Тема 2. Типы пользовательских интерфейсов и этапы их разработки.

 

На ранних этапах развития вычислительной техники пользовательский интерфейс рассматривался как средство общения человека с операционной системой и был достаточно примитивным. В основном он позволял запустить задание на выполнение, связать с ним конкретные данные и выполнить некоторые процедуры обслуживания вычислительной установки.

Со временем по мере совершенствования аппаратных средств появилась возможность создания интерактивного программного обеспечения, использующего специальные пользовательские интерфейсы. В настоящее время основной проблемой является разработка интерактивных интерфейсов к сложным программным продуктам, рассчитанным на использование непрофессиональными пользователями. В последние годы были сформулированы основные концепции построения таких пользовательских интерфейсов и предложено несколько методик их создания.

Пользовательский интерфейс представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи: обмен информацией и координация действий. Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода-вывода, которые физически обеспечивают связь пользователя и компьютера.

Обмен информацией осуществляется передачей сообщений и управляющих сигналов. Сообщение - порция информации, участвующая в диалоговом обмене. Различают:

•входные сообщения, которые генерируются человеком с помощью средств ввода: клавиатуры, манипуляторов, например мыши и т. п.;

•выходные сообщения, которые генерируются компьютером в виде текстов, звуковых сигналов и/или изображений и выводятся пользователю на экран монитора или другие устройства вывода информации (рис.1).

 

 

Рис.1. Организация взаимодействия компьютера и пользователя

В основном пользователь генерирует сообщения следующих типов: запрос информации, запрос помощи, запрос операции или функции, ввод или изменение информации, выбор поля кадра и т. д. В ответ он получает: подсказки или справки, информационные сообщения, не требующие ответа, приказы, требующие действий, сообщения об ошибках, нуждающиеся в ответных действиях, изменение формата кадра и т. д.

Ниже перечислены основные устройства, обеспечивающие выполнение операций ввода-вывода.

Для вывода сообщений:

• монохромные и цветные мониторы - вывод оперативной текстовой и графической информации;

• принтеры - получение «твердой копии» текстовой и графической информации;

• графопостроители - получение твердой копии графической информации;

• синтезаторы речи - речевой вывод;

• звукогенераторы - вывод музыки и т. п.

Для ввода сообщений:

• клавиатура - текстовый ввод;

• планшеты - графический ввод;

• сканеры - графический ввод;

• манипуляторы, световое перо, сенсорный экран - позиционирование и выбор информации на экране и т. п.

Типы интерфейсов.

По аналогии с процедурным и объектным подходом к программированию различают процедурно-ориентированный и объектно-ориентированный подходы к разработке интерфейсов (рис.2).

 

Рис. 2. Типы интерфейсов

 

Процедурно-ориентированные интерфейсы используют 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 соответствующие данные и следствием выполне­ния которых является получение желаемых результатов.

Объектно-ориентированные интерфейсы используют несколько иную 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, имеющего внутреннюю структуру, определенное содержание и внешнее символьное или графическое представление. Объект при этом понимается в широком смысле слова, например, модель реальной системы или процесса, база данных, текст и т, п. Пользователю предоставляется возможность создавать объекты, изменять их параметры и связи с другими объектами, а также инициировать взаимодействие этих объектов. Элементы интерфейсов данного типа включены в пользовательский интерфейс Windows, например, пользователь может «взять» файл и «переместить» его в другую папку. Таким образом, он инициирует выполнение операции перемещения файла.

Применение процедурно-ориентированных интерфейсов в данном случае не означает использования структурного подхода к разработке соответствующего программного обеспечения. Более того, реализация современного процедурно-ориентированного пользовательского интерфейса на базе структурного подхода является очень сложной и трудоемкой задачей.

Таблица 1.

Процедурно-ориентированные пользовательские интерфейсы	Объектно-ориентированные пользовательские интерфейсы
Обеспечивают пользователей функциями, необходимыми для выполнения задач Акцент делается на задачи Пиктограммы представляют приложения, окна или операции Содержание папок и справочников отображается с помощью таблиц и списков	Обеспечивают пользователям возможность взаимодействия с объектами Акцент делается на входные данные и результаты Пиктограммы представляют объекты Папки и справочники являются визуаль­ными контейнерами объектов

 

В табл.1 перечислены основные отличия пользовательских моделей интерфейсов процедурного и объектно-ориентированного типов.

