【正文】 omputer Supported Cooperative Work, CSCW）的圖形系統(tǒng)已成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。Open Inventor被譽(yù)為是交互式3D開發(fā)工具的“事實標(biāo)準(zhǔn)”，但顯然沒有一個3D開發(fā)工具能滿足所有的應(yīng)用需求，3D的廣泛應(yīng)用需要更多的開發(fā)工具支持。為了克服這些困難，人們往往在圖形標(biāo)準(zhǔn)之上再建立更高級的開發(fā)工具(3D Toolkit或3D Engine)。由于OpenGL與窗口系統(tǒng)無關(guān)，不提供任何交互手段，必須由程序員自己編寫所有的交互功能。OpenGL提供了數(shù)百個庫函數(shù)，可以方便地繪制具有真實感的3D圖形。歷史上曾出現(xiàn)的圖形標(biāo)準(zhǔn)（或API）有Core、GKS、PHIGS、PEX、GL、Dore、RenderMan、Hoops、OpenGL等等。 系統(tǒng)設(shè)計示例——支持協(xié)同工作的交互式三維圖形軟件開發(fā)系統(tǒng)本節(jié)論述“支持協(xié)同工作的交互式三維圖形軟件開發(fā)系統(tǒng)”的系統(tǒng)設(shè)計，作為本章的示例（ 取材于作者的博士論文工作[林銳 2000]）。IBM公司在1985年已經(jīng)創(chuàng)建了殘障人國家支持中心。可以說，一切有利于人機(jī)交互的界面設(shè)計因素都具有廣義美。但對于熟練的用戶而言，他們樂于使用命令行以獲得高效率。用戶使用界面時，除了直接的感官美感外，還有很大一部分美感是間接的，它們存在于人們的使用體驗中，例如方便，實用等。而當(dāng)大家都赤條條地在共公浴室洗澡時，卻也有人喜歡穿著衣服。 Sonique軟件的幾種界面人們經(jīng)常搞不清楚什么情況下應(yīng)該追求“一致性”或“個性化”。界面看多了，真有種“曾經(jīng)滄海難為水”的感覺。在娛樂領(lǐng)域的軟件中，有個性化的界面自然比泯然于眾的界面更具有吸引力。目前流行的軟件開發(fā)工具如Visual C++、Visual Basic、Delphi、C++ Builder、Power Builder等，都能夠快速地開發(fā)出非常相似的圖形用戶界面。例如商業(yè)軟件習(xí)慣于設(shè)置F1鍵為幫助熱鍵，如果某個設(shè)計者別出心裁地讓F1鍵成為程序終止的熱鍵，那么在用戶渴望得到幫助而伸手擊F1鍵的一剎那，他的工作就此完蛋。商業(yè)應(yīng)用軟件的界面設(shè)計注重一致性。合適性差的界面只會給軟件帶來厄運(yùn)。如果運(yùn)行一個程序，它首先表演一套復(fù)雜的動畫，在后臺演奏雄壯的進(jìn)行曲，電閃雷鳴之后出來的卻是一個普通的文本編輯器。例如一些軟件開發(fā)者喜歡為其作品加一段動畫演示，以便吸引更多用戶的關(guān)注。合適性差的界面無疑會混淆軟件意圖，致使用戶產(chǎn)生誤解。所以界面的合適性是界面美的首要因素，它提醒設(shè)計者不要片面追求外觀漂亮而導(dǎo)致失真或華而不實。一、界面的合適性界面的合適性是指界面是否與軟件功能相融洽。界面的美充分體現(xiàn)了人機(jī)交互作用中人的特性與意圖，越來越多的用戶將通過具有吸引力而令人愉快的人機(jī)界面與計算機(jī)打交道。直接操縱的界面使用視聽、觸摸等技術(shù)，讓人可以憑借生活常識、經(jīng)歷和推理來操縱軟件，愉快地完成任務(wù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代直接操縱的界面。第一代是以文本為基礎(chǔ)的簡單交互，如常見的命令行，字符菜單等。從人機(jī)界面發(fā)展歷史與趨勢上可以看出人們對界面美的需求，以及美在界面設(shè)計中的導(dǎo)向作用。由于程序員接受的教育主要是如何使計算機(jī)完成工作，而不是人如何工作，因此僅靠程序員主觀想象設(shè)計而成的界面往往得不到大眾用戶的認(rèn)可。但它同時又很現(xiàn)實，以致人人都可以去欣賞和感受界面美，并且挑剔美中之不足。軟件開發(fā)者要設(shè)計美，用戶要享受美，所以界面的美是開發(fā)者與用戶的共同需求。 界面設(shè)計中美的需求與導(dǎo)向作用人們對美的向往和追求是與生俱有的。不久我的朗讀便所向披糜，聞聲者逃之夭夭。我覺得還不過癮，就寫了一篇“用戶界面設(shè)計美學(xué)”的短文[林銳 1997]?！懊馈彼坪跽娴牟豢裳詡鳌Ｋm然也不懂鋼琴，卻從欣賞書法的角度設(shè)法解釋如何欣賞音樂。有位愛好書畫的博士后請我欣賞鋼琴演奏會。因為他跟圍棋九段打乒乓球，跟乒乓球冠軍下圍棋。[Shaffer 1998] 用 戶 界 面 設(shè) 計 某個人總有辦法讓自己保持心情愉快、信心十足。（4）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法為應(yīng)用服務(wù)。時間——空間的權(quán)衡普遍地存在于軟件開發(fā)的各個階段中。（2）與開銷和收益有關(guān)的是時間——空間的權(quán)衡。當(dāng)面臨一個新的設(shè)計問題時，設(shè)計者要徹底地掌握怎樣權(quán)衡時空開銷和算法有效性的方法。如果使用簡單的設(shè)計就能夠達(dá)到性能目標(biāo)時，選用復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是沒有道理的。只有通過預(yù)先分析問題來確定必須達(dá)到的性能目標(biāo)，才有希望挑選出正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一般說來，代價是由一個關(guān)鍵資源例如時間或空間來評估的。