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我们都知道，Windows Vista的图形界面中会包括一种3D的界面，但根据Jon Thompson的观点，这只是革命的开始。
对于那些硬件性能足够强大的电脑，Windows Vista为计算机提供了一种全新的体验，而为了能产生吸引人的Aero界面，微软的旗舰操作系统也需要更高性能的硬件。但这真的就是GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）设计的顶峰吗？
根据一些创新的研究和开发人员所说，这还远远不够。已经有一大批正式发布的产品、开源软件以及研究项目都在试图挑战微软在桌面领域的成就。
那么目前除了Vista，还有其他类似产品出现吗？更重要的是，这些产品可以满足我们目前和将来几年与计算机交互的需要吗？这些产品对我们现在的影响能否像以前鼠标对打字员的影响那样深远？
抛开这些不说，未来我们到底希望有怎样的全新用户界面？似乎有多少研究组在研究如何改进我们和计算机的交互方式，这个问题就有多少答案。有一个研究组已经找到了一种方式来取代鼠标，进而可以让我们不再使用双手，直接就能和屏幕上显示的内容进行交互。其他人则希望能够通过改进，让我们不用再进行物理上的接触。而微软自己目前的趋势是有朝一日人们使用计算机的过程就像在参观画廊。
GUI的崛起
今天色彩鲜艳、使用便利的桌面和应用程序看起来和早期的计算机已经有了翻天覆地的区别，但实际上，第一个符合我们今天的定义的GUI界面却出现在四十多年前。
二十世纪六十年代，研究人员开始考虑计算机是否可以帮助我们按照人类而非计算机的方式组织知识和概念。位于加州斯坦福研究院ARC（Augmentation Research Center，扩大研究中心）的一项计划就对今天的计算机领域产生了深远影响。
由美国的计算机科学家Douglas Engelbart发起，Online System计划（NLS）为组织和共享知识开发了一种计算机协作系统。这个系统最先使用了早期的三键鼠标（由Engelbart发明），这套系统就以在显示控制台上显示基本的窗口系统为特色，而且为了在项目之间导航，这套系统还带有超文本系统（1968 NLS演示视频可以在http://tinyurl.com/9km7在线观看）。
也许更有远见的地方在于，这套系统使用了一套叫做Journal的协作软件。这个软件是由研究员David Evans为他的斯坦福大学博士论文编写的，1970年初被加入了NLS。Journal的功能被认为是今天的Wiki软件的雏形（Wiki是一种协作系统，由Wikipedia开发，详见www.wikipedia.org）。
二十世纪七十年代早期，因为债务问题，该项目的关键人物离开ARC，加入了施乐的帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center，PARC）。正在这时，GUI借着加州的阳光正式起飞，PARC成为今天很多计算机技术的诞生地。位映像图（Bitmapped graphic）、窗口、图标、鼠标，以及指向和点击操作，都是1973年在施乐的Alto计算机上诞生的。
主要由项目领导Chuck Thacker开发的Alto体积约等于一个小型的冰箱，最大支持512KB内存和2.5MB硬盘。奇怪的是，Alto的图像显示模式是纵向的，而不是我们后来常用的横向。
众所周知，鼠标对Alto用户具有很大的吸引力，尤其是这台机器还具有窗口环境。使用位图显示方式还使得这台机器可以运行第一套桌面出版系统。唯一的问题在于100000美元的售价。
1981年，PARC发布了Star，一种普及型的Alto计算机。这时的GUI模拟出了办公环境的常见对象。这样，用户就可以看到文件夹和文件。删除一个文档只需要把这个文档移动到屏幕上的垃圾箱中，点击一个文档则可以打开相应的程序，这样人们就不用考虑这种类型的文档到底要用哪个软件来打开。
Star的设计者还使用过对象穿越（objects throughout）的概念（图1）。例如，在电子表格程序中创建的图表对象可以被包含在另外一个报告文档中。这台计算机还使用了PARC设计的以太网络系统。不过同样，唯一的问题还是售价，高达16000美元的售价意味着为一个繁忙的办公室买两三台这样的计算机的代价还显得有些高。
Apple公司很快意识到Star计算机的功能中包含的市场潜力，但这有一个前提就是售价不能太高。1983年发布的Apple Lisa（图3）是第一台使用了GUI和鼠标的低成本（9995美元）商业台式机。
虽然在商业上完全失败了，不过Lisa让所有人都能够使用电脑，而且也见证了它的继任者，1984年发布的，售价2495美元的Macintosh计算机的成功。
