人机交互感知和认知基础.ppt
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1、第2章 感知和认知基础,内容摘要,人的感知认知过程与交互设计原则概念模型及对概念模型的认知分布式认知,2.1 人的感知,人的感知:通过人体器官和组织进行人与外部世界的信息的交流和传递,主要包括:视觉、听觉和触觉,1.视觉,视觉是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。外界80%的信息都是通过视觉得到的,因此视觉显示是人机交互系统中用的最多的人机界面。,视觉感知可以分为两个阶段:受到外部刺激接收信息阶段和解释信息阶段。一方面,眼睛和视觉系统的物理特性决定了人类无法看到某些事物;另一方面,视觉系统进行解释处理信息时可对不完全信息发挥一定的想象力。,1.视觉感知(续),眼睛的构造,眼睛的构造 眼睛前
2、部的角膜和晶状体将光线汇聚到眼睛后部的视网膜上,形成一个清晰的影像。视网膜有视细胞组成,视细胞分为视干细胞和视锥细胞。它们是接收信息的主要细胞,视网膜上约有7百万个视干细胞和10亿3千万个视锥细胞。,视干细胞和视锥细胞的功能区别,视角和视敏度,视角,视角和视敏度,一般人能够在2m分辨2mm-20mm的细节,为我们设计界面时字符大小和间距提供了依据。视敏度:指人眼对细节的感知能力,通常用被辨别物体最小间距所对应的视角的倒数表示。,视角(visual angle),是视觉感知中关于可视目标大小的测量实际上可视目标在视网膜上的投影大小将决定视觉感知的质量 解剖生理学已经证实从眼睛晶状体到视网膜的距离
3、平均为3cm,因而只要我们得到了视角,计算投影的大小就很容易了。由此可知视角可以经过一个换算等价为目标在视网膜上的投影大小,因此可以作为测量使用。,表1 常见目标的视角比较,感知物体大小、相对距离和深度,利用视觉影像中的线索:覆盖关系:被覆盖的物体相对较远;大小比例:一般来讲,较大的物体距离较近;对物体的熟悉度:对非常熟悉物体,人们对物体的大小在头脑中事先有一个期望和预测,因此在判断物体距离时很容易和他看到的物体的大小联系起来,感知亮度,亮度是光线明亮程度的主观反映 增强亮度可以提高视敏度 随着亮度的增加,闪烁感也会增强。在高亮度时,光线变化低于50Hz,视觉系统就会感到闪烁在设计交互界面时,
4、要考虑使用者对亮度和闪烁的感知,尽量避免使人疲劳的因素,创造一个舒适的交互环境。,感知色彩,人能感觉到不同的颜色,这是眼睛接受不同波长的光的结果。颜色通常用三种属性表示:色度、强度和饱和度。色度是由光的波长决定的,正常的眼睛可感受到的光谱波长为400m-700m。,视错觉,莱亚错觉物体的组合方式将影响观察者的感知方式:人们总会夸大水平线而缩短垂直线。视错觉同样会影响到显示页面的对称性。人们经常把对称页面的中心看得稍微偏上些,如果页面以实际中心为基准排版设计,人们就会感到页面上部比下部分要短,影响视觉效果。在实际设计过程中,设计者就会以视觉中心为基准设计图形界面。,阅读,进行交互界面设计时,文字
5、符号的处理,特别是文字的排版和显示,也要根据人们的视觉感知特点,找出其中一些规律。阅读分为几个阶段:页面上文字的形状被人眼感知,文字被编码成相关的内部语言表示,语言在人脑中被解释成有语法和语义的单词或句子,阅读,成年人阅读是通过字的特征(如字的形状)加以识别。改变字的显示方式(如用大写字母,改变字体等),会影响到阅读的速度和准确性。912号的标准字体(英文)更易于识别,页面的宽度在58132mm之间阅读效果最佳。在明亮的背景下显示灰暗的文字比在灰暗的背景下显示明亮的文字更能提高人的视敏度,增强文字的可读性。,2.听觉,听觉感知传递的信息仅次于视觉,可人们一般都低估了这些信息。人的听觉可以感知大
