Интерфейс – это набор правил, которые можно объединить по способам взаимодействия человека и компьютера.

Современными типами интерфейсов являются:
1. Командный интерфейс. Командный интерфейс называется так по тому, что в этом виде интерфейса человек подает команды компьютеру, а компьютер их выполняет и выдает результат человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.
2. WIMP – интерфейс (Window – окно, Image – образ, Menu – меню, Pointer – указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов – меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается непосредственно через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и «чистый» WIMP – интерфейс.
3. SILK – интерфейс (Speech – речь, Image – образ, Language – язык, Knowlege – знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса наиболее требователен к аппаратным ресурсам компьютера, и поэтому его применяют в основном для военных целей.

Взаимодействие перечисленных интерфейсов с операционными системами и технологиями показано на рис.2 [17].

Рисунок 2 – Взаимодействие интерфейсов пользователя их технологий и операционных систем

Процедурно–ориентированный интерфейс использует традиционную модель взаимодействия с пользователем, основанную на понятиях «процедура» и «операция». В рамках этой модели программное обеспечение предоставляет пользователю возможность выполнения некоторых действий, для которых пользователь определяет соответствие данных и следствием выполнения которых является получение желаемого результата. [19]

Свойства процедурно–ориентированной модели:
1. Обеспечивают пользователю функции, необходимые для выполнения задач;
2. Акцент делается на задачи;
3. Пиктограммы представляют приложения, окна или операции;
4. Содержание папок и справочников отражается с помощью таблицы–списка.

На рисунке 3 представлена структура модели.

Рисунок 3 – структура процедурно–ориентированной модели

Объектно–ориентированные интерфейсы используют модель взаимодействия с пользователем, ориентированную на манипулирование объектами предметной области. В рамках этой модели пользователю предоставляется возможность напрямую взаимодействовать с каждым объектом и инициировать выполнение операций, в процессе которых взаимодействуют несколько объектов. Задача пользователя формулируется как целенаправленное изменение некоторого объекта. Объект понимается в широком смысле слова – модель БД, системы и т.д. Объектно–ориентированный интерфейс предполагает, что взаимодействие с пользователем осуществляется посредством выбора и перемещения пиктограмм соответствующей объектно–ориентированной области. Различают однодокументные (SDI) и многодокументные (MDI) интерфейсы. [19]

Объектно–ориентированные интерфейсы:
• Обеспечивает пользователю возможность взаимодействия с объектами;
• Акцент делается на входные данные и результаты;
• Пиктограммы представляют объекты;
• Папки и справочники являются визуальными контейнерами объектов.

В информационном взаимодействии главную роль играют инструменты для работы с информацией – компьютеры. Эффективность использования инструмента зависит от операторских качеств, навыков и способностей человека. Управляя технической системой, человек становится оператором [14].

Динамическая информационная модель постоянно изменяется в соответствии с изменениями, которые происходят в объекте наблюдения (машине). Оператор принимает информацию, которая содержится в динамической модели при помощи рецепторов [24].

Полученная информация потом обрабатывается каким–нибудь способом в центральной нервной системе. На основе восприятия динамической информационной модели в подсознании человека создается представление (концепция) о состоянии реального объекта, машины. Такая модель называется концептуальной или психической.

Образно–концептуальная модель — совокупность представлений оператора о реальном и прогнозируемом состоянии объекта деятельности и арготической системы в целом, о целях и способах реализации своей деятельности. Различают постоянные и переменные (оперативные) компоненты образно–концептуальной модели.

Переменные компоненты являются результатом анализа потока информации об арготической системе, передаваемого информационной моделью.

Значительное влияние на образно–концептуальную модель оказывает индивидуальный сенсорно–перцептивный опыт оператора, а также усвоенная им семиотическая система, характерная для данной культуры. Несмотря на структурную сложность, образно–концептуальная модель представляет собой целостное отражение действительности, обладающее тенденцией к совершенствованию. Формирование и совершенствование образно–концептуальной модели оператора является одной из ключевых проблем инженерной психологии. [20]

Ментальная, или концептуальная, модель лишь внутренне отображение того, как пользователь понимает и взаимодействует с системой. Ментальная модель – это «отображение» (в основном) физической системы или компьютерного программного обеспечения, в котором заложена вероятная последовательность действий при выполнении операций ввода и вывода.

