1.1 Human - 輸入輸出

08-24

1.1 Human - 輸入輸出

來自專欄 HCI學習筆記

我們可以將用戶類比為一個信息處理系統。

這個系統由三部分組成：輸入-輸出、記憶、處理

Overview

人類在處理信息方法具有局限性。

信息通過一些輸入和輸出渠道進行接受和反應

- 視覺

- 聽覺

- 觸覺

- 運動

信息儲存於記憶中

- 感知記憶

- 短時記憶（工作記憶）

- 長時記憶

信息的處理和應用：

-分析

-問題處理

-技能獲得

-錯誤

情感會影響人類的能力

Introduction

Human/user - 計算機系統被設計出來協助的對象

用戶需求是第一優先順序

我們需要了解用戶的能力和限制。

1983，Card, Moran, Newell : Model Human Processor

- 感知系統 perceptual system：處理外部的感知刺激

- 機動系統 motor system: 控制行為

- 認知系統 cognitive system: 處理連接另外兩個系統

我們也將用戶類比為一種信息處理系統

輸入-輸出

記憶

處理：問題解決、學習、總結、錯誤

外部影響：社會、組織環境

輸入-輸出

人同外部世界的交互通過信息的接受和傳遞發生 - input/output

human的input主要通過感官發生 - 視覺聽覺觸覺味覺嗅覺

output 通過對於效應物 effector的motor control

-limbs、fingers、eyes、head、vocal system

1. 視力

人類的視力行為高度複雜，且受限於物理和感知的限制。是大多數人信息的主要來源

粗略地分為兩個階段：

- 接收外部物理刺激

- 處理、理解刺激

一方面，眼睛的物理限制以及視覺系統的構成，意味著有些具體的事物不能被人類看到；另一方面，視覺的處理能力允許圖像從不完整的信息結構化

The human eye

眼睛是一種接收光並將其轉化為電能的機制

角膜cornea和晶狀體lens在眼睛的前部

retina視網膜，對光敏感，有兩種光感受器photoreceptor：rod視網膜桿和cones圓錐體

Visual perception

了解眼睛的基本結構可以解釋視覺的物理機制，但視覺知覺不僅僅是這一點。

通過視覺裝置接收到的信息，必須被過濾並將其傳遞給處理元件，以便我們識別連貫的場景，消除相對距離並區分顏色。

感知大小和深度

眼睛如何感知大小，深度和相對距離？- 圖像如何出現在視網膜上。

來自物體的反射光在視網膜上形成倒置的圖像。該圖像的大小被指定為視角。
如果我們從物體頂部畫一條線到眼睛前方的中心點，從物體底部到同一點畫一條第二條線，物體的視角就是這兩個角度之間的角度線。可視角度受物體大小及其與眼睛距離的影響。
視角指示對象佔用了多少視場。視角測量以弧度或弧度分鐘給出，其中1度相當於60分鐘弧度，1弧度至60秒弧度。

眼睛如何感知大小，深度和相對距離？- 圖像如何出現在視網膜上。

如果物體的視角太小，我們根本無法感知它。

Visual acuity視敏感度是一個人感知細節的能力
即使視角發生變化，我們對物體大小的感知仍然保持不變。所以即使他們離你越遠，他的身高也會保持不變。這是尺寸恆定的規律，它表明我們對尺寸的感知依賴於視角以外的因素。
深度- 我們視野中物體的大小和高度也提供了距離的提示。
如果我們期望的物體具有一個已知的尺寸，那麼我們可以相應地判斷它的距離

Perceiving brightness 感知亮度

亮度是對光線水平的主觀反應，受到物體發光量的亮度的影響。物體的亮度取決於落在物體表面的光量及其反射特性。亮度是一種物理特性，可以使用光度計進行測量。對比度與亮度有關：它是物體亮度和背景亮度的函數。
雖然亮度是一種主觀的反應，但它可以用明亮的亮度差異來描述，但是，視覺系統本身也可以補償亮度的變化。
視敏度隨亮度增加而增加。這可能是使用高顯示亮度的一個理由。但是，隨著亮度的增加，閃光也會增加。在高亮度下，閃光燈可以在50赫茲以上感知。周邊視覺中的閃爍也更明顯。這意味著顯示器越大（因此其佔用的周邊視覺越多），它看起來就越會顯得眩暈。

Perceiving color 感知顏色

顏色通常被認為是由三個組成部分組成：色調hue，強度intensity和飽和度saturation。

色調由光譜的波長(spectral wavelength of the light.)決定。藍調有短波長，綠色中等，紅色很長。一般人可以區分大約150種不同的色調。
強度是顏色的亮度brightness，飽和度saturation是顏色中的白度whiteness。通過改變這兩種顏色，我們可以在700萬種不同顏色的區域感知。然而，沒有經過培訓的人可以識別的顏色數量要少得多（在10個區域內）。
眼睛能夠感知顏色，因為錐體cones對不同波長的光敏感。