Различают процедурно-ориентированные интерфейсы трех типов: «примитивные», меню и со свободной навигацией.

Примитивным называют интерфейс, который организует взаимодействие с пользователем в консольном режиме. Обычно такой интерфейс реализует конкретный сценарий работы программного обеспечения, например: ввод данных - решение задачи - вывод результата (рис.3, а). Единственное отклонение от последовательного процесса, которое обеспечивается данным интерфейсом, заключается в организации цикла для обработки нескольких наборов данных (рис. 3, б). Подобные интерфейсы в настоящее время используют только в процессе обучения программированию или в тех случаях, когда вся программа реализует одну функцию, например, в некоторых системных утилитах.

Интерфейс-меню в отличие от примитивного интерфейса позволяет пользователю выбирать необходимые операции из специального списка, выводимого ему программой. Эти интерфейсы предполагают реализацию множества сценариев работы, последовательность действий в которых определяется пользователем.

Различают одноуровневые и иерархические меню. Первые используют для сравнительно простого управления вычислительным процессом, когда вариантов немного (не более 5-7), и они включают операции одного типа, например, Создать, Открыть, Закрыть и т. п. Вторые - при большом количестве вариантов или их очевидных различиях, например, операции с файлами и операции с данными, хранящимися в этих файлах.

Интерфейсы данного типа несложно реализовать в рамках структурного подхода к программированию. На рис. 4 показана типичная структура алгоритма программы, организующей одноуровневое меню. Алгоритм программы с многоуровневым меню обычно строится по уровням, причем выбор команды на каждом уровне осуществляется так же, как для одноуровневого меню.

Интерфейс-меню предполагает, что программа находится либо в состоянии Уровень меню, либо в состоянии Выполнение операции. В состоянии Уровень меню осуществляется вывод меню соответствующего уровня и выбор нужного пункта меню, а в состоянии Выполнение операции реализуется сценарий выбранной операции. В порядке исключения иногда пользователю предоставляется возможность завершения операции независимо от стадии выполнения сценария и/или программы, например, по нажатию клавиши Esc.

 

Рис.3. Типичная структура алгоритма программ с примитивным интерфейсом:

а - последовательный; б - с возможностью повторения

 

Древовидная организация меню предполагает строго ограниченную навигацию: либо переходы «вверх» к корню дерева, либо - «вниз» по выбранной ветви. Каждому уровню иерархического меню соответствует свое определенное окно, содержащее пункты данного уровня. При этом возможны два варианта реализации меню: каждое окно меню занимает весь экран или на экране одновременно присутствуют несколько меню разных уровней. Во втором случае окна меню появляются при выборе пунктов соответствующего верхнего уровня — «выпадающие» меню.

Рис. 8.4. Типичная структура алгоритма программы с одноуровневым меню

В условиях ограниченной навигации независимо от варианта реализации поиск требуемого пункта более чем двухуровневого меню может оказаться непростой задачей.

Интерфейсы-меню в настоящее время также используют редко и только для сравнительно простого программного обеспечения или в разработках, которые должны быть выполнены по структурной технологии и без использования специальных библиотек.

Интерфейсы со свободной навигацией также называют графическими пользовательскими интерфейсами (GUI - Graphic User Interface) или интерфейсами WYSIWYG (What You See Is What You Get - что видишь, то и получишь, т. е., что пользователь видит на экране, то он и получит при печати). Эти названия подчеркивают, что интерфейсы данного типа ориентированы на использование экрана в графическом режиме с высокой разрешающей способностью.

Графические интерфейсы поддерживают концепцию интерактивного взаимодействия с программным обеспечением, осуществляя визуальную обратную связь с пользователем и возможность прямого манипулирования объектами и информацией на экране. Кроме того, интерфейсы данного типа поддерживают концепцию совместимости программ, позволяя перемещать между ними информацию (технология OLE, см. § 1.1).

