人机界面设计之认知心理学

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2.4.3 声音的解释
◆ “材料一驱动”（data－driven）：对言语材料在感 知水平上进行的加工过程，它是由下而上（从最低的感 觉材料开始）的分析过程。概念驱动负责对将出现的材 料（词、短语、句子）进行预测，使分析过程进行得顺 利； ◆ “概念一驱动”（conceptually－driven）：概念一驱 动则相反，它是在理解水平上进行的加工过程，它是由 上而下（从最高的结构概念开始）的分析过程。材料的 驱动则提供据以预测的具体对象，并对预测的错误加以 纠正。
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（4）完整和闭合性原则：彼此相属的部分，容易组 合成整体；反之，彼此不相属的部分，则容易被隔 离开来。
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（5）对称性原则
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★ 模板匹配（Template Matching） 识别某个图象，必须在过去的经验中有这个图形或 东西的“记忆痕迹”或基本模型，这个模型又叫做“模 板”。当前刺激如果与大脑中的模板符合，就能识别这 个刺激。
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◆ 长时记忆
长时记忆实际上是一个有关知识的永久性的仓库。 一方面，进入系统的刺激被识别而传递到短时记 忆以后，再转移到长时记忆中，长期地保留在人 的头脑里面，成为我们关于世界的永久性指示； 另一方面，系统在进行加工活动时，要从长时记 忆中提取（检索）有关知识（包括数据和程序）， 以供加工和活动使用。
图2.10三种记忆形式的特性比较
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长时记忆较普遍的分类（塔尔文 ）：
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语义记忆：指对一般知识和规律的记忆，它们与一定的 概念的内涵意义有关，具有层次网络的特点，它在提取时 是以激活态在网络通道上扩散而实现的。
情节记忆：与一定的时间、地点以及事件的具体情景相 联系的记忆，它的信息来自外在的信息源，但是它要被储 存在长时记忆中又需要有一定编码的过程，因而情节记忆 的痕迹是内外信息源相互作用的混合物，需要语词代码和 意象代码的参加。所以情节记忆信息的提取是一个较复杂 的过程，是一种基于信息模式的相似性匹配的记忆和再认 知的过程。
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★ 尽量减少必须学习的信息总量。当学习是无法避免 时，用记忆线索来帮助回忆。 ★ 第二个人机交互的原理是一致性，它对记忆和学习
人 机 界 面 设 计
Human-Machine Interface Design
罗 仕 鉴 浙江大学计算机学院 sjluo@263.sina.com www.topsung.com www.ergocn.com
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第二章 用户认知心理学
◆ 感觉信号的检测 ◆人脑 ◆ 视觉 ◆ 听觉 ◆ 记忆和学习 ◆ 人的特性 ◆ 认知心理学中的人机比较
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2.5 记忆和学习
2.5.1 记忆的分类
◆ 感觉记忆 ◆ 短时记忆 ◆ 长时记忆
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◆ 感觉记忆
在这个阶段中，关于刺激的一定信息就以真实的形 式（即与原初呈现的刺激几乎相同的形式）短暂地 记录在 感觉记 忆中。 接着， 刺激转 化为新 的形式 （通过模式识别过程），并传递到系统的另一个成 分。刺 激的信 息停留 在寄存 器中， 会自动 地迅速 “衰变”，保留的时间很短暂，大约１秒钟左右； 另一方面，原有的刺激信息也会由于新的刺激信息 进入感觉寄存器而被掩蔽和抹掉。
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认知心理学
认知心理学是20世纪50年代中期在西方兴起的 一种心理学思潮，20世纪70年代成为西方心理 学的一个主要研究方向。它研究人的高级心理 过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、 记忆、思维和语言等。
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认知心理学
以信息加工观点研究认知过程是现代认知心 理学的主流，可以说认知心理学相当于信息 加工心理学。它将人看作是一个信息加工的 系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输 入的变换、简约、加工、存储和使用的全过 程。
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计算机类比
