Wie die grafische Benutzeroberfläche erfunden wurde

Dec 27, 2023

Drei Jahrzehnte UI-Forschung kamen in den heute verwendeten Mäusen, Fenstern und Symbolen zusammen

Mäuse, Fenster, Symbole, und Menüs: Dies sind die Bestandteile von Computerschnittstellen, die so konzipiert sind, dass sie leicht zu verstehen, einfach zu bedienen und einfach zu beschreiben sind. Die Maus ist ein Zeiger. Fenster teilen den Bildschirm auf. Icons symbolisieren Anwendungsprogramme und Daten. Menüs listen Aktionsoptionen auf.

Doch die Entwicklung der heutigen grafischen Benutzeroberfläche war alles andere als einfach. Ingenieure und Informatiker an Universitäten, Regierungslaboren und Unternehmensforschungsgruppen haben rund 30 Jahre lang daran gearbeitet, sich gegenseitig bei der Arbeit zu unterstützen, neue Ideen auszuprobieren und die Fehler des anderen zu wiederholen.

Dieser Artikel wurde zuerst unter dem Titel „Von Mäusen und Menüs: Die benutzerfreundliche Oberfläche gestalten“ veröffentlicht. Es erschien in der Septemberausgabe 1989 von IEEE Spectrum. Eine PDF-Version ist auf IEEE Xplore verfügbar. Die Fotos und Diagramme erschienen in der Originaldruckversion.

In den 1970er und frühen 1980er Jahren wurden viele der frühen Konzepte für Fenster, Menüs, Symbole und Mäuse im Palo Alto Research Center (PARC) der Xerox Corp. in Palo Alto, Kalifornien, mühsam erforscht. 1973 entwickelte PARC den Prototyp Alto, der erste von zwei Computern, die sich auf diesem Gebiet als wegweisend erweisen würden. Mehr als 1200 Altos wurden gebaut und getestet. Ausgehend von den Alto-Konzepten entwickelte die Systementwicklungsabteilung von Xerox ab 1975 den Star und stellte ihn 1981 vor – das erste derart benutzerfreundliche Gerät, das der Öffentlichkeit verkauft wurde.

Im Jahr 1984 brachte der kostengünstige Macintosh von Apple Computer Inc., Cupertino, Kalifornien, die benutzerfreundliche Oberfläche Tausenden von PC-Benutzern zugänglich. In den nächsten fünf Jahren sanken die Preise für RAM-Chips so weit, dass sie den enormen Speicherbedarf von Bitmap-Grafiken decken konnten, und auf den Mac folgten Dutzende ähnlicher Schnittstellen für PCs und Workstations aller Art. Mittlerweile sind Anwendungsprogrammierer mit der Idee vertraut, grafische Objekte zu manipulieren.

Der Erfolg des Mac in den 1980er Jahren veranlasste Apple Computer, rechtliche Schritte wegen des Eigentums an vielen Funktionen der grafischen Benutzeroberfläche einzuleiten. Klagen, die jetzt verhandelt werden, könnten diese Innovationen nicht den Designern und ihren Unternehmen zuordnen, sondern denen, die als erste Rechtsschutz für sie beantragt haben.

Der Urvater der grafischen Benutzeroberfläche war Sketchpad [siehe Foto]. Ivan E. Sutherland, Student am Massachusetts Institute of Technology, baute es 1962 als Doktorand. Diplomarbeit am Lincoln Laboratory des MIT in Lexington, Massachusetts. Sketchpad-Benutzer konnten nicht nur mit einem Lichtstift Punkte, Liniensegmente und Kreisbögen auf einer Kathodenstrahlröhre (CRT) zeichnen, sondern auch Beschränkungen und Beziehungen zwischen allem, was sie wollten, zuweisen zog.

Bögen könnten einen bestimmten Durchmesser haben, Linien könnten horizontal oder vertikal sein und Figuren könnten aus Kombinationen von Elementen und Formen aufgebaut sein. Figuren konnten verschoben, kopiert, verkleinert, erweitert und gedreht werden, wobei ihre Einschränkungen (als Bildschirmsymbole angezeigt) dynamisch beibehalten wurden. Zu einer Zeit, als ein CRT-Monitor an sich noch eine Neuheit war, war die Idee, dass Benutzer interaktiv Objekte erstellen konnten, indem sie auf einem Computer zeichneten, revolutionär.

Sketchpad wurde 1962 von Ivan Sutherland am Lincoln Laboratory des Massachusetts Institute of Technology in Lexington entwickelt und gilt als der erste Computer mit einer Fensterschnittstelle.

Das Computermuseum

Um Objekte heranzuzoomen, schrieb Sutherland außerdem das erste Programm zum Zeichnen von Fenstern, für das er den ersten Beschneidungsalgorithmus entwickeln musste. Clipping ist eine Softwareroutine, die berechnet, welcher Teil eines Grafikobjekts angezeigt werden soll, und nur diesen Teil auf dem Bildschirm anzeigt. Das Programm muss berechnen, wo eine Linie gezeichnet werden soll, diese Position mit den Koordinaten des verwendeten Fensters vergleichen und die Anzeige von Liniensegmenten verhindern, deren Koordinaten außerhalb des Fensters liegen.

Obwohl in der Computerforschungsgemeinschaft häufig Filme über den Sketchpad-Betrieb gezeigt wurden, sagte Sutherland heute, dass das Projekt kaum unmittelbare Auswirkungen hatte. Es lief auf dem TX-2-Mainframe des MIT und erforderte zu viel Rechenleistung, um für den individuellen Gebrauch praktisch zu sein. Viele andere Ingenieure sehen jedoch im Design und den Algorithmen von Sketchpad einen wesentlichen Einfluss auf eine ganze Generation der Forschung zu Benutzeroberflächen.