差不多在同一时间，很多Unix社区也开始考虑GUI。因为有极端强大但也异常复杂的命令行用户界面，Unix曾是程序员的梦想，但却是最终用户的梦魇。Unix需要GUI。
最初于1984年诞生在麻省理工（MIT）的X Windows则包含了一些更灵活的功能，这些功能可以被看作今天Unix以及Linux桌面的基础。X Windows本身并不是GUI，而只是一个服务工具包，帮助其他程序创建用户界面和桌面环境。这种灵活性导致了相关图形界面的多样化，而且还促成了我们会在下文介绍的和其他界面技术和平共处的高级用户界面。但是这是怎么做到的？
1985年经过广泛的宣传后，微软的Windows 1.0取代了其前辈DOS，成为一个具有友好图形界面的前端操作系统，给了PC用户和Mac用户一样的计算机使用乐趣。1987年12月Windows 2.0的发布巩固了微软在桌面操作系统方面的地位。随后，Windows 3.11于1990年发布，该系统的界面经过修改，而且第一次支持网络存储。
多任务操作系统Windows 95的发布证明，至少在PC平台上，微软是唯一的胜利者。在发布了Windows 98后，这家公司在四天内就卖出了一百万份拷贝。自那时起，从前端到操作系统的转变在Windows 2000发布后彻底完成了，随后微软还发布了Windows XP以及现在的Vista。
最新推出的Aero
发布Windows Vista时，微软已经彻底重新设计了自己的操作系统，在一定程度上解决了一些安全问题，不过同时还改进了这一旗舰产品的外观和体验。这个新的GUI交互模式就叫Aero，它不仅和微软老版本系统有很大不同，而且成了自从Windows 1.0发布后最彻底的改进。
Vista是一个强大，对硬件性能要求高的操作系统（图5），要求计算机至少有1GHz主频的处理器以及1GB内存。同时该操作系统还要求有支持DirectX 9的显卡，并且最少有128MB显存。这个操作系统的安装本身需要40GB硬盘空间，另外还需要额外的15GB空间来运行。
尽管如此，Vista提供的Aero用户界面也是一次趋势的重大转变，它为我们提供了感受名为桌面窗口管理器（Desktop Window Manager，DWM）能力的一个机会。
充满机遇的窗口
DWM将Aero界面的各种元素组合在一起，因此也就需要满足一定要求的显卡。在以前版本Windows的GUI中，应用程序通常将自己的界面直接描绘到单屏幕缓冲区（single screen buffer），利用程序调用标准图形子系统。如果用户移动了一个窗口，操作系统就会通知对应的应用程序，并要求程序重绘自己的窗口。每个被移动操作影响的应用程序都需要重绘自己的窗口。然而DWM通过更灵活，更有效率的方法处理这一过程。
因为不再需要将自己的输出内容绘制到单屏幕缓冲区，因此当应用程序发出调用让子系统绘制它的界面时，输出内容会自动发送给一系列专用缓冲区（private buffers）之一，每个程序都有一个这样的专用缓冲区。然后DWM把这些需要绘制的内容组合起来，并在屏幕上显示出用户最终看到的内容。
如果需要在屏幕上移动应用程序的窗口，只需要DWM重绘该程序专用缓冲区中的内容，然后发送到显卡缓存中就可以了，不再需要每个被影响到的程序都重绘自己的界面，而且只要系统当前不是很繁忙，移动窗口的时候通常都不会在窗口四周留下难看的拖影。因为DWM控制了相对独立的视频缓冲区，因此还可以生成以往应用程序自己直接生成窗口时难于实现的一些特殊效果。
例如，DWM可以轻松地给界面应用透明效果。让多个具有透明效果的窗口堆叠在桌面上，原本需要每个应用程序单独计算并生成对应窗口的透明效果，但有了DWM后，这个计算只要进行一次，然后根据专用缓冲区的全部内容来生成即可。
这种更加高效的方式能够让处理器用于产生其他更高质量的效果。例如，Vista中窗口上表现出来的Aero Glass效果就能表现出一种很明显的半透明质感。该功能可以表现出被表层像素覆盖的内容，就好像光线透过前端的玻璃照射到后面的窗口一样。很多层窗口重叠在一起之后还能表现出柔化的效果，这让整个屏幕更真实，更立体。
因为这时候应用程序都会将自己的图形输出内容发送到专用缓冲区，因此DWM就可以通过多种方式转换并使用这些数据。例如，DWM可以翻转窗口，或者重设窗口大小，甚至还可以用立体的方式堆叠显示所有窗口。为每个应用程序使用各自独立的视频缓冲区的另外一个好处是DWM可以缩放缓冲区的内容，而这一特性也具有很多功能。
例如，高分辨率显示器用户有时候会觉得，因为屏幕的分辨率太大，所以应用程序的界面看起来有些小。DWM则可以自动缩放窗口以及窗口中内容的大小，以符合屏幕的面积，而不是像以前那样仅仅增大屏幕上元素之间的间距。
