作，是信息化裝備系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。國(guó)外已針對(duì)這一課題展開(kāi)了深入的研究，但在我國(guó)則還未真正重視起來(lái)。從某種意義上來(lái)說(shuō)，信息化裝備的自動(dòng)控制系統(tǒng)和DHCI共同構(gòu)成了現(xiàn)代化裝備的硬件和軟件部分。在相同的硬件水平下，軟件的績(jī)效直接影響著操作人員的戰(zhàn)斗力、生存能力和協(xié)調(diào)作戰(zhàn)能力，在很大程度上影響了武器系統(tǒng)整體的性能水平。 同時(shí)，信息化裝備系統(tǒng)DHCI的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工效學(xué)評(píng)估、均衡操作人員對(duì)數(shù)字界面的認(rèn)知負(fù)荷（CL）和態(tài)勢(shì)感知（SA）、消除操作人員與裝備系統(tǒng)間的認(rèn)知摩擦現(xiàn)象等手段的實(shí)施，可有效降低DHCI的信息復(fù)雜度，提高操作人員認(rèn)知效率和態(tài)勢(shì)感知績(jī)效，從而提升信息化裝備系統(tǒng)的整體水平。 東南大學(xué)從2006年開(kāi)始涉足復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)，近十年來(lái)承擔(dān)了一系列設(shè)計(jì)研究，在完成這些設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也認(rèn)識(shí)到復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)并不是業(yè)界傳統(tǒng)意義上的美化設(shè)計(jì)，而是有其獨(dú)特的理論體系和方法來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的，好的DHCI設(shè)計(jì)是建立在深度研究分析基礎(chǔ)上的?；诖酥笇?dǎo)思想，我們?cè)?010年和2012年分別申請(qǐng)了兩個(gè)國(guó)家自然基金（71071032，基于認(rèn)知負(fù)荷(CL)和態(tài)勢(shì)感知(SA)均衡的人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)研究；71271053，數(shù)字界面視覺(jué)信息認(rèn)知的腦機(jī)制研究），對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)理論和評(píng)估方法進(jìn)行全面深入研究，并不斷將研究成果用于實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中。在此感謝國(guó)家自然基金委給予本研究的支持。 基于理論研究和實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目，我們對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)技術(shù)做了系統(tǒng)闡述，全面總結(jié)了復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)的體系和過(guò)程，將眼動(dòng)追蹤和腦電生理技術(shù)引入DHCI的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系中。2014年5月，東南大學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及可靠性工程研究所和國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局共同主辦了“裝備信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)”培訓(xùn)。通過(guò)培訓(xùn)過(guò)程中和學(xué)員交流，感覺(jué)到國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的專業(yè)設(shè)計(jì)才剛剛起步，急需提高復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)水平的指導(dǎo)性書(shū)籍，用于全面分析研究復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面的設(shè)計(jì)方法、理論體系，系統(tǒng)性地建立設(shè)計(jì)要素、信息結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則以及評(píng)價(jià)方法，為復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行復(fù)雜操作任務(wù)的界面顯控設(shè)計(jì)研究提供完善的理論知識(shí)和結(jié)構(gòu)脈絡(luò)。 本書(shū)運(yùn)用設(shè)計(jì)技術(shù)、生理技術(shù)及腦成像技術(shù)對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)數(shù)字界面進(jìn)行分析，探討數(shù)字信息設(shè)計(jì)的要素、結(jié)構(gòu)、理論及方法，探索不同因素條件下影響信息設(shè)計(jì)認(rèn)知的關(guān)鍵性要素和指標(biāo)，圍繞復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面要素、信息結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原則、關(guān)鍵技術(shù)等展開(kāi)系統(tǒng)闡述，提出了復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面的設(shè)計(jì)方法和評(píng)價(jià)體系。本書(shū)的出版對(duì)于提高我國(guó)復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面的設(shè)計(jì)水平與量化評(píng)測(cè)能力，優(yōu)化我國(guó)航空航天、飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、核電廠和發(fā)電站等重大信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)，全面提升裝備系統(tǒng)、指揮作戰(zhàn)系統(tǒng)的性能，進(jìn)一步加快國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)，提高國(guó)防現(xiàn)代化水平都有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。 