用户界面向着更加自然、个性化、智能化的方向发展，其发展趋势很大程度上取决于用户的现实需求和计算机技术的进步这两个推动力。人机交互研究者比以往更加关注认知科学，希望建立符合人类认知的用户界面模型，赋予计算机理解用户行为的能力。从而缩短计算机交互系统和用户之间的认知距离，创造人和计算机的和谐交互。 分布式认知是人机交互中一个比较新的分支，可能成为新型用户界面研究的理论基础。分布式认知具有指导构造智能人机界面系统的能力。本文正是针对这一研究方向，使用分布式认知的方法指导建立用户界面模型，并将这种用户界面模型应用于界面系统的设计、实现和评估过程中。研究结果表明采用这种用户界面模型，可以帮助用户自然地使用计算资源，获得更高的满意度。本文的研究目标是：以笔式用户界面为背景，基于分布式认知理论构造用户界面模型，深入研究界面系统的体系结构和评估技术中的关键问题，提出相应的方法和结构，为智能用户界面的开发找到一条新的思路。 本文介绍了用户界面和用户界面发展历史，分析了笔式用户界面的特点：笔式用户界面是一种自然界面，具有分布式认知的特点。本文以笔式用户界面为背景，基于分布式认知理论，分别针对用户界面模型的理论、方法和实现技术进行研究，提出了基于分布式认知的用户界面模型ERM，基于ERM的笔式用户界面软件体系结构EPUIA，基于认知模型的混合界面评估方法，应用以上研究成果开发了基于分布式认知的几何白板系统3DGeometry。 本文取得的创新性成果可以归纳为以下四点： 1.基于分布式认知理论的扩展资源模型ERM(ExtendedResourceModel)针对当前人机交互模型中人与计算机结合不紧密，较少从二者的结合角度分析等问题，本文引入分布式认知理论，建立了扩展资源模型ERM。定义了内、外部表征以及二者在交互中的关系，提出了便于应用的交互策略，能够帮助交互系统获得一定的认知能力，理解和猜测用户意图。本文给出了一个使用ERM模型完成界面设计的描述实例，并对模型与界面设计、界面评估的结合方法进行了讨论。 2.基于ERM的笔式用户界面的软件体系结构EPUIA(ERMbasedPen-basedUserInterfaceArchitecture) 笔交互是目前研究较多并且较深入的一种自然交互方式，本文设计了基于ERM的笔式用户界面体系结构EPUIA，该结构基于分布式认知模型ERM和笔交互技术构建，以人的认知习惯为出发点，提供了理解用户交互意图的新思路一基于规则模型图的模糊推理方法，并描述了认知模型的抽象以及构造复杂认知模型的方法。本文给出了该系统的运行时结构、认知模型、绘制模型、语义模型的描述和实现技术，讨论了交互任务的构造方法以及知识库的构建方法。 3.基于ERM的混合界面评估方法 本文分析了传统的可用性评估方法，提出一种结合认知走查和概率评估的混合评估方法。首先定性分析找到可能存在可用性问题的场景，随后使用概率规则文法对该场景完成定量评估。提出了交互场景的规约方法，基于概率规则文法的概率估算方法和一个可用性算法，可以在系统设计的早期发现潜在的可用性问题，比较设计方案的取舍。本文给出了一个评估实例，并对原型系统3DGeometry进行评估，完成了与用户测试等通用评估方法的比较。 4.基于分布式认知的人机交互系统实例和评估 结合认知模型界面管理系统框架结构和基于分布式认知的用户界面模型ERM，本文描述了基于分布式认知的立体几何白板系统3DGeometry结构和功能，交互过程以及用户意图推理过程。通过用户测试、访谈等方法对该系统进行了评估，在评估结果的基础上完成了系统设计的分析和讨论。