構(gòu)建用例場景的交互界面設(shè)計方法研究

王偉

交互界面是人和機器進(jìn)行信息交換的通道，用戶通過交互界面進(jìn)行操作，機器則通過界面反饋各類信息。傳統(tǒng)的界面設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足這種復(fù)雜的設(shè)計要求，難點在于如何保證界面在交互狀態(tài)下其設(shè)計的合理性和科學(xué)性。這就需要探索一種全新的方法來解決交互界面的復(fù)雜性、可靠性和有效性的問題。本文試圖采用軟件工程的思維方式來解決交互界面設(shè)計的合理性問題。

長期以來，設(shè)計界一直存在兩種設(shè)計思維方式的爭論，一種是以系統(tǒng)為中心的設(shè)計思維方式，一種是以用戶為中心的設(shè)計思維方式。以系統(tǒng)為中心的設(shè)計方法經(jīng)歷了科學(xué)發(fā)現(xiàn)、工業(yè)應(yīng)用、用戶適應(yīng)三個階段。這三個階段非常漫長，有數(shù)據(jù)表明，汽車進(jìn)入25%的美國家庭花了55年的時間，錄像機花了34年，手機則花了13年。［1］這種方法設(shè)計的焦點主要集中在系統(tǒng)本身，設(shè)計思維方式更偏向于系統(tǒng)的功能和目標(biāo)實現(xiàn)，但是，人機交互因素的提升加速了技術(shù)的普及和推廣。隨著工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)向縱深發(fā)展，這種以工程師為主導(dǎo)的產(chǎn)品設(shè)計文化正逐步過渡到以用戶需求為重心的設(shè)計文化，人和機器之間的視覺對話機制--人機交互界面使系統(tǒng)更具吸引力。無論是微軟的win系列還是蘋果公司的麥金托什系列，以及后來發(fā)展而來的ipod、ipad 、iphone，都讓人機交互界面成為一個重要的研究對象。我們看到了人機交互界面在產(chǎn)品上的成功，同時也看到了人機交互界面在產(chǎn)品上的失敗。如果說微軟win系列采用的人機交互界面策略是成功的話，從win95到win7系統(tǒng)還為桌面用戶保留了一致性的場景。但是，win8改變了用戶的使用場景，試圖改變用戶從桌面到移動端消費，結(jié)果導(dǎo)致win8在pc端銷售嚴(yán)重不暢，距離消費者越來越遠(yuǎn)，以致不得不調(diào)整人機交互界面設(shè)計策略。

20紀(jì)90 年代中后期，諾曼博士明確提出以用戶為中心的設(shè)計思想。1998年，以用戶為中心的設(shè)計正式寫入ISO 9241-210 人機工效(Ergonomics of human-system interaction)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)文件中，強調(diào)用戶和產(chǎn)品之間的交互質(zhì)量，包括有效性，效率和滿意度。［2］然而，以用戶為中心的設(shè)計思想僅僅作為一種設(shè)計理想化指引,實際在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中，如何無限接近這一目標(biāo)，這是一個難題。以致諾曼博士在后來提出要把關(guān)注點從用戶的個體轉(zhuǎn)移到用戶的活動和為了這個活動所采取的任務(wù)上。［3］如何實現(xiàn)這種目標(biāo)，諾曼博士沒有直接給出答案。本文試圖通過構(gòu)建用戶用例場景分析，從用戶的場景活動出發(fā)來解決以用戶為中心的交互界面設(shè)計問題。

