多重用户界面综述

夏方昱

1 概述

随着信息技术特别是网络的发展与普及，近年来，多种电子交互设备出现并成为个人电脑的重要补充，如移动电话、PDA、pocket PC以及网络电视等，我们可以通过多种设备访问同一信息，并能够协同作业。这就带来了一个问题，用户必须学习同一应用程序在不同交互设备的不同交互界面，有研究发现，这种差异是导致用户的错误和挫折的重大原因^[1]。与此同时，软件生产者也不得不面对开发、测试、维护在不同设备上的同一程序，这种结果就导致了成本的显著增加和用户效率的下降。

多重用户界面（Multiple user interface，MUI）正是在这样的背景下产生的用以解决这些问题的一个方案，指能够对同一信息根据不同交互设备特性提供多重视图，同时协调提供给一个或一组用户的服务，保持跨平台一致性和可用性的交互系统界面。

       了解MUI的特点，首先要区分开一个相近的概念­——多用户界面（Multi-UI）。多用户界面曾被用来支持多人-多设备协同工作，是多个用户在不同地理位置同时访问同一资源或者交流时，系统提供给用户的一个具有实时性的交互界面^[2]。在多用户界面中，不存在同一用户在不同设备间的心理转换问题，因此，界面要考虑的仅仅是多个不同用户间的协作问题，在这个意义上说，在MUI环境中的一个用户就可以等同于多用户界面中的一组用户。

对于MUI来说，它所面临的是多种交互设备、多种交互环境、多种交互用户以及同一用户不同情况下的不同特点，因此要有效的对MUI进行研究，就要涉及设计技术、心理、社会等多方面复杂因素。基于MUI的复杂性，首先有必要对其特点有一个清晰概括的表达：（1）允许一个或一组用户使用不同交互方式与服务器端的服务和信息进行交互；（2）允许用户用不同设备完成一个任务的相关操作序列；（3）即使平台不同，也应保持平台行为和用户心理认知的一致性。

2  MUI带来的新问题

2.1用户在界面间转换过程中心理模型的稳定性问题

如前所述，MUI的特点之一就是不同于传统应用程序的单一界面，而是同一应用程序多种界面，用户在不同界面条件下，能否形成关于应用程序的稳定心理模型便成为MUI质量的巨大挑战和最重要衡量标准。心理模型是基于概念模型的，同时心理模型又是多层次的，它包括知识、规则、技能等层面^[3]，因此，必须保证应用程序的概念模型在相对应的这多个层面上具有相当的一致性或者相似性，才能保证用户心理模型的稳定，也就是说使用户原来获得的知识、规则、技能保值。Nielsen(1989) 就曾指出一致性就是“用户从一个系统到另一个系统的技能转化的可能性”。^[4] 这样一来就给予我们一个设计和评价MUI的一个二阶标准——通过应用程序界面一致性来判断它能带来的心理模型稳定性程度。

因为一致性是基于概念、任务、语义、语法、词汇以及物理等多个层面的，同时有研究表明^[1]，用户在界面间的转换过程是一个系统过程，而且这个系统过程可以细分为小的相似性查找过程或者用户自身对于新界面元素的熟悉过程，这就给了我们通过对这些层面的设计和评价来提高一致性，从而提高用户心理模型稳定性充分的可操作性依据。           

保持用户心理模型的稳定性目的是为了提高MUI的可用性，这两者是分析MUI问题两个相关的不同侧面。

       2.2多平台对于界面可用性的影响

对于可用性的概念，不同研究者们提出的解释有所差异，但总体看来可用性的概念包含三方面内容。（1）有用性和有效性，即产品能否实现一定的功能以及交互界面能否有效支持产品功能。（2）交互效率，包括交互过程的安全性、用户绩效、出错频率及严重性、易学性和易记性等因素。（3）用户对产品的满意度^[5]。MUI作为一种人机交互界面，可用性问题必然成为衡量其是否成功的另一个重要侧面，但如前所述，由于MUI的跨多平台性，其可用性不同于其他大多数研究所提到的可用性，因此在这个层面上，可以将可用性分为垂直可用性与水平可用性。

2.2.1垂直可用性与水平可用性      

在传统的人机交互中，所面临的机器界面往往是单一的一个特定的平台，不存在同一信息在不同平台间的转化问题，因此可用性问题就是同一平台的前后一致性等问题，因此，我们可以称之为垂直可用性，即某个特定平台的所有相关的可用性。他可以通过应用一些设计原则得以解决。

MUI所面临的可用性问题除了某个特殊平台的垂直可用性问题外还包括平台间的可用性问题——跨平台可用性，我们把它叫做水平可用性，它的内在基础就是跨平台心理模型的稳定性。由于近年来，设备的层出不穷以及开发的不断发展，MUI所面临的水平可用性问题日益成为可用性研究关注的焦点^[6]。

2.2.2 MUI水平可用性的具体影响因素

平台间输入手段差异。因为移动设备尺寸的限制，我们不可能将键盘鼠标等PC机上的常用输入设备移植过来，而实际上我们是采用的像触摸屏、手写笔等输入设备。这种输入设备的变化所带来的是用户对于应用程序心理模型的直接影响，因此，在交互效率、容错性、用户满意度等各项可用性都会带来很多的改变。

平台间信息尺寸差异。这里的信息尺寸包括带宽、呈现装置以及信息处理速度等方面量的差异。信息尺寸在平台间的不同直接影响的是用户感知信息的不同，因此而时同一应用程序在不同平台上所形成的界面也会截然不同，从而导致水平可用性的降低。

任务结构适应性。在静止环境中的任务表现是不同于在移动环境中同样任务的执行的。在用户处于静止环境中时，一个复杂的应用程序可以提供比较复杂的任务步骤，而相对的，移动环境对于复杂的步骤却是不能容忍的，此时两种环境中任务结构差异便成为水平可用性的重要影响因素。