Die Lichtstifte, mit denen interaktive Computersysteme der 1950er und 1960er Jahre – einschließlich Sketchpad – Bereiche des Bildschirms auswählen, hatten Nachteile. Zum Zeigen musste der Arm des Benutzers vom Tisch angehoben werden, was mit der Zeit ermüdend wurde. Um den Stift aufzuheben, musste man auf dem Tisch herumfummeln oder sich, wenn er einen Halter hatte, die Zeit nehmen, ihn nach der Auswahl wieder zurückzulegen.

Das Erfassen eines Objekts mit einem Lichtstift war unkompliziert: Der Computer zeigte Lichtpunkte auf dem Bildschirm an und fragte den Stift ab, ob er einen Punkt erkannte, sodass das Programm immer genau wusste, was angezeigt wurde. Um die Position des Stifts auf dem Bildschirm zu lokalisieren, waren ausgefeiltere Techniken erforderlich – beispielsweise die Anzeige eines Kreuzmusters aus neun Punkten auf dem Bildschirm und das anschließende Bewegen des Kreuzes, bis es auf dem Lichtstift zentriert war.

Im Jahr 1964 testete Douglas Engelbart, ein Forschungsprojektleiter bei SRI International in Menlo Park, Kalifornien, alle kommerziell erhältlichen Zeigegeräte, vom immer noch beliebten Lichtstift bis hin zu einem Joystick und einem Graphicon (einem Kurvenverfolgungsgerät, das einen... Stift, der am Arm eines Potentiometers montiert ist). Aber er war der Meinung, dass die Auswahl nicht das gesamte Spektrum möglicher Zeigegeräte abdeckte, und er sollte die Lücken irgendwie füllen.

Dann erinnerte er sich an einen College-Kurs aus den 1940er-Jahren, in dem es um die Verwendung eines Planimeters zur Flächenberechnung ging. (Ein Planimeter hat zwei Arme mit jeweils einem Rad. Die Räder können nur entlang ihrer Achsen rollen; wenn eines von ihnen rollt, muss das andere gleiten.)

Wenn an jedem Rad ein Potentiometer angebracht wäre, um dessen Drehung zu überwachen, könnte seiner Meinung nach ein Planimeter als Zeigegerät verwendet werden. Engelbart erläuterte seine grob skizzierte Idee dem Ingenieur William English, der mit Hilfe der SRI-Maschinenwerkstatt das baute, was sie schnell „die Maus“ nannten.

Diese erste Maus war groß, weil sie Single-Turn-Potentiometer verwendete: Eine Umdrehung der Räder musste skaliert werden, um einen Cursor von einer Seite des Bildschirms zur anderen zu bewegen. Die Verbindung mit dem Computer war jedoch einfach: Der Prozessor las lediglich häufige Abtastungen der Potentiometer-Positionierungssignale über Analog-Digital-Wandler.

Der mit der Maus bewegte Cursor war leicht zu lokalisieren, da die Messwerte des Potentiometers die Position des Cursors auf dem Bildschirm bestimmten – anders als beim Lichtstift. Die Programmierer späterer Fenstersysteme stellten jedoch fest, dass die Software, die erforderlich war, um zu bestimmen, welches Objekt die Maus ausgewählt hatte, komplexer war als die für den Lichtstift: Sie mussten die Position der Maus mit der aller auf dem Bildschirm angezeigten Objekte vergleichen.

Engelbarts Gruppe am SRI führte kontrollierte Experimente mit Mäusen und anderen Zeigegeräten durch, und die Maus gewann eindeutig. Die Leute haben sich schnell daran gewöhnt, es war leicht zu greifen und es blieb dort, wo sie es hingelegt hatten. Dennoch wollte Engelbart daran herumbasteln. Nach Experimenten kam seine Gruppe zu dem Schluss, dass das richtige Verhältnis von Cursorbewegung zu Mausbewegung etwa 2:1 beträgt, aber er wollte versuchen, dieses Verhältnis zu variieren – indem es es bei langsamer Geschwindigkeit verringert und bei hoher Geschwindigkeit erhöht –, um die Kontrolle des Benutzers über die Feinabstimmung zu verbessern Bewegungen und beschleunigen größere Bewegungen. Einige moderne Maussteuerungsprogramme nutzen diese Idee, darunter auch die des Macintosh.

Die zu diesem Zeitpunkt noch experimentelle Maus veränderte sich erst 1971. Mehrere Mitglieder von Engelbarts Gruppe waren in das neu gegründete PARC gezogen, wo viele andere Forscher die SRI-Maus und den Testbericht gesehen hatten. Sie kamen zu dem Schluss, dass es nicht nötig sei, die Tests zu wiederholen; Alle von ihnen entworfenen experimentellen Systeme würden Mäuse verwenden.

English sagte: „Das war meine zweite Chance, eine Maus zu bauen; Es war klar, dass es viel kleiner und digital sein sollte.“ Chuck Thacker, damals Mitglied des Forschungsteams, riet PARC, den Erfinder Jack Hawley mit dem Bau zu beauftragen.

Hawley entschied, dass die Maus anstelle von Potentiometern (beide waren in Engelbarts Patent von 1970 abgedeckt) Drehgeber verwenden sollten, die die Position anhand einer Reihe von Impulsen messen, um die teuren Analog-Digital-Wandler zu eliminieren. Das Grundprinzip, bei dem ein Rad rollt, während das andere rutscht, wurde von SRI lizenziert.

