在2007年1月9日于美國舊金山舉行的Macworld展會上，蘋果公司宣布正式推出該公司的第一款同時具備移動電話、音樂播放器以及互聯網信息終端功能的手持設備：iPhone。該公司首席執行官Steve Jobs 對于這款全新產品的描述是：“iPhone是一款革命性的、不可思議的產品”。這個只有手掌大小的產品中竟包含了超過兩百項的專利技術。下面，我們就將深入分析iPhone在人機交互設計方面的一些特點。
“信息就在指尖”或許你對于這句話并不陌生。不過現在，蘋果公司給了它一個新的解釋。因為這一次，你既不是敲擊鍵盤，也不是點擊鼠標，而是只需用自己的手指在一個小小的屏幕上進行觸摸就可以了。
在2007年1月9日于美國舊金山舉行的Macworld展會上，蘋果公司宣布正式推出該公司的第一款同時具備移動電話、音樂播放器以及互聯網信息終端功能的手持設備：iPhone。該公司首席執行官Steve Jobs 對于這款全新產品的描述是：“iPhone是一款革命性的、不可思議的產品，比市場上的其他任何移動電話整整領先了五年，手指是我們與生俱來的終極定點設備，而iPhone利用它們創造了自鼠標以來最具創新意義的用戶界面”。令人難以相像的是，這個只有手掌大小的產品中竟包含了超過兩百項的專利技術。
這樣一款產品出自蘋果公司并不讓人感到多少驚奇，因為一直以來，該公司都是業界公認的人機交互技術的領跑者。早在二十世紀七十年代，它就通過Apple II引發了個人電腦革命。在八十年代，它又推出了Macintosh計算機，定義了至今無人能夠超越的圖形用戶界面（GUI）。而在近些年，蘋果公司則以其創新性的iPod系列音樂播放器和iTunes在線音樂商店引發了數字音樂革命。無怪乎世界上有那么多的“蘋果”的忠實擁護者。
（圖1：iPhone的功能列表畫面）
下面，我們就將深入分析iPhone在人機交互設計方面的一些特點。由于該手機要到今年6月份才會在美國上市，因此我們在這里的分析主要依據的是蘋果公司對于iPhone的官方介紹以及一個大約9分鐘的視頻演示。
第一，多觸點式觸摸屏技術（Multi-Touch）表面上看，iPhone所使用的3.5寸的觸摸屏似乎和很多其它的PDA或手機的觸摸屏并沒有什么區別，只是它的320 X 480大小的分辨率使得屏幕顯得更為細膩一些。然而，當你真正觸摸它時，你就會發現它的與眾不同之處了，這就是：它能夠檢測出屏幕上同時被觸摸到的多個點的位置，即多觸點觸摸屏技術。相比之下，我們現在通常所使用的觸摸屏只能檢測到一個觸摸點。多觸點觸摸屏并不是一種全新的技術，早在20多年前鼠標剛剛問世之后不久，Bill Buxton就提出了類似的多手輸入技術（Multi-hand input）。而在1996年，Bruce Tognazzini 就已經在他的“Tog on Software Design”一書中提到了和iPhone中的觸摸屏幾乎完全一樣的輸入技術（圖2）。還有其它的很多研究項目都是關于類似技術的。
（圖2：Bruce Tognazzini所設計的用手指的動作來表示某種操作）
相對于普通的單觸點式觸摸屏，多觸點技術最明顯的優點在于，它能支持更復雜的姿勢識別（Gesture Recognition）。這里的姿勢指的是觸點的軌跡在時空上的綜合特征。例如，你可以從上到下畫一條直線，或從左到右畫一條直線，或者按照順時針的方向畫個圓（實際上，有一項大家已經非常熟悉的基于姿勢識別的應用，那就是聯機手寫體識別）。對于某些操作，基于單觸點的姿勢就足夠了。例如，在特定的控件或窗口中，你可以將向下畫直線定義為向下卷滾，這是一種很自然并且易于記憶的方式。