缩放的另一个用途是，为每一个运行的程序在任务栏上显示一个缩略图。这样用户就可以直接看到每个窗口中当前的内容，而不用每一次先把程序的窗口最大化。缩略图还可以实时更新，因为应用程序会实时更新自己的缓冲区，例如Windows Media Player虽然可以最小化，但是依然在播放视频，而这时我们就可以通过任务栏的缩略图按钮看到播放的视频内容。
Windows Vista中DirectX的版本也升级到了10，这也是使用高性能显卡的另一个原因（关于DirectX 10的详细信息，请参考《个人电脑》2007年5期174页）。DirectX不再评估你的显卡性能，然后根据评估结果表现出相应的功能。相反，它会直接假设你的显卡可以支持自己的全部特性。
DirectX 10的一项有用功能是硬件虚拟化（hardware virtualization）技术的应用。这个功能的使用使得不同应用程序使用显卡的时候都感觉到只有自己在使用这块显卡。这意味着，一些程序，例如流媒体视频程序“认为”自己可以对显卡进行独占访问，以满足自己的需要。虽然Windows Vista有如此多的创新功能，对于大部分人来说，Aero只是一批研究项目之一，而这个项目也已经投入了实际应用，并承诺可以给我们使用计算机的方式带来一场革命。
Looking Glass项目
不仅Vista中引入了一种全新的带有3D功能的桌面，Sun Microsystems的研究员也在自己的Solaris工作站中考虑加入完整的3D环境，这就是Looking Glass项目。
Sun已经完全放弃了传统的，平面的桌面，转而使用一种真正的3D空间，就连墙纸也是空间的3D照片。随着视角拉近或者停留，背景的墙纸也会有相应的变化，就像一张3D照片，因此你可以随意改变自己的位置，例如停留在大峡谷欣赏日落，或者在星系之间查看自己感兴趣的行星。
这就是3D环境，如果你打开了窗口也不必着急，开发人员的努力让你可以不仅可以把窗口移动到屏幕边缘，还可以把窗口推到远方或者拉向你。
和微软的Aero界面类似，在Looking Glass项目中，你也可以调整窗口的透明度。而且可以做的还有更多：你可以让指针移向被覆盖的窗口后面，让前端放置的窗口透明显示，这样你就可以看到被覆盖的内容了。
Looking Glass项目的创新并不仅仅体现在用户界面上。假设你想要给某人写一个便条，内容是有关你将要用邮件发出的一个文档，只要直接打开这个文档，然后翻转窗口显示后面被覆盖的内容，这时候你就可以看到另外一个电子记事本，在那里你可以写你的便条。
Looking Glass项目目前是开源的，而且可以用于Solaris x86以及Linux上。为了吸引开发人员，该项目还有一个3D的应用程序开发环境。
SphereXP
对于那些不是很有必要升级到Windows Vista的Windows XP用户，还有SphereXP可以用。这是一个3D桌面环境，来自斯洛伐克布拉迪斯拉发的Sitesphere（图6）。这个新颖的软件可以为用户提供3D的，面积更大的Windows XP桌面，然而SphereXP并不是Windows XP桌面的代替品，它只是一个以全屏模式运行的程序，让你可以用更有意义的方式组织整理运行中的Windows操作系统的桌面。
安装这个软件后，桌面就变成了一个巨大的球体，窗口和图标都放置在球体内部。你的位置就好像坐在球心处，可以上下左右转动这个球体。如果你的屏幕很杂乱，还可以把应用程序窗口推向一边，还可以推着它们在球体上转，这样在三维视角上这些窗口就离开我们的视野了。你可以旋转或翻转窗口，并将窗口放到你希望的位置。双击一个应用程序后，这个程序的窗口就会跳到我们面前。当你处理完一个窗口的内容后，只要按下Ctrl-W，这个窗口就会重新变为SphereXP界面上的一个对象。
SphereXP中每个应用程序的图案实际上是可缩放的屏幕截图，这个截图是在你按下特定组合热键的时候截取的。听上去这和Windows Aero相比有些原始，但该功能所需的内存和处理器资源都要少很多。一个最基本的具有64MB显存的3D显卡以及256MB内存就足够了，同时还需要有.Net framework 2.0。
XGL
XGL的发布对Linux用户是一则好消息，XGL是广泛使用的X Windows系统的3D环境的补充，具有广泛的向后兼容性（图7）。除了对传统的X Windows应用程序尽可能使用硬件加速外，XGL还利用目前广泛用于3D显卡的OpenGL驱动为所有Linux下的绘制操作加速。
这样Linux用户就可以用到一些独一无二的功能和交互方式。例如，哪怕屏幕的分辨率很高，桌面也有可能变得很杂乱。为了解决这个问题，XGL可以让用户将窗口滑动到屏幕边缘之外。然后你还可以旋转整个桌面，整个桌面类似一个立方体。这样被推到屏幕外面的窗口就会出现在立方体上相邻的面上。用这种方式，整个桌面就变成了一个漫长并且连续的长条，组成长条的每个面都是立方体的面映射来的。
