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【题目】手持移动设备界面设计中设计模式思想的应用
【第一章】移动设备界面设计问题研究绪论
【第二章】界面设计框架的理论基础
【第三章】手持移动设备界面设计框架
【4.1 4.2】模式的编目方式与格式规范研究
【4.3】界面设计模式的建立
【4.4 - 4.6】模式的检索流程与模式的修改
【第五章】水下数码相机界面设计实践
【总结/参考文献】手持设备界面优化设计研究总结与参考文献
第 1 章 绪论
1.1 手持移动设备界面设计的新需求
“手持移动设备”是一个宽泛的概念，在大众认知中，通常指移动电话（下文称手机）、便携式音乐播放器、掌上电脑等便携式电子设备。目前，手持移动设备已在大众中广泛普及。以手机为例，根据国际电信联盟（ITU）的统计，移动蜂窝网络订户占总人口的比例从2001 年的 15.5%迅速增长至 2013 年的 93.1%[1],其订户数量已接近全球人口数[2].
手持移动设备的迅速普及带来了大量的界面设计需求，同时其界面形态也随着数字技术的发展而不断发生变革：近年来，大尺寸触摸屏逐渐成为手机的主流配件；便携音乐播放器的存储方式从磁带变成了数字格式，用户可从海量的音乐库中选取歌曲；传统的底片式相机也逐渐被电子显示屏取景的数码相机取代……这种变革带来了产品界面数字化的新需求，而这种新需求的复杂性又通过以下两个趋势被进一步加强：
（1） 系统智能化趋势。相对于传统的手持移动设备操作系统，智能操作系统具有更强大的扩展性，允许用户安装丰富多样的应用软件。美国苹果公司于 2007 年推出的 iOS 操作系统及美国 Google 公司于 2008 年推出的 Android 操作系统在手持移动设备领域取得了巨大的市场成功，推动了手持移动设备的智能化。2012 年，全球智能手机用户数量突破 10亿[3].2013 年，65%的美国人拥有智能手机[4].
（2） 功能多样化趋势。得益于制造工艺的进步和数字技术的发展，一些流行的手持移动设备将多种功能集成到同一设备上。例如，大多数智能手机和平板电脑都集成了传统照相设备、音乐播放设备、游戏设备及掌上电脑等设备的功能。又如，传统上只具有单一游戏功能的掌上游戏设备亦在其新一代产品中添加了网页浏览、音乐播放等功能（如日本任天堂公司推出的 3DS 掌上游戏机）。这种功能上的重合使不同种类设备之间的界限变得更加模糊，单台设备的功能呈现多样化趋势。
系统的智能化强化了软件界面的地位，要求设计师在小尺寸显示屏上设计大量交互界面；功能的多样化则要求用户更加频繁地通过软件/硬件界面与设备交互，增加了用户的认知负担。这些变化为设计师提出了新的挑战。为了营造良好的用户体验，满足用户目标，设计师必须思考如何通过界面设计帮助用户使用设备。界面设计的相关研究亟需跟上手持移动设备的高速发展需求，设计研究者需要持续探索符合时代要求的界面设计理论和方法。
1.2 用设计模式来支持手持移动设备界面设计
1.2.1 设计模式思想简介
设计模式思想的主旨是针对常见的设计问题提供已被验证为有效的解决方案，从而充分利用前人经验和成果解决设计问题，避免无意义的重复劳动。该思想由建筑师、加州大学伯克利分校建筑学教授 ChristopherAlexander 在 20 世纪 70 年代提出。Alexander 如此论述建筑设计模式的价值：“每一模式描述我们周围环境中一再反复发生的某个问题，接着叙述解决这一问题的关键所在，这样，你就能千百次地重复利用这种解决问题的办法而又不会有老调重弹之感[5]3.”
Alexander 阐述了设计模式的基本构成要素，他认为，每个模式都是一个规则，由三部分组成，表达了一个特定情境、一个问题和一个解决方案之间的关系[6]194.其中，“情境”表示该模式在解决问题时的周围环境和状况，“问题”表示该模式的目的或预期目标，“解决方案”表示解决该问题的方法的核心。
然而，设计模式思想影响最为深远的领域并非建筑设计，而是软件工程。20 世纪 90 年代， Erich Gamma 等人将设计模式思想推广到了软件工程领域。在 Alexander 的理论基础上，Gamma 等人制定了软件设计模式的格式规范。他们认为一个模式有四个基本要素：模式名称、问题、解决方案、模式效果[7]2.
