维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第４期 ２００４年８月 测绘科学 Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．４ Ａｕｇ 新型ＧＩＳ界面的进展及评价 穆宣社①②。游雄① （①信息工程大学测绘学院研究生培训中心，郑州４５００５２；②指挥学院模拟中心，天津３００３５０） 【摘要】新型ＧＩＳ用户界面旨在为特殊的ＧＩＳ应用提供一种高效的人机通信方式。近年来，随着计算机软、硬 件技术的迅猛发展，加上多样化的ＧＩＳ人机交互需求的强烈推动，新型ＧＩＳ用户界面界的设计和评价逐渐成为国 内外ＧＩＳ开发、设计和评价人员关注的重大课题。本文总结性地叙述了当前ＧＩＳ用户界面研究情况及其评价体系 的进展，并结合当前二、三维多通道ＧＩＳ用户界面的发展趋势对今后的ＧＩＳ界面设计和评价工作提出了一些看法 和构想。 【关键词】ＧＩＳ；多通道人机界面；评价 【中图分类号】Ｐ２０８ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００９—２３０７（２００４）０４一ｏ０７４—０５ 应用到一百多个领域，随着其应用领域的不断扩大，在一 些特殊领域，例如紧急事件处理、移动与无线ＧＩＳ、尤其 是虚拟地理环境等情况下，人们对适用新颖的ＧＩＳ界面需 １弓ｌ 言 通常人们会将“界面（ｉｎｅｆｆａｃｅ）”与“交互（ｉｎｔｅｒａｃｔ）” 两个概念搞混，甚至将它们互换。界面是一个可描述的结 构，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和接Ｅｌ，用 户与计算机或任务之间借助界面才能完成交互（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）。 界面是一个名词，而交互是一个动词，用于指明过程，描 述人与计算机之间相互影响的机制（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）。用户界面 与人机交互有着紧密的联系，一般认为，用户界面是信息 系统的一个重要组成部分，而人机交互带有技术和模型的 求变得十分迫切，而高新信息技术特别是自然语音处理与 合成、姿态识别等人机交互关键技术的突飞猛进，使得这 种需求已经或正在变成现实。在这种背景下，本文叙述新 型ＧＩＳ界面的进展以及新界面的评价问题，并对ＧＩＳ新界 面的设计和评价体系的构建发表了若干看法。 ２新型ＧＩＳ界面进展 上世纪６０年代以后，计算机技术迅猛发展，其地图学 意义在于它使现代地图学进入了数字化时代，产生了一系 列新的理论与实践成果，其中最重要的就是数字地图。以 数字地图为基础，出现了人类进行空间认知与利用地理条 件最有效的工具—ＧＩＳ，随后这种始脱胎于地图的计算机 空间信息系统的产品功能日益复杂化、社会化，复杂的 ＧＩＳ产品功能要求系统提供更加有效的用户界面支持，大 众化则要求用户界面易于使用以满足不同用户特别是非专 业用户的特殊需要，于是研究自然、高效、人性化的ＧＩＳ 界面和交互技术成为ＧＩＳ的研究热点。上个世纪７０年代， 含义，在不引起混淆的情况下，人们并不严格区分这两个 概念。 地理信息系统是在不同用户、系统和地点之间获取、 处理、分析、访问、表示和传输数字化空间数据的计算机 信息系统。ＧＩＳ的优势在于一体化的数据流程和综合空间 分析能力，利用ＧＩＳ可以迅速地获取需要的空间信息，并 以地图、图形或图表甚至地理虚拟环境的形式表示处理的 结果。ＧＩＳ是一个计算机化的技术系统，该系统由计算机 硬软件环境、ＧＩＳ多功能软件模块、空间数据和界面构成。 用户界面是地理信息系统的基本功能构件之一（如图１），是 针对ＧＩＳ特殊应用的计算机用户接口，由于ＧＩＳ处理的对 象是空间数据，处理结果多以地图甚至虚拟环境表达，因 而它对实用新颖的用户界面要求更高、需求也更迫切，被 列为当前ＧＩＳ的主要研究方向之一。 研究者们提出了系统可用性的概念，并开始对其评估方法 和应用展开研究，而对ＧＩＳ界面研究工作直到２０世纪９ｏ 年代以后才逐渐多起来。 之后，便于沟通人机交互的新型ＧＩＳ界面逐渐成为 ＧＩＳ的重要研究内容，研究者开始探索二维ＧＩＳ和虚拟地 理空间中的多种用户输入接口，内容包括二维ＧＩＳ交互技 术、虚拟地理空间中的虚拟交互手段，以及有关的设计与 评价技术。 ２．１研制新型ＧＩＳ界面的必要性 地理空间信息对于位置相关的信息服务（如ｕ （Ｌｏｃａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）），特别是在一些特殊应用场合， 例如处理突发事件过程中的有效决策是必不可少的。