如果和其他OpenGL桌面，例如Compiz配合使用，底层的XGL软件还可以应用不同的桌面风格，甚至包括一个外观和体验都类似Windows Aero界面的风格。例如透明窗口，就可以让你知道在当前程序的窗口下面正在发生什么，而不用你移动或最小化当前窗口。
很多这些创新都具有类似的方式，或者说，在不同开发者看来，3D桌面和环境都是差不多的，但不同人使用自己的方式进行了开发，但是一些研究人员觉得其中某个更好，并且开始考虑从这些改变开始，我们到底应该怎样和计算机交互。不过现在我们知道了，他们的工作现在看起来似乎比较超前，但随着时间的流逝，这其中的某些创新和设计可能变成交互的标准方式。到时候我们甚至可能会忘记了鼠标的存在。
着眼未来
纽约大学计算机科学系的Jefferson Han和他的小组一直在研究和桌面的交互方式，目前的最新进展已经达到使用真实的物体进行物理上的交互。
Han的多向触控交互（Multi-touch interaction）研究已经远远超越了目前类似在售货终端的触摸屏表面上进行的简单的点击操作。他的小组已经生产出完全可以进行交互的多向触控环境，这意味着用户可以同时使用两只手甚至多个物体来操作桌面。例如对于一组照片，将一只手指放在其中一张照片上方，然后移动这只手指，这张照片也会同时移动。将食指放在照片的对角线位置的顶点，外拉手指则可以放大照片，同时内推手指可以缩小照片。在画图程序中，用多只手指在屏幕上拖动就可以画出多条不同颜色的波浪线。
Han的小组已经使用一种叫做受抑全内反射（Frustrated Total Internal Reflection）的技术创造出了这样的多向触控表面。两层透明丙烯酸纤维板作为表面，之间放置了互成角度的LED照明灯，这样就确保了光线不会外泄。另外，两层表面有弹性，通过触摸这个屏幕，顶层表面因为压力产生轻微的形变。形变会导致反射光线的角度发生变化，这样探测器就可以检测到用户按下了哪里导致的形变，以及导致形变的力度大小。
这项技术和用于生物扫描辨认指纹的技术有点类似，而Han的小组目前正在寻找方法判断由不同手指做出的不同动作。例如，食指按下一个按钮可以代表一次鼠标左键点击，而中指则可以代表右键点击。虽然多向触控交互电脑的家用化时间还遥遥无期，不过现在我们依然可以使用Tablet PC部分实现这个功能。
参与多伦多大学Dynamic Graphics项目的科学家Anand Agarawala和Ravin Balakrishnan正在试图把Tablet PC的功能和自己的项目Bump Top（http://honeybrown.ca/Pubs/BumpTop.html）联系在一起，并能实现用笔或者其他物体进行3D交互操作的功能。
Bump Top项目的外在表现是一个真正的桌面，甚至有些散乱，这种技术可以将信息以更加直观的方式表现给用户。例如，一串文档因为一些原因被组在一起，可以针对这一串文件进行操作。分散在桌面各处的图片和文档也可以被组在一起，并放在任何地方。Agarawala和Balakrishnan说，普通计算机提供的整洁桌面令用户失去了把所有物体（文档、文件夹等）随意放置的乐趣。
这两位老兄正在试图创建类似真正桌面的计算机桌面环境，捡起一个文件并在Bump Top的桌面上把文件扔出去，这个文件就会出现在桌面的另一端，也许还会撞进其他文件，并让其他文件产生轻微的移动。将一组文件扔到屏幕的角落，这组文件的排列就会松散很多，就像在现实世界中一样。把一个文件放在另一个上面，这些文件就会排成一串。
笔友
笔势可以让我们分组和操作文件。通过套选一个组，你就可以将被选中的物体紧密堆叠起来，然后像书页那样翻动，或者像纸牌那样摊开，在里面寻找特定的一个。你甚至还可以把文档从一个“串”中拉出来，塞到另一个“串”里，这一切只需要用笔势就可以做到。这似乎是很智能的东西，不过在全世界都开始研究和计算机的交互方式时，微软研究院也没有闲着。
有一项很先进的技术，叫做Task Gallery（http://research.microsoft.com/adapt/TaskGallery），不像其他类似项目只有一个桌面，Task Gallery支持多桌面，桌面互相围绕成一个3D的环境，就好像美术馆的房间（图8）。不过这个房间的墙上挂的不是画，每个“展品”实际上都是一个桌面。从屏幕上看过去，用户可以站立、转身，甚至走到其他桌面上打开不同的应用程序。
微软使用了一些行为心理学技术来评估人们会如何使用gallery。有趣的是，研究发现，很多人觉得这是一个真正的3D环境，而没有发现这其实只是一个有意思的桌面主题。例如，他们会想起来，自己曾把一个浏览器窗口留在了左边的墙面上，而右边的墙面上有Word。
