人機交互第1章緒論1.ppt

主要介紹以下幾個方面的內(nèi)容： l 人機交互的概念 l 人機交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系 l 人機交互的研究內(nèi)容 l 人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,第1章 緒論,人機交互技術(shù)編寫組,1,1.1 什么是人機交互,信息技術(shù)的高速發(fā)展對人類生產(chǎn)、生活帶來了廣泛而深刻的影響?！吧暇W(wǎng)沖浪”、“數(shù)碼相機”、PDA、“優(yōu)盤”、“彩屏手機”、“藍牙技術(shù)”等新產(chǎn)品、新概念層出不窮，不斷沖擊著人們的視聽。這些高科技成果為人們帶來便捷、快樂的同時，也促進著人機交互技術(shù)的發(fā)展。作為信息技術(shù)的重要內(nèi)容，人機交互技術(shù)比計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展要滯后許多，已成為人類運用信息技術(shù)深入探索和認(rèn)識客觀世界的瓶頸。因此，人機交互技術(shù)已成為21世紀(jì)信息領(lǐng)域亟需解決的重大課題，引起了世界許多國家的高度重視。,人機交互技術(shù)編寫組,2,在美國21世紀(jì)信息技術(shù)計劃中，將軟件、人機交互、網(wǎng)絡(luò)、高性能計算列為基礎(chǔ)研究內(nèi)容。美國國防關(guān)鍵技術(shù)計劃也把人機交互列為軟件技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。 我國“973”計劃項目“虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)理論、算法及其實現(xiàn)”中，將虛擬環(huán)境的真實感知與自然交互理論與方法作為信息技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。,人機交互技術(shù)編寫組,3,人機交互（Human-Computer Interaction，HCI）是關(guān)于設(shè)計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互式計算機系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進行研究的科學(xué)（ACM SIGCHI，1992，第6頁）。 狹義的講，人機交互技術(shù)主要是研究人與計算機之間的信息交換，它主要包括人到計算機和計算機到人的信息交換兩部分。 對于前者，人們可以借助鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、數(shù)據(jù)服裝、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、姿勢或身體的動作、眼睛甚至腦電波等向計算機傳遞信息；對于后者，計算機通過打印機、繪圖儀、顯示器、頭盔式顯示器（HMD）、音箱等輸出或顯示設(shè)備給人提供信息。,人機交互技術(shù)編寫組,4,它涉及到計算機科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和社會學(xué)以及人類學(xué)等諸多學(xué)科，是信息技術(shù)的一個重要組成部分，并將繼續(xù)對信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。 人機界面（Human-Machine Interface，HMI）作為計算機系統(tǒng)的重要組成部分，主要是指人類與計算機系統(tǒng)之間的通信方式，它是人機雙向信息交換的支持軟件和硬件。 交互設(shè)計（Interaction Design）指的是“設(shè)計支持人們?nèi)粘９ぷ髋c生活的交互產(chǎn)品”，具體的講就是關(guān)于創(chuàng)建新的用戶體驗的問題，其目的是增強和擴充人們工作、通訊及交互的方式。,人機交互技術(shù)編寫組,5,1.2人機交互與其他學(xué)科的關(guān)系 人機交互技術(shù)與認(rèn)知心理學(xué)、人機工程學(xué)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)密切相關(guān)。其中，認(rèn)知心理學(xué)與人機工程學(xué)是人機交互技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人機交互技術(shù)相互交叉和滲透，其關(guān)系如圖1-1所示。,人機交互技術(shù)編寫組,6,人機交互技術(shù)編寫組,7,1.2.1認(rèn)知心理學(xué) 認(rèn)知心理學(xué)（Cognitive Psychology）是20世紀(jì)50年代中期在西方興起的一種心理學(xué)思潮，在20世紀(jì)70年代成為西方心理學(xué)的一個主要研究方向。