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人機(jī)交互基礎(chǔ)教程 第2章感知和認(rèn)知基礎(chǔ) 重點(diǎn)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)系列教材 人的感知認(rèn)知過(guò)程與交互設(shè)計(jì)原則概念模型及對(duì)概念模型的認(rèn)知分布式認(rèn)知 內(nèi)容摘要 視覺(jué)視覺(jué)是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺(jué)通道 外界80 的信息都是通過(guò)視覺(jué)得到的 因此視覺(jué)顯示是人機(jī)交互系統(tǒng)中用的最多的人機(jī)界面 視覺(jué)感知可以分為兩個(gè)階段 受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段 視覺(jué)感知特點(diǎn) 一方面 眼睛和視覺(jué)系統(tǒng)的物理特性決定了人類無(wú)法看到某些事物 另一方面 視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行解釋處理信息時(shí)可對(duì)不完全信息發(fā)揮一定的想象力 進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要清楚這兩個(gè)階段及其影響 了解人類真正能夠看到的信息 2 1人的感知 聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué)感知傳遞的信息僅次于視覺(jué) 可人們一般都低估了這些信息 人的聽(tīng)覺(jué)可以感知大量的信息 但被視覺(jué)關(guān)注掩蓋了許多 聽(tīng)覺(jué)所涉及的問(wèn)題和視覺(jué)一樣 即接受刺激 把它的特性轉(zhuǎn)化為神經(jīng)興奮 并對(duì)信息進(jìn)行加工 然后傳遞到大腦 人類聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)聲音的解釋可幫助設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面中的語(yǔ)音界面 2 1人的感知 觸覺(jué)Touch或者Hapticperception觸覺(jué)在交互中的作用是不可低估的 尤其對(duì)有能力缺陷的人 如盲人 是至關(guān)重要的觸覺(jué)的感知機(jī)理與視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)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(jī)械刺激感受器 壓力實(shí)驗(yàn)表明 人的手指的觸覺(jué)敏感度是前臂的觸覺(jué)敏感度的10倍 對(duì)人身體各部位觸覺(jué)敏感程度的了解有助于基于觸覺(jué)的交互設(shè)備的設(shè)計(jì) 2 1人的感知 認(rèn)知是人們?cè)谶M(jìn)行日?；顒?dòng)時(shí)發(fā)生于頭腦中的事情 它涉及認(rèn)知處理 如思維 記憶 學(xué)習(xí) 幻想 決策 看 讀 寫(xiě)和交談等 Norman把認(rèn)知?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)模式經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知 有效 輕松地觀察 操作和響應(yīng)周圍的事件 它要求具備某些專門知識(shí)并達(dá)到一定的熟練程度 如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔等 思維認(rèn)知 涉及思考 比較和決策 是發(fā)明創(chuàng)造的來(lái)源 如設(shè)計(jì)創(chuàng)作等 2 2認(rèn)知過(guò)程與交互設(shè)計(jì)原則 感知和識(shí)別人們可以使用感官?gòu)沫h(huán)境中獲取信息 并把它轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)物品 事件 聲音和味覺(jué)的體驗(yàn) 注意注意通常是指選擇性注意 即注意是有選擇的加工某些刺激而忽視其他刺激的傾向 記憶記憶就是回憶各種知識(shí)以便采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng) 常見(jiàn)認(rèn)知過(guò)程 問(wèn)題解決問(wèn)題解決是由一定的情景引起的 