这些项目的开发需要知道这个问题的答案：“Windows Vista之后会有什么？”，不管会有什么，只要有越多的开发人员参与寻找其他交互方法，找到的可能性就越大。但是历史证明，今天的胜者明天不一定会胜利。随着开源软件的崛起，也许可用性和公众的口味有一天会变得和市场宣传以及业界地位一样有影响力。
对于那些硬件性能足够强大的电脑，Windows Vista为计算机提供了一种全新的体验，而为了能产生吸引人的Aero界面，微软的旗舰操作系统也需要更高性能的硬件。但这真的就是GUI（Graphical User Interface，图形用户界面）设计的顶峰吗？
根据一些创新的研究和开发人员所说，这还远远不够。已经有一大批正式发布的产品、开源软件以及研究项目都在试图挑战微软在桌面领域的成就。
那么目前除了Vista，还有其他类似产品出现吗？更重要的是，这些产品可以满足我们目前和将来几年与计算机交互的需要吗？这些产品对我们现在的影响能否像以前鼠标对打字员的影响那样深远？
抛开这些不说，未来我们到底希望有怎样的全新用户界面？似乎有多少研究组在研究如何改进我们和计算机的交互方式，这个问题就有多少答案。有一个研究组已经找到了一种方式来取代鼠标，进而可以让我们不再使用双手，直接就能和屏幕上显示的内容进行交互。其他人则希望能够通过改进，让我们不用再进行物理上的接触。而微软自己目前的趋势是有朝一日人们使用计算机的过程就像在参观画廊。
GUI的崛起
今天色彩鲜艳、使用便利的桌面和应用程序看起来和早期的计算机已经有了翻天覆地的区别，但实际上，第一个符合我们今天的定义的GUI界面却出现在四十多年前。
二十世纪六十年代，研究人员开始考虑计算机是否可以帮助我们按照人类而非计算机的方式组织知识和概念。位于加州斯坦福研究院ARC（Augmentation Research Center，扩大研究中心）的一项计划就对今天的计算机领域产生了深远影响。
由美国的计算机科学家Douglas Engelbart发起，Online System计划（NLS）为组织和共享知识开发了一种计算机协作系统。这个系统最先使用了早期的三键鼠标（由Engelbart发明），这套系统就以在显示控制台上显示基本的窗口系统为特色，而且为了在项目之间导航，这套系统还带有超文本系统（1968 NLS演示视频可以在http://tinyurl.com/9km7在线观看）。
也许更有远见的地方在于，这套系统使用了一套叫做Journal的协作软件。这个软件是由研究员David Evans为他的斯坦福大学博士论文编写的，1970年初被加入了NLS。Journal的功能被认为是今天的Wiki软件的雏形（Wiki是一种协作系统，由Wikipedia开发，详见www.wikipedia.org）。
二十世纪七十年代早期，因为债务问题，该项目的关键人物离开ARC，加入了施乐的帕洛阿尔托研究中心（Palo Alto Research Center，PARC）。正在这时，GUI借着加州的阳光正式起飞，PARC成为今天很多计算机技术的诞生地。位映像图（Bitmapped graphic）、窗口、图标、鼠标，以及指向和点击操作，都是1973年在施乐的Alto计算机上诞生的。
主要由项目领导Chuck Thacker开发的Alto体积约等于一个小型的冰箱，最大支持512KB内存和2.5MB硬盘。奇怪的是，Alto的图像显示模式是纵向的，而不是我们后来常用的横向。
众所周知，鼠标对Alto用户具有很大的吸引力，尤其是这台机器还具有窗口环境。使用位图显示方式还使得这台机器可以运行第一套桌面出版系统。唯一的问题在于100000美元的售价。
1981年，PARC发布了Star，一种普及型的Alto计算机。这时的GUI模拟出了办公环境的常见对象。这样，用户就可以看到文件夹和文件。删除一个文档只需要把这个文档移动到屏幕上的垃圾箱中，点击一个文档则可以打开相应的程序，这样人们就不用考虑这种类型的文档到底要用哪个软件来打开。
Star的设计者还使用过对象穿越（objects throughout）的概念（图1）。例如，在电子表格程序中创建的图表对象可以被包含在另外一个报告文档中。这台计算机还使用了PARC设计的以太网络系统。不过同样，唯一的问题还是售价，高达16000美元的售价意味着为一个繁忙的办公室买两三台这样的计算机的代价还显得有些高。
Apple公司很快意识到Star计算机的功能中包含的市场潜力，但这有一个前提就是售价不能太高。1983年发布的Apple Lisa（图3）是第一台使用了GUI和鼠标的低成本（9995美元）商业台式机。
虽然在商业上完全失败了，不过Lisa让所有人都能够使用电脑，而且也见证了它的继任者，1984年发布的，售价2495美元的Macintosh计算机的成功。
差不多在同一时间，很多Unix社区也开始考虑GUI。因为有极端强大但也异常复杂的命令行用户界面，Unix曾是程序员的梦想，但却是最终用户的梦魇。Unix需要GUI。
