- 相關(guān)推薦
2017人機(jī)交互技術(shù)概論
人機(jī)交互技術(shù)(Human-Computer Interaction，HCI)致力于人與計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)，旨在消融這兩個(gè)智能系統(tǒng)間的通訊和對(duì)話界線，使得人與機(jī)器的信息交流便捷而通暢。下面是YJBYS小編整理的人機(jī)交互技術(shù)概論，希望對(duì)你有幫助!
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互是以用戶界面(User Interface，UI)為中介的人與計(jì)算機(jī)間信息傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程：人向計(jì)算機(jī)傳達(dá)交互意圖 — 用戶通過(guò)其側(cè)重于多媒體信息接受的感覺(jué)通道(包括：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和嗅覺(jué)等)對(duì)用戶界面中諸如語(yǔ)音、圖形和圖像等多媒體信息的感知，先利用邏輯思維和形象思維能力產(chǎn)生對(duì)交互意圖的心理描述，再按用戶界面對(duì)交互的輸入要求使用其側(cè)重于過(guò)程控制與信息輸入的效應(yīng)通道為(包括：手、嘴、眼、頭、足及身體等)來(lái)實(shí)施交互行;計(jì)算機(jī)向人傳遞計(jì)算和反饋結(jié)果 — 它利用其感知機(jī)制從精確的用戶界面框架結(jié)構(gòu)中獲取用戶的交互信息，并完成獲取交互行為信息的感知處理、判斷用戶交互意圖的認(rèn)知處理和回饋交互結(jié)果的響應(yīng)處理等一系列計(jì)算過(guò)程，最終運(yùn)用其輸出機(jī)制以用戶界面所定義的特定形式輸出其計(jì)算結(jié)果。
從信息傳遞的角度來(lái)看，用戶界面的任務(wù)是為人類(lèi)的感覺(jué)和效應(yīng)通道與計(jì)算機(jī)的感知和輸出機(jī)制提供通信接口，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互包含互不可分的兩類(lèi)感知過(guò)程：一類(lèi)是人對(duì)計(jì)算機(jī)所提供信息的感知過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)利用其計(jì)算能力和各種媒體處理技術(shù)將計(jì)算機(jī)可供交互的輸入要求或交互處理結(jié)果的反饋以適當(dāng)形式在用戶界面上呈現(xiàn)給用戶;而人類(lèi)使用感覺(jué)通道(如：視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué))接受和理解用戶界面所提供的各種信息。這種感知過(guò)程的關(guān)鍵是用戶界面所呈現(xiàn)信息的形式和豐富程度，并部分與用戶的心理因素及其認(rèn)知能力相關(guān)，這決定了人機(jī)交互中計(jì)算機(jī)與人間通信的輸出帶寬。另一類(lèi)是計(jì)算機(jī)對(duì)人及其所處環(huán)境的感知過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，人類(lèi)按照計(jì)算機(jī)所要求的輸入事件使用效應(yīng)通道(如：語(yǔ)音和動(dòng)作等)在用戶界面中輸入交互操作和指令;計(jì)算機(jī)則通過(guò)對(duì)來(lái)自用戶界面的用戶交互媒介信號(hào)的處理和分析來(lái)獲取和識(shí)別用戶交互意圖，并以適當(dāng)形式在用戶界面上呈現(xiàn)給用戶。這種感知過(guò)程不僅取決于計(jì)算機(jī)感知和識(shí)別人和物及其檢測(cè)用戶情緒變化或用戶個(gè)性等信息處理能力，而且取決于用戶有意識(shí)地將交互意圖“分解”和“組織”為計(jì)算機(jī)所特有輸入事件過(guò)程中所付出的“認(rèn)知努力”，這決定了人機(jī)交互中計(jì)算機(jī)與人間通信的輸入帶寬。此外，如果計(jì)算機(jī)是可以感知外部世界的機(jī)器，還存在兩種特殊的感知：一種是計(jì)算機(jī)感知并傳遞人及其環(huán)境信息，人借助于計(jì)算機(jī)傳遞感知信息，它基本上不屬于人機(jī)交互的感知，但可以作為人機(jī)交互感知的基礎(chǔ)。例如：在視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)并不一定需要識(shí)別人的交互行為和信息，而只成為兩人或多人之間的相互交流的媒介;另一種是人作為虛擬世界中的成員而從計(jì)算機(jī)中獲得的感知，這種感知是人機(jī)交互的感知，而且人和計(jì)算機(jī)的感知地位是等同的，其感知信息的形態(tài)不僅內(nèi)容豐富，而且可以是現(xiàn)實(shí)世界里所看不到的(例如：虛擬的場(chǎng)景、文本和語(yǔ)音等)。
