近年来,以智能手机为代表的手持设备在现代社会中迅速普及,成为辅助人们工作、学习、娱乐、出行等日常生活的随身智能帮手。屏幕触控技术凭借其操作直观、自然、快捷等特性,已经成为目前主流的手持设备交互技术。但是以正面屏幕触控技术为主的手持设备交互仍旧存在交互空间受限、屏幕遮挡、长按操作低效等突出可用性问题。这些可用性问题是近年来人机交互界重点研究的课题,也是CHI、UIST、MobileHCI等本领域国际顶级会议的热点方向。手持设备背后交互(Back-of-device Interaction,后文简称背后交互)就是为解决上述可用性问题应运而生的研究方向。背后交互利用设备背后闲置的可用区域和空间进行交互,从而在保持手持设备尺寸紧凑的前提下拓展了人机交互的操作空间。当作为独立的交互技术使用时,背后交互能够解决前端触控交互存在的遮挡问题;当与前端交互技术混合使用时,它可以辅助前端交互技术或被前端交互技术辅助,从而增强手持设备交互的易用性。Patrick Baudisch、Ravin Balakrishnan、Brad Myers、Daniel Wigdor、Jacob Wobbrock等著名学者已经开展的一系列开创性研究,直接推动了背后交互研究的发展。可用性是交互技术竞争力的核心,因此交互技术可用性研究是人机交互领域中最重要的研究内容之一。尽管学术界已经开始重视背后交互技术的研究,但是背后交互技术的可用性研究仍旧是一个薄弱环节。本文针对背后交互技术的可用性,主要通过实验方法度量用户使用若干背后交互技术时的用户绩效,并在此基础上利用重复测量方差分析(Repeated Measures ANOVA)等统计工具对收集的实验数据进行分析和比较,进而论证了背后交互技术的几个关键可用性问题。论文的主要工作和贡献包括以下三个方面:1.研究基于视频输入的背后指点技术的用户绩效在实际应用中,用户可以通过2种交互方式(移动设备的交互方式和移动物体的交互方式)进行背后操控。尽管前人的研究涉及了人机交互研究的多个方面,却未曾论证一个重要的可用性问题:用户使用哪一种交互方式操控背后指点技术(point-and-click technique)会取得更高的指点绩效?本文以费茨定律为理论基础,以费茨反复指点任务为实验任务,采用被试内设计,定量地分析和比较了2种交互方式下3种基于视频输入的背后指点技术(设备反向技术、设备同向技术、移动手指技术)的用户绩效,结果显示移动手指技术(属于移动物体的交互方式)在用户绩效上优于基于移动设备的交互方式的2种背后指点技术。因此,本文首次得到如下结论:在手持设备上部署基于视频输入的背后指点技术时应该优先考虑使用移动手指技术。此外,本文通过线性回归分析构建了上述3种指点技术的费茨定律模型。2.比较研究前端触控技术和背后指点技术的用户绩效已有研究表明单独使用背后交互技术时能够有效解决遮挡问题,提升用户的视觉体验。那么,背后交互技术是否可以凭借此优势替代前端触控技术呢?由于当前手持设备用户界面仍以图形界面为主,因此本文以用户指点绩效作为评价标准论证了这个可用性问题。研究仍以费茨定律为基础,采用被试内设计,定量分析和比较了用户使用2种背后指点技术(背后视控技术和背后触控技术)和前端触控技术操作费茨反复指点任务的用户绩效,并且通过线性回归分析构建了上述3种指点技术的费茨定律模型。研究结果显示前端触控技术在任务完成时间指标和绩效指数指标上显著优于2种背后指点技术,但在错误率指标上显著高于背后触控技术。因为通过有效宽度计算出的绩效指数能够同时反映指点技术的效率和准确率,所以前端触控技术在用户的综合指点绩效上显著高于背后指点技术。因此,从用户指点绩效的角度考虑,本文的分析表明背后指点技术在一般使用的情况下不具备替代前端触控技术的能力,但在特殊情况下(例如对指点操作准确率有特殊要求或被指点控件尺寸大都较小的情况下)可以替代前端触控技术。3.研究一种基于背后交互的模式切换技术,并分析用户绩效根据第2部分研究内容,背后交互技术由于存在指点效率上的劣势,在一般情况下不宜作为前端触控技术的替代技术。于是本文探索了利用背后交互辅助前端触控技术,从而提高交互系统可用性的研究。本文首先提出了1种基于背后交互的模式切换技术(BackAssist原型系统),并通过实验证明了它的可用性。在此原型系统的基础上,本文以复制-粘贴任务为例,通过实验的方法系统的分析和比较了基于BackAssist的技术与当前手持设备上所使用的技术(后文称为传统技术)的用户绩效,结果显示基于BackAssist的技术显著地提高了用户的操作效率,但是在准确率指标上有所下降。