1.3 用户界面设计发展历史

计算机技术的蓬勃发展，引起了软件用户界面的发展，目前用户界面是计算机科学当中最年轻的研究领域之一，也是数字化普及所带来的巨大贡献。计算机人机界面从产生发展至今约半个世纪的时间，经历了巨大的变化。软件用户界面的发展经历了命令行用户界面和图形用户界面、多媒体用户界面、多通道用户界面和虚拟现实人机界面几个阶段。

1.3.1 命令行用户界面

命令行界面是最早出现的人机用户界面。在1963年，美国麻省理工学院开发了分时终端，并最早使用了文本编辑程序。交互终端可以把输入和输出信息显示在屏幕上，分时系统使用户可以分时共享计算机系统资源。命令行形式的对话终端是20世纪70年代到80年代的主流用户界面。

在命令行界面中，人与界面的交互方式只能是单纯地命令和询问，人通过键盘输入命令信息，界面的输出信息也是一行简单的静态单一字符。在这样的交互方式中，计算机是被动的，用户也被单纯地看作计算机的操作者。在这样的交互界面中，要求计算机操作者熟练掌握各种命令，这需要操作者有一定的专业性和较强的记忆力，并且这样的交互界面容易出错，交互的自然性和效率都较低。虽然如此，现在的计算机里依旧带有终端界面，用户也可以根据自己的喜好调出命令行终端进行交互。命令行界面如图1-5和图1-6所示。

1.3.2 图形用户界面

随着大规模集成电路的发展，高分辨率显示设备和鼠标等硬件设备的出现，以及计算机图形学、软件工程和窗口系统等软件技术的迅猛发展，使得20世纪80年代的用户界面进入了图形界面的新阶段。

1973年，施乐公司研发完成了第一台使用Alto操作系统的计算机，Alto是第一个具备了所有现代图形用户界面基本元素特征的操作系统，三键的鼠标、位图的显示器和图形窗口的运用奠定了图形用户界面的基础。随后施乐公司发布了8010（Star）作为Alto的替代产品。相比于Alto增加了可双击的图标、可重叠的窗口、对话栏以及分辨率达到1024×768的单色显示器。同时期Vision公司发布的Vision是第一款使用完整图形界面并针对IBM个人计算机环境的电子图标软件，首先将“视窗”和鼠标概念引入个人计算机。在计算机出现的半个世纪里，图形用户界面不断发展和完善，逐步取代了命令行用户界面，在图形界面中比较成熟的商品化系统有苹果公司的Macintosh、IBM的PM（Presentation Manager）、Microsoft的Windows和运行于Unix环境的X-Window等，图1-7为Xerox Alto和苹果公司的Macintosh。

图形用户界面也被称为WIMP界面，是第二代人机界面，WIMP即窗口（Window）、图标（Icon）、菜单（Menu）和指示器（Pointing Device）四位一体形成桌面。窗口是界面中的主要交互部分，包括菜单栏、工具栏等，图形界面刚刚发展的时候通常是矩形，现在为了界面更加富有艺术性，会有一些不规则的形状；图标是用于标识某些信息的图像标志，具有一定的专业性，如最小化、关闭窗口等图标，第一次接触图形界面的人需要熟悉和学习图标的含义；菜单是界面提供给用户的动作命令集合，通过窗口来显示，常见的有下拉菜单、级联式菜单等；指示器在界面上显示的是一个图形，用于用户控制设备（鼠标等）输入到界面位置的可视化，如大部分图形用户界面的鼠标表示为一个小箭头。图形用户界面的出现，大大提高了人与计算机交互的效率。

1.3.3 多媒体用户界面

随着多媒体技术的迅速发展，在原来静态的图形用户界面中引入了动画、音频和视频等动态媒体，形成了多媒体用户界面。由于多媒体技术的引入，用户界面的输出从静态的图形变成了动态的二维图形，尤其是音频和视频的加入，大大丰富了界面的信息表现形式，也增加了用户对信息表现形式的选择，大幅度提高了用户对计算机的控制能力以及对信息的处理能力。多媒体技术让人机交互不再是单纯地输入命令和打印结果，多媒体技术赋予图形用户界面动起来的生命，实现人与计算机更深层次的交流。

