第2章認知心理學與人機工程學課件

第2章

認知心理學與人機工程學

1人機交互技術編寫組第2章

認知心理學與人機工內容摘要認知的多個過程，包括感知、關注、記憶、學習、識別、閱讀、說話和聆聽、規(guī)劃、推理和決策認知特點對交互界面設計的影響認知的概念框架人機工程學與人機界面設計2人機交互技術編寫組內容摘要認知的多個過程，包括感知、關注、記憶、學習、識別、認知心理學認知心理學研究人們如何獲得外部世界信息，信息在人腦內如何表示并轉化為知識，知識怎樣存儲又如何用來指導人們的注意和行為

認知心理學涉及心理活動的全部過程——從感覺到知覺、識別、注意、學習、記憶、概念的形成、思維、表象、回憶、語言、情緒和發(fā)展過程。

3人機交互技術編寫組認知心理學認知心理學研究人們如何獲得外部世界信息，信息在人腦感知和認知人的感知:通過人體器官和組織進行人與外部世界的信息的交流和傳遞認知:人們在進行日常活動時發(fā)生于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學習、幻想、決策、看、讀、寫和交談等

人的感知是認知的基礎，認知是將感知獲取的信息綜合運用認知分為經驗認知和思維認知認知過程是相互聯(lián)系的，單純的一個認知過程是非常少見的4人機交互技術編寫組感知和認知人的感知:通過人體器官和組織進行人與外部世界的信息視覺感知視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界80%的信息都是通過視覺得到的，因此視覺顯示是人機交互系統(tǒng)中用的最多的人機界面。5人機交互技術編寫組視覺感知視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界8視覺感知視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。一方面，眼睛和視覺系統(tǒng)的物理特性決定了人類無法看到某些事物；另一方面，視覺系統(tǒng)進行解釋處理信息時可對不完全信息發(fā)揮一定的想象力。進行人機交互設計需要清楚這兩個階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息。

6人機交互技術編寫組視覺感知視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和眼睛的構造7人機交互技術編寫組眼睛的構造7人機交互技術編寫組視干細胞和視錐細胞的功能區(qū)別視干細胞視錐細胞在低水平照明時（如夜間）起作用在高水平照明時（如白天）起作用區(qū)別黑白區(qū)別彩色對光譜中綠色部分最敏感，在遠離視網膜中心處最多對光譜中黃色部分最敏感，在視網膜中部最多對極弱的刺激敏感主要在識別空間位置和要求敏銳地看物體時起作用

8人機交互技術編寫組視干細胞和視錐細胞的功能區(qū)別視干細胞視錐細胞在低水平照明時（視角和視敏度

視角9人機交互技術編寫組視角和視敏度視角9人機交互技術編寫組視角和視敏度一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細節(jié)，為我們設計界面時字符大小和間距提供了依據。視敏度：指人眼對細節(jié)的感知能力，通常用被辨別物體最小間距所對應的視角的倒數表示。10人機交互技術編寫組視角和視敏度一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細節(jié)，為我感知物體大小、相對距離和深度利用視覺影像中的線索：覆蓋關系：被覆蓋的物體相對較遠；大小比例：一般來講，較大的物體距離較近；對物體的熟悉度：對非常熟悉物體，人們對物體的大小在頭腦中事先有一個期望和預測，因此在判斷物體距離時很容易和他看到的物體的大小聯(lián)系起來

11人機交互技術編寫組感知物體大小、相對距離和深度利用視覺影像中的線索：11人機交

感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映

增強亮度可以提高視敏度

隨著亮度的增加，閃爍感也會增強。在高亮度時，光線變化低于50Hz，視覺系統(tǒng)就會感到閃爍在設計交互界面時，要考慮使用者對亮度和閃爍的感知，盡量避免使人疲勞的因素，創(chuàng)造一個舒適的交互環(huán)境。

12人機交互技術編寫組感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映12人機交互技術編寫組感知色彩

人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結果。

顏色通常用三種屬性表示：色度、強度和飽和度。色度是由光的波長決定的，正常的眼睛可感受到的光譜波長為400μm-700μm。

13人機交互技術編寫組感知色彩人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結視錯覺

萊亞錯覺物體的組合方式將影響觀察者的感知方式：人們總會夸大水平線而縮短垂直線。視錯覺同樣會影響到顯示頁面的對稱性。人們經常把對稱頁面的中心看得稍微偏上些，如果頁面以實際中心為基準排版設計，人們就會感到頁面上部比下部分要短，影響視覺效果。在實際設計過程中，設計者就會以視覺中心為基準設計圖形界面。14人機交互技術編寫組視錯覺萊亞錯覺14人機交互技術編寫組閱讀進行交互界面設計時，文字符號的處理，特別是文字的排版和顯示，也要根據人們的視覺感知特點，找出其中一些規(guī)律。閱讀分為幾個階段：頁面上文字的形狀被人眼感知，文字被編碼成相關的內部語言表示，語言在人腦中被解釋成有語法和語義的單詞或句子15人機交互技術編寫組閱讀進行交互界面設計時，文字符號的處理，特別是文字的排版和顯閱讀成年人閱讀是通過字的特征（如字的形狀）加以識別。改變字的顯示方式（如用大寫字母，改變字體等），會影響到閱讀的速度和準確性。9～12號的標準字體（英文）更易于識別，頁面的寬度在58～132mm之間閱讀效果最佳。在明亮的背景下顯示灰暗的文字比在灰暗的背景下顯示明亮的文字更能提高人的視敏度，增強文字的可讀性。16人機交互技術編寫組閱讀成年人閱讀是通過字的特征（如字的形狀）加以識別。改變字的聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息。人的聽覺可以感知大量的信息，但被視覺關注掩蓋了許多。聽覺所涉及的問題和視覺一樣，即接受刺激，把它的特性轉化為神經興奮，并對信息進行加工，然后傳遞到大腦。17人機交互技術編寫組聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息

耳朵的構造18人機交互技術編寫組耳朵的構造18人機交互技術編寫組聲音的處理聲波在空氣中的振動傳播的特性音調與聲波的頻率有關，低頻能產生低調的聲音，高頻能產生高調的聲音。響度指在頻率一定的情況下聲波的振幅。音色與發(fā)聲的材料有關，不同的樂器可以產生相同頻率和振幅的聲波，但音色不同。19人機交互技術編寫組聲音的處理聲波在空氣中的振動傳播的特性19人機交互技術編寫聲音的處理人類能夠聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，其中在1000Hz~4000Hz范圍內聽覺的感受性最高。500Hz以下和5000Hz以上的聲音，強度很大時才能被聽到。音頻超過140dB時，所引起的不再是聽覺而是痛覺。人可以辨認的語音頻率范圍是260~5600Hz。20人機交互技術編寫組聲音的處理人類能夠聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，

聲音的解釋聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類：噪聲和可以忽略的不重要的聲音；被賦予意義的非語言聲音，如動物的叫聲；用來組成語言的有意義的聲音。聽覺系統(tǒng)就像視覺系統(tǒng)一樣，利用以前的經驗來解釋輸入。21人機交互技術編寫組聲音的解釋聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類：21人機交互技術編寫組聲音的解釋LindsayPH和NormanDA的“材料-驅動”和“概念-驅動”“材料-驅動”（Data-Driven）材料-驅動指的是對言語材料在感知水平上進行的加工過程，它是由下而上的分析過程?！案拍?驅動”（Conceptually-Driven）過程。概念-驅動則是在理解水平上進行的加工過程，它是由上而下（從最高的結構概念開始）的分析過程。22人機交互技術編寫組聲音的解釋LindsayPH和NormanDA的“材料

觸覺觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力缺陷的人，如盲人，是至關重要的觸覺的感知機理與視覺和聽覺的最大不同在于它的非局部性溫度感受器-冷熱傷害感受器-疼痛機械刺激感受器-壓力23人機交互技術編寫組觸覺觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力觸覺實驗表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍。對人身體各部位觸覺敏感程度的了解有助于基于觸覺的交互設備的設計。動覺的概念：對人的軀干和四肢的位置的感覺24人機交互技術編寫組觸覺實驗表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍

