1.3 用戶界面設計發展歷史

計算機技術的蓬勃發展，引起了軟件用戶界面的發展，目前用戶界面是計算機科學當中最年輕的研究領域之一，也是數字化普及所帶來的巨大貢獻。計算機人機界面從產生發展至今約半個世紀的時間，經歷了巨大的變化。軟件用戶界面的發展經歷了命令行用戶界面和圖形用戶界面、多媒體用戶界面、多通道用戶界面和虛擬現實人機界面幾個階段。

1.3.1 命令行用戶界面

命令行界面是最早出現的人機用戶界面。在1963年，美國麻省理工學院開發了分時終端，并最早使用了文本編輯程序。交互終端可以把輸入和輸出信息顯示在屏幕上，分時系統使用戶可以分時共享計算機系統資源。命令行形式的對話終端是20世紀70年代到80年代的主流用戶界面。

在命令行界面中，人與界面的交互方式只能是單純地命令和詢問，人通過鍵盤輸入命令信息，界面的輸出信息也是一行簡單的靜態單一字符。在這樣的交互方式中，計算機是被動的，用戶也被單純地看作計算機的操作者。在這樣的交互界面中，要求計算機操作者熟練掌握各種命令，這需要操作者有一定的專業性和較強的記憶力，并且這樣的交互界面容易出錯，交互的自然性和效率都較低。雖然如此，現在的計算機里依舊帶有終端界面，用戶也可以根據自己的喜好調出命令行終端進行交互。命令行界面如圖1-5和圖1-6所示。

1.3.2 圖形用戶界面

隨著大規模集成電路的發展，高分辨率顯示設備和鼠標等硬件設備的出現，以及計算機圖形學、軟件工程和窗口系統等軟件技術的迅猛發展，使得20世紀80年代的用戶界面進入了圖形界面的新階段。

1973年，施樂公司研發完成了第一臺使用Alto操作系統的計算機，Alto是第一個具備了所有現代圖形用戶界面基本元素特征的操作系統，三鍵的鼠標、位圖的顯示器和圖形窗口的運用奠定了圖形用戶界面的基礎。隨后施樂公司發布了8010（Star）作為Alto的替代產品。相比于Alto增加了可雙擊的圖標、可重疊的窗口、對話欄以及分辨率達到1024×768的單色顯示器。同時期Vision公司發布的Vision是第一款使用完整圖形界面并針對IBM個人計算機環境的電子圖標軟件，首先將“視窗”和鼠標概念引入個人計算機。在計算機出現的半個世紀里，圖形用戶界面不斷發展和完善，逐步取代了命令行用戶界面，在圖形界面中比較成熟的商品化系統有蘋果公司的Macintosh、IBM的PM（Presentation Manager）、Microsoft的Windows和運行于Unix環境的X-Window等，圖1-7為Xerox Alto和蘋果公司的Macintosh。

圖形用戶界面也被稱為WIMP界面，是第二代人機界面，WIMP即窗口（Window）、圖標（Icon）、菜單（Menu）和指示器（Pointing Device）四位一體形成桌面。窗口是界面中的主要交互部分，包括菜單欄、工具欄等，圖形界面剛剛發展的時候通常是矩形，現在為了界面更加富有藝術性，會有一些不規則的形狀；圖標是用于標識某些信息的圖像標志，具有一定的專業性，如最小化、關閉窗口等圖標，第一次接觸圖形界面的人需要熟悉和學習圖標的含義；菜單是界面提供給用戶的動作命令集合，通過窗口來顯示，常見的有下拉菜單、級聯式菜單等；指示器在界面上顯示的是一個圖形，用于用戶控制設備（鼠標等）輸入到界面位置的可視化，如大部分圖形用戶界面的鼠標表示為一個小箭頭。圖形用戶界面的出現，大大提高了人與計算機交互的效率。

1.3.3 多媒體用戶界面

隨著多媒體技術的迅速發展，在原來靜態的圖形用戶界面中引入了動畫、音頻和視頻等動態媒體，形成了多媒體用戶界面。由于多媒體技術的引入，用戶界面的輸出從靜態的圖形變成了動態的二維圖形，尤其是音頻和視頻的加入，大大豐富了界面的信息表現形式，也增加了用戶對信息表現形式的選擇，大幅度提高了用戶對計算機的控制能力以及對信息的處理能力。多媒體技術讓人機交互不再是單純地輸入命令和打印結果，多媒體技術賦予圖形用戶界面動起來的生命，實現人與計算機更深層次的交流。