Ментальная модель не обязательно точно отображает ситуацию и ее компоненты. Пока ментальная модель помогает людям предсказывать, что произойдет далее, она будет служить основой для понимания, анализа и принятия решений.

Люди формируют ментальные модели по ряду причин. Они позволяют пользователям:
• предсказывать (или обозначать невидимые) события;
• найти причины замеченных событий;
• определить необходимые действия для осуществления нужных изменений;
• использовать их как мнемонические устройства для запоминания событий и связей (отношений);
• обеспечить понимание аналогичных устройств;
• применять стратегии, которые позволяют преодолеть ограничения, заложенные в алгоритме обработки информации.

В основе ментальной модели – все взаимоотношения между пользователями и их компьютерами, поэтому она является фундаментом для выработки принципов и правил пользовательского интерфейса.

Когнитивная психология объясняет то, как работает наш мозг, как мы мыслим, как мы запоминаем, как мы обучаемся. Это информационно–процессуальная модель человеческого познания – модель, которая показывает нам схожесть человеческого познания с компьютером и то, что единая теория вычислений может быть использована для проведения исследований и проектирования в психологии и компьютерной отрасли.

Информационно–процессуальная модель человеческого познания – модель, которая показывает нам схожесть человеческого познания с компьютером и то, что единая теория вычислений может быть использована для проведения исследований и проектирования в психологии и компьютерной отрасли. Но все же это разные модели восприятия, и человеческое познание намного сложнее простой обработки и сохранения информации.

Информационно–процессуальная модель представляет обучение как развивающийся процесс, объединяющий прежние навыки, знания и приобретаемый опыт. Следовательно, она крайне необходима при проектировании программного обеспечения [22].

ИП модель представляет собой обучение как развивающий процесс, объединяющий прежние навыки, знания и приобретаемый опыт. Следовательно, она крайне необходима при проектировании программного обеспечения.

На процесс проектирования пользовательского интерфейса набольшее влияние оказывают субъективные представления проектировщика о понятности, удобстве и красоте. Поэтому, большое значение имеет проблема оценки качества пользовательского интерфейса. Проводя такие оценки на ранних этапах процесса проектирования можно избежать большого числа ошибок, просчетов, неприятия ПО конечными пользователями.

Существует целый ряд подходов позволяющих оценить качество пользовательского интерфейса. В целом все методы можно разбить на две большие группы: методы непосредственно тестирования интерфейса группой пользователей и методы без такового тестирования, основанные на формальных расчетах. И те, и другие методы одинаково применимы как для оценки интерфейса традиционного ПО, так и Web–приложений.

Выбор группы методов зависит, главным образом, от того, насколько осуществимо непосредственное тестирование на той или иной стадии выполнение проекта и отведенного на такое тестирование времени и бюджета. Важно учитывать не только стоимость самого проектирования и разработки качественного и удобного пользовательского интерфейса, но и возможных финансовых потерь, которые неизбежны, если интерфейс недостаточно проработан или неудобен в использовании.

Хотя оценка качества пользовательского интерфейса процесс достаточно субъективный и трудно формализуемый [3], можно с уверенностью утверждать, что хороший интерфейс должен обеспечивать эффективную и производительную работу пользователя. Существует также и ряд критериев, которым должен удовлетворять качественный интерфейс [1, 5, 6, 8, 9]:

• лучше тот интерфейс, при котором время выполнения задачи меньше;
• лучше тот интерфейс, в котором число непроизвольных ошибок пользователя меньше;
• неоднозначность в понимании интерфейса должна быть минимальна (это способствует самообучению пользователей и делает их поведение предсказуемым);
• необходима высокая стандартизация интерфейса (она облегчает обучение пользователей);
• объем вводимой пользователем информации должен стремиться к минимуму (одни и те же данные не должны вводиться несколько раз)
• простота и визуальная привлекательность (удобство использования не менее важно, чем функциональность).

