人機(jī)交互設(shè)計(jì)課程報(bào)告---談人機(jī)交互技術(shù)

1、<p><b>　　談人機(jī)交互技術(shù)</b></p><p>　　在未來，也許我們僅僅用手指點(diǎn)一下，就能夠讓計(jì)算機(jī)知道應(yīng)該將一個(gè)文件夾移動(dòng)到另一個(gè)文件夾中，這是完全可能成為現(xiàn)實(shí)的。也許，我們能夠讓計(jì)算機(jī)在距離我們最近的彩色打印機(jī)上打印出在旅游途中拍攝的照片，而無需向它提供更多的配置信息。</p><p>　　盡管這些對(duì)我們來說還只是一種幻想，但麻省理工學(xué)院(M

2、IT)的研究人員卻在與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的新方法，把我們的這些幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。MIT計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室(LCS)的 </p><p>　　首席科學(xué)家斯蒂芬表示，在LCS，有200-300名研究人員在對(duì)這個(gè)被稱作“Oxygen聯(lián)盟工程”的計(jì)劃中的各個(gè)子項(xiàng)目進(jìn)行研究。他說，這一計(jì)劃的目標(biāo)就是讓人與計(jì)算機(jī)使用人類的自然語言與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。</p><p>　　該計(jì)劃中包含許多子項(xiàng)目，除了上面

3、提到的項(xiàng)目外，還包括有自然語言理解、多語種間的翻譯、能夠?qū)D象從白板轉(zhuǎn)換到圖象應(yīng)用程序中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具、自動(dòng)配置的分布式無線網(wǎng)絡(luò)以及能夠?yàn)榱髅襟w自動(dòng)分配資源的系統(tǒng)。</p><p>　　斯蒂芬指出，盡管他不能確定使用這些技術(shù)的產(chǎn)品會(huì)在何時(shí)上市銷售，但他表示，一些研究已經(jīng)開始進(jìn)行了。他說，我們只負(fù)責(zé)開發(fā)技術(shù)，營銷產(chǎn)品不是我們的任務(wù)。一些產(chǎn)品可能需要數(shù)年的時(shí)間才能面世。</p><p>

4、　　美國國防部先進(jìn)技術(shù)研究局對(duì)這一計(jì)劃提供了部分資金，該計(jì)劃的研究人員還與象惠普、諾基亞和菲利浦等私營公司進(jìn)行了緊密的合作。這一計(jì)劃的大部分研究成果將免費(fèi)向公眾開放，有些技術(shù)則會(huì)申請(qǐng)專利。</p><p>　　斯蒂芬表示，他希望由這一計(jì)劃開發(fā)的技術(shù)能夠改變?nèi)藗兣c計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的方式。他說，我們的希望是人們將更多地從新技術(shù)中獲益，而無需關(guān)心這些技術(shù)。他認(rèn)為電就屬于這樣一種技術(shù)，它總是默默無聞地為所有人服務(wù)。我們希望

5、計(jì)算技術(shù)也能夠成為這樣一種技術(shù)。</p><p>　　斯蒂芬指出，從長遠(yuǎn)來看，這一計(jì)劃的成果可能不僅僅限于使用更簡單的計(jì)算機(jī)。他說，我們希望這種技術(shù)在提高生產(chǎn)力的同時(shí)，使人們享受更舒適的生活。</p><p>　　未來計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)是什么樣子的？上面的案例應(yīng)該會(huì)給我們提示：人機(jī)交互技術(shù)在將來可以使計(jì)算機(jī)更加簡單；在未來，人機(jī)交互技術(shù)會(huì)使人們享受更舒適的生活。至此，每個(gè)人都可以想象到人機(jī)交互技

6、術(shù)的發(fā)展?jié)摿σ约霸谖磥砩踔潦乾F(xiàn)在的重要地位。那么，什么是人機(jī)交互呢?</p><p>　　人機(jī)交互（Human-Computer Interaction, HCI）是關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)且圍繞這些方面進(jìn)行研究的科學(xué)。人機(jī)交互概念有廣義和狹義的區(qū)別：</p><p>　　廣義上講，人機(jī)交互以實(shí)現(xiàn)自然、高效、和諧的人機(jī)關(guān)系為目的，與之相關(guān)的理論和技術(shù)都在其研究范疇，

