伴随着计算机、网络和通信技术的迅速发展,人类已进入以信息交互为特征的数字信息时代。数字界面信息设计不合理,将给用户带来理解、学习和使用上的障碍,在生产、工程、军事等领域,还将给用户带来认知负荷过载和系统态势感知低的现实问题。本文突破数字界面视觉传达和视觉美化设计范畴,在探讨相关认知机理的基础上,开展数字界面设计和评价方法研究。论文始终将合理的认知负荷和支持高效决策的态势感知作为人机交互数字界面设计、优化和评价的核心目标。首先,以信息加工理论为基础,从注意认知资源和工作记忆认知容量有限性的角度构建认知负荷模型,推演认知负荷的生成机制和有效控制策略；在分析态势感知信息加工模型、动态决策模型和信息处理链模型的基础上,总结数字界面信息设计与态势感知关联的人因因素。其次,提出数字界面信息设计的三个指导原则,即以“人”的视觉生理特征和局限为考量,提出数字界面信息元素可视性设计原则；以“人”的认知能力、习惯和局限为考量,提出数字界面信息感觉加工、知觉加工、记忆和思维各环节的认知性设计原则,以“人”的精神需求、情感特征为考量,提出数字界面感官体验、情感体验和文化体验的体验设计原则。再次,探讨数字界面信息实体属性符号化编码、信息关联属性结构化编码和信息整体知识化编码方法；分析抽象图形符号的可视化变量与信息实体属性之间的编码适配关系；归纳关联属性编码的可视化结构、基本形式及其演变：提出基于知识交互行为的数字界面复杂程序性知识可视化编码策略：以目标为导向、以“目标-条件-手段”为结构的知识交互行为表征。最后,提出三个数字界面信息设计评价模型：基于绩效的数字界面信息设计评价模型、基于眼动追踪的数字界面信息视觉搜索评价模型、基于眼动追踪的数字界面信息加工评价模型,并应用三个模型开展了数字界面信息设计评价实验。