Можно выделить ряд наиболее распространенных методов оценки качества пользовательского интерфейса (рис. 4):

Рисунок 4 – Методы оценки интерфейса

В основе этого метода лежит специальная форма интервью, проводимого в группе. Фокус–группа представляет собой группу пользователей или специалистов (обычно 7–10 человек), не знакомых с предлагаемым им для оценки интерфейсом и, как правило, являющиеся потенциальными или заинтересованными пользователями.

Работа фокус–группы может, как предварять количественные исследования, так и проводиться после них.

В первом случае, на тестирование и обсуждение предлагается прототип интерфейса подлежащего оценке, при этом основная задача фокус–группы – собрать первоначальные мнения об интерфейсе, проверить, насколько он соответствует ожиданиям, выяснить, что вызывает вопросы. Такое исследование позволяет сузить круг проблем и выдвинуть гипотезы для их дальнейшего решения.

Во втором случае, фокус–группы, как правило, направлены на уточнение данных количественного исследования, его дополнения за счет более подробной проработки полученной ранее информации. На тестирование и обсуждение предлагается рабочий вариант информационной системы с интерфейсом, подлежащим оценке. Такое тестирование позволяет выявить то, что было упущено на ранних этапах проектирования пользовательского интерфейса и получить предложения по улучшению интерфейса.

Работа фокус–группы ведется по составленному заранее сценарию, при этом вся беседа должна быть записана на видео или аудио носители для дальней расшифровки и анализа.

С помощью метода фокус–групп можно получить достаточно глубинную информацию об особенностях поведения конечных пользователей, которую просто невозможно выяснить другими методами. Этот метод позволяет и лучше понять пользователей – выявить волнующие их проблемы и пожелания.

Обычно анализ проводят несколько небольших и независимых фокус–групп (важно чтобы группы различались по своему составу, например это могут быть группы опытных пользователей (технических специалистов), новичков и средних пользователей). Такой подход позволяет выявить наиболее проблемные участки в интерфейсе и вместе с тем он позволяет провести оценку в очень короткий срок, не прибегая к масштабному тестированию.

При этом вполне понятно, что в первую очередь нужно решать проблемы средних пользователей (так их абсолютное большинство).

Полезно произвести несколько повторных оценок интерфейса (итераций) теми же фокус–группами уже после внесения в него изменений.

Недостатком метода является то, что пользователи обычно не замечают удачных интерфейсных решений, так как таковые воспринимаются как естественные и не привлекают к себе внимания; поэтому важно с большой осторожностью относиться к изменениям в тех частях интерфейса относительно которых не было никаких комментариев пользователей.

Прототипирование [2] заключается в создании широкого набора макетов (прототипов) будущего пользовательского интерфейса, которые подвергаются сопоставительному анализу. Как правило, прототип содержит реализацию лишь самого интерфейса, без его функционального наполнения.

Цель прототипирования заключается определении, насколько то или иное решение перспективно, и последующей реализации лучшего из возможного. Этот подход позволяет сэкономить время и ресурсы, затрачиваемые на проектирование и разработку.

Наиболее целесообразно применять этот подход на ранних этапах проектирования, что помогает выбрать правильное направление разработки, однако возможно и создание “локальных” прототипов для отдельных элементов пользовательского интерфейса. Таким образом, данный подход охватывает как проектирование интерфейса, как целого, так и проектирование его частей.

Для создания прототипов привлекают не только специалистов, но и конечных пользователей, при этом полезны любые мнения, предложения и графические наброски; основная задача – создать 5–7 вариантов интерфейса решающего одну и туже задачу.

При создании прототипов нужно исходить из разумного баланса между следующими ключевыми факторами:
• необходимый объем ресурсов для создания прототипа.
• планируемое время жизни прототипа (предназначен ли он для решения краткосрочной, локальной проблемы или для длительного, глубокого анализа).
• риск смены целей проектирования (сосредоточения внимания не на решении проблемы с помощью прототипов, а на создании самих прототипов).

Созданные прототипы подвергаются сопоставительному анализу, в связи с чем необходимо определить критерии оценки. Отправной точкой в определении таких критериев служит та проблема, ради решения которой были созданы прототипы. Ей может быть время ввода данных пользователем, время принятие пользователем решения на основе предоставленной информации, субъективная оценка качества интерфейса по некоторой шкале и т.п. Как правило, наиболее эффективен сопоставительный анализ прототипов по нескольким методам: GOMS, Фокус–группы, Экспертная оценка.