Die Kugelmaus war das „einfachste Patent, das ich je bekommen habe.“ Ich brauchte fünf Minuten zum Nachdenken, eine halbe Stunde, um es dem Anwalt zu schildern, und dann war ich fertig.“ – Ron Rider

1972 veränderte sich die Maus erneut. Ron Rider, jetzt Vizepräsident für Systemarchitektur bei PARC, aber damals ein Neuzugang, sagte, er habe die Radmaus benutzt, während ein Ingenieur Ausreden für deren asymmetrische Funktionsweise (ein Rad schleifte, während sich eines drehte) suchte. „Ich schlug vor, dass sie einen Trackball auf den Kopf stellen, ihn verkleinern und stattdessen als Maus verwenden“, sagte Rider gegenüber IEEE Spectrum. Dieses Gerät wurde als Kugelmaus bekannt. „Das einfachste Patent, das ich je bekommen habe“, sagte Rider. „Ich brauchte fünf Minuten zum Nachdenken, eine halbe Stunde, um es dem Anwalt zu schildern, und dann war ich fertig.“

Bitmap

Das Pixelmuster, aus dem die grafische Darstellung auf einem Computerbildschirm besteht.

Klicken

Die Bewegung des Drückens einer Maustaste zum Auslösen einer Aktion per Software; Einige Aktionen erfordern einen Doppelklick.

Grafische Benutzeroberfläche (GUI)

Die Kombination aus Fensteranzeigen, Menüs, Symbolen und einer Maus, die zunehmend auf Personalcomputern und Workstations verwendet wird.

Symbol

Eine Bildschirmzeichnung, die Programme oder Daten darstellt.

Speisekarte

Eine Liste der Befehlsoptionen, die dem Computerbenutzer derzeit zur Verfügung stehen. Einige bleiben auf dem Bildschirm, während der Benutzer Popup- oder Pulldown-Menüs anfordert.

Maus

Ein Gerät, dessen Bewegung über einen Desktop oder eine andere Oberfläche dazu führt, dass sich ein Bildschirmcursor entsprechend bewegt; Heutige Mäuse bewegen sich auf einer Kugel und haben einen, zwei oder drei Knöpfe.

Rasterdarstellung

Eine Kathodenstrahlröhre, auf der Bilder als Punktmuster angezeigt werden, die nacheinander in einem vorgegebenen Linienmuster auf den Bildschirm gescannt werden.

Vektoranzeige

Eine Kathodenstrahlröhre, deren Kanone Linien oder Vektoren auf dem Leuchtstoff des Bildschirms scannt.

Fenster

Ein Bereich eines Computerbildschirms, normalerweise einer von mehreren, in dem ein bestimmtes Programm ausgeführt wird.

Beim PARC-Kugelmaus-Design wird das Gewicht der Maus über eine Drehvorrichtung und eine oder zwei Rollen am Ende der Maus, das am weitesten vom „Schwanz“ des Drahtes entfernt ist, auf den Ball übertragen. Ein Prototyp wurde von der Elektronikabteilung von Xerox in El Segundo, Kalifornien, gebaut und anschließend von Hawley neu gestaltet. Die rollende Kugel drehte zwei senkrechte Wellen, an deren Ende sich jeweils eine Trommel befand, die abwechselnd mit Streifen aus leitendem und nicht leitendem Material beschichtet war. Während sich die Trommel drehte, übermittelten die Streifen elektrische Impulse durch Metallabstreifer.

Als Apple Computer 1979 beschloss, eine Maus für seinen Lisa-Computer zu entwerfen, veränderte sich das Design erneut. Anstelle einer Metallkugel, die durch ein Drehgelenk gegen die Unterlage gehalten wird, verwendete Apple einen Gummiball, dessen Traktion von der Reibung des Gummis und dem Gewicht der Kugel selbst abhing. Einfache Polster am Boden des Gehäuses trugen das Gewicht, und optische Scanner erfassten die Bewegung der inneren Räder. Das Gerät hatte geringe Toleranzen und wenige bewegliche Teile, so dass der Bau vielleicht ein Viertel so viel kostete wie frühere Kugelmäuse.

Die erste hölzerne SRI-Maus hatte nur eine Taste, um das Konzept zu testen. Die Plastikgruppe der SRI-Mäuse hatte drei nebeneinander liegende Tasten – alles, wofür Platz war, sagte Engelbart. Die erste PARC-Maus hatte eine Reihe von drei Tasten – wiederum, weil diese am besten zum mechanischen Design passten. Heutzutage hat die Apple-Maus eine Taste, während der Rest zwei oder drei hat. Das Problem ist nicht mehr das Jahr 1950 – eine Standardmaus mit einer Größe von 6 x 10 cm könnte heute Dutzende von Tasten haben –, sondern menschliche Faktoren, und die Experten haben eine starke Meinung.

English, jetzt Direktor für Internationalisierung bei Sun Microsystems Inc., Mountain View, Kalifornien, sagte: „Zwei oder drei Knöpfe, das ist die Debatte. Apple hat eine schlechte Wahl getroffen, als sie nur eines verwendet haben.“ Für ihn sind zwei Tasten das Minimum, da für die Auswahl eines Objekts zwei grundlegende Funktionen erforderlich sind: das Zeigen auf den Anfang und das anschließende Ausweiten der Bewegung bis zum Ende des Objekts.

William Verplank, ein Spezialist für menschliche Faktoren in der Gruppe, die von 1978 bis in die frühen 1980er Jahre die grafische Benutzeroberfläche bei Xerox testete, stimmte zu. Er erzählte Spectrum, dass Alto-Benutzer bei drei Tasten vergessen hätten, welche Taste was bewirkte. Die Tests der Gruppe zeigten, dass eine Schaltfläche ebenfalls verwirrend war, da sie Aktionen wie einen Doppelklick zum Auswählen und anschließenden Öffnen einer Datei erforderte.