而传 统ＧＩＳ界面的用户输入对于用户特别是非专业人员的输入 图１地理信息系统基本功能构成 操作来说，不适合快速存取和高度抽象地查询所需的地理 自从２０世纪６０年代初ＧＩＳ诞生以来，ＧＩＳ已成功地 收稿日期：２００３—１２—１６ 空间信息，导致浪费了大量的机时和时机；对于３Ｄ ＧＩＳ中 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 穆宣社新型ＧＩＳ界面的进展及评价 ７５ 的可视化漫游则由于空间输入自由度缺乏制约、缺少标准、 工具匮乏、精度低、易于疲劳、界面布局过于复杂，以及 人的感知等问题，人与虚拟环境的交互困难重重。对于多 关系。结合语音输入，用户犯错几率会大大减少。Ｓｈａｒｍａ （２００２）等还专门为多通道人机交互界面的开发提供了一种 通用框架体系。该体系使用自然语音和自由手势通道，用 个用户合作使用同一个ＧＩＳ的应用，实时协作地获取所需 户可利用大屏幕显示器与系统进行交互。基于此框架他们 成功地实现了两个原型系统：一是宾夕法尼亚州“智能” 地图，可提供关于校园位置方向等的查询服务；二是一个 的地理信息的情况，传统ＧＩＳ界面还难以胜任。因此，可 以说以“能听、能说、能理解人类举动”为目标的新型 ＧＩＳ界面的研制是强烈需求推动的必然结果。所谓新型ＧＩＳ 界面是指区别于传统的分析者驱动、菜单控制、键盘鼠标 操作的ＧＩＳ界面，取而代之的是用自由姿势、自然语言、 光笔等新的输入手段及其组合所构成的多通道界面，符合 新技术和应用特点，符合人机工效学和特殊需求的界面。 多通道危机处理模拟系统，用户可以利用它导引警车、救 火车和其他紧急救援车辆。上述系统在某一时间内仅支持 单用户，自然姿势交互当中受较多。 ２００２年，美国宾夕法尼亚大学的Ｉｎｇｍａｒ Ｒａｕｓｃｈｅｎ等 以Ｓｈａｒｍａ的多通道界面框架为基础，开发了一种基于语音 图２展示了几种最新推出的新ＧＩＳ界面，大多还处于实验 阶段。这些新型ＧＩＳ界面是提升ＧＩＳ系统可用性，大幅提 高ＧＩＳ工作效率的的基础性工作之一。 Ｓｐｅｅｃｈ＆ ｃｂ Ｐｅｎ Ｉｎｐｕｔ ■＿ Ｆｌｏｔｉｎｇ ｍｅｎｕｓ ＴＵＬＩＰ ｍｅＩｌＵＳ 图２新型ＧＩＳ产互界面例子 近年来人机交互技术和ＧＩＳ技术的发展迅速，大量以 “人为中心”的自然高效ＧＩＳ界面研究随之展开，下面就国 内外一些比较典型的研究事件和成果作一介绍。 ２．２ ２Ｄ ＧＩＳ界面研究状况 目前２Ｄ ＧＩＳ用户界面的研究重点集中在如何建立以 “人为中心”的多通道ＧＩＳ界面，尤其是语音、自由手势和 笔的交互。其特征是界面自然、高效，普通用户很容易使 用ＧＩＳ功能。多通道是指一种使用多种通道与计算机通信 的人机交互方式。通道（Ｍｏｄａｌｉｔｙ）指人或系统可用来实现其 对话目标的交互手段、方法、器官或设备，即传送交流信 息的渠道（ｃｈａｎｎｅ１），包括用户意愿表达、执行动作和感知 反馈信息的各种方式。从当前技术状况来看，通道对应于 计算机的输入输出系统。将多个通道以某种方式有效整合 在一起，称之为多通道。下面是国外一些多通道ＧＩＳ界面 和国内人机交互的发展的情况。 １９９５年，Ｌｏｋｕｇｅ开发了一种对用户的交互可以做出回 应的界面显示器，其使用口语查询、对话管理和领域知识 供用户存取复杂的地理空间数据库。语音交互是数据库提 取系统的唯一通道。Ｏｖｉａｔｔ（２００２）等认为把语音识别作为单 界面通道的缺点是出错率高、效率低下，对动态地图交 互更是如此。 ２００１年，Ｃｏｈｅｎ等人开发了一种基于笔和语音的界面 用于对动态生成的地图发出请求。用户可以使用电子笔在 地图上直接指示要查询的空间属性，并更有效的表达空间 和手势可协同工作的多通道、多用户ＧＩＳ界面。该界面使 用大屏幕显示器进行数据可视化，通过声音和手势识别支 持紧急情况处理中的多用户合作与用户交互。系统存储、 获取地理空间数据由语音识别、手势识别和一个基于知识 的对话管理器系统的结合来实现。这项研究主要涉及以下 三个问题： １）开发适合于协同工作的自然手势与语言识别系统； ２）应用认知系统工程方法对紧急事件处理工作进行领 域分析，设计以人为中心的界面； ３）开发能够与多用户进行交互和响应的智能数据库。 Ｒａｕｓｃｈｅｍ界面的多数ＧＩＳ命令由口头短语产生，手势 输入起辅助补充作用。系统的可靠性高度依赖于底层语音 识别引擎的健壮性，其目标是提供极端情况下（例如紧急事 件的快速反应）的可靠手势和语音识别功能。系统涉及的技 术包括语音手势联合分析、当前说话者的探测和基于模型 的用户跟踪。目前他们正在研究协作式对话管理器的实现。 