Данный анализ состоит из двух аспектов – в выявлении, какие конкретно задачи пытается выполнить пользователь с помощью предлагаемого интерфейса, а также в выявлении насколько эффективно пользователь выполняет поставленную перед ним руководителем тестирования задачу [18].

Для проведения тестирования нужно иметь несколько человек представляющих предполагаемый круг будущих пользователей системы, которые незнакомы с интерфейсом. Исследования показывают, что нет необходимости проводить тестированием с большим числом пользователей, оптимальным число является 7–12 субъектов. При таком небольшом числе пользователей можно обнаружить около 80% ошибок и неточностей в интерфейсе (неудачное расположение интерфейсных элементов, неудобное меню, непонятные надписи и т.п.) и получить при этом достоверный результат.

Тестирование начинается с предварительного анкетирования пользователей, цель которого – выявить, насколько пользователи знакомы с теми или иными аспектами предметной области, типовыми задачами, есть ли у них опыт работы с подобным программным обеспечением.

Пользователям предлагается выполнить простую задачу в соответствии с подготовленным сценарием (который содержит необходимые исходные данные и действия необходимые для его выполнения). Если пользователи хорошо знакомы с предметной областью, то им предлагается самостоятельно выполнить задачу, которую, по их мнению, должно решать приложение. В ходе этого процесса измеряется затраченное пользователем время, количество обращений за помощью, ошибки пользователя, вопросы и комментарии пользователя.

Проводится анкетирование пользователей с целью выявить степень удовлетворенности пользователя: насколько полно приложением выполняется задача, предоставлена ли вся необходимая информация, а лишняя скрыта и т.п.

На основе полученных данных формируется отчетность [18]:
• Анализ портрета типичного пользователя.
• Анализ продуктивности работы пользователя.
• Оценка общего уровня удовлетворенности пользователей.
• Наиболее часто встречающиеся замечания и жалобы пользователей.
• Список приоритетных проблем (по числу жалоб пользователей и времени выполнения задачи).

Далее в рамках полученных данных идет работа по улучшению интерфейса.

GOMS (сокращение от английского Goals, Operators, Methods, and Selection Rules – Цели, Операторы, Методы и Правила выбора) это семейство методов позволяющих провести моделирование выполнения той или иной задачи пользователем и на основе такой модели оценить качество интерфейса (точнее говоря оценить время выполнения задачи как основной критерий качества) [9]. Данный способ был предложен S. K. Card, T. P. Moran и A. Newell в 1983 году.

Идея метода заключается в том, что все действия пользователя можно представить как набор типовых составляющих составляющие (например, нажать ту или иную кнопку на клавиатуре, передвинуть мышь, и т.п.). Для этих типовых составляющих можно провести измерения времени их выполнения (на большом числе пользователей) и получить статистические оценки времени выполнения того или иного элементарного действия. Оценка качества интерфейса заключается в разложение выполняемой задачи на типовые составляющие, и вычисление времени, которое будет в среднем затрачиваться пользователем на выполнение этой задачи.

В данном методе каждая цель или задача (Goal), которую хочет достичь пользователь с помощью интерфейса, состоит их набора методов (Methods) которые в свою очередь построены из операторов (Operators). Если цель может быть достигнута несколькими способами, то выбор осуществляться по правилам выбора (Selection Rules).

Данный метод, как и любой другой, имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества метода:
• простота и удобство расчетов.
• отсутствие параметров в модели позволяет проводить оценочные сравнение двух разных вариантов интерфейса.
• дает прогноз времени работы пользователя с данным вариантом интерфейса.
• модель не требует создания рабочего прототипа.
• анализ по этой модели может быть автоматизирован.

Наиболее заметными являются следующие ограничения:
• метод ориентирован на средних пользователей, и не учитывает особенностей работы новичков и специалистов, а также индивидуальных различий пользователей.
• метод не учитывает возникновение случайных ошибок в работе.
• модель не учитывает, что в процессе работы происходит научение, а при простое – забывание.
• модель не учитывает насколько представляемая интерфейсом информация сложна для понимания пользователем.
• модель не учитывает насколько интерфейс отвечает требованиям пользователей и их ожиданиям.

