グラフィカルユーザーインターフェース

グラフィカルユーザーインターフェース（GUI ）^[a]は、ユーザーがグラフィカルアイコンや二次表記などの視覚的なインジケータを通じて電子デバイスを操作できるようにするユーザーインターフェースの一種です。多くのアプリケーションでは、入力されたコマンドラベルやテキストナビゲーションに基づくテキストベースのUIの代わりにGUIが使用されています。GUIは、コンピューターのキーボードでコマンドを入力する必要があるコマンドラインインターフェース（CLI）^{[4] [5] [6]}の習得が急であると考えられていたことへの反応として導入されました。

GUIでの操作は通常、グラフィカル要素を直接操作することによって実行されます。 ^{[7] [8] [9]}コンピュータ以外にも、GUIはMP3プレーヤー、ポータブルメディアプレーヤー、ゲーム機、スマートフォン、小型の家庭用、オフィス用、産業用制御装置など、多くの携帯型モバイルデバイスで使用されています。GUIという用語は、ゼロックスパロアルト研究所でのコンピュータサイエンス研究の伝統に従い、一般的な情報を記述できる2D表示画面の範囲に限定されているため、ビデオゲーム（ヘッドアップディスプレイ（HUD）^[10]が好まれる）などの他の低解像度のインターフェイスには適用されず、ボリューメトリックディスプレイ^[11]などのフラットスクリーンも含まれません。

GUI の視覚的構成と時間的動作を設計することは、人間とコンピュータの相互作用の分野におけるソフトウェア アプリケーションプログラミングの重要な部分です。その目標は、格納されたプログラムの基礎となる論理設計の効率と使いやすさを向上させることであり、これはユーザビリティと呼ばれる設計分野です。ユーザー中心設計の手法は、設計で導入された視覚言語がタスクにうまく適合していることを確認するために使用されます。

アプリケーションの目に見えるグラフィカルインターフェース機能は、クロームまたはGUIと呼ばれることがあります。^{[12] [13] [14]}通常、ユーザーは、保持するデータの種類に適した対話を可能にする視覚的なウィジェットを操作することによって、情報と対話します。 適切に設計されたインターフェースのウィジェットは、ユーザーの目的を達成するために必要なアクションをサポートするように選択されます。モデル-ビュー-コントローラーは、インターフェースがアプリケーション機能から独立し、間接的にリンクされている柔軟な構造を可能にするため、GUIを簡単にカスタマイズできます。 これにより、ユーザーは自由に異なるスキンやテーマを選択または設計でき、ユーザーのニーズが進化するにつれてインターフェースを変更する設計者の作業が容易になります。 優れた GUI 設計は、ユーザーとの関連性が高く、システムアーキテクチャとの関連性は低くなります。ウィンドウなどの大きなウィジェットは通常、Web ページ、電子メールメッセージ、描画などの主要なプレゼンテーションコンテンツのフレームまたはコンテナーを提供します。 小さいウィジェットは通常、ユーザー入力ツールとして機能します。

GUIは、アプリケーション固有のGUIとして、垂直市場の要件に合わせて設計される場合があります。例としては、現金自動預け払い機（ATM）、レストランのPOS（販売時点管理）タッチスクリーン、^{[15]小売店で使用される} セルフサービスチェックアウト、航空会社のセルフチケットおよびチェックイン、駅や博物館などの公共スペースの情報キオスク、リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）を採用した組み込み産業用アプリケーションのモニターまたは制御画面などがあります。

携帯電話や携帯ゲーム システムでも、アプリケーション固有のタッチスクリーン GUI が採用されています。最近の自動車では、ナビゲーション システムやマルチメディア センター、またはナビゲーションとマルチメディア センターの組み合わせで GUI が使用されています。

• サンプルグラフィカル環境
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  GNOMEシェル
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  KDE プラズマ 6
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  メイト
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  Wayland コンポジターのサンプル上の Windows
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  エクセ
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  啓発
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  砂糖
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  twm X Window System 環境
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  dwmタイル ウィンドウマネージャ
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  シナモン
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  フォッシュ

