在软件产品中,尤其是一些大型工具类的专业软件中,其界面信息往往具有较高的领域知识的认知难度。软件界面信息的组织与设计将最终影响用户认知效率。同时,在大数据与智能化技术不断发展的今天,信息量的指数级增长和实时的传播方式,影响并改变着现代设计思维。海量的信息逐渐成为设计的重要资源和数据来源。设计理论研究是基于理论与事实依据的。设计理论源于设计实践。本文研究问题来源于参与的国家重点基础研究发展计划（973计划）项目:《现代设计大型应用软件的可信性研究》以及三维软件设计项目实践。论文研究的对象是三维软件界面信息。本文以认知元素为切入点,主要研究了基于三维软件界面的认知元素分类与整合设计。“设计方法”是主要研究领域。研究以克罗斯（Cross）的“设计—科学的互为补充论”作为基本的设计哲学观,主要以迈耶（Mayer）的多通道认知理论为基础理论依据,采用文献研究、实证研究和案例分析方法,构建三维软件界面信息分类模型及其整合设计方法论。从方法论层面来说,研究通过界面信息认知元素分类,构建一种面向三维软件的设计、开发与迭代的辅助设计方法。本文研究的关键问题是:三维软件界面中认知元素的分类与整合设计。具体研究可细分为:1)三维软件界面信息中认知元素的含义与类别。2)从设计者角度,三维软件界面信息的属性分类模型。3)界面信息的分类模型在整合设计过程中的应用。研究内容为:首先,通过文献查询与典型三维软件案例,分析三维软件界面信息的认知元素特点。其次,通过实验与案例,确认三维软件界面的认知元素类别,并构建面向三维软件界面信息的属性分类模型。第三,基于三维软件界面信息的属性分类模型,开发了辅助设计工具软件。在理论依据层面,本研究采用文献检索法与比较分析法。首先,对认知科学、设计学科的发展趋势进行分析。其次,以迈耶多通道理论为理论基础,分析了认知元素、三维软件界面信息等相关文献。通过比较分析上述文献,为设计研究提供有效的理论支撑。在事实依据层面,主要为两个实验与两个问卷,即《基于文本元素和3D图像元素的认知转化实验》、《文本元素与图像元素认知效率实验》、《一般用户偏好问卷调研》、《设计领域专家对设计相关信息的重要性评级问卷调研》为主要实验数据来源。同时,在清华大学软件学院博士研究交流期间,作为核心设计成员之一,将实验分析与结论应用于作者全程参与的三个设计案例,即《Logo Up程序式三维建模软件》、《Neobox三维打印操作系统》、《记忆留声—声音建模软件》。这些设计项目为本文提供了详实的设计案例支撑。同时,每个设计案例研究又均包含了实验、可行性测试、问卷调研、观察实验、统计分析,以及近千次的稳定性测试数据。通过实验、测试和调研获得的数据为理论研究提供了丰富的客观数据支撑。在实际研究过程中,理论研究与设计实践形成相互支撑关系,形成理论研究—实证数据—设计案例的递进和论据关系。主要研究成果与创新点如下:第一,基于迈耶多通道理论,确立了三维软件界面信息两种认知元素:1)文本元素;2)图像元素。构建了文本元素与图像元素关系模型。《基于文本元素和3D图像元素的认知转化实验》结果表明,从文本元素转化为3D图像元素过程中,存在认知转化差异。被试者对空间认知和表达的基准面存在差异。《文本元素与图像元素认知效率实验》结果表明,操作信息密集的区域,误操作数量多。同一界面中,不同功能文本元素和图像元素混合出现的区域,误操作次数多。将上述实验成果运用到《Logo Up程序式三维建模软件》开发中,初步验证了理论研究的可行性。第二,构建了面向三维软件界面信息分类模型。具体来说,基于流程与内容维度,确立了界面信息的四个类别:1)操作信息;2)非操作信息;3)结构化信息;4)非结构化信息,并以这四种信息类别为基础,构建了面向设计者的三维软件界面信息分类模型（Information Classification Modeling,简称:ICM）。将ICM运用到《Neobox 3D打印操作系统用户界面设计》项目中,满意度量表结果显示,86.4%的用户认为使用容易,体验满意度较高。这验证了该设计方法的有效性。第三,基于ICM,设计与开发了一种面向设计者的辅助设计工具软件-ICMS。在设计过程中,为设计者提供辅助界面信息分类、存储、统计和分析的辅助设计工具,以提高设计者的设计效率。最后,提出了一个面向设计者的界面信息认知流程理论框架。