本文节选自《互联网趋势》第一章：人机交互的变革，如转载本文，请务必注明作者：骆磊。

第三个阶段：图形用户界面

最早的图形化交互应用

今天，我们已经习惯了使用鼠标操作计算机。每天我们使用鼠标操作计算机时，都会用它点击各种图标或者菜单。这种操作计算机的方式便是人机对话的第三个阶段，图形用户界面。

 

图形用户界面是在命令行的人机对话方式基础上发展而来，是一种全新人机对话方式。鼠标是这种交互方式中的最重要设备。有了鼠标，人们可以在计算机中对光标进行任意的定位操作。

 

当谈到鼠标的时候，我们需要再次提到“旋风”（Whirlwind）计算机。

 

今天我们在广泛使用的触摸屏，也是在旋风上第一次得到应用。不同的是，Whirlwind需要一只光笔才能在显示器上实现今天类似触摸屏的交互方式。

 

50年代初，美苏两国冷战日趋加剧，美国军方希望把计算机优势用于军事目的，建立一个能使国家边境免遭空袭的半自动地面防御系统（Semi-Automatic Ground Environment简称SAGE ）。Whirlwind计算机便是SAGE的核心组成部分，SAGE是在Whirlwind之上研发而来。

1954年， MIT和IBM等公司的共同努力下，SAGE终于交付使用，在这台重达300 吨的庞然大物上，图形用户界面第一次得到了应用。

 

SAGE使用了我们今天正在淘汰的CRT（Cathode Ray Tube 阴极射线管）显示器，当值班士兵发现屏幕上的某区域有可疑飞行物时，只需将光笔点对应区域，电脑便会显示出该区域的详细内容。

 

SAGE系统中使用的光笔和显示器正是“旋风”的一项重大人机交互突破，它虽然更类似我们今天正在广泛使用的触摸屏技术，但触摸屏技术和这种鼠标技术有什么区别呢？他们的实现结果没有什么区别。

 

1963年，Ivan Sutherland为了完成自己的博士毕业论文开发了一个名为Sketchpad（画板）的程序，他在论文中论证了计算机图形图像可以用来作为人机界面的一种方式，这不仅是美学的需要，也是技术发展的目的。正是他的这篇论文彻底改变了人机交互界面的历史。Ivan Sutherland也因此被认为是计算机辅助设计（CAD）程序的鼻祖。

 

Sketchpad是第一个完全意义上使用图形用户界面的程序。它使用了xy坐标系定点系统和光笔输入方法。人们甚至可以借着一些手握的装置，例如光笔等在显示器上直接建立影像。

 

Sketchpad中最主要目标是在一个图形显示对象可以产生许多个具体实例；当改变了一个图形显示对象之后其他的实例也会因此改变。Sketchpad的另一个发明是用户使用光笔在图形绘制过程中可以动态的改变一个具体选择的几何图形属性，例如随意改变一条线的长度或者两条直线相交的角度等应用。

 

在图形交互的界面中，鼠标是最重要的设备，我们有必要来回顾一下鼠标的故事，正是鼠标和鼠标的发明人彻底改变了我们今天的生活。他不仅发明了鼠标，还提出了有关互联网的预测。

 

人机交互之父恩格尔巴特和他的鼠标

 

今天，鼠标已经成为计算机的标准配置，无论是在图形化的人机对话界面、还是在命令行的人机对话界面中，必不可少。

 

1964年，美国人道格·恩格尔巴特（Doug Engelhard）博士在位于旧金山半岛的NACA Ames 实验室（NASA美国国家航天局的前身）里发明了鼠标。

 

这个看似简单的东西从构思到成型经历了13年之久。1951年，恩格尔巴特开始考虑如何更方便地使用计算机，直到60年代早期才取得了一些突破。他在参加一次会议时，百般无聊中突然有了灵感，以测面仪为基础画出了鼠标的草图：一个使用两个互相垂直的轮子跟踪机械运动轨迹的装置，它可以将机械运动的距离转变为数字距离。

