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Les Interfaces Homme Ordinateur
Auteur: Laurent HenocqueCours réalisé pour les élèves de
Polytech Marseille - Informatique - 4ème annéemis à jour en Janvier 2014
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Licence Creative Commons
• Cette création est mise à disposition selon le Contrat Paternité-Partage des Conditions Initiales à l'Identique 2.0 France disponible en ligne
• http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/fr/
• ou par courrier postal à Creative Commons, 559 Nathan Abbott Way, Stanford, California 94305, USA.
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Objectifs du Cours
• Ce cours propose un point de vue assez large sur la problématique des interfaces homme machine (ordinateur)
• On y aborde divers aspects techniques (bibliothèques, interopérabilité, portabilité, composants) et conceptuels (modalité, signalétique)
• Les aspects d’ergonomie ne sont pas vus de manière systématique, mais évoqués en plusieurs points.
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Actuellement
• Plateformes: Windows / Xwindow / Mac
• Protocoles: X11 / Html / Xml / Xslt / Xpath ...
• Serveur : Php / Python / Ruby / Java / Go / Dart
• Client : Javascript / Flash ActionScript / Java / Dart
• Client Mobile : Java (Symbian, Androïd) / Objective C (iPhone IOS) / C++
• ...
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Enjeux
• Interopérabilité
• Portabilité
• Bibliothèques de composants
• Hégémonie
• Maîtrise du monde (MacOS vs. Windows, IOS vs. Android, ...)
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Exemples de Types d’interfaces
avancéesInterfaces Homme Ordinateur
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Interfaces multimodes
• Mode Standard / mode Expert
• Exemple : Nero Burning Rom
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Interfaces à documents multiples "MDI"
• Multiple Document Interfaces = interfaces à documents multiples
• gestion d'un espace de travail interne à l'application
• raccourci pour faire tourner les documents
• présence d’Onglets
• Ex : Visual C++, Eclipse, Word, Powerpoint etc.
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Interfaces MDI à fenêtres indépendantes
• Ex : Word, Powerpoint
• Le système d’exploitation peut induire un style: cas de MacOS qui suscite des fenêtres indépendantes
• Systèmes hybrides : les navigateurs web comme Firefox / Safari / Chrome / IE
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IDE
• Integrated development environment = Environnement de développement intégré
• Combinaison de fenêtre de message, fenêtre de travail, fenêtre d'exploration, fenêtre d'information
• Ex : Visual C++, Eclipse, OPL Studio, Powerpoint
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IDE à perspectives multiples
• Organisations prédéfinies de fenêtres de travail selon le type de tache effectuée
• Ex : Eclipse
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Interfaces Wizards
• L'utilisateur est guidé par une succession d'écrans
• Ex : installeurs, mode standard (non expert) de nombreuses interfaces (Nero), Dr Divx
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Interfaces à Plugins
• Des applications dont les fonctionnalités peuvent être complétées par l’utilisateur, par ajout simple de modules
• Ex: Eclipse
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Interfaces mono écran
• Toutes les applications pour téléphones et appareils mobiles tactiles ou non, dont l’écran possède une petite taille (moins de 10 cm)
• Iphone, téléphones sous android, etc...
• Ce modèle permet toutefois l’affichage de fenêtres de messages indépendantes de la fenêtre principale
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Concepts Fondamentaux
Les Interfaces Homme Ordinateur
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Trois Niveaux logiques dans les interfaces
• Niveau graphique 2D (interaction de bas niveau)
• Niveau composant (Widget / Charte graphique)
• Niveau dialogue (modèles et objets d'interaction)
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Analogie avec les languages
• Trois niveaux
• Niveau lexical : composants élémentaire (boutons, labels etc...)
• Niveau syntaxique : règles de bonne composition de composants élémentaires
• Niveau sémantique : fonctions des interfaces
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Concepts Fondamentaux de bas niveau dans les IHM
• Fenêtre
• Dessin /Attribut Graphique /Contexte Graphique
• Prise en charge des événements ‘élémentaires’
• Plan visuel
• Instrument de pointage (pointeur)
• Protocole de ré-affichage (événement <expose>)
• Hiérarchie de fenêtres
• Modalité
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Concepts fondamentaux de niveau Composant
• Attribut (actif, couleur, etc...)
