人机交互设计课程报告谈人机交互技术

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1、谈人机交互技术在以后，或许咱们仅仅用手指点一下，就能够够让运算机明白应该将一个文 件夹移动到另一个文件夹中，这是完全可能成为现实的。或许，咱们能够让运算 机在距离咱们最近的彩色打印机上打印出在旅行途中拍照的照片，而无需向它提 供更多的配置信息。尽管这些对咱们来讲还只是一种空想，但麻省理工学院(MIT)的研究人员却 在与运算机进行交互的新方式，把咱们的这些空想变成现实。MIT运算机科学和 人工智能实验室(LCS )的首席科学家斯蒂芬表示，在LCS，有200-300名研究人员在对那个被称作 “Oxygen联盟工程”的打算中的各个子项目进行研究。他说，这一打算的目标 确实是让人与运算机利用人类的自然

2、语言与运算机进行交互。该打算中包括许多子项目，除上面提到的项目外，还包括有自然语言明白 得、多语种间的翻译、能够将图象从白板转换到图象应用程序中的运算机辅助设 计工具、自动配置的散布式无线网络和能够为流媒体自动分派资源的系统。斯蒂芬指出，尽管他不能确信利用这些技术的产品会在何时上市销售，但 他表示，一些研究已经开始进行了。他说，咱们只负责开发技术，营销产品不是 咱们的任务。一些产品可能需要数年的时刻才能面世。美国国防部先进技术研究局对这一打算提供了部份资金，该打算的研究人 员还与象惠普、诺基亚和菲利浦等私营公司进行了紧密的合作。这一打算的大部 份研究功效将免费向公众开放，有些技术那么会申请专利

3、。斯蒂芬表示，他希望由这一打算开发的技术能够改变人们与运算机进行交 互的方式。他说，咱们的希望是人们将更多地从头技术中获益，而无需关切这些 技术。他以为电就属于如此一种技术，它老是默默无闻地为所有人效劳。咱们希 望计算技术也能够成为如此一种技术。斯蒂芬指出，从久远来看，这一打算的功效可能不单单限于利用更简单的 运算机。他说，咱们希望这种技术在提高生产力的同时，令人们享受更舒适的生 活。以后计算机技术会是什么样子的？上面的案例应该会给咱们提示：人机交互 技术在以后能够使运算机加倍简单；在以后，人机交互技术会令人们享受更舒适 的生活。至此，每一个人都能够想象到人机交互技术的进展潜力和在以后乃至是

4、此刻的重要地位。那么，什么是人机交互呢？人机交互（Human-Computer Interaction, HCI）是关于设计、评判和实现 供人们利用的交互式运算机系统且围绕这些方面进行研究的科学。人机交互概念 有广义和狭义的区别：广义上讲，人机交互以实现自然、高效、和谐的人机关系为目的，与之相 关的理论和技术都在其研究范围，是运算机科学，心理学，认知科学和社会学等 学科的交叉学科。研究开发新的人机交互设备、技术和理论，以实现无处不在计 算（ubiquitous computing）环境下的以用户为中心的交互式运算机系统，使其 能够增强人的制造力，解放人类的大脑、改善人与人之间的交流与协作。人机

5、交互从技术上讲（狭义的），主若是研究人与运算机之间的信息互换， 它要紧包括人到运算机和运算机到人的信息互换两部份：（1）人们如何借助键盘、鼠标、操纵杆、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手 套、压力笔等设备，用手、脚、声音、姿势或躯体的动作、眼睛乃至脑电波等向 运算机传递信息（2）运算机如何通过打印机、画图仪、显示器、头盔式显示器HMD）、音箱、 力反馈等输出设备给人提供信息人机交互和人机界面是两个不同的概念：人机交互是指用户与运算机系统 之间的通信，它是人与运算机之间各类符号和动作的双向信息互换；人机界面是 指人类用户与运算机系统之间的通信媒体或手腕，它是人机双向信息互换的支持 软件和硬件。那个地

6、址“界面”概念为通信的媒体或手腕，人机交互是通过必然 的人机界面来实现的，在界面开发进程中，有时把它们作为同义词利用。人机交互的研究内容十分普遍，涵盖了建模、设计、评估等理论和方式和 在运算机支持的协同工作、信息搜索与可视化、超媒体与万维网、普适计算与增 强现实等方面的交互设计技术，要紧包括：（1）人机交互界面表示模型与设计方式（Model and Methodology）。一个交 互界面的好坏，直接阻碍到软件开发的成败。友好人机交互界面的开发离不开好 的交互模型与设计方式MDD和MDA。(2) 多通道交互技术(Multi-Modal)。在多通道交互中，用户能够利用语音、 手势、眼神、表情等自