從信息轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，用戶界面的作用是實(shí)現(xiàn)“用戶認(rèn)知空間”與“計(jì)算機(jī)信息處理空間”間信息的雙向映射。由于人類(lèi)的交互意圖通常是一個(gè)涉及人的認(rèn)知和行為因素的高維復(fù)雜信息，且這些信息是非精確的或模糊的;而計(jì)算機(jī)遵循線性信息表示和存儲(chǔ)模式來(lái)表示和處理交互信息，所能捕獲和處理的必須是形式化的精確信息，且其感知和處理結(jié)果不一定能夠依從人的感知規(guī)則。兩者間的差異決定了其雙向映射實(shí)現(xiàn)的技術(shù)復(fù)雜性和方式多樣性，因此，人機(jī)交互技術(shù)的任務(wù)就是要選擇合適的映射方式來(lái)解決其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性與用戶交互的易用性問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在如何提升計(jì)算機(jī)感知和識(shí)別用戶交互行為和狀態(tài)并進(jìn)而理解其交互意圖;用戶交互的易用性則表現(xiàn)為如何充分利用和協(xié)調(diào)人類(lèi)的多個(gè)感覺(jué)和效應(yīng)通道并進(jìn)而降低其完成交互行為所需付出的“認(rèn)知努力”。顯然，一個(gè)良好的映射方式將會(huì)極大地提高人機(jī)交互的自然性和高效性。在人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展歷程中，人機(jī)交互的界面形式經(jīng)歷了手工作業(yè)、命令接口(作業(yè)控制語(yǔ)言及交互命令語(yǔ)言批處理)、(文本)菜單到多通道、多媒體人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng);人機(jī)交互的信息載體經(jīng)歷了以文本和符號(hào)為主字符用戶界面(Character UI)、以二維圖形為主的圖形用戶界面(Graphic UI)、兼顧視聽(tīng)感知的多媒體用戶界面(Media UI)及綜合運(yùn)用多種感覺(jué)(包括觸覺(jué)等)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VR：Virtual Reality);人機(jī)交互的信息維度從一維(主要指文本流)、二維(主要是利用色彩、形狀、紋理等維度信息的二維圖形技術(shù))、三維(主要是三維圖形技術(shù)，但圖形顯示仍以二維平面為主)向多維空間(利用人的多個(gè)感覺(jué)通道和效應(yīng)通道的信息)發(fā)展，計(jì)算機(jī)與用戶間的通信帶寬不斷提高。就其技術(shù)機(jī)理本質(zhì)而言，這種發(fā)展蘊(yùn)涵著對(duì)人機(jī)交互中兩個(gè)主體不同側(cè)重點(diǎn)的映射方式演化：
一種是以機(jī)器為中心的受限方式。這種方式強(qiáng)調(diào)將計(jì)算機(jī)的信息處理需求有效地呈現(xiàn)給用戶，為用戶提供一個(gè)形式化、半雙工、串行的低維度信息展現(xiàn)和操作界面，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是人的交互需基于離散事件，用戶界面等同于一個(gè)解釋器，它接受事件輸入并反饋計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果，在此過(guò)程中，多維信息矢量被壓縮為一個(gè)低維矢量，形成一個(gè)串行的輸入流;二是人的交互必須基于精確交互：用戶在交互中需要把意圖按模型要求“分解”并“組織”為計(jì)算機(jī)所特有的輸入事件，以完全說(shuō)明用戶交互目的和意度。用戶必須面對(duì)機(jī)器操作定義的限制并付出較多的認(rèn)知努力來(lái)使用計(jì)算機(jī)。從用戶角度來(lái)看，這種方式支持的是受限人機(jī)交互(Formal HCI)，用戶需飽受命令記憶和新功能學(xué)習(xí)之苦。例如，用戶通過(guò)使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和顯示器來(lái)與傳統(tǒng)的桌面計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互時(shí)，與計(jì)算機(jī)及其上運(yùn)行軟件間的交互存在著“受限的”交互次序：完成特定序列的操作來(lái)創(chuàng)建Word文檔、輸入文本并將其打印，等等。這種方式的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)及其軟件處理能力展示的有效性和合理性及用戶操作的簡(jiǎn)便性和易記憶程度，具體表現(xiàn)為兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是如何充分而有效地展示計(jì)算機(jī)及其軟件的處理能力，即：如何定義操作及其布局，如：彈出菜單、下拉菜單、分層菜單等;二是如何讓用戶方便地使用和記憶，即：用戶采用何種方式進(jìn)行操作，如：命令語(yǔ)言、文字菜單和圖標(biāo)點(diǎn)擊，等等。顯然這種方式限制了人機(jī)間的通信帶寬，使得既不能有效地利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算和處理能力，也給用戶使用電腦有諸多不便。
傳統(tǒng)用戶界面都是采用了這種映射方式。它主要包括三大類(lèi)：