В отличие от интерфейса-меню интерфейс со свободной навигацией обеспечивает возможность осуществления любых допустимых в конкретном состоянии операций, доступ к которым возможен через различные интерфейсные компоненты. Например, окна программ, реализующих интерфейс Windows, обычно содержат:

• меню различных типов: ниспадающее, кнопочное, контекстное;

• разного рода компоненты ввода данных.

Причем выбор следующей операции в меню осуществляется как мышью, так и с помощью клавиатуры.

Существенной особенностью интерфейсов данного типа является способность изменяться в процессе взаимодействия с пользователем, предлагая выбор только тех операций, которые имеют смысл в конкретной ситуации. Реализуют интерфейсы со свободной навигацией, используя событийное программирование и объектно-ориентированные библиотеки, что предполагает применение визуальных сред разработки программного обеспечения.

Объектно-ориентированные интерфейсы пока представлены только интерфейсом прямого манипулирования. Этот тип интерфейса предполагает, что взаимодействие пользователя с программным обеспечением осуществляется посредством выбора и перемещения пиктограмм, соответствующих объектам предметной области. Для реализации таких интерфейсов также используют событийное программирование и объектно-ориентированные библиотеки.

Сравним четыре указанных типа интерфейсов на конкретном несложном примере.

Пример 8.1. Разработать пользовательский интерфейс программы построения графиков или вывода таблицы функций, техническое задание на которую представлено в § 3.5.

Можно предложить четыре варианта интерфейса, соответствующие рас­смотренным выше типам.

Вариант 1. Использование примитивного интерфейса предполагает, что пользователь сразу определяет все параметры, необходимые программе для построения графика или вывода таблицы, вводя их в ответ на соответствующие запросы программы, после чего программа выполняет необходимые вычисления и выводит результат. Если допустить, что программа будет запрашивать подтверждения завершения обработки, то процесс построения графиков/таблиц можно зациклить. В зависимости от используемых средств мы получим сравнительно простую программу, удовлетворяющую функциональным спецификациям, но ориентированную на единственный сценарий: ввод - обработка - вывод (см. рис. 8.3, б). Данный вариант не удобен для пользователя.

Вариант 2. Можно использовать одноуровневое меню, которое будет включать команды: Функция, Отрезок, Шаг, Тип результата, Выполнить и Выход. При выборе первого пункта меню определяется функция, второго -интервал, третьего - шаг, четвертого - тип результата, пятого - осуществляется операция, и, наконец, последний пункт обеспечивает возможность выхода из программы (рис. 8.5).

Очевидно, что в этом случае обеспечивается более гибкое управление для пользователя, так как фактически предусмотрены следующие сценарии работы:

Ввод функции - Ввод отрезка - Ввод шага - Уточнение вида результата: график/таблица - Вывод результата;

Изменение отрезка - Вывод результата;

Изменение шага - Вывод результата;

Изменение вида результата: график/таблица - Вывод результата и др.

Рис.8.5. Внешний вид окна программы

 

 

Вариант 3. Интерфейс со свободной навигацией для данной программы представлен на рис. 8.6. График строится по нажатии кнопки Построить.

Рис. 8.6. Внешний вид окна программы построения графиков/таблиц функций (интерфейс со свободной навигацией) (естественно, обработчик этого события должен предусматривать анализ данных на полноту и совместимость). Менять данные можно в любой момент и в любом порядке, используя соответствующие компоненты ввода-вы­вода.

Вариант 4. Интерфейс прямого манипулирования для данной программы представлен на рис. 8.7. Для того чтобы ввести новую формулу, необходимо взять чистый бланк из папки. Бланк раскрывается двойным щелчком мыши, после чего его необходимо заполнить. Затем его можно «обсчитать», перенеся на пиктограмму компьютера. Заполненные бланки, которые могут еще понадобиться, «кладутся» в папку Функции, остальные - в «корзину».

Менять данные и тип результатов можно в любой момент и в любом по­рядке, «раскрыв» бланк.

Как уже упоминалось в § 3.5, различают также однодокументные (SDI -Single Document Interface) и многодокументные (MDI - Multiple Document Interface) интерфейсы. Однодокументные или «однооконные» интерфейсы организуют работу, как следует из названия, только с одним