• Callback
• Distribution des événements (Dispatch)
• Prise en charge des événements par automate (bouton)
• Accélérateur clavier
• Hiérarchie d'objets imbriqués
• Menu / Pop up menu
• Components / Gadgets / Widgets etc.
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Concepts Répandus de niveau Dialogue
• Feuille à onglets, Fenêtre de type ‘SplitPane’
• Assistant (Wizard)
• Menus hiérarchiques et dynamiques
• Fenêtre de sélection de fichier
• Sélecteur d'arborescence (tree)
• Menu contextuel bouton droit (popups)
• Changement de "skin"
• Bouton "advanced"/ ou "propriétés"
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Feuille à Onglets
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Wizard
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Selection de fichiers
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Explorateur d'arborescences
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Communication Inter Applications
• Copier Coller
• Drag and drop
• Ole DCOM
• Corba
• Architectures de Plugins, utilisation de l’inversion de contrôle : communication par apis prédéfinies
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Cas particulier des interfaces pour le graphisme 2D
• Différents modèles d'automates pour le graphisme
• Powerpoint
• Xfig
• Bounding Box
• Point de contrôle
• Quadtrees pour l'accès rapide aux éléments
• permet de cliquer sur un parmi plusieurs centaines de milliers d'éléments affichés
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Cas particulier de la 3D
• Utilisation de la souris en 3D
• Leap Motion
• Logique de l'envoi d'événements par projection(sur clic notamment)
• Problème de l'identification de l'objet pointé
• Problème des points de contrôle et de leur manipulation
• Navigation 3D
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Cas particulier : Interfaces Skeuomorphiques
• L'ordinateur remplace de nombreux appareils électroniques
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Processus de Réalisation d’interfaces
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Réalisation d'une interface: cas simple
• Application mono poste
• Choix d'un environnement cible (Unix/Windows)
• Choix d'un environnement de développement
• Choix de bibliothèque de composants graphiques
• portabilité, efficacité, adéquation au besoin ...
• la bibliothèque apporte sa propre charte graphique, et des éléments relatifs au dialogue
• Possibilité d'innover dans la présentation et les interacteurs selon le public visé et le goût
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Réalisation d'une interface en environnement industriel
• Application multi poste, développement en équipe
• Choix techniques complexes (distribution, bases de données, repository pour les sources, etc...)
• Définition/respect d'une charte graphique
• Spécification/Conception de l’IHM et du logiciel
• lié au besoin de respecter des délais et de travailler en équipe
• Suivi d'un cycle de vie de type développement rapide d'applications (RAD)
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L'analyse des besoins en matière d'IHO
• Analyse du travail pour informatisation
• Intégration du prototypage dans un processus répétitif de type RAD / spirale de Boehm / Agile
• 1 analyse du besoin
• 2 réalisation d'un prototype
• 3 évaluation avec le client
• 4 évaluation des risques; retour en 1
• Le RAD prévoit des échéances fixes, et strictes pour chaque cycle
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Les grands paradigmes techniques
Les Interfaces Homme Ordinateur
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Principe Fondamental
• Assurer la séparation des interfaces et des applications:
• au niveau du code source
• au niveau des exécutables
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Séparation IHO/Application• Modèle client/serveur avec terminaux de
visualisation et saisie par tabulations
• disparu
• Modèle client /serveur moderne : interfaces web et approche Vue / Controleur (MVC)
• Modèle serveur/serveur
• XWindow
• Modèle associatif
• Windows, tout ce qu’on peut faire avec Corba
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Prise en charge de l'utilisateur
• Utilisateur maître
• threads
• possibilité d'interruption de tâche à tout moment
• Utilisateur guidé plus ou moins contraint
• remplissage de formulaires
• fenêtres modales
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Couches Réseau Utilisées
• pipes, sockets tcpip, la fonction ‘select’
• rmi
• ole
• http
• corba
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Avancées techniques fondamentales