(1). 命令語(yǔ)言交互(Command HCI)：這種人機(jī)交互始于聯(lián)機(jī)終端的出現(xiàn)，用戶與計(jì)算機(jī)間借助一種雙方都能理解的語(yǔ)言進(jìn)行對(duì)話。根據(jù)語(yǔ)言特點(diǎn)可分為：① 形式語(yǔ)言。這是一種人工語(yǔ)言，特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、嚴(yán)密、高效，如：應(yīng)用于數(shù)學(xué)、化學(xué)、音樂(lè)、舞蹈等各領(lǐng)域的特殊語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言則不僅是操縱計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，而且是處理語(yǔ)言的語(yǔ)言;② 自然語(yǔ)言。特點(diǎn)是具有多義性、微妙、豐富。③ 類(lèi)自然語(yǔ)言。這是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的一種特例，命令語(yǔ)言的典型形式是動(dòng)詞后面接一個(gè)名詞賓語(yǔ)，即：“動(dòng)詞+賓語(yǔ)”結(jié)構(gòu)，二者都可帶有限定詞或量詞。命令語(yǔ)言可以具有非常簡(jiǎn)單的形式，也可有非常復(fù)雜的語(yǔ)法。它要求驚人的記憶和大量的訓(xùn)練，且容易出錯(cuò)，但具有靈活和高效的特點(diǎn)，適合于專業(yè)人員使用。
(2). 圖形交互(Graphic HCI)：圖形用戶界面(Graphics UI，GUI)是當(dāng)前人機(jī)交互的主流，成熟的商品化系統(tǒng)有Apple的Macintosh、IBM的PM(Presentation Manager)、Microsoft的Windows和運(yùn)行于Unix環(huán)境的X-Window、OpenLook和OSF/Motif等。這種界面包含三個(gè)重要思想：① 桌面隱喻(Desktop Metaphor)，即在用戶界面中用人們所熟悉的桌面上的物品來(lái)清楚地表現(xiàn)計(jì)算機(jī)可處理的能力;② WIMP(Windows、Icons、Menu and Pointer)是組成圖形用戶界面的基本單元，以可重疊多窗口管理的窗口管理系統(tǒng)為核心，使用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)器作為輸入設(shè)備，并廣泛采用事件驅(qū)動(dòng)(Event-Driven)技術(shù);③ 直接操作及所見(jiàn)即所得(What You See is What You Get)的界面，交互過(guò)程極大地依賴用戶視覺(jué)和手動(dòng)控制的參與，具有強(qiáng)烈的直接操作特點(diǎn)。菜單(Menu)本身與圖形人機(jī)交互并沒(méi)有必然聯(lián)系，在圖形用戶界面出現(xiàn)前，字符型菜單已經(jīng)在用戶界面中得到了廣泛應(yīng)用。但圖形人機(jī)交互中菜單的表現(xiàn)形式比字符人機(jī)交互更為豐富，在菜單項(xiàng)中可以顯示不同的字體、圖標(biāo)甚至產(chǎn)生三維效果，同時(shí)，還可以諸如層疊式(Hierarchy)、彈出式(PopUp)、下拉式(PullDown)和滾動(dòng)式(scrolling)及其組合等多種形式出現(xiàn)，菜單式人機(jī)交互與命令語(yǔ)言人機(jī)交互相比，用戶只需確認(rèn)而不需回憶系統(tǒng)命令，從而大大降低記憶負(fù)荷，其缺點(diǎn)是靈活性和效率較差，可能不適合于專家用戶。圖形人機(jī)交互具有一定的文化和語(yǔ)言獨(dú)立性，并可提高視覺(jué)目標(biāo)搜索的效率;其主要缺點(diǎn)是需要占用較多的屏幕空間，并且難以表達(dá)和支持非空間性的抽象信息的交互。
(3). 直接操縱(Direct-manipulation HCI)：直接操縱更多地借助物理的、空間的或形象的表示，而不是單純的文字或數(shù)字表示。前者已為心理學(xué)證明有利于“問(wèn)題解決”和“學(xué)習(xí)”。視覺(jué)的、形象的(藝術(shù)的、右腦的、整體的、直覺(jué)的)人機(jī)交互對(duì)于邏輯的、直接性的、面向文本的、左腦的、強(qiáng)迫性的、推理的人機(jī)交互是一個(gè)挑戰(zhàn)。直接操縱人機(jī)交互的操縱模式采用“賓語(yǔ)+動(dòng)詞”結(jié)構(gòu)，Windows 95設(shè)計(jì)者稱之為“以文檔為中心”，用戶最終關(guān)心的是其欲控制和操作的對(duì)象，即：只關(guān)心任務(wù)語(yǔ)義，而不用過(guò)多為計(jì)算機(jī)語(yǔ)義和句法而分心。對(duì)于大量物理、幾何空間及形象的任務(wù)，直接操縱表現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，但它在抽象而復(fù)雜的應(yīng)用中具有局限性。對(duì)于用戶界面設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，圖形的設(shè)計(jì)比較因難，需大量測(cè)試和實(shí)驗(yàn);而復(fù)雜和抽象語(yǔ)義的表示比較困難，不容易實(shí)現(xiàn)交互與應(yīng)用程序的獨(dú)立設(shè)計(jì)。
另一種是以用戶為中心的非受限方式。這種方式強(qiáng)調(diào)將對(duì)人類(lèi)自然能力(尤其交流、運(yùn)動(dòng)和感知能力)與計(jì)算設(shè)備及其感知和推理結(jié)合起來(lái)，通過(guò)采用多種模態(tài)(Multimodal)感知人類(lèi)的自然行為，并以易理解的多媒體(Multimedia)形式實(shí)現(xiàn)多通道(Multichannel)通信，建立“以人為中心”的感知用戶界面(Perceptive User Interface，PUI)[10]。這種界面旨在充分使用人類(lèi)諸如語(yǔ)音、手勢(shì)、視線及頭部跟蹤等多個(gè)感覺(jué)和效應(yīng)通道，并使之可選擇地并行和協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道、非精確、高帶寬、高效及不限制地點(diǎn)的人機(jī)通信[11]，以拓展人機(jī)間信息通信的“帶寬”，減少人類(lèi)的交互認(rèn)知努力，提高人機(jī)交互的自然性和高效性。