 

恩格尔巴特在20世纪60年代是美国“增益研究中心”的负责人，该中心是硅谷一个专门研发未来信息科技的组织。英格巴特的理念，是相信电脑必然作为增进人类智能的工具。

 

但直到60年代，计算机的功能仍非常简单，仅仅类似于我们今天的计算器的电子设备。这时候计算机的最大问题是硬件部分与软件缺乏非常完善的沟通：仍停留在依靠打孔机识别的状态。恩格尔巴特的目标是人们在使电脑的时候可以更加得心应手，他希望电脑可以成为一种可以依靠直觉操控，并具有图形指示、人性化介面设计的双向互动工具。鼠标是他整个宏图构思的其中一部分。

 

直到1963年，恩格尔巴特所在的NACA Ames 实验室才得到了美国政府“屏幕选择”项目的资金支持：研究一种可以在计算机屏幕上进行定位的装置。这时候，恩格尔巴特突然想起了自己在那次无聊的会议上画的草图，于是将其付诸实现。

 

美国政府的这个项目有四、五名专家共同参与研究，大家设计出了各种定位方式，包括光笔、控制杆和鼠标等研究成果。为了找出这些设备中最佳的定位装置，研究小组找了一些人，让他们用这些设备完成同样的任务，以测试哪种装置最佳。实验的结果你已经知道答案：最终鼠标取得了胜利。

 

1968年的 12月 9日，恩格尔巴特在旧金山召开的IEEE会议上，展示了世界上第一只鼠标，并同时提出了“图形用户界面”(GUI)的概念。在长达1个半小时的演讲中，他将图形界面、超文本、文字图形整合等革命性功能技术，以直接显示在屏幕上的创新方式示范给听众。不仅如此，恩格尔巴特还让人们看到了未来世界将会是怎样的。他预测未来全世界的人们可以共同使用计算机中的电子文档，通过网络互相传输，将是无纸化办公的世界。

 

1967年6月21日，恩格尔巴特为鼠标申请了专利，起名叫“显示系统X-Y位置指示器”，但是该设备是由美国政府出资研究的成功，否则恩格尔巴特到现在一定会成为全球最富有的人。

 

这个像老鼠一样拖着一条长长尾巴连线的装置，实在可爱，因此被恩格尔巴特和他的同事戏称为“Mouse”。申请专利时的“显示系统X-Y位置指示器”名称实在绕口，“鼠标”这个名字顺口许多，于是这个名字便被传承和广泛使用开来。

 

恩格尔巴特发明的鼠标无法和今天的设备相比较。第一只鼠标是一个纯机械设备，而且需要外置电源供电。在一个木头盒子中，有2个可以90度垂直的滚轮，木盒的表面有1个按钮。这个鼠标反应非常迟钝，定位精确度很低，若是被我们用在今天的计算机上，你恐怕会宁可只使用键盘来控制电脑。

 

鼠标和图形交互界面的第一次应用

 

1968年，恩格尔巴特在IEEE会议上的演示，让许多公司的高管们久久不能忘怀。由于其展示了电子文档可以通过网络传输给别人，可以实现无纸化办公。这使生产和销售复印机的美国施乐（PARC）公司的高管们非常担心，因为在未来无纸化办公的时代里，以纸为商业运营材料的公司可能会面临倒闭的危险，于是决心掌握恩格尔巴特所演示的最新技术。

 

1970年，施乐成立了帕络阿尔托（Palo Alto）研究中心（PARC）。这个中心的主要工作是研究和发明未来的计算机技术，但可惜的是，尽管Palo Alto研究中心汇聚了当时最优秀的计算机精英人才，但是他们并不重视研究成功的商业化应用和市场前途。

 

来自全美的顶尖计算机工程师们怀着对计算机未来美好前景，纷纷来到PARC，整个中心气氛轻松而令人兴奋，在这里他们拥有充分的自由和空间来做他们感兴趣的事，类似我们今天推崇的Google 公司企业文化。PARC的所有研究人员都相信自己正在创造着计算机业的未来，而他们的梦想也就是那样结束的。