認知過程與交互原則

認知涉及到多個特定類型的過程，包括：關注感知和識別記憶學習閱讀說話和聆聽解題、規(guī)劃、推理和決策25人機交互技術編寫組認知過程與交互原則認知涉及到多個特定類型的過程，包括：25認知過程與交互原則許多認知過程是相互依賴的，一個活動可同時涉及多個不同的過程，只涉及一個過程的情況非常罕見，例如人們在選購商品時就涉及關注、感知、識別、說話、思考、決策等過程。26人機交互技術編寫組認知過程與交互原則許多認知過程是相互依賴的，一個活動可同時涉經驗認知經驗認知指的是有效、輕松地觀察、操作和響應周圍的事件，它要求具備某些專門知識并達到一定的熟練程度，如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔，操作機床加工零件，閱讀，駕駛汽車等。27人機交互技術編寫組經驗認知經驗認知指的是有效、輕松地觀察、操作和響應周圍的事件思維認知思維認知則有所不同，它涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)造的來源，如設計、學習、寫作等。這兩個模式在日常生活中都是必不可少的，只是二者需要不同類型的技術支持。28人機交互技術編寫組思維認知思維認知則有所不同，它涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)什么是關注關注就是在某個時刻，從眾多可能的事物中選擇一個，并把精力集中在這個事物上。關注涉及到聽覺和視覺。例如，彩民對彩票中獎號碼的關注，如果通過收聽廣播來獲得號碼，這就是一個“聽覺關注”；如果通過查找報刊來獲得號碼，這就是一個“視覺關注”。從這里也可以看出，關注這一過程主要與兩個方面有關：目標和信息表示。

29人機交互技術編寫組什么是關注關注就是在某個時刻，從眾多可能的事物中選擇一個，并

關注關注的不同類型視覺關注：查找報刊來獲得號碼

聽覺關注：收聽廣播來獲得號碼

關注相關的因素目標：確切知道需要找什么，人們就可以把獲得的信息與目標相比較。信息的表示形式：信息的顯示方式對于人們能否快速捕捉到所需的信息片斷有很大的影響。分類顯示的信息就比較便于人們查找

30人機交互技術編寫組關注關注的不同類型30人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示分類顯示的信息就比較便于人們查找。如圖是WindowsXP系統(tǒng)中的一個文件列表。由于對文件按字母順序進行了排序，且對信息進行了分欄，并對各欄進行了分割，因此按文件名查找一個文件是非常容易的。31人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示分類顯示的信息就比較便于人們查找。如圖信息表示方法：分類表示32人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示32人機交互技術編寫組關注特點對界面設計的要求由人的關注特點，在設計人機交互界面時應做到。信息的顯示應醒目，以便執(zhí)行任務時使用，可使用動畫圖形、彩色、下劃線，對條目及不同的信息進行排序，在條目之間使用間隔符等。避免在界面上安排過多的信息。尤其要謹慎使用色彩、聲音和圖像，人們傾向于使用過多的這類表示，而導致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。樸實的界面更容易使用。33人機交互技術編寫組關注特點對界面設計的要求由人的關注特點，在設計人機交互界面時

感知和識別在結合不同的媒體時，應確保用戶能夠理解它們表示的復合信息。在結合使用聲音和動畫時，需要仔細協(xié)調，合理安排它們的調用次序。在設計虛擬人物時，就應該使其唇形與所說的話同步，兩者之間的微小延遲都會使人難以忍受，這類似于給外文電影配音。用戶應能不費力地區(qū)別圖標或其他圖形表示的不同含義。34人機交互技術編寫組感知和識別在結合不同的媒體時，應確保用戶能夠理解它們表示的復感知和識別聲音應足夠響亮而且可辨識，以便用戶理解它們的含義。用戶應能夠理解輸出的語音及其含義。文字應清晰易讀，且不受背景干擾如可以在黑色或藍色背景上使用黃色文字，但不能在白色或綠色背景上使用黃色文字。在虛擬環(huán)境中使用觸覺反饋時，用戶應能識別各種觸覺表示的含義。例如“緊握”的觸感與“按下”的觸感不同。35人機交互技術編寫組感知和識別聲音應足夠響亮而且可辨識，以便用戶理解它們的含義。記憶

記憶就是回憶各種知識以便采取適當的行動。記憶過程中有三個環(huán)節(jié)：識記：相當于信息的輸入和編碼過程，也就是使不同感官輸入的信息，經過編碼而成為頭腦可接受的形式；保持：相當于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結構，以便貯存；再認和回憶：再認和回憶相當于信息的提取，編碼越完善、組織越有序，提取也就越容易，反之，提取越困難。36人機交互技術編寫組記憶記憶就是回憶各種知識以便采取適當的行動。記憶過程中有三減輕記憶負擔人的識別能力大于回憶能力圖文界面替代命令界面安裝過程的wizard回憶提示密碼的提示語句信息檢索的兩大過程：定向回憶：記憶的信息盡可能貼切地描述所需檢索的信息,并在界面顯示檢索空間;掃描識別：即瀏覽各個文件目錄;37人機交互技術編寫組減輕記憶負擔人的識別能力大于回憶能力37人機交互技術編寫組Windowxp搜索界面38人機交互技術編寫組Windowxp搜索界面38人機交互技術編寫組交互設計原則綜上所述，考慮人的記憶特點，進行交互設計時應該注意的問題有：應考慮用戶的記憶能力，勿使用過于復雜的任務執(zhí)行步驟。由于用戶長于“識別”而短于“回憶”，所以在設計界面時，應使用菜單、圖標，且它們的位置應保持一致。為用戶提供多種電子信息（如文件、郵件、圖像）的編碼方式，并且通過顏色、標志、時間戳、圖標等，幫助用戶記住它們的存放位置。39人機交互技術編寫組交互設計原則綜上所述，考慮人的記憶特點，進行交互設計時應該注學習學習包括兩個方面：學習使用某個計算機應用程序借助于計算機應用程序，學習特定內容。人們不喜歡采用的按部就班式的學習方式，而更喜歡“邊學習邊實踐”的方式。GUI和直接操作界面就能很好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶“撤銷”自己的操作40人機交互技術編寫組學習學習包括兩個方面：40人機交互技術編寫組學習Carroll提出了另一種幫助學習者的方法：在開始時，只允許初學者執(zhí)行基本功能，隨著他們經驗的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。這個方法的基本思想是：使最初的學習過程盡可能簡單，讓學習者先專注于簡單操作，再接觸更復雜的操作。

41人機交互技術編寫組學習Carroll提出了另一種幫助學習者的方法：在開始時，只學習在交互式設計中，人們利用動態(tài)鏈接來學習難學的事物，動態(tài)鏈接能夠明確地表示內容之間的關系，對問題加以解釋。為了有利于學習，應有以下設計原則：界面設計應能激發(fā)對用戶界面使用的探索。設計界面應限制可選項，并引導用戶選擇合適的動作。使用動態(tài)鏈接把具體表示與待學習的抽象表示相聯(lián)系。42人機交互技術編寫組學習在交互式設計中，人們利用動態(tài)鏈接來學習難學的事物，動態(tài)鏈閱讀、說話和聆聽許多人認為聆聽要比閱讀容易得多，但學習外語時，閱讀要比聆聽容易。以下是三種形式的不同之處：書面語言是永久性的，而聆聽是暫時性的。若第一次閱讀不理解，可以再讀一遍，但對于廣播消息，人們則無法做到這一點。閱讀比聽、說更快。人們可以快速掃描書面文字，但只能逐一聽取其他人所說的詞語。從認知的角度來看，聽要比讀和說更容易。兒童尤其喜歡觀看基于多媒體或Web的敘述性學習材料，而不喜歡閱讀在線文字材料。書面語言往往是合乎語法的，而口頭語言常常不符合語法。43人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽許多人認為聆聽要比閱讀容易得多，但學習外語閱讀、說話和聆聽為了彌補人在某些方面的不足，開發(fā)了易于使用的系統(tǒng)。語音輸出系統(tǒng)，如適合盲人使用的文－語轉換系統(tǒng)，可輸出人工合成的語音。認知輔助系統(tǒng)，用于幫助有閱讀、書寫和語言障礙的人。研究人員已開發(fā)了許多特殊的界面以幫助這些人員。接受用戶語音指令的語音識別系統(tǒng)，如聽寫式字處理系統(tǒng)、聲控家電產品等；幫助人們學習外語的交互式課本和基于Web的材料；各種輸入、輸出設備，用于協(xié)助殘疾人士瀏覽互聯(lián)網、使用文字處理器和其他軟件包。44人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽為了彌補人在某些方面的不足，開發(fā)了易于使用的閱讀、說話和聆聽從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機界面設計時應注意：盡量減少語音菜單、命令的數目。研究表明：人們很難掌握超過三四個語音選項的菜單的使用方法，人們也很難記住含有多個部分的語音指令。應重視人工合成語音的語調，因為合成語音要比自然語音難以理解。應允許使用和自由放大文字，同時不影響格式，以方便難以閱讀小字體的用戶。45人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機界面