• connexion réseau sécurisée (tcp/ip)
• concept de struct -> object graphique
• pointeur de fonctions -> callback
• chargement dynamique de bibliothèque
• interprétation des symboles d'une dll
• concept d'objet
• chargement dynamique de classe
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X Windows
Client 1
Client 2
Client 3
Serveur X
Client 4
Client 5
Serveur X
Protocole X
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Windows
Ole Server
Windows Windows
Ole Server
Client 1 Client 2 Client 3 Client 4 Client 5
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Jsp/Php/Asp
Web Server:80
Prg 2
Prg 1
Web Server:80Prg 4
Prg 3
Navigateur
Navigateur
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Limitations de XWindow
• La communication repose sur un protocole d'assez bas niveau (X) non construit sur la base de RMI, corba, etc
• La communication entre applications se fait donc soit via le serveur X par des échanges de propriétés, soit directement, via tcp/ip ou toute couche supérieure (Corba)
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Avantages de XWindow• Fenêtre = ressource partagée
Window Id
Machine 2Machine 1
Machine 3
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Avantages de XWindow• Tout est fait pour permettre l'affichage
d'informations provenant de différentes machines simultanément
• Totale interopérabilité, tout programme client s'exprimant selon le protocole X peut se connecter à tout serveur, même au bout du monde et d'une autre architecture matérielle
• Le protocole X est très léger (pas de codage Xdr)
• La boucle d'événements est sophistiquée (reprise par NodeJS - fonction 'select')
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Interopérabilité selon XWindowLe Problème du ByteSex
1 2 3 4Machine 1
(4 + 3*28 + 2*216 + 224)
1 23 4
12 34
1234
Machine 1
Machine 2
Machine 3
• La machine qui établit la connexion envoie un entier particulier, qui permet au destinataire de connaître le codage des entiers chez son partenaire (son "endianness")
• Ensuite, si nécessaire, celui qui "subit" la connexion traduit systématiquement ses entrées pour les convertir
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Copie d'une "struct" pour C (XWindow)
char buffer
struct
...
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Copie d'une struct pour Xdr
struct
• Définition récursive:char* Xdr (struct,buf){
buf=Xdr(a ,buf);
buf=Xdr(b ,buf);
buf=Xdr(c ,buf);
...
return buf;
}
• A partir des fonctions de base
char* Xdr (int,char*);
...
abc
de
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Avantages de Windows• Intégration dans l'environnement Windows où les
dll sont totalement interprétées (on peut interroger dynamiquement une dll pour savoir ce qu'elle offre comme services)
• Disponibilité de OLE pour les communications inter applications, possibilité de rmi (remote method invocation)
• La fluidité est garantie par une intégration totale au système
• L'accès aux ressources graphiques est direct
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Limitations de Windows
• Le graphisme et l'interaction sont gérés par l'OS. On ne peut donc pas changer de serveur graphique, ou de window manager. On ne peut que changer de "skin".
• Les couches logicielles traversées sont nombreuses, et consomment plus de ressources pour la communication inter processus
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Avantages du modèle Html
• Le client peut choisir son style d'affichage, ainsi que le contenu (avec un fichier de style Css, ou un programme de transformation Xslt)
• Le client choisit son navigateur
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Limitations du modèle Html
• Un programme ne décide pas d'afficher quelque part, c'est l'utilisateur présent devant son écran qui choisit d'afficher une adresse (mode ‘pull’)
• L'affichage est en mode "page" et non en mode "fenêtre".
• Toutefois, cela change grace aux bibliothèques javascript et flash action script : ext-JS, tinyMCE…
• Adobe Air / Flex, ainsi que l’approche Widget permettent de réaliser des applications “web” hors navigateur
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Autres Limitations du modèle Html
• Mobilise beaucoup de ressources:
• réseau
• ré-affichage complet de la page (sauf ajax)
• transfert complet de contexte lors de la requête (cookies - même en ajax…)
• Actuellement, la connection entre le client (page) et le serveur ne peut pas être permanente (limitation au niveau des serveurs) : donc le serveur ne peut pas envoyer d’événements à la page.
