人機交互技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

1、人機交互技術(shù)的開展與現(xiàn)狀.什么是人機交互技術(shù)？.人機交互技術(shù)Human-Computer Interaction Techniques 是指通過計算機輸入、 輸出設(shè)備,以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù).人機交互技術(shù)包括機器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供大量有關(guān)信息及提示請示等,人通過輸入設(shè)備給機器輸入有關(guān)信息,答復(fù)下列問題及提示請示等.人機交互技術(shù)是計算機用戶界面設(shè)計中的重要內(nèi)容 之一.它與認(rèn)知學(xué)、人機工程學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密切的聯(lián)系.也指通過電極將神經(jīng)信號與電子信號互相聯(lián)系,到達人腦與電腦互相溝通的技術(shù),可以預(yù)見,電腦 甚至可以在未來成為一種媒介,到達人腦與人腦意識之間的交流,即心靈感應(yīng)

2、.二.人機交互技術(shù)的開展人機交互的開展歷史,是從人適應(yīng)計算機到計算機不斷地適應(yīng)人的開展史.1959年美國學(xué)者B.Shackel從人在操縱計算機時如何才能減輕疲勞出 發(fā),提出了被認(rèn)為是人機界面的第一篇文獻的關(guān)于計算機限制臺設(shè)計的人機工程學(xué)的 論文.1960年,Liklider JCK首次提出人機緊密共棲 Human-Computer CloseSymbiosis 的概念,被視為人機界面學(xué)的啟蒙觀點.1969年在英國劍橋大學(xué)召開了 第一次人機系統(tǒng)國際大會,同年第一份專業(yè)雜志國際人機研究 IJMMS創(chuàng)刊.可以 說,1969年是人機界面學(xué)開展史的里程碑.在1970年成立了兩個HCI研究中央：一個是英國

3、的Loughbocough大學(xué)的HUSATff究中央,另一個是美國Xerox公司的Palo Alto研究中央.1970年到1973年出版了四本與計算機相關(guān)的人機工程學(xué)專著, 為人機交互界面的開展指明了方向.20世紀(jì)80年代初期,學(xué)術(shù)界相繼出版了六本專著,對最新的人機交互研究成果進行了總結(jié).人機交互學(xué)科逐漸形成了自己的理論 體系和實踐范疇的架構(gòu).理論體系方面,從人機工程學(xué)獨立出來,更增強調(diào)認(rèn)知心理 學(xué)以及行為學(xué)和社會學(xué)的某些人文科學(xué)的理論指導(dǎo)；實踐范疇方面,從人機界面人機接口拓延開來,強調(diào)計算機對于人的反應(yīng)交互作用.人機界面一詞被人機交互所人機取代.HCI中的I ,也由Interface 界面/

4、接口變成了 Interaction 交互.交互技術(shù)的開展與現(xiàn)狀 3 20 世紀(jì)90年代后期以來,隨著高速處理芯片,多媒體 技術(shù)和Internet Web技術(shù)的迅速開展和普及,人機交互的研究重點放在了智能化交 互,多模態(tài)多通道-多媒體交互,虛擬交互以及人機協(xié)同交互等方面,也就是放 在以人為在中央的人機交互技術(shù)方面.概括地講,人機交互的開展經(jīng)歷了幾個階段：1.早期的手工作業(yè)階段 2.作業(yè)限制語言及交互命令語言階段3.圖形用戶界面GUI階段4.網(wǎng)絡(luò)用戶界面的出現(xiàn) 5.多通道、多媒體的智能人機交互階段 6.虛擬交互界面鼠標(biāo)的出現(xiàn),使人們更流暢地進行人機交互.與鍵盤中的方向鍵相比,它顯然更加符合人的自然

5、習(xí)慣.這是人機交互的第一次革命.鍵盤與鼠標(biāo)的 人機交互組合,從PC時代一直延續(xù)到互聯(lián)網(wǎng)時代,并無太大改變,直到智能 和 多點觸摸的出現(xiàn).迅速普及的多點觸摸技術(shù),是人機交互史上的第二次革命,而引領(lǐng)它的又是蘋果公司與它的革命性 iPhone. 在iPhone問世之前,智能 一 直在沿襲鍵盤和鼠標(biāo)的信息輸入方式. 鍵盤是必須有的,不能少于10個；鼠標(biāo)太大, 對位置的指示采用觸摸的方式完成.但多點觸摸翻開了另外一扇窗戶,它讓所有人意 識到其實鍵盤可以成為觸摸的一局部,而很多命令其實能通過多個手指在觸摸屏上劃 動方式的不同來完成,比方放大和縮小圖片.如今問世不久的Kinect那么可以稱得上人機交互的引領(lǐng)