Alexander 和 Gamma 等人并没有发明新的解决方案，而只是分别对建筑和软件设计中现存的“无名”（即存在于设计实践中，但尚未被人明确命名并提出）的优秀解决方案进行了系统化的总结和归纳，并以设计模式的形式表述出来。尽管并不涉及到如何创造全新的解决方案，但设计模式有效地指导了设计师如何利用前人经验解决问题，其价值得到了普遍认可。在软件工程领域，设计模式已成为十分重要的程序设计指导思想。此外，还出现了一些尝试将模式思想推广到其他设计领域的努力，如 Ernest Adams 和 Joris Dormans 尝试将设计模式思想应用于游戏设计之中[8]141-161.近年来，设计模式思想在界面设计领域也逐渐受到重视。
1.2.2 设计模式在界面设计领域中的价值
一些有影响力的交互设计和界面设计着作肯定了设计模式的价值。例如，Alan Cooper等人在《About Face 3》一书中将设计模式定义为一种方法学工具，认为“交互设计模式对先前分析过的不同类别的问题，给出了通用的解决方案……它们用已经被证明的设计知识来解决问题，经常为设计带来便利，而并没有限制设计者的创造力[9]15.”
尽管设计模式在界面设计领域中的研究和应用时间不长，但已经体现出了一定的理论和实践价值，其理论意义主要在于[10]:
（1） 设计模式包含了问题的相关信息，使得解决方案能够确实地发挥作用。
（2） 设计模式详细阐述了解决方案是如何受上下文（即情境）限制的。
（3） 设计模式阐述了解决方案的基本原理，其中包括了前人积累下来的经验性知识。
（4） 设计模式具有一种潜力：多个模式可以组织成一种模式语言，使设计师能够以一种积极活跃的方式来解决不同细节层次上的设计问题。
Cooper 等人认为，交互设计模式有助于实现以下目标[9]100:
（1） 节省新项目的设计时间和精力。
（2） 提高设计方案的质量。
（3） 促进设计师与程序员的沟通。
（4） 帮助设计师成长。
设计模式也已通过一些案例证明了其实践价值。例如，德国西门子公司成功运用设计模式提高了其软件开发效率。该公司从 2000 年起就持续对界面设计模式进行探索，并建立起了一个内部界面设计模式库，其模式的应用范围覆盖了桌面、网页应用和移动设备等不同平台；通过运用设计模式方法，该公司解决了高可用性需求和较少可用性人员的问题，提高了软件的可用性和一致性，将可用性知识传播给了开发人员，并通过设计经验的复用成功削减了开支[11]174-197.
1.3 界面设计模式研究现状
1.3.1 总体研究现状
Alexander 的设计模式思想很早就已进入交互设计研究者的视线。早在 1988 年，DonaldA. Norman 就在他影响深远的着作《The Psychology of Everyday Things》（后更名为《TheDesign of Everyday Things》）中提到了 Alexander 的研究成果[12]229.但设计模式在该领域的发展总体较为缓慢，直到 2000 年前后，国外的交互设计和界面设计研究者对设计模式的关注才开始逐渐加深，逐渐出现了一些重要的研究成果。其中，JeniferTidwell 和 MartijnvanWelie 的研究开展较早，且具有一定影响力。Tidwell 于 20 世纪 90 年代提出了“CommonGround”界面设计模式库，之后她又在《界面设计模式》一书中更加系统、详尽地以模式库的形式总结了界面设计的法则，给出了常见问题的解决方法及实践案例。Welie 亦深入研究和归纳了界面设计模式，提出了一套较为系统的设计模式库。Tidwell 和 Welie 建立的上述模式库详情如表 1 所示。
此外，Welie 还与 Gerrit C.VanDerVeer、AntonEli?ns 等人借鉴了软件工程中的设计模式形式，论述了如何将设计模式作为一种有效的工具运用到软件界面的设计之中[13] ,并和Gerrit C. van der Veer 探讨了交互设计中设计模式的结构，以及如何将设计模式组织成系统化的设计语言[14].
其他也有一些研究者和机构对界面设计模式进行了探索，例如：
Christian Crumlish 和 Erin Malone 在《社交网站界面设计》一书中提出了 100 多种设计模式和原则，针对社交网站的界面设计常见问题给出了明确建议[15].
Eelke Folmer 等人从软件工程的角度对一般意义上的交互设计模式进行了扩展，建立了一种跨越软件工程领域和交互设计领域的“桥接型”设计模式，试图让该模式成为软件工程师和交互设计师的共同语言，弥补两者之间的交流代沟，提高软件设计和开发效率[16].
Stefan L. Pauwels 等人建立了一系列交互设计模式，并以此为基础总结出了一套较为系统的模式语言，以指导非专业人士进行人机交互程序的设计。他们在建立设计模式的过程中使用了多种定性和定量方法，包括用户访谈、受控实验和数据分析等[10].
Jan O. Borchers 通过对一种交互式音乐演奏设备的研究，归纳总结出了一种设计模式语言，并提出了运用该设计模式语言来指导软件开发和人机界面交互设计的方法[17].
Erik G. Nilsson 针对手机等移动设备上的应用程序界面进行了归纳研究，提出了一种适合手机设备的界面设计模式结构。他主张，该设计模式更适用于有经验的设计师，而非设计新手，这是与一般设计模式概念的不同之处[18].
Thomas Grill 等人同样针对移动设备程序的界面进行了研究，提出了一套模式框架。他主张，设计师可根据项目的实际情况，运用该框架指导界面设计[19].