解題、規(guī)劃、推理和決策這些認知過程是要考慮做什么、有那些選擇、執(zhí)行某個活動會有什么結果等。它們都屬于“思維認知”過程，通常涉及有意識的處理（知道自己在思考什么），與他人（或自己）討論以及使用各種制品（如地圖、書本、筆和紙）。在實際決策中，往往包含多種可能的行動方案，需要分析比較，擇優(yōu)選用。例如，人們在互聯(lián)網上查找信息時，往往會比較不同的信息來源。正如人們買東西時會多方詢問價格，也可以使用不同的搜索引擎，找出最價格最合適或提供了最佳信息的網站。46人機交互技術編寫組

解題、規(guī)劃、推理和決策這些認知過程是要考慮做什么、有那些解題、規(guī)劃、推理和決策人的思維認知能力取決于在相關行業(yè)的經驗以及對應用和技能的掌握程度。新手往往只具備有限的知識，在一開始他們可能會頻頻犯錯、操作效率低，也可能因為直覺錯誤，或者由于缺乏預見能力而采取一些不合理的方法。相比之下，專家們則具備更豐富的知識和經驗，且能夠選擇最優(yōu)的策略來完成任務。他們也具備預見能力，能夠預見某個舉動或解決方案會有什么樣的結果。設計時應考慮在界面中隱藏著一些附加信息，專門供那些希望學習如何更有效地執(zhí)行任務的用戶訪問。47人機交互技術編寫組解題、規(guī)劃、推理和決策人的思維認知能力取決于在相關行業(yè)的經驗情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力積極的情感會使人的思考更有創(chuàng)造性、解決復雜問題的能力更強;而消極的情感使人的思考更加片面，還會影響其他方面的感知和認知能力；當一個人處于積極的情感狀態(tài)時，對系統(tǒng)中的交互設計缺陷可能不會太在意，但這決不能成為可以設計一個較差的交互系統(tǒng)的理由。48人機交互技術編寫組情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力48人機交互技術編情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力一個好的交互系統(tǒng)，應該能夠充分考慮人在各種情感狀態(tài)下的認知特點，有針對性地進行交互的設計。

一個差的交互系統(tǒng)，會反過來影響一個人的情緒，從而影響他解決問題的能力。49人機交互技術編寫組情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力49人機交互技術編情感計算計算機系統(tǒng)的設計應當像人類一樣能夠識別和表達感情，這被稱為“情感計算”。情感計算主要研究通過各種傳感器獲取由人的情感所引起的生理及行為特征信號，建立“情感模型”，從而訓練感知、識別和理解人類情感的能力，并能針對用戶的情感做出智能、靈敏、友好反應的個人計算系統(tǒng)，縮短人機之間的距離，營造真正和諧的人機環(huán)境。

50人機交互技術編寫組情感計算計算機系統(tǒng)的設計應當像人類一樣能夠識別和表達感情，這個體的差異進行交互系統(tǒng)設計時還是不應該忘記人是存在個性差異的，如：長期的，如性別、體力和智力水平。短期的，如壓力和情感因素對人的影響。隨時間變化的，如人的年齡等。人機交互設計應充分考慮個體的差異當進行任何一種交互形式設計時，應該考慮我們的決定是否會對目標用戶中的一部分帶來不方便?，F有的強調圖形界面的交互設計實際上排除了那些有視力缺陷的人，因此系統(tǒng)應考慮提供其他的感知通道。51人機交互技術編寫組個體的差異進行交互系統(tǒng)設計時還是不應該忘記人是存在個性差異的概念模型及對概念模型的認知概念模型：指的是一種用戶能夠理解的系統(tǒng)描述，它使用一組集成的構思和概念，描述系統(tǒng)做什么、如何運作、外觀如何等。例如一個旅游公司想要構建一個無線信息系統(tǒng)，目的是幫助游客在陌生的城市尋找目的地。設計這個系統(tǒng)要做的第一步就是考慮系統(tǒng)與游客交互的概念模型。52人機交互技術編寫組概念模型及對概念模型的認知概念模型：指的是一種用戶能夠理解的概念模型及對概念模型的認知首先，搞清楚游客們想要知道什么？通常，游客想要了解的信息五花八門，例如，如何從A到達B？郵局在哪里？哪里有好的餐館等等。然后考慮如何支持游客的這種“問訊”活動。例如，讓游客直接向系統(tǒng)提問，就像通常的向人問路一般，這是不是一個好方法？或者，游客是否習慣于向機器輸入指令詢問問題的方式？又或者，游客會不會更喜歡提供了各種表格、地圖和辦事指南等信息且允許用戶從容自由地檢索的系統(tǒng)？

53人機交互技術編寫組概念模型及對概念模型的認知首先，搞清楚游客們想要知道什么？通

設計一個概念模型的關鍵過程應包括如下兩個階段：了解用戶在執(zhí)行日常任務時做什么。選擇交互方式，并決定采用何種交互形式（是使用菜單系統(tǒng)，還是使用語音輸入，或命令式的系統(tǒng)）。有關交互方式的決策與有關交互形式的決策是不相同的。前者是更高層次的抽象，它關心的是要支持的用戶活動的本質，而后者關心的是特殊的界面類型。概念模型設計的關鍵過程54人機交互技術編寫組設計一個概念模型的關鍵過程應包括如下兩個階段：概念模型設計概念模型的迭代開發(fā)過程一個完整的概念模型也是一步步充實起來的，可以使用各種方法，包括草擬構思情節(jié)串聯(lián)法描述可能的場景設計原型系統(tǒng)通過不斷的與用戶交流，逐步完善交互系統(tǒng)的概念模型。55人機交互技術編寫組概念模型的迭代開發(fā)過程一個完整的概念模型也是一步步充實起來對概念模型的認知一個系統(tǒng)能夠做到讓用戶感到滿意，除了在設計開始階段建立一個好的概念模型以外，還應該考慮如何根據人的認知特點，提供多種手段，使用戶能盡快理解關于系統(tǒng)外觀及行為即概念模型的構思，這是一個非?；镜膯栴}。

56人機交互技術編寫組對概念模型的認知一個系統(tǒng)能夠做到讓用戶感到滿意，除了在設計開三個相互聯(lián)系的概念模型

1.設計模型——設計師設想的模型，說明系統(tǒng)如何運作。2.系統(tǒng)映像——系統(tǒng)實際上如何運作。3.用戶模型——用戶如何理解系統(tǒng)的運作。57人機交互技術編寫組三個相互聯(lián)系的概念模型1.設計模型——設計師設想的模型，說幾種認知概念框架

從人們不同的認知特點，討論用戶如何理解系統(tǒng)概念模型，它們是：思維模型信息處理模型外部認知模型分布式認知模型58人機交互技術編寫組幾種認知概念框架

從人們不同的認知特點，討論用戶如何理解系統(tǒng)思維模型在認知心理學中，思維模型被認為是外部世界的某些因素在人腦中的反映，掌握和運用思維模型使得人們能夠進行推測和推理。思維模型牽涉到兩個過程—“構建”和“運用”過程，人們既可能進行有意識的思維處理，也可能進行無意識的思維處理。用戶思維模型：人們在學習和使用系統(tǒng)的過程中，積累了有關如何使用系統(tǒng)的知識，而且在一定程度上，也積累了有關系統(tǒng)如何工作的知識。59人機交互技術編寫組思維模型在認知心理學中，思維模型被認為是外部世界的某些因素在思維模型用以指導交互的重要性若用戶已經有了一個關于交互式系統(tǒng)的完整的思維模型，他們在使用交互式產品時，就會使用這個思維模型進行推理，找出如何執(zhí)行任務的方法。

錯誤的思維模型帶來錯誤的思維模式：使用空調調溫器（受水龍頭、音量控制的影響）互聯(lián)網網頁瀏覽時的錯誤思維模式60人機交互技術編寫組思維模型用以指導交互的重要性若用戶已經有了一個關于交互式系統(tǒng)

正確的思維模型的建立在理想情況下，用戶開發(fā)的思維模型應與設計人員開發(fā)的概念模型相符，如何幫助用戶達到這個目標是一個非常關鍵的問題。一個交互式系統(tǒng)在設計時，應該開發(fā)一個易于用戶理解的系統(tǒng)映像，應該做到及時響應用戶的輸入并給出有用的反饋；提供易于理解的、直觀的反饋信息。61人機交互技術編寫組