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Gestion du Contexte
• Dans le cas Html, le protocole permet l'interruption de connexion en gardant la session ouverte. Le contexte peut être :
• conservé par le serveur
• conservé par le client
• non conservé
• soit en mode session, soit de façon rémanente
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Le Modèle Thin Client• Plutôt que d'exécuter des algorithmes d'interface
complexes au niveau du client, on crée une "photo" d'écran sur un serveur, que l'on envoie à destination, avec simplement des zones de capture d'événements et leurs adresses associées
ok
ici :
ou bienla :
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Thin Client permet la survie de logiciels ‘historiques’
• Un serveur exécute un logiciel sur une machine dotée d’un OS et de fonctionnalités de la même époque
• La copie d’écran est compressée et transmise sur le réseau dans une page web (comme via un client VNC)
• Les actions du client devant l’application sont transmises au serveur.
• Utilisé par exemple pour des jeux vidéo anciens
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Bibliothèques Graphiques et de
Composants d’Interfaces Les Interfaces Homme Ordinateur
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Couche graphique
• Sous X Window : supportée par le protocole X
• Dessin de formes de base
• rectangle, trait, courbe ...
• Gestion des fenêtres
• plans
• événements
• propriétés associées
• Gestion du contexte graphique
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Couche Objet• Sous X Window, supportée par la couche Xt
(librairie)
• Sous Windows, supportée par les MFC
• Gestion des objets graphiques:
• fenêtres associées
• propriétés et attributs graphiques
• gestion de la structure
• gestion des automates de prise en charge des événements
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Evénements de base
• <enter>
• <leave>
• <focus>
• (<left-ctrl><right-alt><left-shift>)<ButtonDown>
• <buttownUp>
• <pointerMotion>
• etc...
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Tables de Translations XWindow
• Langage de désignation interprété, avec préférences
• Détaché des objets : affectation externe des callbacks, permettant le paramétrage par l'utilisateur
• Implanté dans les fichiers de défauts présents dans le dossier app-defaults*.XmPushButton:color=blue
MainWin*CancelButton:color=red
MainWin.MenuBar.File.Quit:callback=leave()
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Couche Dialogue
• Non implantée en XWindow (sauf le file selector)
• Disponibilité de bibliothèques de styles graphiques comme Motif, bâties sur Xt
• Implantée par des objets de haut niveau sous windows (assistants)
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Modèles pour la portabilité des
InterfacesLes Interfaces Homme Ordinateur
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Niveaux de portabilité
• Interfaces non portables: modification des sources
• Interfaces portables par re compilation/édition de liens sans modification de source
• permet de développer sur une machine, et de diffuser sur un grand nombre de plate formes différentes
• Interfaces portables par le recours à une machine virtuelle
• Java, Cobol
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portabilité par re compilation
• Exemples d’interfaces portables par re compilation/édition de liens sans modification de source
• Ilog Views,
• Haxe pour le web http://haxe.org/
• GWT http://code.google.com/webtoolkit/
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Haxe (http://haxe.org) peut compiler vers:
• Javascript en générant un unique fichier .js
• Flash 6 à 8 en générant un unique fichier .swf
• Flash 9 / Tamarin (un unique fichier .swf)
• NekoVM (unique fichier .n de bytecode)
• code source AS3
• code source PHP
• code source C++
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Portabilité par machine virtuelle
• Une seule version de la bibliothèque graphique doit être conçue
• Les fonctionnalités de cette bibliothèque sont donc offertes sur toutes les plate formes
• Seule la machine virtuelle doit être portée
• Dans le cas de Java, cette machine virtuelle est généralement portée directement par le couple constructeur/OS
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Portabilité par Compilation • Pour permettre la portabilité sans édition de source,
chaque version de la bibliothèque définit exactement les mêmes symboles
• Chaque implantation de la bibliothèque pour une plate forme donnée:
• fournit une passerelle vers la plate forme cible par des appels de fonctions graphiques existantes
• comble éventuellement certains manques si des fonctions présentes sur une autre plate forme doivent être disponibles partout
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Taux de Portabilité par Compilation
Windows
Linux
Atari Os
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Difficultés de la Portabilité par les bibliothèques
• Chaque OS requiert un portage de la bibliothèque, même pour la même machine
• Plus la bibliothèque utilise des fonctions de haut niveau, plus elle dépend de leurs évolutions : coût de maintenance
• Chaque fonction spécifique d'une plate forme dont on veut la portabilité doit être implantée ou simulée sur les autres plate formes
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Look and Feel et simulation
• Chaque plate forme possède un certain style, aussi appelé "look and feel".