GUI は、テクノロジとデバイスの組み合わせを使用して、情報の収集と生成のタスクのためにユーザーが対話できるプラットフォームを提供します。

視覚言語に準拠した一連の要素は、コンピュータに保存されている情報を表現するために進化してきました。これにより、コンピュータのスキルがあまりない人でもコンピュータソフトウェアを簡単に操作して使用できるようになりました。GUIにおけるこのような要素の最も一般的な組み合わせは、特にパーソナルコンピュータでは、ウィンドウ、アイコン、テキストフィールド、キャンバス、メニュー、ポインタ（WIMP）パラダイムです。^[16]

WIMP スタイルのインタラクションでは、仮想入力デバイスを使用して、ポインティング デバイスのインターフェイス(ほとんどの場合、マウス)の位置を表し、ウィンドウに整理されてアイコンで表された情報を表示します。使用可能なコマンドはメニューにまとめられ、ポインティング デバイスでジェスチャを行うことでアクションが実行されます。ウィンドウマネージャーは、ウィンドウ、アプリケーション、およびウィンドウ システム間のインタラクションを容易にします。ウィンドウ システムは、ポインティング デバイス、グラフィックス ハードウェア、ポインターの位置などのハードウェア デバイスを処理します。

パーソナル コンピュータでは、これらすべての要素がデスクトップ メタファーを通じてモデル化され、デスクトップ環境と呼ばれるシミュレーションが生成されます。このシミュレーションでは、ディスプレイがデスクトップを表し、その上にドキュメントやドキュメントのフォルダーを配置できます。ウィンドウ マネージャーとその他のソフトウェアを組み合わせることで、さまざまなレベルの現実感でデスクトップ環境をシミュレートできます。

エントリは、テキストや詳細のためのスペースを確保するためにリスト形式で表示される場合もあれば、コンパクトさや大きなアイコンのためにグリッド形式で表示され、テキスト用のスペースがほとんどない場合もあります。その中間には、複数の列を持つリストや、アイコンから横にテキストの行が伸びるグリッド形式などのバリエーションがあります。^[17]

ウェブ上でよく見られる複数行と複数列のレイアウトは、「シェルフ」と「ウォーターフォール」です。前者は画像検索エンジンで見られ、画像の高さは固定されていますが長さは可変で表示され、通常は CSS プロパティとパラメータ で実装されます。ImgurやTweetDeckで見られる、幅は固定display: inline-block;ですがアイテムごとに高さが可変のウォーターフォール レイアウトは、通常は を指定して実装されます。 column-width:

パーソナルデジタルアシスタント（PDA）やスマートフォンなどの小型のモバイルデバイスでは、スペースや利用可能な入力デバイスの制約により、通常、異なる統一メタファーを持つWIMP要素が使用されます。WIMPが適していないアプリケーションでは、ポストWIMP UIと呼ばれる新しいインタラクション技術が使用される場合があります。^[18]

2011年現在、AppleのiOS（iPhone）やAndroidなどのタッチスクリーンベースのオペレーティングシステムの一部は、ポストWIMPと呼ばれるGUIクラスを使用しています。これらは、ディスプレイに接触した複数の指を使用するインタラクションスタイルをサポートしており、1つのポインターとマウスではサポートされていないピンチや回転などの操作が可能です。^[19]

GUI との効率的な対話のためのヒューマン インターフェイス デバイスには、特にキーボード ショートカットと一緒に使用されるコンピューター キーボード、カーソル(またはポインター) を制御するためのポインティングデバイス (マウス、ポインティング スティック、タッチパッド、トラックボール、ジョイスティック)、仮想キーボード、およびヘッドアップ ディスプレイ(目の高さにある半透明の情報デバイス) が含まれます。

GUI に影響を与えるプログラムによって実行されるアクションもあります。たとえば、コンピュータ プログラム間の通信を容易にする inotifyやD-Busなどのコンポーネントがあります。