„Wir haben quälende Videos von naiven Benutzern, die mit diesen Problemen kämpfen“, sagte Verplank. Sie kamen zu dem Schluss, dass für die meisten Benutzer zwei Tasten (wie sie beim Star verwendet werden) optimal sind, wenn eine Taste in jeder Anwendung dasselbe bedeutet. English experimentierte bei PARC mit Ein-Knopf-Mäusen, bevor es zu dem Schluss kam, dass sie eine schlechte Idee seien.

„Zwei oder drei Knöpfe, das ist die Debatte. Apple hat eine schlechte Wahl getroffen, als sie nur eines verwendet haben.“ – William English

Mehr als 1200 Exemplare des experimentellen Alto, das 1973 vom Xerox Palo Alto Research Center entwickelt wurde, wurden verteilt, um seine Fenster, Menüs und Maus zu testen.

Xerox Corp.

Aber viele Interface-Designer mögen mehrere Schaltflächen nicht und sagen, dass es einfacher ist, auf eine einzelne Schaltfläche zu doppelklicken, um ein Element auszuwählen, als sich zu merken, auf welche Schaltfläche zeigt und welche erweitert wird. Larry Tesler, früher Informatiker bei PARC, brachte die Ein-Tasten-Maus zu Apple, wo er heute Vizepräsident für Spitzentechnologie ist. Der Grundgedanke des Unternehmens besteht darin, dass es so einfach wie möglich sei, Einsteiger für seine Computer zu gewinnen.

Mittlerweile sind mehr als zwei Millionen Ein-Knopf-Mäuse von Apple im Einsatz. Die Zwei-Tasten-Mäuse von Xerox und Microsoft sind weniger verbreitet als das allgegenwärtige Ein-Tasten-Modell von Apple oder die Drei-Tasten-Mäuse, die auf technischen Workstations zu finden sind. Dutzende Unternehmen stellen heute Mäuse her; Die meisten sind etwas kleiner als eine Zigarettenschachtel und weisen geringfügige Abweichungen in der Form auf.

Im Jahr 1962 konnte Sketchpad seinen Bildschirm horizontal in zwei unabhängige Abschnitte aufteilen. Ein Abschnitt könnte beispielsweise eine Nahaufnahme des Objekts im anderen Abschnitt ermöglichen. Forscher nennen Sketchpad das erste Beispiel für nebeneinander angeordnete Kachelfenster. Sie unterscheiden sich von überlappenden Fenstern, die übereinander gestapelt oder übereinander gelegt werden können und so die unteren Schichten ganz oder teilweise verdecken.

Windows war ein naheliegendes Mittel, um einem kleinen Bildschirm Funktionalität hinzuzufügen. Im Jahr 1969 stattete Engelbart NLS (wie das von ihm in den 1960er Jahren am SRI erfundene Online-System genannt wurde, um es vom Offline-System FLS zu unterscheiden) mit Fenstern aus. Sie teilten den Bildschirm horizontal oder vertikal in mehrere Teile auf und führten die fensterübergreifende Bearbeitung mit der Maus ein.

Bis 1972 hatte die Programmiersprachengruppe Smalltalk bei Xerox PARC unter der Leitung des Forschers Alan Kay ihre Windows-Version implementiert. Sie arbeiteten mit einer ganz anderen Technologie als Sutherland oder Engelbart: Indem sie beschlossen, dass ihre Bilder als Punkte auf dem Bildschirm angezeigt werden mussten, führten sie den Übergang von der Vektor- zur Rasterdarstellung ein, um die Zuordnung des jeweils zugewiesenen Speicherorts zu vereinfachen diese Stellen. Dies war die bei PARC erfundene Bitmap, die in den 1980er Jahren durch kontinuierliche Leistungsverbesserungen in der Prozessorlogik und Speichergeschwindigkeit realisierbar wurde.

Der Smalltalk-Forscher Dan Ingalls experimentierte mit der Bitmap-Manipulation und entwickelte das Bitblock-Übertragungsverfahren, bekannt als BitBlt. Die BitBlt-Software ermöglichte es Anwendungsprogrammen, rechteckige Arrays von Pixelwerten im Bildschirm- oder Off-Screen-Speicher oder zwischen beiden zu mischen und zu manipulieren, die Pixelwerte zu kombinieren und das Ergebnis an der entsprechenden Bitmap-Position zu speichern.

BitBlt machte es viel einfacher, Programme zu schreiben, um durch ein Fenster zu scrollen (ein Bild hindurch zu bewegen), seine Größe zu ändern (zu vergrößern oder zu verkleinern) und Fenster zu ziehen (sie von einer Position zu einer anderen auf dem Bildschirm zu verschieben). Dies veranlasste Kay dazu, überlappende Fenster zu schaffen. Sie wurden bald von der Smalltalk-Gruppe implementiert, erschwerten jedoch das Clipping.

Einige Forscher fragen sich, ob überlappende Fenster mehr Vorteile bieten als gekachelte Fenster, da Bildschirme mit überlappenden Fenstern so unordentlich werden, dass der Benutzer verloren geht.

In einem Kachelsystem, erklärte der Forscher Peter Deutsch, der mit der Smalltalk-Gruppe zusammengearbeitet hat, sind die Schnittränder einfach horizontale oder vertikale Linien von einem Bildschirmrand zum anderen, und die Software verfolgt lediglich die Position dieser Linien. Es können jedoch überall auf dem Bildschirm überlappende Fenster erscheinen, die zufällig Teile anderer Fenster verdecken, sodass ganz unregelmäßige Bereiche abgeschnitten werden müssen. Daher muss die Anwendungssoftware ständig nachverfolgen, welche Teile ihrer Fenster sichtbar bleiben.