 

Palo Alto研究中心的研究成果是恩格尔巴特所演示的一切技术的真正应用。这一彻底改变和影响至今日的计算机交互技术，设计之初的目的却是为了满足激光打印机的需求。

 

Palo Alto研究中心成立后不久便发明了激光打印机，但他们发现这东西只能是个摆设。因为工程师们发现激光打印机在使用过程中，如果使用字符界面命令行的交互方式将非常不便操作，甚至根本无法使用，特别是在处理文档的时候，想要更好的处理文档，必须使用恩格尔巴特所演示的图形方式。如果没有图形的方式，激光打印机无疑将成为摆设。

 

于是Palo Alto研究中心决定专门为新发明的激光打印机设计一个配套的计算机。

 

1974年，Xerox Alto研究成功，他是第一款专门为个人设计的电脑。但很可惜，由于Alto革命性的发明令其在硅谷声名远扬，发明者们过于沉寂在自我陶醉之中，Palo Alto研究中心的工程师们非常乐意将其展示给众多的参观者和爱好者，原形机始终停留在概念和展示层面，从未将其推向市场。

 

Alto通过网络可以发送和接收电子邮件，特别适合日常办公环境。许多PARC的工程师们希望施乐把改进后、廉价的新型Alto III作为商品推向市场。但却遭到施乐公司管理部门的否决。

 

于是Alto又成为了施乐公司的最新摆设，仅在施乐公司的内部使用，始终未形成正式商业产品推向市场。

 

时间到了1981年4月，施乐才向市场发布了型号为STAR 8010的Alto简化计算机，售价16595 美元。但可悲的是由于Star发布太迟，使用时间过短，Star又被成为Xerox公司的摆设，仅被应用于公司内部办公。Alto发布后不久，公司的大部分高级研究员跳槽去了其它的公司，相当一部分去了乔布斯的苹果公司，乔布斯在随后不久便推出了苹果电脑Lisa。

 

Alto的显示器具有和打印页类似的尺寸和方位，可以显示606*808分辨率的全光栅BMP图象。Alto上使用了一个键盘和更先进的Engle Bart鼠标，仍然具有三个按键。鼠标的指针变成了一个小图标，并且第一次变成了我们今天熟悉的斜着指向上的小箭头，并且可以根据运行任务的不同而改变形状，和我们今天所见到的光标几乎没有什么区别。

 

Alto中的第一个程序非常简单，但已经具有了图形化的应用。Alto利用Bravo的绘画字符处理器来同时显示不同的文字和文章的大小。不同之处在于它是在屏幕的底端而不是顶端来显示用户菜单。Alto中有一个位图编辑器很像我们今天在Windows附件中的画图工具。

 

PARC的工程师们并不满足于此，他们认为Alto上应该有一个兼容新程序的用户接口和一个全新的可视环境。于是在1974年，第一个现代图形用户接口 ：Smalltalk浮出水面成型。

 

Smalltalk并不是一个操作系统，他是一个图解式的发展环境，他需要运行在其他环境上。类似于微软Windows自己的Visual Studio的应用程序。你可以像一个普通的程序一样从文件管理器运行Smalltalk，但它一旦运行就会接管整个Alto的运行环境。

 

Smalltalk和我们今天正在广泛使用的图形化人机对话的交互方式几乎没有区别。例如，他发明了我们今天广泛使用的图标和弹出菜单，互相重叠的窗口。Smalltalk用一个小图像代表一个程序或者文档，只要使用鼠标轻点，便可以运行或者打开程序。

 

弹出菜单也是在PARC发明的，鼠标指针点击一个图形化的分层任务菜单，光标最后停留的位置会显示出项目。

 

Smalltalk的每个窗口都包含在一个图形边框之中，他以灰色图案为背景。每个窗口的窗口栏都有一个标题栏，通过鼠标指针只要按住标题栏便可拖动当前窗口，使其在屏幕上随意移动。

 