然而，對于其它一些更為抽象和復雜的操作，單觸點姿勢就顯得比較勉強了。現在來考慮一下如何設計一種將屏幕上顯示的圖片進行放大或縮小的姿勢。你固然可以指定一些基于單觸點的姿勢，例如從上向下畫直線表示放大，從下向上則表示縮小。但是，這些操作方式的隨意性太強，它們同執行這些動作所要達到的效果之間沒有一種自然匹配的關系，這將導致人們難以記憶這些操作方式。但是，基于兩個觸點的姿勢卻有可能定義出功能更為強大但卻更自然的操作方式。正如iPhone中的照片瀏覽軟件中所展現的：當兩個手指按在屏幕上并逐漸靠近時，這種姿勢就被認為是縮小照片，反之當兩個手指逐漸分開時，它就被認為是放大照片。這種操作方式之所以容易記憶，是因為它和人們在物理世界中所形成的經驗完全吻合：即人們會將兩指靠近的姿勢聯想為捏的動作，而將兩指分開理解為拉伸的動作。
可以想見的是，由于在硬件上具備多觸點式觸摸屏，會有更多的應用軟件利用它來定義出更為人性化的操作方式。不過，在蘋果對iPhone的演示中，我們只看到了基于兩點的姿勢，因此還不太清楚iPhone最多能支持對多少點的同時觸摸。
第二，基于傳感器的隱式輸入技術2.1 方位傳感器iPhone中有一個內置的方位傳感器（Orientation Sensor），它能夠檢測出用戶是縱向還是橫向拿著手機。有了這樣的手機被擺放方向的信息，軟件就可以自動地以更為適合的方式來顯示信息內容。舉例來說，假設你正在觀看相冊，并且有些照片是橫著拍攝的，而有些是豎著拍攝的。如果此時手機被縱向擺放，而照片是橫向拍攝的話，一般的軟件就會優先將照片顯示得占滿屏幕的寬度，結果導致了屏幕的上下有很多的空間被浪費了，就像現在我們在4：3的電視機上觀看寬銀幕電影的樣子。PC上的很多觀看照片的軟件對于這一點的解決方法是提供兩個按鈕，一個用于將照片順時針旋轉90度，另一個用于將照片逆時針旋轉90度。這的確解決了問題，但是太麻煩了，尤其是當你有很多這樣拍攝方向不一致的照片時。在iPhone上，這個問題被徹底解決了：當你看到照片需要橫向觀看時，你只需將手機橫著擺放就可以了，系統在檢測到這個擺放位置變化的信號后會自動將照片橫向顯示。這將是多么方便和自然呀。除了照片管理軟件外，iPhone上的所有其它軟件都能根據當前手機的方位相應地調整顯示內容和布局。
（圖3：iPhone的照片瀏覽軟件）
不過，這種基于方位信息的技術也是早已應用于其它的電子產品中了。例如，在某些型號的佳能相機中（如A80），它能夠根據拍攝時相機機身的方位判斷出照片將來是用于橫著觀看還是豎著觀看，從而能將照片以正確的方向存儲下來，這樣在其它設備上觀看這些照片時就不需要再手動旋轉了。其它類似的技術包括了任天堂的某些游戲機遙控器（如次世代主機“Revolution”）以及諾基亞某些型號的手機（如5500）上的傾斜感應器，它們都能夠根據設備的傾斜狀況自動獲取該信息，從而使得人們可以使用一種更為自然的方式來向機器輸入某種信息。
2.2 接近性傳感器和環境光線傳感器人們通常把計算機和人的大腦相比，因此現在主流計算機的硬件的發展就是提高運算速度，增大存貯容量等等。如果按照這個思路發展，計算機永遠不可能變得像人一樣智能，因為人類的生理構造不是僅僅只有一個大腦，其它很重要的部分還包括了我們的五官、皮膚和四肢等。這些器官向人的大腦不斷地提供著各種各樣的信息，包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺以及方位感、速度感等等。設想一下，如果沒有這些信息，速度再快的大腦還有什么用呢？
