人机交互实验报告.docx

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人机交互实验报告

中北大学软件学院

实验报告

专业：

软件工程

方向：

电子商务

课程名称：

人机交互基础教程

班级：

1021010C01

学号：

姓名：

辅导教师：

玉蓉

2012年2月制

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

最新人机交互技术

2.实验目的

了解最新人机交互的研究容

3.实验容

通过网络查询最新人机交互相关知识。

1、在XX中找到“最新人机交互视频”的相关网页，查看视频。

2、什么是eTable。

3、人机交互技术在各个领域的应用

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

Etable是一种多功能电脑桌，集时尚、实用、经济于一“桌”，无论是居家卧室，还是出差旅途，都可以提供一个舒适、惬意的网上时光，部件有：

多角度调节桌面、2个风扇、1个USB插口、1个活动USB插头、鼠标垫、桌腿可调节长度。

人机交互技术的发展极大地促进了计算机的快速发展和普

及，已经在制造业、教育、娱乐、军事和日常生活等领域得到

广泛应用。

在制造业用于产品设计、装配仿真等各个环节；在

教育中用于研发沉浸式的虚拟世界系统，供学者学习；在军事

方面头显示器等的出现给军事训练提供了极大地方便；在娱乐

中3d和4d电影的拍摄都应用到此技术；体育方面用于体育训

练和报道等；生活中，触屏手机，人脸识别技术等都用到人机

交互技术。

6.实验结论及心得

通过在网上查阅有关近期最新人机交互的视频和网页，我对

人机交互的发展及在各方面的应用有了初步了解和认识

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

立体视觉

2.实验目的

掌握立体视觉的原理

3.实验容

通过网络查询立体视觉相关知识。

1.在虚拟环境是如何实现立体视觉？

2.3D和4D电影的工作原理。

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

1.在虚拟环境中要获取近乎真实的临场感受，除了大视景、立体视觉之外，最重要是要具备逼真的视觉图像。

而实现视觉图像逼真感的重要途径就是增加虚拟场景中的细节。

在已有地形数据的基础上实现虚拟地理环境的逼真感，需要对地形要素进行场景细节的进一步描述。

例如虚拟地理环境中地面逼真感的实现方法，主要从陆地地面的地形要素入手，在原始地形数据的基础上，研究如何实时增加数据本身所不具备的细节来提高地形的复杂程度，以实现虚拟地面环境的语真感。

2.4d影院是在3d电影的基础上加环境特效模拟仿真而组成的新型影视产品。

所谓4d电影也叫四维电影。

即三维的立体电影加上周围环境模拟组成的四维空间。

观众在看立体电影时，顺着影视容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影像所对应的事件，4d的座椅是具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能的，以气动为动力的。

人的两眼分开约5公分，两只眼睛除了瞄准正前方以外，看任何一样东西，两眼的角度都不会相同。

虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，脑子就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感，一只

眼睛虽然能看到物体，但对物体远近的距离却不易分辨。

根据这一原理，如果把同一景象，用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，按后让两只眼睛一边一个，各看到自己一边的影像，透过视网膜就可以使大脑产生景深的立体感了。

各式各样的立体演示技术，也多是运用这原理，我们称其为“偏光原理”。

6.实验结论及心得

通过本次实验，我熟悉了3d和4d电影的工作原理以及他们之间的区别。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

交互设备

2.实验目的

掌握常用的交互设备的工作原理如键盘、鼠标、显示器、扫描仪

3.实验容

通过网络查询人机交互设备相关知识。

1.重点查找液晶显示器和扫描仪的工作原理和方法

2、什么是数字纸？

工作原理是什么？

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

1.单色液晶显示器的原理:

LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。

这两个平面上的槽互相垂直（相交成90度）。

也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。

由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。

但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。

彩色LCD显示器的工作原理:

对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。

通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。

这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

扫描仪的工作原理扫描仪是图像信号输入设备。

它对原稿进行光学扫描，然后将光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，又将模拟电信号变换成为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。

扫描仪扫描图像的步骤是:

首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片；然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪部的可移动光源开始扫描原

稿。

为了均匀照亮稿件，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。

至此，反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号，最后通过串行或者并行等接口送至计算机。

扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息，随着沿y方向的移动，在计算机部逐步形成原稿的全图。

在扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用。

一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。

这两个元件的性能直接影响扫描仪的整体性能指标，同时也关系到我们选购和使用扫描仪时如何正确理解和处理某些参数及设置。

2.数字纸，也叫数码纸。

它是一种超薄、超轻的显示屏，即理解为"象纸一样薄、柔软、可擦写的显示器"。

在谈到数字纸时，必然会谈到电子墨。

形像地说，数字纸是一薄胶片，而在胶片上"涂"上

的一层带电的物质，这便是电子墨。

这也可看作是一个薄薄的嵌式遥控显示板。

工作原理：

1.液晶方式：

电子纸液晶显示器的制作思路是，将液晶板与写入图像的装置部分相分离以实现薄型化和轻量化，并能卷曲，做成像纸一样的东西。

2.电泳方式：

该方式是利用在电压下能够改变黑白状态的微胶囊来实现图像显示的。

3.可再写纸：

利用传真纸等产品常用的感热记录技术制成，使用了在特定温度下呈色或者消色的染料，从而实现图文的改写。

6.实验结论及心得

通过这次试验，我了解了常用交互设备的工作原理，也熟悉了液晶显示器、扫描仪及数字纸的工作原理。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

虚拟现实系统中的交互设备

2.实验目的

掌握虚拟现实系统中人机交互设备的工作原理和方法。

3.实验容

通过网络查询人机交互设备相关知识。

重点查找虚拟现实中使用的交互设备和较新的交互设备的工作原理和方法，如：

数据手套、三维鼠标、空间跟踪定位器、触觉和力反馈器、头盔式显示器等。

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板大部，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。

把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者。

使操作者以更加直接，更加自然，更加有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感。

并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式，特别适用于需要多自由度手模型对虚拟物体进行复杂操作的虚拟现实系统。

头盔显示器是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形信号。

使用方式为头戴式，辅以三个自由度的空间跟踪定位器可进行VR输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，在VR效果的观察设备中，头盔显示器的沉浸感优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示和观察效果，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。

空间跟踪定位器或叫三维空降传感器是一种能实时地检测活动着的物体在六个自由度上相对于某个固定物体的数值，即在X、Y、

Z坐标上的位置值，以及围绕X、Y、Z轴的旋转值。

这种三维空间传感器对被检测的物体必须是无干扰的，也就是说，不论这种传感器是基于何种原理和应用何种技术，它都不应影响被测物体的运动，即

俗称为：

“非接触式传感器”。

在虚拟现实技术中广泛使用的是低频磁场式和超声式传感器。

低频磁场式传感器的低频磁场是由该中传感器的磁场发射器产生的，该发射器有三个正交的天线组成，在接受器也安装一个正交天线，它被安装在远处的运动物体上，根据接受器所接受到的磁场，可以计算出接受器相对于发射器的位置和方向，并通过通信电缆把数据传送给主计算机。

因此，计算机能间接的跟踪运动物体相对于反射器的位置和方向。

在虚拟现实环境中，这种传感器常被用来安装在数据手套和头盔显示器上。

三维鼠标采用稳定可靠的单片机系统作为控制核心，主要功能单元包括传感器、检相电路、脉冲计数电路、功能键盘、CPU系统和通信接口，三维鼠标的传感器采用三个独立的增量型旋转编码器，旋转编码器输出的脉冲信号经检相电路判相，形成独立的正传脉冲和反转脉冲送入计数电路，将脉冲信号转换为8为数字信号，通过单片机CPU控制锁存、清零和输出，确定并读取计数值。

CPU通过对功能键盘扫描，读取键盘编码值，然后按照通信协议要求将X、Y、Z三

个方向的计数值和各功能键盘编码值组合成规定格、规定长度的命令字，周期性地通过串行口发送给上位机，上位机通过对串口数据的扫描得到相应的采集数据和控制命令，实现了对地形地物的三维采集和控制。

6.实验结论及心得

通过这个实验，我掌握了虚拟现实系统中人机交互设备的工作原理和方法。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

人机交互界面表示模型

2.实验目的

掌握人机交互界面表示模型中的GOMS、LOTOS和UAN方法。

3.实验容

1、简述GOMS和LOTOS表示模型的方法。

2、结合GOMS和LOTOS对任务“中国象棋对弈”进行描述。

3、UAN描述“文件拖入垃圾箱”。

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

1、GOMS（目标操作方法和选择行为模型）是在交互系统中用来分析用户复杂性的建模技术，用于建立用户行为模型。

它采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多成次的细化，通过目标（Goal）、操作（Operator）、方法（Method）以及选择规则（SelectionRule）四个元素来描述用户行为。

LOTOS（时序关系说明语言）是一种作为国际标准的形式描述语言，它的基本思想是用一套形式化和严格的表示法来刻画系统外部可见行为之间的时序关系，系统有一系列进程组成，进程同环境之间通过称为“关口”的交互点进行交互，两个以上的进程在执行同一个外部可见的行为时发生交互，进行数据交换，信息传递，协同等操作。

