基于事件的协同感知模型

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1、基于事件的协同感知模型 摘要：计算机支持的协同工作的形成和发展是信息化过程的必然产物，它的出现同时也标志着计算机应用上了一个新的台阶，从过去的支持个体工作发展到支持群体工作。计算机协同工作技术带给人们协作方式的变革，提高人们协同工作的整体效率；计算机技术的发展，必然走向计算机协同工作的方向，协同感知已经成为了一个非常重要的研究点。本文首先对协同感知所在的CSCW体系结构进行介绍，论述了协同感知在CSCW体系结构中的重要地位。接着介绍了在CSCW领域中典型的感知模型进行介绍，包括Steve Benford提出的Spatial Model 以及Carl Gutwin 和Saul Greenberg

2、提出Workspace Awareness Model。本文讨论了基于事件的协同感知模型的组成部分及其特点。关键字： CSCW； 协同工作； 协同感知；感知模型0 引言计算机支持的协同工作（CSCW，Computer Supported Cooperative Work）为群体工作中的协作成员提供了一个网络化的分布式计算环境，使得时间上分离、地理上分布成员在这种虚拟的生活和劳动环境中模仿人类社会的合作行为模式，共同完成任务，提高工作效率和质量。计算机支持的协同工作出现后，日益受到人们广泛地重视，随着信息化建设而蓬勃发展，在工业、协同设计、医疗、军事、教育、科学研究、办公自动化和管理信息系统、电

3、子商务等领域都发挥着重要的作用。 从人类社会中的协作中不难发现，协同工作主要涉及到两个问题：一是建立包括外部环境和协作成员的协作场景，为协作成员提供与外部环境和其它协作成员之间的信息交换，称其为协同感知问题；二是确定成员之间协作行为的控制机制，解决协作系统中协作关系的产生与描述、各成员对协作的加入与退出以及协作行为的冲突消解等问题，称其为协作控制问题。其中，各成员良好的协同感知性是进行协同工作的根本前提。 传统的分布式系统一般是非交互式的计算机系统，对它的控制一般是面向系统的，使各个成员在使用时均感觉到只有他自己在单独使用这个系统。并且以前交互式计算机系统基本上只支持单个成员的人机交互活动，并

4、将操作结果反馈给操作者，这种感知仅仅是针对机器而言的。CSCW为人们创造了一个虚拟的生活和工作方式，克服了时空的限制，但是却缺乏在面对面的协作环境下工作的自然性和真实性。在这个环境中，多个成员可以协同完成一项任务，其中，成员是协同工作的主体，只有充分考虑他们之间的交互性和协同感知，才能提高协同工作的效率。如何解决人与协同工作环境、人与人之间的交互过程的自然性与方便性，首先解决的问题就是协同工作环境中的感知问题，它是CSCW研究的关键技术，又是其中的重点和难点所在。当前感知实现手段受到计算机与网络资源的制约，同时又缺乏对感知模型的深入研究和对感知机制的研究，这使得在计算机支持的协同工作环境中对协

5、同感知研究变的更加重要。1 CSCW体系结构分析 协作成员在空间和时间上的分散性使CSCW系统具有分布性特征，是一个分布式计算环境，它必然要具备分布式系统所需要的互连性和互操作性，但它与一般分布式系统仍然有差异。分布式系统追求透明性，让用户在使用系统时感觉是自己独占系统，而CSCW系统追求的是不透明性，系统应让所有协作成员感知到其他合作者对共享工作空间和共享对象的操作；分布式系统主要研究如何使系统中各部分充分发挥各自的性能，从而获得整个系统的高效，而CSCW系统除了要追求高性能外，更注重如何支持协作者之间的高效协同，对成员之间的协作提供各种必要的支持,具体的途径就是采用在协作应用与传统的分布式

6、计算机平台之间建立CSCW支持层。协同感知已经成为了一个非常重要的研究点，对于如何将感知提供给CSCW系统以及感知在CSCW体系结构的位置非常重要的。参考文献1从成员界面的多样性、后台数据源的异构性角度出发，提出了一个分层CSCW系统模型，如图1： 图 1 CSCW体系结构该模型从CSCW的使用者和目前信息的分布、异构性出发，将协作成员、协同工作支持功能、分布技术和信息有机的集成在一起，模型具有灵活性、可扩展性、可互操作性、开放性特点。从中可以看到，协同感知位于CSCW系统中的层次，是CSCW支持层的核心位置，是构造CSCW系统的关键，是协作成员协同工作的基础。2 典型的感知模型介绍2.1 S