按照一定的目標(biāo) 應(yīng)用各種認(rèn)知活動(dòng) 技能等 經(jīng)過(guò)一系列的思維操作 使問(wèn)題得以解決的過(guò)程 語(yǔ)言處理閱讀 說(shuō)話和聆聽(tīng)這三種形式的語(yǔ)言處理具有一些相同和不同的屬性 相似性之一是 不論用哪一種形式表示 句子或短語(yǔ)的意思是相同的 但是 人們對(duì)閱讀 說(shuō)話和聆聽(tīng)的難易有不同的體會(huì) 常見(jiàn)認(rèn)知過(guò)程 情感情感因素會(huì)影響人的感知和認(rèn)知能力 如積極的情感會(huì)使人的思考更有創(chuàng)造性 解決復(fù)雜問(wèn)題的能力更強(qiáng) 而消極的情感使人的思考更加片面 還會(huì)影響其他方面的感知和認(rèn)知能力 人的個(gè)性差異個(gè)性差異可能是長(zhǎng)期的 如性別 體力和智力水平 也可能是短期的 如壓力和情感因素對(duì)人的影響 還可能是隨時(shí)間變化的 如人的年齡等 影響認(rèn)知的因素 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(gòu)思和概念 描述系統(tǒng)做什么 如何運(yùn)作 外觀如何等 設(shè)計(jì)概念模型的關(guān)鍵過(guò)程應(yīng)包括如下兩個(gè)階段 了解用戶在執(zhí)行日常任務(wù)時(shí)做什么 選擇交互方式 是主動(dòng)式的提問(wèn)方式 還是被動(dòng)式的填表進(jìn)行檢索方式 并決定采用何種交互形式 有關(guān)交互方式的決策與有關(guān)交互形式的決策是不相同的 前者是更高層次的抽象 它關(guān)心的是要支持的用戶活動(dòng)的本質(zhì) 而后者關(guān)心的是特殊的界面類型 2 3概念模型及對(duì)概念模型的認(rèn)知 一個(gè)系統(tǒng)能夠做到讓用戶感到滿意 除了在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段建立一個(gè)好的概念模型以外 還應(yīng)該考慮如何根據(jù)人的認(rèn)知特點(diǎn) 提供多種手段 使用戶能盡快理解關(guān)于系統(tǒng)外觀及行為即概念模型的構(gòu)思 這是一個(gè)非常基本的問(wèn)題 三個(gè)相互聯(lián)系的概念模型設(shè)計(jì)模型 設(shè)計(jì)師設(shè)想的模型 說(shuō)明系統(tǒng)如何運(yùn)作 系統(tǒng)映像 系統(tǒng)實(shí)際上如何運(yùn)作 用戶模型 用戶如何理解系統(tǒng)的運(yùn)作 對(duì)概念模型的認(rèn)知 從人們不同的認(rèn)知特點(diǎn) 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(rèn)知模型 幾種認(rèn)知概念框架 用戶思維模型 人們?cè)趯W(xué)習(xí)和使用系統(tǒng)的過(guò)程中 積累了有關(guān)如何使用系統(tǒng)的知識(shí) 而且在一定程度上 也積累了有關(guān)系統(tǒng)如何工作的知識(shí) 在認(rèn)知心理學(xué)中 思維模型被認(rèn)為是外部世界的某些因素在人腦中的反映 掌握和運(yùn)用思維模型使得人們能夠進(jìn)行推測(cè)和推理 思維模型牽涉到兩個(gè)過(guò)程 構(gòu)建 和 運(yùn)用 過(guò)程 人們既可能進(jìn)行有意識(shí)的思維處理 也可能進(jìn)行無(wú)意識(shí)的思維處理 思維模型 在理想情況下 用戶開(kāi)發(fā)的思維模型應(yīng)與設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)的概念模型相符 如何幫助用戶達(dá)到這個(gè)目標(biāo)是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題 一個(gè)交互式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)該開(kāi)發(fā)一個(gè)易于用戶理解的系統(tǒng)映像 應(yīng)該做到及時(shí)響應(yīng)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 此外 一個(gè)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(duì)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(shuō)明合適的在線幫助和自學(xué)教程上下文相關(guān)的用戶指南 即 針對(duì)不同層次的用戶 