Концепция WIMP. История, проблемы и перспективы

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Концепция WIMP. История, проблемы и перспективы

Концепция WIMP. История, проблемы и перспективы

24

Кафедра ИКТ

Курсовая работа по дисциплине:

Технологии программирования

На тему:

«Концепция WIMP. История, проблемы и перспективы»

Москва 2008

Оглавление

• Введение
• История
• Развитие интерфейсов
• Smalltalk и Lisa
• Windows и Unix
• Концепция WIMP
• Метафора рабочего стола
• Подход к интерфейсу
• Проблемы WIMP
• Достоинства
• Недостатки WIMP-интерфейсов
• Перспективы развития WIMP-интерфейсов
• Post-WIMP-интерфейсы
• Будущее
• Использованная литература
• Введение
• Одним из наиболее впечатляющих явлений в программировании за последние двадцать лет был триумф интерфейса, состоящего из окон, значков, меню и указателей (Windows, Icons, Menus, Pointers - WIMP). Сегодня он очень широко известен и не требует описания. Впервые эту идею представили публике Дуглас Энглебарт (Douglas Englebart) с группой коллег из Стэндфордского научно-исследовательского института на Объединенной компьютерной конференции Запада в 1968 году. Оттуда идеи перекочевали в исследовательский центр Xerox в Пало-Альто, где они реализовались на персональной рабочей станции Alto, разработанной Бобом Тейлором (Bob Taylor) с сотрудниками. Их подхватил Стив Джобс для компьютера Apple Lisa - слишком медленного для осуществления своих восхитительных концепций простоты использования. Эти концепции Джобс затем воплотил в коммерчески успешном Apple Macintosh в 1985 году. Позднее они были приняты в Microsoft Windows для IBM PC и его клонов.

Концептуально важным объектом интерфейса является папка (folder). Папка - это контейнерный объект, содержащий в себе другие объекты и папки. Уместность папки в метафоре рабочего стола очевидна. Существенно то, что папка дает возможность пользователю создавать собственную структуру хранения объектов, альтернативную структуре хранения объектов в ОС (в файловой системе). Важным свойством, обеспечивающим эту возможность, является создание указателей на объекты. Если папка является физическим аналогом каталога файловой системы, то в нее может быть помещен указатель на объект, физически расположенный в другой папке-каталоге файловой системы (аналог косвенных файлов). Ссылка на объект с точки зрения пользователя выглядит так же, как оригинал объекта (хотя может иметь какие-то отличительные признаки ссылки), выполнение операции открытия над ссылкой приводит к открытию объекта-оригинала, но операции перемещения, удаления, переименования и т.п. выполняются не над объектом, а только над ссылкой. Возникает, однако, проблема согласования интерфейсной структуры хранения объектов с логической структурой файловой системы. Например, требуется, чтобы при перемещении объекта-оригинала в файловой системе все ссылки на него перенаправлялись на новое его место. Не все интерфейсы ОС успешно справляются с этой задачей.

Важным аспектом объектной ориентации является настройка интерфейса для конкретного пользователя. Обычно, если интерфейс рассматривается с точки зрения приложений, отмечается полезность создания нескольких форм интерфейса, ориентированных на пользователя разной квалификации - новичка, опытного, профессионала. Хотя та же задача может ставиться и перед интерфейсом ОС, более важной, на наш взгляд является интеграция интерфейса с системой безопасности ОС. Интерфейс должен показывать пользователю только те объекты и предоставлять ему только те команды, к которым данный пользователь имеет доступ. Такое возможно в тех ОС, где система безопасности тесно связана с объектно-ориентированными свойствами ОС. Настройки интерфейса могут являться частью профиля пользователя.

1. Графический интерфейс может встраиваться в саму ОС и быть ее неотъемлемой частью. Такой подход применяется во всех продуктах семейства Windows и в ОС компьютеров Apple (в последних WIMP даже встроен в ПЗУ компьютера). Подход дает возможность тесно интегрировать интерфейс с ОС и повысить производительность интерфейсных модулей, выполняя часть из них в режиме ядра. Однако такой подход в то же время является неэкономным, так как интерфейс WIMP расходует много ресурсов и до некоторой степени опасным, так как модули WIMP могут явиться дополнительным источником ошибок в системе.

