人機交互技術(shù)在現(xiàn)代展示設(shè)計中的應(yīng)用

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　以人機交互技術(shù)在現(xiàn)代展示設(shè)計中的應(yīng)用為啟示，分析了多通道用戶界面、計算機支持的協(xié)同工作、三維人機交互等實現(xiàn)高效自然人機交互的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合人機交互技術(shù)的發(fā)展歷程，論述了多媒體與超媒體的交互方式對展示設(shè)計的意義，進而分析了在展示設(shè)計中人機交互技術(shù)的應(yīng)用原則和使用優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，提出了人機交互是展示設(shè)計的發(fā)展方向，會展設(shè)計師

2、應(yīng)該基于對展示主客體的正確分析和理解，遵循相應(yīng)的設(shè)計原則，選擇恰當(dāng)?shù)慕换崿F(xiàn)方式，以達到預(yù)期的展示設(shè)計效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：人機交互技術(shù) 展示設(shè)計 應(yīng)用 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 人機交互與展示設(shè)計原理簡介</p><p>　　1.1 人機交互與展示設(shè)計原

3、理簡介</p><p>　　1.1.1 人機交互的概念及意義</p><p>　　交互的意思就是互相交流，人機交互從字面上看便是人與計算機的相互交流。嚴格來說，人機交互是指人與計算機之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，來完成確定任務(wù)的人與計算機之間的信息交換過程。</p><p>　　人機交互是通過用戶和計算機兩大主體完成其過程的：首先用戶的各種操作指令先被計算

4、機輸入設(shè)備接收，然后設(shè)備會將這些操作指令轉(zhuǎn)化成自己可識別的專用語言，再輸入到計算機當(dāng)中，之后計算機把自己要傳遞的信息轉(zhuǎn)化為用戶可以理解的形式通過輸出設(shè)備輸出，被用戶接受。這個過程中，計算機系統(tǒng)的狀態(tài)、行為過程的實現(xiàn)和操作都會被人機界面不斷地顯示給用戶?？梢?，人機交互實現(xiàn)了計算機內(nèi)部信息模式與人類可以感知的信息形式之間的轉(zhuǎn)化。</p><p>　　1.1.2 展示設(shè)計的概念及意義</p><p&

5、gt;　　展示設(shè)計是一門綜合藝術(shù)設(shè)計，它的主體為商品。展示空間是伴隨著人類社會政治、經(jīng)濟的階段性發(fā)展逐漸形成的。在既定的時間和空間范圍內(nèi)，運用藝術(shù)設(shè)計語言，通過對空間與平面的精心創(chuàng)造，使其產(chǎn)生獨特的空間范圍，不僅含有解釋展品宣傳主題的意圖，并使觀眾能參與其中，達到完美溝通的目的，這樣的空間形式，我們一般稱之為展示空間。對展示空間的創(chuàng)作過程，我們稱之為展示設(shè)計。</p><p>　　展示設(shè)計具有以下五點作用于意義：

6、</p><p>　　1）展示設(shè)計的教育性。展示活動以其獨有的開放性、參與性和直觀形象性而成為人們樂于接受的一種教育方式，博物館展示設(shè)計在這方面尤為突出。人們在參觀的過程中，不知不覺地接受著歷史、地理、自然、人文、科技等諸多方面的信息，對工作、生活、學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極有益的影響，各大博覽會對傳播社會文明、人類文明及普及科學(xué)知識起到良好的作用，如奧林匹克博物館入口自行車運動雕塑，象征著奧林匹克運動“更高、更強、更快”的精

7、神。</p><p>　　2）展示設(shè)計促進貿(mào)易發(fā)展。歷屆國際與國內(nèi)的博覽會、展覽會、展銷會可以說明，展示活動已經(jīng)成為，國際貿(mào)易的重要組成部分，成為國家之間、企業(yè)之間相互溝通的文化橋梁，成為新技術(shù)、新產(chǎn)品推廣的良好場所。我國每年舉辦的兩次廣交會成交額高達100多億美元，從中我們不難看到展示設(shè)計所起的巨大作用。</p><p>　　3）展示設(shè)計促進科技進步。參加過展示會的人都會有這種感覺，每次

8、展示會展示的都是當(dāng)今最新科技成果，參展的國家、企業(yè)都是以最好最新的產(chǎn)品來展示自己的實力。許多國家及企業(yè)通過展覽、參展，互通有無，取長補短，從而推動了人類科技水平的進步。</p><p>　　4）展示設(shè)計對外的宣傳作品。展示是國家間、企業(yè)間互相了解的一個重要手段，通過各類的成就展、文化藝術(shù)展，會大大增加各國之間的了解。因此，展示是一個國家對外宣傳的重要窗口，能促進國家間的合作和友誼，招商引資，以求得共同發(fā)展。<