В области проектирование и разработки интерфейсов наработано большое количество эвристических правил, рекомендаций и методик [1, 5, 6, 8], следуя которым можно создать качественный (хотя и относительно типовой) интерфейс.

Метод экспертной оценки качества интерфейса заключается в исследовании, насколько анализируемый интерфейс соответствует известным правилам, рекомендациям и методикам. В ходе такой оценки выявляются несоответствия и противоречия, которые и должны быть устранены.

Перед проведением оценки эксперт составляет список правил в порядке их важности, которые должны быть соблюдены. В этот список входят как рекомендации поставщика ОС и инструментальных средств, так и наработанные в данной предметной области типовые решения. При оценке проверяют насколько тот или иной интерфейс соответствует списку требований.

Данный метод во многом полагается на опыт, компетентность и профессионализм проводящих анализ специалистов.

Экспертная методика оценки определена и в [ГОСТ 28195–89] и [ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126–93]. Так, эти стандарты определяют показатели качества ПО и методики их оценки, данные показатели позволяют оценить качество ПО в целом, и в том числе удобство использования.

Так, [ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126–93] вводит понятие практичности ПО – набор атрибутов, относящихся к объему работ, требуемых для использования и индивидуальной оценки такого использования определенным или предполагаемым кругом пользователей.

А так же следующие характеристики практичности:
• понятность (усилия пользователя по пониманию общей логической концепции ПО и ее применимости).
• обучаемость (усилия пользователя по обучению применению ПО).
• простота использования (усилия пользователя по эксплуатации и оперативному управлению ПО).

Правила GOMS позволяют определить время, необходимое пользователю для выполнения любой, четко сформулированной задачи, для которой данный интерфейс предусмотрен. Однако этого метода недостаточно, чтобы оценить насколько быстро должен работать интерфейс – его производительность. Используем критерий эффективности Раскина, который оценивает информационную производительность интерфейса [7].

Информационная производительность интерфейса E определяется как отношение минимального количества информации, необходимого для выполнения задачи, к количеству информации, которое должен ввести пользователь. Параметр E изменяется в пределах [0, 1]. В параметре E учитывается только информация, необходимая для задачи, и информация вводимая пользователем. Несколько методов действия могут иметь одинаковую производительность E, но иметь разное время выполнения. Возможно, что один метод имеет более высокий показатель E, но действует медленнее, чем другой метод.

Информация измеряется в битах. Один бит представляет собой один из двух альтернативных вариантов (0 или 1; "да" или "нет") и является единицей информации. При количестве n равновероятных вариантов суммарное количество передаваемой информации определяется как .

Количество информации для каждого варианта определяется как

Если вероятности для каждой альтернативы не являются равными и i–я альтернатива имеет вероятность p(i), то информация, передаваемая этой альтернативой, определяется как

Общее количество информации является суммой по всем вариантам выражений (2.1) или (2.2).

При использовании мыши в качестве устройства ввода информации, количество информации оценивают подобным же образом. Если экран поделен на две равные области (одна соответствует состоянию «да», а вторая соответствует состоянию «нет»), то щелчок мыши в одной из этих областей будет передавать 1 бит информации. Если имеется n равновероятных объектов, то нажатием на один из них сообщается бит информации. Если объекты имеют разные вероятности, используется сумма значений количества информации, полученных по формуле (2.2).

При передаче информации нажатием клавиши клавиатуры ее количество зависит от общего числа клавиш и относительной частоты использования каждой из них. То есть нажатия клавиш могут использоваться как приблизительная мера информации. Если на клавиатуре имеется 128 клавиш, и каждая из них используется с одинаковой частотой, то нажатие любой из них будет передавать

В действительности частота использования клавиш существенно изменяется. Например, в русской раскладке клавиатуры клавиша о (в некоторых исследованиях – клавиша е) используется наиболее часто. Для раскладок французского, немецкого, английского, испанского, итальянского языков наиболее часто встречается клавиша e, затем t или a (в зависимости от языка).