• style Windows, style X11/Motif, style Mac
• Une bibliothèque de portabilité peut simuler les styles (ne pas utiliser les bibliothèques natives mais en simuler l'aspect et le comportement)
• Une des raisons peut être de rester indépendant des couches objet trop variables, comme indiqué précédemment
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Émulation de Style graphique
• Cela permet d'émuler X11 sous Windows ou Mac, et réciproquement.
• Le changement de style se fait dynamiquement comme un changement de skin
• Avantages: on peut développer sur un plate-forme avec le style de la future plate-forme de déploiement
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Dialogue, Modalité,
SignalétiqueInterfaces Homme Ordinateur
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Interfaces et Protocoles
• Une interface donne accès à des ensembles logiciels respectant des protocoles
• Un protocole est une interface de programmation dont les fonctions ne peuvent pas être appelées indifféremment
• Exemple : la pile
• Le modèle de ces restrictions peut être décrit à l'aide d'automates
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Interfaces et Modalité
• Une interface ajoute et supprime des fonctionnalités de façon dynamique
• Ces variations forment ce que l'on appelle la modalité
• Les modalités sont constructives ou destructives
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Modalité Constructive
• La modalité est constructive quand elle donne accès à des fonctions nouvelles
• Exemples:
• après avoir ouvert un fichier, dans un éditeur
• après avoir appuyé sur le bouton "imprimer" ce qui donne accès aux paramètres
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Modalité Destructive
• La modalité est destructive quand elle supprime l'accès à certaines fonctions
• Exemples: pendant l'impression
• Le cas particulier des fenêtres modales est particulièrement saillant et anti-ergonomique
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Fenêtres Modales
• Une fenêtre est modale quand elle désactive totalement ou partiellement l'accès au système
• Elle est application modale quand l'OS multitâche n'est pas verrouillé sur l'application courante
• Elle est système modale quand l'utilisateur doit impérativement répondre à la question posée pour faire quoi que ce soit d'autre
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Modalité et Signalétique• Le mode dans lequel se trouve une interface doit
être perceptible à l'utilisateur
• La signalétique de l'interface doit être précise et non ambiguë
• Elle doit être homogène
• Elle doit être dénuée de défauts d'aspect
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Signalétique de bas niveau
• Items de menus grisés quand inactifs
• Boutons de mode enfoncés quand actifs
• Icône de curseur, icône de pointeur
• exemple: paint
• Rémanences d'icones
• exemple: couleur de remplissage dans draw
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Principes ergonomiques essentiels
• Ne pas utiliser simultanément plus de cinq signaux ayant des significations différentes
• Sauf choix justifié, veiller à ce que la couleur moyenne de vos écrans soit grise (moyenne des valeurs de pixels)
• Ne pas utiliser de fenêtres modales
• Permettre à l’utilisateur d’organiser son espace de travail (fenêtres flottantes, fenêtres à séparation contrôlée : JSplitPane ...)
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Fluidifier l’interaction
• Limiter les besoins de recourir au menu (icônes, accélérateurs, boites à outils configurables ...)
• Utiliser des bascules (le même bouton initie et désactive une fonction)
• Utiliser les objets visibles pour s’auto activer
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Conclusion
• Cet ensemble de transparents a servi de support à un exposé des concepts et état de l'art des différents grands paradigmes des interfaces homme ordinateur
• Il est prolongé par un cours sur la spécification des interfaces