6、新潮流的第三次革命. 它整合了具有革命性的技術(shù)一一3D圖片 識別與視頻捕捉,加上硬件體驗的不斷優(yōu)化,再加上對應(yīng)其特性的專屬游戲開發(fā),在 游戲這一特定的應(yīng)用場景對技術(shù)的強化,最終塑造了Kinect這一人機互動的革命性產(chǎn)品.在人機交互領(lǐng)域,更加大膽的創(chuàng)新精神正在被喚醒,視頻捕捉技術(shù)、語音識別技術(shù)、紅外遙感技術(shù)、多通道等等技術(shù)的整合開展,必然給人機交互技術(shù)的帶來前 所未有的突破.新的技術(shù)層出不窮,人機交互技術(shù)的開展必然帶給人們更多的科技技 術(shù)的期盼和驚喜.人機交互技術(shù)Human-Computer Interaction Techniques 是指通過計算機輸入、 輸出設(shè)備,以有效的方式實現(xiàn)人與計算機

7、對話的技術(shù).四.人機交互技術(shù)包括機器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供大量有關(guān)信息及提示請示等,人通過輸入設(shè)備給機器輸入有關(guān)信息,答復(fù)下列問題及提示請示等.人機交互技術(shù)是計算機 用戶界面設(shè)計中的重要內(nèi)容之一.它與認(rèn)知學(xué)、人機工程學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密 切的聯(lián)系.五.也指通過電極將神經(jīng)信號與電子信號互相聯(lián)系,到達人腦與電腦互相溝通的技術(shù),可 以預(yù)見,電腦甚至可以在未來成為一種媒介,到達人腦與人腦意識之間的交流,即心 靈感應(yīng).6 .開展歷史7 .市場需求是很大的,而供給方面卻略顯缺乏,尤其是擁有核心知識產(chǎn)權(quán),技術(shù)過硬的 企業(yè)并不多,行業(yè)整體缺乏品牌效應(yīng).8 .LWIMFW面的形成9 .Xerox Pal

8、o研究中央于70年代中后期研制出原型機 Star ,形成了以窗口Window* 菜單Men.、圖符Icons 和指示裝置Pointing Devices 為根底的圖形用戶 界面,也稱WIM叫面.十.Apple最先采用了這種圖形界面,斯坦福研究所 60年代的開展方案也對 WIM叫面的 開展產(chǎn)生了重要的影響.該方案強調(diào)增強人的智能,把人而不是技術(shù)放在了人機交互 的中央位置.該方案的結(jié)果導(dǎo)致了許多硬件的創(chuàng)造,眾所周知的鼠標(biāo)就是其中之一.H一. 2.WIM叫面面臨的問題和開展多媒體計算機和 VR系統(tǒng)的出現(xiàn),改變了人與計算機 通信的方式和要求,使人機交互發(fā)生了很大的變化.在多媒體系統(tǒng)中繼續(xù)采用WIMP界

9、面有其內(nèi)在的缺陷：隨著多媒體軟硬件技術(shù)的開展,在人機交互界面中計算機可以 使用多種媒體,而用戶只能同時用一個交互通道進行交互因而從計算機到用戶的通信 帶寬要比從用戶到計算機的大得多,這是一種不平衡的人-計算機交互.十二.虛擬現(xiàn)實技術(shù)除了要求有高度自然的三維人機交互技術(shù)外,由于受交互裝置和交互環(huán)境的影響,不可能也不必要對用戶的輸入做精確的測量,而是一種非精確的人機交 五.三維人機交互技術(shù)在科學(xué)計算可視化和三維 CADS統(tǒng)中占有重要的地位.基于 WIM豉術(shù)的圖形用戶界面,從本質(zhì)上講,是一種二維交互技術(shù),不具有三維直接操作的水平.要從根本上改變這種不平衡的通信,人機交互技術(shù)的開展必須適應(yīng)從精確交 互