現在大部分的計算機所缺乏的正是這些感知外界環境信息的能力。例如，我們的PC不知道現在房間里的溫度是多少，不知道現在的位置是哪里，不知道房間里的光線是明還是暗。當然，就PC這種特定的設備而言，我們似乎還找不到需要這些信息的理由，或者說還沒有哪些應用軟件可以充分利用這些信息。不過，對于其它類型的設備，尤其是便攜設備和嵌入式設備，對于環境信息的感知能力就會顯得很重要了。iPhone中的兩種傳感器就很好地說明了這一點。
它的接近性傳感器可以檢測出用戶何時把iPhone拿到了耳朵附近，這樣它就可以關閉屏幕，達到省電和防止屏幕被誤觸碰的目的。它的環境光線傳感器可以感知到周圍光線的強度，從而可以自動對顯示屏的亮度進行調整，這樣就可以更好地提高用戶觀看屏幕時的體驗，同時在某些情況下也起到了節電的作用。
從這個意義上看，iPhone要比其它的智能手機就更加“智能”了。不過，按照這個思路分析，iPhone的一個遺憾是沒有內置GPS功能，即手機不知道自己在哪里，而這種位置信息對于一個會被四處移動的便攜式設備來說恐怕是最重要的了。考慮到現在有大量類似于行車導航這樣的基于位置信息的軟件和服務，并且iPhone中還集成了Google Map軟件，因而缺乏GPS就顯得更加令人不可思議了。
（圖4: iPhone中集成了Google Map）
豐富和人性化的視覺反饋 在人與外界進行的任何交互中，獲得反饋都是很重要的，因為只有看到自己的動作所帶來的效果后，人們才能決定下一步的操作。在目前階段的人機交互中，視覺反饋仍是最主要的方式。這是因為基于屏幕的信息顯示技術是目前最為成熟的。
在iPhone中，一個很有創意的設計是如何用視覺反饋來表示觸覺反饋，它頗有些通感的意味。iPhone沒有提供物理的QWERTY鍵盤，而是提供了一個基于屏幕顯示的軟鍵盤來讓用戶輸入26個字母。在現有的帶有觸摸屏的PDA或手機上，表示用戶按了某個字母鍵的方法是將該字母所在位置的凸起形狀的圖像轉變為凹下的圖像，并輔之以某種聲音。不幸的是，這種方法不適用于iPhone，因為iPhone沒有觸控筆，只能用手指點擊觸摸屏，而軟鍵盤上的每個字母都小于指頭的大小，因此顯示字母的圖像會被手指遮住。為了克服這個問題，iPhone的方法是將所按下的字母部分的圖像快速放大到比較醒目的大小，以便能夠不被手指遮擋而讓用戶看清楚，然后再迅速地恢復到原來的顯示大小，以使得用戶可以繼續察看并輸入下一個字母，如圖所示。這種效果很像將一個物體投進水中后所產生的波紋。
（圖： iPhone軟鍵盤輸入時的視覺反饋）
在人機交互過程的反饋中，另一個重要問題是響應時間的長短。通常認為，響應時間越快越好。不過，對于人類認知心理方面的研究表明，在某些情況下，響應時間并不是越快越好。這其中的主要原因是：人類所生活的物理世界中的各種物體的存在、位置和運動都要遵守自然規律。例如，物體從靜止到運動，或從運動到靜止是需要一個過程的，它符合牛頓運動定律。我們通常不會看到物體突然地運動起來，或忽然從很快的速度變為靜止狀態。然而在軟件界面設計中，到處都充滿了這種情況。例如，當你關閉一個窗口時，不到一眨眼的瞬間，該窗口就消失了；當你在某個內容長度超過窗口高度的窗口中上下卷滾時，較新的內容會在極快的時間內替代原有內容并出現在窗口中，等等。計算機完成這些操作的速度是如此之快，以至于我們經常會有這樣的感覺，即我剛才所做的動作真的執行完成了嗎？我是不是點錯位置了。對于視力不好的用戶就尤其如此了，他們必須費力地仔細觀看屏幕才能確認所要關閉的窗口的確是關閉了，或者窗口內容的確是滾動到了一個新的位置。
