人机交互课程设计.docx

1、人机交互课程设计 对人机交互的理解和对未来人机交互的观点摘 要：人机交互（Human-Computer Interaction，HCI）是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学。人机交互技术与认知心理学、人机工程学、多媒体技术和虚拟现实技术密切相关。其中，认知心理学与人机工程学是人机交互技术的理论基础，而多媒体技术和虚拟现实技术与人机交互技术是相互交叉和渗透的。关键词：人机交互、图形用户界面、语音识别、虚拟现实技术、未来人机交互1.对人机交互的理解人机交互（Human-Computer Interaction, 简写HCI）：是研究关于设计、评价

2、和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题及提示请示等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。狭义地讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换，主要包括人到计算机和计算机到人的信息交互两部分。目前，人机交互技术正处于多通道、多媒体的智能人机交互阶段，已经取得了不少研究成果，不少产品已经问世。侧重多媒体技术的有:触摸式显示屏实现的“桌面”计算机，能够随意折叠的柔性显示屏制造的电子书，从电影院搬进客厅指

3、日可待的3D显示器，使用红绿蓝光激光二极管的视网膜成像显示器；侧重多通道技术的有：“汉王笔”手写汉字识别系统，结合在微软的Tablet PC 操作系统中数字墨水技术，广泛应用于Office/XP的中文版等办公、应用软件中的IBM/Via Voice连续中文语音识别系统，输入设备为摄像机、图像采集卡的手势识别技术，以IPHONE手机为代表的可支持更复杂的姿势识别的多触点式触摸屏技术，以及IPHONE中基于传感器的捕捉用户意图的隐式输入技术。概括地讲，人机交互的发展经历了几个阶段： 1.早期的手工作业阶段 2.作业控制语言及交互命令语言阶段 3.图形用户界面（GUI）阶段 4.网络用户界面的出现

4、5.多通道、多媒体的智能人机交互阶段 6.虚拟交互界面 鼠标的出现，使人们更流畅地进行人机交互。与键盘中的方向键相比，它显然更加符合人的自然习惯。这是人机交互的第一次革命。键盘与鼠标的人机交互组合，从PC时代一直延续到互联网时代，并无太大改变，直到智能手机和多点触摸的出现。迅速普及的多点触摸技术，是人机交互史上的第二次革命，而引领它的又是苹果公司与它的革命性手机iPhone。在iPhone问世之前，智能手机一直在沿袭键盘和鼠标的信息输入方式。键盘是必须有的，不能少于10个；鼠标太大，对位置的指示采用触摸的方式完成。但多点触摸打开了另外一扇窗户，它让所有人意识到其实键盘可以成为触摸的一部分，而很

5、多命令其实能通过多个手指在触摸屏上划动方式的不同来完成，比如放大和缩小图片。 如今问世不久的Kinect则可以称得上人机交互的引领新潮流的第三次革命。它整合了具有革命性的技术3D图片识别与视频捕捉，加上硬件体验的不断优化，再加上对应其特性的专属游戏开发，在游戏这一特定的应用场景对技术的强化，最终塑造了Kinect这一人机互动的革命性产品。在人机交互领域，更加大胆的创新精神正在被唤醒，视频捕捉技术、语音识别技术、红外遥感技术、多通道等等技术的整合发展，必然给人机交互技术的带来前所未有的突破。新的技术层出不穷，人机交互技术的发展必然带给人们更多的科技技术的期盼和惊喜。 对人机交互有了一定的理解之后

6、，通过几个系统实验加深了对人机交互的认识。其中平面二维GUI图形系统编程实验介绍了图形用户界面（GUI）的一些特性；带有语音提示功能的界面设计与开发介绍了语音识别技术；利用VRML进行简单人机交互系统的创建则展现了人机交互中的虚拟交互界面。下面分别介绍。图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。它是一种结合计算机科学、美学、心理学、行为学，及各商业领域需求分析的人机系统工

7、程，强调人机环境三者作为一个系统进行总体设计。图形用户界面是当前计算机界面的主流，它仍需不断丰富和改进，如：增强超文本机制以支持Internet的浏览，增强三维和多媒体功能，支持应用数据的可视化，开发更好的界面构造工具与语言。新一代的用户界面将在图形用户界面的基础上，采用新的更加自然的人机交互技术，如语音、自然语言、手势、视线跟踪及头部跟踪等，以用户为中心，实现多通道、非精确、高带宽、高效及不限制地点的人机通信。语音识别（Speech Recognition）是计算机通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本文件或命令的技术，其所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和

8、听觉机理、人工智能等。联想控股董事长兼总裁柳传志表示，语音技术是人机交互的新突破口，全球的IT巨头，如苹果、Google、微软、英特尔等等都在语音识别技术频繁发力，他表示，在2000年初，互联网曾经是个泡沫，而如今则是推动中国经济发展的强大动力，腾讯、阿里巴巴、XX、新浪、搜狐等等中国互联网应用企业，成了中国各个年龄段的人，尤其是年轻人不可分离的忠实伙伴。当各种应用五花八门的渗透到了各个领域时，人机界面的友好程度肯定是IT产品供应商竞争的焦点。他认为，今天的苹果红遍天下，也是因为它的产品让人们用起来更方便，更得心应手。而语音就是人机交互的下一个关键的突破口，语音识别和核心技术的应用，会渗透扩展