實際上，多媒體用戶界面可以看作是WIMP界面的另一種風格，只是計算機信息的表現方式變得多種，通過多媒體技術拓寬的是計算機到用戶的輸出帶寬，但用戶到計算機輸入帶寬并沒有得到拓寬，用戶對于信息的輸入依舊是鼠標、鍵盤等常規的輸入設備，輸入和輸出表現出了不平衡的狀態，多通道用戶界面的出現使用戶界面能支持時變媒體實現三維，為輸入輸出不平衡問題的解決帶來希望，圖1-8～1-10為多媒體用戶界面。

1.3.4 多通道用戶界面

20世紀80年代后期以來，多通道用戶界面成為用戶交互界面技術研究的新領域。多通道用戶界面，顧名思義，是允許用戶通過多個通道與計算機進行通信的人機交互界面，其中多通道包括視覺、聽覺、觸覺、語言、手勢和表情等，都可作為計算機系統的輸入。如現在的語音搜索App界面、人臉識別解鎖界面都屬于多通道用戶界面。

在多通道用戶界面中，采用更多傾向于人類的交互方式和設備，方便用戶利用多通道自然、高效地與計算機進行通信，拓寬了用戶到計算機的輸入帶寬，解決了用戶界面中輸入和輸出不平衡的問題。多通道用戶界面主要研究眼動跟蹤、手勢識別、語音識別、表情識別、三維交互和自然語言理解等技術。

多通道用戶界面與多媒體用戶界面的結合，大幅度提高了人機交互的自然性和準確性。多通道用戶界面主要研究用戶對計算機輸入信息的方式和計算機對信息的理解，多媒體用戶界面主要研究計算機對用戶輸出信息的方式和效率。兩者結合使得用戶能夠用更加自然和日常的語言動作進行信息的輸入，計算機也能夠用更加豐富的輸出方式讓用戶理解輸出信息，使得信息的交互吞吐量得到了提升。人臉識別用戶界面如圖1-11所示。語音識別用戶界面如圖1-12所示。iPad的用戶界面可以識別手勢，如圖1-13所示。

1.3.5 虛擬現實人機界面

在計算機發展的歷程中，雖然出現的多媒體和多通道用戶界面使人機交互更加自然和方便，人們還是不滿足，進一步希望能“身臨其境”，通過視覺、聽覺和觸覺等感覺來與系統交互，所以出現了虛擬現實人機界面。

虛擬現實是將用戶放置于一個完全人工的環境當中，通過虛擬現實設備，如頭盔顯示器、手柄等讓用戶有“身臨其境”的感覺。在虛擬現實人機界面中，頭盔顯示器將用戶與真實世界隔離，展現在用戶面前的是一個人工環境，可以是一個冰雪世界，也可以是一個沙漠，還可以是一個完全科幻的世界，用戶通過手柄、數據手套等外部設備對眼前的世界進行選擇、抓取等操作，進而與計算機進行交流。

對于虛擬現實的人機界面，大部分都是基于三維的設計，在日后的發展中會加入聽覺、嗅覺等感覺器官的設計，目的是為用戶實現更好的交互體驗。目前，虛擬現實的發展還處于成長階段，它的進步離不開用戶的需求和計算機技術的發展。

用戶界面的發展離不開計算機技術的進步，最初的命令行界面，用戶只能輸入靜態命令，顯示器單純輸出命令執行結果。人類不滿足于這樣的交互方式，逐步發展形成圖形用戶界面。加入視頻、音頻等輸出信息后，發展成為多媒體用戶界面。為了解決界面交互中輸入輸出的帶寬平衡問題，出現了多通道用戶界面，用戶可以采用自然的方式與計算機進行溝通，計算機的輸出信息也更容易被用戶理解。在這樣的交互方式中，人類進一步要求能夠“身臨其境”與計算機進行通信，所以出現了虛擬現實界面。作為新型的用戶交互界面，虛擬現實界面比任何一種人機交互界面更有希望實現和諧的、人機一體的交互界面。圖1-14～圖1-16所示為虛擬現實界面。