1 關(guān)于場景

場景設(shè)計的概念最早來自電影或者動畫工業(yè)，設(shè)計者基于某種假設(shè)、想象或者事實，通過圖畫兼簡短文字來描繪故事中的人物、場景和故事情節(jié)，通過連續(xù)性圖畫來表達(dá)一連串發(fā)生的人物行為和狀態(tài)。1967年，IvarJacobson博士在定義愛立信AXE系統(tǒng)的構(gòu)架時候開始使用場景書寫方法來解決復(fù)雜的人機關(guān)系問題。Jacobson發(fā)明了對整個軟件工業(yè)都產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的工具—用例。［4］這種方法不僅將以用戶為中心的設(shè)計意圖清晰地表達(dá)出來，并在平衡用戶、系統(tǒng)、環(huán)境三者之間的關(guān)系中發(fā)揮著重要的作用。1995年，Jacobson先生加盟Rational，與Grady Booch和James Rumbaugh三人一起創(chuàng)造了意義深遠(yuǎn)的統(tǒng)一建模語言（Unif i ed Modeling Language ，簡稱UML）。市場根據(jù)UML開發(fā)了很多工具，包括有名的Rational Rose，Enterprise Atchitect（簡稱EA）工具，用例工具是其中重要工具之一，并大量應(yīng)用于構(gòu)建業(yè)務(wù)場景建模和系統(tǒng)建模過程中,這種方法促使交互界面的設(shè)計向更有效的方向發(fā)展。

場景用來記錄有關(guān)人及其活動的故事。場景描述的優(yōu)點在于其不僅可以清晰定義用戶及其行為，還能夠清晰定義用戶所處的環(huán)境信息及其相互之間的交互關(guān)系。用戶通過觸發(fā)某個事件來完成任務(wù)，事件觸發(fā)的情景便構(gòu)成了一個場景，不同的觸發(fā)順序和處理結(jié)果就形成事件流。這種分析和設(shè)計方法同時還被引入到產(chǎn)品測試中，通過用例測試，快速迭代，可以促使設(shè)計無限滿足用戶的需求，提高交互界面的質(zhì)量，提高了交互界面的有效性、效率和滿意度。

2 用例場景設(shè)計

在最新的UML文檔中指出：“用例圖描述了環(huán)境中的演員通過使用主題系統(tǒng)來實現(xiàn)某個目標(biāo)，那就是實現(xiàn)了主題系統(tǒng)為演員提供的一組服務(wù)。用例也可以被視為通過主體和演員之間的交互實現(xiàn)相應(yīng)的功能或者能力。用例圖包含相互關(guān)聯(lián)的用例和參與者，以及它們之間的通信。演員代表可能對應(yīng)于用戶的外部系統(tǒng)、系統(tǒng)、或其他環(huán)境實體的分類器角色。他們可能會直接或間接與系統(tǒng)發(fā)生相互作用。演員往往代表專業(yè)用戶類型或外部系統(tǒng)?！盵6]根據(jù)定義，用例圖可以理解為包含了用戶（Actor）、用例（Use Case）、系統(tǒng)邊界、關(guān)聯(lián)描述（如箭頭等）等要素，用于描述用戶和系統(tǒng)功能之間的關(guān)系，但并不描述系統(tǒng)內(nèi)部工作的細(xì)節(jié)。例如，當(dāng)用戶到銀行取款，我們?yōu)榇藞鼍皠?chuàng)建一個用例。用文字可以這樣描述：“銀行客戶某某在ATM機上取款...”但并不描述ATM系統(tǒng)內(nèi)部的工作細(xì)節(jié)。

圖1

用例是軟件系統(tǒng)工程里的一個重要概念，用例是對一組動作序列抽象的描述，系統(tǒng)執(zhí)行這些動作序列，產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果。這些結(jié)果可能反饋給用戶，也可能作為其他用例的參數(shù)。通過用例的方法來描述動作序列的場景，應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中，可以清晰地記錄出用戶的需求，［5］更重要的是通過用例圖可以發(fā)現(xiàn)其中的問題。用例可以采用自然語言的描述方式，如文本法；也可以采用形式化語言的表達(dá)方式，如活動圖、序列圖、交互圖。文本法就是講故事的方法，這種方法通常應(yīng)用在項目早期階段，但不夠直觀，也不易操作。對于復(fù)雜的產(chǎn)品來說，很難把用戶和系統(tǒng)關(guān)系陳述清楚。活動圖就是將用戶的行為用圖表的形式表達(dá)出來，其缺點在于很難捕捉到用戶的行為目的，也很難應(yīng)付復(fù)雜的場景。序列圖克服了文本法和活動圖的缺點，能夠清晰描述用戶和系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，這種表述方式最大的優(yōu)勢在于明晰了交互關(guān)系以及用戶動作所產(chǎn)生的后果。因此，用例圖、活動圖、序列圖并輔以簡短的文字描述方法簡潔、直觀，邏輯性強，強調(diào)用戶行為驅(qū)動的事件流，能夠清晰有效地建立用戶和系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，準(zhǔn)確捕獲到用戶的實際需求和潛在需求。