9、到难以想象的方方面面。虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的

10、模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现实）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。2.对未来人机交互的观点尽管随着科技进步 ，计算机的计算 、存储与多媒体处理能力都有了很大的发展，但是人们使用计算机的方式并没有发生本质变化，如我们的主要输入方式靠键盘 、鼠标和屏幕来完成。这是因为目前计算机的使用方法是按计算机本身的方便而设计的 ，并不是很符合人们主要依靠语音和视觉的交互习惯 ，也就是说用户并没有按自己的习

11、惯来使用计算机，而是要适应计算机 ，即“以计算机为中心” 的用户模式。人们使用计算机时需要坐到计算机前也就是说计算机并没有与人们的生活环境融合在一起 ， 仍然是桌面使用( Desk Top)的方式 .这样用户到计算机的输入宽带与计算机到用户的输出宽带产生了不平衡 ，用户的输入宽带低于计算机输出的宽带。结果计算机软件功能的灵活性与人机交互能力间造成巨大反差。基于此，促使人们不断探索更为自然的人机交互方式和技术手段。那未来的人机界面是什么样的或新的人机交互模式是什么样的呢? (1).感官的世界“我的厨房里放着一个multi-touch多点触控设备，一边做饭一边点点，感觉很好。直到我开始想写一些文字

12、的时候，我发现还是离不开键盘，同时也无法解放我沾满食材的双手，那么，如果我用手指头在空中画呢？答案我们还不知道。但这开始了一个让人们思考的新方向。比如是否可以用语言，通过声波的距离来决定，或者说，我的传感器是在眼睛，在嘴巴、舌头上，还是在肌肉上，或者是在耳朵里。”来自微软雷德蒙研究院研究领域经理Mary Czerwinski是位优雅美丽的女士，她把实验室里所研究的技术与平常生活联系在一起，向互联网周刊记者解释道，而这也正是人机交互技术的魅力所在既是高深的研究课题，同时生活中又无所不在。“当今及未来的技术包括各种可穿在身上、有感知能力的设备，可以确保在任何地方、任何时间与许多人进行可靠沟通和信息

13、传输。我们记录、收集和可视化数据的能力日益成熟，使得我们能够找到个人行为和全体行为的模式并对趋势加以分析。”Mary在清华大学就如何利用这些技术、以何种方式设计、以用户为中心的高级用户界面展开讨论。“我们在任何时间都可以跟计算进行交互。”微软亚洲研究院访问学者，华盛顿大学计算机科学与工程学系特聘教授James Landay强调。“人机交互是一门跨学科的研究，我们希望能帮世界上最好的研究人员建立起一个互通的机会。这次2010中国人机交互研讨会是我们的第三次活动，我们每一次都会从欧洲、美国请研究员来参与，希望能让中国的朋友多了解相关技术。从微软的角度来讲，帮助中国发展并努力推广这项技术是很重要的。

14、”(2).无处不计算人机交互技术研究的终极目标是自然用户界面，类似人和人之间的互动，人们不用通过学习，就能够和计算机甚至是任何设备进行自然的交互，阿凡达中所展示的应用就是一个缩影。Mary向记者展示了使用肌肉计算控制界面演奏吉他英雄（Guitar Hero）的过程：一个赤手空拳的年轻人投入地用手指在空中按来按去，脑袋随着节奏甩动，而面前的显示屏中的吉他按照年轻人手指按动的压点和轨迹，传来相应的旋律。这个过程首先采用相关设备识别肌肉运动，然后通过软件将其指定为不同的操作，比如将大拇指与其它四指的接触定义为按下某指，将软件与游戏进行配置后，就可以进行实时的操作了。这个过程一要速度、二要准确率，而秘

15、密就在于胳膊上所佩戴的护腕一样的传感器。与此类似，人们可以用舌头玩俄罗斯方块游戏，用手指运动控制轮椅方向和动力，挥舞手臂和踢腿来玩对战游戏，而未来，人机交互技术将应用于从医疗保健到娱乐的各项领域。微软首席研究与战略官克瑞格蒙迪表示：“过渡到自然的用户界面(natural user interface)，将改变一切现有的作法，不论是学生撰写学期研究报告或打电动游戏的方式，还是科学家研究全球人口增长及其对天然资源的影响。”“普适计算旨在使计算离开桌面，并融入我们的日常生活。”James说，“例如，可以使用交互式显示器密切注意老年人的日常生活情况并保持联系，或者可以使用它来形象展示和分享有关人类对环

16、境的影响。除了无处不在的计算，移动传感器、网络和显示设备等促成了与用户的物理世界相融的新应用浪潮，这些应用的一个共同特点在于支持一些发生在多种环境下的长期社会过程的活动，这些活动需要复杂计算和传感器数据推断技术的支持。”(3).热血科技人的认知决定了技术的方向，用户的接受度决定了技术的商业应用前景。人机交互技术的关键是如何迎合人们的体验需求，而不是一厢情愿地改变用户体验。“平板电脑的形式已经有一个很长的历史。在90年代，就有公司已经在研究这种形式的电脑，而微软就在当时推出过自己第一款的类似的电脑，希望把“电脑装进口袋”。但又有一个十年之后，平板电脑才真正出现。就像其他的技术一样，可能很早就被发明出来了，但并没有在市场上获得商业成功。”James对互联网周刊说。在iPhone刚刚推出的时候，大部分媒体对于苹果这款改变用户手机使用习惯的颠覆式产品并不看好，甚至把iPhon