對于這個問題的解決是利用一種類似動畫效果的顯示技術來將屏幕內容變化的過程表示出來，讓用戶可以明顯地感知到這個變化的過程。通常這個過程需要100毫妙到1秒鐘的時間就可以了。這個技術的好處是有助于用戶形成正確的關于系統運行的模型。例如，如圖所示，在Mac OSX中，當用戶最小化窗口時，該窗口不是立刻消失并被放入任務欄中，而是以一種動畫方式表示出窗口像是被一股強大的力量吸進了任務欄中，從而讓用戶感知到窗口是被縮小了，并且用戶將會看出縮小后的窗口被放在了哪里，這樣他就會知道在隨后的操作中從哪里去尋找并還原這個窗口。
（圖： Mac OS X 中窗口最小化時的動畫效果）
在“Designing Interfaces”一書中，Jenifer Tidwell將這種手法稱之為“animated transition”模式，即動畫式轉換，它有助于保持用戶在計算機虛擬空間中的方位感。 在iPhone中，類似這樣的動畫式響應方式是標準的界面風格，包括了窗口內容的上下卷滾、某些元素的出現和消失，以及某個區域內容的放大、縮小，改變顯示方向等等。這種風格最終帶給用戶的體驗是一種舒適、自然和流暢的感覺，而不是生硬的機器感。
超越WIMP交互風格，提供接近于虛擬現實的用戶體驗 當前主流計算機的界面風格一般被稱為WIMP風格，即窗口（Window）、圖標（Icon）、菜單（Menu）和指針（Pointer）。這是一種適合于固定場所計算機系統的交互風格。這些場所的特點是，計算機被擺放在固定的位置上，并有足夠的空間來擺放體積較大的輸入輸出設備，例如大屏幕顯示器、全尺寸的QWERTY鍵盤以及鼠標這種可以用來非常舒適地進行精確定位的指點設備。這種環境要求人去適應計算機系統，比如坐在指定的位置進行操作。而對于PDA或手機這類體積很小的便攜式設備，其使用環境的特點則完全不同：人們期望能夠像對待手表、眼鏡等隨身物品一樣來使用它們，而不是像使用臺式機時那樣。例如，你不可能將19寸的顯示器豎著擺放，但你卻可以輕易地將你的手機轉個方向。這種使用行為和環境的不同決定了我們不能簡單地將WIMP風格復制到這些設備中。它們需要一種新的交互方式。
iPhone的設計放棄了目前流行的觸筆式指點輸入方式，而是改為了手指操作。這是因為在這么小的設備上要想讓人們做到精確定位是一件比較困難的事情：人們很可能沒有一個平臺來放置手機，無法舒適地進行各種操作。相應地，由于菜單和圖標的選擇也需要用指點設備精確定位，所以這些界面元素在iPhone中也很少見了，取而代之的是一些大按鈕和基于姿態識別的輸入方式。
（圖：iPhone中大按鈕式的輸入方式）
糟糕的設計是把簡單的事情復雜化，平庸的設計是把復雜的事情復雜化，而優秀的設計則能夠把復雜的事情簡單化。在iPhone中，對于簡單性的追求體現在很多方面：
將復雜的操作簡單化，甚至徹底消除某種操作的必要性 汽車中的換檔技術的發展是一個很好的例子。早期的汽車在換檔時相當復雜，需要踩兩次離合器，同時右腳還要在合適的時機控制油門踏板。到了后來，很多的汽車都增加了同步器，這使得只用踩一次離合器就可以了。再到后來，自動擋汽車的出現徹底消除了離合器踏板存在的必要性，它能夠根據車速來自動在內部將檔位調整到合適的位置，從而*更為簡便和輕松的駕駛體驗。 在iPhone中，光線感應器使得屏幕的亮度能夠自動調節，從而省去了用戶手工調整的動作；方位感知器的運用使得軟件能夠根據用戶手握設備的方位來自動調整屏幕上的顯示布局和內容，從而省去了用戶手工切換。 或許我們可以這樣說，界面設計的最高境界就是讓用戶感覺不到界面的存在。
用簡單的界面來容納大量的功能 隨著技術的不斷進步，設計人員總是不斷地向產品加入越來越多的功能，以使得產品更加具有競爭力和吸引力。然而，在功能增多的同時，如果不能很好地進行界面設計，以使得用戶能夠很容易地找到和使用這些功能，那么這些功能對于用戶來說就好像不存在一樣。現在，觀察和思考一下你周圍日常用到的電子設備，例如手機、電視、DVD播放器、MP3播放器等等，它們有多少功能呢？你是否知道并且會使用這些功能呢？