专门用于地图任务的界面研究在国内还鲜有报道，但 国家自然科学基金、９７３、８６３项目都对先进的人机交互研 究给予了特别资助，一大批科技工作者在多通道的各类界 面特别是笔通道和语音通道研制方面做了许多优异工作。 在手写汉字识别方面，中国科学院自动化研究所开发 的“汉王笔”已能识别近２７０００多个汉字。微软亚洲研究 院开发的新一代自然笔交互设备，采用数字墨水技术，可 用作手写的文字识别、图形绘制输入，并已形成产品。中 国科学院软件研究所也对笔式交互技术进行了研究，开发 了笔式交互软件平台和儿童用的“神笔马良”系统。在中 文语音识别方面，ＩＢＭ／Ｖｉａ Ｖｏｉｃｅ的连续语音识别系统和中 国科学院自动化研究所的汉语连续语音听写系统，都有较 好的领域适应性。在汉语语音合成方面，国家智能计算机 研究中心和中国科技大学开发的ＫＩ￣６３和ＫＤ２０００中文合 成系统合成的语音自然、音质较好，可懂性优良，有望成 为中文语音的标准。 另外，中国科学院计算技术研究所在手语识别和合成 方面做了深入的工作，研制成功了可识别５０００多个中国手 语词的手语识别系统，北京大学、中国科学院软件研究所 等单位就网上多通道整合问题进行了研究，结果表明多通 道输入比单通道的语音输入能大大提高正确率。 ２．３ ３Ｄ ＧＩＳ交互技术相关研究 ３ＤＧＩＳ交互使得人机之间信息交互的通道由二维（图 像、声音）扩大到（声音、图像、和感觉）。３Ｄ ＧＩＳ交 互研究自１９８０年Ｂｏｌｔ的“ｐｕｔ ｉｔ ｔｈｅｒｅ”系统开始，人们进 行了大量的系统开发和研究工作，主要的研究工作包括： 维普资讯 http://www.cqvip.com ７６ 测绘科学 第２９卷 多通道科学可视化工具（ＭＳ Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ １９９６年，我国在８６３计划支持下，北航等６家单位开 展了中国第一个大型ＶＲ项目的研究——分布式战场环境 ＤｖＥＮ盯（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｔ、厄Ｔｗ０ｒｋ）的研 Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｏｏ１）是一个用于探索科学数据（如流体流动模 拟）的半沉浸式可视化环境。该界面包括一副电磁跟踪抓捏 手套及语音识别设备。语音识别系统能够提供２０多条命 令，手套则提供一整套漫游、操纵和检取技术。Ｓｈａｒｍａ等 提出了一种由ＭＤ－Ｓｃｏｐｅ虚拟环境和ＶＩＶＩＤ图形前端（ｆｒｏｎｔ— ｅｎｄ）构成的多通道界面。利用该系统可模拟生物分子结构 究。该虚拟战场包括一块大小为１１０ｋｒｎ×１５０ｋｉｎ，基于真 实地形数据的虚拟陆战战场环境，与陆地连接的２００Ｘ２００ 平方海里的逼真的海战战场环境，以及飞机、坦克、舰艇、 潜艇、自行高炮、导弹和雷达等武器的虚拟仿真平台。该 项目在虚拟交互方面已取得显著成果。 目前国内研究开发的一些ＶＲ应用系统，对虚拟现实 底层支撑技术研究较多。典型的有高性能分布仿真系统（国 的交互。系统使用简单的命令语言进行交互，交互对象和 参数由语音和手势共同提供。语音识别系统从一个连续的 语音流中识别发现单词，同时两个固定照相机拍摄的视频 流经处理后产生３Ｄ手指指示和简单的手势。 ＢａｔｔｌｅＶｉｅｗ是美国国家超级计算应用中心开发的一个用 于支持作战计划和决策的虚拟现实战场应用系统。同ＭＤ－ Ｓｃｏｐｅ／ＶＭＤ相似，该系统的多通道界面的手势识别部分由 三维指示和简单的手势构成，一个固定在显示器上的照相 机用于手势拍摄和识别，语音识别系统是ＩＢＭ ＶｉａＶｏｉｃｅ， 个多通道集成模块合成手势和语音数据流。 对于基于笔和语音的应用人们也做了许多工作。多通 道地图是ＳＲＩ开发的一种基于三维地图的应用，它能接受 语音、手写（ｈａｎｄｗｒｉｔｉｎｇ）和笔势（ｐｅｎ ｇｅｓｔｕｒｅ）输入。它在一 个多代理框架Ｏｐｅｎ Ａｇｅｎｔ中对不同的识别器进行统一管 理。Ｑｕｉｃｋｓｅｔ是俄勒冈州研究生科技学院开发的另一种地图 应用，提供了丰富的笔和语音界面。用户可以在地图上创 建和操纵不同虚拟实体，应用领域包括医学信息、军事态 势和训练、３Ｄ地形可视化和灾害管理。Ｑｕｉｃｋｓｅｔ使用一种 称做成员～组一委员会（Ｍｅｍｂｅｒｓ－Ｔｅａｍｓ—Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）的３层 识别技术：成员识别器报告结果给一个或多个组领导，组 领导应用不同的权重方案权衡结果并报告给委员会，委员 会衡量结果并提供一个多通道解释的等级列表。