手持移动设备三维用户界面绩效预测模型研究

摘要

菜单是手持移动设备界面的重要交互部件，手持移动设备功能增加带来的菜单规模增大与手持移动设备小屏幕形成日益突出的矛盾。三维界面技术可以提高界面信息容量，因此，在手持移动设备上引入三维菜单概念是一个值得研究的课题。相应地，需要解决手持移动设备三维菜单用户操作绩效的评估问题。评估用户操作绩效主要有两种方法：一种方法是实验测试法，另一种方法是模型预测法。与实验测试法相比，模型预测法的主要优点在于能够使研究和设计人员快速和以较低成本对用户界面进行评估。因此，作者试图提出一种预测评估模型，对手持移动设备三维菜单的用户操作绩效进行预测。操作时间和操作错误率是用户操作绩效的重要组成部分，因此作者主要针对用户的操作时间和操作错误率提出相应的预测评估模型。
　　 作者首先基于人类信息处理模型提出了手持移动设备菜单信息处理模型，其目的是为建立预测评估模型提供必要的支持。人类信息处理模型是基于认知心理学建立的一种模型，主要描述了人脑处理信息的过程，将人对信息的处理分成按时间排列的几个处理阶段：感觉记忆、感知、决策和反应选择及反应执行。作者提出了影响菜单操作绩效的几个影响因素：菜单的维度、任务的复杂度和用户的知识结构，通过分析这几个因素对信息处理模型各个阶段的影响，对信息处理模型进行了改进，使其可以描述用户对手持移动设备菜单的信息处理过程。
　　 在给出的手持移动设备菜单信息处理模型的基础上，基于Fitts定律和Hick—Hyman定律，结合三维用户界面的特性，提出了预测评估手持移动设备三维菜单操作时间的模型。该模型针对评估三维菜单操作时间的需要，对Fitts定律进行了改进，使其更适合于评估手持移动设备三维菜单的操作时间；Fitts定律通常用于预测点击目标所需要的移动时间，而没有考虑查找目标所需要的搜索时间，该问题可以用Hick—Hyman定律来解决，因此作者将其引入到模型中；此外，为了使模型能够对不同类型用户(如新手用户、熟练用户等)的操作绩效进行预测，作者还在模型中加入了用户熟练程度这一因素。
　　 接着，作者基于Fitts定律和速度．准确度权衡(speed—accuracy tradeoff)原则提出了预测评估手持移动设备三维菜单用户操作错误率的模型。从Fitts定律的研究中，我们知道，Fitts定律本身不是一个预测用户操作错误率的模型，但其隐含有预测错误率的能力。因此，作者对Fitts定律进行变换，结合速度一准确度权衡原则，使其能够发挥出预测操作错误率的能力。作者首先基于Fitts定律提出了预测用户在一维界面中的点击错误率的模型，并将其扩展到二维界面和三维界面中，从而得到预测手持移动设备三维菜单操作错误率的模型。
　　 最后，为了给手持移动设备的研究和设计人员的评估活动提供指导，帮助他们得到有用的数据，使数据分析更便捷，作者提出了手持移动设备用户界面评估流程。以此为基础，作者进行了手持移动设备三维菜单用户绩效测试实验，用以检验前面提出的手持移动设备三维菜单操作时间预测模型和手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型是否有效。实验在标准的可用性实验室中进行，共招募了20名被试，实验采用被试内测试方法。采用回归分析和相关分析对实验数据进行分析，结果表明两种预测模型与相应的实验数据的相关性均较高，因此可以说两种模型都是有效的。
　　 两种预测模型可以帮助用户界面研究和设计人员快速对不同的界面设计方案进行预测评估并作出选择，缩短评估周期，同时预测模型可以降低评估过程成本，为用户界面研究和设计人员提供了一种快速有效的研究方法。

目录

文摘

英文文摘

创新点摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关研究

1.2.1 手持移动设备三维用户界面研究

1.2.2 信息处理模型

1.2.3 菜单预测模型

1.2.4 错误率预测模型

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文的内容安排

第2章 手持移动设备菜单信息处理模型

2.1 认知心理学相关原理

2.2 信息处理模型

2.2.1 人机交互系统中信息的重要性

2.2.2 人的记忆系统

2.2.3 信息处理模型

2.3 影响菜单操作绩效的主要因素

2.3.1 菜单的维度:宽度和深度

2.3.2 任务的复杂度

2.3.3 用户的知识结构

2.4 手持移动设备菜单信息处理模型

2.5 本章小结

第3章 手持移动设备三维菜单操作时间预测模型

3.1 信息论(Information Theory)

3.1.1 通信系统

3.1.2 量化信息(信息熵)

3.2 手持移动设备菜单绩效预测模型

3.2.1 手持移动设备用户界面的特性

3.2.2 手持移动设备菜单操作时间预测模型

3.3 Fitts定律和Hick-Hyman定律

3.1.1 Fitts定律

3.1.2 Hick-Hyman定律

3.1.3 Fitts定律与Hick-Hyrnan定律在菜单操作绩效建模中的应用研究

3.4 手持移动设备三维菜单操作时间预测模型

3.5 本章小结

第4章 手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型

4.1 速度-准确度权衡原则

4.1.1 速度-准确度权衡原则与信息论的关系

4.1.2 速度-准确度权衡原则研究的主要方法

4.1.3 有效目标宽度概念

4.2 手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型

4.3 本章小结

第5章 实验系统及模型验证

5.1 手持移动设备评估流程

5.1.1 手持移动设备用户界面评估和可用性指标

5.1.2 手持移动设备用户界面系统化评估方法

5.2 手持移动设备三维菜单操作时间预测模型验证实验

5.2.1 实验研究

5.2.2 数据分析

5.3 手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型验证实验

5.3.1 实验设计

5.3.2 数据分析

5.3.3 检验手持移动设备三维菜单操作错误率预测模型的有效性

5.4 本章小结

第6章 总结与未来的工作

6.1 总结

6.2 未来的工作

参考文献

附录 A 实验过程脚本

附录 B 系统可用性量表

攻读学位期间发表学术论文情况

致谢