人機交互設(shè)計課程報告談人機交互技術(shù)

1、談人機交互技術(shù)在以后，或許咱們僅僅用手指點一下，就能夠夠讓運算機明白應(yīng)該將一個文 件夾移動到另一個文件夾中，這是完全可能成為現(xiàn)實的。或許，咱們能夠讓運算 機在距離咱們最近的彩色打印機上打印出在旅行途中拍照的照片，而無需向它提 供更多的配置信息。盡管這些對咱們來講還只是一種空想，但麻省理工學院(MIT)的研究人員卻 在與運算機進行交互的新方式，把咱們的這些空想變成現(xiàn)實。MIT運算機科學和 人工智能實驗室(LCS )的首席科學家斯蒂芬表示，在LCS，有200-300名研究人員在對那個被稱作 “Oxygen聯(lián)盟工程”的打算中的各個子項目進行研究。他說，這一打算的目標 確實是讓人與運算機利用人類的自然

2、語言與運算機進行交互。該打算中包括許多子項目，除上面提到的項目外，還包括有自然語言明白 得、多語種間的翻譯、能夠?qū)D象從白板轉(zhuǎn)換到圖象應(yīng)用程序中的運算機輔助設(shè) 計工具、自動配置的散布式無線網(wǎng)絡(luò)和能夠為流媒體自動分派資源的系統(tǒng)。斯蒂芬指出，盡管他不能確信利用這些技術(shù)的產(chǎn)品會在何時上市銷售，但 他表示，一些研究已經(jīng)開始進行了。他說，咱們只負責開發(fā)技術(shù)，營銷產(chǎn)品不是 咱們的任務(wù)。一些產(chǎn)品可能需要數(shù)年的時刻才能面世。美國國防部先進技術(shù)研究局對這一打算提供了部份資金，該打算的研究人 員還與象惠普、諾基亞和菲利浦等私營公司進行了緊密的合作。這一打算的大部 份研究功效將免費向公眾開放，有些技術(shù)那么會申請專利

3、。斯蒂芬表示，他希望由這一打算開發(fā)的技術(shù)能夠改變?nèi)藗兣c運算機進行交 互的方式。他說，咱們的希望是人們將更多地從頭技術(shù)中獲益，而無需關(guān)切這些 技術(shù)。他以為電就屬于如此一種技術(shù)，它老是默默無聞地為所有人效勞。咱們希 望計算技術(shù)也能夠成為如此一種技術(shù)。斯蒂芬指出，從久遠來看，這一打算的功效可能不單單限于利用更簡單的 運算機。他說，咱們希望這種技術(shù)在提高生產(chǎn)力的同時，令人們享受更舒適的生 活。以后計算機技術(shù)會是什么樣子的？上面的案例應(yīng)該會給咱們提示：人機交互 技術(shù)在以后能夠使運算機加倍簡單；在以后，人機交互技術(shù)會令人們享受更舒適 的生活。至此，每一個人都能夠想象到人機交互技術(shù)的進展?jié)摿驮谝院竽酥潦?

4、此刻的重要地位。那么，什么是人機交互呢？人機交互（Human-Computer Interaction, HCI）是關(guān)于設(shè)計、評判和實現(xiàn) 供人們利用的交互式運算機系統(tǒng)且圍繞這些方面進行研究的科學。人機交互概念 有廣義和狹義的區(qū)別：廣義上講，人機交互以實現(xiàn)自然、高效、和諧的人機關(guān)系為目的，與之相 關(guān)的理論和技術(shù)都在其研究范圍，是運算機科學，心理學，認知科學和社會學等 學科的交叉學科。研究開發(fā)新的人機交互設(shè)備、技術(shù)和理論，以實現(xiàn)無處不在計 算（ubiquitous computing）環(huán)境下的以用戶為中心的交互式運算機系統(tǒng)，使其 能夠增強人的制造力，解放人類的大腦、改善人與人之間的交流與協(xié)作。人機

5、交互從技術(shù)上講（狹義的），主若是研究人與運算機之間的信息互換， 它要緊包括人到運算機和運算機到人的信息互換兩部份：（1）人們?nèi)绾谓柚I盤、鼠標、操縱桿、眼動跟蹤器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手 套、壓力筆等設(shè)備，用手、腳、聲音、姿勢或軀體的動作、眼睛乃至腦電波等向 運算機傳遞信息（2）運算機如何通過打印機、畫圖儀、顯示器、頭盔式顯示器HMD）、音箱、 力反饋等輸出設(shè)備給人提供信息人機交互和人機界面是兩個不同的概念：人機交互是指用戶與運算機系統(tǒng) 之間的通信，它是人與運算機之間各類符號和動作的雙向信息互換；人機界面是 指人類用戶與運算機系統(tǒng)之間的通信媒體或手腕，它是人機雙向信息互換的支持 軟件和硬件。那個地