Ｑｕｉｃｋｓｅｔ已 经被Ｄｒａｇｏｎ所采用，Ｄｒａｇｏｎ是海军研究试验室开发的一个 战场可视化ＶＲ工具。其特征之一是“数字墨水”，通过光 线投射“数字墨水”到３Ｄ地形表面上。这种墨水的作用和 在２Ｄ Ｑｕｉｃｋｓｅｔ应用系统中笔的作用相同，并同系统现有的 ３Ｄ信息一起集成进了３Ｄ声音和３Ｄ手势词汇当中。例如用 户可以查询“这座小山（３Ｄ手势）有多高？”。而不是像 Ｑｕｉｃｋｓｅｔ和多通道地图那样使用语音和笔触（ｐｅｎ ｓｔｒｏｋｅ）， 笔势需要同显示表面做中介或与之进行交互。该系统在戴 上照相机后，用户可以远离显示器进行交互。 在３Ｄ环境漫游方面，乔治亚州技术学院Ｄａｖｉｄ Ｍ．Ｋｒｕｍ认为新颖的语音和手势界面特别适合未来移动 ＧＩＳ应用。他分别对鼠标驱动界面、语青界面、手势界面、 多通道的语音和手势界面在ＶＧＩＳ环境中对某３Ｄ全球地形 模型进行可视化漫游性能进行评价，方法是利用这些界面 浏览地球上不同的点目标，测试每位受试者对目标的特征、 顺序和位置的记忆情况和认知负载。实验测量被试完成任 务所用时间和主观感受，如舒适度、用户意愿等。结果表 明人们熟悉而技术成熟的鼠标界面在大多数测试指标中得 分最高，语音界面测试结果也较理想，手势界面和多通道 界面测试结果差强人意。他最后分析了语音和多通道界面 的不足，指出努力方向是手势识别软硬件的研究，加强语 音和其它指示输入设备组成的多通道界面的探索．降低识 别错误概率。目前他正着手研究语音和基于ＩＢＭ ｔｒａｃｋｐｏｉｎｔ 设备的双手输入多通道界面。 防科技大学）、分布式虚拟环境（北航）、基于ＣＡＶＥ设备的 虚拟系统（浙江大学）、虚拟现实和临场感研究球面屏幕显 示、图像随动，立体图像闪烁、深度感（清华大学）等。 关于沉浸式虚拟地理环境界面交互技术，其有两个特 点，一是可以使用人的自然技艺进行交互，具有的优势就是 用户可以使用已经具有大量的关于世界的知识；二是交互直 接性，用户动作和系统对动作结果的反应（反馈）之间的距离 很短，容易建立仿真系统工作复杂心像模型。但目前的虚拟 环境系统存在严重的可用性问题，除了一些具有简单交互功 能如虚拟建筑漫游、游戏（漫游、射击）、训练、恐惧症治疗 之类等应用外，大多数应用如复杂的科学计算可视化、沉浸 设计、虚拟教育等尚处于实验室阶段。针对于此，许多学者 如ｃｂｕｇＡＥｏｗｍａｎ等对虚拟交互的一般任务、技术分类、特 点、交互原则、实现、评价等做了初步探讨。 ２．４新型ＧＩＳ界面发展趋势 ＧＩＳ界面的发展史同计算机用户界面的发展史一样， 经历了以人适应计算机到计算机不断适应人的历史。与计 算机用户界面的历史演变模式同步，“手工操作一作业控制 语言及交互控制语言一ＧｕＩ一网络用户界面一多通道、多 媒体智能用户界面”的计算机人机界面发展模式也是合乎 ＧＩＳ技术与需求发展逻辑的ＧＩＳ界面发展模式。从ｌ０年前 Ｎｉｅ提出的界面发展轨迹（如图３）看，当今ＧＩＳ用户界面所 处发展阶段应是２～２．５维ｗＩＭＰ（Ｗｉｎｄｏｗｓ，Ｉｃｏｎｓ， Ｍｅｎｕｓ，ａ Ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）界面与初步的３维或多通道 以自然高效人机交互为目标和特点的ＮＵＩ（自然用户界面） 并存时代，前述新型ＧＩＳ界面发展概述也印证了这个趋势。 １９４０ １９５０ １９６０ ９７０ １９８０ １９９０ 图３用户界面的变化历程及趋势 （Ｎｉｅ １９９３，略有改动） ［说明：图中英文缩写含义为：ＣＬ（Ｃｏｍｍａｎｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ） ＦＳＭＦ（ＦｕＵ—Ｓｃｒｅｅｎ Ｍｅｎｕｓ ａｎｄ Ｆｏｒｍｓ），ＷｌＭＰ（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｉｃｏｎｓ，Ｍｅｎｕｓ，ａ Ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ），ＮＵＩ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）］ ３新型ＧＩＳ界面评价 界面评价的作用是帮助设计者达成交互设计的目标， 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 穆宣社新型ＧＩＳ界面的进展及评价 ７７ 即：提高系统的性能（效率，精确性，生产力），增加系统 的可用性（易于使用，易于学习，用户满意度）和有效性（用 户专注于任务，交互帮助用户实现系统目标），这三个基本 目标必须综合考虑。如果一个系统用户使用了５ｍｉｎ后仍感 到有挫折感，该系统将可能不会再被使用（可用性问题）， “接近理想状态”的ＧＩＳ界面。