2. Графический интерфейс может представлять собой отдельное приложение, поставляемое в составе операционной системы и, возможно, достаточно тесно интегрированное с ней. Пример такого приложения - Workplace Shell OS/2. Такое приложение не допускается в режим ядра, но может использовать API более низкого уровня, чем обычно используемый в приложениях. Такое приложение WIMP не является обязательным компонентом ОС, система может работать и без него, в режиме командной строки или загрузить другое приложение WIMP.

3. Наконец, графический интерфейс может представлять собой приложение, никак не связанное с ОС, выполняющееся в тех же условиях, что и другие приложения, и выполняющее действия, задаваемые пользователем, используя обычный API ОС. В этом случае ОС не связана жестко с одним модулем WIMP, и графический интерфейс может выбираться по желанию пользователя. Примером такой ОС с большим выбором интерфейсов является Linux.

Очень продолжительное время основное внимание при разработке компьютерных приложений уделялось функциональности и производительности. Только в 80-х гг., когда настольными вычислительными инструментами стали пользоваться миллионы людей, мы, наконец, в полной мере осознали, сколь важна для успеха приложения легкость его использования, или, как стало принято выражаться, насколько "дружественным" для пользователя он является. Причем это важно и для неискушенных пользователей, и для опытных. Первые хотят, чтобы освоение интерфейса и запоминание методов работы с ним требовало минимальных усилий; пользователи высокой квалификации минимизацией усилий, необходимых для достижения высокой производительности в работе.

Давайте еще раз обозначим нашу цель: минимизировать использование тех механизмов манипулирования, которые столь существенны в сегодняшних интерфейсах, и сократить "когнитивную" дистанцию между намерением и реализацией этого намерения. Иными словами, требуется дать пользователю возможность сосредоточиться на его задаче, а не на технологии, необходимой для специфицирования этой задачи. Таким образом, я рассматриваю WIMP- и post-WIMP-интерфейсы как последовательные шаги в направлении куда более мощного и естественного интерфейса. В полной мере обозначенная цель, очевидно, будет достигнута через несколько десятилетий.

Интерфейс дает возможность полноценной работы с компьютером следующим трем категориям пользователей, которым трудно работать с теперешними интерфейсами: это дети, еще не умеющие читать и писать; менеджеры; непрофессиональные "домашние" пользователи. Без преувеличения можно сказать, что метод "указания и щелчка", отличительная особенность WIMP-интерфейсов, уже стал частью современной культуры. Неудивительно, что появилась новая специальность (быстро ставшая дефицитной) - дизайнер пользовательского интерфейса. Тестирование интерфейсов на предмет удобства и устойчивости стало необходимой частью всего процесса разработки приложений. По существу, WIMP GUI стали стандартом для прикладных интерфейсов, которые - по сравнению с интерфейсами "командной строки" - обеспечивают относительную простоту изучения и применения, легкость переноса знания, приобретенного от использования в одном приложении для применения в другом из-за большой совместимости концепции look and feel. Помимо прочего, это избавило многих от утомительного чтения руководств в процессе освоения приложения.

Помимо обозначенных достоинств, WIMP-интерфейсы принесли с собой и большие проблемы.

Во-первых, чем более сложным является приложение, тем труднее осваивать интерфейс, причем эти трудности возрастают нелинейно. Взятые в отдельности интерфейсные особенности и инструменты могут быть вполне простыми, но, будучи в большом количестве интегрированы в одно приложение, они образуют новое качество сложности.

Во-вторых, пользователи проводят слишком много времени, манипулируя интерфейсом, а, не работая с самим приложением. Квалифицированные пользователи часто бывают раздражены слишком большим количеством слоев, возникающих в процессе point and click и создающих своеобразный хаос из-за слишком многих интерфейсных элементов (использование сокращенных комбинаций клавиш - это суррогатный метод решения этой проблемы).

В-третьих, WIMP GUI вместе с их 2D- интерфейсными элементами проектировались для работы с двухмерными же приложениями - такими, как обработка текстов, компоновка документов и электронные таблицы. Если же приложение является по своей сути трехмерным, то работа с ним с помощью 2D виджетов становится не слишком естественной

В-четвертых, не все пользователи способны эффективно использовать мышь и клавиатуру - либо оттого, что им это не кажется естественным в контексте их задачи, либо из-за вызываемых этими устройствами чисто физиологических неудобств, связанных с постоянными нажатиями на клавиши при сильном напряжении зрения (не говоря уже о специальных категориях пользователей с физическими недостатками). Соответственно главным недостатком WIMP-интерфейсов является то, что они никак не используют такие каналы взаимодействия, как речь, слух и прикосновения.