认知心理学的一个基本观点是可以用计算机来类比人 的内部心理过程。计算机接受符号输入，进行编码， 对编码输入加以决策、存储、并给出符号输出。这可 以类比于人如何接受信息，如何编码和记忆，如何决 策，如何变换内部认知状态，如何把这种状态编译成 行为输出。计算机与认知过程的这种类比，只是一种 水平上的类比，即在计算机程序水平上描述内部心理 过程，它主要涉及的是人和计算机的逻辑能力，而不 是计算机硬件和人脑的类比。
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视敏度受几个因素的影响： ★ 图像本身的复杂程度 ★ 光的强度 ★ 图像的颜色 ★ 背景光等。
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2.3.2 亮适应和暗适应 视 杆 细 胞 视 锥 细 胞
在低水平照明时（如夜间） 在高水平照明时（如白天） 起作用区别黑白对光谱中 起作用区别色彩对光谱中 绿色部分最敏感，在视网 黄色部分最敏感，在视网 膜远离中心处最多对极弱 膜中部最多主要在识别空 的刺激敏感 间位置和要求敏锐地看物 体时起作用
★ 原型匹配理论（PrototyPe Matching） 这种理论认为眼前的一个字母A，不管它是什么形状， 也不管把它放在什么地方，它都和过去知觉过的A有相似之 处。
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★ 特征分析 特征分析是模板匹配理论和原型匹配理论的发展，它 认为刺激是一些基本特征的结合物。例如，对于英文 字母，特征可能包括水平线、垂直线，大约45º角的线 以及曲线。这样，大写的字母A便能被看成两条45º角 的线（Λ）和一条水平线（–）。字母A的模式由这些 线条加上它们结合在一起的形式组成。在进行模式识 别时，个体把知觉对象的基本特征与存贮于记忆中的 特征相匹配以作出肯定或者否定的决定。
刺激能
感觉系统
转能作用
感觉检测 视像/声像“储存”
短时和 长时记忆
反
应
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2.2 作为用户的人
2.2.1 人脑的结构
人脑是由大量的神经细 胞构成的，估计约有150 亿个。 神经细胞是脑的结构单 位，也是功能单位。因 此，神经细胞又称为神 经元。
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神经冲动图
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人工智能
控制论、信息论、计算机科学对认知心理学 的发展具有深远的影响。计算机科学与心理 学相结合，产生了一门边缘学科人工智能。 人工智能与认知心理学关系极为密切，计算 机的出现使人们找到了分析人的内部心理过 程和状态的新途径。
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计算机类比
图灵于30年代发表后来称为“图灵机”的数学系 统，对心理学也发生了影响。数量逻辑和图灵机 使人们想到，人类的认知系统也可以视为符号运 用系统。人类的某些观念可以用符号来代表，而 且这些符号可以通过确定的符号运算过程加以变 换。这些思想不仅在理论上而且在具体研究上对 认知心理学都有重要的作用。
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◆ 短时记忆 （1）短时记忆的能力是相当有限的，一般为7±2个 项目，保持的时间一般为30秒左右。短时记忆的信 息容量为7彼特。 （2）短时记忆中信息是以信息组块的形式存储的， 这些组块包括从简单的字母和数字到复杂的概念和 图像。例如记忆536436326这个数字很难，但如果按 其读音规律分为536―436―326这样3组就好记得多；
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视错觉
视错觉的产生原因主要有两个：一是人的生理特 征所致，即它与眼的视觉通道的构造有关，以及 与观察不同的物体而发生的变化因素有关；二是 由心理的知觉所致，是知觉恒常性的颠倒，从而 形成“受骗”的现象。
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2.4 听觉
2.4.1 听觉刺激和听觉系统
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2.2.2 人脑的功能
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2.2.2 人脑的功能
▲ 大脑的主要机能，是一个接受、分析、 综合、储藏、发布各种信息的装置。
▲ 大脑是左右对称的，一般地说，右脑负 责较多的创造性和艺术性机能，而左脑有 较多的逻辑推理机能。
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2.3 视觉
2 . 3.1 视 觉 系统
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记忆 系统 感Baidu Nhomakorabea 记忆 短时 记忆 长时 记忆
操作的时间 能 力 一秒钟的几 只限于 分之几 感受器 所接受 的 少于一分钟 只有5-9 个项目 一分钟以上 很大， 到许多年 几乎无 限
编码类型
遗忘机制