正確的思維模型的建立此外，一個好的交互系統(tǒng)還需要提供正確的信息類型以及正確的信息層次，以針對不同層次的用戶，提供不同層次的系統(tǒng)透明度。這方面包括：有條理的、易于理解的說明合適的在線幫助和自學教程上下文相關的用戶指南，即，針對不同層次的用戶，解釋在不同的任務階段應如何處理各種情況62人機交互技術編寫組正確的思維模型的建立此外，一個好的交互系統(tǒng)還需要提供正確的信信息處理模型在認知心里學中,人們把大腦視為一個信息處理機，信息通過一系列有序的處理階段進、出大腦。在這些階段中，大腦需要對思維表示（包括映像、思維模式、規(guī)則和其他形式的知識）進行各種處理（如比較和匹配）。

63人機交互技術編寫組信息處理模型在認知心里學中,人們把大腦視為一個信息處理機，信信息處理模型“信息處理模型”把認知概念化為一系列的處理階段，其中，感知處理器、認知處理器和動作處理器是有機結合在一起的。“信息處理”的方法就是建立各種思維活動的模型，且這些思維活動完全發(fā)生于人腦內。然而，在大多數的認知活動中，人們都需要同信息的外部表示（如書本、文檔和計算機）進行交互—更不用說同其他人的交互了。64人機交互技術編寫組信息處理模型“信息處理模型”把認知概念化為一系列的處理階段，信息處理模型的步驟響應執(zhí)行響應選擇比較編碼輸入或刺激輸出或響應65人機交互技術編寫組信息處理模型的步驟響應執(zhí)行響應選擇比較編碼輸入輸出65人機交信息處理模型的局限“信息處理模型”是不是正確地反應了人們日常的認知活動呢？它能否解釋真實世界中的認知現象，又能否解釋人們與計算機交互時的認知活動呢？有些研究人員認為，“信息處理”方法沒有說服力，因為這種方法只是考慮純粹的智能活動，把這種活動同外界的干擾源以及人工輔助物隔離開來。66人機交互技術編寫組信息處理模型的局限“信息處理模型”是不是正確地反應了人們日常信息處理模型的局限目前，日益被人們認同的是在認知發(fā)生的上下文中研究、分析認知過程。主要目標是分析環(huán)境中的結構如何幫助人類認知，并減輕認知負擔。

67人機交互技術編寫組信息處理模型的局限目前，日益被人們認同的是在認知發(fā)生的上下文外部認知模型人們需要同各種外部表示相交互，并且使用它們來學習和積累信息。這些外部表示包括書本、報紙、網頁、多媒體、地圖、圖表等。人們還開發(fā)了眾多的工具來幫助認知，例如筆、計算器、計算機等。外部表示與物理工具相結合大大增強了人們的認知能力,事實上，它們是不可缺少的組成部分，沒有了它們，很難想象人們如何進行日常生活。

68人機交互技術編寫組外部認知模型人們需要同各種外部表示相交互，并且使用它們來學習外部認知模型外部認知是要解釋人們在與不同外部表示相交互時涉及的認知過程。其主要目的是要詳細說明在不同的認知活動、認知過程中使用不同表示的好處，主要包括：將信息、知識表面化以減輕記憶負擔。設計有利于人的信息表示及處理工具，減輕計算負擔。標注和認知追蹤。69人機交互技術編寫組外部認知模型外部認知是要解釋人們在與不同外部表示相交互時涉及基于外部認知特點的交互式界面設計原則使用基于外部認知的方法進行交互設計時，總體原則是要在界面上提供外部表示，以減輕用戶的記憶和計算負擔。設計人員需要開發(fā)不同類型的可視化信息，以便用戶解決某個問題，擴充和增強認知能力。信息和可視化技術，可用于表示大量的數據，同時允許用戶從不同的角度進行交叉比較。設計良好的GUI也能大大減輕用戶的記憶負擔，用戶能夠依賴外部表示提供的線索，與系統(tǒng)進行交互。

70人機交互技術編寫組基于外部認知特點的交互式界面設計原則使用基于外部認知的方法進分布式認知模型分布式認知法描述的是認知系統(tǒng)中發(fā)生了什么，它通常描述人員之間的交互，人們使用的物品及工作環(huán)境。例如，要駕駛飛機這個活動涉及：駕駛員、副駕駛員和空中交通管制員之間的交互；駕駛員、副駕駛員與駕駛艙內各種儀表的交互；駕駛員、副駕駛員與飛機所處環(huán)境的交互，如空中航線、跑道。71人機交互技術編寫組分布式認知模型分布式認知法描述的是認知系統(tǒng)中發(fā)生了什么，它通分布式認知模型分布式認知的主要目的是要從信息傳播媒介的角度來描述交互。也就是說，它考慮的是信息如何表示，信息在流經不同個人以及使用不同物體時是如何重新表示的。這類信息的轉變也稱為“表示狀態(tài)的轉變”。

72人機交互技術編寫組分布式認知模型分布式認知的主要目的是要從信息傳播媒介的角度來分布式模型與傳統(tǒng)模型輸出(動作)輸入(感官)表示處理

輸入表示表示表示處理處理

輸出分布式模型傳統(tǒng)模型73人機交互技術編寫組分布式模型與傳統(tǒng)模型輸出(動作)輸入(感官)表示處理輸入表分布式認知模型在進行分布式認知分析時，通常需要考查：分布式問題的解決方法，包括協(xié)議解決方式語言及非語言行為的任務，包括說了什么、眼神和眨眼等暗示什么、什么是沒有說出來的使用的各種協(xié)調機制，如規(guī)則、規(guī)程協(xié)作活動在進行過程中將用到的各種通信路徑如何共享和訪問信息74人機交互技術編寫組分布式認知模型在進行分布式認知分析時，通常需要考查：74人機分布式認知模型分布式認知分析一個重要部分就是要標出問題、故障以及響應的問題解決過程。這個分析結果可用于預測信息在流經認知系統(tǒng)時會發(fā)生什么情況，使用不同的技術配置和制品對當前工作有何影響。這個分析對于設計和評估新的協(xié)作式技術尤為有用。75人機交互技術編寫組分布式認知模型分布式認知分析75人機交互技術編寫組2.2人機工程學

與認知心理學相比，人機工程學（Ergonomics）更多地從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人機關系。它是人機界面學初期發(fā)展階段的主要研究內容，并對人機界面學以后的發(fā)展產生了重大的影響。76人機交互技術編寫組2.2人機工程學與認知心理學相比，人機工程學人機工程學概念人機工程學，在美國有人稱之為人類工程學（HumanEngineering）、人因工程學(HumanFactorsEngineering)，在歐洲有人稱之為人類工效學（Ergonomics），日本稱之為人間工學，其他國家大都引用西歐的名稱。人機工程不同的命名充分體現了該學科是“人體科學”與“工程技術”的結合。它是一門綜合性很強的邊緣學科，其研究領域是多方面的，可以說與國民經濟的各個部門都有密切的關系

77人機交互技術編寫組人機工程學概念人機工程學，在美國有人稱之為人類工程學（Hum人機工程學定義和研究內容定義人機工程學是研究“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)中人、機、環(huán)境三大要素之間的關系，為解決系統(tǒng)中的人的效能、健康問題提供理論與方法的科學。研究內容：研究人與機器之間的分工與配合；研究機具如何能更適合人的操作和使用，以提高人的工作效率，減輕人的疲勞和勞動強度；研究人機系統(tǒng)的工作環(huán)境對操作者的影響，用以改善工作環(huán)境；研究人機之間的界面，信息傳遞以及控制器和顯示器的設計等等。78人機交互技術編寫組人機工程學定義和研究內容定義78人機交互技術編寫組2.2.1人機系統(tǒng)

隨著時代的發(fā)展、科技的進步，人機關系由人操作工具、人適應機器、機器適合于人，發(fā)展到了現代的人機協(xié)調。人適應機器的能力是有一定限度的，人機關系進一步的解決辦法是改善機器，讓它適合于人的操作。79人機交互技術編寫組2.2.1人機系統(tǒng)隨著時代的發(fā)展、科技的進步，人機關系由人人機系統(tǒng)組成和人機系統(tǒng)基本框架