從用戶角度來(lái)看，這種方式支持的是非受限人機(jī)交互(Informal HCI)[12][13]，其主要出發(fā)點(diǎn)是借助于媒體感知技術(shù)獲取并理解用戶動(dòng)作、行為、習(xí)慣、偏好及其它相關(guān)交互信息，來(lái)緩解以至于消除計(jì)算機(jī)和用戶對(duì)交互意圖的認(rèn)識(shí)和描述存在的精確信息(人機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部表示)和非精確信息(人機(jī)系統(tǒng)的外部表示)間的“鴻溝”;其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于計(jì)算設(shè)備對(duì)人的動(dòng)作和行為識(shí)別的有效性，因此，支持這種交互方式的用戶界面又稱為基于識(shí)別的用戶界面(Recognition-based User Interface)。
這種方式的用戶界面則代表著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展方向，體現(xiàn)了對(duì)人的因素的重視，標(biāo)志著人機(jī)交互技術(shù)從“人適應(yīng)計(jì)算機(jī)”向“計(jì)算機(jī)不斷地適應(yīng)人”方向發(fā)展，就是要給用戶“充分的自由”，使得人類(lèi)不再需要按機(jī)器的要求扭曲自己最自然的思維和行為方式，而可以像在電腦出現(xiàn)前人類(lèi)那樣自由地工作和生活。傳統(tǒng)的界面事實(shí)上成為隔離物質(zhì)世界和信息世界之間的屏障，虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、智能代理和軟件機(jī)器人、計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作等技術(shù)的應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)“虛物實(shí)化”和“實(shí)物虛化”，消除物理對(duì)象和抽象對(duì)象、輸入裝置和輸出裝置在交互空間中的差別，并為人提供多感覺(jué)通道的自然臨境體驗(yàn);語(yǔ)音及文字識(shí)別和自然語(yǔ)言理解等言語(yǔ)計(jì)算，手寫(xiě)體和手繪草圖識(shí)別等筆式計(jì)算及手勢(shì)和表情識(shí)別、視覺(jué)-目標(biāo)拾取認(rèn)知技術(shù)等視覺(jué)計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將不斷提高人機(jī)交互的智能化程度，使機(jī)器能夠根據(jù)上下文及使用者的特點(diǎn)主動(dòng)識(shí)別人的身體姿態(tài)、手勢(shì)、語(yǔ)音和表情等各種自然行為，進(jìn)而判斷出人的意圖。同時(shí)，機(jī)器的功能齊全、高效，既適于人的操作使用，也能滿足人的審美和認(rèn)知需要，機(jī)器的操控和使用將更加符合人的習(xí)慣，并具備聽(tīng)、看和說(shuō)的能力，人可以語(yǔ)言、文字、圖像、手勢(shì)、表情等自然方式與機(jī)器打交道，恰如與他人交流一樣自然。因此，用戶界面是能模擬多種智能和真實(shí)環(huán)境的虛擬空間，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何需要的環(huán)境(包括人)以最自然和“身臨其境”的方式來(lái)完成所需要完成的工作;實(shí)現(xiàn)“無(wú)形而又無(wú)處不在，有形而又自然和諧”的普適交互(Ubiquitous/Pervasive HCI)模式，這種方式的特性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
以用戶為中心(Human-Centered)：以用戶對(duì)人機(jī)交互的需求變化為出發(fā)點(diǎn)，使人機(jī)交互的外在形式和內(nèi)部機(jī)制能符合不同用戶的需要。人類(lèi)的交互行為是自然的，用戶將可利用語(yǔ)音、手勢(shì)、筆劃等自然方式，不受地點(diǎn)限制地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，既能滿足用戶個(gè)性化的需要，又使得用戶不脫離自然社會(huì)關(guān)系(包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境和人類(lèi)溝通交流)。
多模態(tài)(Multimodal)交互：充分利用人類(lèi)多種感覺(jué)和效應(yīng)通道的互補(bǔ)特性，并使之可選擇地、充分地并行和協(xié)作來(lái)捕捉用戶的交互意圖，從而增進(jìn)用戶交互的自然性。模態(tài)(modal)和通道(Channel)間的聯(lián)系和區(qū)別主要在于：人類(lèi)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)這五種感官的信息發(fā)送和接收來(lái)實(shí)現(xiàn)與世界交互的，一種模態(tài)對(duì)應(yīng)一種官能;而通道是指信息傳遞的過(guò)程或途徑。在人機(jī)交互應(yīng)用中，通道描述一種交互技術(shù)，這種技術(shù)可基于某種特殊設(shè)備，如：鍵盤(pán)或鼠標(biāo)，也可基于某種特殊行為，如口語(yǔ)、書(shū)面語(yǔ)或手勢(shì)。