CFD 开发的第三次浪潮就在当下（二）

2022-2-22 14:28| 发布者: weixin| 查看: 663| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 最近几年，人们发表了许多关于流体仿真史的论文。

然而，用户体验和产品可用性作为工具选择的决策标准未来将发挥更加重要性的作用，这一点不仅仅体现在抽象和概念层面，用户界面的每个细节都需要加以注意。目前CFD软件用户界面的许多元素（尽管很多都已换用了全新美观的元素）都留有软件开发初期的影子。问题不只是在于界面细节，而经常在于软件更深层次及其行为。从1990年开始，Jakob Nielsen 就提出了现已广为人知的用户界面设计通用原则，即“启发式可用性评价十原则”(Nielsen et al., 1993)。在下文中，笔者尝试从概念和实际细节两个层面，结合仿真软件的未来需求，对这些规则的应用进行简要评论：

➤ 系统状态的可见性：
系统应该始终让用户知道系统正在做什么，应在合理时间内为用户提供正确的反馈信息。

  · 概念：实时仿真是终极目标，所以可见性也是CFD最高目标一个非常重要的方面。

  · 细节：特别是在求解器运行、几何图形检查、数据传输等持续时间较长的活动中，向用户实时提供当前状态反馈是最基本的要求。这一方面在进行远程活动时会显得尤其重要。新兴的云计算趋势对于开发人员而言意义重大，因此应特别注意确保遵守这一原则。

➤ 系统和现实世界之间的吻合：
系统应该使用用户的语言，即用户熟悉的字词、短语和概念，而不是面向系统的术语。遵循现实世界中的惯例，让信息以自然的合乎逻辑的次序展现在用户面前。

  · 概念：这一原则可直接应用于复杂的工作流程，例如在一个仿真中需要考虑多个耦合物理现象。正如上文所述，软件必须适应用户的工作流程、工作环境和个人能力，而不是相反。

  · 细节：许多CFD用户界面仍在使用只有CFD专家熟悉的术语。应重点关注特定工程领域的术语，不光是用户界面中使用的，还应包括所有文档、联机帮助和教程材料中使用的专业术语。

➤ 用户控制和自由：
用户经常会误选某些系统功能，所以应提供一个明确标记“紧急退出”的操作来离开误入的状态，而无需通过多余的对话框来实现。另外，系统需要支持“撤销”和“重做”功能。

  · 概念：新兴的云计算带来的一个不便是：这样的紧急退出可能不够快速、代价可能非常昂贵，或由于用户控制在某个层面被取消而变得不可靠。开发人员应对此特别注意。

  · 细节：撤销/重做功能数十年来一直是Office软件的必备功能，但是目前许多CFD软件仍未遵循这项基本的可用性要求。

➤ 一致性和标准：
用户不必担心不同的字词、情形或动作会表示同一件事情。遵循平台惯例。

  · 概念：许多CFD软件工具历史悠久，可能经历了好几代的产品经理和开发人员。软件模块可能已被收购或已授权他人，使得此原则更难遵循。因此，当务之急是制定正确的用户界面指导准则，并应用到软件各个部分。

  · 细节：出于降低多平台软件包开发成本的考虑，平台惯例经常被忽视。这不仅仅涉及用户界面的视觉外观，重要的是还涉及许多标准操作，例如文件加载/保存、打印、搜索等，当然还包括撤销/重做功能。

➤ 错误预防：
一个能够事先预防问题发生的细致设计，要远胜于及时的错误提示信息。要么消除容易出错的条件，要么检查这些条件并提供确认提示选项请用户确认这项操作。

  · 概念：这个要求对CFD软件设计来说是个巨大挑战，原因是底层的物理模型、数值方法等过于复杂。实际上，可能需要应用某种人工智能才能妥善应对这一挑战。这方面的未来发展对于用户体验尤为重要，因为这是确保非专业用户也能使用CFD软件成功获得优质可靠结果的最关键因素。