它研究人的高級心理過程，主要是認(rèn)識過程，如注意、知覺、表象、記憶、思維和語言等，從心理學(xué)的觀點研究人機交互的原理。該領(lǐng)域研究包括如何通過視覺、聽覺等接受和理解來自周圍環(huán)境的信息的感知過程，以及通過人腦進行記憶、思維、推理、學(xué)習(xí)和解決問題等人的心理活動的認(rèn)識過程。其中人腦的認(rèn)知模型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及其模型，已經(jīng)成為新一代計算機、人工智能等領(lǐng)域中最熱門的研究課題之一。認(rèn)知心理學(xué)在人機界面設(shè)計方面具有非常重要作用，是人機交互技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。,人機交互技術(shù)編寫組,8,1.2.2人機工程學(xué) 人機工程學(xué)是運用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)知識，研究人、機器、環(huán)境相互間的合理關(guān)系，以保證人們安全、健康、舒適地工作，從而提高整個系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。在人機界面學(xué)處于初創(chuàng)和奠基階段的時候，人機工程學(xué)是最活躍、最主要的分支，曾經(jīng)對人機界面學(xué)的發(fā)展做出過很大的貢獻。經(jīng)典的人機工程學(xué)稱為硬件人機工程學(xué)，主要集中在對人體能力、人體限制及其他與設(shè)計相關(guān)的人體特性信息的應(yīng)用，以滿足設(shè)計、分析、測試與評價、標(biāo)準(zhǔn)化，以及系統(tǒng)控制的要求。軟件人機工程學(xué)（Software Ergonomics）研究軟件和軟件界面，側(cè)重于運用和擴充軟件工程的理論和原理，對軟件人機界面進行分析、描述、設(shè)計和評估等。,人機交互技術(shù)編寫組,9,主要解決有關(guān)人類思維與信息處理的有關(guān)問題，包括設(shè)計理論、標(biāo)準(zhǔn)化、增強軟件的可用性的方法等，使軟件（計算機）與人的對話能夠滿足人的思維模式與數(shù)據(jù)處理的要求，實現(xiàn)軟件的高可用性。同認(rèn)知心理學(xué)一樣，人機工程學(xué)也是人機交互技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。,人機交互技術(shù)編寫組,10,1.2.3多媒體技術(shù) 一般的，多媒體技術(shù)是指將正文、聲音、圖形、靜止圖像、動態(tài)圖像等與計算集成在一起的技術(shù)。多媒體技術(shù)通過引入動畫、音頻、視頻等動態(tài)媒體，大大豐富了計算機表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計算機輸出的帶寬，提高了用戶接受信息的效率，使人們可以得到更直觀的信息，從而簡化了用戶的操作，擴展了應(yīng)用范圍。 多媒體信息在人機交互中的巨大潛力主要在于它能提高人對信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，同時也能提高信息表現(xiàn)形式與人的邏輯和創(chuàng)造能力的結(jié)合程度，在串行、符號信息以及并行、聯(lián)想信息方面擴展人的信息處理能力。多媒體信息比單一媒體信息對人具有更大的吸引力，有利于人對信息的主動探索而不是被動接受。,人機交互技術(shù)編寫組,11,另外，由于多媒體所帶來的信息冗余性，重復(fù)使用別的媒體或并行使用多種媒體可消除人機通信過程中的多義性及噪聲。多媒體技術(shù)豐富了信息的表現(xiàn)形式，不過目前多媒體技術(shù)的研究基本上限于信息的存儲和傳輸方面，而對于媒體信息理解的研究并不充分。與人工智能技術(shù)結(jié)合，開展媒體理解和推理研究將改變這種現(xiàn)狀。 另一方面，多通道人機交互研究的興起，將進一步提高計算機的信息識別、理解能力，提高人機交互的效率和用戶友好性，將人機交互技術(shù)和用戶界面設(shè)計引向更高境界。 多通道和多媒體都蘊含了多種通信通道的使用，區(qū)別在于系統(tǒng)內(nèi)部信息所處的抽象層次的不同。多通道系統(tǒng)力求對語義的理解。,人機交互技術(shù)編寫組,12,它對用戶的原始輸入在較高的層次上進行解釋、分析和綜合，提取語義內(nèi)容，達到對用戶的某種理解。然后，從較高的表現(xiàn)層次上傳達給用戶最恰當(dāng)?shù)姆答?，它?cè)重于信息的理解和解釋。而多媒體系統(tǒng)則側(cè)重于信息的表現(xiàn)，表現(xiàn)為在計算機的控制下產(chǎn)生、操縱、表現(xiàn)、存儲和傳送些獨立的信息，這些信息至少是通過一種連續(xù)或離散媒體進行編碼的。