如：命令語(yǔ)言用戶界面中的每個(gè)命令都會(huì)使用視覺(jué)和觸覺(jué)等多種模態(tài);而圖形用戶交互既使用了視覺(jué)和觸覺(jué)等多種模態(tài)，又用到了諸如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和聲音及圖像等多種通道。多模態(tài)人機(jī)交互是使用同等方式將兩種或兩種以上輸入模態(tài)相結(jié)合的技術(shù)，其重點(diǎn)是將基于諸如語(yǔ)音識(shí)別、筆形手勢(shì)識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等傳感識(shí)別的輸入技術(shù)集成到用戶界面中。也就是說(shuō)，多模態(tài)人機(jī)交互使用多種模態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)多種通道通信。使用多種模態(tài)生成單獨(dú)的通道，如：利用視覺(jué)和聲音進(jìn)行三維用戶定位，屬多傳感器融合(Multisensor Fusion);類(lèi)似地，使用一種模態(tài)生成多種通道，如：左手鼠標(biāo)指示，右手鼠標(biāo)選擇，則屬于多通道或多設(shè)備(Multichannel or multi-device)人機(jī)交互。
多媒體感知((Multimdia Perceptive)：機(jī)器利用其感知及推理能力對(duì)來(lái)自用戶感覺(jué)和效應(yīng)通道的交互信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、集成和協(xié)調(diào)，并獲取用戶動(dòng)作和行為習(xí)慣、偏好及其它相關(guān)信息，并以人類(lèi)易理解的多媒體信息方式為用戶提供輸出信息，從而提供不受時(shí)空限制而又效能最大化的個(gè)性化計(jì)算服務(wù)。這種人機(jī)交互方式的雙向信息流動(dòng)是以多媒體感知和處理為核心的：用戶通過(guò)其感覺(jué)和效應(yīng)通道傳遞的交互意圖在計(jì)算機(jī)內(nèi)表示為文本、語(yǔ)音、圖形和圖像等多媒體信息，人到機(jī)(Human to Compute)信息流動(dòng)是多媒體信息的獲取及識(shí)別過(guò)程;計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)處理的信息需要以文本、語(yǔ)音、圖形和圖像等用戶理解概念所需的多媒體信息形式展現(xiàn)出來(lái)，機(jī)到人(Computer to Human)的信息展流動(dòng)是多媒體信息的合成和呈現(xiàn)過(guò)程。
自Weiser博士提出普適計(jì)算(Ubiquitous/Pervasive Computing)以來(lái)，人類(lèi)開(kāi)始向未來(lái)計(jì)算探索的進(jìn)程，也催生了以網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)和云計(jì)算(Cloud Computing)為代表的計(jì)算分布化(Distribution)、以嵌入式計(jì)算(Embed Computing)為代表的計(jì)算透明化(Transparent)、以虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)和可穿戴計(jì)算機(jī)(Wearable Computer)為代表的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擬人化(Personate)和有形化(Tangible)、以手持電腦(PDA)和智能手機(jī)(Smart Phone)為代表的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型化(Micromation)和隨身化(Mobile)及以智能空間(Smart Space)和環(huán)境智能(Ambient Intelligence)為代表的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入化(Embeded)和無(wú)形化(Invisible)等眾多新型計(jì)算技術(shù)，推動(dòng)著“機(jī)箱時(shí)代”邁向一個(gè)嶄新時(shí)代：計(jì)算設(shè)備將從人類(lèi)視野中“消失”，那些裝在機(jī)箱中的聲音、視頻和通信等將“游蕩”于我們周?chē)h(huán)境中而變得“無(wú)處不在”。這個(gè)時(shí)代具有兩個(gè)重要特征：一方面，小型化嵌入式計(jì)算設(shè)備將使得人類(lèi)生活的自然環(huán)境“具有”計(jì)算能力，它能自主感知人的存在，并在人類(lèi)需要時(shí)出現(xiàn)和對(duì)其行為作出反應(yīng);另一方面，計(jì)算將日常生活化，能幫助人類(lèi)安排、構(gòu)造和控制日常生活，人類(lèi)將能享受的計(jì)算服務(wù)，人類(lèi)能以最自然的方式、在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、通過(guò)任何設(shè)備從環(huán)境中“無(wú)意識(shí)地”獲取“有感覺(jué)”的計(jì)算資源和計(jì)算服務(wù)。概括地講，在這個(gè)時(shí)代，人類(lèi)生活將片刻離不開(kāi)機(jī)器，人與機(jī)器間的交流更加自然和沒(méi)有阻礙，人和計(jì)算間將是非侵入且不可見(jiàn)的交互，現(xiàn)實(shí)世界就成為用戶界面，用戶只需運(yùn)用其日常技能來(lái)操作和使用計(jì)算設(shè)備，而不再關(guān)注交互媒體形式，也無(wú)需特定的用戶界面，即：Idea Interface is no interface。這既對(duì)人機(jī)交互技術(shù)提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)，也為人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，因此，自然、高效、無(wú)障礙的新型人機(jī)交互技術(shù)成為該領(lǐng)域發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。