Еще одно ограничение WIMP-интерфейсов в том, что они предназначены для одного пользователя настольной системы, который управляет объектами, не обладающими автономным поведением, реагирующими в основном на манипуляции с мышью. Соответственно имеется один, не разделяемый во времени полудуплексный канал взаимодействия; система откликается на каждое дискретное событие ввода, и эти события могут быть легко распознаны - они состоят из простых нажатий на клавиши и выбора с помощью мыши. Самый сложный ввод - последовательность позиций мыши, которая может представлять, например, путь закрашивающей кисти.

Фредерик Брукс (Frederick Brooks) в 1995 году, обсуждая основные процессы, произошедшие в программной отрасли за двадцать предшествовавших лет, назвал в числе «наиболее впечатляющих явлений» «триумф интерфейса WIMP» В этом ставшем классическим четырехстраничном анализе Брукс:

§ производит декомпозицию самой идеи («диалог» с системой: объекты - «существительные» и действия - «глаголы»),

§ выделяет факторы, способствовавшие ее «триумфу»,

§ называет ограничения метафоры «рабочего стола» («проблема двух курсоров»), а также

§ предрекает устаревание WIMP при внедрении речевого интерфейса.

Прошло еще пять лет, и мы можем отметить, что:

§ Проф. Брукс не заметил решения «проблемы двух курсоров»;

§ WIMP не думает устаревать, и скорее сам абсорбирует новые интерфейсные возможности (включая распознавание речи), чем будет вытеснен ими;

§ «триумф WIMP» на сегодня выглядит не то чтобы менее бесспорным, а менее однозначным. Во многих прикладных областях попытки внедрения WIMP стали скорее частью проблемы пользовательского интерфейса, чем частью ее решения.

Сплошной же WIMP-среды и вовсе нет нигде, кроме встроенных/специализированных систем. В любом окружении элементы WIMP сочетаются с элементами другой интерфейсной модели.

Post-WIMP-интерфейсы

Post-WIMP-интерфейс - это такой интерфейс, который заключает в себе, по крайней мере, один метод взаимодействия, не присущий классическим 2D виджетам, таким как меню и пиктограммы. В конечном счете, он должен включать действующие в параллель сенсорные каналы, коммуникации с помощью естественного языка - и все это в среде из многих пользователей. Среди примеров взаимодействия с помощью Post-WIMP-интерфейсов можно упомянуть распознаватели жестов, основанные на технике рисования пером, - они используются в карманных PDA. Эти устройства более или менее успешно сочетают методы, свойственные как WIMP, так и post-WIMP интерфейсам для 2D-задач. Другим показательным примером естественного человеко-машинного взаимодействия, но не использующим какие-либо WIMP-устройства и методы, являются диалоговые видеоигры, такие как тренажеры с рулевым колесом управления с переключателем передачи, а также имитаторы игр, вроде гольфа, в которых игрок может бить реальной клюшкой по реальному мячу, траектория полета которого затем моделируется и изображается на экране дисплея.

3D-виджеты (объекты, инкапсулирующие 3D-геометрию и предназначенные для управления другими объектами в сцене) начинают с успехом использоваться в задачах трехмерного моделирования; при этом они являются частью 3D-сцены, что позволяет не прибегать к привычным 2D-виджетам, обычно накладываемым на 3D-сцену. Среди универсальных 3D-виджетов стоит упомянуть "блоки вращения и масштабирования" с соответствующими управляющими "рычагами" и навигаторы (использующиеся в VRML и других 3D-браузерах).

Еще один метод, который комбинирует WIMP и post-WIMP, - это использование marking menus - современной формы многоуровневых радиальных меню, при которых пользователь может задействовать свою "мускульную память" и выполнять выбор в меню зажатой в руке мышью или иглой без фактического появления самого меню. Бакстон также пропагандирует ввод с помощью двух рук, при котором "вспомогательная" рука управляет крупными движениями (например, перемещением инструмента), а "доминирующая" рука выполняет тонкую настройку.