Smalltalk的窗口间可以相互重叠，而被选中的窗口则可以移动到这堆窗口的最上方。

 

Smalltalk上还有滚动条、对话框和单选按钮标题栏等我们今天几乎所有在Windows 中所见到的图形化人机对话元素在Smalltalk上均能看到。

 

2000年，施乐公司被日本富士公司收购，改名为富士施乐公司，Smalltalk也未能推向市场。Alto和后来研发的Alto简化版计算机STAR 8010也都成为施乐公司陈列馆永远的陈列。那些来自全美的最精英计算机人才当初的梦想则早在1983年便以破碎。那一年苹果公司推出了计算机Lisa。

 

第一台图形交互计算机：苹果Lisa

 

1983年1月19日，苹果公司推出了一款名为Lisa的计算机，它以乔布斯的女儿命名。这是全球第一台真正采用图形界面的计算机，并且首次使用了鼠标。Lisa的操作系统界面与今天我们所熟悉Mac和Windows操作系统的界面没有什么差别。

 

尽管1974年施乐公司便推出了Xerox Alto，并且Xerox Alto的确是第一台采用图形界面和鼠标的计算机，但由于其只是在施乐公司内部使用，始终未被推向市场。虽然比Lisa早很多年，但Lisa在推出后，迅速取得了巨大销量，在更多人看来Lisa才是第一。

 

事实的确如此，Lisa甚至抄袭了Xerox Alto的图形交互界面设计。在苹果系列产品的设计师中除了乔布斯外，还有一位重要人物：Jef Raskin，他主持设计了Lisa之后的Macintosh项目。不过他但他对苹果Lisa项目的影响更加至关重要。

 

Jef Raskin是斯坦福大学人工智能实验室的访问学者，他同时在PARC进行了长时间研究工作，他深知Alto 的图形化人机交互将对未来可能产生巨大影响。因此他在加入到苹果公司之后，多次劝说乔布斯能够去参观一下Xerox PARC，特别是Alto的图形化人机交互方式，建议乔布斯将其应用到正在开发的Lisa项目之中。

 

但在当时，施乐公司已经加强了产品的保密工作，像Alto这样的核心技术产品更是被严加看守，外人想见其真容，根本无缘。

 

为了能够看到Alto真容，乔布斯想了个一箭双雕的办法。他找到了施乐公司的风险投资部门，告诉他们：“如果你们可以为苹果公司开放Xerox PARC的话，我允许你们投资苹果一百万美元。”当时苹果公司正处在高速成长期，Apple II在市场上获得了巨大成功，不断为公司创造丰厚的利润。苹果也正处在第二轮私人投资发展阶段，并且苹果正在即将上市的前期准备工作之中。在乔布斯看来，反正需要引入投资，不如让施乐公司投资，而且还能看到Alto的阵容，何乐而不为呢。

 

乔布斯找到施乐的时候，苹果公司股票正炙手可热，投资公司排着队渴望投资苹果。因此如果能够投资苹果，对施乐公司来说简直就是天上掉下的馅饼。在巨大馅饼的诱惑面前施乐公司放松了警惕。为了能够获得投资苹果公司的机会，施乐公司很快便答应了乔布斯的要求。

 

施乐很快便与苹果签署协议，投资100万美元，以每股10美元的价格购买了100,000股苹果股票，并承诺不购买超过5%的苹果股票。

 

施乐公司向乔布斯开放的两次参观机会为自己带来了1660万美元收益。在不到一年的时间内，苹果上市时，施乐公司的10万股已经被分股成80万股，价值1760万美元。

 

施乐兑现了自己的承诺，苹果被允许两个下午访问PARC实验室。1979年11月，乔布斯第一次踏进了PARC的实验室。当他亲眼目睹了Alto的图形化人机交互界面之时，乔布斯异常兴奋。第二次参观PARC时，他带来了大批人马，包括当时苹果的总裁、软件副总裁、工程执行副总裁，软硬件工程师等。

 