Einige Forscher fragen sich immer noch, ob überlappende Fenster zumindest ab einer bestimmten Bildschirmgröße mehr Vorteile bieten als gekachelte Fenster, da Bildschirme mit überlappenden Fenstern so unübersichtlich werden, dass der Benutzer den Überblick verliert. Andere argumentieren, dass überlappende Fenster besser zu den Arbeitsmustern der Benutzer passen, da niemand die Papiere auf seinem physischen Desktop in sauberen horizontalen und vertikalen Reihen anordnet. Unter Softwareentwicklern scheinen sich überlappende Fenster jedoch für die Welt der Benutzeroberflächen durchgesetzt zu haben.

Dies gilt auch für das Cut-and-Paste-Bearbeitungsmodell, das Larry Tesler zunächst für den Gypsy-Texteditor entwickelt hat, den er bei PARC und später für Apple geschrieben hat. Charles Irby, der an Xerox-Fenstern gearbeitet hat und jetzt Vizepräsident für Entwicklung bei Metaphor Computer Systems Inc., Mountain View, Kalifornien ist, stellte jedoch fest, dass Ausschneiden und Einfügen besser für die reine Textbearbeitung funktionierte als für das Verschieben von Grafikobjekten von einer Anwendung zur nächsten.

Menüs – fortlaufend auf dem Bildschirm aufgelistete Funktionen, die mit Tastenkombinationen aufgerufen werden konnten – wurden in den 1960er Jahren häufig in der Verteidigungsinformatik verwendet. Aber erst mit dem Aufkommen von BitBlt und Windows konnten Menüs so gestaltet werden, dass sie nach Bedarf angezeigt und nach der Verwendung wieder ausgeblendet wurden. In Kombination mit einem Zeigegerät zur Anzeige der Auswahl eines Benutzers sind sie nun ein integraler Bestandteil der benutzerfreundlichen Oberfläche: Benutzer müssen nicht mehr in Handbüchern nachschlagen oder sich verfügbare Optionen merken.

Stattdessen können die Auswahlmöglichkeiten bei Bedarf jederzeit abgerufen werden. Und das Menüdesign hat sich weiterentwickelt. Einige neue Systeme verwenden verschachtelte Menühierarchien; andere bieten unterschiedliche Menüversionen – eine mit den am häufigsten verwendeten Befehlen für Anfänger, eine andere mit allen verfügbaren Befehlen für den erfahrenen Benutzer.

Einer der ersten, der Menüs auf Abruf testete, war der PARC-Forscher William Newman in einem Programm namens Markup. Die Smalltalk-Gruppe war ihm dicht auf den Fersen und baute Popup-Menüs ein, die an der Cursor-Position auf dem Bildschirm angezeigt wurden, wenn der Benutzer eine der Maustasten drückte.

Die Umsetzung verlief im Großen und Ganzen unkompliziert, erinnerte sich Deutsch. Die einzige Ausnahme bestand darin, festzulegen, ob das Menü oder die Anwendung die vom Menü vorübergehend verdeckten Informationen im Auge behalten soll. In der Smalltalk 76-Version speicherte das Popup-Menü die überschriebenen Bildschirmbits und stellte sie wieder her. In heutigen Multitasking-Systemen würde das jedoch nicht funktionieren, da eine Anwendung diese Bits ohne Wissen des Menüs ändern kann. Solche Systeme fügen dem Betriebssystem eine weitere Ebene hinzu: einen Display-Manager, der verfolgt, was wo geschrieben wird.

Die Produktion Xerox Star aus dem Jahr 1981 verfügte über einen weiteren Fortschritt: eine Menüleiste, im Wesentlichen eine Wortreihe, die verfügbare Menüs anzeigte und für jedes Fenster angezeigt werden konnte. Der Human-Factors-Ingenieur Verplank erinnerte sich, dass sich die Leiste zunächst am unteren Rand des Fensters befand. Das Star-Team stellte jedoch fest, dass Benutzer eine Leiste eher mit dem darunter liegenden Fenster assoziieren, weshalb sie an den oberen Rand des Fensters verschoben wurde.

Apple hat die Dinge bei Lisa und Macintosh durch eine einzelne Leiste am oberen Bildschirmrand vereinfacht. Diese Menüleiste bezieht sich nur auf das verwendete Fenster: Die Menüs können aus der Leiste „heruntergezogen“ werden, um darunter zu erscheinen. Der Designer William D. Atkinson erhielt im August 1984 ein Patent (an Apple Computer übertragen) für diese Innovation.

Eine neue Ergänzung, die die meisten Benutzeroberflächen-Pioniere als Vorteil erachten, ist das Abreißmenü, das der Benutzer an eine geeignete Stelle auf dem Bildschirm verschieben und dort „anheften“ kann, damit es immer sichtbar ist und sofort darauf zugreifen kann.

Viele Fensterschnittstellen bieten mittlerweile auch für viele Befehle Befehlstasten- oder Tastaturalternativen an. Diese Rückkehr zu den frühesten Benutzeroberflächen – Tastenkombinationen – ergänzt die Menüs sinnvoll und bietet sowohl Benutzerfreundlichkeit für Anfänger als auch weniger erfahrene Benutzer sowie Geschwindigkeit für diejenigen, die schneller tippen können, als sie auf ein Menü zeigen und auf eine Auswahl klicken können.

Sketchpad verfügte über grafische Objekte auf dem Bildschirm, die Einschränkungen darstellten (z. B. eine Regel, dass Linien gleich lang sein müssen), und die Flex-Maschine, die 1967 an der University of Utah von den Studenten Alan Kay und Ed Cheadle gebaut wurde, hatte Quadrate, die Programme und Daten darstellten (wie die heutigen Computer-„Ordner“). Frühe Arbeiten zu Symbolen wurden auch von Bell Northern Research, Ottawa, Kanada, durchgeführt und gingen auf die Bemühungen zurück, die kürzlich gesetzlich vorgeschriebenen zweisprachigen Zeichen durch grafische Symbole zu ersetzen.

