人机界面（HCI）设计涉及计算机科学的很多领域。在过去传统的应用软件系统设计中，人机界面变得越来越重要，以致评价一个系统更多地取决于其人机界面，而不是它的功能。多年来，人机通信一直局限于文本方式，这严重限制了人本来所具有的通信技能，大大降低了通信效率。近年来，多媒体技术的出现，从技术上为在人机交互中全面采用人本身具有的通信技能提供了可能性，为建造高效友好的人机界面带来了希望。但是多媒体信息、多模式通信的复杂性也对人机交互、人机界面设计提出了许多新的具有挑战性的课题。其设计不仅要考虑到用户及任务本身，更多的是要考虑和规划信息空间结构和时间。即不是如何提供多媒体信息，而是在什么情况下采用什么样媒体及其集成，以提供比较好的组合交互处理手段，并优化显示质量。因此，人机界面设计不仅要借助计算机技术，还要依托于心理学、认知科学、语言学、通信技术以及戏剧、音乐、美术多方面的理论和方法。

接下来将介绍在进行多媒体人机界面和屏幕设计时，需要掌握的基本原则。

人机交互界面研究经历了两个界限分明的时代，第一代是以文本为基础的交互，如菜单、命令、对话等，难用且不灵活。第二代则是直接操作界面，它引出更自然的视觉通信交互。而下一代则是交互多媒体集成方法，需要大量使用语言、自然语言和高级图形，也可使用其他交互媒体，如人的动作、手势和三维图像等。而人机交互界面的研究已超越心理学，并进入到社会学的研究，界面技术与多媒体技术、通信技术，特别是与人工智能技术越来越密不可分。

1．人机界面发展

研究人机界面的各种理论和方法主要有：①分析与评价技术：用于分析、评价用户界面有效性的理论和经验方法，如任务分析、话语分析、内容分析及可用性评价等。②设计方法论：用来产生好的用户界面设计的方法与技术，如软件心理学、环境因素设计法、多方参与设计法以及支持设计过程的工具和标记法。③开发工具和方法：支持用户界面开发的工具箱、用户界面管理系统（UIMS）、快速原型法和程序设计辅助工具等。④交互方式与设备：新的输入输出设备和设备运用策略，包括视觉、声音、触觉、姿态等通信模态及多种模态的集成。⑤关键用户界面成分：如用户界面隐喻（metaphor）、用户界面风格、智能界面技术、取消、超文本／超媒体以及联机帮助。⑥用户模型：包括用户行为模型、关于系统的用户内心模型、用户个体差异等。⑦特定应用的用户界面设计：满足某类应用问题对人机交互作用的特定限制条件和要求的用户界面设计。如虚拟现实、智能辅导系统、信息检索、Internet／WWW、CAD／CAM、专家系统过程控制、决策支持等。⑧计算机辅助协同工作（CSCW）：关于如何使用计算机系统帮助人的群体有效协同工作的研究，包括现场观察研究、理论模型、群体用户界面开发设计等。⑨法律与标准：关于用户界面的版权问题，以及用户界面的标准化。

目前，这些研究方向大多处于十分活跃的发展阶段，并且有着较强的分化和相互渗透倾向，有些方向甚至有可能发展为具有相当规模的，相对独立的研究领域。

2．用户界面管理程序（User Interface Manager， UIM）

UIM是一种功能完备的软件构件，它可取代管理用户界面的一切功能。由于大多数应用软件用于交互系统，而且许多软件的工作量是为了实现用户界面，所以重复编程浪费了大量时间和人力，因此引出了UIM作为一种多方面适用的、可再用的界面模块负责所有界面的呈现和对话管理。一个完整的UIM的方案应能提供界面构件和管理工具，负责所有界面呈现和用户管理，帮助应用程序员快速构造界面，在原型开发周期中评估设计。