进程行为用“行为表达式”来描述，复杂的行为由简单的行为表达式通过表示时序关系的LOTOS算符组成。

在将LOTOS思想用于人机交互的行为模型时，用进程之间的约束关系来描述交互子任务之间的关系。

2、Task：

中国象棋对弈

GOAL：

中国象棋

[>:

GOAL:

运行

|||:

*GOAL:

走棋

ACTION:

自动记录棋谱

>>：

GOAL:

当前方走

>>：

OPRATOR:

收拾棋子

OPRATOR:

放置棋子

GOAL：

对弈方走

>>

OPRATOR:

收拾棋子

OPRATOR:

放置棋子

*GOAL：

打谱

[]:

OPRATOR:

加速

OPRATOR:

减速

OPRATOR:

暂停

OPRATOR:

恢复

GOAL:

退出

3、该任务有三个用户动作，相应的有三种界面状态和界面反馈。

用户行为mouse_down（x,y）表示用户首先在点（x,y）处单击，这是界面状态ifintersect（icon，x,y）icon=selected判断在（x,y）处是否

与文件图标icon相交，如果是，则将icon的状态设为selected。

界面反馈Thenhighlight（icon）表示选中将icon显示为高亮。

用户行为drag_icon（x,y）将icon拖至点（x,y）处，界面反馈show_outline（icon）显示icon的轮廓，界面状态ifintersect（bin,x,y）判断在（x,y）处是否与垃圾箱bin的位置相交，如果相交则高亮垃圾箱bin。

用户行为mouse_up（x,y）在点（x,y）处放开鼠标，界面状态ifintersect（bin,x,y）判断在（x,y）处是否与垃圾箱bin的位置相交，界面反馈thenhide（icon）如果相交则隐藏icon，界面反馈show_bin_full（）表示icon隐藏以后，将垃圾箱显示为满。

6.实验结论及心得

通过该实验，我知道了什么是etable，掌握了人机交互界面表示模型中的GOMS、LOTOS和UAN的方法。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

WEB界面设计

2.实验目的

掌握WEB界面设计的原则，了解页面容、风格、布局、色彩设计的方法。

3.实验容

找到三种类型的：

旅游景区、购物、政府部门，每种类型找三个以上，总结功能、布局、风格、色彩设计有什么相同和不同。

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

旅游景区：

旅游快车网，中国景点网，游遍新疆网。

总结：

以上三个均采用WEB设计的基本原则，以用户为中心，容和形式的一致性，体现了当地的特色功能上基本相同，但是中国景点网涵盖的容更加丰富。

在风格上，独具气特点，主页布局采用的分格一致，采用同字形结构布局色彩上各有特点，其中中国景点网色彩有点儿让人眼花缭乱，其他两个的主页符合WEB设计的标准。

购物：

淘宝网，当当网，京东商城。

总结：

这三大著名的购物网址在设计风格上完全一样，采用同字型布局，左上方都有自己的LOGO。

色彩用黄和红布局，具有鲜明性、独特性、合适性、联想性以及合适性，功能上完全相同，网上购物的方式完全一样。

政府部门：

中国政府网，香港政府网，政府。

总结：

三大所涉及的容不一样，是面向不同的用户所使用，在布局上各不相同，不仅遵循简洁明确的原则，还要符合确定的设计目标，面向不同的对象使用不同的口吻和用词。

色彩都是考虑了各自的文化，风格都没有超过三种色彩符合标准。

中国政府主页和香港政府主页整体上都比较简单，但是政府网风格上有所增减。

6.实验结论及心得

通过该实验，我掌握了WEB界面设计的原则，了解页面容、风格、布局、色彩设计的方法。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

移动界面设计

2.实验目的

掌握移动界面设计的原则。

3.实验容

比较移动界面设计与WEB界面设计有什么相同和不同。

一个是移动终端设备，一个是web窗口。

这个问题看从哪个角度回答，首先从界面应用场景讲不一样。

从设计角度讲，其原理是一样的，只不过需要考虑前面的应用场景而输出界面元素。

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

一个是移动终端设备，一个是web窗口。

这个问题看从哪个角度回答，首先从界面应用场景讲不一样。

从设计角度讲，其原理是一样的，只不过需要考虑前面的应用场景而输出界面元素。

6.实验结论及心得

通过这个实验，掌握移动界面设计的原则。

成绩：

实验时间

年月日时至时

学时数

1.实验名称

可用性分析与评估

2.实验目的

掌握可用性分析与评估的方法。

3.实验容

对某个网上银行进行可用性分析与评估（银行自定）

4.实验原理及流程图

成绩：

5.实验过程或源代码

6.实验结论及心得

通过这个实验，我掌握可用性分析与评估的方法。