解釋在不同的任務(wù)階段應(yīng)如何處理各種情況 正確的思維模型的建立 人們把大腦視為一個(gè)信息處理機(jī) 信息通過(guò)一系列有序的處理階段進(jìn) 出大腦 在這些階段中 大腦需要對(duì)思維表示 包括映像 思維模式 規(guī)則和其他形式的知識(shí) 進(jìn)行各種處理 如比較和匹配 信息處理模型的步驟 信息處理模型 響應(yīng)執(zhí)行 響應(yīng)選擇 比較 編碼 輸入或刺激 輸出或響應(yīng) 信息處理模型 是不是正確地反應(yīng)了人們?nèi)粘５恼J(rèn)知活動(dòng)呢 它能否解釋真實(shí)世界中的認(rèn)知現(xiàn)象 又能否解釋人們與計(jì)算機(jī)交互時(shí)的認(rèn)知活動(dòng)呢 有些研究人員認(rèn)為 信息處理 方法沒(méi)有說(shuō)服力 因?yàn)檫@種方法只是考慮純粹的智能活動(dòng) 把這種活動(dòng)同外界的干擾源以及人工輔助物隔離開(kāi)來(lái) 目前 日益被人們認(rèn)同的是在認(rèn)知發(fā)生的上下文中研究 分析認(rèn)知過(guò)程 主要目標(biāo)是分析環(huán)境中的結(jié)構(gòu)如何幫助人類認(rèn)知 并減輕認(rèn)知負(fù)擔(dān) 信息處理模型的局限 外部認(rèn)知是要解釋人們?cè)谂c不同外部表示相交互時(shí)涉及的認(rèn)知過(guò)程 其主要目的是要詳細(xì)說(shuō)明在不同的認(rèn)知活動(dòng) 認(rèn)知過(guò)程中使用不同表示的好處 主要包括 將信息 知識(shí)表面化以減輕記憶負(fù)擔(dān) 設(shè)計(jì)有利于人的信息表示及處理工具 減輕計(jì)算負(fù)擔(dān) 標(biāo)注和認(rèn)知追蹤 外部認(rèn)知模型 使用基于外部認(rèn)知的方法進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí) 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(jì)算負(fù)擔(dān) 為此 設(shè)計(jì)人員需要開(kāi)發(fā)不同類型的可視化信息 以便用戶解決某個(gè)問(wèn)題 擴(kuò)充和增強(qiáng)認(rèn)知能力 信息和可視化技術(shù) 可用于表示大量的數(shù)據(jù) 同時(shí)允許用戶從不同的角度進(jìn)行交叉比較 設(shè)計(jì)良好的GUI也能大大減輕用戶的記憶負(fù)擔(dān) 用戶能夠依賴外部表示提供的線索 與系統(tǒng)進(jìn)行交互 基于外部認(rèn)知特點(diǎn)的交互式界面設(shè)計(jì)原則 便于交互的學(xué)習(xí)系統(tǒng) 分布式認(rèn)知法描述的是認(rèn)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(jī)這個(gè)活動(dòng)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(nèi)各種儀表的交互 駕駛員 副駕駛員與飛機(jī)所處環(huán)境的交互 如空中航線 跑道 分布式認(rèn)知的主要目的是要從信息傳播媒介的角度來(lái)描述交互 也就是說(shuō) 它考慮的是信息如何表示 信息在流經(jīng)不同個(gè)人以及使用不同物體時(shí)是如何重新表示的 這類信息的轉(zhuǎn)變也稱為 表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)變 2 4分布式認(rèn)知 分布式模型與傳統(tǒng)模型 輸出 動(dòng)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 在進(jìn)行分布式認(rèn)知分析時(shí) 通常需要考查 分布式問(wèn)題的解決方法 包括協(xié)議解決方式語(yǔ)言及非語(yǔ)言行為的任務(wù) 包括說(shuō)了什么 眼神和眨眼等暗示什么 什么是沒(méi)有說(shuō)出來(lái)的使用的各種協(xié)調(diào)機(jī)制 如規(guī)則 規(guī)程協(xié)作活動(dòng)在進(jìn)行過(guò)程中將用到的各種通信路徑如何共享和訪問(wèn)信息 分布式認(rèn)知模型 人機(jī)交互過(guò)程中人們經(jīng)常利用的感知有哪幾種 每種感知有什么特點(diǎn) 人的認(rèn)知過(guò)程分為哪幾類 什么是概念模型和分布式認(rèn)知模型 舉例說(shuō)明分布式認(rèn)知在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的指導(dǎo)作用 思考題