本書(shū)的成果大部分來(lái)自東南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)的研究工作，同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)的師生對(duì)本書(shū)的出版做出了巨大貢獻(xiàn)，正是這些原創(chuàng)性的工作和設(shè)計(jì)實(shí)踐，保證了本書(shū)的獨(dú)特性和前沿性。在此感謝參與本書(shū)撰寫(xiě)和校審工作的王海燕副教授、吳曉莉博士、李晶博士、牛亞峰博士、周蕾博士、陳默博士、苗馨月碩士、王芳碩士、匡雨馳碩士、鄭佳佳碩士等師生。同時(shí)，書(shū)中部分內(nèi)容源引專家、學(xué)者的著作，謹(jǐn)在此一并表示衷心的感謝。 最后感謝中國(guó)信息融合領(lǐng)域頂尖權(quán)威專家何友院士，中國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最具影響力大師清華大學(xué)柳冠中教授為本書(shū)作序。希望本書(shū)的出版能夠?yàn)樘岣呶覈?guó)復(fù)雜信息系統(tǒng)DHCI設(shè)計(jì)水平、提升信息裝備系統(tǒng)性能盡微薄之力。 由于時(shí)間緊，人力、水平和其他條件所限，書(shū)中難免有疏忽遺漏之處，敬請(qǐng)各位同仁、讀者批評(píng)指正。 本書(shū)得到國(guó)家自然基金71071032（基于認(rèn)知負(fù)荷(CL)和態(tài)勢(shì)感知(SA)均衡的人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)研究）和7127105（數(shù)字界面視覺(jué)信息認(rèn)知的腦機(jī)制研究）項(xiàng)目資助出版。 薛澄岐 2015年10月7日于南京 目 錄 第1章概 述1 1.1信息化時(shí)代1 1.2研究背景1 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3 1.4復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互的研究方向10 1.5研究意義10 【本章參考文獻(xiàn)】11 第2章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面定義19 【內(nèi)容提要】19 21定義19 211系統(tǒng)的復(fù)雜性19 212復(fù)雜信息系統(tǒng)的定義20 213人機(jī)交互數(shù)字界面20 214復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面22 22特點(diǎn)23 23復(fù)雜性分析24 24擬解決關(guān)鍵問(wèn)題26 25主要研究?jī)?nèi)容26 【本章參考文獻(xiàn)】27 第3章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)要素29 【內(nèi)容提要】29 31圖標(biāo)29 311圖標(biāo)的概念及分類29 312圖標(biāo)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)30 32控件31 321控件的概念及分類31 322控件的設(shè)計(jì)難點(diǎn)33 33導(dǎo)航36 331導(dǎo)航的概念及分類36 332導(dǎo)航的設(shè)計(jì)難點(diǎn)37 34色彩38 341數(shù)字界面的色彩構(gòu)成及功能38 342軟件界面設(shè)計(jì)中色彩的功能39 343復(fù)雜信息系統(tǒng)對(duì)色彩設(shè)計(jì)的要求41 35布局41 351布局設(shè)計(jì)的概念及設(shè)計(jì)難點(diǎn) 41 352布局中的視覺(jué)感知與視覺(jué)規(guī)律42 353數(shù)字界面的功能區(qū)塊43 36交互44 361交互的概念與分類44 362交互的設(shè)計(jì)難點(diǎn)45 363數(shù)字界面交互設(shè)計(jì)的影響因素45 【本章參考文獻(xiàn)】45 第4章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面信息結(jié)構(gòu)47 【內(nèi)容提要】47 41信息結(jié)構(gòu)概述47 411信息結(jié)構(gòu)的定義47 412設(shè)計(jì)信息結(jié)構(gòu)的目的48 413信息結(jié)構(gòu)的交付產(chǎn)物48 414信息結(jié)構(gòu)與相關(guān)領(lǐng)域49 415復(fù)雜數(shù)字界面的信息結(jié)構(gòu)特征49 42信息結(jié)構(gòu)類型50 421線性結(jié)構(gòu)50 422層級(jí)結(jié)構(gòu)和多層級(jí)結(jié)構(gòu)51 423網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)52 424分面結(jié)構(gòu)52 425綜合結(jié)構(gòu)53 426自組織結(jié)構(gòu)53 43信息分類方法53 431自上而下法和自下而上法53 432分類法54 433精確分類和模糊分類55 434展示性信息的結(jié)構(gòu)56 44界面組件57 441軟件界面組件功能介紹57 442不同信息結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的功能組件58 45界面信息結(jié)構(gòu)模式59 【本章參考文獻(xiàn)】61 第5章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)理論62 【內(nèi)容提要】62 51數(shù)字界面的視覺(jué)感知理論62 511視覺(jué)感知62 512數(shù)字界面的視覺(jué)感知64 513眼動(dòng)追蹤技術(shù)在數(shù)字界面中的應(yīng)用——案例分析66 52數(shù)字界面的認(rèn)知摩擦理論76 521認(rèn)知摩擦概述76 522認(rèn)知摩擦研究79 523認(rèn)知摩擦的關(guān)聯(lián)量化指標(biāo)81 524認(rèn)知摩擦的腦電測(cè)量案例82 53數(shù)字界面的認(rèn)知負(fù)荷理論86 