Das Konzept der Computer-„Ikone“ wurde jedoch erst 1975 formalisiert. David Canfield Smith, ein Informatikstudent an der Stanford University in Kalifornien, begann mit der Arbeit an seiner Doktorarbeit. Diplomarbeit im Jahr 1973. Sein Berater war Kay von PARC, der ihm vorschlug, die Grafikleistung des experimentellen Alto nicht nur zur Anzeige von Text, sondern vielmehr zur Unterstützung beim Programmieren zu nutzen.

David Canfield Smith hat den Begriff Ikone von der russisch-orthodoxen Kirche übernommen, wo eine Ikone mehr als ein Bild ist, weil sie Eigenschaften dessen verkörpert, was sie darstellt.

Smith hat den Begriff Ikone aus der russisch-orthodoxen Kirche übernommen, wo eine Ikone mehr als ein Bild ist, weil sie Eigenschaften dessen verkörpert, was sie darstellt: Eine russische Ikone eines Heiligen ist heilig und muss verehrt werden. Smiths Computersymbole enthielten alle Eigenschaften der dargestellten Programme und Daten und konnten daher verknüpft oder bearbeitet werden, als ob sie das Original wären.

Nach Erhalt seines Ph.D. 1975 wechselte Smith 1976 zu Xerox, um an der Star-Entwicklung zu arbeiten. Das erste, was er tat, sagte er, sei, sein Konzept von Ikonen in Bürobegriffen umzuformulieren. „Ich schaute mich in meinem Büro um und sah Papiere, Ordner, Aktenschränke, ein Telefon und Bücherregale, und es ließ sich leicht in Symbole übersetzen“, sagte er.

Xerox-Forscher entwickelten, testeten und überarbeiteten drei Jahre lang Symbole für die Star-Benutzeroberfläche, bevor die erste Version fertiggestellt war. Zunächst versuchten sie, die Symbole wie eine detaillierte fotografische Wiedergabe des Objekts aussehen zu lassen, erinnert sich Irby, der an der Erprobung und Verfeinerung der Xerox-Fenster arbeitete. Unter Abwägung von Beschriftungsfläche, Lesbarkeit und der Anzahl der Symbole, die auf den Bildschirm passen, entschieden sie sich dafür, die Symbole auf ein Quadrat von 1 Zoll (2,5 Zentimeter) mit 64 x 64 Pixeln oder 512 Acht-Bit-Bytes zu beschränken.

Dann, erinnert sich Verplank, stellten sie fest, dass aufgrund eines Hintergrundmusters, das auf Zwei-Pixel-Punkten basierte, die rechte Seite der Symbole gezackt wirkte. Deshalb haben sie die Breite der Symbole auf 65 Pixel erhöht, trotz des Aufschreis von Programmierern, denen die übersichtliche 16-Bit-Aufteilung gefiel. Aber die Erhöhung blieb bestehen, sagte Verplank, weil man sich bereits entschieden hatte, 72 Bit pro Seite zu speichern, um Leerraum um jedes Symbol herum zu ermöglichen.

Nachdem sie sich auf eine Größe für die Symbole geeinigt hatten, testeten die Star-Entwickler vier Sets, die von zwei Grafikdesignern und zwei Softwareentwicklern entwickelt wurden. Sie stellten fest, dass beispielsweise die Größenänderung Probleme verursachen kann. Sie verkleinerten das Symbol für eine Person – einen Kopf und Schultern –, um mehrere davon zur Darstellung einer Gruppe zu verwenden, nur um eine Testperson sagen zu hören, dass das verkleinerte Symbol aufgrund der Bildschirmauflösung wie ein Kreuz über einem Grabstein aussah. Der Computergrafiker Norm Cox, jetzt aus Cox & Hall, Dallas, Texas, wurde schließlich mit der Neugestaltung der Symbole beauftragt.

Heutzutage kämpfen Icon-Designer immer noch mit der Notwendigkeit, Icons an die vielen verschiedenen Systemkonfigurationen anzupassen, die von Computerherstellern angeboten werden. Die Künstlerin Karen Elliott, die Symbole für Microsoft, Apple, Hewlett-Packard Co. und andere entworfen hat, stellte fest, dass ein Symbol auf verschiedenen Systemen in verschiedenen Farben, mehreren Auflösungen und verschiedenen Grautönen angezeigt werden kann invertiert werden (helle und dunkle Bereiche vertauscht).

In den letzten Jahren ist zu den Aufgaben von Icon-Designern ein weiteres Anliegen hinzugekommen: die Internationalisierung. In den USA entworfene Symbole haben oft keinen Platz für Übersetzungen in andere Sprachen als Englisch. Elliott versucht daher, sowohl den längeren Wörtern als auch der vertikalen Ausrichtung einiger Sprachen Raum zu lassen.

Mehr als zwei Millionen Exemplare des Apple Macintosh (oben), der die grafische Benutzeroberfläche auf Personalcomputer brachte, wurden verkauft. Ein Großteil der Anwendungssoftware ist jedoch inkonsistent: Mindestens drei verschiedene Symbole (unten) können Adressdateien darstellen. Die Symbole sind in Desktop Express von Dow Jones & Co., HyperCard von Apple Computer Inc. und MS Word von Microsoft Corp. zu finden.

Apple Computer Inc.

