三维多通道交互是一种更贴近现实世界认知的交互方式,支持多种输入输出设备,能满足不同用户群体的交互需求,在医疗、教育等领域得到了广泛的应用。通过三维多通道用户界面,人们可以更加方便地执行操作任务和感知系统状态,在交互的过程中有更强的沉浸感和真实感。因此,研究以用户为中心的三维多通道界面设计具有重要的实际价值和意义。由此产生两个亟待解决的问题:三维多通道用户界面缺乏统一的界面范式,给界面开发带来了困难;多通道交互信息来源复杂,缺乏完善的可用性评估指标体系,不同的评估指标对界面可用性的影响缺少定量评估方法。本文针对以上两个问题,基于项目组的三维多通道交互平台开展研究,内容包括三个方面:基于Norman模型分析用户交互行为,引入基于现实的元素,建立三维多通道用户行为模型和真实世界混合控制隐喻框架;基于三维多通道用户行为模型和隐喻框架,提出三维多通道用户界面范式,并应用于界面设计;根据三维多通道交互的特点,建立可用性评估指标体系,提出界面可用性评估方法。本文的主要工作和创新性如下:（1）针对用户交互行为特点及三维多通道用户界面交互特性,分别建立三维多通道用户行为模型和界面隐喻框架。为解决现有用户行为模型对交互过程解析不足的问题,以经典Norman模型为研究基础,建立三维多通道用户行为模型,该模型对三维多通道交互环境下的用户行为过程进行准确解析,描述基于现实的元素对交互过程的影响及作用方式,为三维多通道用户界面设计提供准则;为解决交互领域和数字应用领域间的匹配问题,对界面的元素进行分类,构建三维多通道界面隐喻概念模型,确定隐喻与界面元素间的映射关系,基于这一映射关系,通过操作法、语用法及结构法,建立真实世界混合控制隐喻框架,此框架作为界面设计的隐喻基础,使三维多通道界面基于用户已有知识进行工作。（2）针对三维多通道用户行为模型及隐喻框架,提出三维多通道用户界面范式3DSOEM,并设计三维多通道地球仪教学软件界面。参考WIMP范式的界面组件划分方式,以三维多通道用户行为模型和界面隐喻框架为基础,分析三维多通道用户界面的必要组件,提出三维多通道用户界面范式3DSOEM,该范式考虑三维多通道交互环境下的人体因素和现实因素,缩小了交互鸿沟;为验证3DSOEM范式的可行性,设计了一款三维多通道地球仪教学软件的界面,实验结果表明,该界面相对于同功能的WIMP界面,具有更高的交互效率和更低的出错率,给用户带来更舒适的交互体验。（3）针对三维多通道用户界面可用性的设计要求和影响因素,建立可用性评估指标体系,提出三维多通道用户界面可用性评估方法。从系统性能、任务性能和用户主观三个角度,分析界面的评估指标、影响指标的因素和评估方法,建立三维多通道用户界面可用性评估指标体系;对于该体系中涉及的具体指标对整体可用性的权重影响问题,建立可用性权重模型,该模型基于层次分析法,将整体可用性按照评估指标体系进行划分,通过评价矩阵对交互数据进行标准化处理,最终获得各个评估指标权重值。经验证,该可用性评估方法为三维多通道用户界面提供了有效的评估方式。