7、然的交互方式与运算机系统进行通信。多通道交互要紧研 究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的评估方式和多通道信息的融合 等。(3) 智能用户界面(Intelligent User Interface IUI)。智能用户界面的 最终目标是令人机交互和人一人交互一样自然、方便。上下文感知、眼动跟踪、 手势识别、三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言明白得等都是 认知与智能用户界面需要解决的重要问题。(4) 运算机支持的协同工作(Computer Supported Cooperative Work-CSCW)。 “运算机支持的协同工作已成为一个多学科交叉的新兴的研究领域。CSCW是要

8、研究在运算机技术支持的环境下(CS),专门是在运算机网络环境下，一个群体如 何协同工作完成一项一起的任务(CW)。它的目标是要设计出能支持各类各样的协 同工作的工具、环境与应用系统。(5) 信息搜索与可视化。随着数据量和数据多样性的增加，对信息集合的搜 索和可视化日趋重要。信息搜索包括：数据库查询、文本文档的短语搜索、照片搜索、地图搜索、图 案或图标的搜索、声音搜索、视频搜索和动画搜索等。信息可视化是一种计算方式，它将符号形式转化为几何形式，使研究人员能够 观看所做的模拟与计算。可视化提供了一种查看原先不可见事物的方式。(6) 超媒体与万维网。超媒体扩展了传统的线性文本，给用户提供了在多个 相

9、关内容之间跳转的机遇。网页中能够包括图形、图像、声音和由Java或虚拟 现实建模语言(VRML)所提供的日趋传神的动画，而且这些网页可在全世界成千上 万台运算机效劳器上进行传递。(7) 虚拟现实和增强现实 (Virtual Reality& Augmented Reality )。“ 以 人为本”的、自然和谐的人机交互理论和方式是虚拟现实的要紧研究内容之一。通过研究视觉、听觉、触觉等多通道信息融合的理论和方式、协同交互技术和 三维交互技术等，成立具有高度真实感的虚拟环境，令人产生“身临其境”的感 觉。(8) 普适计算(Ubiquitous Computing)。普适计算是指通过新一代的设备 依

10、照需要随时随地址便地访问相关信息，并可轻松地对其进行操作，普适计算对 人机交互技术提出了更高的要求。至此，人机交互技术的大致框架浮现出来了，对人机交互也有了大体的熟 悉。咱们也能够从它与其他相关学科的关系能够预知其重要性。如以下图：人机交互与其他相关学科的关系同时，让咱们看看这六件情形：一、1945年美国罗斯福总统的科学顾问Vannever Bush(1894-1974)在大 西洋月刊上发表的“As We May Think ”的闻名论文，提出了应采纳设备或技 术帮忙科学家来检索、记录、分析及传输各类信息的明确目标和名为“Memex” 的一种工作站构思，这一目标和构思阻碍着过去和现今的一大量最

11、闻名运算机科 学家。二、1963年发明鼠标器的美国斯坦福研究所的，他预言鼠标器比其他输入 设备都好，并在超文本系统、导航工具方面会有杰出的功效。10年后鼠标器经 Xerox研究中心改良后，成为阻碍今世运算机利用的最重要功效。3、1963年美国麻省理工学院开辟了运算机图形学的新领域，随后美国布朗 大学Dam等人组织了 SIGGRAPHo还在1968年开发了头盔式显示器。4、20世纪70年代那时在Xerox研究中心的Alan Kay发明了重叠式多窗口 系统，并提出了 Smalltalk面向对象程序设计等思想。五、1989 年 Tim Berners-Lee 在日内瓦的 CERN 用 HTML 及

12、HTTP 开发了 WWW 网，随后显现了各类阅读器（网络用户界面），使因特网飞速进展起来。六、20世纪90年代美国麻省理工学院（他早在30年前就提出了 “交谈式 运算机”概念）领导的媒体实验室在新一代多通道人机界面方面（包括语音、手 势、智能体等），做了大量开辟性的工作。这些事充分反映了人机交互技术重要的历史科学地位，同时咱们也熟悉到其 潜力的庞大，那么什么才是理想人机交互技术呢？以后的人机交互技术应该是什 么样子的呢？人机交互技术几十年来经历了几个不同的要紧进展时期和典型风格。当前， 占统治地位的图形用户界面（WIMP/GUI）正蒙受不断的批评，而新的交互技术尚不 成熟和普及，于是人们更为热