平台间信息交换的实时性。用户对于同一应用程序可能通过多个平台实现，在一个平台上的改变能否实时的在其他平台显现成为MUI必须考虑的因素。

用户对于功能平衡的觉察。删掉高级版本程序中（如PC机版本）特定的多余特征形成的简略版本（如PDA版本）是可接受的。丢掉这些特征是为了用户可以在各种高限制的环境中使用系统的必要措施，这些功能上的平衡必须要用户觉察到才能保证在不同限制性的平台间顺利转换。

我们必须看到，MUI多平台性的特点所带来的水平可用性所牵扯的因素是众多的，上面列举的仅仅是其中几点。

3 当前MUI开发常用方法

3.1基于任务模型开发

      这种方法首先要建立一个界面开发所需的数据库，我们称它为任务模型，在这个模型中主要包括用户任务、用户可以进行的操作、操作对象以及用户的特点。

这个方法可以看作是抽象模型到具体用户界面的映射过程。假设用户在一个工作域(domain) d 的任务 (task)t那么本方法要完成的便是找出恰当的呈现（presentation）p和对话d以使得用户(user)u能够完成任务t。这样的一个映射过程可以使得开发变得简单明了，至少可以在这样一个模型的建立过程中，了解我们要开发的MUI所面临哪些方面的复杂性和难度。

       一般情况下，在运用这种方法进行MUI的开发时，要经过四个阶段，也可以说是经历四种不同形态子模型^[7]：

问题域的一般任务模型。这是在对问题域的精确分析后的结果。应该说这个模型可以看作是对于解决问题域中问题的专家知识的一个映射，因为在这个模型中所表述的都是问题解决的最概括的方案。

软件支持的一般任务模型。这个模型中描述软件必须支持的或者说必须用交互来进行的行为。从一定意义上讲，这个模型是设计决策的真正的第一步，因为它明确了我们要开发的软件所必须支持的一般任务模型，在这一步，只考虑逻辑结构，而且交互对象都是在语义层次上进行描述的。

设备依赖任务模型。在软件的运行环境中，设备的性能是一个非常大的限制。因此，必须强调任务模型与设备之间的关系，我们在对一个应用程序从一个设备转换到另一个设备时，必须参照任务模型来进行，这样我们才能够实现设备间应用程序的最优化转换。

环境依赖任务模型。这个模型是最细化的一个。它是基于前面几个模型的设计决策并且描述一个特定设备在特定环境中所支持的任务。这个模型描述基于可利用的工具、资源和用户的能力的系统的能力。

3.2 界面原型驱动开发

原型的概念来自于软件工程，但现在在人计交互领域，特别是在应对MUI复杂性时也成为了重要的思想方法。原型是“针对环境中重复出现的同类问题提出的解决方案的概括性描述，可以用它来应对遇到的同类问题，而无需重新构思^[8]。”从概念我们就可看出，一个界面设计原型就是对不同环境中出现的同类可用性问题解决方案的封装，当然解决方案必须是经过证明的。对于MUI来说，一个原型就是在不同平台都会遇到的交互问题解决方案的概括化，它不被特定平台所限制，因而具有跨平台指导意义。

必须指出，原型驱动开发方法不是基于模型方法的替代。由于原型本身的抽象性，使得可以用它来构造高抽象层次的模型，以使得设计师在一个较高抽象层面上工作，增强MUI的开发清晰性和有效性，因此两种方法结合使用时是互补的。

4 结束语

本文分析了MUI带来的挑战以及其本质和应对方法。这些挑战一部分来自于MUI的跨平台性，平台间运算能力等多个方面的差异，另外一些挑战来自于用户的多样性和信息访问请求的广泛性。这些挑战意味着MUI的构造过程是及其复杂的。因为传统方法大都是用来解决垂直可用性问题，对于MUI的水平可用性问题无能为力。因此，迫切的需要有新的方法来应对。

正如文中描述的，有效的MUI开发方法必须整合不同的模型和方法。MUI体系结构中忽略这些模型中的任何一个都会导致难以满足用户需求的情况。基于模型和原型驱动方法应对MUI跨平台复杂性方面有一定的可用性，因为它们都是基于比较高的抽象层次上面，而不是拘泥于某一特定平台^[9]，因此，可以充分考虑到平台间的水平可用性问题，是当前阶段解决MUI问题的较好解决方案。

参考文献：

[1]Richter K. A Transformational Approach to MultiDevice Interfaces [R]. April 2–7,2005,CHI2005, Portland, Oregon, USA

[2]曹智一，曹梅，李雄伟.基于组件的CSCW系统写作多用户界面模型[J].军械工程学院学报，2004，16（3）:59-62.

[3]Vicente KJ. Ecological interface design: progress and challenges [J]. Human Factors,2002,44(1):62-78.

[4] Nielsen J.Coordinating User Interfaces for Consistency[M]. Neuauflage 2002 edn. The Morgan Kaufmann Series in Interactive Technologies. Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco,CA,USA(1989)

[5] 刘颖  人机交互界面的可用性评估及方法［J］. 人类工效学 2002.8（2）:35-38

[6]Seffah A ,Forbrig P.Multi-devices “Multiple” user interfaces: development models and research opportunities[J]. The Journal of Systems and Software,2004,73:287-300

[7]Paterno F.Model-based tools for pervasive usability[J].Interacting with computer,2005,17:291-315.

[8] Alexander  C. A Pattern Language [M] . New York: Oxford University Press, 1977.

[9]Watters C. Using large tables on small display devices[J]. International Journal of Human-Computer Studies,2003,58:21-37.

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