在iPhone中，為了使得用戶能夠一目了然地找到所有的功能，它使用了一個Home按鈕，這也是機身正面唯一的一個物理按鈕。它位于機身的底部，當用戶在任何時候按下該按鈕時，都可以來到如圖1所示的初始畫面，這里以矩陣的方式顯示出了所有功能。每個功能都用一個較大的易于手指觸摸的圖標式按鈕來表示，同時在圖標的下方還有相應的文字說明。根據這種設計，不論你當前處在任何狀態，最多只需兩次按鍵就能開始使用任何一個功能，這極大地方便了用戶找到各個功能的過程，從而使得所有的功能都能被更好地被使用。Jenifer Tidwell 在“DesigningInterfaces”一書中將這種特點的導航方式稱為“Hub andSpoke”模式，即以一種從中心向四周輻射的方式來組織全部功能，它有助于用戶形成一種簡單的對于系統的功能是如何組織的心理模型。
（圖： iPhone的所有功能以輻射狀結構組織）
值得一提的是，四個最常用的功能：打電話、收發電子郵件、上網以及音樂播放，它們都被安排在了屏幕的最底部，這主要是考慮到單手操作的方便性。因為根據一般人的握法，大拇指離屏幕下方最近，從而可以很容易地觸摸到屏幕最底部的區域。
物理外觀的簡單性 機身在正面只有一個物理按鈕。另外，同大多數基于觸摸屏的PDA或智能手機不同，iPhone沒有提供觸摸筆，因此用戶不用費力地用手拿著一支很細的筆來操作，也不必擔心會在某次使用后由于忘記把筆插回機身弄丟它。只要你的手指還在，你就可以使用iPhone。
存儲模型的簡單性 iPhone沒有提供對存儲卡的支持，而是直接內置了大容量內存。這樣一來，應用軟件在保存數據時，就不必區分是保存在機身內存中，還是存儲卡上。這種應用程序在實現時的簡單性最終就體現到了用戶界面的簡單性。作為一個反面的例子，諾基亞的S60系列手機中的應用軟件在存儲數據時，其存儲位置往往是由軟件的某個設置決定的。由于機身只有6M內存，并且絕大多數軟件的缺省設置都是把數據放在機身內存，這就會導致該內存會很快被用完，盡管此時你的存儲卡上可能還有大量的空間。作為一般的手機用戶，人們很少會發現這些存儲位置是如何設置的。實際上，筆者一向自認為是手機玩家，不過也還是在使用了一臺諾基亞6600手機后將近兩年后才發現它有這個功能設置的。在iPhone上，你不用再為類似這樣的有關存儲位置的設置而煩惱了。
iPhone帶給我們的思考 綜合以上對于iPhone的各項人機交互技術的分析不難看出，這些單項的技術其實都不是什么全新的技術，它們已經在實驗室或者是其它設備上出現很長時間了。然而，當蘋果公司把這許多的單項技術融合在一個只有135克的手機上時，iPhone作為一個整體就是具有創新性的了。 這種創新并不是一種偶然現象。正如蘋果的Macintosh和iPod產品一樣，它源于產品設計者對于一種完美的用戶體驗的不斷追求。這種追求體現出了以人為本的設計思想，即要讓機器去適應人，而不是相反。 我們周圍大量的產品中不斷增多的更為強大的功能并沒有給我們帶來更多的實際效用和便利，恰恰相反，它們在很多時候反而使得我們覺得自己更加愚蠢了。或許是到了該改變一下這種狀況的時候了。
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本文標題：從iPhone看人機交互技術
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