9、;/p><p>　　5）展示設(shè)計促進地方建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展。展示活動周期短、利潤高，一些城市興建各類展覽館，吸引世界各地的企業(yè)、廠商前來參展，無形中擴大了當(dāng)?shù)氐闹群陀绊懥?，同時帶動了相關(guān)的行業(yè)發(fā)展，從而對國家和地方的經(jīng)濟建設(shè)起到一定的作用。</p><p>　　1.2 影響人機交互的因素</p><p>　　1）用戶因素。它是影響人機交互設(shè)計的第一要素，人機交互設(shè)計要考

10、慮到用戶的感受，不僅包括用戶是否易于學(xué)習(xí)人機交互系統(tǒng)，而且還要高效率、低失誤率地掌握這種使用方式，因此人機交互首先要滿足用戶的需求。除這些基本需求外，還必須有更高層次的設(shè)計，比如用戶的滿意度、情緒等方面，終極目標(biāo)是實現(xiàn)直觀、自然、準(zhǔn)確、快速進行人機交互。由此可見，用戶因素在人機交互設(shè)計中的作用是十分重要的。</p><p>　　2）環(huán)境因素。這個因素同樣在人機交互設(shè)計中占據(jù)了重要的位置。環(huán)境因素又可以分為直接和間

11、接兩種途徑。直接影響指的是系統(tǒng)或物理的環(huán)境方面，其中硬件指標(biāo)（如計算機的存儲能力、傳輸速度等方面）以及設(shè)備更新等方面的情況屬于系統(tǒng)環(huán)境方面； 而人機交互發(fā)生時所處的溫度、濕度、噪音等方面的情況則屬于物理環(huán)境方面。這兩種直接影響因素都會影響人機交互的質(zhì)量和效果。另外，人作為人機交互的主體，特征諸如語言習(xí)慣、行為方式、文字表達、文化背景和認知水平等都不相同，生活環(huán)境、地域特點、氣候變化等對于用戶都有著巨大的影響，這便是間接影響，這些方面的差

12、異正是人機交互設(shè)計必須要考慮的問題?？梢钥闯?，人機交互作為人類與計算機的交流媒介，必須能使絕大多數(shù)人接受計算機所輸出的指令。</p><p>　　1.3 人機交互的主要方式</p><p>　　傳統(tǒng)的人機交互方式是精確的交互方式，這類交互方式需要有足夠的空間來擺放計算機的顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等輸入輸出設(shè)備，用戶必須先對這種環(huán)境進行適應(yīng)，然后才能進行交互操作。隨著科技的進步，越來越多的非精確交

13、互方式（語音識別、手勢識別等）被大量用戶普遍認可，這是因為非精確的交互方式更符合人們的習(xí)慣。這些非精確的交互行為、交互環(huán)境和傳統(tǒng)計算機完全不同，因此在交互設(shè)計上就要有所創(chuàng)新，以便更好地適應(yīng)人的習(xí)慣。目前最主要的非精確交互方式有以下幾種。</p><p>　　1）觸摸顯示屏手勢交互。這是目前智能手機等設(shè)備最主流的輸入交互方式。它之所以能夠被廣大用戶接受，是因為它與鍵盤輸入方式相比，大大降低了操作難度，人們很容易掌握

14、，而且符合用戶的生活習(xí)慣。用戶利用簡單的手勢就可以直觀、輕松地完成操作。觸摸顯示屏手勢交互見圖1.1（圖片摘自百度），可以看出，用戶只需要輕輕一劃，便可得到想要的結(jié)果，且觸摸顯示屏可以通過軟件編程隨時更新顯示的內(nèi)容，任意改變鍵盤的排列組合，用戶可以擁有更加個性化的功能。</p><p>　　2）語音交互。它是用戶通過講話、收聽語音來直接操作計算機的交互方式。語言的輸入比鍵盤的輸入更快速、更有效、更便捷。當(dāng)有多個任

15、務(wù)需要同時處理時，語音輸入可以作為除鍵盤輸入以外的另一通道，大大提高了操作效率。例如車載導(dǎo)航系統(tǒng)，它同時提供語音輸入和輸出，駕駛員只需通過語言及聽覺就可以完成整個導(dǎo)航，非常便捷。語音交互見圖1.2（圖片摘自百度）。</p><p>　　圖1.1 觸摸顯示屏手勢交互[15]</p><p>　　圖1.2 語音交互[15]</p><p>　　3）臉部識別。它是人