,人機交互技術(shù)編寫組,13,1.2.4虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）就是借助于計算機技術(shù)及硬件設(shè)備，建立高度真實感的虛擬環(huán)境，使人們通過視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等感官在其中看、聽、觸、聞起來像真實的，以產(chǎn)生身臨其境的感覺的一種技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有別于其他計算機應(yīng)用技術(shù)的三個鮮明特征：真實感、沉浸感和交互性。其中，自然和諧的交互方式是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要研究內(nèi)容，其目的是使人能以聲音、動作、表情等自然方式與虛擬世界中的對象進行交互。,人機交互技術(shù)編寫組,14,目前，人們除了致力于研究開發(fā)友好的用戶界面，還發(fā)明了大量的三維交互設(shè)備，如立體眼鏡、WorkBench、頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示器（CAVE）、墻式大屏幕立體顯示器、數(shù)據(jù)服裝、位置跟蹤器、眼動跟蹤器、觸覺和力反饋裝置、三維掃描設(shè)備、三維鼠標(biāo)、三維跟蹤球、三維游戲桿、數(shù)據(jù)手套等。 虛擬現(xiàn)實中的交互是虛擬現(xiàn)實核心研究內(nèi)容之一，但人機交互并不是虛擬現(xiàn)實的全部，復(fù)雜場景的建模、繪制等技術(shù)，也是虛擬現(xiàn)實非常重要的研究內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實為人機交互的研究提供了很好的契機和媒介，但并不是唯一的媒介，手機、PDA、筆記本電腦等移動設(shè)備，也需要更方便、快捷、人性化的交互手段。,人機交互技術(shù)編寫組,15,1.3人機交互的研究內(nèi)容 人機交互的研究內(nèi)容十分廣泛，涵蓋了建模、設(shè)計、評估等理論和方法以及在Web、移動計算、虛擬現(xiàn)實等方面的應(yīng)用研究與開發(fā)，主要包括： 1. 人機交互界面表示模型與設(shè)計方法（Model and Methodology） 一個交互界面的好壞，直接影響到軟件開發(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)計方法。因此，研究人機交互界面的表示模型與設(shè)計方法，是人機交互的重要研究內(nèi)容之一。,人機交互技術(shù)編寫組,16,圖1-2 人機交互三元素,人機交互技術(shù)編寫組,17,2.可用性分析與評估（Usability and Evaluation） 可用性是人機交互系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它關(guān)系到人機交互能否達到用戶期待的目標(biāo)，以及實現(xiàn)這一目標(biāo)的效率與便捷性。人機交互系統(tǒng)的可用性分析與評估的研究主要涉及到支持可用性的設(shè)計原則和可用性的評估方法等。 3. 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、眼神、表情等自然的交互方式與計算機系統(tǒng)進行通信。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估方法以及多通道信息的融合等。其中，多通道整合是多通道用戶界面研究的重點和難點。,人機交互技術(shù)編寫組,18,4. 認(rèn)知與智能用戶界面（Recognition and Intelligent User Interface） 智能用戶界面（Intelligent User Interface，IUI）的最終目標(biāo)是使人機交互和人人交互一樣自然、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、自然語言理解等都是認(rèn)知與智能用戶界面需要解決的重要問題。 5. 虛擬環(huán)境（Virtual Environment）中的人機交互 “以人為本”的、自然和諧的人機交互理論和方法是虛擬現(xiàn)實的主要研究內(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，建立具有高度真實感的虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。,人機交互技術(shù)編寫組,19,6. Web設(shè)計（Web-Interaction） 重點研究Web界面的信息交互模型和結(jié)構(gòu)，Web界面設(shè)計的基本思想和原則，Web界面設(shè)計的工具和技術(shù)，以及Web界面設(shè)計的可用性分析與評估方法等內(nèi)容。 7. 移動界面設(shè)計（Mobile and Ubicomp） 移動計