一個算法如果比其它已知算法所需要的資源都少，這個算法也被稱為是有效率的。一個算法如果能在所要求的資源限制（Resource Constraints）范圍內(nèi)將問題解決好，則稱這個算法是有效率（Efficient）的。從數(shù)據(jù)表示的觀點(diǎn)來看，存儲在數(shù)組中的一個有序整數(shù)表也是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。大多數(shù)計算機(jī)科學(xué)系在設(shè)置課程時，都重視學(xué)習(xí)基本的軟件工程原理，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計。計算速度和存儲容量上的革新僅僅提供了處理更復(fù)雜問題的有效工具，所以高效率的程序永遠(yuǎn)不會過時。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計學(xué)會設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，可以讓我們編寫出高效率的程序。采用面向過程的方法進(jìn)行程序設(shè)計，很難開發(fā)出既具有封閉性又具有開放性的模塊?！胺忾]性”也是需要的，因為我們不能等到完全掌握解決問題的信息后再把程序做成別人能用的模塊。應(yīng)該先縱觀問題的一些重要方面，同時作好以后補(bǔ)充的準(zhǔn)備。從字面上看，讓模塊具有“封閉——開放性”是矛盾的，但這種特征在軟件開發(fā)過程中是客觀存在的。 封閉——開放性如果一個模塊可以作為一個獨(dú)立體被其它程序引用，則稱模塊具有封閉性。模塊間沒有信息傳遞時，屬于非直接耦合。模塊間通過參數(shù)傳遞基本類型的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)耦合。此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化將使相關(guān)的模塊發(fā)生變化。（4）標(biāo)記耦合。（3）控制耦合。（2）公共耦合。當(dāng)一個模塊直接修改或操作另一個模塊的數(shù)據(jù),或者直接轉(zhuǎn)入另一個模塊時，就發(fā)生了內(nèi)容耦合。二、耦合強(qiáng)度耦合的強(qiáng)度依賴于以下幾個因素：（1）一個模塊對另一個模塊的調(diào)用；（2）一個模塊向另一個模塊傳遞的數(shù)據(jù)量；（3）一個模塊施加到另一個模塊的控制的多少；（4）模塊之間接口的復(fù)雜程度。（7）功能內(nèi)聚。（6）順序內(nèi)聚。（5）通信內(nèi)聚。（4）過程內(nèi)聚。（3）時間內(nèi)聚。如一個模塊讀取各種不同類型外設(shè)的輸入。（2）邏輯內(nèi)聚。一、內(nèi)聚強(qiáng)度內(nèi)聚按強(qiáng)度從低到高有以下幾種類型：（1）偶然內(nèi)聚。內(nèi)聚和耦合是密切相關(guān)的，與其它模塊存在強(qiáng)耦合的模塊通常意味著弱內(nèi)聚，而強(qiáng)內(nèi)聚的模塊通常意味著與其它模塊之間存在弱耦合。真是前后矛盾，這些美國佬！ 內(nèi)聚與耦合 內(nèi)聚（Cohesion）是一個模塊內(nèi)部各成分之間相關(guān)聯(lián)程度的度量。[Rogerson 1999] 美國也許是世界上丑聞最多的國家，因為它追求民主，不懂得“隱藏信息”。如果模塊是一個COM對象，那么該模塊的公有接口就是COM對象的接口。一個模塊僅提供有限個接口（Interface），執(zhí)行模塊的功能或與模塊交流信息必須且只須通過調(diào)用公有接口來實現(xiàn)。應(yīng)該讓模塊僅僅公開必須要讓外界知道的內(nèi)容，而隱藏其它一切內(nèi)容?！边@個故事告訴我們，如果不想讓壞事傳播開來，就應(yīng)該把壞事隱藏起來，“家丑不可外揚(yáng)”就是這個道理。本節(jié)將論述評價模塊設(shè)計優(yōu)劣的三個特征因素：“信息隱藏”、“內(nèi)聚與耦合”和“封閉——開放性”。但如果希望跑得快，那么邁左腳時一定要伸右臂甩左臂，邁右腳時則要伸左臂甩右臂。沒有腳時，手照樣能干活。一個系統(tǒng)要完成某項任務(wù)，需要各個模塊相互配合才能實現(xiàn)，此時模塊之間就要進(jìn)行信息交流。因為，“功能獨(dú)立”的模塊可以降低開發(fā)、測試、維護(hù)等階段的代價。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器Web 服務(wù)器客戶機(jī) ASP Engine瀏覽器 HTTP 請求 查詢 HTTP 響應(yīng) “瀏覽器—Web 服務(wù)器—數(shù)據(jù)庫服務(wù)器”結(jié)構(gòu) 模 塊 設(shè) 計在設(shè)計好軟件的體系結(jié)構(gòu)后，就已經(jīng)在宏觀上明確了各個模塊應(yīng)具有什么功能，應(yīng)放在體系結(jié)構(gòu)的哪個位置。在Web 服務(wù)器端，程序員要用腳本語言編寫響應(yīng)頁面。這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是：客戶機(jī)統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶機(jī)端不存在維護(hù)的問題。在客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器在啟動后必須（無限期地）等待客戶機(jī)的“請求”，因此就形成了“請求——響應(yīng)”的通訊方式。不幸的是，當(dāng)?shù)诙€程序開始執(zhí)行時，它也找不到第一個程序（早已退出