6、址“界面”概念為通信的媒體或手腕，人機交互是通過必然 的人機界面來實現(xiàn)的，在界面開發(fā)進程中，有時把它們作為同義詞利用。人機交互的研究內(nèi)容十分普遍，涵蓋了建模、設(shè)計、評估等理論和方式和 在運算機支持的協(xié)同工作、信息搜索與可視化、超媒體與萬維網(wǎng)、普適計算與增 強現(xiàn)實等方面的交互設(shè)計技術(shù)，要緊包括：（1）人機交互界面表示模型與設(shè)計方式（Model and Methodology）。一個交 互界面的好壞，直接阻礙到軟件開發(fā)的成敗。友好人機交互界面的開發(fā)離不開好 的交互模型與設(shè)計方式MDD和MDA。多通道交互技術(shù)(Multi-Modal)。在多通道交互中，用戶能夠利用語音、 手勢、眼神、表情等自然的交互

7、方式與運算機系統(tǒng)進行通信。多通道交互要緊研 究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的評估方式和多通道信息的融合 等。智能用戶界面(Intelligent User Interface IUI)。智能用戶界面的 最終目標是令人機交互和人一人交互一樣自然、方便。上下文感知、眼動跟蹤、 手勢識別、三維輸入、語音識別、表情識別、手寫識別、自然語言明白得等都是 認知與智能用戶界面需要解決的重要問題。運算機支持的協(xié)同工作(Computer Supported Cooperative Work-CSCW)。 “運算機支持的協(xié)同工作已成為一個多學科交叉的新興的研究領(lǐng)域。CSCW是要研究在運算機技術(shù)支持的環(huán)

8、境下(CS),專門是在運算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，一個群體如 何協(xié)同工作完成一項一起的任務(wù)(CW)。它的目標是要設(shè)計出能支持各類各樣的協(xié) 同工作的工具、環(huán)境與應(yīng)用系統(tǒng)。信息搜索與可視化。隨著數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)多樣性的增加，對信息集合的搜 索和可視化日趨重要。信息搜索包括：數(shù)據(jù)庫查詢、文本文檔的短語搜索、照片搜索、地圖搜索、圖 案或圖標的搜索、聲音搜索、視頻搜索和動畫搜索等。信息可視化是一種計算方式，它將符號形式轉(zhuǎn)化為幾何形式，使研究人員能夠 觀看所做的模擬與計算?？梢暬峁┝艘环N查看原先不可見事物的方式。超媒體與萬維網(wǎng)。超媒體擴展了傳統(tǒng)的線性文本，給用戶提供了在多個 相關(guān)內(nèi)容之間跳轉(zhuǎn)的機遇。網(wǎng)頁中能夠包括圖形

9、、圖像、聲音和由Java或虛擬 現(xiàn)實建模語言(VRML)所提供的日趨傳神的動畫，而且這些網(wǎng)頁可在全世界成千上 萬臺運算機效勞器上進行傳遞。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實 (Virtual Reality& Augmented Reality )。“ 以 人為本”的、自然和諧的人機交互理論和方式是虛擬現(xiàn)實的要緊研究內(nèi)容之一。通過研究視覺、聽覺、觸覺等多通道信息融合的理論和方式、協(xié)同交互技術(shù)和 三維交互技術(shù)等，成立具有高度真實感的虛擬環(huán)境，令人產(chǎn)生“身臨其境”的感 覺。普適計算(Ubiquitous Computing)。普適計算是指通過新一代的設(shè)備 依照需要隨時隨地址便地訪問相關(guān)信息，并可輕松地對其進行操作

10、，普適計算對 人機交互技術(shù)提出了更高的要求。至此，人機交互技術(shù)的大致框架浮現(xiàn)出來了，對人機交互也有了大體的熟 悉。咱們也能夠從它與其他相關(guān)學科的關(guān)系能夠預(yù)知其重要性。如以下圖：人機交互與其他相關(guān)學科的關(guān)系同時，讓咱們看看這六件情形：一、1945年美國羅斯?？偨y(tǒng)的科學顧問Vannever Bush(1894-1974)在大 西洋月刊上發(fā)表的“As We May Think ”的聞名論文，提出了應(yīng)采納設(shè)備或技 術(shù)幫忙科學家來檢索、記錄、分析及傳輸各類信息的明確目標和名為“Memex” 的一種工作站構(gòu)思，這一目標和構(gòu)思阻礙著過去和現(xiàn)今的一大量最聞名運算機科 學家。二、1963年發(fā)明鼠標器的美國斯坦福

11、研究所的，他預(yù)言鼠標器比其他輸入 設(shè)備都好，并在超文本系統(tǒng)、導(dǎo)航工具方面會有杰出的功效。10年后鼠標器經(jīng) Xerox研究中心改良后，成為阻礙今世運算機利用的最重要功效。3、1963年美國麻省理工學院開辟了運算機圖形學的新領(lǐng)域，隨后美國布朗 大學Dam等人組織了 SIGGRAPHo還在1968年開發(fā)了頭盔式顯示器。4、20世紀70年代那時在Xerox研究中心的Alan Kay發(fā)明了重疊式多窗口 系統(tǒng)，并提出了 Smalltalk面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等思想。五、1989 年 Tim Berners-Lee 在日內(nèi)瓦的 CERN 用 HTML 及 HTTP 開發(fā)了 WWW 網(wǎng)，隨后顯現(xiàn)了各類閱讀器（網(wǎng)絡(luò)