7、patial Model Steve Benford 在1993年提出适用于虚拟环境的基于空间对象的感知模型30，这个模型被多次采用和丰富后，被用于多种系统中。模型提出的目标是在虚拟环境中为群组之间的交流提供一种灵活、自然的支持。模型使用空间属性作为交互的基础，虚拟空间中的对象通过对空间的控制来组成动态群体和管理所形成群体的交互，该模型能够有效的用于采用空间特性的CSCW系统中。模型定义了关键的组成元素：Medium、Aura、Awareness、Focus、Nimbus、Adapters。Medium 对象之间的任何交互都是通过Medium进行的，一个Medium可能代表一种典型的信息交流媒

8、介，例如：声音、视频、文本等，或者是某种对象交互的特殊接口。每个对象都可以通过媒介或接口进行交互，当对象相遇时还可以协商采用合适的媒介进行交互。Aura 被用来定义对象交互的潜在性，对象可以通过Aura来控制它们的交互。在虚拟环境中非常重要的一个问题是决定在一个给定的时间内那些对象可以与其他对象进行交互，Aura 定义了虚拟环境中的空间范围，它有效的限制了一个对象在特定的Medium下的可见性,即在这种Medium下的交互的潜在性。Aura随着对象运动。当两个对象的Aura碰撞时，对象在它们的Medium下的交互便成为可能。通常，对象在不同的Medium下有不同的Aura。例如：当一个对象靠近

9、另一个对象时，如果是它的视觉Aura要大于听觉Aura，那么它会先听见对方的声音，而后才看到对方。Awareness 对象之间控制交互的主要概念是“awareness”，它是对象之间的感知等级的量化。一个对象对另一个对象的感知量化了主观的重要性，或者相对与其他对象的重要性。“感知量化了两个对象交互的程度，自然程度或质量”“对象的每个部分之间的感知关系是间接的，并且独立于每个媒介”，这就是成为量化感知等级的基础。通过对Focus和Nimbus按某种关系的计算可以得出对象的Awareness级别，这种关系往往是与具体的应用环境相关的。Focus & Nimbus 对象之间的Medium并不是均匀对

10、称的，就aura而言，感知级别（即Awareness）是由Medium的细节决定。在给定的Medium下通过Focus和 Nimbus来操作感知对象之间的感知。一个对象越接近你的focus，你对它的感知就越多。一个对象越接近你的nimbus，你对它的感知就越多。因此对象为了使别的对象对它感知的越多，或使它被别的对象感知越多，可以通过使用它们的focus 和nimbus 调整感知级别来达到这个目的。Adapters 支持使用加强和减弱对象的aura、focus、nimbus和awareness的对象。综上所述，空间模型定义的一些关键元素，允许对象建立和控制交互。Aura的重合是交流的起始，它是用

11、来建立对象之间通过某个Medium进行交互的潜在性。Focus 和Nimbus用来调整对象之间交互的感知等级，反过来通过对Focus和Nimbus的设置可以驱动对象之间的交互。对象间的交互能够被感知的等级控制，而两个对象交互中的感知等级值也是互异的。对象间的感知量化通过合并观察者的Focus和被观察者的Nimbus 来确定。Adapter对象被用来影响Aura，Focus 和Nimbus。Spatial Model 从感知空间的特性出发，非常适合构建虚拟环境，提供给协作成员真实的感知感受，提供空间位置信息的感知。2.2 Workspace Awareness Model Carl Gutwin

12、 和Saul Greenberg 在研究协同工作环境中如何提供感知支持时，基于下面的两个问题： 1协作系统应该捕获那些协作成员与协同工作空间交互的信息；2这些信息如何被展现给其他成员。提出了Workspace Awareness Model31，模型中给出了相关的组成元素以及与这些元素相关的问题： 1Presence(存在)：是谁正在参加活动？ 2Location(位置)：他们在那工作？ 3Activity Level(活动级别)：他们在活动空间中的活动程度？ 4Actions(行为)：他们正在做什么？他们目前的活动和任务？ 5Intentions(意图)：他们将做什么？他们会去那里？ 6Ch

13、anges(改变)：他们做出那些改变，在那里发生的？ 7Objects(对象)：他们在用什么对象？ 8Extends(广度)：他们能看多远？他们能达到多远？ 9Abilities(能力)：他们能做什么？ 10Sphere of Influence (影响范围)：他们能在哪里做些改变？ 11期望（Expectations）：他们需要我做下一步什么？这些元素和相关问题的提出，为协作系统设计人员提供了研究感知问题的相关词汇，这些元素是协作成员在共享空间中协同工作时需要的感知要素。Workspace Awareness 框架中，讨论了一些感知机制：1直接交流（Direct communication）

