作業系統設計/人機互動的演變：超越 WIMP
人機互動 (HCI) 涉及人們如何與計算機互動以完成任務。在本章中，我們將探討計算機互動是如何演變的。
霍勒瑞斯穿孔卡片基於雅卡爾提花機的概念，其中織物的圖案由帶孔的卡片定義，這些孔觸發提花機上的提花線，改變經線位於緯線的前面還是後面。雅卡爾對蒸汽提花機所做的事情，霍勒瑞斯可以用電力來實現，從而使操作員能夠在穿孔卡片機上輸入文字行，並在卡片讀取器中將其轉換為電訊號。
從 20 世紀 50 年代開始，計算機開始連線到電傳打字機。電傳打字機允許使用者透過輸入命令來執行任務，而不是使用穿孔卡片來輸入指令。此後不久，被稱為“終端”的基於文字的顯示器取代了印表機作為通訊資訊的工具。如今，計算機繼續模擬電傳打字機，同時添加了新的功能和特性，稱為命令列介面 (CLI)。
WIMP（視窗、圖示、選單和指標）是在 20 世紀 70 年代後期為 Smalltalk 發明的。從那時起，它一直在穩步地殖民現代作業系統。不幸的是，幾乎所有 WIMP 的實現都是不完整的變體，沒有 CLI 的全部可程式設計能力。一些可以輕鬆新增到 WIMP 的簡單 CLI 概念包括管道、指令碼和圖形位置歷史記錄。如果這些都包含在內，CLI 就可以消失了。[需要引用]
儘管 WIMP 已經衰敗，但自 1980 年以來，主流 OS 的 HCI 並沒有取得任何有意義的進步。[需要引用] 幾十年來的停滯不前，期間只有虛擬桌面和上下文選單等微小的創新。最新出現在市場上的微不足道的事情是圖示逐漸被物件縮圖取代。幸運的是，儘管主流 OS 設計師的能力低下，[需要引用] 但 HCI 領域的研究仍然以蝸牛般的速度前進。
硬體已經存在，可以隨時使用，但作業系統沒有充分利用它。語音識別是 HCI 中最未充分利用的機會。
語音識別存在許多問題。許多環境都很吵鬧，導致識別不準確，因此很危險。不斷使用語音識別會導致人們失聲。語音識別存在隱私和煩擾問題。想象一下，當你試圖集中精力工作時，聽到你的老闆說“打開個人檔案。將‘農場色情’複製到 CD-ROM 上。刪除‘農場色情’。關閉個人檔案。”
其中一些問題可以部分避免。例如，使用者可能會說“將這個複製到那個”，其中這個和那個是由滑鼠在那個特定時間點所指向的物件。語音過度使用的問題可以透過減少語音識別的使用來緩解，讓語音成為補充輸入模式而不是主要輸入模式。
這個想法的起源可以追溯到最早的 MUD 程式 ADVENT，甚至可以追溯到 ELIZA，這是一種心理治療師模擬程式，它已發展成為 ALICE 和其他自然語言處理器。語音識別軟體實際上將建立在這個技術之上，儘管需要新增其他語義規則，以便與口語而不是書面語言識別一起使用。
這種型別的介面已經在“Ask Jeeves”和“WikiAnswers”等網站以及其他類似的搜尋工具中實現，在這些工具中，您可以使用正常的自然語言問題來詢問計算機資訊，而不是使用某種結構化的查詢語句，例如 SQL。這確實消除了隱私問題，但需要更先進的 AI 研究才能成功。
這個 HCI 模型的一個有趣方面是，它通常被認為是 CLI 的迴歸，它是命令式的。具有諷刺意味的是，正是語音識別嚴格地命令式，而語言處理應該是超越這種狹隘互動模型的。無論如何，自然語言互動一直是許多早期作業系統設計師甚至計算機程式語言設計師的最終目標。
這個 HCI 模型在科幻作家弗雷德里克·波爾 (Frederick Pohl) 的《星際之門》(Gateway) 系列小說中得到了部分探索，其中主人公嫁給了一位軟體工程師，後者使用改進的自然語言介面進行程式設計。
這種方法的主要問題是，能夠有效地處理大多數自然語言查詢的語義資訊原始資料庫需要非常龐大。從某種意義上說，它比當前許多 GUI 作業系統大一個數量級。自然語言軟體開發環境仍然需要具有一定的形式化結構，以避免模稜兩可甚至矛盾的語義含義。編寫 SQRT(SIN(X^3)/PI*7.55) 也比將函式描述為“X 的三次方正弦的平方根除以 PI 乘以 7.55 的量”更容易。即使在這裡，所涉及的語義問題也會弄亂等式，但至少可以作為起點，看看自然語言程式語言將是什麼樣子。
任何介面都將具有預設解析度，可能與螢幕解析度和大小相關聯。然而，相當一部分人口存在視力問題，需要更大的字元才能閱讀。可縮放介面的理念是，介面不受限於預設解析度，可以放大以增強尺寸，或縮小以獲得概覽。
此概念在作業系統的多螢幕實現中也很有用。能夠縮小以檢視多螢幕檢視，然後放大以檢視單屏檢視，在複雜的使用者環境（如工作站和建築程式）中非常有用，您可能希望將不同的立面放置在不同的螢幕上，並在它們之間來回切換以檢視更改對其他立面的影響。
儘管有潛力，3D 除非用於非常專業的生物化學家 HCI，否則從未被用作超過噱頭的任何東西。存在一些阻礙此介面概念的問題，包括缺乏針對 3D 環境的強大模型，例如 2D 環境中的桌面模型。大多數 3D 環境只是此桌面模型的擴充套件，並且具有明顯的“噱頭”質量，無法證明提供此類環境所需的增加計算資源是合理的。