实际上，多媒体用户界面可以看作是WIMP界面的另一种风格，只是计算机信息的表现方式变得多种，通过多媒体技术拓宽的是计算机到用户的输出带宽，但用户到计算机输入带宽并没有得到拓宽，用户对于信息的输入依旧是鼠标、键盘等常规的输入设备，输入和输出表现出了不平衡的状态，多通道用户界面的出现使用户界面能支持时变媒体实现三维，为输入输出不平衡问题的解决带来希望，图1-8～1-10为多媒体用户界面。

1.3.4 多通道用户界面

20世纪80年代后期以来，多通道用户界面成为用户交互界面技术研究的新领域。多通道用户界面，顾名思义，是允许用户通过多个通道与计算机进行通信的人机交互界面，其中多通道包括视觉、听觉、触觉、语言、手势和表情等，都可作为计算机系统的输入。如现在的语音搜索App界面、人脸识别解锁界面都属于多通道用户界面。

在多通道用户界面中，采用更多倾向于人类的交互方式和设备，方便用户利用多通道自然、高效地与计算机进行通信，拓宽了用户到计算机的输入带宽，解决了用户界面中输入和输出不平衡的问题。多通道用户界面主要研究眼动跟踪、手势识别、语音识别、表情识别、三维交互和自然语言理解等技术。

多通道用户界面与多媒体用户界面的结合，大幅度提高了人机交互的自然性和准确性。多通道用户界面主要研究用户对计算机输入信息的方式和计算机对信息的理解，多媒体用户界面主要研究计算机对用户输出信息的方式和效率。两者结合使得用户能够用更加自然和日常的语言动作进行信息的输入，计算机也能够用更加丰富的输出方式让用户理解输出信息，使得信息的交互吞吐量得到了提升。人脸识别用户界面如图1-11所示。语音识别用户界面如图1-12所示。iPad的用户界面可以识别手势，如图1-13所示。

1.3.5 虚拟现实人机界面

在计算机发展的历程中，虽然出现的多媒体和多通道用户界面使人机交互更加自然和方便，人们还是不满足，进一步希望能“身临其境”，通过视觉、听觉和触觉等感觉来与系统交互，所以出现了虚拟现实人机界面。

虚拟现实是将用户放置于一个完全人工的环境当中，通过虚拟现实设备，如头盔显示器、手柄等让用户有“身临其境”的感觉。在虚拟现实人机界面中，头盔显示器将用户与真实世界隔离，展现在用户面前的是一个人工环境，可以是一个冰雪世界，也可以是一个沙漠，还可以是一个完全科幻的世界，用户通过手柄、数据手套等外部设备对眼前的世界进行选择、抓取等操作，进而与计算机进行交流。

对于虚拟现实的人机界面，大部分都是基于三维的设计，在日后的发展中会加入听觉、嗅觉等感觉器官的设计，目的是为用户实现更好的交互体验。目前，虚拟现实的发展还处于成长阶段，它的进步离不开用户的需求和计算机技术的发展。

用户界面的发展离不开计算机技术的进步，最初的命令行界面，用户只能输入静态命令，显示器单纯输出命令执行结果。人类不满足于这样的交互方式，逐步发展形成图形用户界面。加入视频、音频等输出信息后，发展成为多媒体用户界面。为了解决界面交互中输入输出的带宽平衡问题，出现了多通道用户界面，用户可以采用自然的方式与计算机进行沟通，计算机的输出信息也更容易被用户理解。在这样的交互方式中，人类进一步要求能够“身临其境”与计算机进行通信，所以出现了虚拟现实界面。作为新型的用户交互界面，虚拟现实界面比任何一种人机交互界面更有希望实现和谐的、人机一体的交互界面。图1-14～图1-16所示为虚拟现实界面。