アイヴァン・サザーランドは1963 年にスケッチパッドを開発した。これは、最初のグラフィカルなコンピュータ支援設計プログラムとして広く知られている。スケッチパッドは、ライトペンを使用して、協調グラフィックスを使用して、リアルタイムでエンジニアリング図面内のオブジェクトを作成および操作した。1960 年代後半には、ダグラス・エンゲルバート率いるスタンフォード研究所の研究者が、当時新しかったマウスで操作するテキストベースのハイパーリンクを使用するオンライン システム(NLS)を開発した(1968 年の NLS のデモは、「すべてのデモの母」として知られるようになった)。1970 年代には、エンゲルバートのアイデアはゼロックス PARCの研究者、特にアラン・ケイによってさらに洗練され、グラフィックスに拡張された。ケイは、テキストベースのハイパーリンクを超えて、1973 年にリリースされたゼロックス Altoコンピューターで実行されたSmalltalk プログラミング言語のメイン インターフェイスとして GUI を使用した。現代の汎用 GUI のほとんどは、このシステムから派生したものである。

ゼロックスPARC GUIは、ウィンドウ、メニュー、ラジオボタン、チェックボックスなどのグラフィカル要素で構成されていました。アイコンの概念は、ケイの指導の下でこのテーマに関する論文を書いたデビッド・キャンフィールド・スミスによって後に導入されました。 ^{[20] [21] [22]} PARC GUIは、キーボードとともにポインティングデバイスを使用します。これらの側面は、ウィンドウ、アイコン、メニュー、ポインティングデバイス（WIMP ）の代替用語と頭字語を使用することで強調できます。この取り組みは、1973年にGUIを備えた最初のコンピューターであるゼロックスAltoで最高潮に達しましたが、このシステムは商業生産には至りませんでした。

GUIを搭載した最初の市販コンピュータは、1979年にThree Rivers Computer Corporationが製造したPERQワークステーションでした。その設計は、Xerox PARCの研究に大きく影響を受けました。1981年に、Xeroxは最終的にAltoのアイデアを新しい拡張システムの形で商品化しました。それがXerox 8010 Information Systemで、通称Xerox Starです。^{[23] [24]これらの初期のシステムは、} Symbolicsや他のメーカーによるLispマシン、1983年のApple Lisa （メニューバーとウィンドウコントロールの概念を提示）、 1984年のApple Macintosh 128K、Digital ResearchのGEMを搭載したAtari ST、1985年のCommodore Amigaなど、他の多くのGUIの取り組みを刺激しました。Visi Onは1983年にIBM PC互換機用にリリースされましたが、ハードウェアの要求が高かったため人気が出ることはありませんでした。^{[25]それにもかかわらず、それは当時の}マイクロソフト・ウィンドウズの開発に決定的な影響を与えました。^[26]

Apple、Digital Research、IBM、Microsoft は Xerox のアイデアを多く取り入れて製品を開発し、IBM のCommon User Access仕様は Microsoft Windows、IBM OS/2 Presentation Manager、Unix Motifツールキットおよびウィンドウ マネージャーで使用される GUI の基礎を形成しました。これらのアイデアは、Microsoft Windows の現在のバージョンや、macOS やLinuxなどのUnix 系オペレーティング システムのさまざまなデスクトップ環境に見られるインターフェイスを作成するために進化しました。したがって、現在の GUI のほとんどは、大部分が共通のイディオムを持っています。

GUIは1980年代初頭にホットな話題でした。Apple Lisaは1983年にリリースされ、DOSオペレーティングシステム（PC GEMやPC/GEOSを含む）用のさまざまなウィンドウシステムが存在していました。多くのプラットフォームの個々のアプリケーションは、独自のGUIバリアントを提供しました。^[27] GUIの利点にもかかわらず、多くのレビューアは、ハードウェアの制限や互換性のあるソフトウェアを見つける問題を挙げて、^[28]全体のコンセプトの価値を疑問視しました。

1984年、アップルはCBSの第18回スーパーボウルの放送中に、ジョージ・オーウェルの有名な小説『1984年』を暗示したApple Macintoshを紹介するテレビコマーシャルをリリースした。 ^[29]このコマーシャルの目的は、人々にコンピュータについて考えさせ、従来のビジネス指向のシステムから逸脱したパーソナルコンピュータとしてのユーザーフレンドリーなインターフェースを示し、^[30]アップル製品の代表的な表現となった。^[31]