很少有真正的 3D 裝置可以由計算機即時操作，這也限制了這個方向。雖然您可以獲得電影中看到的真實 3D 全息圖，但這些顯示系統在某些情況下需要花費數百萬美元才能設定和部署，並且目前非常脆弱，容易發生故障。主要用於軍事以及可以證明成本的場所（例如迪士尼樂園），即使在這些場所，它們也只是一個演示裝置，具有非常有限的實際用途，只暗示了它們最終可能會成為什麼。對於大多數使用 3D 裝置環境的人來說，它幾乎總是位於普通的 2D 計算機螢幕上，有時被稱為 2.5D，以承認它不僅僅是純粹的二維顯示，但還沒有達到完整的第三維度。
一個似乎引起了相當多興趣的著名模型最初在尼爾·斯蒂芬森的《雪崩》一書中進行了描述。雖然這本書涵蓋了很多內容，“元宇宙”是一個多使用者 3D 環境，它使用頭像透過虛擬現實環境進行社互動動。這本書催生了 VRML 的發展，它借鑑了更早的 3D 渲染格式。
也許值得注意的是，一個名為阿爾法世界的虛擬世界在 1990 年代中期迎來了巨大的流行，但經濟問題困擾著託管執行所有後臺資訊的伺服器的公司。阿爾法世界承認其源自元宇宙，包括它對頭像的使用以及出現在阿爾法世界中的一些環境，包括最初在《雪崩》中描述的一些建築。阿爾法世界的一個顯著特點是，使用者可以“認領”房地產並在世界中建造功能和地標，在某些情況下拒絕他們不喜歡使用者的訪問許可權。從遠處看，繪製出各種使用者專案的佈局，阿爾法世界的外觀與世界各地現代城市的城市蔓延非常相似。阿爾法世界技術上仍在開發中，但最初建立它的開發團隊早已離開，軟體所有權已多次易手。
從使用者角度來看，3D 技術最有可能的使用是在元宇宙之類的虛擬世界中，或是在《無盡的任務》或《魔獸世界》之類的多人線上角色扮演遊戲中。雖然可以透過此類環境直接操作計算機資料，但似乎沒有令人信服的興趣開發一個必須以這種性質開發軟體的編譯器。
直接操控是本·施奈德曼在 1983 年創造的一個術語，涵蓋了介面應該反映正常體驗的想法，以便使用者直觀地理解介面。他對 GUI 的設計感興趣，但這個術語已經擴充套件到指任何旨在比 WIMP GUI 更直觀的介面。這種型別介面的實現方式有很多，由於這種多樣性，它包含了大量的子主題。其他主題包括介面應該向使用者提供反饋，就像真實事物一樣，例如方向盤應該在快速轉彎時抵抗使用者，剎車踏板應該指示剎車是否鎖死，或像現實一樣以防抱死裝置的節奏跳動。另一個想法是，您應該使用球杆來進行高爾夫球或網球，而不是滑鼠或操縱桿，Wii 遊戲盒引入了這種系統。另一個例子是手機中的加速度計，它允許使用者透過傾斜手機來控制遊戲。
人們喜歡定製他們的計算機系統。正如在其他計算機上工作的技術人員可以證明的那樣，有時很難在過度定製的計算機中找到自己的方位。熟悉的程式可以呈現出新的、令人困惑的特徵，結果是，當您第一次坐在別人的計算機前時，您可能無法認出它們。
允許使用者隨意放置圖形元件，為使用者提供了意外更改圖形元件放置位置的機會，而不知道他們是如何做到的，因此不知道如何將其更改回來。作業系統設計人員必須仔細考慮如何實現手動放置。拖放機制是為 WIMP 開發的，這是一個例子，說明這種情況如何出錯。如果每個圖形元素都可以移動，那麼我們會得到有趣的效果，例如將工具欄從螢幕頂部拖到螢幕側面，並將其垂直對齊而不是水平對齊。
許多使用者不瞭解拖放技術，並且經常按住滑鼠按鈕，同時移動滑鼠，從而拖動他們不想拖動的東西，或者相反，必須抬起滑鼠以擴充套件其範圍，並且意外地將物件放置在不能解釋為有效放置位置的位置。例如，如果工具欄放置在頁面下方，它應該具有什麼配置？
此外，通常可以移動前景中的某個東西並影響背景中物件的放置，例如使用兩個視窗，並垂直操縱它們，以便您可以拖放視窗之間，有時會弄亂 Windows 桌面上圖示的放置。為了處理遮擋一個圖示與另一個圖示的效果，通常需要使用捕捉到網格的技術，根據網格頂點放置元素。但是，已知很長的圖示名稱會遮擋其他圖示，這使得裁剪圖示名稱很有用，但會消除理解圖示功能所需的資訊。然後需要某種懸停機制，以便在不實際選擇圖示的情況下擴充套件完整的檔名。由於這些考慮因素，每個圖形元件都應該是使用者可調整的，或者必須仔細考慮調整的極端情況，以決定哪些圖形元素將捕捉到網格，哪些將只接受有效位置，哪些將具有完全的靈活性以放置在使用者想要的位置。
雖然這種型別的輸入仍然是實驗性的，並且它的標準還沒有制定，但使用[1] 自組織對映在植入物和機械臂之間進行介面，表明將來有可能將指向裝置管理起來，就像它是人體的一部分一樣。雖然這還沒有達到讀心術的水平，但它可以為像截癱患者這樣無法使用普通指向裝置的人提供一種介面。
- ↑ Teuvo Kohonen, 自組織對映 Springer (2001) ISBN 3540679219