瞬时形象记 消极的衰 忆和声象记 退 忆（直接编 码） 间接编码 消极的衰 退 复杂的编码 干扰、压 抑和遗忘
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2.3 视觉过程和视觉系统
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2.3.2 视敏度和颜色视觉
★ 视敏度是指能够看到细微事物的能力。它受几个因 素的影响，即光的强度、图象的颜色以及图象本身的 复杂程度。
★ 另外，人们能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受不 同的波长的结果。各种波长的光是从带色的物体表面 或有色光源反射出来的。正常的眼睛可感受到的光谱 波长为400～700um。
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2.4.2音高、响度和音色
听觉的主观体验：音高、响度和音色分别 对应于物理上声音的三个基本量度：频率、 强度和振动形式。
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2.4.3 声音的解释
声音的解释与语言的理解完全联系在一起，两种功 能都是在大脑的听觉皮层中完成的。 为了解释声音，听觉系统必须把输入分成三类： ★ 噪声和可以忽略的不重要的声音 ★ 被赋予意义的非语言声音，如动物的叫声 ★ 以及用来组成语言的有意义的声音。
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了解并遵循用户认知心理学的原理是进行人机界面设 计的基础。 ◆ 人的感觉器官（视觉、听觉）是如何接受信息的 ◆人脑的结构与功能，知道它是怎样理解处理信息的 ◆人的学习记忆有哪些过程，是如何进行推理的
目的： 尽量使设计适应于人的自然特性，满足用户的要求。
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2.1 感觉信号的检测
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（3）记忆内容的系列位置对短时记忆也有影响。如 果记忆的内容是7个字母，例如在抄写、读数、计算 机输入等作业中，出现错误的可能性较大的系列位置 是第5个字母。 （4）短时记忆会借助于“复述”的过程，把信息 “长时间”地保存下来. （5）听觉材料的开头和结尾部分比较容易记忆，而 视觉材料的前面部分较之后面部分容易记忆。
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2.3.3 视觉模式识别
★ 格式塔（Gestalt）心理学
（1）接近性原则：某些距离较短或互相 接近的部分，容易组成整体。
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（1）相似性原则：人们容易将看起来相 似的物体看成一个整体。
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（3）连续性原则：连续性是指对线条的一 种知觉倾向
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从特征分析的角度来解释图象的识别。该理论把图 象识别过程分为不同的层次，每一层次都有承担不 同职责的特征分析机制，在此被称为魔鬼（demon）。 它们依次进行工作，最终完成对图象的识别。由于 有许许多多特征分析机制（魔鬼）在起作用，因此 该模型叫做“泛魔”识别模型或泛魔系统。
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“鬼域”假说
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第一层：“映象鬼”（image demon），它只是记录外界的原始 形象，正和视网膜获得外界刺激的映象一样。 第二层：“特征鬼”（feature demon）进一步分析这个映象。 在分析过程中每个特征鬼都去寻找与自己有关的图形特征。例 如在识别字母时，每个特征鬼负责报告字母的一种特征及其数 量，象垂直线、水平线、斜线、直角、锐角、曲线等等。“认 知鬼”（cognitive demon）接受特征鬼的反应。每个认知鬼只 负责识别一个图形，一个认知鬼识别A，而另一个识别B等等。 A认知鬼寻找与A图形有关的特征鬼的反应，当它发现这种特征 时，便开始喊叫。它发现的特征越多，喊叫声就越大。 第三层：“决策鬼”（decision demon）根据许多认知鬼喊叫声 大小，选择叫声最大的认知鬼作为所要识别的图象。
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反 刺 信 激 息
复
感觉记忆 遗 忘
模式识别 遗 忘
短时记忆 遗 忘 提 取
长时记忆 遗 忘
匹 配 认 知 过 程
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控制系统
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检测系统
感觉记忆
短时记忆
长时记忆
视觉 神 物 理 世 界 听觉 经 触觉 解 嗅觉 剖 味觉 知 识 的 存 储
反应产生 器和输出
行 为 图2.9 人类信息处理模型