14、 通过语言、手势进行直接交流，还会借助一些参照物；2间接表象（Indirect productions） 通过动作、表情等不直接作用于其他人员的交流，但却面向公众的。3因果交流（Consequential communication） 通过观察其他人的工作获取大量与工作空间相交互的信息。4贯通（Feedthrough） 通过观察其他人的工作获取大量与工作空间相交互的信息。5环境反馈（Environment feedback） 人们能从来自在更大的工作空间中其他人的动作产生的间接的影响，获取更高水平的反馈。Workspace Awareness Model 讨论了在多人的协作空间中的相关感知信息

15、，以及一些关于感知信息收集和维护的机制，为协作系统中如何提供感知支持做出了基础研究。3 基于事件的协同感知模型3.1 基本模型本文在研究协同感知时基于以下两个问题：1 协同工作系统中的协作成员感知当前工作区环境的变化和其他成员正在发生的动作，并且这种变化和其他成员的动作应该是该协作成员感兴趣的，对于不感兴趣的内容则要过滤掉，以免干扰该协作成员的工作，以此提供对协同工作的同步支持；2 提供一个对系统中已发生过的活动的总体了解，以此提供对协同工作的异步支持。提出基于事件的协同感知模型。感知模型的任务就是抽象成员的感知模式，完成组成要素的定义，描述对象感知关系，为实现感知提供基础，它是从概念层面上进

16、行的描述。基于事件的感知模型主要提供关于协作成员正在进行和已经发生的活动的信息，并且它基于成员的感知兴趣，过滤与协作成员不相关的信息为基础。基于事件的协同感知模型包括以下几个组成部分：1 感知对象（Awareness Objects）2 感知事件（Awareness Events）3 感知兴趣（Awareness Interest）以下对模型中的组成部分进行介绍：1感知对象（Awareness Objects）感知对象：是感知信息的来源。感知对象可以划分为共享对象和非共享对象。共享对象是协作过程中各协作成员共同操作的对象，为成员所识别，或受协作成员操作和控制的完整整体对象，共享对象的集合就构成

17、的协同工作的共享空间。非共享对象包括协作成员个人所能操作的对象和系统中的其他对象。对非共享对象的感知，主要包括对象的状态的了解。对共享对象的感知内容，包括对象的状态、协作成员对共享对象的操作的感知。2感知事件（Awareness Events）在协同工作环境，群体成员通过共同的努力来达到目标。每个协作者在协同工作环境中工作，需要对工作环境了解，以此作为自己下一步动作的指标。而协同工作环境是处于动态的变化中，事件描述状态的变化，即从一种状态变迁到另一种状态，它也是事件的结果。事件是协同工作环境中的基本要素，协同工作环境中会发生各种各样的事件，本文把协作环境中发生的事件涉及到两个或两个以上协作成员

18、时，称之为感知事件，它代表着感知信息，描述着环境的变化。事件在基于事件的协同感知模型中，可以被看作是某个消息的传送。从传输的角度考虑，一个事件就是一个数据包，它包括相关的属性：事件类型、事件名字、事件源（即感知对象）、事件触发者、日期、时间、事件详细内容等。事件属性是一个三元组形式，其中属性类型可以是简单类型也可以是复合类型。具体应用领域的不同，可以发生的事件也是不同的，所以协作成员需要感知的事件也是不同的。事件可以采取不同的描述形式，可以是对象的描述形式，也可以采用其它形式加以描述。协作成员对协同工作环境的了解通过感知事件来完成，协作成员在协同工作环境中工作，他们的动作和作用在感知对象上所产

19、生的状态变化在协同环境中以事件的形式描述，事件描述着感知信息，由于感知信息的不同，因此事件的类型也不同，其描述结构也应该是不同的。通常事件可以分为两类:外部事件和内部事件。外部事件发自系统边界之外，是系统的激励源，通常由协作成员触发。在识别外部事件时，可以将注意力集中到该事件上，考虑下面的问题：谁或什么引发了该类事件。基于事件的协同感知模型是通过事件来实现协作成员之间相互感知，因此决大多数事件是由协作成员触发的外部事件。内部事件的种类较多，它们是由系统触发的。主要是指时钟或定时器事件。将这类内部事件视为“根据外部时间的变化，来使系统完成某些工作”。3感知兴趣（Awareness Interes