新型人機(jī)交互技術(shù)的最主要特性就在于用戶交互的“非受限性(Informaity)”：機(jī)器給人以最小的限制并對(duì)人的各種動(dòng)作做出反應(yīng)，人是主動(dòng)參與者，可以最大的自由度操作機(jī)器，如日常生活中人與人間的交流一樣自然、高效和無(wú)障礙。這種人機(jī)交互技術(shù)強(qiáng)調(diào)兩個(gè)關(guān)鍵特征：一是交互隱含性。理想的人機(jī)交互應(yīng)當(dāng)使用戶把所有注意力集中于完成任務(wù)而無(wú)需為交互操作分心，且應(yīng)允許使用模糊表達(dá)手段來(lái)避免不必要的認(rèn)識(shí)負(fù)荷，有利于提高交互活動(dòng)的自然性和高效性。傳統(tǒng)用戶界面都是等待用戶輸入命令才開(kāi)始采取行動(dòng)，而新穎人機(jī)交互技術(shù)的用戶界面則應(yīng)是積極地感覺(jué)和理解世界，并讓用戶在各個(gè)層次上根據(jù)目標(biāo)和已有知識(shí)采取行動(dòng)，并以充分性代替精確性。理想地，這是一個(gè)使用“被動(dòng)”或“非侵入性”感知的“主動(dòng)”交互方式，無(wú)需用戶顯式說(shuō)明交互成分，僅在交互過(guò)程中隱含地表現(xiàn)而允許非精確的交互，如：用戶視線自然地落在所感興趣的對(duì)象上;用戶的手自然地握住操縱的目標(biāo);等等。二是交互多模態(tài)性和雙向性。允許使用多種感知模態(tài)(如：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等)或多個(gè)感覺(jué)和效應(yīng)通道，突破了模態(tài)和鼠標(biāo)鍵盤(pán)顯示器通信通道的限制，使用連續(xù)形式和并行形式在內(nèi)的多種模態(tài)。盡管感覺(jué)通道側(cè)重于多媒體信息的接受，效應(yīng)通道側(cè)重于交互控制與信息輸入，但兩者是密不可分、相互配合：只用一種通道不能充分表達(dá)意圖，就需要其它通道信息輔助。有時(shí)，使用輔助通道僅為增強(qiáng)表達(dá)力，否則，就必須允許充分地并行和協(xié)作的通道配合關(guān)系。此外，人的感覺(jué)和效應(yīng)通道通常具有雙向性特點(diǎn)，如：視覺(jué)可看又可注視;手可控制又可觸及;等，新穎人機(jī)交互技術(shù)讓用戶避免生硬、頻繁或耗時(shí)的通道切換，從而提高自然性和效率。如：視線跟蹤系統(tǒng)可促成視覺(jué)交互雙向性;聽(tīng)覺(jué)通道在利用三維聽(tīng)覺(jué)定位器實(shí)現(xiàn)交互雙向性;等等。
新型人機(jī)交互技術(shù)的核心問(wèn)題在于如何確保計(jì)算設(shè)備對(duì)人的動(dòng)作和行為識(shí)別的有效性并實(shí)現(xiàn)人機(jī)的和諧共處。計(jì)算設(shè)備及其傳感器是透明和被動(dòng)的，但可以主動(dòng)感知人類(lèi)相關(guān)通信通道并輸出人類(lèi)可理解的結(jié)果。這就需要不同類(lèi)型和層面技術(shù)的集成，并隨著關(guān)鍵維度或特征發(fā)生變化，包括：輸入模態(tài)的數(shù)目和類(lèi)型;通信通道的數(shù)目和類(lèi)型;使用并行模式、串行模式或同時(shí)使用并行和串行模式的能力;識(shí)別模式的大小和類(lèi)型;傳感器和通道的集成方法及支持的應(yīng)用種類(lèi)，等等。依據(jù)充分利用人類(lèi)感覺(jué)和效應(yīng)通道并使得人機(jī)交互更加自然的目標(biāo)，新型人機(jī)交互的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個(gè)方面：
(1). 支持語(yǔ)音交互(Speech-Based HCI)的言語(yǔ)計(jì)算(Speech Computing)：語(yǔ)音是人類(lèi)一種重要而靈活的通信模態(tài)，言語(yǔ)交互的核心是語(yǔ)音識(shí)別，其任務(wù)就是利用語(yǔ)音學(xué)和語(yǔ)言學(xué)知識(shí)，先對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行基于信號(hào)特征的模式分類(lèi)(這是語(yǔ)音信號(hào)處理的范疇)得到拼音串，再利用語(yǔ)言學(xué)知識(shí)對(duì)拼音串進(jìn)一步處理，得到一個(gè)符合語(yǔ)法和語(yǔ)義的句子。簡(jiǎn)單地說(shuō)，語(yǔ)音識(shí)別就是讓計(jì)算機(jī)能聽(tīng)懂人說(shuō)話，將人說(shuō)的話轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)文本。