1985 年、コモドールはAmiga 1000 を、 WorkbenchおよびKickstart 1.0 ( Intuition を含む)とともにリリースしました。このインターフェイスは個別のタスクとして実行されるため、応答性が非常に高く、当時の他の GUI とは異なり、プログラムがビジー状態であってもフリーズすることはありませんでした。さらに、これは仮想デスクトップに似た機能を導入した最初の GUI でした。

Windows 95は、大規模なマーケティングキャンペーンを伴い^[32] 、発売時に市場で大きな成功を収め、すぐに最も人気のあるデスクトップオペレーティングシステムになりました。^[33]

2007年にiPhone ^{[34] 、その後2010年に}iPad ^[35]を発表し、 AppleはWIMP以降のマルチタッチスクリーン の操作方法を普及させ、これらのデバイスはモバイルデバイスの開発における画期的な出来事とみなされました。^{[36] [37]}

2010年代中盤から後半の時点で、ほとんどの人が慣れ親しんでいるGUIは、デスクトップおよびラップトップコンピューターではMicrosoft Windows、macOS、X Window Systemインターフェース、ハンドヘルド（スマートフォン）デバイスではAndroid、AppleのiOS、Symbian、BlackBerry OS、Windows Phone / Windows 10 Mobile、Tizen、WebOS、Firefox OSです。^{[38] [39]}

コマンドラインインターフェースで使用できるコマンドは多数あるため、短い単語と記号のシーケンスを使用して複雑な操作を実行できます。カスタム関数を使用すると、頻繁に使用するアクションに簡単にアクセスできます。コマンドラインインターフェースは、タスクに必要な情報のみを呼び出すため、より軽量です。たとえば、プレビューサムネイルやWebページのグラフィカルレンダリングはありません。これにより、多くのコマンドを学習すると、効率と生産性が向上します。^{[4]しかし、コマンドワードが簡単に見つかったり}覚えられなかったりする ため、このレベルに到達するには時間がかかります。また、ユーザーが多くのパラメーターを含む長いコマンドや複数の異なるファイル名を一度に入力する必要がある場合、コマンドラインの使用は遅くなり、エラーが発生しやすくなります。ただし、ウィンドウ、アイコン、メニュー、ポインター( WIMP )インターフェースは、システムで使用可能なコマンドの一部を表し、トリガーできる 多くのウィジェットをユーザーに提供します。

ダイアログがシステムの奥深くに埋め込まれていたり、再設計中に別の場所に移動されたりすると、GUI が非常に難しくなる可能性があります。また、アイコンやダイアログ ボックスは、通常、ユーザーがスクリプトを作成するのが難しくなります。

WIMP では、画面上の特定の位置にあるすべてのキーとクリックの意味は常に再定義されるため、モードが広範に使用されます。コマンドライン インターフェイスでは、現在のディレクトリや環境変数など、限られた形式でのみモードが使用されます。

最近のオペレーティング システムのほとんどはGUI とある程度の CLI の両方を提供していますが、通常は GUI の方が注目されます。

GUI ラッパーは、 （通常は） LinuxやUnix 系のソフトウェア アプリケーションのコマンド ライン インターフェイスバージョン（CLI）と、それらのテキスト ベースの UIまたは入力されたコマンド ラベルを回避する方法です。コマンド ラインまたはテキスト ベースのアプリケーションでは、ユーザーはプログラムを非対話的に実行できますが、それらの上に GUI ラッパーを置くと、キーボードでコマンドを入力する必要があるコマンド ラインの急峻な学習曲線を回避できます。GUI ラッパーを起動すると、ユーザーは、たとえばデスクトップ環境のグラフィカルアイコンや視覚的なインジケーターなどを使用して、 GUI ラッパーを直感的に操作、起動、停止、および動作パラメータの変更を行うことができます。アプリケーションは両方のインターフェイスを提供する場合もありますが、その場合、GUI は通常、コマンド ライン バージョンの WIMP ラッパーです。これは、Unix 系のオペレーティング システム用に設計されたアプリケーションで特に一般的です。後者は、アイコンの設計やボタンの配置などのインターフェイスの詳細を気にすることなく、開発者が製品の機能のみに集中できるため、最初に実装されていました。このようにプログラムを設計すると、ユーザーはシェル スクリプトでプログラムを実行することもできます。