10、向非精確交互、從單通道交互向多通道交互以及從二維交互向三維交互的轉(zhuǎn)變,發(fā) 展用戶與計算機之間快速、低耗的多通道界面.從右上表可以看出在計算機系統(tǒng)不同 的開展階段中,人機交互模型的開展過程.在傳統(tǒng)的人機系統(tǒng)中,人被認(rèn)為是操作員, 只是對機器進行操作,而無真正的交互活動.在計算機系統(tǒng)中人還是被稱為用戶.只 有在VR系統(tǒng)中的人才,是主動的參與者.十三.人類生活中的事件都是多通道的,人-計算機多通道交互技術(shù)的開展雖然受到軟件 和硬件的限制,但至少要滿足兩個條件：其一,多通道整合,不同通道的結(jié)合對用戶 的體驗是十分重要的；其二,在交互中容許用戶產(chǎn)生模糊和不精確的輸入.十四.L非精確的交互十五.語音(Vo

11、ice)主要以語音識別為根底,但不強調(diào)很高的識別率,而是借助其它 通道的約束進行交互.十六.姿勢(Gesture)主要利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等裝置,對手和身體的運動進行跟 蹤,完成自然的人機交互.十七.頭部跟蹤(HeadTracking )主要利用電磁、超聲波等方法,通過對頭部的運動進行 定位交互.十八.視覺跟蹤(Eye-Tracking )對眼睛運動過程進行定位的交互方式.十九.2.多通道交互的體系結(jié)構(gòu)二十.多通道交互的體系結(jié)構(gòu)首先要能保證對多種非精確的交互通道進行綜合,使多通道交互存在于一個統(tǒng)一的用戶界面之中,同時,還要保證這種通道的綜合在交互過程中 的任何時候都能進行.圖1和圖2表示了這

12、兩種不同的體系結(jié)構(gòu).良好的體系結(jié)構(gòu)應(yīng) 能保證多個通道的綜合不只是發(fā)生在應(yīng)用程序這一級.二十一.人機交互技術(shù)是目前用戶界面研究中開展得最快的領(lǐng)域之一,對此,各國都十 分重視.美國在國家關(guān)鍵技術(shù)中,將人機界面列為信息技術(shù)中與軟件和計算機并列的 六項關(guān)鍵技術(shù)之一,并稱其為"對計算機工業(yè)有著突出的重要性,對其它工業(yè)也是很重要的".在美國國防關(guān)鍵技術(shù)中,人機界面不僅是軟件技術(shù)中的重要內(nèi)容之一,而且 是與計算機和軟件技術(shù)并列的11項關(guān)鍵技術(shù)之一.歐共體的歐洲信息技術(shù)研究與發(fā) 展戰(zhàn)略方案(ESPRIT還專門設(shè)立了用戶界面技術(shù)項 目,其中包括多通道人機交互 界面(MultiModal In

13、terface for Man-MachineInterfa二十二.ce) o保持在這一領(lǐng)域中的領(lǐng)先,對整個智能計算機系統(tǒng)是至關(guān)重要的.我們 可以以開展新的人機界面交互技術(shù)為根底,帶動和引導(dǎo)相關(guān)的軟硬件技術(shù)的開展,使 更有效地使用計算機的計算處理水平成為可能.研究現(xiàn)狀已經(jīng)取得了不少研究成果,不少產(chǎn)品已經(jīng)問世.側(cè)重多媒體技術(shù)的有：觸摸式顯示屏 實現(xiàn)的“桌面計算機,能夠隨意折疊的柔性顯示屏制造的電子書,從電影院搬進客廳指 日可待的3D顯示器,使用紅綠藍光激光 二極管的視網(wǎng)膜成像顯示器；側(cè)重多通道技術(shù)的有： “漢王筆手寫漢字識別系統(tǒng),結(jié)合在微軟的Tablet PC操作系統(tǒng)中數(shù)字墨水技術(shù),廣泛應(yīng)用于O

