三维用户界面的界面范式以及手眼协调交互研究

论文摘要

随着计算机技术的飞速发展和用户需求的不断增加,目前主流WIMP界面的缺点日益体现出来。交互宽带的限制、复杂的操作语法以及小屏幕效应等成为其继续发展的主要障碍。90年代初,研究者们提出了新一代用户界面的思想,作为其中的一种主要界面形式,三维用户界面以其自然、直观交互等特点受到了人们的重视。维度的增加给用户界面带来了质的变化,然而在三维用户界面的研究中,其界面范式、交互机制、界面隐喻等都没有一个统一的原则。它与其他学科的交叉也使这种界面的构造面临种种困难。目前,三维用户界面的研究大多数都集中在交互技术的设计研究方面,在交互界面范式的研究以及如何利用三维空间中人的本能认知两个方面都缺乏研究。可以说三维用户界面的研究还处于起步阶段,本文就是在这样的背景下进行研究的。本文在分析了三维用户界面三个特征和三个主要交互技术的基础上,主要从两个角度进行了研究：三维用户界面的界面范式研究和虚拟三维空间中的手眼协调交互研究。并在最后模拟了真实三维场景,用实验的方法来研究空间中手眼协调互动与3D-Widget之间的关系。具体工作包括以下几个方面：1.综合分析了主流用户界面范式和正处于研究阶段的界面范式,对每个范式进行了特征分析,提出了本文所研究的三维用户界面范式的出发点,即建立在Non-WIMP界面范式的基础之上2.提出了三维用户界面的界面范式：SWMG。从方法层面上SWMG范式是在对现有主流界面范式WIMP结构及对真实世界隐喻两个方面的深度剖析的基础上提出的。3.基于SWMG范式要素的研究,建立了虚拟空间交互过程。主要从符号空间、感知空间和认知空问三个方面对用户在虚拟空间中的交互过程进行了描述。4.分析了虚拟三维用户界面的手眼协调交互机制。基于人类视觉和手操作特征,手眼协调交互机制在主流用户界面中的应用,以及真实三维空间中的手眼协调分类研究,分析了虚拟空间中的手眼协调交互特征以及双眼视差对空间中3D-Widget大小的影响。5.运用实验的方法研究了空间手眼协调与3D-Widget大小之间的关系。为虚拟空间中3D-Widget大小设计的选择提供了理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三维用户界面的定义和优缺点
• 1.2.1 三维用户界面定义
• 1.2.2 三维用户界面优缺点
• 1.3 三维用户界面的发展和研究现状
• 1.4 三维用户界面的研究内容和应用领域
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 应用领域
• 1.5 三维用户界面的特征描述
• 1.5.1 交互信息的连续性特征
• 1.5.2 交互信息的多维性特征
• 1.5.3 交互信息的隐含性特征
• 1.6 本文的内容与组织结构
• 第二章 三维用户界面的界面范式研究
• 2.1 用户界面范式研究现状分析
• 2.1.1 WIMP界面范式
• 2.1.2 Post-WIMP界面范式
• 2.1.3 Non-WIMP界面范式
• 2.1.4 PIBG界面范式
• 2.1.5 用户界面范式分析总结
• 2.2 基于现实的交互研究
• 2.2.1 交互方式的发展以及用户界面研究方法
• 2.2.2 "真实世界隐喻"构成要素分析
• 2.3 三维用户界面范式研究
• 2.3.1 三维用户界面范式的提出
• 2.3.2 三维SWMG界面范式要素研究
• 2.3.3 SWMG范式的空间交互过程描述
• 2.4 本章小结
• 第三章 三维用户界面的手眼协调交互研究
• 3.1 视觉的生物学原理和心理学基础
• 3.1.1 视觉的生物学原理
• 3.1.2 三维空间中的视知觉分析
• 3.2 手操作的运动学原理和心理学基础
• 3.2.1 手操作的运动学原理
• 3.2.2 手操作的心理学基础
• 3.3 手眼协调交互机制在主流用户界面的应用
• 3.3.1 手眼协调交互基本实例的任务分析
• 3.3.2 手眼协调交互的时间序列特征
• 3.3.3 手眼协调中的事件类型
• 3.4 虚拟三维用户界面的手眼协调机制
• 3.4.1 三维空间中的手眼协调分类
• 3.4.2 虚拟空间中的手眼协调交互
• 3.5 本章小结
• 第四章 手眼协调标定与3D-WIDGET关系的实验研究
• 4.1 实验设计
• 4.1.1 实验被试
• 4.1.2 实验过程
• 4.2 数据分析
• 4.2.1 操作时间与3D-Widget大小的关系
• 4.2.2 操作正确率与3D-Widget大小的关系
• 4.2.3 问卷中对用户最舒适立方体尺寸大小的调查
• 4.2.4 综合因素分析
• 4.3 手眼标定行为特征分析与讨论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结和创新点
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 实验描述
• 附录2 问卷调查
• 附录3 实验数据统计
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录