使用者介面的今天和明天 (轉)

使用者介面的今天和明天 (轉)[@more@]

一、引言

　　介面是指計算機與其使用者之間的對話介面，是計算機的重要組成部分。計算機的發展史不僅是計算機本身處理速度和容量飛速提高的歷史，而且是計算使用者介面不斷改進的歷史。早期的計算機是透過皮膚上的指示燈來顯示二進位制資料和指令，人們則透過皮膚上的開關、扳鍵及穿孔紙帶送入各種資料和命令。50年代中、後期，由於採用了作業控制語言(JCL)及控制檯打字機等，使計算機可以批處理多個計算任務，從而代替了原來笨拙的手工扳鍵方式，提高了計算機的使用。

　　1963年，美國麻省理工學院在709/7090計算機上成功地開發出第一個分時系統CTSS，該系統連線了多個分時終端，並最早使用了文字編輯。從此，以命令列形式對話的多使用者分時終端成為70年代乃至80年代使用者介面的主流。

　　80年代初，由美國Xerox公司Alto計算機首先使用的Smalltalk－80開發環境，以及後來的Lisa、Macintosh等計算機，將使用者介面推向圖形使用者介面的新階段。隨之而來的使用者介面管理系統和智慧介面的研究均推動了使用者介面的發展。使用者介面已經從過去的人去適應笨拙的計算機，發展到今天的計算機不斷地適應人的需求。

　　使用者介面的重要性在於它極大地影響了終端使用者的使用，影響了計算機的推廣應用，甚至影響了人們的工作和生活。由於開發使用者介面的工作量極大，加上不同使用者對介面的要求也不盡相同，因此，使用者介面已成為計算機研製中最困難的部分之一。當前，Inte的發展異常迅猛，虛擬現實、科學計算視覺化及多技術等對使用者介面提出了更高的要求。面臨新的挑戰，使用者介面將如何發展？

二、使用者介面的今天：圖形使用者介面

　　圖形使用者介面（GUI）的廣泛流行是當今計算機技術的重大成就之一，它極大地方便了非專業使用者的使用，人們不再需要死記硬背大量的命令，而可以透過視窗、選單方便地進行操作。“Visual”已成為當前最流行的形容詞，如、VisualC＋＋及Visual FoxPro等。為什麼圖形使用者介面受到如此青睞？它的主要特徵是什麼？

1.GUI的主要特徵

(1)WIMP
其中：

W()指視窗，是使用者或系統的一個工作區域。一個螢幕上可以有多個視窗。
I(Icons)指圖符，系形象化的圖形標誌，易於人們隱喻和理解。
M(Menu)指選單，可供使用者選擇的功能提示。
P(PointingDevices)指滑鼠器等，便於使用者直接對螢幕進行操作
。

(2)使用者模型
　　GUI採用了不少Desktop桌面辦公的隱喻，使應用者共享一個直觀的介面。由於人們熟悉辦公桌的情況，因而對計算機顯示的圖符的含義容易理解，諸如：夾、收件箱、畫筆、工作簿、鑰匙及時鐘等。

(3)直接操作
　　過去的介面不僅需要記憶大量命令，而且需要指定操作物件的位置，如行號、空格數、X及Y的座標等。採用GUI後，使用者可直接對螢幕上的物件進行操作，如拖動、刪除、插入以至放大和旋轉等。使用者操作後，螢幕能立即給出反饋資訊或結果，因而稱為“所見即所得”(What You See Is What You Get)。用視、點(滑鼠)代替了記、擊(鍵盤)，給使用者帶來了方便。

2.GUI的發展方向

　　當前，以Windows為代表的GUI已有了很大的發展，但還存在著操作較麻煩、響應較慢、對資源要求較高及剩餘的工作區域較小等不足，這些還需進一步改進。今後的發展趨勢主要有以下幾方面：