由于Jef Raskin在乔布斯在参观之前对Alto的详细介绍，乔布斯很快便找到了PARC的核心技术，并问了所有该问的问题。据说当时乔布斯在参观完之后，立即忍不住大声疾呼：“你们为什么没有利用它做什么事情！这是一个伟大的东西！这是一次革命！”

 

乔布斯在看到Alto的交叠的窗口、小图标和弹出菜单时，立即认为这就是他所要的东西，回到苹果公司后，便立即要求Lisa项目组向Alto的图形交互界面研究。

 

十年之后的1989年12月，施乐公司针对苹果在Lisa和Mac的图形用户界面的版权问题提起诉讼，认为苹果公司从施乐窃取了Alto图形化人机交互界面。但是1990年3月，法院驳回了施乐的绝大部分诉讼。

 

机遇是公平的，施乐公司本来最有机会发明一个类似Lisa这样的惊世之作，取得巨大商业成功，但是没有；机遇也是善待有心人的，从Alto问世到乔布斯造访，六年时间内，曾有众多计算机精英参观过Alto，但将Alto变成一个真正实用的个人电脑，只有乔布斯。

 

有人认为苹果从施乐窃取了Alto，商品化成为Lisa，但乔布斯只是参观了PARC，从那里获得了ALTO的思想和灵感，苹果没有从施乐得到任何有关Alto的技术资料，。

 

尽管在Lisa的开发过程之，先后有超过15位前施乐公司的雇员加盟了苹果；尽管图形用户界面操作系统的思想不是苹果率先提出的，但苹果公司在图形用户界面的普及过程中做出了不可磨灭的杰出贡献。因为苹果将施乐公司未能实现的目标在Lisa上实现，并将其成为真正的个人电脑，成为大众化普及的商业产品而不仅是在实验室中的摆设。

 

Lisa大量使用了最新的技术， 它使用了摩托罗拉的6800芯片，CPU主频速度和内存容量都得到大幅提升，他还首次使用了硬盘。导致售价高达9995美元，过于昂贵，因此市场周期很短，导致许多用户开始转投IBM PC。

 

尽管在今天，人们普遍认为Lisa过高的价格是苹果的一次重大失误，但是其第一次使人们真正感受到了鼠标的巨大用途，让人们发现原来电脑的操作可以这样简单！

 

1984年，苹果公司又推出了LISA电脑的升级产品：麦金塔（Macintosh）电脑，这不仅是苹果公司的一个里程碑，也是计算机发展史上的一个重要里程碑，Macintosh电脑在为苹果公司创造了巨额利润的同时，也让鼠标走进了千家万户，确立了图形化人机对话方式的绝对领导地位。之后，由于OS/2、Windows系统的使用，进一步使鼠标成为电脑的标准配置。

 

在苹果发布Lisa同一年的11月，微软正式发布了Windows1.0，这是微软第一款图形交互界面的操作系统。从此MS-Dos的命令行操作系统开始逐渐终结，Windows 的图形界面王朝开始拉开序幕，微软之所以从命令行界面转向图形界面，正是因为受到了苹果 Lisa的影响。

 

但是，由于苹果始终没有开放自己的标准，因此苹果电脑依然是小众的产品。由于IBM开放了PC机的标准，因此装载了微软视窗的PC机才是普及到大众可用的产品。比尔盖茨和乔布斯一样他也看到了视窗与鼠标的功能用途，组织开发出用鼠标点击视窗按钮的电脑操作体系，以此取代了过去键盘输入英文程序指令的繁琐操作方式。操作电脑一下子变得简单，人们不需要再必须熟记那些复杂的英文程序命令。使用计算机，人们几乎不用学习，只需要用鼠标点击视窗中的按钮就可以。

 

电脑“傻瓜”化了。在微软公司推出WINDOWS 95以后，没有鼠标已经无法正常操作电脑。鼠标伴着Windows走向全世界。

 

从此，在用鼠标和图形化人机交互界面之前，人类使用计算机的障碍几乎在瞬间土崩瓦解。

 

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