最初于1984年诞生在麻省理工（MIT）的X Windows则包含了一些更灵活的功能，这些功能可以被看作今天Unix以及Linux桌面的基础。X Windows本身并不是GUI，而只是一个服务工具包，帮助其他程序创建用户界面和桌面环境。这种灵活性导致了相关图形界面的多样化，而且还促成了我们会在下文介绍的和其他界面技术和平共处的高级用户界面。但是这是怎么做到的？
1985年经过广泛的宣传后，微软的Windows 1.0取代了其前辈DOS，成为一个具有友好图形界面的前端操作系统，给了PC用户和Mac用户一样的计算机使用乐趣。1987年12月Windows 2.0的发布巩固了微软在桌面操作系统方面的地位。随后，Windows 3.11于1990年发布，该系统的界面经过修改，而且第一次支持网络存储。
多任务操作系统Windows 95的发布证明，至少在PC平台上，微软是唯一的胜利者。在发布了Windows 98后，这家公司在四天内就卖出了一百万份拷贝。自那时起，从前端到操作系统的转变在Windows 2000发布后彻底完成了，随后微软还发布了Windows XP以及现在的Vista。
最新推出的Aero
发布Windows Vista时，微软已经彻底重新设计了自己的操作系统，在一定程度上解决了一些安全问题，不过同时还改进了这一旗舰产品的外观和体验。这个新的GUI交互模式就叫Aero，它不仅和微软老版本系统有很大不同，而且成了自从Windows 1.0发布后最彻底的改进。
Vista是一个强大，对硬件性能要求高的操作系统（图5），要求计算机至少有1GHz主频的处理器以及1GB内存。同时该操作系统还要求有支持DirectX 9的显卡，并且最少有128MB显存。这个操作系统的安装本身需要40GB硬盘空间，另外还需要额外的15GB空间来运行。
尽管如此，Vista提供的Aero用户界面也是一次趋势的重大转变，它为我们提供了感受名为桌面窗口管理器（Desktop Window Manager，DWM）能力的一个机会。
充满机遇的窗口
DWM将Aero界面的各种元素组合在一起，因此也就需要满足一定要求的显卡。在以前版本Windows的GUI中，应用程序通常将自己的界面直接描绘到单屏幕缓冲区（single screen buffer），利用程序调用标准图形子系统。如果用户移动了一个窗口，操作系统就会通知对应的应用程序，并要求程序重绘自己的窗口。每个被移动操作影响的应用程序都需要重绘自己的窗口。然而DWM通过更灵活，更有效率的方法处理这一过程。
因为不再需要将自己的输出内容绘制到单屏幕缓冲区，因此当应用程序发出调用让子系统绘制它的界面时，输出内容会自动发送给一系列专用缓冲区（private buffers）之一，每个程序都有一个这样的专用缓冲区。然后DWM把这些需要绘制的内容组合起来，并在屏幕上显示出用户最终看到的内容。
如果需要在屏幕上移动应用程序的窗口，只需要DWM重绘该程序专用缓冲区中的内容，然后发送到显卡缓存中就可以了，不再需要每个被影响到的程序都重绘自己的界面，而且只要系统当前不是很繁忙，移动窗口的时候通常都不会在窗口四周留下难看的拖影。因为DWM控制了相对独立的视频缓冲区，因此还可以生成以往应用程序自己直接生成窗口时难于实现的一些特殊效果。
例如，DWM可以轻松地给界面应用透明效果。让多个具有透明效果的窗口堆叠在桌面上，原本需要每个应用程序单独计算并生成对应窗口的透明效果，但有了DWM后，这个计算只要进行一次，然后根据专用缓冲区的全部内容来生成即可。
这种更加高效的方式能够让处理器用于产生其他更高质量的效果。例如，Vista中窗口上表现出来的Aero Glass效果就能表现出一种很明显的半透明质感。该功能可以表现出被表层像素覆盖的内容，就好像光线透过前端的玻璃照射到后面的窗口一样。很多层窗口重叠在一起之后还能表现出柔化的效果，这让整个屏幕更真实，更立体。
因为这时候应用程序都会将自己的图形输出内容发送到专用缓冲区，因此DWM就可以通过多种方式转换并使用这些数据。例如，DWM可以翻转窗口，或者重设窗口大小，甚至还可以用立体的方式堆叠显示所有窗口。为每个应用程序使用各自独立的视频缓冲区的另外一个好处是DWM可以缩放缓冲区的内容，而这一特性也具有很多功能。
例如，高分辨率显示器用户有时候会觉得，因为屏幕的分辨率太大，所以应用程序的界面看起来有些小。DWM则可以自动缩放窗口以及窗口中内容的大小，以符合屏幕的面积，而不是像以前那样仅仅增大屏幕上元素之间的间距。
缩放的另一个用途是，为每一个运行的程序在任务栏上显示一个缩略图。这样用户就可以直接看到每个窗口中当前的内容，而不用每一次先把程序的窗口最大化。缩略图还可以实时更新，因为应用程序会实时更新自己的缓冲区，例如Windows Media Player虽然可以最小化，但是依然在播放视频，而这时我们就可以通过任务栏的缩略图按钮看到播放的视频内容。