(2). 支持筆跡交互(Pen-Based/Calligraphic HCI)的筆跡計(jì)算(Calligraphic Computing)：筆跡交互是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域的研究，模擬人類(lèi)“筆錄紙現(xiàn)”這一日常技能的一種人機(jī)交互方式。在這種用戶界面中，用戶借助鼠標(biāo)、筆跡交互器及觸摸屏等設(shè)備用手自由地書(shū)寫(xiě)或繪制各種文字和圖形，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)這些輸入對(duì)象的識(shí)別和理解獲得執(zhí)行某種任務(wù)所需要的信息。它充分利用書(shū)寫(xiě)的自然性和墨水豐富的表達(dá)能力，從而拓寬了人機(jī)交互的頻帶，使人們通過(guò)筆跡交互自然地使用計(jì)算機(jī)的高性能計(jì)算能力：從計(jì)算機(jī)處理角度看，筆跡交互可以在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)的筆畫(huà)中自然地提交計(jì)算任務(wù)所需要的命令和參數(shù);從人機(jī)交互角度來(lái)看，它通過(guò)將用戶的交互意圖映射為由壓力、方向、位置和旋轉(zhuǎn)等信息共同構(gòu)成的多維矢量序列[11][2];從認(rèn)知心理學(xué)角度看，用戶的交互意圖通過(guò)幾個(gè)效應(yīng)和感知通道提交。與言語(yǔ)交互相比，筆跡交互以視覺(jué)形象表達(dá)和傳遞概念，既有抽象、隱喻等特點(diǎn)，還具有形象、直觀等特征，易于理解和記憶，更適于推論和構(gòu)思;與傳統(tǒng)圖形圖像工具相比，它具有自然、簡(jiǎn)便，可表達(dá)不完備模糊概念，擁有強(qiáng)大的信息表達(dá)能力，有利于創(chuàng)造性思想的快速表達(dá)、抽象思維的外化和自然交流。
(3). 支持視覺(jué)交互(Vision-based HCI)的視覺(jué)計(jì)算(Vision Computing)：在人類(lèi)日常面對(duì)面交互中，除使用語(yǔ)音和文字外，還可利用身體各部位的姿態(tài)和動(dòng)作(即所謂身體語(yǔ)言)來(lái)表達(dá)自己的意思。視覺(jué)和言語(yǔ)是聯(lián)合表達(dá)、相互補(bǔ)充的通道，諸如臉部表情、注視焦點(diǎn)、肢體動(dòng)作及其它活動(dòng)等行為線索能為交流提供相關(guān)上下文信息，這些信息不僅能加強(qiáng)語(yǔ)音的表達(dá)能力，還能起到語(yǔ)音交互所不能起到的作用，并影響交談的內(nèi)容和進(jìn)程，如：頭部動(dòng)作可能是“否定”或“肯定”的信號(hào)，臉部表情可能是“無(wú)奈”或“贊許”的表式，注視角度可能可消除“這邊”或“那邊”等語(yǔ)言中指代不明的問(wèn)題。視覺(jué)交互技術(shù)(Vision-based Interaction)的目標(biāo)就是在人機(jī)交互中采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)作為有效的輸入模態(tài)，探測(cè)、定位、跟蹤和識(shí)別用戶交互中有價(jià)值的行為視覺(jué)線索，進(jìn)而預(yù)測(cè)和理解用戶交互意圖并做出響應(yīng)。這種技術(shù)可以支持人機(jī)交互中的一系列的功能，如：人臉檢測(cè)、定位和識(shí)別(確定場(chǎng)景中的人數(shù)、位置和身份等);頭和臉部的跟蹤(用戶的頭部、臉部的位置和方向);臉部表情分析(用戶表情狀態(tài)：微笑、大笑、皺眉、說(shuō)話、困乏等);視聽(tīng)語(yǔ)音識(shí)別(協(xié)助判斷用戶說(shuō)話內(nèi)容);眼睛注視跟蹤(用戶的眼睛朝向);身體跟蹤(用戶身體的位置，身體的動(dòng)作等);手跟蹤(確定用戶手的位置，二維或三維模型、手的結(jié)構(gòu)等);步態(tài)識(shí)別(識(shí)別人的走路/跑步的風(fēng)格);姿勢(shì)、手勢(shì)和活動(dòng)識(shí)別等，最終實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的“行為交互(Behaviour Interaction)”。
(4). 支持情感交互(Affective-based HCI)的情感計(jì)算(Affective Computing)：眾所周知，人類(lèi)相互之間的溝通與交流是自然而富有感情的，計(jì)算機(jī)沒(méi)有情感能力，就很難指望它具有類(lèi)似人一樣的智能，也很難期望人機(jī)交互真正實(shí)現(xiàn)和諧與自然。因此，人們?cè)谂c計(jì)算機(jī)交互的過(guò)程中，也期望計(jì)算機(jī)具有情感和自然和諧的交互能力[14]。而情感交互就是要賦予計(jì)算機(jī)類(lèi)似于人一樣的觀察、理解和生成各種情感特征的能力，它是通過(guò)各種傳感器獲取由人的情感所引起的表情及其生理變化信號(hào)，利用“情感模型”對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，從而理解人的情感并做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。其重點(diǎn)就在于創(chuàng)建一個(gè)能感知、識(shí)別和理解人類(lèi)情感的能力，并能針對(duì)用戶的情感做出智能、靈敏、友好反應(yīng)的個(gè)人計(jì)算系統(tǒng)[14]。擁有情感能力的計(jì)算機(jī)能夠?qū)θ祟?lèi)的情感進(jìn)行獲取、分類(lèi)、識(shí)別和響應(yīng)，進(jìn)而幫助使用者獲得高效而又親切的感覺(jué)，并有效減輕人們使用電腦的挫敗感，甚至幫助人們便于理解自己和他人的情感世界。情感交互還能幫助我們?cè)黾邮褂迷O(shè)備的安全性、使經(jīng)驗(yàn)人性化、使計(jì)算機(jī)作為媒介進(jìn)行學(xué)習(xí)的功能達(dá)到最佳化。