除了上述研究者之外，一些公司和机构也提出了自己的界面设计模式规范和模式库，其中较着名和有影响力的是雅虎公司的网页界面设计模式库。该模式库向大众公开提供，并且接受相关开发者的反馈和修改建议。截至 2014 年 5 月，该模式库包含了 59 个雅虎公司认为比较成熟和完备的界面设计模式。
表 1 列出了一些主流的界面设计模式库。
1.3.2 手持移动设备领域的研究现状
目前，主流的界面设计模式库的涵盖范围主要为网页界面设计、桌面软件界面设计等，针对手持移动设备的专门模式库则相对匮乏。尽管部分模式库也包含了一些针对手持移动设备的界面设计模式，但相对于手持移动设备的高速发展，其研究力度仍显不足。如表 1所示，目前的主流界面设计模式库鲜少关注手持移动设备。
近年来，随着手持移动设备的高速发展及智能手机的普及，针对该类设备的界面设计模式库开始出现，例如 Google 公司在面向开发者的 Android 官方开发指南中提出了一个小型的设计模式库，用于指导开发者进行 Android 设备的界面设计。然而，目前手持移动设备领域的专门模式库数量仍然十分有限，研究范围也较狭窄，主要关注智能手机（尤其是Android 设备）的软件界面，对硬件界面则涉及甚少，如表 2 所示。
该领域的研究还存在其他一些不足之处：
（1） 模式组织方式研究不足。目前，界面设计模式相关研究主要集中于设计模式个体的研究和构建。虽然也涉及到不同设计模式之间的关系，但并未系统和深入地探讨设计模式的组织方法，即如何将多个设计模式组织、统筹起来，以跳出单个设计模式的狭窄范围，服务于更高层次的用户目标。
（2） 实践应用研究不足。尽管设计模式的相关方法论和模式库已经较为系统，但对模式思想如何应用在实际设计案例中的相关研究尚显不足。虽然有一些成功的企业应用案例（如西门子公司对设计模式的应用），但模式思想仍未在企业中得到普遍认知和推广，缺乏对实践案例的系统性研究。
（3） 国内相关研究匮乏。相对于国外研究的逐渐兴起，国内对于数字产品界面设计模式的研究和应用成果则十分匮乏。在国内，研究设计模式的学术文献仍集中在软件工程领域和建筑设计领域。虽然近年来出现了少量涉及到界面设计模式的论文和着作，如《Web2.0 界面设计模式》[20],以及南京航空航天大学庄多多的硕士论文研究[21]、东华大学闫真的硕士论文研究[22]等，但这些文献均未深入挖掘设计模式思想的方法论特点，也未能提出较为系统、规范和全面的设计模式库，实用价值有限。总体而言，国内的相关研究和应用与国外相比有较大差距，相关文献的数量较少，深度不足，缺乏理论化、系统化的中文研究资料。
本文对界面设计框架的研究可在一定程度上弥补上述第（1）点不足，且能够对国内研究匮乏的现状起到一定弥补作用。
1.4 本研究的内容、目的及意义
本文所研究的“界面”概念既包括视觉元素的外观和形态，也包括体现在界面之中的交互机制。本研究以用户目标为出发点，关注设备界面的交互特性而非物理形态，因此研究内容既包括屏幕显示元素构成的软件界面，也包括实体按键等元素构成的硬件界面。
本文主要选取近年来消费市场上的主流产品作为研究对象，以保证时效性，反映最新的技术发展趋势。同时也选取一些较早的产品案例进行研究，以借鉴其经典有效的设计经验。所涉及的手持移动设备包括手机、平板电脑、掌上游戏机、录音笔、电子书等等。
本文的目的是提出一种构建手持移动设备界面设计模式和框架的系统化方法，并以此为基础，建立一个系统、实用的框架模型，以及与其配套的界面设计模式库，使手持移动设备的设计师能够直接利用该框架和模式库在前人优秀经验的基础上高效地解决反复重现的界面设计问题，避免低效且无意义的重复劳动。同时，设计师和研究者还可以运用本论文中的流程和方法来对框架模型进行修改和扩充，使框架模型动态发展，适应不断变化的界面设计趋势和需求。
本研究的主要理论意义包括：
（1） 建立一个以人为中心的界面设计框架模型，该模型强调以用户目标为出发点来指导设计，从而提供一种与现有模式库（常以设计师目标而非用户目标来指导设计）不同的设计方法论视角。
（2） 提出一种动态构建框架的思想，使该框架模型易于修改和扩充，具有强大的生命力和适应性，从而符合不断变化的手持移动设备界面设计需求。
（3） 提出一个针对手持移动设备的基本界面模式库，以改善手持移动设备专用模式库匮乏的现状。
（4） 包含了对硬件界面模式的研究，以改善当前研究忽视硬件界面的现状。
1.5 论文框架
本论文的研究思路和结构框架如图 1 所示：
1.6 本章小结
本章阐述了课题研究的背景、目的和意义，重点对设计模式思想及其在手持移动设备界面设计领域的应用和研究现状进行了介绍，为其后的研究工作进行了理论和背景铺垫。
本章还阐述了论文的研究思路和结构框架，明确了研究的方法基础。