Die Hauptregel besteht darin, Symbole einfach, klar und leicht erkennbar zu gestalten. Ausrangierte Gegenstände werden in einem Papierkorb auf dem Macintosh abgelegt. Auf dem NeXT-Computersystem von NeXT Inc., Palo Alto, Kalifornien – dem Unternehmen, das von Apple-Mitbegründer Steven Jobs gegründet wurde, nachdem er Apple verlassen hatte – werden sie in ein Schwarzes Loch geworfen. Elliott betrachtet das Schwarze Loch von NeXT als eines der besten jemals entworfenen Symbole: „Es ist einzigartig; Seine Rundheit hebt sich von den anderen quadratischen Symbolen ab, und das ist bei einem überfüllten Display wichtig. Es passt zu meinem Bild vom Wegsaugen von Informationen und macht deutlich, dass es ernst ist, etwas wegzuwerfen.

Englisch widerspricht vehement. Das Schwarze Loch sei „grundsätzlich falsch“, sagte er. „Man kann Papier aus einem Papierkorb hervorkramen, aber nicht aus einem schwarzen Loch.“ Ein anderer Kritiker nannte das Schwarze Loch nur „Computer-Nerds, die hauptsächlich Science-Fiction und Comics lesen“, und nicht den allgemeinen Benutzern.

Mit der Einführung des Xerox Star im Juni 1981 kam die grafische Benutzeroberfläche, wie sie heute bekannt ist, auf den Markt. Obwohl es sich nicht um einen kommerziellen Triumph handelte, stieß der Star bei Computernutzern auf großes Interesse, ebenso wie der Alto zuvor im Universum der Computerdesigner.

Noch vor der Einführung des Star hatte Jobs, damals noch bei Apple, im November 1979 Xerox PARC besucht und den Smalltalk-Forschern Dutzende Fragen zum internen Design des Alto gestellt. Später beauftragte er Larry Tesler von Xerox mit der Gestaltung der Benutzeroberfläche des Apple Lisa.

Mit dem Lisa und dann dem Macintosh, die im Januar 1983 bzw. Januar 1984 eingeführt wurden, erreichte die grafische Benutzeroberfläche den kostengünstigen, großvolumigen Computermarkt.

Mit fast 10.000 US-Dollar hielten Käufer den Lisa für zu teuer für den Büromarkt. Doch dank preisgekrönter Werbung und seines niedrigeren Preises eroberte der Macintosh die Welt im Sturm. Frühe Macs verfügten nur über 128 KB RAM, wodurch sie langsamer reagierten, da für umfangreiche Grafikmanipulationen zu wenig Speicher vorhanden war. Außerdem verzögerte die Zeit, die Programmierer brauchten, um die Toolbox mit Grafikroutinen zu erlernen, die Anwendungspakete bis weit ins Jahr 1985. Aber die Benutzerfreundlichkeit des Mac war unbestreitbar und erweckte Interesse, das sich auch auf die MS-DOS-Welt der IBM-PCs und -Klone auswirkte. sowie Unix-basierte Workstations.

Die weit verbreitete Akzeptanz solcher Schnittstellen hat jedoch zu erbitterten Rechtsstreitigkeiten geführt, bei denen es darum ging, genau festzulegen, wem was gehört. Bisher hat keines der mehreren streitigen Unternehmen definitiv nachgewiesen, dass es Eigentümer der Software ist, die Fenster, Symbole oder frühe Versionen von Menüs implementiert. Aber die Klagen gehen weiter.

Praktisch alle Unternehmen, die Rad- oder Kugelmäuse herstellen und verkaufen, zahlten für ihre Patente Lizenzgebühren an SRI oder Xerox. Engelbart erinnerte daran, dass die SRI-Patentanwälte alle frühen Arbeiten an der Schnittstelle untersuchten, aber nur die Hardware verstanden. Nachdem sie sich Entwicklungen wie die Implementierung von Fenstern angesehen hatten, sagten sie ihm, dass nichts davon patentierbar sei.

Bei Xerox schlug das Star-Entwicklungsteam zwölf Patente vor, die mit der Benutzeroberfläche zu tun haben. Der Patentausschuss des Unternehmens lehnte alle bis auf zwei bezüglich der Hardware ab – eines bezüglich BitBlt, das andere bezüglich der Star-Architektur. Damals, sagte Charles Irby, sei es eine gute Entscheidung gewesen. Die Patentierung erforderte eine vollständige Offenlegung, und es gab damals keine Präzedenzfälle für den Sieg in Softwarepatentklagen.

Microsoft Corp.

Heutzutage laufen mehr als ein Dutzend separate grafische Benutzeroberflächen auf einer Vielzahl von Personalcomputern und Workstations. Die von Microsoft Corp. und IBM Corp. gemeinsam entwickelte Presentation Manager-Komponente von Operating System/2 soll auf mehreren Millionen IBM- und kompatiblen Personalcomputern laufen; Diese Anzeige zeigt, dass zu viele Bildschirmfenster die Klarheit beeinträchtigen können.

Die jüngste und bekannteste Klage wurde im März 1988 von Apple sowohl gegen Microsoft als auch gegen Hewlett-Packard Co., Palo Alto, Kalifornien, eingereicht. Apple behauptet, dass die New Wave-Schnittstelle von HP, die Version 2.03 des Windows-Programms von Microsoft erfordert, urheberrechtlich geschützt sei „audiovisuelle Computeranzeige“ des Macintosh ohne Genehmigung; dass die Displays von Windows 2.03 illegale Kopien der audiovisuellen Werke des Mac sind; und dass Windows 2.03 auch über die Rechte hinausgeht, die in einer Vereinbarung vom November 1988 gewährt wurden, in der Microsoft anerkannte, dass die Displays in Windows 1.0 Ableitungen von denen in Apples Lisa und Mac waren.