(5). 支持可穿戴交互(Wearable HCI)的穿戴計(jì)算(Wearable Computing)：可穿戴計(jì)算機(jī)是一類(lèi)超微型、可穿戴、人機(jī)“最佳結(jié)合與協(xié)同”的移動(dòng)信息系統(tǒng)�？纱┐饔�(jì)算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)、用途及使用方式上與現(xiàn)在流行的筆記本電腦、掌上電腦(HPC)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等移動(dòng)計(jì)算裝置迥然不同：可穿戴計(jì)算機(jī)不只是將計(jì)算機(jī)微型化和穿戴在身上，它還實(shí)現(xiàn)了人機(jī)的緊密結(jié)合，使人腦得到“直接”和有效的擴(kuò)充與延伸，增強(qiáng)了人的智能。這種交互方式由微型的、附在人體上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)總是處在工作、待用和可存取狀態(tài)，使人的感知能力得以增強(qiáng)，并主動(dòng)感知穿戴者的狀況、環(huán)境和需求，自主地做出適當(dāng)響應(yīng)，從而弱化了“人操作機(jī)器”，而強(qiáng)化了“機(jī)器輔助人”。
上述技術(shù)都是利用人與人及人與世界間口頭或非口頭的交互方式，使用各種模態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道通信，本質(zhì)上都屬于支持感知交互的感知計(jì)算(Sentient Computing)。
(6). 支持虛擬交互(VR HCI)的虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)：虛擬現(xiàn)實(shí)的基本原理是采用攝像或掃描的手段(而不是傳統(tǒng)的建模手段)來(lái)創(chuàng)建虛擬環(huán)境中的事件和對(duì)象，生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。其特點(diǎn)包括：逼真的感覺(jué)(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等)、自然的交互(運(yùn)動(dòng)、姿勢(shì)、語(yǔ)言、身體跟蹤等)、個(gè)人的視點(diǎn)(用戶的眼、耳、身所感到的感覺(jué)信息)和迅速的響應(yīng)(感覺(jué)信息根據(jù)視點(diǎn)變化和用戶輸入及時(shí)更新)。這些特點(diǎn)可概括為三大特征：沉浸感(Iimmersion)：是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度;交互性(Iinteraction)：指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性);想象力(Imagination )：指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求解答，形成新的概念。
(7). 支持人腦交互(Brain-Computer Interaction)的腦計(jì)算(Brain Computing)：最理想的人機(jī)交互形式是直接將計(jì)算機(jī)與用戶思想和目的進(jìn)行連接，無(wú)需再包括任何類(lèi)型的物理動(dòng)作或解釋，實(shí)現(xiàn)“Your wish is my command”的交互模式[15]。雖然在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)這種思想不太可能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)“人腦計(jì)算機(jī)界面(Brain-Computer Interface，BCI)”的初步研究可能是邁向這個(gè)方向的一步，它試圖通過(guò)測(cè)量頭皮或者大腦皮層的電信號(hào)來(lái)感知用戶相關(guān)的大腦活動(dòng)，從而獲取命令或控制參數(shù)。人腦交互不是簡(jiǎn)單的“思想讀取”或“偷聽(tīng)”大腦，而是通過(guò)監(jiān)聽(tīng)大腦行為決定一個(gè)人的想法和目的，是一種新的大腦輸出通道，一個(gè)可能需要訓(xùn)練和掌握技巧的通道。
當(dāng)前，采用第一種方式的圖形用戶界面仍是應(yīng)用的主流，尤其是以超文本標(biāo)記語(yǔ)言(HTML)及超文本傳輸協(xié)議(HTTP)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和搜索引擎的桌面網(wǎng)絡(luò)用戶界面最為普遍，包含了適應(yīng)不同帶寬(從高速視頻點(diǎn)播到低速移動(dòng)電話)、不同尺寸(從手表、掌上電腦到墻壁大小)的各種用戶界面;而采用第二種方式的語(yǔ)音、手寫(xiě)等易用而方便的界面也正逐步普及，多通道、多媒體的自然、高效、智能化用戶界面正得到快速發(fā)展和應(yīng)用。
【人機(jī)交互技術(shù)概論】相關(guān)文章：
專升本藝術(shù)概論復(fù)習(xí)總結(jié)08-20
專升本藝術(shù)概論的復(fù)習(xí)筆記07-22
電子商務(wù)概論試題201608-12
電子商務(wù)概論試題及答案08-14
成考專升本藝術(shù)概論的復(fù)習(xí)筆記06-24