此外它还可对已经评价过界 面可存放在数据库中可以复用。这种实用先进的ＧＩＳ界面 测试环境尚属空白，应该加紧进行理论研究和软件研制。 ４新型ＧＩＳ界面研究设想 自ＧＩＳ诞生以来，它的发展史不仅是功能、性能的飞 速提高和市场应用领域不断扩张的历史，也是用户界面不 断改善的历史。成熟实用的新型ＧＩＳ用户界面也在有力地 即使有足够证据能够证明它可以帮助用户以一种新的方式 进行工作。商业上也往往不会接纳非常好用但降低了生产 力（性能）的系统。界面评价应该能够对已有的界面设计和 交互技术提供改进参数，对未来界面特别是多通道界面选 择提供参考，并可能提出新的界面和交互手段。界面评价 推动着ＧＩＳ本身的发展。上世纪９０年代，ＧＩＳ已经进入用 户时代，并呈现加速发展态势。对ＧＩＳ界面来说，由于 中的可用性评估方法有：可用性测试、启发式评估、认知 过程浏览和行为分析等。 ＧＩＳ用户界面的评价可以借鉴上述方法的精华。但笔 者认为适合ＧＩＳ界面的评价方法还可按以下方式进行。 最直接的方法是实验方法。实验方法是一种传统易行 的界面评价方法，一般步骤是确定实验目的、设计实验方 案，让受试者在设计好的完整环境或原型中使用被测试的 ＧＩＳ界面完成一定的交互任务，然后对结果进行分析得出 实验结论，最后找出该界面与交互的优势和存在的问题， 指出改进环节。这种实验方法的设计、实施相对容易，可 以较快速地得到关于系统可用性的初步评价。但由于实验 中各种因素的把握主观性很大，实验结果往往偏差较多， 精度较差。难以得到一般性、具有实际指导意义的结论。 还有一种方法是对交互任务和用户深入研究后，设想 完成任务的方法空问，结合现有交互技术的专家评价与用 户意见，以及自身经验，对交互任务进行初步分类，该分 类不仅能容纳现有的交互技术，还应留有技术发展的接口。 在此基础上，构建一个标准化的界面设计与评价的框架和 方法，并按照框架建立相应的适用界面。这种ＧＩＳ评价框 架方法的好处是能够更准确地帮助界面设计，帮助理解交 互任务及完成该任务所要采用的技术，有助于在共同的框 架内采用多种实验方法观察所有的结果，同时也可为领域 研究者们提供一个共同交流平台。此方法规范性强，界面 选择和设计有规可寻，是人机界面研究的方向之一。这样 的评价结果具有具体、实用、指导性和启发性。 第三种方法是建立交互技术测试环境。以上两种方法 不足一是关于交互技术性能的定量指标较少，不容易发现 该技术需要改进的关键环节；二是它们测试的指标只有一 两个，不能全面反映该交互技术的整体情况；三是上述方 法常常重复性较差，要比较新的界面与测试过的界面比较 困难。因此，在以上两种方法的基础上，可以建立类似汽 车性能测试的ＧＩＳ界面测评环境，以全面自动的测试评价 界面与任务有关所有重要特征，并考虑外界因素对界面的 影响。具体评价内容包括：①交互技术本身的性能包括 速度、精度、空间感知性、易用性、易学性、用户舒适度， 虚拟环境中还包括沉浸性；②外部因素包括任务特点（任 务复杂性、精度、任务对用户认知能力要求等）、环境特点 （环境大小、结构、可视细节的层次等）、用户特点（年龄、 性别、认知能力、ＧＩＳ经验等）和系统特点（如虚拟环境中 的延迟、桢速率、光照模型、绘制技术等）。这种方法的评 价结果并不是简单的好坏之分，而是定量结合定性综合性 地指出评价内容和交互技术的优势与不足，需改进的关键 点，甚至辅助提出新的界面和交互技术方案，最终实现 ＧＩＳ应用交互中多通道交互频率很高（如在指定空间位置和 选择命令中），而多通道界面对于ＧＩＳ视觉空间信息则具有 巨大的性能优势（如简化用户命令、缩短完成任务的时间、 用户易于接受、输入关键内容错误率大大减低，操作流程 自然、连续）和灵活性（适用于个体间的空间能力差异与意 愿差别），因此，开发兼顾精确、效率和用户认知负担的新 型多通道ＧＩＳ界面就变得特别重要。笔者认为今后应在以 下三个方面加强研究： １）人机界面与人机交互理论、关键技术与系统的研究。 包括人机交互中决定系统可用性的一般原则，人机交 互的认知心理学理论，符号语言学理论，人机工效学因素， 现存的优秀人机交互系统的梳理和总结，研究其对话方式 和策略、开发思路、设计、实现和评价等，最终形成ＧＩＳ 界面设计可遵循的一般性理论和方法。 ２）与ＧＩＳ应用发展趋势相适应的界面和交互技术的研 究。 随着ＧＩＳ发展的随身化、小型化、大众化和虚拟化， 多通道ＧＩＳ界面是未来ＧＩＳ界面发展方向。随着ＧＩＳ发展 的“平面一立体一虚拟环境”模式的不断推进，相应的虚 拟交互技术和界面研究也应加快。二维、三维、可进入环 境交互，可以对比研究，探索三种ＧＩＳ界面的通用技术与 专门技术，并尽量做到几种界面之间的平滑过渡。 