13、衷于争辩以后的人机界面“可能是什么样子”而且 莫衷一是。在此，咱们也想加入这种讨论的行列，依照几年来研究工作的心得发 表一些观点，谈谈什么是理想人机交互风格。咱们的起点处于人机工程学那个大 背景，遵循人机工程学的大体观点，在“以人为中心”前提下强调人机配合。让咱们先考察在人机工程学显现之前人类如何对待工具。不管某个具体工具 的设计者在某个具体时期如何明白得人与工具的关系，就人类劳动（尤其是制造 和利用工具）的历史长河而言，人类是在尽力不懈地改造和驯服自然，而工具的 制造和完善都是在服从这种目的的前提下进行的。就利用特定工具是不是需要通 过训练和所需训练的程度如何，也是不一而论的。人的技术有简单

14、与复杂之分， 或许人人都能学会打字，但未必人人都能学会驾驶航天飞机。较为合理的观点是“自然人机交互是利用人的日常技术进行的”，强调无需 专门训练或不需要训练。但究竟什么是“日常技术”和日常技术是不是都是不经 训练或稍作训练即可取得呢?语言（专门是书面语言）是必需通过训练的，音乐、 绘画、生产工艺等莫不如此。咱们以为，人从日常环境走向计算环境时本来具有 的技术即是所谓的“日常技术”。可见这是一个相对的概念，其中并非细究是不 是需训练的问题。因此咱们不能以是不是需要训练来衡量人机交互技术的好坏。 人机工程学并非否定训练，幸免训练或减少训练是人们的愿望，但可否做到并非 完全由人的主观意志决定，应依照

15、人机交互任务的目的、特点、场合和实现本钱 等因素来决定人机交流应达到的自然性程序。或许关于初期的“纯粹”的运算机问题和为数极少的运算机专家而言，命令 语言及程序语言界面是足够的。可是当运算机大量应用于CAD/CAM、字处置、MIS 等非数值计算领域以后，需要进行大量几何的、空间的、非数值的、非符号的信 息处置手腕，现在形式语言界面的复杂性、抽象性，对经历负荷要求等限制了运 算机应用的深切和普及，随之直接操纵给用户界面技术应运而生并广受欢迎。咱 们相信，形式语言可不能消失，固然也不能强迫所有效户都同意它。这正如数学 语言并非会被其它形式的语言（如图形的、手势的）所取代，尽管心理学家尝试在 数学教

16、育中大量利用非数学手腕；又如流行音乐与高雅音乐各分秋色，听众各有 所好。目前，直接操纵界面不但没有完全取代形式语言界面，而且其自身也表现 出许多局限性。而基于语言的对话式交互方式又从头开始受到重视，只是对话语 言再也不限于单纯的形式语言，而是引入了自然语言或类自然语言对话，如所谓 的第四代语言，乃至引入基于语音的人机对话。基于形式语言、自然语言或类自 然语言的用户界面本质上都是命令驱动的，其大体模式与直接操作用户界面相 反。这两种本质不同的人机交互模式在人类的日常活动中都存在其对应的形式， 别离对应于语言的和非语言的交际活动，后者泛指形体语言，包括姿势，情态、 触摸、近体、标志等。语言具有后天

17、习得性，有口头语言和书面语言两种，书面 语言需要正规和专门的教育和训练才能把握。咱们以为，自然人机交互模式是以直接操纵为主的、与命令语言专门是自然 语言共存的人机交互形式。理想的人机交互模式确实是“用户自由”。人机交互和运算机用户界面方才走过基于字符方式的命令语言式界面，目前 正处于图形用户界面时期。可是，运算机科学家并非知足于这种现状，他们正踊 跃探讨新型风格的人机交互技术。当前语音识别技术和运算机联机手写识别技术 的商业成功让人们看到了自然人机交互的曙光。虚拟现实和多通道用户界面的迅 速进展显示出以后人机交互技术的进展趋势是追求所谓“人机和谐”的多维信息 空间和“基于自然交互方式”的人机交互风格。