多くの環境やゲームでは、 3D グラフィックスの手法を使用して3D GUI オブジェクトを画面に投影します。3D グラフィックスは、メインストリームのオペレーティング システム (例: Windows Aero、Aqua (MacOS)) で、魅力的なインターフェイス (eye candy と呼ばれる) (ウィンドウやカーソルの下のドロップ シャドウの使用など) を作成するため、または 3 次元でのみ可能な機能目的のために、ますます一般的になっています。たとえば、ユーザーの切り替えは、各ユーザーの作業スペースを表す面を持つ立方体を回転させることによって表され、ウィンドウ管理は、Windows VistaのRolodexスタイルの反転メカニズムによって表されます( Windows Flip 3Dを参照)。どちらの場合も、オペレーティング システムはウィンドウをオンザフライで変換しながら、それらのウィンドウのコンテンツを更新し続けます。

GUIは通常WIMPベースですが、Microsoft Bob、3dwm、File System Navigator、File System Visualizer、3D Mailbox、^{[40] [41]}、GopherVRなどで使用されているような他のメタファーが時々登場します。ズーム(ZUI)は関連技術であり、3D環境の表現上の利点を、方向の問題や隠れたオブジェクトといったユーザビリティの欠点なしに実現することを約束します。2006年に、Hillcrest Labsはテレビ用の最初のZUIを発表しました。^{[42]その他の革新には、} PlayStation 2のメニュー、 Xboxのメニュー、SunのProject Looking Glass、Project Looking Glassに似たMetisse 、 ^[43] ユーザーが物理的な文書であるかのようにリアルな動きと物理法則で文書やウィンドウを操作できるBumpTop 、コラボレーション用に構築されたCroquet OS、^[44] EnlightenmentやCompizなどの合成ウィンドウマネージャがあります。拡張現実や仮想現実でも3D GUI要素が活用されています。^[45]

3D GUIは、特定の技術が実現可能になったり一般的に使用されるようになる前から、 SF文学や映画に登場してきました。^[46]

• 散文小説では、3D GUI は、ウィリアム・ギブソンの「サイバースペース」やニール・スティーブンソンの「メタバース」や「アバター」と呼ばれる没入型環境として描かれてきました。
• 1993 年のアメリカ映画「ジュラシック パーク」には、 Unixオペレーティング システム用の実際のファイル マネージャーであるSilicon Graphics の3D ファイル マネージャー File System Navigator が登場します。
• 映画「マイノリティ・リポート」には、警察官が特殊な 3D データ システムを使用するシーンがあります。

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ウィキメディア・コモンズには、グラフィカル・ユーザー・インターフェースに関連するメディアがあります。

• 過去 50 年間のグラフィカル ユーザー インターフェイスの進化 (Raj Lal 著)
• GUI を発明した男たち (Clive Akass 著)
• グラフィカル ユーザー インターフェイス ギャラリー、さまざまな GUI のスクリーンショット
• Marcin Wichary の GUIdebook、グラフィカル ユーザー インターフェイス ギャラリー: GUI、アプリケーション、アイコンの履歴の 5500 を超えるスクリーンショット
• GUI の本当の歴史 (マイク・タック著)
• ニール・スティーブンソン著「初めにコマンドラインがあった」
• 3D グラフィカル ユーザー インターフェイス (PDF)、Farid BenHajji および Erik Dybner、ストックホルム大学コンピューターおよびシステム科学部
• ギブスエネルギー関数の位相解析（液液平衡相関データ）。熱力学的レビューと表面/タイライン/ヘッセ行列解析のグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）を含む – アリカンテ大学（Reyes-Labarta 他 2015–18）
• ライアン・アーウィン著「さまざまな分野で情報視覚化を活用する革新的な方法」デジタルマーケティングスペシャリスト（CLLAX）（2022-05）