Распознавание речи может использоваться для подачи команд и вообще для неограниченного текстового ввода, соответствующая технология еще недостаточно зрела, чтобы действительно широко применяться. И привлекательность, и трудность реализации распознавания непрерывной жестикуляции и речевого ввода определяются тем, что при этом очень нелегко производить разбивку на значимые лексемы и однозначно выделять такие компоненты, как глагол, существительное и модификаторы.

"Тактильные" пользовательские интерфейсы - это еще одна мало исследованная область: основанная на тактильных ощущениях аппаратура появилась совсем недавно. Тактильные устройства, в отличие от других интерактивных устройств, способны как "чувствовать", так и передавать информацию. Таким образом, дизайнеры тактильных интерфейсов рассматривают две равно важные стороны: тактильные ощущения (чувство касания) и "кинестетическое" (kinesthetic) чувство (ощущение, где находится тело). Эти устройства имеют общую особенность: они снабжены средством силовой обратной связи - таким, как PHANToM (от фирмы SensAble Devices), которое получает информацию о положении и жесте, а возвращает величину приложенной в точке силы. Таким образом, пользователь может ощущать форму жесткого объекта, в том числе через несколько слоев различного сопротивления при надавливании на внешнюю поверхность (что полезно, например, в хирургических симуляторах).

Прежде всего, в соответствии с законом Мура, можно ожидать появления чрезвычайно мощных и универсальных компьютеров, включая переносимые компьютеры, PDA, сверхминиатюрные или очень большие "проекционные" дисплейные устройства, а также легкие и доставляющие минимум неудобств, шлемы-дисплеи для виртуальной реальности. Погружаясь в виртуальную реальность, пользователь может видеть сгенерированную компьютером информацию, наложенную на образы реального мира через оптическое или видео-смешивание. Разрешающая способность дисплеев, несомненно, увеличится и процесс чтения в интерактивном режиме станет менее утомительным и более приятным. В конечном итоге мы будем иметь доставляющие минимум неудобств высокоточные сенсоры с хорошим пространственным и временным разрешением для отслеживания положения головы, тела и глаз. Они сделают возможным быстрое и корректное распознавание жестов и, возможно, даже не вызывающую никаких неудобств биологическую обратную связь (biofeedback), что особенно важно для пользователей с физическими недостатками. Распознавание голоса на основе понимания (ограниченного) естественного языка станет доминирующей формой взаимодействия человека с компьютером. Тактильные дисплеи позволят развить нашу способность воспринимать сгенерированную компьютером информацию. Радж Редди (Raj Reddy) из CMU (Carnegi Mellon University) дал описание интерфейсов SILK, которые будут поддерживать понимание речи, образов и языка на основе баз знаний. Вычислительная мощь станет такой, что сможет обеспечивать возможность управления большим количеством непрерывной информации, поступающей одновременно от многих каналов ввода параллельно с симулированием поведения автономных реактивных объектов в реальном времени.

Наконец, мы узнаем, как комбинировать лучшие средства пользовательского взаимодействия через WIMP- и post-WIMP-интерфейсы с косвенным управлением, обеспечиваемым сертифицированными и заслуживающими доверия агентами, которые могут предугадывать потребности пользователя и работать на него в автономном режиме - вместе с другими агентами, распределенными по сети. Такая агентская технология должна базироваться на мощных базах знаний. Эта комбинация в конечном итоге позволит нам приблизиться к идеальной ситуации, в которой взаимодействие пользователя с компьютером будет столь же естественным, как общение между людьми.

Использованная литература

1. Операционные системы: Учебное пособие.

2. Деревянко А.С., Солощук М.Н.

3. Харьков: НТУ "ХПИ", 2002. - 573c.

4. Судьба интерфейса. Автор: Максим Отставнов

5. Опубликовано в журнале "Компьютерра" №45-46 от 13 декабря 2000 года

6. Фредерик П. Брукс. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы. Издательство Addison-Wesley, 1975

7. Пользовательские интерфейсы нового поколения. Автор: Эндрю вэн Дам, Brown University, США. Опубликовано в журнале «Открытые системы» от 17.06.1997 г.