在設(shè)計用例之前，首先要選擇用戶（Actor）。從UML文檔可以看出，用戶是指存在于被定義系統(tǒng)外部并與該系統(tǒng)發(fā)生交互的人或其他系統(tǒng)，他們代表的是系統(tǒng)的使用者或使用環(huán)境。這里的用戶是人也可能是其他對象，如系統(tǒng)時鐘。不同的用戶對產(chǎn)品會執(zhí)行不同的行為或類似的行為。因此，對用戶進(jìn)行畫像分類，建立用戶模型是非常必要的工作。一般根據(jù)用戶本身的性別、年齡、教育程度、收入等數(shù)據(jù)進(jìn)行分類畫像，也可以根據(jù)用戶的主要活動、工具、工作環(huán)境等等來進(jìn)行分類畫像，建立人物原型實例?！癡B之父”Alan Cooper曾建議不要為超過三個以上的用戶畫像，這容易造成需求沖突。

其次，建立用例（Use Case）。用例用于表示系統(tǒng)所提供的服務(wù)，它定義了用戶如何使用這個系統(tǒng)，描述了該系統(tǒng)所提供的某一完整功能以及用戶與系統(tǒng)之間發(fā)生的交互關(guān)系，用例的描述通常采用動賓表達(dá)形式，表示用戶發(fā)出的一個動作。例如：添加賬戶、刪除賬戶等。（圖1）

再次，選擇通訊關(guān)聯(lián)（Communication Association）。通訊關(guān)聯(lián)用于表示用戶之間或用例之間的對應(yīng)關(guān)系，它表示用戶使用了系統(tǒng)中的哪些服務(wù)（用例），或者說系統(tǒng)所提供的服務(wù)（用例）是被哪些用戶所使用的。關(guān)聯(lián)通常用泛化（Generalization）、包含(Include)、擴展(Extend)來表示。關(guān)聯(lián)能夠有效界定用例的邊界。

泛化通常指用戶之間或用例之間的繼承關(guān)系，例如，ATM機用戶可以分為銀行客戶和管理員。用戶和兩者就構(gòu)成了繼承關(guān)系。銀行客戶和管理員使用系統(tǒng)的目標(biāo)完全不同，因此，泛化強調(diào)子用例之間的互斥性關(guān)系。

包含描述了用例和用例之間的關(guān)系，可以將一個復(fù)雜的用例分解成比較小的步驟。例如，銀行持卡在線用戶可以通過手機來維護(hù)個人賬戶，維護(hù)賬戶可以分解成添加賬戶、修改賬戶、刪除賬戶、查詢賬戶。維護(hù)賬戶就和四個用例構(gòu)成了包含關(guān)系。用例之間的包含關(guān)系還描述了在執(zhí)行基本用例的實例中插入了一個行為段?；居美煽刂婆c包含用例的關(guān)系，并可依賴于執(zhí)行包含用例所得的結(jié)果。例如，當(dāng)用戶進(jìn)行商品在線交易時，購物、交易、退款或者轉(zhuǎn)賬時都需要識別客戶，至于采用何種方式識別并不重要。

擴展關(guān)系通常指基本用例功能之外的延伸。例如，網(wǎng)上購買商品后需要“查詢賬單”，這是個基本用例，但是，客戶可能需要“打印賬單”。打印賬單和查詢賬單之間就構(gòu)成了擴展關(guān)系。擴展強調(diào)行為的偶發(fā)性，在查詢賬單時并不一定需要執(zhí)行打印行為。