12、用戶界面），使因特網(wǎng)飛速進展起來。六、20世紀90年代美國麻省理工學院（他早在30年前就提出了 “交談式 運算機”概念）領(lǐng)導(dǎo)的媒體實驗室在新一代多通道人機界面方面（包括語音、手 勢、智能體等），做了大量開辟性的工作。這些事充分反映了人機交互技術(shù)重要的歷史科學地位，同時咱們也熟悉到其 潛力的龐大，那么什么才是理想人機交互技術(shù)呢？以后的人機交互技術(shù)應(yīng)該是什 么樣子的呢？人機交互技術(shù)幾十年來經(jīng)歷了幾個不同的要緊進展時期和典型風格。當前， 占統(tǒng)治地位的圖形用戶界面（WIMP/GUI）正蒙受不斷的批評，而新的交互技術(shù)尚不 成熟和普及，于是人們更為熱衷于爭辯以后的人機界面“可能是什么樣子”而且 莫衷一是。

13、在此，咱們也想加入這種討論的行列，依照幾年來研究工作的心得發(fā) 表一些觀點，談?wù)勈裁词抢硐肴藱C交互風格。咱們的起點處于人機工程學那個大 背景，遵循人機工程學的大體觀點，在“以人為中心”前提下強調(diào)人機配合。讓咱們先考察在人機工程學顯現(xiàn)之前人類如何對待工具。不管某個具體工具 的設(shè)計者在某個具體時期如何明白得人與工具的關(guān)系，就人類勞動（尤其是制造 和利用工具）的歷史長河而言，人類是在盡力不懈地改造和馴服自然，而工具的 制造和完善都是在服從這種目的的前提下進行的。就利用特定工具是不是需要通 過訓練和所需訓練的程度如何，也是不一而論的。人的技術(shù)有簡單與復(fù)雜之分， 或許人人都能學會打字，但未必人人都能學會駕

14、駛航天飛機。較為合理的觀點是“自然人機交互是利用人的日常技術(shù)進行的”，強調(diào)無需 專門訓練或不需要訓練。但究竟什么是“日常技術(shù)”和日常技術(shù)是不是都是不經(jīng) 訓練或稍作訓練即可取得呢?語言（專門是書面語言）是必需通過訓練的，音樂、 繪畫、生產(chǎn)工藝等莫不如此。咱們以為，人從日常環(huán)境走向計算環(huán)境時本來具有 的技術(shù)即是所謂的“日常技術(shù)”。可見這是一個相對的概念，其中并非細究是不 是需訓練的問題。因此咱們不能以是不是需要訓練來衡量人機交互技術(shù)的好壞。 人機工程學并非否定訓練，幸免訓練或減少訓練是人們的愿望，但可否做到并非 完全由人的主觀意志決定，應(yīng)依照人機交互任務(wù)的目的、特點、場合和實現(xiàn)本錢 等因素來決定人

15、機交流應(yīng)達到的自然性程序?；蛟S關(guān)于初期的“純粹”的運算機問題和為數(shù)極少的運算機專家而言，命令 語言及程序語言界面是足夠的?？墒钱斶\算機大量應(yīng)用于CAD/CAM、字處置、MIS 等非數(shù)值計算領(lǐng)域以后，需要進行大量幾何的、空間的、非數(shù)值的、非符號的信 息處置手腕，現(xiàn)在形式語言界面的復(fù)雜性、抽象性，對經(jīng)歷負荷要求等限制了運 算機應(yīng)用的深切和普及，隨之直接操縱給用戶界面技術(shù)應(yīng)運而生并廣受歡迎。咱 們相信，形式語言可不能消失，固然也不能強迫所有效戶都同意它。這正如數(shù)學 語言并非會被其它形式的語言（如圖形的、手勢的）所取代，盡管心理學家嘗試在 數(shù)學教育中大量利用非數(shù)學手腕；又如流行音樂與高雅音樂各分秋色，

16、聽眾各有 所好。目前，直接操縱界面不但沒有完全取代形式語言界面，而且其自身也表現(xiàn) 出許多局限性。而基于語言的對話式交互方式又從頭開始受到重視，只是對話語 言再也不限于單純的形式語言，而是引入了自然語言或類自然語言對話，如所謂 的第四代語言，乃至引入基于語音的人機對話?；谛问秸Z言、自然語言或類自 然語言的用戶界面本質(zhì)上都是命令驅(qū)動的，其大體模式與直接操作用戶界面相 反。這兩種本質(zhì)不同的人機交互模式在人類的日?；顒又卸即嬖谄鋵?yīng)的形式， 別離對應(yīng)于語言的和非語言的交際活動，后者泛指形體語言，包括姿勢，情態(tài)、 觸摸、近體、標志等。語言具有后天習得性，有口頭語言和書面語言兩種，書面 語言需要正規(guī)和專門的教育和訓練才能把握。咱們以為，自然人機交互