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人机界面概念及定义分析与基本原则

编辑日期:2018-10-26 20:30:06作者:鲸洋科技

详细介绍
人机介面或称为人机互动(Human-Machine Interface;HMI)是一个涵盖多重科技的领域,包括人因工程、人体工学、电脑科学、人工智慧、认知心理学、哲学、社会学、人类学、设计学与工程学等学门,因此不能完全以IT科技的角度观察与研究,甚至其中认知心理学的重要性可能比电脑科学重要,但是目前研究人机介面的模式常反其道而行,造成许多有用的程式或是科技在「不好用」的呼声中被埋没,殊为可惜。
人机介面最简单的定义是,在人员与机器之间,透过某种介面,人能够对机器下达指令,机器则能够透过此介面,将执行状况与系统状况回报给使用者,换言之,正确的在人机之间传达讯息以及指令,就是人机介面的主要定义

图示:人机介面要考量人性需求,例如将複杂的各种门禁与管理讯号,浓缩到一个10吋萤幕成浅显易懂的资讯即是一例

    人机介面设计出来,所需要达成的目标,却不仅仅是单一的命令与回馈,反而相当複杂,主要分为四个面向:1、发挥机器本身应有的功能。2、提高机器的使用效率与发挥效能。3、确保使用中之机器或系统在对使用者友善的情况下,能更经济与安全,延长使用週期。4、符合使用者的生理、心理需求,提高使用满意度。

    仔细审查前述的定义与目标,可以发现两者之间充满著模糊地带,如果是一般的IT科技,输入与输出即具有绝对性,但是人机介面在使用者与机器之间,却没有标准反应模式。以最重要的视觉而论,介面上机器呈现的讯号,让人正确的看到「那个讯号」,但是这个讯号的意义,观看者却需要靠他个人的经验、知识和周围的环境,来解释所看见的影像。

    换言之,设计再精良的机器,如果没有考虑到使用者对象的需求,往往也被归类为失败的人机介面,例如将一台显示许多数学符号的工程计算机给刚学会基本运算的幼童使用,原本设计精良的功能反而成为干扰幼童找到正确数字的障碍,结果其计算速度还不如交给幼童一台阳春计算机。

    此一浅显的道理放在前述的例子相当明显,但是当使用者背景与机器本身功能开始複杂化后,许多可笑的例子即出现,故人机介面的设计,很明显不能只从机器的功能面发想构思。

    解构人机介面第一步 了解使用者:人

    「了解人」是设计人机介面的第一个步骤,看似简单以懂,却知易行难,因为这个概念却违背很多正在设计人机介面的「科技人」的直觉,因为科技人从小到大接受的训练,都是人可以被且必须被训练来配合工作以及任务。实际上「训练有素」的概念在二次大战就证明漏洞百出,即使是经过特殊训练的人,还是无法操作一些複杂的机器或胜任一些看似已熟练的工作,因为这些机器或工作本身已经超出人类的能力极限。

    二战著名例子之一,即1940年纳粹德军入侵法国,法国战车无论装甲与火力都远胜德军,但是交战却以惨败收场。经过检讨才发现法国战车(如SOMUA S35)几乎把所有功能都设计给车长,以致于车长必须观察战场,研判战况,下命令给其他成员,注意敌军和友军的动静,还必须亲手装填抱弹、瞄准、发射。相对的,德军战车(如III号战车)把这些任务分别分散在车长,炮手、装填手、无线电手的身上,各司其职,效率远远压过车长一人忙不过来的法国战车。

    换成IT术语,就是能多工的德军战车击败了只能单工的法国战车,当然原因即是法国战车人机介面设计不良,研发者忘了考量车长这个人,就算训练有素,也有其生理上与心理上的极限。从此,「了解人类极限而不是考验人类极限」的观念诞生,成为了二战后人机介面设计的基本守则。

    了解作为使用者的人,基本上由生理结构与人体计测方法开始,首先为了解人体骨骼生理结构、活动方式与测量标准、测量方法等,接著为认识神经系统、骨骼与肌肉、运动控制、反应时间的测量与模型等,了解运动与体力活动在不同情境下的极限。

    再者为人类感官能力,即视、听、触、嗅、味、本体觉、运动觉、平衡觉的生理运作特徵,其中视觉最为重要,主要就是指视觉的认知能力,包括视距长短、视野大小、变色能力、明暗适应力、视觉暂留、阅读与感知速度…等的了解。次要的为听觉,亦需了解听觉系统的生理运作特徵,包括音响度、音高、音色的知觉现象等与语音介面的关系。

    接著探究人类认知能力,了解「认知心理学」的研究理论与成果。包括记忆、注意力、思考、问题解决、知识表徵的议题与讯息处理论,这个部分看似艰涩,实际上认知心理学可说是大脑思考的逆向工程(reverse engineering):用以实验为主方法,尝试大脑之算法(algorithms)与资料结构(data structures)。认知心理学习惯用历程(processes)与表徵(representations)指涉演算法与资料结构。以IT工程师学术训练而言,把名词代换即可看出两者的关联性。

    除了一般人外,现在的人机介面越来越讲求针对特殊使用者,例如孕妇、儿童、老人、残障者的问题与设计考量。此外,有些法令规范会进一步限制人体所能承受的物理化学限制,例如车辆的撞击规范,都需要一併了解。

    导入人性的人机介面设计 5方法破闭门造车困境

    在实务上,有许多方法可以突破人机介面设计闭门造车的窘境,让设计出来的介面符合前述的以人为本之概念。不过单一方法因各有优缺点,故通常必须以3个以上的方式交叉评估。

    1、启发式评估(Heuristic Evaluation):
    启发式评估可以让研发团队简单快速地在产品的人机介面中找出使用性问题。在启发式评估的过程中,评估人员对照研究人员提供的使用性准则清单,以检视产品的人机介面形式与操作流程,并找出其中违反使用性准则的项目。优点为可发现个别的使用性问题,可以列出专家使用者的需求,缺点是因为并未包括真正的使用者来思考,所以无法发现令专家意想不到的需求。

    2、观察法(Observation):
    适用于操作分析及追根究底的研究阶段,通常需要3 位或更多的使用者,优点是具有生态学之效力且可明确的指示使用者的工作,缺点是如果没有实验者在掌控,则结果将难以控制。

    3、访谈(Interviews)与问卷调查(Questionnaires)法:
    访谈适用于操作分析阶段,一般需要5 位受测者,优点为这是一种柔性的、深入的看法与经验调查,缺点是需花费相当长的时间且结果非常难分析比较。问卷适用于操作分析及事后检讨的研究,最少要有30 位受测者,优点为可发现受测者的主观偏好,且容易反覆进行,缺点是为了避免误解,需要先前测试工作。

    4、记录实际使用法(Logging actual use):
    需20位以上受测者,记录完整使用结果,以链结分析(Link analysis)、佈局分析 (Layout analysis)、工作层级分析(Hierarchical task analysis)等方式,优点为可发现高的惯用性或不惯用的型态,缺点为分析内容需大量资料,也许侵犯到使用者的隐私。

    5、使用者直接回馈法(User feedback):
需要上百受测者长时间的参与,适用于事后检讨的研究,优点为可持续追踪使用者的要求与观点是否改变,缺点是需要特定组织固定性的执行发问与回收资料等工作。  

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