第6章 人机交互界面表示模型

LOTOS基本思想
系统的外部可见行为可以看作是由一个有时序关系的交互 序列组成。 系统由一系列进程组成，进程同环境之间通过称为“关口” （gates）的交互点进行交互。 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。
6.1 行为模型
分析人员获取用户需求后，结合领域专 家的意见和指导，获取系统中需要完成 的任务，对任务的主要因素进行详细地 分析，如任务的层次、发生条件、完成 的方法以及它们之间的关系等等。 所有这些内容，都是在行为模型中所要 研究的。
6.1.1 GOMS
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。
行为模型（performance model）
预测和描述用户合法的交互行为序列 描述用户的目的
结构模型 constructional model
系统组成模型
主要内容
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。 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，是一种目前非常流行的面向对象的表 示模型，它将人机交互活动归结为事件与对象的相互 作用。
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
6.1.1 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。
用户Sam: Rule 1: Use the CLOSE-METHOD unless another rule applies Rule 2: If the application is GAME, use L7-METHOD
UAN模型的基本思想
预定义一些标志符： 用户动作标志符 条件标志符 采用一种表格结构来表示任务
任务（task）：任务名称（the name of task） 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。
如何由界面的行为表示模型转换到系统的结构模 型。
参考材料
1) The Psychology of Human-Computer Interaction by S.K. Card et al. 2) Human-Computer Interaction (2nd Edition) by Alan J. Dix, et al. 3) 董士海等：《人机交互和多通道用户界面》. 科学出版社，1999. 2. 4) A Comparison of Approaches for Specifying Multi-Modal Interactive Systems，by Joelle Coutaz et al.
6.1.1 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。 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。
6.1.1 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。
6.1.3 UAN
UAN---User Action Notation UAN是一种简单的符号语言，主要描述 用户的行为序列以及在执行任务时所用 的界面物理对象。 尽管UAN属于一种行为模型，但作为一 种任务描述语言，它又涉及一定程度的 系统行为的描述，因而它兼有行为模型 和结构模型的一些特点。
层次化的界面描述方法
G-U-L模型
可以考虑将GOMS、UAN、LOTOS中模型结合为一个预 测行为模型：G-U-L模型。 G-U-L运用GOMS原理为基础进行任务分解，建立基本 的行为模型，原子操作由UAN模型描述，在此基础上， 运用LOTOS算符来表示任务目标之间的时序关系。 在G-U-L模型中没有加入规则，在表示目标之间的关系 中也未考虑同步。这主要考虑到规则的转换要涉及到 推理、建立知识库等问题，而同步的问题的描述和转 换也非常的复杂，这会在工作的初期造成非常大的困 难。
*GOAL:打谱
[]: OPRATOR:加速 OPRATOR:减速 OPRATOR:暂停 OPRATOR:恢复 GOAL:退出
LOTOS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 行选择并为涉及。 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。 GOMS和LOTOS的结合可以很好地描述人机交互的较高级 的任务，对于原子任务的形式化描述，上述模型并没有 给出一个比较清晰的描述，下面讨论的UAN模型主要用 于原子目标的描述。
6.1.2 LOTOS
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，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。 开始作为一种描述网络协议的语言，由于交互系 统、特别是多通道交互系统有并发系统的特点， 因此成为用来描述交互系统的行为模型。
GOMS实例
Task:Editing
GOAL:EDIT-MANUSCRIPT 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 [select:USE-QS-METHED USE-LF-METHOD] GOAL:MODIFY-TEXT [select:USE-S-METHOD USE-M-METHOD] VERIFY-EDIT
来自百度文库
UAN实例-单通道交互
UAN实例-多通道交互
UAN总结
UAN模型更接近于实现，界面状态和界面反馈 用一般的程序语言描述，实现起来比较方便， 当然这种描述由于接近于程序语言，因此设计 时需要一定的编程基础 UAN模型在精确刻画各成分之间的各种平行和 串行的时序关系方面尚显不足，任务之间的时 序关系没有明确表示出来，当所描述的界面使 用多种输入设备和有若干可选交互路径时，比 较繁琐。
• 用户动作标志符：
– ~[X]，在某个图形对象上 移动鼠标； – £ ， 按下鼠标； – ¢ ，释放鼠标； – !, 使对象高亮显示； – -!， 取消对象的高亮显示 – Display,显示图形对象； – Erase, 取消显示对象。
UAN预定义的条件标志符（部分）
while(condition) TASK
LOTOS算符
T1 ||| T2（交替Interleaving） T1和T2两个任务相互独立执行，可按任意顺序执行， 但永远不会同步。 T1 [] T2（选择Choice） 需要在T1，T2中选择一个执行，一旦选择某一个后， 必须执行它直到结束，在这中间另一个再无执行机会。 T1 | [a1,...,an] | T2（同步Synchronization） 任务T1，T2必须在动作（a1,……，an）处保持同步 T1 [> T2（禁止Deactivation） 一旦T2任务被执行，T1便无效（不活动） T1 >> T2（允许Enabling） 当T1成功结束后才允许T2执行
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； highlight(icon) 使icon 高亮显示； de_highlight(icon) 取消 icon的高亮显示。
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。 GOMS对于任务之间的关系描述过于简单,只有顺序和 选择.事实上任务之间的关系还有很多种（具体参见 6.1.2节中LOTOS的介绍），另外选择关系通过非形式 化的附加规则描述，实现起来也比较困难。 GOMS把所有的任务都看作是面向操作目标的，而忽略 了一些任务所要解决的问题本质以及用户间的个体差 异，它的建立不是基于现有的认知心理学，无法代表 真正的认知过程。
GOMS应用
作为一种人机交互界面表示的理论模型， GOMS是人机交互研究领域内少有的几个广 为人知的模型之一，并被称为最成熟的工 程典范，该模型在计算机系统的评估方面 也有广泛的应用。 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。
LOTOS实例
中国象棋的LOTOS任务分解实例
LOTOS与GOMS的结合
LOTOS模型很好的描述了任务之间的时 序约束关系，这些时序约束关系能更好 的描述GOMS中子目标之间的关系。 用GOMS模型描述任务的分解过程，而 用LOTOS给出子任务之间的约束关系， 这样就可以增加两种表示模型的表示能 力。
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
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。
第6章 人机交互界面的表示模型
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。
界面模型分类
任务分解和分析
能力模型（competence model）
预测和描述用户合法的交互行为序列
GOAL: ICONSIZE-WINDOW . [select GOAL: USE-CLOSE-METHOD . . MOVE-MOUSE-TO-WINDOW-HEADER . . POP-UP-MENU . . CLICK-OVER-CLOSE-OPTION . GOAL: USE-L7-METHOD . . PRESS-L7-KEY]