16、臉識別，根據(jù)人的臉部特征發(fā)出的信號通過清晰度高的攝像機、超聲波等設(shè)備進行的一種準(zhǔn)確度高、保密性好的交互方式。臉部識別見圖1.3（圖片摘自百度）。</p><p>　　圖1.3 臉部識別交互[15]</p><p>　　第2章 人機交互技術(shù)的發(fā)展歷程</p><p>　　計算機硬件技術(shù)近20年來以突飛猛進的速度發(fā)展，其發(fā)展的歷史，不僅是處理器速度、存儲器容量飛速提

17、高的歷史，也是不斷改善人機交互技術(shù)的歷史。人機交互技術(shù)，如鼠標(biāo)器、窗口系統(tǒng)、超文本、瀏覽器等，已對計算機的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，而且還將繼續(xù)影響全人類的生活。多通道用戶界面、計算機支持的協(xié)同工作、三維人機交互等是實現(xiàn)高效自然的人機交互的關(guān)鍵。人機交互技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。</p><p>　　2.1 計算機發(fā)展早期的非交互批處理方式</p><p>　　在計算機誕生與發(fā)展的早期，人

18、與計算機的交互很費勁，使用穿孔卡片或紙帶輸入設(shè)備將程序與數(shù)據(jù)輸入，控制面板上的指示燈顯示寄存器內(nèi)容，并且只能用二進制的機器語言編程，調(diào)試起來也相當(dāng)繁瑣。</p><p>　　2.2 20世紀(jì)50年代中期至60年代的匯編語言方式</p><p>　　人可以用匯編語言、高級程序設(shè)計語言來編程，并用作業(yè)控制語言進行操作，以后又出現(xiàn)了交互終端、鍵盤、單色顯示器、光筆等。命令語言與功能鍵是主要的輸入

19、方式，它們的表達功能強，至今仍是專業(yè)工作者不可舍棄的交互方式，但是人的記憶負荷重，且敲鍵難免出錯，普通人感到不便。</p><p>　　圖2.1 匯編語言方式[15]</p><p>　　2.3 20世紀(jì)70年代后期以來的“直接操縱界面”</p><p>　　“直接操縱界面”受到了用戶的普遍歡迎，要控制的對象在屏幕上有一個代表（仿真表示），人用鼠標(biāo)或鍵盤對它操作，

20、即以動作代替了復(fù)雜的語法，且可立即看到作用的效果（反饋信息），因而也稱為“直接操縱界面”。直接操縱界面是人機交互技術(shù)中的重大進步，使得外行也更容易與計算機進行對話。</p><p>　　2.4 當(dāng)代多媒體與超媒體的交互方式</p><p>　　多媒體技術(shù)被認為是在智能用戶界面和自然交互技術(shù)取得突破之前的一種過渡技術(shù)。在多媒體用戶界面出現(xiàn)之前，用戶界面經(jīng)過了從文本向圖形的過渡，特別是引入了音

21、頻媒體，大大豐富了計算機表現(xiàn)信息的形式，提高了用戶接受信息的效率。超媒體技術(shù)即計算機的輸出形式不再限于單一的文本，而是文本、圖形、圖像、聲音、動畫或影視等多種媒體的集成。超媒體打破了傳統(tǒng)的單一媒體界限和傳統(tǒng)思維，將平面媒體、電波媒體、網(wǎng)絡(luò)媒體整合形成能夠左右一個區(qū)域乃至整個社會的超級力量。</p><p>　　圖2.2 直接操控技術(shù)[15]</p><p>　　圖2.3 超媒體交互技術(shù)

22、[15]</p><p>　　第3章 展示設(shè)計中的人機交互技術(shù)應(yīng)用原則</p><p>　　3.1 以真實反映展品為宗旨</p><p>　　隨著展示設(shè)計電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，使得人與展品之間能夠更方便的溝通。由于展示設(shè)計宗旨是以體現(xiàn)展品為本位，展品及其相關(guān)信息應(yīng)當(dāng)具有真實性，信息的傳播應(yīng)圍繞展品而展開。展示設(shè)計中的人機交互技術(shù)應(yīng)避免歪曲展品的真實性而引起觀眾

23、的反感。</p><p>　　3.2 合理安排動態(tài)展示形式</p><p>　　展示設(shè)計需要傳達的信息必須通過空間向公眾展現(xiàn)。人機交互技術(shù)與展示設(shè)計的結(jié)合，作為技術(shù)和藝術(shù)緊密結(jié)合的典范，將“空間”語匯進一步延伸，觀眾可以合理安排自己的參觀流線，在流動中合理、經(jīng)濟的介入展示活動，以避免觀展中的重點區(qū)域重復(fù)。</p><p>　　3.3 保證展示主體的安全性</p

