交互设计模型

在设计学科中，有时无法直接在实地验证设计想法，所以经常借助模型来生成新的想法并对其进行测试。下面主要介绍一些常用的交互设计模型。

GOMS 模型

GOMS 模型是最著名的预测模型，它基于人类处理机模型，采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层次的细化，然后把每个操作的时间相加就可以得到一项任务的时间。

GOMS 模型主要有下面四个层次：

• 目标 Goal：用户需要达到的目的；
• 选择 Selection：用户选择的操作；
• 方法 Method：如何完成目标的过程，即对应目标的子目标序列和所需操作；
• 操作 Operator：不可分解的任务执行底层行为。

GOMS 模型

GOMS 模型提出了一种较为通用的分析模型，可以容易地对不同的界面或系统进行比较分析。但是，GOMS 模型也有一些缺点，例如：

• 理想性：假设用户完全按一种正确的方式进行人机交互，没有清楚地描述错误处理的过程；
• 专家用户主导：只针对那些不犯任何错误的专家用户；
• 任务关系简略：任务之间的关系描述过于简单；
• 忽略了用户间的个体差异。

击键层次模型

击键层次模型 $\text{(KLM, keystroke-level model)}$是 GOMS 模型的简化版。仅对用户完成任务的时间进行量化。击键层次模型的基本思想是将用户的任务分解为更细的操作符，然后通过每个操作符的时间来估计用户完成任务的时间。

常见的操作符如下：

操作符	描述	备注
$K$	键盘操作	操作时间因键盘掌握度而定
$P$	将鼠标（或其他类似设备）指向屏幕上某一位置
$P_1$	按下鼠标（或其他类似设备）的按键	拖动操作可以用 $P_{1}P$ 表示
$H$	把手放回键盘或其他设备	放回鼠标和放回键盘是不相同的，分别用 $H_{\text{mouse}}$ 和 $H_{\text{keyboard}}$ 表示
$D$	用鼠标画线	取决于画线的长度
$R(t)$	系统相应时间	仅当用户执行的任务需要等待时才计算
$M$	做某事的心里准备

例如，在命令行中，用户如果输入 ipconfig 命令（假设用户的手已经放在键盘上了），那么击键层次模型可以表示为：

$$M,K[i],K[p],K[c],K[o],K[n],K[f],K[i],K[g],K[Enter]$$

其中，$M$ 表示用户输入命令前的心里准备，$K[i]$ 表示用户按下键盘上的 i 键，$K[p]$ 表示用户按下键盘上的 p 键，以此类推。总的操作时间为

$$t_{total}=t_M+9\ast t_K$$

再例如，用户在文本编辑器中替换文字编辑器中长度为5个字符的单词，击键层次模型可以表示为：

$$M,H_{\text{mouse}},P_{\text{word}},P_{1}P,H_{\text{keyboard}},M,5K_{\text{word}}$$

其中，$P_{\text{word}}$ 表示用户将鼠标指向单词的操作，$P_{1}P$ 表示用户按下鼠标左键并拖动的操作，$5K_{\text{word}}$ 表示用户输入5个字符的单词。这样，总的操作时间为（假设每个相同操作符的时间均相同，按题目要求而定）：

$$t_{total}=2t_M+2t_H+2t_P+t_{P_1}+5t_K$$

关于 $M$ 操作符

如何确认是否在具体操作前引入思维过程？

输入字符串之前会有一个 $M$ 操作符，但是输入字符串时并没有，这是因为输入每个字符的同时可以思考下一个字符，所以不需要额外的思考时间。

一般来说，$M$ 操作符是在用户进行一系列操作（即一个认知单元）之前的心理准备时间。而大部分人可以连续进行的操作之间可以不加 $M$ 操作符。

Fitts 定律

建模可以给出执行标准任务的时间，但是没有考虑界面本身的特性对系统的使用效率的影响。这一部分可以通过Fitts 定律来解释。

Fitts 定律是由保罗·菲茨（Paul Fitts）在 1954 年提出的。它源于“轮流轻拍”实验，被试者需要在两个目标之间来回轻拍（要求尽可能准确），最后表明困难指数 $ID$ 与目标宽度 $W$ 和距离 $A$ 之间的关系为：

$$ID={\log }_2(\frac{2A}{W})$$

和信息理论的联系

信息论中著名的香农公式为：

$$C=B{\log }_2(1+\frac{S}{N})$$

Fitts 定律的公式与其的形式非常相似，似乎都描述了信息传递效率的一些限制和规律。

经过简化和修改，得出了 Fitts 定律的一般形式：

$$MT=a+b{\log }_2(\frac{A}{W}+1)$$

其中常数 $a$ 和 $b$ 因任务的不同而不同，$MT$ 为平均移动时间。由此可见，Fitts 定律指出：大目标、小距离的任务效率最高，由此可以推出以下几个好的原则：

• 最好的像素是光标所处的像素（小距离）；
• 屏幕元素应该尽可能多的占据屏幕空间，大菜单比其他类型的菜单使用更简单（大目标）；
• 屏幕元素应该尽可能应用屏幕边缘的优势（大目标）。