ＧＩＳ参与重大的空间决策时，用户人数有可能不止一 个，适合多用户协同工作的ＧＩＳ界面和交互技术应做适当 考虑。随者网络技术的广泛应用，网络ＧＩＳ界面特别是网 络虚拟环境交互也应给予充分关注。 虚拟地理环境（ｖＥ）是利用虚拟现实（ＶＲ）技术在空间 数据库支持下构制的地学人机自然交互信息环境。其 交互特点是自然、高效，以人为中心的界面将大有文章可 做。由于人们已经习惯于在一个可漫游的３一Ｄ空间中操纵 物体，而虚拟地理环境表示方法比较自然，适应了这种习 惯，具有可交互、可量测、可感知的特点，加上相对于２Ｄ 空间，３一Ｄ空间能显示的数据量大得多，因而提供的信息量 也大。因此，ｖＥ已成为大家关注的热点，也是研究、利用 数字地球资源的重要工具，虚拟环境的交互备受重视。地 理虚拟环境中交互技术设计与评价是虚拟地理空间重点研 究的关键技术之一。 ３）ＧＩＳ界面设计综合评价体系的研究。 在对ＧＩＳ交互特点深入理解的基础上，我们可以对 ＧＩＳ交互任务进行科学分类，建立通用与专用的ＧＩＳ界面 评估框架，并抽取交互任务当中的通用任务，如Ｄｏｕｇｌａｓ Ａ Ｂｏｗｍａｎ针对虚拟环境将交互任务总结为漫游、选择、操 纵、系统控制四种，然后逐一进行详细分析，并建立了一 维普资讯 http://www.cqvip.com ７８ 测绘科学 第２９卷 ｉｍｅｎｔｅｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ［９］ Ｓｃｈａｐｉｒａ Ｅ ａｎｄ Ｓｈａｒｍａ Ｒ．Ｅｘｐｅｒ个综合的测试环境，可以做到只要输入设计界面的各种参 数，系统即可综合分析评估给出定性和定量评价结果和改 进策略，从而实现自动化的评价环境，辅助人们选择、设 计适用的ＧＩＳ界面。 ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｃｈ—ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ［Ｒ］．ｉｎ 、Ⅳ０ｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｐｅｒｃｅｐｔｉｖｅ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００１． ｃｅ ａｎｄ ｇｅｓｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ［１Ｏ］ Ｒ Ａ Ｂｏｌｔ．Ｖｏｉ同时，为理解新的交互任务和提高具体ＧＩＳ应用可用 性，在建立评价体系的同时，还可配合其它的可用性评价 ［Ｊ］．ＡＣＭ ｏｍｐｕｔＣｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，１９８０，１４（３）：２６２ ２７０． 方法，如可用性工程学，将２Ｄ人机交互研究中的传统移植 到虚拟环境中，进行标准化的用户和任务分析、增加定量 评价、模糊评价比重等，使评价结果更趋科学。 可以认为，实用合理的ＧＩＳ界面设计和评价框架体系 Ａ Ｃｈｅｙｅｒ Ｌ Ｊｕｌｉａ ａｎｄ Ｊ Ｍａｒｔｉｎ．Ａ ｕｎｉｆｉｄ ｆｅｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎ： Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉａｔｉｃｏｎ ｌＣｌ，１９９８：６３—６９． 是科学设计评价新界面的基础。目前可从以下方面切人： １）研究设计界面组件的方法；２）研究分析现有界面的一个 科学框架；３）提出人机交互及人与人之间交互的一个理论 框架。 ５结论 新型ＧＩＳ用户界面的研究和设计，是针对ＧＩＳ人机交 互过程中的特殊问题提出来的，相对传统的ＧＩＳ用户界面 而言，它的特点是自然、高效，以符合人的认知过程和心 理学需求的多通道界面为发展方向。随着人工智能（ＡＪ）和 人工生命（ＡＬ）科学的发展和更先进计算机的出现，ＧＩＳ界 面将进入一个较为完善的、人性化的高级阶段，而随之发 展的评价体系也必将逐步地建立和完善起来。 参考文献 ［１］ 高俊，等．虚拟现实在地形环境仿真中的应用 ［Ｍ］．北京：出版社，１９９９． ［２］ Ｋｅｔｔｅｂｅｋｏｖ Ｓ，ｅｔ ａ１．