人機介面概念及定義分析與基本原則

人機介面要考量人性需求，例如將複雜的各種門禁與管理訊號，濃縮到一個10吋螢幕成淺顯易懂的資訊即是一例。研華

前言：人機介面或稱為人機互動(Human-Machine Interface；HMI)是一個涵蓋多重科技的領域，包括人因工程、人體工學、電腦科學、人工智慧、認知心理學、哲學、社會學、人類學、設計學與工程學等學門，因此不能完全以IT科技的角度觀察與研究，甚至其中認知心理學的重要性可能比電腦科學重要，但是目前研究人機介面的模式常反其道而行，造成許多有用的程式或是科技在「不好用」的呼聲中被埋沒，殊為可惜。

本文：人機介面最簡單的定義是，在人員與機器之間，透過某種介面，人能夠對機器下達指令，機器則能夠透過此介面，將執行狀況與系統狀況回報給使用者，換言之，正確的在人機之間傳達訊息以及指令，就是人機介面的主要定義。

人機介面設計出來，所需要達成的目標，卻不僅僅是單一的命令與回饋，反而相當複雜，主要分為四個面向：1、發揮機器本身應有的功能。2、提高機器的使用效率與發揮效能。3、確保使用中之機器或系統在對使用者友善的情況下，能更經濟與安全，延長使用週期。4、符合使用者的生理、心理需求，提高使用滿意度。

仔細審查前述的定義與目標，可以發現兩者之間充滿著模糊地帶，如果是一般的IT科技，輸入與輸出即具有絕對性，但是人機介面在使用者與機器之間，卻沒有標準反應模式。以最重要的視覺而論，介面上機器呈現的訊號，讓人正確的看到「那個訊號」，但是這個訊號的意義，觀看者卻需要靠他個人的經驗、知識和周圍的環境，來解釋所看見的影像。

換言之，設計再精良的機器，如果沒有考慮到使用者對象的需求，往往也被歸類為失敗的人機介面，例如將一台顯示許多數學符號的工程計算機給剛學會基本運算的幼童使用，原本設計精良的功能反而成為干擾幼童找到正確數字的障礙，結果其計算速度還不如交給幼童一台陽春計算機。

此一淺顯的道理放在前述的例子相當明顯，但是當使用者背景與機器本身功能開始複雜化後，許多可笑的例子即出現，故人機介面的設計，很明顯不能只從機器的功能面發想構思。

解構人機介面第一步 了解使用者：人

「了解人」是設計人機介面的第一個步驟，看似簡單以懂，卻知易行難，因為這個概念卻違背很多正在設計人機介面的「科技人」的直覺，因為科技人從小到大接受的訓練，都是人可以被且必須被訓練來配合工作以及任務。實際上「訓練有素」的概念在二次大戰就證明漏洞百出，即使是經過特殊訓練的人，還是無法操作一些複雜的機器或勝任一些看似已熟練的工作，因為這些機器或工作本身已經超出人類的能力極限。

二戰著名例子之一，即1940年納粹德軍入侵法國，法國戰車無論裝甲與火力都遠勝德軍，但是交戰卻以慘敗收場。經過檢討才發現法國戰車(如SOMUA S35)幾乎把所有功能都設計給車長，以致於車長必須觀察戰場，研判戰況，下命令給其他成員，注意敵軍和友軍的動靜，還必須親手裝填砲彈、瞄準、發射。相對的，德軍戰車(如III號戰車)把這些任務分別分散在車長，炮手、裝填手、無線電手的身上，各司其職，效率遠遠壓過車長一人忙不過來的法國戰車。

換成IT術語，就是能多工的德軍戰車擊敗了只能單工的法國戰車，當然原因即是法國戰車人機介面設計不良，研發者忘了考量車長這個人，就算訓練有素，也有其生理上與心理上的極限。從此，「了解人類極限而不是考驗人類極限」的觀念誕生，成為了二戰後人機介面設計的基本守則。

了解作為使用者的人，基本上由生理結構與人體計測方法開始，首先為了解人體骨骼生理結構、活動方式與測量標準、測量方法等，接著為認識神經系統、骨骼與肌肉、運動控制、反應時間的測量與模型等，了解運動與體力活動在不同情境下的極限。

再者為人類感官能力，即視、聽、觸、嗅、味、本體覺、運動覺、平衡覺的生理運作特徵，其中視覺最為重要，主要就是指視覺的認知能力，包括視距長短、視野大小、變色能力、明暗適應力、視覺暫留、閱讀與感知速度…等的了解。次要的為聽覺，亦需了解聽覺系統的生理運作特徵，包括音響度、音高、音色的知覺現象等與語音介面的關係。

接著探究人類認知能力，了解「認知心理學」的研究理論與成果。包括記憶、注意力、思考、問題解決、知識表徵的議題與訊息處理論，這個部分看似艱澀，實際上認知心理學可說是大腦思考的逆向工程(reverse engineering)：用以實驗為主方法，嘗試大腦之算法(algorithms）與資料結構(data structures)。認知心理學習慣用歷程(processes)與表徵(representations)指涉演算法與資料結構。以IT工程師學術訓練而言，把名詞代換即可看出兩者的關聯性。

除了一般人外，現在的人機介面越來越講求針對特殊使用者，例如孕婦、兒童、老人、殘障者的問題與設計考量。此外，有些法令規範會進一步限制人體所能承受的物理化學限制，例如車輛的撞擊規範，都需要一併了解。

導入人性的人機介面設計 5方法破閉門造車困境

在實務上，有許多方法可以突破人機介面設計閉門造車的窘境，讓設計出來的介面符合前述的以人為本之概念。不過單一方法因各有優缺點，故通常必須以3個以上的方式交叉評估。

1、啟發式評估(Heuristic Evaluation)：
啟發式評估可以讓研發團隊簡單快速地在產品的人機介面中找出使用性問題。在啟發式評估的過程中，評估人員對照研究人員提供的使用性準則清單，以檢視產品的人機介面形式與操作流程，並找出其中違反使用性準則的項目。優點為可發現個別的使用性問題，可以列出專家使用者的需求，缺點是因為並未包括真正的使用者來思考，所以無法發現令專家意想不到的需求。

2、觀察法(Observation)：
適用於操作分析及追根究底的研究階段，通常需要3 位或更多的使用者，優點是具有生態學之效力且可明確的指示使用者的工作，缺點是如果沒有實驗者在掌控，則結果將難以控制。

3、訪談(Interviews)與問卷調查(Questionnaires)法： 訪談適用於操作分析階段，一般需要5 位受測者，優點為這是一種柔性的、深入的看法與經驗調查，缺點是需花費相當長的時間且結果非常難分析比較。問卷適用於操作分析及事後檢討的研究，最少要有30 位受測者，優點為可發現受測者的主觀偏好，且容易反覆進行，缺點是為了避免誤解，需要先前測試工作。

4、記錄實際使用法(Logging actual use)： 需20位以上受測者，記錄完整使用結果，以鏈結分析(Link analysis)、佈局分析 (Layout analysis)、工作層級分析(Hierarchical task analysis)等方式，優點為可發現高的慣用性或不慣用的型態，缺點為分析內容需大量資料，也許侵犯到使用者的隱私。

5、使用者直接回饋法(User feedback)：
需要上百受測者長時間的參與，適用於事後檢討的研究，優點為可持續追蹤使用者的要求與觀點是否改變，缺點是需要特定組織固定性的執行發問與回收資料等工作。