6、量的信息,但被视觉关注掩盖了许多。听觉所涉及的问题和视觉一样,即接受刺激,把它的特性转化为神经兴奋,并对信息进行加工,然后传递到大脑。人类听觉系统对声音的解释可帮助设计人机交互界面中的语音界面。,(1)耳朵的构造,(2)声音的处理,声波在空气中的振动传播的特性音调与声波的频率有关,低频能产生低调的声音,高频能产生高调的声音。响度指在频率一定的情况下声波的振幅。音色与发声的材料有关,不同的乐器可以产生相同频率和振幅的声波,但音色不同。,人类能够听到频率在20Hz20kHz之间的声音,其中在1000Hz4000Hz范围内听觉的感受性最高。500Hz以下和5000Hz以上的声音,强度很大时才能被听到
7、。音频超过140dB时,所引起的不再是听觉而是痛觉。人可以辨认的语音频率范围是2605600Hz。,(2)声音的处理(续),声音的解释,听觉系统把输入分为三类:噪声和可以忽略的不重要的声音;被赋予意义的非语言声音,如动物的叫声;用来组成语言的有意义的声音。听觉系统就像视觉系统一样,利用以前的经验来解释输入。,3.触觉,触觉在交互中的作用是不可低估的,尤其对有能力缺陷的人,如盲人,是至关重要的触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不同在于它的非局部性温度感受器-冷热伤害感受器-疼痛机械刺激感受器-压力,触觉,实验表明,人的手指的触觉敏感度是前臂的触觉敏感度的10倍。对人身体各部位触觉敏感程度的了解有助
8、于基于触觉的交互设备的设计。动觉的概念:对人的躯干和四肢的位置的感觉,认知是人们进行日常活动时发生在头脑中的事情。许多认知过程是相互依赖的,一个活动可同时涉及多个不同的过程,只涉及一个过程的情况非常罕见,例如人们在选购商品时就涉及关注、感知、识别、说话、思考、决策等过程。分为两个模式:经验认知和思维认知,2.2 认知过程与交互设计原则,经验认知,经验认知指的是有效、轻松地观察、操作和响应周围的事件,它要求具备某些专门知识并达到一定的熟练程度,如使用Word字处理系统编辑文档,操作机床加工零件,阅读,驾驶汽车等。,思维认知,思维认知则有所不同,它涉及思考、比较和决策,是发明创造的来源,如设计、学
9、习、写作等。这两个模式在日常生活中都是必不可少的,只是二者需要不同类型的技术支持。,2.2 认知过程与交互设计原则,认知涉及到多个特定类型的过程,包括:感知和识别注意记忆语言处理问题解决,2.2.1 常见认知过程,1.感知和识别,在交互设计中,在结合不同的媒体时,应确保用户能够理解它们表示的复合信息。在结合使用声音和动画时,需要仔细协调,合理安排它们的调用次序。在设计虚拟人物时,就应该使其唇形与所说的话同步,两者之间的微小延迟都会使人难以忍受,这类似于给外文电影配音。,1.感知和识别(续),用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含义。文字应清晰易读,且不受背景干扰如可以在黑色或蓝色背景上
10、使用黄色文字,但不能在白色或绿色背景上使用黄色文字。声音应足够响亮而且可辨识,以便用户理解它们的含义。用户应能够理解输出的语音及其含义。在虚拟环境中使用触觉反馈时,用户应能识别各种触觉表示的含义。例如“紧握”的触感与“按下”的触感不同。,2.什么是注意,注意作为认知过程的一部分,通常是指选择性注意,即有选择的加工某些刺激而忽视其他刺激。它是人的感觉(视觉、听觉、味觉)和知觉(意识、思维)同时对一定对象的选择指向和集中。例如侧耳倾听某人说话,而忽略房间内其他人的交谈,观看球赛中某队员.,注意的两个基本特征,指向性:指心理活动有选择的反映一些现象而离开其余对象集中性:指心理活动停留在被选择对象上的