有三種不同類型的錐體，每種都對不同的顏色（藍色，綠色和紅色）敏感。還應該注意的是，只有3-4％的中央凹被錐體佔據，錐體對藍光敏感，使得藍色敏感度較低。
大約8％的男性和1％的女性患有色盲，最常見的是無法區分紅色和綠色。

視覺處理的能力和局限性

大多數人類視覺處理系統的能力和局限問題，主要集中在低層次的感知上 low-level perception

視覺處理- 投射到視網膜上的光轉換、理解為完整的圖像

我們的期望會改變圖像的感知方式

例如，如果我們知道某個物體是特定的大小，那麼無論它離我們有多遠，我們都會將其視為該大小。

當我們四處移動或我們看到的物體發生移動時，視覺處理會補償視網膜上圖像的移動。儘管視網膜圖像正在移動，但我們感覺到的圖像是穩定的。同樣，儘管亮度發生了變化，物體的顏色和亮度也會被視為不變。

這種解釋和利用期望的能力可以用來解決歧義。

eg, 圖片1.3可能會意指不明，但是在圖片1.4、1.5中，結合對象出現的背景可以區分呈現的對象

但是，也會產生光學錯覺（optical illusions）

例如圖1.6，哪一行更長？

認為上面的線更長，可能是因為尺寸常數定律（the law of size constancy）的錯誤應用：

頂部的線看起來像一個凹形，底部像一個凸形。因此前者似乎比後者更遠，因此規模看起來更大。

類似的錯覺是Ponzo錯覺。如圖1.7，這裡由於距離效應，頂線顯得更長，儘管兩條線都是相同的長度。

這些錯覺表明我們對尺寸的看法並不完全可靠。

校對錯覺（the proofreading illusion）：由於我們期望補償圖像造成的

Design Focus:

1.人類視覺系統的廣泛知識可以在實際設計中加以應用。

例如，當我們的焦點距離增加時，我們的閱讀或辨別能力反而下降。這是由於錐體朝我們視覺中心更密集造成的。你可以在下面的圖片中看到這個。固定在中心點上。左側的字母應該都是同樣可讀的，右側的字母同樣更難。

這種辨別的喪失限制了可以在不移動眼睛的情況下看到或閱讀的數量。專註於屏幕中間的用戶不能期望閱讀在底線上的幫助文字。

然而，雖然我們辨別靜態文本的能力減弱，但是更多集中在視覺外部的視桿細胞對變化非常敏感; 因此我們對視覺的邊緣的運動很敏感。所以如果你想要一個用戶在屏幕底部看到一條錯誤信息，最好是閃爍！另一方面，聰明的移動圖標，無論令人印象深刻，即使用戶不直接看著它們，也會分散注意力。

2. 中間在哪兒

視覺錯覺強調了事物存在的方式和我們感知他們的方式之間的差異，在界面設計中我們需要意識到我們不會總是完全按照原樣來看待事物。

對象組合在一起的方式會影響我們感知它們的方式，並且我們不會完全按照它們的形狀感知幾何形狀。

例如，我們傾向於放大水平線並減少垂直線。所以一個正方形需要稍微增加高度才會出現方形，如果是水平而不是垂直，線條會顯得更粗。

錯覺也會影響頁面對稱性。我們傾向於將頁面的中心看作比實際中心略高一點 - 因此，如果頁面圍繞實際中心對稱布置，則我們會看到頁面太低。在平面設計中，這被稱為光學中心optical center - 底部頁邊空白往往會增加50％以彌補。

Reading

除了圖形外，文本的感知和處理對於界面設計來說非常重要

閱讀過程中有幾個階段

1）感知頁面上單詞的視覺模式 visual pattern

2) 參照語言的內部表示進行解碼

3) 最後階段包括句法syntactic和語義semantic分析，並對短語或句子進行操作。

我們最關心的是這個過程的前兩個階段以及它們如何影響界面設計。

在閱讀過程中，眼睛會產生不平穩的運動，稱為眼跳動 saccades，然後固定視線。感知發生在視線固定時期，約佔時間的94%

眼睛向文本後方移動，在所謂的回歸regression中前進。如果文本複雜，則會有更多的回歸。

成人每分鐘讀約250字。單詞逐字逐句，連續瀏覽是不太可能的，因為實驗表明單詞可以像單個字元一樣快速識別。相反，熟悉的單詞使用單詞形狀來識別。這意味著去除單詞形狀的線索（例如，通過大寫單詞）對閱讀速度和準確性不利。

可以閱讀文本的速度是衡量其可讀性的一個指標。

實驗表明，9-12的標準字體易讀性是相等的，線之間的比例間距是相同的。同樣，2.3到5.2英寸（58和132毫米）之間的線條長度也相同。

然而，有證據表明，從電腦屏幕上閱讀比從書中閱讀要慢。這被認為是由於許多因素造成的，包括更長的行長度，更少的頁面單詞，方向以及對頁面媒體的熟悉程度。這些因素可以通過認真設計文本界面來減少

