人机交互系统日趋复杂,以视觉任务为主的数字界面逐渐成为操作重心。过量的信息显著提升了用户的认知压力,界面信息编码不合理极易导致认知负荷过载问题,阻碍用户的信息感知和准确决策。本文以界面认知减负需求为导向,突破界面信息的模糊性美学设计范畴,以认知的神经机制和心理特性为基础,结合行为实验和生理实验手段,提出了界面关键设计元素的认知消耗机制和有效的减负策略,对提高人机交互界面的工作效率和降低人因失误具有重要意义。在界面信息交互中,信息编码是界面信息组织和呈现的客观途径,也是用户直接接触和进行视觉认知的信息载体,合理的信息编码是实现认知减负的关键途径。本文始终以界面减负为目标,围绕信息编码的认知机理和优化方法展开研究。首先,分析认知负荷的来源、分类和结构层次,综合视觉信息在生理层和心理层的加工机制,构建出认知负荷与信息设计元素的映射关系;研究多维属性信息编码过程和以信源、信道、信宿主导的编码方法,发现认知负荷与不同信息编码阶段的关联和影响;结合认知过载问题的根源,以关键信息设计元素为突破口,归纳出减负的基本原理和主要策略。其次,根据关键设计元素编码的减负框架,研究布局、图形和颜色的具体认知消耗规律和减负设计策略。一方面,对3类关键元素进行综合实验和理论研究。布局上,分析常见工业控制界面及软件界面布局形式,利用实验获取了包含无分区在内的17种布局方案的认知梯度和消耗规律;图形上,研究填充形和轮廓形图形的认知差异,获取了图形编码在不同搜索环境下的认知特性;颜色上,从色相、面积和数量3个属性研究中心区的任务绩效,得到了10种不同色相捕获注意的优先等级、3种颜色面积水平对信息认知的影响以及界面颜色数量的认知阈限。另一方面,分析了基于减负的信息编码层次,根据实验研究结果建立起界面减负的信息编码原则,提出了具体的信息编码减负策略。最后,以航电界面为实际设计案例,依据减负策略提出界面优化方案,并通过眼动实验验证了界面信息编码减负策略的可行性和有效性。论文基于认知机理和信息编码原理,研究了关键设计元素的认知消耗机制,提出了具体的信息编码减负策略,为人机界面的认知负荷过载问题提供了有效途径,有助于提高界面的可用性和认知绩效。