24、><p>　　人機交互的展示設(shè)計是在傳統(tǒng)的展示設(shè)計基礎(chǔ)上，以新材料、新技術(shù)和新工藝作為物質(zhì)基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等高技術(shù)作為信息傳達的手段，以人為主體，采用動態(tài)、有節(jié)奏的空間組織形式，借助相關(guān)的道具和設(shè)施，對展示空間進行合理創(chuàng)造。設(shè)計中必須高度重視展示空間的安全性，通過數(shù)字媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對配電室、消防通道等加強監(jiān)控。</p><p>　　3.4 構(gòu)建和諧的展示空間環(huán)境<

25、;/p><p>　　人機交互的展示設(shè)計應(yīng)從人性化和個性化的雙重角度出發(fā)，創(chuàng)構(gòu)舒適和諧的展示環(huán)境，聲色俱全的展示效果。在空間設(shè)計中必須考慮心理學(xué)的功效，組織良好的交通景觀。同時，又必須考慮空間物理環(huán)境的舒適性，如對室內(nèi)溫度、通風(fēng)、聲音、光亮度的舒適要求等。從“以人為本”的設(shè)計角度出發(fā)，將空間載體的形狀、尺寸與人體尺度優(yōu)先協(xié)調(diào)，以達到展示空間的合情、和諧與合理。</p><p>　　第4章 現(xiàn)代

26、展示設(shè)計中人機交互技術(shù)的優(yōu)越性</p><p>　　4.1 人機交互中的觸摸在展示設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　隔空翻書亦稱互動翻書、空中翻書、虛擬電子書、魔幻翻書等，它是利用紅外感應(yīng)技術(shù)以及計算機多媒體技術(shù)實現(xiàn)的一種虛擬翻書的視覺效果。參觀者只需要站在展臺前方，伸出手在空中做出左右揮動手臂的動作，則計算機就能識別出參觀者的動作，并將該動作傳輸給計算機進行處理，計算機內(nèi)的應(yīng)用程序則根據(jù)

27、所捕捉的信號，驅(qū)動多媒體動畫進行翻書的效果表現(xiàn)。這種虛擬翻書形式新穎，視覺沖擊力強，很多展覽展示都有它的身影。例如：中華人民共和國成立60周年成就展、第二屆全國地理測繪展等。觸摸式人機交互在上海世博會的加拿大館、城市生命館、重慶館等也有應(yīng)用。通過LCD或PDP顯示，可以將虛擬書籍的分辨率大大提高，清晰度、色彩對比度的大幅提升，將文字、圖片等資料高度還原，其色彩與灰度不差于印刷品，并可嵌入動畫、視頻等資料。</p><

28、p>　　圖4.1 隔空翻書設(shè)備[15]</p><p>　　4.2 人機交互中的聲控在展示設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　上海世博會德國館的 “動力之源”是人機交互技術(shù)在展示設(shè)計中的創(chuàng)新應(yīng)用。1.3噸重，裝有40萬根LED發(fā)光二極管（主要用來顯示圖像）的互動金屬球，設(shè)置于德國館參觀路徑終點的3層大廳里，見圖1?；娱_始時，觀眾被分成2批跟著解說員的指令呼喊，聽到喊聲后，金屬球上首先

29、會閃現(xiàn)一只眼睛，自動找到聲音最響亮的那個方向，哪邊的呼喊聲大，互動球向那一邊的搖擺也更為劇烈，通過在場所有人的高聲吶喊，金屬球漸漸開始來回擺動，呈圓周狀轉(zhuǎn)動，球面的色彩影像越來越濃，隨機地播放“城市建筑”、“和睦家庭”等不同宣傳主題的畫面。以聲控為代表的人機交互技術(shù)在生活中也得到越來越廣泛的應(yīng)用。比如語音識別技術(shù)、語音撥號以及數(shù)據(jù)錄入等服務(wù)。人能夠直接與機器交談，雙手可以因此而得到解放。上海世博會德國館的“動力之源”金屬球是全世界獨一無

30、二的，人機互動技術(shù)與現(xiàn)代展示技術(shù)的結(jié)合，使得現(xiàn)場所有的觀眾能夠在同一時間親身參與其中形成互動，并領(lǐng)悟到彼此每一個人都是創(chuàng)造“和諧都市”的動力來源。</p><p>　　圖4.2 動力之源[15]</p><p>　　4.3 人機交互中的動作采集在展示設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　動作采集技術(shù)涉及尺寸測量、空間定位及方位測定等，可以由計算機直接處理數(shù)據(jù)，在運動物體