在用例設(shè)計過程中，用例必須是由一個角色觸發(fā)而產(chǎn)生的活動。如果存在角色不產(chǎn)生交互行為的用例時，要考慮將其并入到其他用例中，或者檢查該用例的用戶有沒有被遺漏的可能。如果發(fā)現(xiàn)有任何用例與不相關(guān)聯(lián)的用戶存在，就應(yīng)該考慮該用戶是如何與系統(tǒng)發(fā)生對話的。

除了用戶作為用例的用戶之外，還有一個特殊的系統(tǒng)用戶—系統(tǒng)時鐘。在很多情況下，我們需要在系統(tǒng)內(nèi)部定時執(zhí)行一些操作，如檢測系統(tǒng)使用狀況、供電情況、內(nèi)存情況、給用戶發(fā)送消息 等等。從表象上看，這些操作并不是由用戶觸發(fā)的動作。但是，我們把定時器抽象出來作為一個特殊用戶，利用該用戶來觸發(fā)某些定時操作。例如：當(dāng)學(xué)生將在線課程加入到選課計劃里的時候，課程將在某個時點開始，我們需要將時鐘用戶加入進(jìn)來，當(dāng)臨近這個時間點的時候，系統(tǒng)會自動向用戶發(fā)送上課提醒信息。

單純描述用例是分析界面交互設(shè)計的第一步。在哪些環(huán)節(jié)需要界面，哪些環(huán)節(jié)不需要，這就必須要清晰描述用戶和系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，選擇序列圖來描述是個非常有效的方法，從可視化的行為邏輯中容易暴露出潛在的問題。序列圖（圖2）為交互和可視化界面設(shè)計提供詳盡的信息。沒有這些內(nèi)容，交互和可視化界面設(shè)計就缺乏堅實的邏輯基礎(chǔ)。

實踐發(fā)現(xiàn)，通過用例圖的方法來構(gòu)建場景是交互界面設(shè)計的有效方法，這種場景可以有效地將設(shè)計從系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到用戶和系統(tǒng)環(huán)境的研究上來，引導(dǎo)出相關(guān)的交互界面，也更貼近以用戶為中心的設(shè)計目標(biāo)。這種方法還帶來一個好處，即能夠有效地控制系統(tǒng)功能的細(xì)分粒度，既不會設(shè)計多余的功能，也不會因為缺少某些功能而導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足用戶的需要。

圖2 序列圖（登錄案例）

3 書寫用例規(guī)約

為了進(jìn)一步細(xì)化用例表述的信息，需要書寫用例規(guī)約（表1）。書寫用例規(guī)約通常包括以下幾個方面：

1.簡要說明 (Brief Description) ，簡要說明此用例的目的和作用

2.用例場景 (Use-Case Scenario) ，包括能夠完成預(yù)期目標(biāo)的場景以及完成目標(biāo)失敗的場景，場景主要由兩個流組成，包括基本流和備選流。也就是說，為用戶提供多種完成任務(wù)的過程描述，確保用戶能夠在實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)的過程中完成任務(wù)或者能夠正確退出任務(wù)。

3.事件流 (Flow of Event) ，包括基本流和備選流?；玖魇敲枋鲇脩粽_完成任務(wù)的過程。備選流也叫異常事件流，就是用戶在完成任務(wù)過程中可能發(fā)生的種種異常事件的描述。描述事件流可遵循一些基本方法，例如只書寫“可觀測到的”事件，使用主動語句，用參與者或者系統(tǒng)時鐘作為主語等等。

4.特殊需求 (Special Requirement) ，描述與該用例相關(guān)的非功能性需求（包括性能、可靠性、可用性和可擴展性等）和設(shè)計約束（所使用的操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等）。［9］

5.前置條件 (Pre-Condition) ，執(zhí)行用例之前必須指定系統(tǒng)所處的狀態(tài)，這種狀態(tài)是交互事件發(fā)生的前提條件。

