用户界面的发展到现在经历了三个主要的时代。批处理界面、命令行界面和图形用户界面分别代表了三个时代中主流的用户界面。在所对应的时代中，这三种用户界面能够最大限度地拓展人机交流的带宽，方便用户同计算资源的交流，提高用户的生产力。到目前为止，图形用户界面仍然是占统治地位的一类界面。这种基于Desktop隐喻，使用WIMP(Window，Icon，Menu，Pointing Device)范式的界面之所以能够成为近二十年中占统治地位的界面，是因为它与之前的界面相比，具有对象可视化，语法极小化和快速语义反馈等非常明显的优点。但随着计算机硬件设备的进步和软件技术的发展，WIMP界面的缺点逐渐地体现出来。目前研究者们将研究的焦点聚集到下一代的用户界面的研究上，提出了Post-WIMP(或Non-WIMP)的界面形式。本文正是针对这一研究方向，对Post-WIMP下的软件界面进行研究。 从总体的研究思路来看，本文在分析和研究Post-WIMP界面主要的交互特征的基础上，从Post-WIMP下两个具有代表性的交互方式：笔式交互和三维交互出发，来研究和探讨Post-WIMP的软件界面。 本文首先对用户界面的发展历史给出了一个全面的分析和描述。然后从多个角度对WIMP界面和Post-WIMP界面进行了比较，对WIMP界面的缺点进行了详细地描述。以此来阐述本文研究的背景和重要性。 本文在理论层次对Post-WIMP界面的三种重要的交互特征：交互信息的连续性和多维性，交互的隐含性进行了分析和描述。这部分的研究是从笔式交互和三维交互两个Post-WIMP下的主要的交互方式入手的。理论层次的研究将为上层方法的研究和软件平台的建立打下良好的基础。 在理论研究的基础之上，本文针对新的笔式交互范式PIBG进行研究，本文对此交互范式的主要思想进行了详细的阐述，并从认知心理学角度对此交互范式进行了相应的评估。 在PIBG范式的指导下，本文根据PIBG交互范式提出了一个笔式Post-WIMP软件平台：PIBG Toolkit，此平台可以支持多种笔式应用的开发。本文分别从软件体系结构设计，数据结构定义和管理模块，存储结构定义和管理模块以及交互信息处理模块和交互组件库等几个方面对此平台进行了描述。 本文对基于笔的三维交互技术进行了深入的研究，提出了新的基于笔的三维交互技术的研究思路，设计了相应的交互技术。同时，本文提出了基于笔的三维Post一WIMP软件界面研究交互平台和面向虚拟装配的三维交互平台，用于支持三维Post一WIMP软件的开发。 基于笔式和三维Post一WIMP软件平台，本文构造了多个Post一WIMP软件。笔式office系统是一个基于笔交互的，面向教师的备课和讲课的系统套件。神笔马良系统是一个面向儿童的基于笔的三维交互系统。 本文的目标在于:以Post一WIMP界面的交互特征研究为基础，分别从笔式交互和二维交互两个方面对Post一WIMP一斤的软件界面进行研究，提出相应的力一法，建立相应的软件平台，并以此来指导基于笔式和三维的Post一WIMP软件的开发。 针对这一目标，本文开展了多项研究工作，其中主要的创新点有: 1.Post一wIMP界面交互特征的研究 针一对Post一WIMP界面的两个基本交互特征:交互信J自、的连续性和多维性。本文从笔式和三维交互两种交互力一式入手，首先分析和归纳出笔式和三维交互中的交互原语和任务，然后通过基于限制的数据流图和状态图相结合的方法IJacob1999]来研究交互信息的连续性特征:通过分层的思想来研究交互信息、的多维性特征。通过对这两种基本交互特征的研究，可以帮助我们建立起笔式和三维交互的核心部分，从而为进一步的研究和软件框架的构造打下基础。对于交互隐含性特征的研究，首先从认知心理学的角度对该特征进行分析和描述。然后通过对传统的人机交互任务生成结构和Post一WIMP界面的任务生成结构进行比较。分析Post一WIMP界面交互任务的生成特点。根据这些特点，提出了利用识别技术、卜下文感知技术和用户修正技术(USc:Meditation)相结合的方法来支持Post一WIMP界面的隐式交互。 2.笔式交互范式PIBG的研究和PIBG Toolkit的建立 通过对笔式用户界面的分析，提出PIBG交互范式。P、I、B、G分别与WIMP范式的W、I、M、P相对应。在PIBG范式中，承载应用信自、的交互组件由窗「}(Window)变为物理对象(physieal objeet)，P是这一类交互组件的统称，目前其中主要包括Paper和Frame两类交互组件。I、B表示此范式中与具体语义无关的直接操纵组件，I是Ieon，B是Button。G表示Gesture，是指此范式中所采用的主要的交互方式。与WIMP交互方式比较，用户的交互动作由鼠标的点击(Pointing)变为笔的Gesture。PxBG范式并没有在各个方面完全替代wIMP范式，它保留了Icon，Button等直接操纵组件。但从信息呈现和交互方式两个最为主要的方面有了根本性的改变，这两个方面的改变从认知J自理学的角度来看有着非常大的优点。本文对PIBG交互范式的内容进行了详细地描述，并从界面呈现方式、手势的效率、用户满意度等角度对PIBG范式进行了评估。PIBG Toolkit建?