531認(rèn)知負(fù)荷的概念86 532認(rèn)知負(fù)荷的結(jié)構(gòu)87 533認(rèn)知負(fù)荷的分類88 534CL產(chǎn)生過(guò)程中的認(rèn)知資源消耗機(jī)制89 535認(rèn)知負(fù)荷與工作績(jī)效的關(guān)系90 536認(rèn)知負(fù)荷的有效控制策略93 537基于時(shí)間壓力的認(rèn)知負(fù)荷研究案例94 538基于認(rèn)知負(fù)荷的復(fù)雜信息系統(tǒng)數(shù)字界面設(shè)計(jì)案例98 54數(shù)字界面的注意捕獲理論101 541數(shù)字界面中的視覺(jué)注意101 542數(shù)字界面中的注意捕獲102 543設(shè)計(jì)元素的注意捕獲105 544基于注意捕獲的設(shè)計(jì)研究106 545設(shè)計(jì)元素的注意捕獲應(yīng)用109 55數(shù)字界面的生態(tài)融合理論111 551生態(tài)融合理論概述111 552影響生態(tài)界面效果的因素研究113 553基于生態(tài)融合理論的界面設(shè)計(jì)案例113 56數(shù)字界面的情境認(rèn)知理論116 561界面情境認(rèn)知理論概述116 562情境認(rèn)知特征116 563情境認(rèn)知要素119 564情境假設(shè)120 565基于情境認(rèn)知的圖形符號(hào)設(shè)計(jì)案例121 【本章參考文獻(xiàn)】126 第6章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)方法129 【內(nèi)容提要】129 61數(shù)字界面視覺(jué)信息的解碼機(jī)理129 611人機(jī)界面視覺(jué)信息加工的生理基礎(chǔ)130 612基于視覺(jué)通路理論的界面信息屬性130 62數(shù)字界面人機(jī)交互的任務(wù)域模型132 621界面抽象層級(jí)分析132 622任務(wù)域模型132 623界面視覺(jué)信息關(guān)聯(lián)屬性分析135 63數(shù)字界面視覺(jué)信息的具象化設(shè)計(jì)135 631界面視覺(jué)信息的組織結(jié)構(gòu)模型136 632界面信息集成方法137 633界面視覺(jué)信息的設(shè)計(jì)方法139 64數(shù)字界面視覺(jué)信息的布局規(guī)劃140 641界面最優(yōu)布局分析140 642界面視覺(jué)信息的布局規(guī)劃模型141 643界面視覺(jué)信息的布局規(guī)劃算法142 65數(shù)字界面視覺(jué)信息的布局評(píng)價(jià)147 651界面布局分析147 652界面布局的計(jì)算指標(biāo)149 653界面布局指標(biāo)的應(yīng)用160 654界面布局計(jì)算原型系統(tǒng)161 【本章參考文獻(xiàn)】165 第7章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)原則167 【內(nèi)容提要】167 71數(shù)字界面一般性設(shè)計(jì)原則167 711基本顯示原則168 712基本布局原則168 713基本交互原則169 72數(shù)字界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略169 721圖標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略169 722文本優(yōu)化設(shè)計(jì)策略173 723布局優(yōu)化設(shè)計(jì)策略174 724導(dǎo)航優(yōu)化設(shè)計(jì)策略177 725色彩優(yōu)化設(shè)計(jì)策略179 726信息呈現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略182 727信息流優(yōu)化設(shè)計(jì)策略187 728交互優(yōu)化設(shè)計(jì)策略189 【本章參考文獻(xiàn)】191 第8章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面評(píng)價(jià)方法193 【內(nèi)容提要】193 81評(píng)價(jià)方法綜述193 82數(shù)字界面可用性的眼動(dòng)追蹤評(píng)估方法194 821任務(wù)信息提取195 822眼動(dòng)信息的信號(hào)采集195 823檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算處理196 824可用性子特征的質(zhì)量檢測(cè)197 825可用性質(zhì)量檢測(cè)198 83數(shù)字界面可用性的腦電評(píng)估方法198 831數(shù)字界面元素可用性的腦電評(píng)價(jià)指標(biāo)匯總198 832數(shù)字界面整體可用性的腦電評(píng)估方法199 833數(shù)字界面局部可用性的腦電評(píng)估方法200 834腦電評(píng)價(jià)方法和其他評(píng)價(jià)方法的結(jié)合201 84數(shù)字界面可用性的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法案例206 841實(shí)驗(yàn)方法208 842結(jié)果分析210 843結(jié)果討論217 85數(shù)字界面腦電實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法案例218 851實(shí)驗(yàn)方法218 852行為數(shù)據(jù)分析219 853腦電數(shù)據(jù)分析220 854結(jié)果討論221 【本章參考文獻(xiàn)】223 第9章復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計(jì)案例226 【內(nèi)容提要】226 91復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面一般設(shè)計(jì)流程226 911設(shè)計(jì)流程框架226 912各流程階段任務(wù)分解227 92優(yōu)秀設(shè)計(jì)案例231 921設(shè)計(jì)案例1——某大型復(fù)雜指揮系統(tǒng)信息交互設(shè)計(jì)231 922設(shè)計(jì)案例2——某新聞信息系統(tǒng)復(fù)雜信息交互界面設(shè)計(jì)239 |
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