Windows Vista中DirectX的版本也升级到了10，这也是使用高性能显卡的另一个原因（关于DirectX 10的详细信息，请参考《个人电脑》2007年5期174页）。DirectX不再评估你的显卡性能，然后根据评估结果表现出相应的功能。相反，它会直接假设你的显卡可以支持自己的全部特性。
DirectX 10的一项有用功能是硬件虚拟化（hardware virtualization）技术的应用。这个功能的使用使得不同应用程序使用显卡的时候都感觉到只有自己在使用这块显卡。这意味着，一些程序，例如流媒体视频程序“认为”自己可以对显卡进行独占访问，以满足自己的需要。虽然Windows Vista有如此多的创新功能，对于大部分人来说，Aero只是一批研究项目之一，而这个项目也已经投入了实际应用，并承诺可以给我们使用计算机的方式带来一场革命。
Looking Glass项目
不仅Vista中引入了一种全新的带有3D功能的桌面，Sun Microsystems的研究员也在自己的Solaris工作站中考虑加入完整的3D环境，这就是Looking Glass项目。
Sun已经完全放弃了传统的，平面的桌面，转而使用一种真正的3D空间，就连墙纸也是空间的3D照片。随着视角拉近或者停留，背景的墙纸也会有相应的变化，就像一张3D照片，因此你可以随意改变自己的位置，例如停留在大峡谷欣赏日落，或者在星系之间查看自己感兴趣的行星。
这就是3D环境，如果你打开了窗口也不必着急，开发人员的努力让你可以不仅可以把窗口移动到屏幕边缘，还可以把窗口推到远方或者拉向你。
和微软的Aero界面类似，在Looking Glass项目中，你也可以调整窗口的透明度。而且可以做的还有更多：你可以让指针移向被覆盖的窗口后面，让前端放置的窗口透明显示，这样你就可以看到被覆盖的内容了。
Looking Glass项目的创新并不仅仅体现在用户界面上。假设你想要给某人写一个便条，内容是有关你将要用邮件发出的一个文档，只要直接打开这个文档，然后翻转窗口显示后面被覆盖的内容，这时候你就可以看到另外一个电子记事本，在那里你可以写你的便条。
Looking Glass项目目前是开源的，而且可以用于Solaris x86以及Linux上。为了吸引开发人员，该项目还有一个3D的应用程序开发环境。
SphereXP
对于那些不是很有必要升级到Windows Vista的Windows XP用户，还有SphereXP可以用。这是一个3D桌面环境，来自斯洛伐克布拉迪斯拉发的Sitesphere（图6）。这个新颖的软件可以为用户提供3D的，面积更大的Windows XP桌面，然而SphereXP并不是Windows XP桌面的代替品，它只是一个以全屏模式运行的程序，让你可以用更有意义的方式组织整理运行中的Windows操作系统的桌面。
安装这个软件后，桌面就变成了一个巨大的球体，窗口和图标都放置在球体内部。你的位置就好像坐在球心处，可以上下左右转动这个球体。如果你的屏幕很杂乱，还可以把应用程序窗口推向一边，还可以推着它们在球体上转，这样在三维视角上这些窗口就离开我们的视野了。你可以旋转或翻转窗口，并将窗口放到你希望的位置。双击一个应用程序后，这个程序的窗口就会跳到我们面前。当你处理完一个窗口的内容后，只要按下Ctrl-W，这个窗口就会重新变为SphereXP界面上的一个对象。
SphereXP中每个应用程序的图案实际上是可缩放的屏幕截图，这个截图是在你按下特定组合热键的时候截取的。听上去这和Windows Aero相比有些原始，但该功能所需的内存和处理器资源都要少很多。一个最基本的具有64MB显存的3D显卡以及256MB内存就足够了，同时还需要有.Net framework 2.0。
XGL
XGL的发布对Linux用户是一则好消息，XGL是广泛使用的X Windows系统的3D环境的补充，具有广泛的向后兼容性（图7）。除了对传统的X Windows应用程序尽可能使用硬件加速外，XGL还利用目前广泛用于3D显卡的OpenGL驱动为所有Linux下的绘制操作加速。
这样Linux用户就可以用到一些独一无二的功能和交互方式。例如，哪怕屏幕的分辨率很高，桌面也有可能变得很杂乱。为了解决这个问题，XGL可以让用户将窗口滑动到屏幕边缘之外。然后你还可以旋转整个桌面，整个桌面类似一个立方体。这样被推到屏幕外面的窗口就会出现在立方体上相邻的面上。用这种方式，整个桌面就变成了一个漫长并且连续的长条，组成长条的每个面都是立方体的面映射来的。
如果和其他OpenGL桌面，例如Compiz配合使用，底层的XGL软件还可以应用不同的桌面风格，甚至包括一个外观和体验都类似Windows Aero界面的风格。例如透明窗口，就可以让你知道在当前程序的窗口下面正在发生什么，而不用你移动或最小化当前窗口。