31、的關(guān)鍵部位設(shè)置跟蹤器，由 Motion capture 系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，當(dāng)數(shù)據(jù)被計算機識別后，即可以在計算機產(chǎn)生的鏡頭中調(diào)整、控制運動的物體。上海科技館的“虛擬賽場”，見圖2，正是把足球競技與人機交互相結(jié)合，綜合了虛擬現(xiàn)實、影視合成、視頻姿態(tài)控制等技術(shù)，使展示過程更加互動，比賽更具挑戰(zhàn)性。該動作采集裝置可以在小型展館內(nèi)實時采集足球運動的軌跡，它包括對稱設(shè)在足球運動軌跡上方的光耦合檢測器、傳感器，以及與光耦合檢測器和傳感器的輸出端同步

32、電連接的球運動檢測裝置。光耦合檢測器用于檢測足球經(jīng)過光耦合檢測器之間的夾角，及足球從起始信號點到光耦合檢測器檢測面的飛行時間；傳感器用于輸出發(fā)球的信號；球運動檢測裝置用于將2種信號采集并儲存在存儲器內(nèi)，根據(jù)計算機讀取的需要實時輸出到計算機中進行數(shù)據(jù)圖像處理。</p><p>　　圖4.3 虛擬賽場[15]</p><p>　　4.4 人機交互中的全息技術(shù)在展示設(shè)計中的應(yīng)用</p>

33、;<p>　　在2010年上海世博會國家館的觀展過程中，許多觀眾都會在“國寶”級藝術(shù)品--《清明上河圖》 前駐足?；影妗扒迕魃虾訄D”震撼了所有參觀者?；影?“清明上河圖”分白天和黑夜2個版本，共有1 068個人物，其中白天的時候691人，晚上377人，表現(xiàn)的是北宋宣和年間世界最大城市汴京的繁盛景象。為了讓人能夠更仔細看清楚“清明上河圖”中眾多人物，領(lǐng)略其中的意境，上海市科委專設(shè)了“大尺寸屏幕人機互動”項目，由水晶石數(shù)字

34、科技有限公司開發(fā)完成。運用LED技術(shù)的 《清明上河圖》 有如電影畫面，人物、景致栩栩如生。用計算機科技結(jié)合人物對白，把清明上河圖變成了能夠身臨其境的人機交互媒體。在微軟公司的ICE，Silverlight技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對《清明上河圖》 散點透視的空間造型特點，研發(fā)了獨創(chuàng)性的三維布局恢復(fù)算法和虛擬環(huán)境組織方法。通過使用“橫向分塊”和“縱向分層”的數(shù)據(jù)管理策略，實現(xiàn)了超大量數(shù)據(jù)的合理組織和無縫拼接，配合5.1聲道的立體聲效果，使得參觀者陶

35、醉于北宋東京、汴梁的繁榮中。</p><p>　　圖4.4 清明上河圖[15]</p><p>　　第5章 展示設(shè)計中人機交互技術(shù)的新發(fā)展</p><p>　　多通道交互（Multi-Modal Interaction，MMI）、三維空間動態(tài)成像、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual Reality，簡稱VR），可穿戴計算機和移動手持設(shè)備的交互等為展示設(shè)計中的人機互動提供

36、了有利條件，它們代表了未來人機互動的發(fā)展方向。MMI是指一種使用多種通道與計算機通信的人機交互方式。通道涵蓋了用戶表達意圖、執(zhí)行動作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺或味覺等。3D-vision（三維空間動態(tài)成像技術(shù)）是近年來在國際上興起的一種新型展示技術(shù)，該技術(shù)可以使立體影像不借助任何屏幕或介質(zhì)，而直接懸浮在設(shè)備外的自由空間，觀眾可以不佩戴任何輔助工具，接用裸眼觀看立體影

37、像，還可以用手操作讓它旋轉(zhuǎn)，從任意角度觀看（電影“阿凡達”里就有這樣的展示）。虛擬現(xiàn)實的目標(biāo)是用計算機技術(shù)生成一個虛擬的模擬真實世界的環(huán)境，使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺?？纱┐饔嬎銠C和移動手持設(shè)備的交互，使得身著可穿戴計算機的用戶在身處復(fù)雜的展示空間的時候，可以找到展品、路徑等相關(guān)信息。</p><p>　　圖5.1 VR眼鏡及手持設(shè)備[15]</p><p>　　圖5.2 三維空間動態(tài)成像

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