自适应人机界面是UIM的一个典型，是当今一个相当活跃的研究课题。自适应界面的提出是初学者与专家型用户相互冲突的要求，并且随着实践的加强，大多数初学者会逐渐变成专家。自适应界面要求：能检测用户类型，并及时转换界面；能对用户需求变化做出响应；保证改变的数量和类型不会引起界面设计太不一致，即不违背界面设计一致性原则。自适应界面的设计难点在于：自适应到什么程度为好，怎样的自适应才能使不同用户能力都相适应。

智能界面是UIM的一个典型，它是一种功能完备的软件构件，可以取代管理用户界面的一切功能，只是不包括与作业处理相应的应用软件。智能界面管理系统的设计目标是多方面适用且可重用的界面模块，既与用户联系，又与应用软件联系，能适应于不同类型的应用软件，且无须做实质性的修改就可在不同系统环境间移植。智能管理系统的研究集中于如何从界面中分类出应用软件以及提供界面构件和管理工具，从而能帮助应用程序人员快速构造界面，并在原型开发中就能评估界面设计。

3．对话形式规范化说明

形式规范是为了实现界面工程化设计，把软件工程原则和认知问题用于交互，并推导出一系列用于设计的与上下文无关的原则。对话形式规范说明的必要性在于使用形式化体系设计的界面，增强了可靠性，并且可以用软件模块构造界面，从而实现了可重用性。

现有的几种形式规范描述主要归纳为：用Z语言对界面行为进行行为描述（Sufran，1986），用路径代数（Alty，1984）描述对话序列，以及代数形式化体系描述系统的交互集（Dix和Runciman，1985）。形式化的目的是向人们演示，其技术的不同点在于它们的表达能力和灵活性，对话行为可作有限的描述。例如：“所见即所得”（What You See Is What You Get）原则，按生成型工程原理 GUEPS，可细化为因果语句和状态，约束集描述界面怎样正常工作，怎样不能正常工作。形式规范化面临着许多问题，关键在于对什么内容形式进行规范，其发展仍存在很大潜力。

4．人机界面设计方法的改进

人机界面设计是系统设计过程的一部分，必须与系统开发方法相结合。目前的系统开发方法对界面设计问题和用户关注太少或忽略，以致用户的批评持续不断。界面设计的共同课题是让用户关心和介入，其目的在于促进人在系统开发中的参与作用。

以用户为中心的设计方法包括：

（1）用户参与设计。用户应当积极主动加入设计过程，并进入设计组共同进行决策。

（2）以用户为中心的设计。系统设计必须根据用户的需要来确定，而不能由功能过程需求或硬件限制等来推动。

（3）迭代设计（原型设计）。人机交互文献特别强调，在设计期间必须注意原型及其细化周期的概念。

人机界面的评估也是重要的研究课题方法，主要包括以下三个方面：

（1）诊断分析-确定界面设计的不良特性。

（2）监视-误差率、命令使用频率和使用持续时间。

（3）实验分析-收集评估数据。

随着人机界面在计算机容量、网络技术、图形技术、多媒体技术以及新型输入输出设备等方面的迅速发展，今后的人机界面将呈现出一些新的特点。

（1）人与计算机的交互操作变得更接近于同现实世界的交互操作，为减轻人在交互作用上的认识负担和更多地利用人从演化和经历中获得的自然技能提供了新的可能性。

（2）人机界面将越来越多地具有多模态和高宽带的特点。更多的人的感受表达模态将被用于和计算机的信息交流，甚至可以设想把人的神经细胞的直接触发和测取作为交互的通道。因此，同输入输出设备之间的区别将变得越来越不明显。

（3）网络技术，尤其是Internet的普及使今后的计算机用户具有更多的群体特点，从而对适应人的群体社会化组织和行为规律的群体用户界面将产生大的需求。

人机界面设计的下一代方法是交互的集成方法。它将大量地使用语音、自然语言和高级图形，也可用其他交互媒体，如眼的动作和手势、姿态等，还可用三维图像生动地引导解释交互和任务。

     总之，未来的人机界面设计对研究和设计者提出了多方面的挑战。许多信息技术领域的公司企业，这些年纷纷对与用户界面开发有关的专业人员提出要求，很多大学为了适应这种要求，设立了相关的课题，甚至专业。