負面對比度a negative contrast：淺色屏幕上的黑色字元

負面對比度提供更高的亮度，因此比正面對比具有更高的敏銳度，更高的易讀性，但是也會更容易出現抖動。

2. 聽覺

聽覺系統可以傳達大量的信息。但是很少在界面設計上發揮其潛力，通常用在警告聲及提示音上。

然而耳朵可以區分非常微妙的聲音變化，可以不必集中精力就能識別熟悉的聲音。聲音可以更廣泛地用於界面設計，例如傳達有關係統狀態的聲音。

人耳

正如視力始於光線一樣，聽覺始於空氣或聲波的振動。

耳朵接受這些振動，並通過各個階段將它們傳遞給聽覺神經。耳朵包括三部分，通常稱為外耳，中耳和內耳。

外耳：它保護敏感的中耳免受傷害；保持中耳恆定的溫度；耳廓和耳道用來放大一些聲音

耳廓- 它是連接在頭部兩側的結構
耳道 - 聲波沿耳道傳遞到中耳

中耳：由鼓膜或耳鼓連接到外耳的小腔，並通過耳蝸連接到內耳。

聲音處理

pitch - 音高聲調，是聲音的頻率

loudness - 音量

timbre -音質音色：聲音的種類

人耳可以接收從20-15k赫茲的頻率

聲音系統可以過濾一些接收的聲音，允許我們忽略背景噪音並專註於重要的信息

雞尾酒會效應 cocktail party effect :指人的一種聽力選擇能力，在這種情況下，注意力集中在某一個人的談話之中而忽略背景中其他的對話或噪音。該效應揭示了人類聽覺系統中令人驚奇的能力，即我們可以在雜訊中談話。

聲音可以傳遞大量的信息

【思考】為有效使用聲音屬性的界面提出建議。

聲音可以用來傳遞信息，不僅對於視覺受損的用戶很有幫助，而且對於需要需要分散用戶注意的任何應用（比如發電廠控制、飛行控制等）也很有用。

非語言的聲音non-speech sounds 使用包括：

注意力- eg.緊急情況時吸引用戶注意力去結束一個程序
信息狀態 - 可以用持續的背景聲音來傳遞信息狀態，比如監控流程的進度（不需視覺注意）
確認 - 與確認動作已執行的動作相關聯的聲音，如將聲音與刪除文件相關聯
導航 - 使用改變的聲音去指示用戶在系統中的位置。如用聲音來支持超文本導航

3 觸覺

觸覺提供了關於環境的非常重要的信息。當用戶觸摸到熱/冷時，可以作為一種警告，觸覺也可以提供一種反饋

虛擬現實 virtual reality - 只能看到不能觸摸

計算機系統中：按鈕的按壓

對於普通人而言，觸覺只是信息的第二來源，但是對於其他感官受損的人，這可能是非常重要的（盲文）

通過皮膚接收刺激，皮膚含有三類的感覺接受體：熱感受器thermoreceptors 對熱和冷反應，傷害感受器nociceptors 對強烈的壓力、熱量和疼痛作出反應，機械感受器mechanoreceptors對壓力作出反應。

機械受壓器有兩種，應對不同的壓力。

迅速適應機械感受器 Rapidly adapting mechanoreceptors -隨著皮膚縮進，迅速適應機械感受器對即時壓力作出反應。這些受體也隨著壓力的增加而更迅速地反應。但是，如果持續施加壓力，他們會停止響應。

慢慢適應機械感受器Slowly adapting mechanorecetors- 對持續施加的壓力做出反應。

身體不同區域的敏感度 acuity 不同

可以用 two-point threshold test 身體不同區域的敏感度

拿兩隻鉛筆，筆尖大約分開12mm,用拇指觸摸筆尖看是否可以感受到兩點，如果不能，將筆尖分得更開一點。測量能感受到兩點時的距離

距離越遠，敏感度越低

觸覺的第二部分是動覺 kinesthesis: awareness of the position of the body and limbs

這是由於關節的接收器

Rapidly adapting - 肢體以特定方向移動時的反應

slowly adaptin - 移動和靜止時的反應

positional receptors-對肢體靜止時的反應

eg:對於觸摸打字員而言，感受手指的相對位置和鍵盤反饋是非常重要的

4 運動 Movement

思考問題的階段可以分為 reaction 時間和 movement 時間

movement time 很大程度依靠主體的物理角色：年齡、健康度等

人們反應聲音信號的時間大約是150ms,反應視覺信號的時間約為200ms,感受到疼痛約為700ms

練習和技能可以縮短reaction 時間，疲勞會增加

accuracy精確度 - 反應速度和精確度

速度和精確度是設計交互系統時需要重點考慮的問題，首要問題是在屏幕上移動特定目標 button menu icon時所花費的時間

菲茲定律 Fittss law
Movement time = a+b log2(distance/size +1)
a和b是以經驗決定的常數

用戶很難操控小的物體，所以目標物應該儘可能的大，移動距離儘可能小

piechart-shaped 菜單最好將所有的操作options設置為等距equidistant的