11、强度或紧张,注意的功能,选择功能:选择有意义的、符合需要的和与当前活动任务相一致的各种刺激;避开或抑制其它无意义的、附加的、干扰当前活动的各种刺激。保持功能:注意对象的内容保持在意识中,直到完成任务,达到目的。对活动的调节和监督功能:有意注意可以控制活动向着一定的目标和方向进行,使注意适当分配和适当转移。,注意的特征,注意的广度:指注意的范围,指一个人同时能清楚把握对象的数量。一般成人能同时把握4-6个没有意义联系的对象。随个体经验的积累而扩大,并受个体的情绪影响。注意的稳定性:指个体在较长时间内将注意集中在某一活动或对象上的特性。相反的就是注意的分散。注意的分配:是通常说的“一心二用”,指个
12、体的心理活动同时指向不同的对象的特点。例如:一边看电影,一边写文档。注意的转移:指个体根据新的任务,主动地把注意由一个对象转移到另一个对象上。,注意相关的因素目标:确切知道需要找什么,人们就可以把获得的信息与目标相比较。信息的表示形式:信息的显示方式对于人们能否快速捕捉到所需的信息片断有很大的影响。分类显示的信息就比较便于人们查找,信息表示方法:分类表示,分类显示的信息就比较便于人们查找。如图是Windows XP 系统中的一个文件列表。由于对文件按字母顺序进行了排序,且对信息进行了分栏,并对各栏进行了分割,因此按文件名查找一个文件是非常容易的。,信息表示方法:分类表示,由人的注意特点,在设计
13、人机交互界面时应做到。信息的显示应醒目,以便执行任务时使用,可使用动画图形、彩色、下划线,对条目及不同的信息进行排序,在条目之间使用间隔符等。避免在界面上安排过多的信息。尤其要谨慎使用色彩、声音和图像,人们倾向于使用过多的这类表示,而导致界面混杂,分散用户的注意力,让用户反感。朴实的界面更容易使用。,3.记忆,记忆就是回忆各种知识以便采取适当的行动。记忆过程中有三个环节:识记:相当于信息的输入和编码过程,也就是使不同感官输入的信息,经过编码而成为头脑可接受的形式;保持:相当于信息的贮存,即信息在头脑中被再加工整理,使其成为有序地组织结构,以便贮存;再认和回忆:再认和回忆相当于信息的提取,编码越
14、完善、组织越有序,提取也就越容易,反之,提取越困难。,减轻记忆负担,人的识别能力大于回忆能力图文界面替代命令界面安装过程的wizard回忆提示密码的提示语句,Window xp 搜索界面,交互设计原则,综上所述,考虑人的记忆特点,进行交互设计时应该注意的问题有:应考虑用户的记忆能力,勿使用过于复杂的任务执行步骤。由于用户长于“识别”而短于“回忆”,所以在设计界面时,应使用菜单、图标,且它们的位置应保持一致。为用户提供多种电子信息(如文件、邮件、图像)的编码方式,并且通过颜色、标志、时间戳、图标等,帮助用户记住它们的存放位置。,4.问题解决,问题解决是由一定场景引起的,按照一定的目标,应用各种认
15、知活动、技能等,经过一系列的思维操作,使问题得以解决的过程。问题解决的过程一般包括理解问题、制定计划、实施计划、检验结果四个过程。这些认知过程是要考虑做什么、有那些选择、执行某个活动会有什么结果等。它们都属于“思维认知”过程,通常涉及有意识的处理(知道自己在思考什么),与他人(或自己)讨论以及使用各种制品(如地图、书本、笔和纸)。在实际决策中,往往包含多种可能的行动方案,需要分析比较,择优选用。,4.问题解决,例如,人们在互联网上查找信息时,往往会比较不同的信息来源。人们买东西时会多方询问价格,也可以使用不同的搜索引擎,找出价格最合适或提供了最佳信息的网站。,问题解决,人的思维认知能力取决于在
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