(1)與超文字技術結合，支援Internet瀏覽
　　採用超文字(Hypertext)技術，便於使用者"聯想"搜尋有關內容。Navigate、Mosaic、及Hot等許多的出現，極大地方便了Internet的使用。GUI與超文字技術相結合將進一步豐富使用者介面的功能。公司已宣佈，Windows95(曾稱Chicago)升級的新版本(曾稱Nashville)將增加網上瀏覽功能。

(2)支援三維及多媒體技術
　　人們的生活空間是三維的，而螢幕卻是二維的。雖然GUI已提供了一些仿三維的按鈕等介面元素，但介面仍難進行三維操作。要解決三維的問題，還需從三維互動裝置著手。語音、影像和動畫等多媒體的支援，也是當今的趨向。

(3)應用物件的視覺化
　　目前，GUI支援的是與應用無關的通用介面元素，如選單、對話方塊等。對於應用來說，使處理的資料易於操作並直觀顯示是十分重要的問題。當前科學計算視覺化、資訊視覺化和商業資料視覺化已引起廣泛重視，各種資料可以用直觀形式顯示，並可進行一、二、三維的操作，這將大大方便使用者。

(4)介面構造工具及語言
　　開發GUI的工作量及難度十分可觀，普通使用者已很難自行開發，必須依靠熟練的程式設計師或方便的工具。現在已有一些GUI開發工具，如Visual Basic、Visual C＋＋、XWindow Motif Widget、Power Builder及Visual FoxPro等。但這些開發工具要為廣大使用者所掌握或要適應不同的應用，還有待於改進。

　　面向終端使用者的語言也是一個重要的趨向。現在已有一些電子表格、查詢語言或超文字製作語言(如Hyper talk、Open Script)類似自然語言風格，但其中有的不支援漢字，有的則適應性差。

三、使用者介面的明天：GUI＋新人機互動技術

　　圖形使用者介面會被新的介面淘汰嗎?新一代的使用者介面將是什麼樣?這些是很多人感興趣的問題。

　　美國Brown大學原計算機系主任、著名的計算機圖形學家A.Van Dam曾在 SIGGRAPH'95上稱，“雖然各種三維圖形的應用發展得很快，如虛擬現實、科學計算視覺化等，但GUI、3D Widget等都將長期存在”。這是因為目前大量的應用已經採用成熟的GUI技術，因此，GUI不會被淘汰。隨著虛擬現實、科學計算視覺化及多媒體技術的飛速發展，新的人機互動技術不斷出現，更加自然的互動方式將逐漸為人們所重視。

　　目前，美國正在進行研究的有關人機互動技術的專案主要有：MIT媒體實驗室的多通道自然對話專案，CMU互動系統實驗室（ISL）的INTERACT專案，海軍的ligent M4系統。在歐洲資訊科技研究戰略規劃（ESPRITII）的Amodeus專案中，有大量關於多通道人機互動的理論和系統研究。在ESPRITIII中，正在進行MIAMI（Multimodal Integration for Advanced Multimedia Interfaces）專案的研究，其領域包括多媒體和高階多通道人機介面兩部分，語言內容是透過視覺、聽覺、觸覺和手勢來訪問、表示和產生多媒體資訊的多通道互動的各個方面。還有法國IMAG的Coutaz和Nigay設計的系統MATIS（Multimodal Airline Travel Information System)中，使用者可以利用鍵盤、滑鼠、話筒或者它們的組合方式查詢航班資訊，體現了多通道使用者介面人機互動的自然性和高效性。語音、自然語言、手勢、視線跟蹤及頭部跟蹤等各種形式的輸入技術正在研究中，沉浸式的頭盔顯示器已經開始使用，新的立體顯示裝置也正在研製。在GUI基礎上，新的人機互動技術已逐漸開始應用。