7、是計(jì)算機(jī)科學(xué)，心理學(xué)，認(rèn)知科學(xué)以及社會(huì)學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科。研究開發(fā)新的人機(jī)交互設(shè)備、技術(shù)和理論，以實(shí)現(xiàn)無處不在計(jì)算（ubiquitous computing）環(huán)境下的以用戶為中心的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使其能夠增強(qiáng)人的創(chuàng)造力，解放人類的大腦、改善人與人之間的交流與協(xié)作。</p><p>　　人機(jī)交互從技術(shù)上講（狹義的） ，主要是研究人與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，它主要包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人的信息交換兩部分：</

8、p><p>　?。?）人們?nèi)绾谓柚I盤、鼠標(biāo)、操縱桿、眼動(dòng)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(shì)或身體的動(dòng)作、眼睛甚至腦電波等向計(jì)算機(jī)傳遞信息</p><p>　?。?）計(jì)算機(jī)如何通過打印機(jī)、繪圖儀、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</p><p>　　人機(jī)交互和人機(jī)界面是兩個(gè)不同的概念：人機(jī)交互是指用戶與計(jì)算

9、機(jī)系統(tǒng)之間的通信，它是人與計(jì)算機(jī)之間各種符號(hào)和動(dòng)作的雙向信息交換；人機(jī)界面是指人類用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，它是人機(jī)雙向信息交換的支持軟件和硬件。這里“界面”定義為通信的媒體或手段，人機(jī)交互是通過一定的人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)的，在界面開發(fā)過程中，有時(shí)把它們作為同義詞使用。</p><p>　　人機(jī)交互的研究內(nèi)容十分廣泛，涵蓋了建模、設(shè)計(jì)、評(píng)估等理論和方法以及在計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作、信息搜索與可視化、超媒體與萬

10、維網(wǎng)、普適計(jì)算與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等方面的交互設(shè)計(jì)技術(shù)，主要包括：</p><p>　?。?）人機(jī)交互界面表示模型與設(shè)計(jì)方法（Model and Methodology）。一個(gè)交互界面的好壞，直接影響到軟件開發(fā)的成敗。友好人機(jī)交互界面的開發(fā)離不開好的交互模型與設(shè)計(jì)方法MDD和MDA。</p><p>　?。?）多通道交互技術(shù)（Multi-Modal）。在多通道交互中，用戶可以使用語音、手勢(shì)、眼神、表

11、情等自然的交互方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的評(píng)估方法以及多通道信息的融合等。</p><p>　?。?）智能用戶界面（Intelligent User Interface，IUI）。智能用戶界面的最終目標(biāo)是使人機(jī)交互和人－人交互一樣自然、方便。上下文感知、眼動(dòng)跟蹤、手勢(shì)識(shí)別、三維輸入、語音識(shí)別、表情識(shí)別、手寫識(shí)別、自然語言理解等都是認(rèn)知與智能用戶界面需要解決

12、的重要問題。</p><p>　?。?）計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（Computer Supported Cooperative Work--CSCW）?！坝?jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作已成為一個(gè)多學(xué)科交叉的新興的研究領(lǐng)域。CSCW是要研究在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的環(huán)境下(CS)，特別是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，一個(gè)群體如何協(xié)同工作完成一項(xiàng)共同的任務(wù)(CW)。它的目標(biāo)是要設(shè)計(jì)出能支持各種各樣的協(xié)同工作的工具、環(huán)境與應(yīng)用系統(tǒng)。</p>

13、;<p>　?。?）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(duì)信息集合的搜索和可視化日益重要。</p><p>　　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(biāo)的搜索、聲音搜索、視頻搜索和動(dòng)畫搜索等。</p><p>　　信息可視化是一種計(jì)算方法，它將符號(hào)形式轉(zhuǎn)化為幾何形式，使研究人員能夠觀察所做的模擬與計(jì)算?？梢暬峁┝艘环N查看原來不

14、可見事物的方法。</p><p>　　（6）超媒體與萬維網(wǎng)。超媒體擴(kuò)展了傳統(tǒng)的線性文本，給用戶提供了在多個(gè)相關(guān)內(nèi)容之間跳轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì) 。網(wǎng)頁中可以包含圖形、圖像、聲音以及由Java或虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言(VRML)所提供的日益逼真的動(dòng)畫，并且這些網(wǎng)頁可在全世界成千上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器上進(jìn)行傳遞。</p><p>　?。?）虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （Virtual Reality& Augment