6.后置條件 (Post-Condition) ，用例執(zhí)行結(jié)束后系統(tǒng)可能處于某種狀態(tài)，等待下一個事件的發(fā)生。

表1 用例規(guī)約案例

單純描述用例是分析界面交互設(shè)計的第一步。在哪些環(huán)節(jié)需要界面，哪些環(huán)節(jié)不需要，這就必須要清晰描述用戶和系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，選擇序列圖來描述是個非常有效的方法，從可視化的行為邏輯中容易暴露出潛在的問題。序列圖（圖2）為交互和可視化界面設(shè)計提供詳盡的信息。沒有這些內(nèi)容，交互和可視化界面設(shè)計就缺乏堅實的邏輯基礎(chǔ)。

實踐發(fā)現(xiàn)，通過用例圖的方法來構(gòu)建場景是交互界面設(shè)計的有效方法，這種場景可以有效地將設(shè)計從系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到用戶和系統(tǒng)環(huán)境的研究上來，引導(dǎo)出相關(guān)的交互界面，也更貼近以用戶為中心的設(shè)計目標(biāo)。這種方法還帶來一個好處，即能夠有效地控制系統(tǒng)功能的細(xì)分粒度，既不會設(shè)計多余的功能，也不會因為缺少某些功能而導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足用戶的需要。

用例規(guī)約為產(chǎn)品設(shè)計提供了豐富的信息，也為產(chǎn)品開發(fā)和測試提供了詳盡的文本。其意義體現(xiàn)在一下幾個方面：

· 擬真性。場景的描述記錄了用戶的真實行為，構(gòu)建可視化場景。

· 準(zhǔn)確性。能夠準(zhǔn)確地描述用戶的每一個動作以及系統(tǒng)應(yīng)該給予用戶準(zhǔn)確的反饋信息。

· 交互性。能夠詳細(xì)描述了人和系統(tǒng)之間交互關(guān)系。

· 可評估性。能夠?qū)τ美蛘呤录髯鞒隹茖W(xué)評估。

· 意外事件。能夠準(zhǔn)確預(yù)測用戶在使用產(chǎn)品的過程中可能發(fā)生的意外，并采取相應(yīng)的設(shè)計來避免這種意外的發(fā)生，并建議建立安全的退出機制。

· 非功能性需求。能夠?qū)Ψ枪δ苄孕枨筇岢雒鞔_的要求，如密碼安全等級提醒。

通過描繪場景的用例的設(shè)計方法是研究和梳理人、機、環(huán)境之間的重要方法之一。當(dāng)面臨一個既模糊又復(fù)雜的需求場景時，通過書寫用例的方法能夠比較快速地準(zhǔn)確捕獲需求，能夠?qū)⑿枨笸ㄟ^交互界面準(zhǔn)確映射到人、系統(tǒng)和環(huán)境之間的交互關(guān)系中。用例的重要性在于在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)過程中，通過用例捕獲用戶需求，通過人機交互界面來傳達(dá)需求，通過用例來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對象，根據(jù)用例來跟蹤產(chǎn)品測試。

4 結(jié)語

用例工具和序列圖工具是解決人機交互界面建模問題比較科學(xué)的方法。通過上述方法構(gòu)建人機交互界面具備以下優(yōu)點。第一，交互界面堅持了以用戶需求為導(dǎo)向的設(shè)計思想，而不是靠設(shè)計師的主觀構(gòu)造。第二，實現(xiàn)系統(tǒng)交互界面設(shè)計和需求分離，重點關(guān)注用戶的需求。第三，便于系統(tǒng)交互界面之間的跟蹤測試。第四，能夠靈活適應(yīng)用戶的需求變更，快速完成設(shè)計迭代。第五，用例圖描述場景簡潔、直觀，表達(dá)清晰，便于項目參與人員和客戶之間的溝通。第五，減少捕獲需求過程中的各種資源消耗，有利于敏捷開發(fā)。［10］

用例圖是用戶場景建模的優(yōu)秀工具。但是，也可看出用例并不擅長描述某些非功能需求， 對于系統(tǒng)的性能、可靠性、穩(wěn)定性、健壯性無能為力，這些在交互界面表現(xiàn)層面又顯出特別重要的意義，例如密碼安全級別提示就是一種重要形式，這些有賴于用例規(guī)約的創(chuàng)新性設(shè)計和慎密的思考。