  · 细节：表面上看，为每种可能的情况发出警告是轻而易举的事，但这并不是解决之道。应将关注重点放在最关键的情形，同时提供撤销/重做功能。

➤ 识别而非回忆：
让每个对象、操作和选项随时可见，最大限度地减少用户的记忆负担，用户在对话过程中不必去记忆对话框各部分的信息。系统使用说明要么随时可见，要么随时可检索到。

  · 概念：在进行用户界面的概念设计时，最关键一点就是要了解用户及其工作环境、工作流程，然后根据用户需要来设计软件的使用方式，让用户感觉自然易用。

  · 细节：现代交互式的用户界面概念都基于此项原则。不过许多细节可以大幅提升可用性，如最近使用过的文件列表、状态信息、向导等。

➤ 使用的舒适性和高效性：
加速器 -- 初级用户未见过 -- 可以经常加快专家用户的交互操作，让系统能同时满足无经验的初级用户以及经验丰富的高级用户的不同需求。允许用户进行频繁操作。

  · 概念：同样，这一原则涉及上文提到的要求：软件必须适应用户的工作流程、工作环境和个人能力，而不是相反。软件应能帮助提升用户的专业能力并根据其能力增长情况自行调整。

  · 细节：Windows 的键盘快捷方式概念早已深入人心，我们也来应用一下吧。触控界面的手势概念也应得到应用，哪怕是通过鼠标移动来实现。脚本编写功能可帮助经验丰富的用户以较低成本实现自动化操作。

➤ 美观与简洁的设计：
对话框中不应包含无关信息或需求不大的信息。对话框中的任何额外信息都会严重干扰相关度高的信息，降低这些相关信息的可见性。

  · 概念：可用性的质量不是由用户界面上的按钮数量衡量的。如果软件设计合理，它就能理解用户，准确预测用户要采取的下一步操作，并准确提供与此相关的功能。

  · 细节：对于CFD软件这种功能繁多的产品来说，往往少即是多。只显示可用的选项和功能，而不是灰显不可用的功能。对于与操作目的密切相关的上下文功能，应自动提供相应的访问权限。

➤ 帮助用户识别、诊断错误并从中恢复：
错误提示信息应使用直白的语言（而不是代码），准确指出问题所在并提供建设性的解决方案。

  · 概念：对于后者（提供建设性的解决方案）似乎仍具有很大的提升空间。同样，错误处理与错误预防同等重要，它们都是用户体验及相关购买决策的重要影响因素。

  · 细节：一个绝对重要的要求是，对于可能的用户错误和软件故障，一定要用专门（而非通用）的错误提示消息，至少要对出错原因进行正确描述，这样做并不太费力。

➤ 帮助与文档：
尽管某些系统可能无需文档就可以使用，但通常有必要提供帮助和文档。此类信息应易于搜索，具有针对性（针对用户的任务），列出所需的具体步骤，且文件不能太大。

  · 概念：帮助文档不应仅限于文字说明和图形解释；必须采用一切可用的交流手段，其中包括简短视频、直接访问互联网资源、指向用户社区和供应商技术支持的链接等。

  · 细节：一幅图胜过千言万语：这一原则尤其适用于以工程师为主要用户群的CFD行业。

4. 结束语

工业应用领域专用的商业CFD软件已经走过了30个年头。在这三十年中，成千上万的科学家、工程师和高校学生通过各类CFD仿真实践，成功将该技术打造成为不可或缺的工具，并逐步嵌入到各个行业的产品设计流程中。虽然传统的CFD技术已经相当成熟，但面对未来的CFD应用挑战，仍将有更多激动人心的新概念和新技术不断问世。在商业CFD领域经历前两次浪潮中，每次都是一次范式的转变；如今，我们正在经历第三次浪潮，这也是一次范式转变，一次将CFD软件嵌入设计流程的转变；相信在不久的将来，CFD仿真软件一定会迎来第四次浪潮。笔者预计下次浪潮将会进一步接近CFD的最高目标：实时、按钮式操作、自动化、简单易用、CAD 嵌入式、双向、多物理场等，届时，第二次浪潮中的传统CFD软件必将被远远地抛在后面，直至完全淘汰。

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来源：iCFD微信公众号，作者：mentor。

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