15、ed Reality ）。“以人為本”的、自然和諧的人機(jī)交互理論和方法是虛擬現(xiàn)實(shí)的主要研究內(nèi)容之一。</p><p>　　通過研究視覺、聽覺、觸覺等多通道信息融合的理論和方法、協(xié)同交互技術(shù)以及三維交互技術(shù)等，建立具有高度真實(shí)感的虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。</p><p>　?。?）普適計(jì)算（Ubiquitous Computing）。普適計(jì)算是指通過新一代的設(shè)備根據(jù)需要隨時(shí)隨地

16、方便地訪問相關(guān)信息，并可輕松地對(duì)其進(jìn)行操作，普適計(jì)算對(duì)人機(jī)交互技術(shù)提出了更高的要求。</p><p>　　至此，人機(jī)交互技術(shù)的大致框架浮現(xiàn)出來了，對(duì)人機(jī)交互也有了基本的認(rèn)識(shí)。我們也可以從它與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系可以預(yù)知其重要性。如下圖：</p><p>　　人機(jī)交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系</p><p>　　同時(shí)，讓我們看看這六件事情：</p><p

17、>　　1、1945年美國羅斯?？偨y(tǒng)的科學(xué)顧問Vannever Bush(1894-1974)在《大西洋月刊》上發(fā)表的“As We May Think”的著名論文，提出了應(yīng)采用設(shè)備或技術(shù)幫助科學(xué)家來檢索、記錄、分析及傳輸各種信息的明確目標(biāo)和名為“Memex”的一種工作站構(gòu)想，這一目標(biāo)和構(gòu)想影響著過去和當(dāng)今的一大批最著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家。</p><p>　　2、1963年發(fā)明鼠標(biāo)器的美國斯坦福研究所的 D.Eng

18、leberg，他預(yù)言鼠標(biāo)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(huì)有杰出的成果。10年后鼠標(biāo)器經(jīng)Xerox研究中心改進(jìn)后，成為影響當(dāng)代計(jì)算機(jī)使用的最重要成果。</p><p>　　3、1963年美國麻省理工學(xué)院I.Sutherland開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的新領(lǐng)域，隨后美國布朗大學(xué)A.Van Dam等人組織了SIGGRAPH。I.Sutherland還在1968年開發(fā)了頭盔式顯示器。</p>

19、<p>　　4、20世紀(jì)70年代當(dāng)時(shí)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(jì)等思想。</p><p>　　5、1989年 Tim Berners-Lee在日內(nèi)瓦的CERN用HTML及HTTP開發(fā)了WWW網(wǎng)，隨后出現(xiàn)了各種瀏覽器（網(wǎng)絡(luò)用戶界面），使因特網(wǎng)飛速發(fā)展起來。</p><p>　　6、20世紀(jì)90年代美國麻

20、省理工學(xué)院 N.Negroponte（他早在30年前就提出了“交談式計(jì)算機(jī)”概念）領(lǐng)導(dǎo)的媒體實(shí)驗(yàn)室在新一代多通道人機(jī)界面方面（包括語音、手勢(shì)、智能體等），做了大量開創(chuàng)性的工作。</p><p>　　這些事充分反映了人機(jī)交互技術(shù)重要的歷史科學(xué)地位，同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到其潛力的巨大，那么什么才是理想人機(jī)交互技術(shù)呢？未來的人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)該是什么樣子的呢？</p><p>　　人機(jī)交互技術(shù)幾十年來經(jīng)歷

21、了幾個(gè)不同的主要發(fā)展階段和典型風(fēng)格。當(dāng)前，占統(tǒng)治地位的圖形用戶界面(WIMP/GUI)正遭受不斷的批評(píng)，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論未來的人機(jī)界面“可能是什么樣子”而且莫衷一是。在此，我們也想加入這種討論的行列，根據(jù)幾年來研究工作的心得發(fā)表一些看法，談?wù)勈裁词抢硐肴藱C(jī)交互風(fēng)格。我們的出發(fā)點(diǎn)處于人機(jī)工程學(xué)這個(gè)大背景，遵循人機(jī)工程學(xué)的基本觀點(diǎn)，在“以人為中心”前提下強(qiáng)調(diào)人機(jī)配合。</p><p&g