20、t）协同工作环境中各协作成员在共同完成一项工作时会产生大量的操作和系统反应，首先应该定义协同工作环境中需要被协作成员感知的事件，当这些事件发生，传递给协作成员，使协作成员了解协同工作环境和当前的活动。各成员由于工作职责和工作内容的不同，并不会对所有的事件感兴趣。模型中感知兴趣是一个关键成分，不同的成员有着不同的感知兴趣，根据成员的感知兴趣过滤掉他对协同工作环境中不感兴趣的信息，即过滤成员不关心的事件，使成员能专心于自己的工作，以防止成员接收的感知信息超载而造成成员干扰。事件过滤器的构造中主要是建立协作成员感知兴趣，它封装了协作成员感兴趣的事件，以此作为事件过滤的基础。3.2 信息流模型本文论述

21、的基于事件的协同感知模型，它适用于基本的CSCW系统。基本模型是模型中的各个组成部分的一个静态描述。图2对其信息流模型进行了描述，信息流模型则是动态的描述，描述了各个组成部分之间关系以及它们之间如何相互作用。按照该模型，其感知原理可简述如下：整个过程由协作成员A的动作发起，此动作导致感知对象的状态发生变化，接着，以事件的形式描述感知对象的状态变化，通过感知事件过滤器传播给其它协作成员。最后一步是感知，即把事件所包含的部分特征信息呈现给协作成员，让他察觉有事情发生。然后，通过对事件的详细信息加以理解，使其他成员能够对协作成员A的动作有全面的认识。当然，对于发生的事件会存入数据库中，利于以后必要时

22、对事件进行回放，实现异步感知。图2 基于事件的协同感知模型的信息流模型3.3 基于事件的感知模型的特点Spatial Model 是基于空间对象的感知模型，它利用参与者的空间和影响空间上对象集合的交、并关系运算来刻画两个参与者之间的感知强度。Workspace Awareness Model 从感知信息的角度讨论了协作系统应该捕获那些协作成员与协同工作空间交互的信息。本文论述的基于事件的协同感知模型，其主要特点如下： 1 提供信息过滤机制 通过感知兴趣能够有效的过滤成员不感兴趣的信息，即不感兴趣的事件，解决了干扰成员的问题。它包括两个层次上的过滤，在定义感知事件即已过滤掉无须感知的信息，感知兴

23、趣则是从协作成员的主观感受出发，只接收自己感兴趣的事件。 2 建立历史事件记录机制 把各成员在协同工作区内触发的事件加以记载，在必要的时候可以实现回放，支持异步感知。因为在多个成员协同工作的过程中，成员在协同工作区内触发的事件，如果没有相应的历史记录机制，那么成员想查看过去某段时间内协同工作区内发生的事件，便显得无能为力。 3 可以有效减少网络数据传输 当协作成员在触发事件时，经过感知兴趣处理后，只须将事件传递给对该事件感兴趣的成员，而不需要将事件传递给每个成员。 4 感知粒度适中 感知粒度太粗或太细都不利于协作成员对协同工作环境的变化了解。对于感知事件的定义，可以将协作成员的操作动作或一组操

24、作动作所引起的协同工作环境的变化定义为一个事件，并且根据事件产生的结果，定义该事件的结构。事件携带了感知信息，对任务感知其粒度大，感知信息过少，使协作成员对协同工作环境的理解不够深入。对协作成员的每一个动作的感知，会产生大量的感知信息，造成协作成员接受的感知信息过载，影响他们的工作。4总结 本文首先对协同感知所在的CSCW体系结构进行介绍，论述了协同感知在CSCW体系结构中的重要地位。接着介绍了在CSCW领域中典型的感知模型进行介绍，包括Steve Benford提出的Spatial Model 以及Carl Gutwin 和Saul Greenberg提出Workspace Awarenes

25、s Model。这两个模型为感知研究奠定的基础，本章针对协同感知急需解决的两个问题论述了基于事件的协同感知模型，并讨论了它的组成部分及其特点。参考文献1李军怀， 周明全， 耿国华， 张景 异构环境下的CSCW模型研究 小型微型计算机系统 2004.03 321-3242 黄锡伟，毕厚杰 计算机支持的协同工作(CSCW)研究和设计.计算机工程与应用，1998 6: 31-34, 443 史美林主编 计算机支持的协同工作：过去、未来和现在 第一次全国CSCW学术会议论文集 北京：电子工业出版社，19985 Uwe M.Borghoff, Johann H.Schlichter Computer-Supported Cooperatvie Work 1998