人機系統(tǒng)包括人、機、人機之間的界面以及人機系統(tǒng)所處的環(huán)境如下圖所示

人子系統(tǒng)人機界面機子系統(tǒng)環(huán)境80人機交互技術編寫組人機系統(tǒng)組成和人機系統(tǒng)基本框架人機系統(tǒng)包括人、機、人機之間人機系統(tǒng)組成人子系統(tǒng)包括感覺器官、中樞神經系統(tǒng)及運動器官三大部分;機子系統(tǒng)包括操作器（又名控制器）、機具本體及顯示器三大部分;人機界面負責人機子系統(tǒng)之間的信息傳遞;環(huán)境是人機系統(tǒng)運行的外界條件。在進行人機界面設計時，不應單純設計顯示與控制，還必須站在系統(tǒng)的高度上，整體考慮人-機-環(huán)境系統(tǒng)，進行系統(tǒng)設計。

81人機交互技術編寫組人機系統(tǒng)組成人子系統(tǒng)包括感覺器官、中樞神經系統(tǒng)及運動器官三大完整人機系統(tǒng)的六種功能這些功能是連續(xù)進行的，是人機共同作用而實現的。 l

信息接收 l

信息加工 l

信息貯存 l

執(zhí)行功能 l

信號反饋 l

輸入與輸出82人機交互技術編寫組完整人機系統(tǒng)的六種功能這些功能是連續(xù)進行的，是人機共2.2.1.2人機比較與分工10s內能輸出1.5kW,以0.15kW的輸出能連續(xù)工作一天，并能作精細的調整具有與認知直接聯(lián)系的高級檢測能力，缺少標準，會出偏差，具有味覺、嗅覺、觸覺空間自由度高，協(xié)調性好，可在三維空間進行多種運動具有特征抽取、綜合、歸納、模式識別、聯(lián)想、發(fā)明創(chuàng)造等高級思維能力及豐富的經驗比較項目機的特性人的特性物理方面的功率能輸出極大和極小的功率，但不能像人手那樣精細地調整檢測物理量檢測范圍廣，可正確檢測像電磁波這樣人不易檢測的物理量操作在速度、精度、力度、操作范圍、耐久性等方面比人優(yōu)越，能處理液體、氣體、粉狀體等物信息處理能力在事先編程的情況下可進行高級、準確的數據處理，記憶準確、持久，調出速度快83人機交互技術編寫組2.2.1.2人機比較與分工10s內能輸出1.5kW,以0.比較項目機的特性人的特性易疲勞，需要適當休息、保健、娛樂，很難長時間保持緊張狀態(tài)，不適應從事刺激小、單調乏味的作業(yè)容易出差錯；如果有時間和精力，可以處理意外事件，自我維護力強單通道耗費能源小，但要吃飯，需要教育和訓練，必須采取絕對的安全措施圖形識別圖形識別能力強耐久性、持續(xù)性、可維護性由成本決定；需維護保養(yǎng)，可進行單調的反復作業(yè)，不會疲勞可靠性由成本決定；對事先設計的作業(yè)有高可靠性，對預料之外的事件無能為力。一個零件的損壞，可導致整機失靈；特性能保持不變通道能夠進行多通道的復雜動作效率需外加功率；簡單作業(yè)速度快、準確，新機械從設計、制造到運轉需要時間；即使壞了也不要緊圖形識別能力差成本需要購置費，運轉、保養(yǎng)費；機械不使用僅失去機械本身的價值需要人工費用、工資等；如果發(fā)生意外，會危及生命84人機交互技術編寫組比較項目機的特性人的特性易疲勞，需要適當休息、保健、娛樂，很2.2.1.3人機系統(tǒng)設計要求考慮的問題

人機系統(tǒng)應該能滿足以下要求： (1)

達到預定的目的，完成預定的任務。

(2)

人機都能發(fā)揮各自的作用并協(xié)調一致地工作； (3)

系統(tǒng)提供接收輸入和完成輸出的功能，并具備協(xié)調功能。 (4)

系統(tǒng)設計應考率環(huán)境因素影響，例如廠房結構、工作場地布局、照明、溫度、濕度、噪聲等。 (5)

人機系統(tǒng)應充分適應人的特性，讓人容易學習、操作、使用系統(tǒng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)效能。85人機交互技術編寫組2.2.1.3人機系統(tǒng)設計要求考慮的問題人機系統(tǒng)應該能滿足設計時應考慮的幾個問題

(1)

為了滿足系統(tǒng)設計目標必須提供什么輸入和輸出？(2)

為產生系統(tǒng)輸出需要什么操作？(3)

人機之間的功能如何分工？(4)

人要完成操作需要什么樣的訓練和技能？構成的人機系統(tǒng)需要提供哪些方法幫助人接受訓練和獲得技能？(5)

需要系統(tǒng)完成的任務能否與人的能力相容？要避免人在過負荷狀態(tài)下的操作；(6)

人要完成作業(yè)需要什么樣的設備接口？這是考慮人的因素的最重要的問題。(7)

人機子系統(tǒng)工作能否協(xié)調？是相互幫助還是相互妨礙？86人機交互技術編寫組設計時應考慮的幾個問題(1)

為了滿足系統(tǒng)設計目標必須提2.2.1.4人機系統(tǒng)設計步驟

(1)

需求分析階段明確目標，即用戶是“誰”，人機系統(tǒng)所應具備的功能、條件，包括可用條件、制約條件及環(huán)境條件等。(2)

調查研究包括預測和確定目標，對同類系統(tǒng)的調查研究。(3)

系統(tǒng)分析規(guī)劃階段在明確系統(tǒng)目的和條件基礎上，分析和規(guī)劃系統(tǒng)的功能，并按人機兩者進行分配。(4)

系統(tǒng)設計階段這個階段完成具體的設計，設計中要考慮人的因素，要保證人機具的適應性，并制定人機系統(tǒng)操作步驟、方法及制定人員培訓計劃。(5)

測試階段對構成系統(tǒng)進行試運行，并評價系統(tǒng)的安全性、可靠性、舒適性等指標，如果獲得用戶認可則可提交生產。（6）人機系統(tǒng)生產制造及提交使用。

87人機交互技術編寫組2.2.1.4人機系統(tǒng)設計步驟(1)

需求分析階段明2.2.2界面設計中的人機工程學

在人機界面設計中，根據人接受信息的感覺通道不同，可以將顯示界面分為視覺顯示界面、聽覺顯示界面和觸覺顯示界面。其中以視覺和聽覺顯示界面最為廣泛。以下分別闡述視覺和聽覺顯示界面的設計原則。88人機交互技術編寫組2.2.2界面設計中的人機工程學在人機界面設計中，根據人接2.2.2.1顯示界面設計

視覺顯示器必須保證三項基本要求：能見性清晰性可識性89人機交互技術編寫組2.2.2.1顯示界面設計視覺顯示器必須保證三項基本要求：視覺顯示器的設計須遵循的原則：(1)

選用最適宜的視覺刺激維度作為傳遞信息的代碼，并將視覺代碼的數目限制在人的絕對辨識能力允許的范圍內。(2)

使顯示器精度與人的視覺辨認能力相適應。(3)

盡量采用形象直觀且與人的認知特點相匹配的顯示格式。(4)

對同時呈現的相互關聯(lián)的信息盡可能實現綜合顯示，以提高顯示效率。(5)

目標與背景之間要有適宜的對比關系，包括亮度對比、顏色對比和形狀對比等。(6)

具有良好的環(huán)境照明條件，以保證對目標的準確辨認。(7)

根據任務的性質和使用條件，確定視覺顯示器的尺寸和安放位置。(8)

要與系統(tǒng)中其他顯示器和控制器在空間關系和運動關系上相兼容。90人機交互技術編寫組視覺顯示器的設計須遵循的原則：90人機交互技術編寫組聽覺顯示器聽覺顯示器是利用聲音通過人的聽覺通道向人傳遞信息的裝置，可分為聲音聽覺顯示器和言語聽覺顯示器兩大類。與視覺通道相比，聽覺具有易引起人的隨意注意，而且反應速度快和不受照明條件限制等突出的優(yōu)點。91人機交互技術編寫組聽覺顯示器聽覺顯示器是利用聲音通過人的聽覺通道向人傳遞信息的優(yōu)化聽覺顯示器的設計應遵循的原則(1)

聽覺刺激所代表的意義一般應與人們已經習慣的或自然的聯(lián)系相一致。(2)

采用聲音的強度、頻率、持續(xù)時間等維度作信息代碼時，應避免使用極端值，而且代碼數目不應超過使用者的絕對辨識能力。(3)