新一代介面的主要特徵可描述如下：

(1)以使用者為中心
　　以使用者對介面的需求變化為出發點，使使用者介面的外在形式和內部機制能符合不同使用者的需要，這就是以使用者為中心的設計思想。非特定人的連續語音識別技術將使計算機能理解人們的要求，是一種重要的輸入介面和手段。魚眼(Fisheye)技術使螢幕觀察(或游標)位置附近的內容被放大，便於使用者觀察。在傳統的人機系統中，人被認為是操作者，人去適應機器；在一般的人機系統中，人被稱為使用者，能與機器對話，但無主動控制能力；而在虛擬現實系統中，人才是主動的參與者，機器將對人的各種動作做出反應。

(2)多通道(Multimodality)
　　多通道介面旨在充分利用一個以上的感覺和運動通道的互補特性來捕捉使用者的意向，從而增進人機互動中的自然性。人的感覺通道有視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和平衡等；人的運動通道有手、嘴、眼、頭、足及身體等。現在，計算機操作時，人的眼和手十分累，效率也不高。若將聽、說和手、眼等協同動作，採用多通道、以自然方式互動，可以實現高效人機通訊，也可以由人或機器選擇最佳反應通道，從而不會使某一通道負擔過重。

(3)非精確
　　精確互動技術是指能用一種技術來完全說明使用者互動目的的互動方式，鍵盤和滑鼠器均需使用者精確輸入。而人們的動作或思想往往並不很精確，計算機應該理解人的要求，甚至於糾正人的錯誤，智慧化的介面是一個重要方向。

(4)高頻寬
現在計算機輸出的內容已經可以、連續地顯示彩色影像，其資訊量非常大。而人們的輸入卻還是使用鍵盤一個又一個地敲擊，因而，計算機的輸入頻寬是很低的。新一代的使用者介面應該支援高的輸入頻寬，快速大批次地輸入資訊。語音、影像及姿勢等的輸入和理解是今後的發展方向。

(5)不限制地點
　　目前,計算機主要是在辦公室、實驗室或家庭中使用，人們面對著計算機螢幕進行操作，這種操作方式限制了計算機的應用。雖然已可用遙控器代替部分動作，但用望遠鏡看螢幕似不方便，而採用語音輸入輸出或其它計算機視覺(攝像輸入)技術，則可不受地點的限制。

(6)圖示
　　圖形使用者介面的程式設計是很費時的工作，而採用圖示程式設計(Visual Programming)則比較簡單和直觀。現在有些多媒體制作工具，如Authorware Professional、IconAuthor等，採用圖示方法設計多媒體文件指令碼，以便於互動修改、控制時間關係。新一代的使用者介面應儘可能提供圖示化的開發工具。

四、結語

　　北京大學計算機系圖形研究室在視窗系統的開發和漢化、使用者介面生成工具和超文字製作工具的研製等方面做了一些工作。近來，我們與杭州大學工業心理學國家點實驗室、中國科學院軟體研究所共同承擔了國家自然科學基金重點專案“多通道使用者介面的研究”。與Desktop隱喻相仿，我們提出了三維VIR(Virtual Information Room)隱喻，採用基於智慧體(Agent－Based)的方法，探索了多通道介面的軟體結構，並使用三維滑鼠器、漢字手寫體識別工具及語音輸入軟體等，研究了多通道介面的關鍵問題，即輸入原語和通道綜合，並正在開發多通道介面原型。針對Internet的飛速發展，目前正在研究虛擬現實建模語言(VRML)及基於PC的桌面虛擬現實開發平臺。

　　圖形使用者介面是當前計算機介面的主流，它仍需不斷豐富和改進，如：增強超文字機制以支援Internet的瀏覽，增強三維和多媒體功能，支援應用資料的視覺化，開發更好的介面構造工具與語言。新一代的使用者介面將在圖形使用者介面的基礎上，採用新的更加自然的人機互動技術，如語音、自然語言、手勢、視線跟蹤及頭部跟蹤等，以使用者為中心，實現多通道、非精確、高頻寬、高效及不限制地點的人機通訊。