ｉ２Ｍａｐ：Ｃｒｉｓｉｓ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｕｓ— ｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｍｏｌｄｏｖａ：ＡＲＬ Ｆｅｄｅｒａｔｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ４ｔｈ ｎｕａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ【Ｃ １． Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐａｒｋ，ＭＤ，２０００． ［３］ Ｋｒａｈｎｓｔｏｅｖｅｒ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ａ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｍｕｈｉｍｏｄａｌ ｉｎｔｅｒ—ａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｌｒａｇｅ ｓｃｒｅｅｎ ｄｉｓ— ｐｌａｙｓ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ：Ｆｏｕｒｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａ— ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００２． ［４ｊ Ｌａｍｅｌ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｕｓｅｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＭＡＳＫ Ｋｉｏｓｋ ［Ｃ］，Ｓｙｄｎｅｙ：ＩＣＳＬＰ’９８，１９９８． ［５］Ｌｏｋｕｇｅ Ｉ ａｎｄ Ｉｓｈｉｚａｋｉ Ｓ．Ｇｅｏｓｐａｃｅ：ａＪ１ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｖｉ— ｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｐａｃｓｅ［Ｃ］．ＣＨＩ’９５ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９５． ［６ ｊ Ｍａｒｋ Ｄ．ＮＳＦ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｒｅｐｏｒｔ—ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｓｉｅｌｌＣｅＩ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ａｎ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｃｒｏｓｓ－ｄｉｃｓｉｐｌｉｎａｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｏｍａｉｎ［Ｒ］，ＮＳＦ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ， １９９９． ［７］ Ｏｖｉａｔｔ Ｓ．Ｔｅｎ ｍｙｔｈｓ ｏｆ ｍｕｌｔ￣ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｄ ｔｈｅ删．１９８０，４２（１１）：７４—８１． １８ｊ Ｏｖｉａｔｔ Ｓ Ｌ．Ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｔｅｒａｃ— ｔｉｖｅ ｍａｐｓ．ｉｎ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｌ Ｍ］，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＡＣＭ Ｐｒｅｓｓ，１９９６，９５—１０２． ［１２］ Ｊ Ｊ Ｌａｖｉｏｌａ Ｊｒ．ＭＳＶｒ：ａ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ－ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉ— ｍｏｄａｌ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ［Ａ］．Ｉｎ：ｌＡＳＴＥＤ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉ（２８ ａｎｄ Ｉｍａｉｇｎｇ【Ｃ］，１９９９：２２１—２２５． ［１３］ Ｓ Ｊｕｌｉｅｒ，Ｒ Ｋｉｎｇ，Ｂ Ｃｏｌｂｅｒｔ，Ｊ Ｄｕｒｂｉｎ，Ｌ Ｒｏｓｅｎ— ｂｌｍｕ．Ｔｈｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ Ｂａｔ— ｔｌｅｆｉｅｌｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｇｉｒｔｕａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｃ］．ＩＥＥＥ Ｖｉｔｒｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，１９９９：２９—３６． ［１４］ Ｖ Ｉ Ｐａｖｌｏｖｉｃ，Ｇ Ａ Ｂｅｒｒｙ．Ｔ Ｓ Ｈｕａｎｇ．Ａ ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ ｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａ ｖｉｒｔｕａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ【Ａｊ．Ｉｎ：￣＂ｎｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆｒ Ａｒｔｉ— ｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ １９９８ Ｓｐｒｉｎｇ Ｓｙｍｐｏｓｉｍｕ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔｓ Ｉ Ｃｌ，１９９８． ［１５］ Ｒ Ｓｈａｒｍａ，Ｔ Ｓ Ｈｕａｎｇ，Ｖ Ｉ Ｐａｖｌｏｖｉ’ｃ，ｅｔ ａ１．Ｓｐｅｅｃｈ／ ｇｅｓｔｕｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｏ ａ ｖｉｓｕａｌ∞ｆ ）ｕｔ堍ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｒｍｌｍｕｌａｒ ｂｉｏｌｏｇｉｓｔｓ［Ａ］．Ｉｎ：Ｉｎｔｅｍａｔｉｃ￣ａｌＣｔ￣ｅｒｅｌｌｃｅｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｃｏａｉｔｉｃｎ ｌＣ］．１９９６：９６４—９６８． ［１６］ Ｂｏｗｍａｎ Ｄ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｏｒＪ丁Ｉｎ＿Ｄｎ ｔａｓｋｓ ｉｎ ｉｍｍｅｍｉｖｅ、，ｉ ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔｓ：ｄｅｓｉｇｎ，ｅｖａｌｕａｔｉ￣，ａｎｄ ａｐｐｈｃａｔｉｃｎ［Ｄ］．Ｃ，ｏｅ￣ａ Ｔｅｃｈ Ｄｉｓｓ，１９９９． ［１７］ Ｂｏｗｍａｎ Ｄ，Ｗｉｎｇｒａｖｅ Ｃ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｎｕ ｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｉｍｍｅｒｓｉｖｅ ｖｉｒｔａｕｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ａ］． Ｉｎ：Ｐｒｃｏｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｖｉｔｒｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ ２００１［Ｃ］， １４９—１５６． ［１８］ 汪成为，等．灵境（虚拟现实）技术的理论实现及应 用［Ｍ］，北京：清华大学出版社，１９９６． ［１９］ 董士海，等．基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的多通道用户界面［Ｊ］． 计算机学报，２０００，２３（１２）：１２７０—１２７５． ［２０］ 中国科学院自动化研究所．汉语连续语音听写系统 商品化的关键技术［Ｒ］．ｈｔｖｐ：／／ｅａｄｍｉｎ．ｉａ．ａｃ．ｏｎ／， ２００３． 作者简介：穆宣社（１９７１一），男，陕西 咸阳人，信息工程大学测绘学院 博士生，指挥学院讲师，研究方向 为基于ＧＩＳ的战场环境分析和战场环境 信息系统研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｕｘ．ｓ＠ｓｏｈｕ．。０ｍ