信號的強度應高于背景噪聲，要保持足夠的信噪比，以防止聲音掩蔽效應帶來的不利影響。(4)

盡量使用間隔或可變的聲音信號，要避免使用穩(wěn)定信號，使對聲音信號的聽覺適應減至最小。(5)

不同聲音信號應盡量分時段呈現，其時間間隔不易短于1s。(6)

顯示復雜的信息時，可采用兩級信號。第一級為引起注意的信號，第二級為精確指示的信號。(7)

對不同場合使用的聽覺信號盡可能標準化。92人機交互技術編寫組優(yōu)化聽覺顯示器的設計應遵循的原則(1)

聽覺刺激所代表的意2.2.2.2控制顯示界面設計

控制界面主要指各種操作裝置，包括手動操縱裝置和腳動操縱裝置。常見的有旋鈕、搖柄、按鈕、手柄按鍵等。在這些界面設計中需要人給予一定力的作用，并且這些力都需要一定的信息反饋。93人機交互技術編寫組2.2.2.2控制顯示界面設計控制界面主要指各種操作裝置，編碼設計(1)

形狀編碼利用外觀造型設計的不同進行區(qū)分，是一種比較容易的方法。(2)

材料編碼根據控制材料的不同，可對其表面肌理進行編碼，如使光滑表面區(qū)別于粗糙表面。(3)

位置編碼位置編碼是利用空間位置的不同，通過人的運動感覺來正確辨別。人的垂直方位感優(yōu)于水平方向的感覺動。(4)

色彩編碼色彩具有比形狀更強烈的沖擊力，是最佳的編碼方式。色彩編碼一般只有紅、橙、黃、藍等幾種種，色彩多了容易使人混淆。色彩編碼要受照明強度的影響。(5)標注編碼當操作裝置數量較多，且形狀難以區(qū)分時，可在操縱裝置上刻以適當的符號以示區(qū)別。符號設計應簡單易辨識，有很強的外形特征，如鍵盤上的字母符號設計等。94人機交互技術編寫組編碼設計94人機交互技術編寫組2.2.2.3顯控協(xié)調性設計

顯控協(xié)調性是指顯示和控制的關系與人們的期望的一致性。對于顯示與控制的協(xié)調性設計，應根據人機工程學原理和人的習慣定式等生理、心理特點，并遵循以下的原則：95人機交互技術編寫組2.2.2.3顯控協(xié)調性設計顯控協(xié)調性是指顯示和控制的關系顯示與控制的協(xié)調性設計原則1.空間協(xié)調性

顯示與控制在空間位置上的關系與人的期望的一致性。

2.運動協(xié)調性

顯示指示部分的運動、所控制變量的增減方向是決定關系協(xié)調性的重要因素。3.概念協(xié)調性概念協(xié)調性是指顯示與控制在概念上與人的期望的一致性。例如綠色通常表示安全，黃色表示警戒，紅色表示危險。4.習慣模式

習慣模式是下意識和“自動”的行為，是一種條件反射。96人機交互技術編寫組顯示與控制的協(xié)調性設計原則1.空間協(xié)調性96人機交互技術編2.2.3數字化人機工程

數字化人機工程主要包括：人機工程咨詢系統(tǒng)人機工程仿真系統(tǒng)人機工程評價系統(tǒng)

97人機交互技術編寫組2.2.3數字化人機工程數字化人機工程主要包括：97人機交2.2.3.1人機工程咨詢系統(tǒng)

目前，基于人體測量等技術而建立起來的人體數據咨詢系統(tǒng)軟件較多，系統(tǒng)包括各種國別、年齡、性別的人體測量學數據。如英國OpenErgonomics公司開發(fā)的PeopleSize2000人體數據咨詢系統(tǒng)。它包括英國兒童（從出生起）、成年人的尺寸以及其他一些國家人的尺寸，其中包括部分中國人人體尺寸（18～45歲）。基本覆蓋了英國的各個階層，并同時包括人體全身尺寸、人體頭部尺寸、手部尺寸、足部尺寸等。利用這些人體測量數據庫，他們進行了一些人體姿勢分析，座椅等的設計，為民航、鐵路、汽車、國防、勞動安全等服務。

98人機交互技術編寫組2.2.3.1人機工程咨詢系統(tǒng)目前，基于人體測量等技術而建2.2.3.2人機工程仿真系統(tǒng)

通過虛擬環(huán)境，分別從生理學、運動學等對人體的各種工作方式進行仿真。虛擬人體最基本的動作包括：頭部運動、抓舉、行走、坐姿、彎腰、后傾、搬運、負荷、視域等。仿真與評價往往是結合在一起的。

99人機交互技術編寫組2.2.3.2人機工程仿真系統(tǒng)通過虛擬環(huán)境，分別從生理學、2.2.3.3人機工程評價系統(tǒng)

Delima公司（國際上較早的數字化企業(yè)）已經將3D虛擬人體融入到從過程計劃、成本預算、質量控制、人機分析到數字化制造中；另外，基于開放的C商業(yè)平臺(openc-commerceplatformOCP)，EDSUnigraphics公司提出了e-Factory概念，也將虛擬人作為咨詢、仿真、評價的一個重要因素。Transom公司開發(fā)的TransomJACK人機工程軟件可以評價安全姿勢、舉手與能量消耗、疲勞與體力恢復、靜態(tài)受力、人體關節(jié)移動范圍等人機工程性能指標。由于JACK具有的優(yōu)勢，已經在航空、車輛、船舶、工廠規(guī)劃、維修、產品設計等領域廣泛應用。100人機交互技術編寫組2.2.3.3人機工程評價系統(tǒng)Delima公司（國際上較早第2章

認知心理學與人機工程學

101人機交互技術編寫組第2章

認知心理學與人機工內容摘要認知的多個過程，包括感知、關注、記憶、學習、識別、閱讀、說話和聆聽、規(guī)劃、推理和決策認知特點對交互界面設計的影響認知的概念框架人機工程學與人機界面設計102人機交互技術編寫組內容摘要認知的多個過程，包括感知、關注、記憶、學習、識別、認知心理學認知心理學研究人們如何獲得外部世界信息，信息在人腦內如何表示并轉化為知識，知識怎樣存儲又如何用來指導人們的注意和行為

認知心理學涉及心理活動的全部過程——從感覺到知覺、識別、注意、學習、記憶、概念的形成、思維、表象、回憶、語言、情緒和發(fā)展過程。

103人機交互技術編寫組認知心理學認知心理學研究人們如何獲得外部世界信息，信息在人腦感知和認知人的感知:通過人體器官和組織進行人與外部世界的信息的交流和傳遞認知:人們在進行日?；顒訒r發(fā)生于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學習、幻想、決策、看、讀、寫和交談等

人的感知是認知的基礎，認知是將感知獲取的信息綜合運用認知分為經驗認知和思維認知認知過程是相互聯(lián)系的，單純的一個認知過程是非常少見的104人機交互技術編寫組感知和認知人的感知:通過人體器官和組織進行人與外部世界的信息視覺感知視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界80%的信息都是通過視覺得到的，因此視覺顯示是人機交互系統(tǒng)中用的最多的人機界面。105人機交互技術編寫組視覺感知視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。外界8視覺感知視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。一方面，眼睛和視覺系統(tǒng)的物理特性決定了人類無法看到某些事物；另一方面，視覺系統(tǒng)進行解釋處理信息時可對不完全信息發(fā)揮一定的想象力。進行人機交互設計需要清楚這兩個階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息。

106人機交互技術編寫組視覺感知視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和眼睛的構造107人機交互技術編寫組眼睛的構造7人機交互技術編寫組視干細胞和視錐細胞的功能區(qū)別視干細胞視錐細胞在低水平照明時（如夜間）起作用在高水平照明時（如白天）起作用區(qū)別黑白區(qū)別彩色對光譜中綠色部分最敏感，在遠離視網膜中心處最多對光譜中黃色部分最敏感，在視網膜中部最多對極弱的刺激敏感主要在識別空間位置和要求敏銳地看物體時起作用