Im März 1989 entschied der US-Bezirksrichter William W. Schwarzer, dass Microsoft bei der Entwicklung von Windows 2.03 die Grenzen seiner Lizenz überschritten habe. Dann entschied Schwarzer im Juli 1989, dass alle bis auf 11 der 260 Punkte, die Apple in seiner Klage anführte, tatsächlich im Rahmen der Vereinbarung von 1985 akzeptabel seien. Die größere Frage – ob Apples Urheberrechte gültig sind und ob Microsoft und HP sie verletzt haben – wird nun erst 1990 untersucht.

Unter diesen 11 befinden sich überlappende Fenster und bewegliche Symbole. Laut Pamela Samuelson, einer bekannten Software-Expertin für geistiges Eigentum und Gastprofessorin an der Emory University Law School in Atlanta, Georgia, würden viele Experten beides als funktionale Merkmale einer Schnittstelle betrachten, die nicht urheberrechtlich geschützt werden können, und nicht als „Ausdrücke“ einer schützbaren Idee urheberrechtlich geschützt.

Aber Anwälte von Apple – und anderen Unternehmen, die Klagen zum Schutz des „Look and Feel“ ihrer Bildschirmanzeigen eingereicht haben – behaupten, dass Unternehmen den wirtschaftlichen Anreiz verlieren, technologische Innovationen zu vermarkten, wenn dieser Schutz nicht gewährt wird. Wie soll Apple seine Investitionen in die Entwicklung von Lisa und Macintosh schützen, argumentieren sie, wenn es seine Innovationen nicht an Unternehmen lizenzieren kann, die davon profitieren wollen?

Sollte der Apple-Microsoft-Fall wegen der Urheberrechtsfragen vor Gericht kommen, müsse das Gericht möglicherweise prüfen, ob Apple Urheberrechtsschutz für überlappende Fenster geltend machen könne – eine Schnittstellenfunktion, für die ebenfalls Patente erteilt wurden, sagte Samuelson. Im April 1989 beispielsweise erhielt Quarterdeck Office Systems Inc., Santa Monica, Kalifornien, ein Patent für ein Mehrfachfenstersystem in seiner 1984 eingeführten Desq-Systemsoftware.

Xerox gab im Mai 1989 bekannt, dass es von den Unternehmen, die die grafische Benutzeroberfläche nutzen, Lizenzgebühren verlangen werde, um das juristische Feuer noch weiter anzuheizen. Es ist jedoch unklar, ob Xerox einen angemessenen Anspruch auf Urheberrechts- oder Patentschutz für die frühen grafischen Schnittstellenarbeiten von PARC hat. Xerox erhielt Designpatente für spätere Symbole, bemerkte Human-Factors-Ingenieur Verplank. Mittlerweile haben sowohl Metaphor als auch Sun Microsystems mit Xerox Lizenzen für ihre eigenen Schnittstellen ausgehandelt.

Der IEEE Computer vom September 1989 enthält einen Artikel mit dem Titel „The Xerox ‚Star‘: A Retrospective“ von Jeff Johnson et al. über die Entwicklung des Star. „Designing the Star User Interface“, [PDF] von David C. Smith et al., erschien in der Aprilausgabe 1982 von Byte.

Das PC Magazine vom 12. September 1989 enthält sechs Artikel über grafische Benutzeroberflächen für Personalcomputer und Workstations. Das Byte vom Juli 1989 enthält „A Guide to [Graphical User Interfaces)“ von Frank Hayes und Nick Baran, das 12 aktuelle Schnittstellen für Workstations und Personalcomputer beschreibt. „The Interface of Tomorrow, Today“ von Howard Reingold, im InfoWorld vom 10. Juli 1989, macht dasselbe. „Die Schnittstelle, die tausend Imitationen hervorbrachte“ von Richard Rawles in der MacWeek vom 21. März 1989 behandelt die Macintosh-Schnittstelle.

Die menschlichen Faktoren beim Design von Benutzeroberflächen werden in „The Psychology of Everyday Things“ von Donald A. Norman (Basic Books Inc., New York, 1988) erörtert. Die IEEE Software vom Januar 1989 enthält mehrere Artikel über Methoden, Techniken und Werkzeuge zum Entwerfen und Implementieren grafischer Schnittstellen. „The Way Things Work“ von David Macaulay (Houghton Mifflin Co., Boston, 1988) enthält eine detaillierte Zeichnung einer Kugelmaus.

Das IEEE Spectrum vom Oktober 1985 behandelte die Geschichte von Xerox PARC in „Research at (S. 62-75).

William Atkinson erhielt das Patent Nr. 4.464.652 für das Pulldown-Menüsystem am 8. August 1984 und übertrug es an Apple. Gary Pope erhielt das Patent Nr. 4.823.108, für ein verbessertes System zur Anzeige von Bildern in „Fenstern“ auf einem Computerbildschirm, am 18. April 1989 und übertrug es an Quarterdeck Office Systems.

Das Radmauspatent, Nr. 3.541.541, „XY-Positionsanzeiger für ein Anzeigesystem“, wurde am 17. November 1970 an Douglas Engelbart ausgegeben und an SRI International übertragen. Das Kugelmauspatent, Nr. 3.835.464, wurde am 10. September 1974 an Ronald Rider ausgegeben und an Xerox übertragen.

Die ersten Auswahlgerätetests mit Maus werden in „Display-Selection Techniques for Text Manipulation“ von William English, Douglas Engelbart und Melvyn Berman in IEEE Transactions on Human Factors in Electronics, März 1967, behandelt.

Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System von Ivan E. Sutherland (Garland Publishing Inc., New York City und London, 1980) ist ein Nachdruck seines 1963 erschienenen Ph.D. These.