很多这些创新都具有类似的方式，或者说，在不同开发者看来，3D桌面和环境都是差不多的，但不同人使用自己的方式进行了开发，但是一些研究人员觉得其中某个更好，并且开始考虑从这些改变开始，我们到底应该怎样和计算机交互。不过现在我们知道了，他们的工作现在看起来似乎比较超前，但随着时间的流逝，这其中的某些创新和设计可能变成交互的标准方式。到时候我们甚至可能会忘记了鼠标的存在。
着眼未来
纽约大学计算机科学系的Jefferson Han和他的小组一直在研究和桌面的交互方式，目前的最新进展已经达到使用真实的物体进行物理上的交互。
Han的多向触控交互（Multi-touch interaction）研究已经远远超越了目前类似在售货终端的触摸屏表面上进行的简单的点击操作。他的小组已经生产出完全可以进行交互的多向触控环境，这意味着用户可以同时使用两只手甚至多个物体来操作桌面。例如对于一组照片，将一只手指放在其中一张照片上方，然后移动这只手指，这张照片也会同时移动。将食指放在照片的对角线位置的顶点，外拉手指则可以放大照片，同时内推手指可以缩小照片。在画图程序中，用多只手指在屏幕上拖动就可以画出多条不同颜色的波浪线。
Han的小组已经使用一种叫做受抑全内反射（Frustrated Total Internal Reflection）的技术创造出了这样的多向触控表面。两层透明丙烯酸纤维板作为表面，之间放置了互成角度的LED照明灯，这样就确保了光线不会外泄。另外，两层表面有弹性，通过触摸这个屏幕，顶层表面因为压力产生轻微的形变。形变会导致反射光线的角度发生变化，这样探测器就可以检测到用户按下了哪里导致的形变，以及导致形变的力度大小。
这项技术和用于生物扫描辨认指纹的技术有点类似，而Han的小组目前正在寻找方法判断由不同手指做出的不同动作。例如，食指按下一个按钮可以代表一次鼠标左键点击，而中指则可以代表右键点击。虽然多向触控交互电脑的家用化时间还遥遥无期，不过现在我们依然可以使用Tablet PC部分实现这个功能。
参与多伦多大学Dynamic Graphics项目的科学家Anand Agarawala和Ravin Balakrishnan正在试图把Tablet PC的功能和自己的项目Bump Top（http://honeybrown.ca/Pubs/BumpTop.html）联系在一起，并能实现用笔或者其他物体进行3D交互操作的功能。
Bump Top项目的外在表现是一个真正的桌面，甚至有些散乱，这种技术可以将信息以更加直观的方式表现给用户。例如，一串文档因为一些原因被组在一起，可以针对这一串文件进行操作。分散在桌面各处的图片和文档也可以被组在一起，并放在任何地方。Agarawala和Balakrishnan说，普通计算机提供的整洁桌面令用户失去了把所有物体（文档、文件夹等）随意放置的乐趣。
这两位老兄正在试图创建类似真正桌面的计算机桌面环境，捡起一个文件并在Bump Top的桌面上把文件扔出去，这个文件就会出现在桌面的另一端，也许还会撞进其他文件，并让其他文件产生轻微的移动。将一组文件扔到屏幕的角落，这组文件的排列就会松散很多，就像在现实世界中一样。把一个文件放在另一个上面，这些文件就会排成一串。
笔友
笔势可以让我们分组和操作文件。通过套选一个组，你就可以将被选中的物体紧密堆叠起来，然后像书页那样翻动，或者像纸牌那样摊开，在里面寻找特定的一个。你甚至还可以把文档从一个“串”中拉出来，塞到另一个“串”里，这一切只需要用笔势就可以做到。这似乎是很智能的东西，不过在全世界都开始研究和计算机的交互方式时，微软研究院也没有闲着。
有一项很先进的技术，叫做Task Gallery（http://research.microsoft.com/adapt/TaskGallery），不像其他类似项目只有一个桌面，Task Gallery支持多桌面，桌面互相围绕成一个3D的环境，就好像美术馆的房间（图8）。不过这个房间的墙上挂的不是画，每个“展品”实际上都是一个桌面。从屏幕上看过去，用户可以站立、转身，甚至走到其他桌面上打开不同的应用程序。
微软使用了一些行为心理学技术来评估人们会如何使用gallery。有趣的是，研究发现，很多人觉得这是一个真正的3D环境，而没有发现这其实只是一个有意思的桌面主题。例如，他们会想起来，自己曾把一个浏览器窗口留在了左边的墙面上，而右边的墙面上有Word。
这些项目的开发需要知道这个问题的答案：“Windows Vista之后会有什么？”，不管会有什么，只要有越多的开发人员参与寻找其他交互方法，找到的可能性就越大。但是历史证明，今天的胜者明天不一定会胜利。随着开源软件的崛起，也许可用性和公众的口味有一天会变得和市场宣传以及业界地位一样有影响力。