108人機交互技術編寫組視干細胞和視錐細胞的功能區(qū)別視干細胞視錐細胞在低水平照明時（視角和視敏度

視角109人機交互技術編寫組視角和視敏度視角9人機交互技術編寫組視角和視敏度一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細節(jié)，為我們設計界面時字符大小和間距提供了依據。視敏度：指人眼對細節(jié)的感知能力，通常用被辨別物體最小間距所對應的視角的倒數表示。110人機交互技術編寫組視角和視敏度一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細節(jié)，為我感知物體大小、相對距離和深度利用視覺影像中的線索：覆蓋關系：被覆蓋的物體相對較遠；大小比例：一般來講，較大的物體距離較近；對物體的熟悉度：對非常熟悉物體，人們對物體的大小在頭腦中事先有一個期望和預測，因此在判斷物體距離時很容易和他看到的物體的大小聯(lián)系起來

111人機交互技術編寫組感知物體大小、相對距離和深度利用視覺影像中的線索：11人機交

感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映

增強亮度可以提高視敏度

隨著亮度的增加，閃爍感也會增強。在高亮度時，光線變化低于50Hz，視覺系統(tǒng)就會感到閃爍在設計交互界面時，要考慮使用者對亮度和閃爍的感知，盡量避免使人疲勞的因素，創(chuàng)造一個舒適的交互環(huán)境。

112人機交互技術編寫組感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映12人機交互技術編寫組感知色彩

人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結果。

顏色通常用三種屬性表示：色度、強度和飽和度。色度是由光的波長決定的，正常的眼睛可感受到的光譜波長為400μm-700μm。

113人機交互技術編寫組感知色彩人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結視錯覺

萊亞錯覺物體的組合方式將影響觀察者的感知方式：人們總會夸大水平線而縮短垂直線。視錯覺同樣會影響到顯示頁面的對稱性。人們經常把對稱頁面的中心看得稍微偏上些，如果頁面以實際中心為基準排版設計，人們就會感到頁面上部比下部分要短，影響視覺效果。在實際設計過程中，設計者就會以視覺中心為基準設計圖形界面。114人機交互技術編寫組視錯覺萊亞錯覺14人機交互技術編寫組閱讀進行交互界面設計時，文字符號的處理，特別是文字的排版和顯示，也要根據人們的視覺感知特點，找出其中一些規(guī)律。閱讀分為幾個階段：頁面上文字的形狀被人眼感知，文字被編碼成相關的內部語言表示，語言在人腦中被解釋成有語法和語義的單詞或句子115人機交互技術編寫組閱讀進行交互界面設計時，文字符號的處理，特別是文字的排版和顯閱讀成年人閱讀是通過字的特征（如字的形狀）加以識別。改變字的顯示方式（如用大寫字母，改變字體等），會影響到閱讀的速度和準確性。9～12號的標準字體（英文）更易于識別，頁面的寬度在58～132mm之間閱讀效果最佳。在明亮的背景下顯示灰暗的文字比在灰暗的背景下顯示明亮的文字更能提高人的視敏度，增強文字的可讀性。116人機交互技術編寫組閱讀成年人閱讀是通過字的特征（如字的形狀）加以識別。改變字的聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息。人的聽覺可以感知大量的信息，但被視覺關注掩蓋了許多。聽覺所涉及的問題和視覺一樣，即接受刺激，把它的特性轉化為神經興奮，并對信息進行加工，然后傳遞到大腦。117人機交互技術編寫組聽覺聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可人們一般都低估了這些信息

耳朵的構造118人機交互技術編寫組耳朵的構造18人機交互技術編寫組聲音的處理聲波在空氣中的振動傳播的特性音調與聲波的頻率有關，低頻能產生低調的聲音，高頻能產生高調的聲音。響度指在頻率一定的情況下聲波的振幅。音色與發(fā)聲的材料有關，不同的樂器可以產生相同頻率和振幅的聲波，但音色不同。119人機交互技術編寫組聲音的處理聲波在空氣中的振動傳播的特性19人機交互技術編寫聲音的處理人類能夠聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，其中在1000Hz~4000Hz范圍內聽覺的感受性最高。500Hz以下和5000Hz以上的聲音，強度很大時才能被聽到。音頻超過140dB時，所引起的不再是聽覺而是痛覺。人可以辨認的語音頻率范圍是260~5600Hz。120人機交互技術編寫組聲音的處理人類能夠聽到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，

聲音的解釋聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類：噪聲和可以忽略的不重要的聲音；被賦予意義的非語言聲音，如動物的叫聲；用來組成語言的有意義的聲音。聽覺系統(tǒng)就像視覺系統(tǒng)一樣，利用以前的經驗來解釋輸入。121人機交互技術編寫組聲音的解釋聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類：21人機交互技術編寫組聲音的解釋LindsayPH和NormanDA的“材料-驅動”和“概念-驅動”“材料-驅動”（Data-Driven）材料-驅動指的是對言語材料在感知水平上進行的加工過程，它是由下而上的分析過程?！案拍?驅動”（Conceptually-Driven）過程。概念-驅動則是在理解水平上進行的加工過程，它是由上而下（從最高的結構概念開始）的分析過程。122人機交互技術編寫組聲音的解釋LindsayPH和NormanDA的“材料

觸覺觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力缺陷的人，如盲人，是至關重要的觸覺的感知機理與視覺和聽覺的最大不同在于它的非局部性溫度感受器-冷熱傷害感受器-疼痛機械刺激感受器-壓力123人機交互技術編寫組觸覺觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力觸覺實驗表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍。對人身體各部位觸覺敏感程度的了解有助于基于觸覺的交互設備的設計。動覺的概念：對人的軀干和四肢的位置的感覺124人機交互技術編寫組觸覺實驗表明，人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍

認知過程與交互原則

認知涉及到多個特定類型的過程，包括：關注感知和識別記憶學習閱讀說話和聆聽解題、規(guī)劃、推理和決策125人機交互技術編寫組認知過程與交互原則認知涉及到多個特定類型的過程，包括：25認知過程與交互原則許多認知過程是相互依賴的，一個活動可同時涉及多個不同的過程，只涉及一個過程的情況非常罕見，例如人們在選購商品時就涉及關注、感知、識別、說話、思考、決策等過程。126人機交互技術編寫組認知過程與交互原則許多認知過程是相互依賴的，一個活動可同時涉經驗認知經驗認知指的是有效、輕松地觀察、操作和響應周圍的事件，它要求具備某些專門知識并達到一定的熟練程度，如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔，操作機床加工零件，閱讀，駕駛汽車等。127人機交互技術編寫組經驗認知經驗認知指的是有效、輕松地觀察、操作和響應周圍的事件思維認知思維認知則有所不同，它涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)造的來源，如設計、學習、寫作等。這兩個模式在日常生活中都是必不可少的，只是二者需要不同類型的技術支持。128人機交互技術編寫組思維認知思維認知則有所不同，它涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)什么是關注關注就是在某個時刻，從眾多可能的事物中選擇一個，并把精力集中在這個事物上。關注涉及到聽覺和視覺。例如，彩民對彩票中獎號碼的關注，如果通過收聽廣播來獲得號碼，這就是一個“聽覺關注”；如果通過查找報刊來獲得號碼，這就是一個“視覺關注”。從這里也可以看出，關注這一過程主要與兩個方面有關：目標和信息表示。

129人機交互技術編寫組什么是關注關注就是在某個時刻，從眾多可能的事物中選擇一個，并

關注關注的不同類型視覺關注：查找報刊來獲得號碼

聽覺關注：收聽廣播來獲得號碼

關注相關的因素目標：確切知道需要找什么，人們就可以把獲得的信息與目標相比較。信息的表示形式：信息的顯示方式對于人們能否快速捕捉到所需的信息片斷有很大的影響。分類顯示的信息就比較便于人們查找

130人機交互技術編寫組關注關注的不同類型30人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示分類顯示的信息就比較便于人們查找。如圖是WindowsXP系統(tǒng)中的一個文件列表。由于對文件按字母順序進行了排序，且對信息進行了分欄，并對各欄進行了分割，因此按文件名查找一個文件是非常容易的。131人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示分類顯示的信息就比較便于人們查找。如圖信息表示方法：分類表示132人機交互技術編寫組信息表示方法：分類表示32人機交互技術編寫組關注特點對界面設計的要求由人的關注特點，在設計人機交互界面時應做到。信息的顯示應醒目，以便執(zhí)行任務時使用，可使用動畫圖形、彩色、下劃線，對條目及不同的信息進行排序，在條目之間使用間隔符等。避免在界面上安排過多的信息。尤其要謹慎使用色彩、聲音和圖像，人們傾向于使用過多的這類表示，而導致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。樸實的界面更容易使用。133人機交互技術編寫組關注特點對界面設計的要求由人的關注特點，在設計人機交互界面時