22、t;　　讓我們先考察在人機(jī)工程學(xué)出現(xiàn)之前人類如何對(duì)待工具。不管某個(gè)具體工具的設(shè)計(jì)者在某個(gè)具體時(shí)期如何理解人與工具的關(guān)系，就人類勞動(dòng)(尤其是制造和使用工具)的歷史長河而言，人類是在努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(jìn)行的。就使用特定工具是否需要經(jīng)過訓(xùn)練以及所需訓(xùn)練的程度如何，也是不一而論的。人的技能有簡單與復(fù)雜之分，也許人人都能學(xué)會(huì)打字，但未必人人都能學(xué)會(huì)駕駛航天飛機(jī)。</p><p

23、>　　較為合理的看法是“自然人機(jī)交互是利用人的日常技能進(jìn)行的”，強(qiáng)調(diào)無需特別訓(xùn)練或不需要訓(xùn)練。但究竟什么是“日常技能”以及日常技能是否都是不經(jīng)訓(xùn)練或稍作訓(xùn)練即可獲得呢?語言(特別是書面語言)是必須經(jīng)過訓(xùn)練的，音樂、繪畫、生產(chǎn)工藝等莫不如此。我們認(rèn)為，人從日常環(huán)境走向計(jì)算環(huán)境時(shí)原本具有的技能便是所謂的“日常技能”。可見這是一個(gè)相對(duì)的概念，其中并不細(xì)究是否需訓(xùn)練的問題。所以我們不能以是否需要訓(xùn)練來衡量人機(jī)交互技術(shù)的好壞。人機(jī)工程學(xué)并不

24、否定訓(xùn)練，避免訓(xùn)練或減少訓(xùn)練是人們的愿望，但能否做到并不完全由人的主觀意志決定，應(yīng)根據(jù)人機(jī)交互任務(wù)的目的、特點(diǎn)、場合以及實(shí)現(xiàn)成本等因素來決定人機(jī)交流應(yīng)達(dá)到的自然性程序。</p><p>　　也許對(duì)于早期的“純粹”的計(jì)算機(jī)問題和為數(shù)極少的計(jì)算機(jī)專家而言，命令語言及程序語言界面是足夠的。但是當(dāng)計(jì)算機(jī)大量應(yīng)用于CAD/CAM、字處理、MIS等非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域之后，需要進(jìn)行大量幾何的、空間的、非數(shù)值的、非符號(hào)的信息處理手段

25、，此時(shí)形式語言界面的復(fù)雜性、抽象性，對(duì)記憶負(fù)荷要求等限制了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入和普及，隨之直接操縱給用戶界面技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并廣受歡迎。我們相信，形式語言不會(huì)消失，當(dāng)然也不能強(qiáng)迫所有用戶都接受它。這正如數(shù)學(xué)語言并不會(huì)被其它形式的語言(如圖形的、手勢(shì)的)所取代，雖然心理學(xué)家嘗試在數(shù)學(xué)教育中大量利用非數(shù)學(xué)手段；又如流行音樂與高雅音樂各分秋色，聽眾各有所好。目前，直接操縱界面不但沒有徹底取代形式語言界面，而且其自身也表現(xiàn)出許多局限性。而基于語言的對(duì)話

26、式交互方式又重新開始受到重視，只是對(duì)話語言不再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(duì)話，如所謂的第四代語言，甚至引入基于語音的人機(jī)對(duì)話。基于形式語言、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(dòng)的，其基本模式與直接操作用戶界面相反。這兩種本質(zhì)不同的人機(jī)交互模式在人類的日?；顒?dòng)中都存在其對(duì)應(yīng)的形式，分別對(duì)應(yīng)于語言的和</p><p>　　我們認(rèn)為，自然人機(jī)交互模式是以直接操縱為主的、與命令語言特別

27、是自然語言共存的人機(jī)交互形式。理想的人機(jī)交互模式就是“用戶自由”。</p><p>　　人機(jī)交互和計(jì)算機(jī)用戶界面剛剛走過基于字符方式的命令語言式界面，目前正處于圖形用戶界面時(shí)代。但是，計(jì)算機(jī)科學(xué)家并不滿足于這種現(xiàn)狀，他們正積極探索新型風(fēng)格的人機(jī)交互技術(shù)。當(dāng)前語音識(shí)別技術(shù)和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)手寫識(shí)別技術(shù)的商業(yè)成功讓人們看到了自然人機(jī)交互的曙光。虛擬現(xiàn)實(shí)和多通道用戶界面的迅速發(fā)展顯示出未來人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是追求所謂“人