感知和識別在結合不同的媒體時，應確保用戶能夠理解它們表示的復合信息。在結合使用聲音和動畫時，需要仔細協(xié)調，合理安排它們的調用次序。在設計虛擬人物時，就應該使其唇形與所說的話同步，兩者之間的微小延遲都會使人難以忍受，這類似于給外文電影配音。用戶應能不費力地區(qū)別圖標或其他圖形表示的不同含義。134人機交互技術編寫組感知和識別在結合不同的媒體時，應確保用戶能夠理解它們表示的復感知和識別聲音應足夠響亮而且可辨識，以便用戶理解它們的含義。用戶應能夠理解輸出的語音及其含義。文字應清晰易讀，且不受背景干擾如可以在黑色或藍色背景上使用黃色文字，但不能在白色或綠色背景上使用黃色文字。在虛擬環(huán)境中使用觸覺反饋時，用戶應能識別各種觸覺表示的含義。例如“緊握”的觸感與“按下”的觸感不同。135人機交互技術編寫組感知和識別聲音應足夠響亮而且可辨識，以便用戶理解它們的含義。記憶

記憶就是回憶各種知識以便采取適當的行動。記憶過程中有三個環(huán)節(jié)：識記：相當于信息的輸入和編碼過程，也就是使不同感官輸入的信息，經過編碼而成為頭腦可接受的形式；保持：相當于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結構，以便貯存；再認和回憶：再認和回憶相當于信息的提取，編碼越完善、組織越有序，提取也就越容易，反之，提取越困難。136人機交互技術編寫組記憶記憶就是回憶各種知識以便采取適當的行動。記憶過程中有三減輕記憶負擔人的識別能力大于回憶能力圖文界面替代命令界面安裝過程的wizard回憶提示密碼的提示語句信息檢索的兩大過程：定向回憶：記憶的信息盡可能貼切地描述所需檢索的信息,并在界面顯示檢索空間;掃描識別：即瀏覽各個文件目錄;137人機交互技術編寫組減輕記憶負擔人的識別能力大于回憶能力37人機交互技術編寫組Windowxp搜索界面138人機交互技術編寫組Windowxp搜索界面38人機交互技術編寫組交互設計原則綜上所述，考慮人的記憶特點，進行交互設計時應該注意的問題有：應考慮用戶的記憶能力，勿使用過于復雜的任務執(zhí)行步驟。由于用戶長于“識別”而短于“回憶”，所以在設計界面時，應使用菜單、圖標，且它們的位置應保持一致。為用戶提供多種電子信息（如文件、郵件、圖像）的編碼方式，并且通過顏色、標志、時間戳、圖標等，幫助用戶記住它們的存放位置。139人機交互技術編寫組交互設計原則綜上所述，考慮人的記憶特點，進行交互設計時應該注學習學習包括兩個方面：學習使用某個計算機應用程序借助于計算機應用程序，學習特定內容。人們不喜歡采用的按部就班式的學習方式，而更喜歡“邊學習邊實踐”的方式。GUI和直接操作界面就能很好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶“撤銷”自己的操作140人機交互技術編寫組學習學習包括兩個方面：40人機交互技術編寫組學習Carroll提出了另一種幫助學習者的方法：在開始時，只允許初學者執(zhí)行基本功能，隨著他們經驗的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。這個方法的基本思想是：使最初的學習過程盡可能簡單，讓學習者先專注于簡單操作，再接觸更復雜的操作。

141人機交互技術編寫組學習Carroll提出了另一種幫助學習者的方法：在開始時，只學習在交互式設計中，人們利用動態(tài)鏈接來學習難學的事物，動態(tài)鏈接能夠明確地表示內容之間的關系，對問題加以解釋。為了有利于學習，應有以下設計原則：界面設計應能激發(fā)對用戶界面使用的探索。設計界面應限制可選項，并引導用戶選擇合適的動作。使用動態(tài)鏈接把具體表示與待學習的抽象表示相聯(lián)系。142人機交互技術編寫組學習在交互式設計中，人們利用動態(tài)鏈接來學習難學的事物，動態(tài)鏈閱讀、說話和聆聽許多人認為聆聽要比閱讀容易得多，但學習外語時，閱讀要比聆聽容易。以下是三種形式的不同之處：書面語言是永久性的，而聆聽是暫時性的。若第一次閱讀不理解，可以再讀一遍，但對于廣播消息，人們則無法做到這一點。閱讀比聽、說更快。人們可以快速掃描書面文字，但只能逐一聽取其他人所說的詞語。從認知的角度來看，聽要比讀和說更容易。兒童尤其喜歡觀看基于多媒體或Web的敘述性學習材料，而不喜歡閱讀在線文字材料。書面語言往往是合乎語法的，而口頭語言常常不符合語法。143人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽許多人認為聆聽要比閱讀容易得多，但學習外語閱讀、說話和聆聽為了彌補人在某些方面的不足，開發(fā)了易于使用的系統(tǒng)。語音輸出系統(tǒng)，如適合盲人使用的文－語轉換系統(tǒng)，可輸出人工合成的語音。認知輔助系統(tǒng)，用于幫助有閱讀、書寫和語言障礙的人。研究人員已開發(fā)了許多特殊的界面以幫助這些人員。接受用戶語音指令的語音識別系統(tǒng)，如聽寫式字處理系統(tǒng)、聲控家電產品等；幫助人們學習外語的交互式課本和基于Web的材料；各種輸入、輸出設備，用于協(xié)助殘疾人士瀏覽互聯(lián)網、使用文字處理器和其他軟件包。144人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽為了彌補人在某些方面的不足，開發(fā)了易于使用的閱讀、說話和聆聽從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機界面設計時應注意：盡量減少語音菜單、命令的數目。研究表明：人們很難掌握超過三四個語音選項的菜單的使用方法，人們也很難記住含有多個部分的語音指令。應重視人工合成語音的語調，因為合成語音要比自然語音難以理解。應允許使用和自由放大文字，同時不影響格式，以方便難以閱讀小字體的用戶。145人機交互技術編寫組閱讀、說話和聆聽從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機界面

解題、規(guī)劃、推理和決策這些認知過程是要考慮做什么、有那些選擇、執(zhí)行某個活動會有什么結果等。它們都屬于“思維認知”過程，通常涉及有意識的處理（知道自己在思考什么），與他人（或自己）討論以及使用各種制品（如地圖、書本、筆和紙）。在實際決策中，往往包含多種可能的行動方案，需要分析比較，擇優(yōu)選用。例如，人們在互聯(lián)網上查找信息時，往往會比較不同的信息來源。正如人們買東西時會多方詢問價格，也可以使用不同的搜索引擎，找出最價格最合適或提供了最佳信息的網站。146人機交互技術編寫組

解題、規(guī)劃、推理和決策這些認知過程是要考慮做什么、有那些解題、規(guī)劃、推理和決策人的思維認知能力取決于在相關行業(yè)的經驗以及對應用和技能的掌握程度。新手往往只具備有限的知識，在一開始他們可能會頻頻犯錯、操作效率低，也可能因為直覺錯誤，或者由于缺乏預見能力而采取一些不合理的方法。相比之下，專家們則具備更豐富的知識和經驗，且能夠選擇最優(yōu)的策略來完成任務。他們也具備預見能力，能夠預見某個舉動或解決方案會有什么樣的結果。設計時應考慮在界面中隱藏著一些附加信息，專門供那些希望學習如何更有效地執(zhí)行任務的用戶訪問。147人機交互技術編寫組解題、規(guī)劃、推理和決策人的思維認知能力取決于在相關行業(yè)的經驗情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力積極的情感會使人的思考更有創(chuàng)造性、解決復雜問題的能力更強;而消極的情感使人的思考更加片面，還會影響其他方面的感知和認知能力；當一個人處于積極的情感狀態(tài)時，對系統(tǒng)中的交互設計缺陷可能不會太在意，但這決不能成為可以設計一個較差的交互系統(tǒng)的理由。148人機交互技術編寫組情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力48人機交互技術編情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力一個好的交互系統(tǒng)，應該能夠充分考慮人在各種情感狀態(tài)下的認知特點，有針對性地進行交互的設計。

一個差的交互系統(tǒng)，會反過來影響一個人的情緒，從而影響他解決問題的能力。149人機交互技術編寫組情感的影響情感因素會影響人的感知和認知能力49人機交互技術編情感計算計算機系統(tǒng)的設計應當像人類一樣能夠識別和表達感情，這被稱為“情感計算”。情感計