14、ffice/XP的中文版等辦公、應(yīng)用軟件中的 舊M/Via Voice連續(xù)中文語音識別系統(tǒng), 輸入設(shè)備為攝像機、圖像采集卡的手勢識別技術(shù),以IPHON寸機為代表的可支持更復(fù)雜的 姿勢識別的多觸點式觸摸屏技術(shù),以及IPHON葉基于傳感器的捕捉用戶意圖的隱式輸入技 術(shù).人機交互技術(shù)領(lǐng)域熱點技術(shù)的應(yīng)用潛力已經(jīng)開始展現(xiàn),比方智能 配備的地理空間 跟蹤技術(shù),應(yīng)用于可穿戴式計算機、隱身技術(shù)、浸入式游戲等的動作識別技術(shù),應(yīng)用于 虛 擬現(xiàn)實、遙控機器人及 遠(yuǎn)程醫(yī)療等的觸覺交互技術(shù),應(yīng)用于呼叫路由、家庭自動化及語音 撥號等場合的語音識別技術(shù),對于有語言障礙的人士的無聲語音識別,應(yīng)用于廣告、網(wǎng)站、 產(chǎn)品目錄、雜志

15、效用測試的眼動跟蹤技術(shù),針對有語言和行動障礙人開發(fā)的“意念輪椅采用的基于腦電波的人機界面技術(shù)等.熱點技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)是機遇也是挑戰(zhàn),基于視覺的 手勢識別率低,實時性差,需要研究各種算法來改善識別的精度和速度,眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態(tài)、語音、唇讀、人臉、DNA?人類特征的研發(fā)應(yīng)用也正受到關(guān)注,多通道的整合也是人機交互的熱點,另外,與“無所不在的計算、“云計算等相關(guān)技術(shù)的融合與促進也需要繼續(xù)探索.主要特點多媒體系統(tǒng)的交互特點與傳統(tǒng)用戶界面相比,引入了視頻和音頻之后的多媒體用戶界面,最重要的變化就是 界面不再是一個靜態(tài)界面,而是一個與時間有關(guān)的時變媒體界面.人類使用語言和其它時變媒體(如姿勢)的方式

16、完全不同于其它媒體.從向用戶呈現(xiàn) 的信息來講,時變媒體主要是順序呈現(xiàn)的,而我們通常熟悉的視覺媒體(文本和圖形)通 常是同時呈現(xiàn)的.在傳統(tǒng)的靜止界面中,用戶或是從一系列選項中進行選擇(明確的界面 通信成分),或是用可再認(rèn)的方式進行交互(隱含的界面通信成分).在時變媒體的用戶 界面中,所有選項和文件必須順序呈現(xiàn).由于媒體帶寬和人的注意力的限制,在時變媒體中, 用戶不僅要限制呈現(xiàn)信息的內(nèi)容,也必須限制何時呈現(xiàn)和如何呈現(xiàn).VR系統(tǒng)中人機交互的特點人機交互可以說是VR系統(tǒng)的核心,因而,VR系統(tǒng)中人機交互的特點是所有軟硬件設(shè) 計的根底.其特點如下：觀察點(Viewpoint)是用戶做觀察的起點.導(dǎo)航(Na

17、vigation)是指用戶改變觀察點的水平.操作(Manipulation )是指用戶對其周圍對象起作用的水平.臨境(Immersion)是指用戶身臨其境的感覺,這在 VR系統(tǒng)中越來越重要.VR系統(tǒng)中人機交互假設(shè)要具備這些特點,就需要開展新的交互裝置,其中包括三維空間 定位裝置、語言理解、視覺跟蹤、頭部跟蹤和姿勢識別等.多媒體與VR系統(tǒng)的人機交互有著某些共同特點.首先,它們都是使用多個感覺通道, 如視覺和聽覺；其次,它們都是時變媒體.人機交互系統(tǒng)編輯鎖定審核本詞條由“科普中國百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作工程人機交互系統(tǒng)(Human-computer interaction ,簡稱HCI)是研究人

18、與計算機之間通過 相互理解的交流與通信,在最大程度上為人們完成信息治理,效勞和處理等功能,使計算 機真正成為人們工作學(xué)習(xí)的和諧助手的一門技術(shù)科學(xué).中文名人機交互系統(tǒng)外文名Human-computer interaction簡？?麗HCIT4?質(zhì)一門技術(shù)科學(xué)目錄1. 1概述2. 2開展階段3. ?基于鍵盤和字符顯示器的交互階段1. ?基于鼠標(biāo)和圖形顯示器的交互階段2. ?基于多媒體技術(shù)的交互階段3. ?第四代人機自然交互與通信1. 3根本組成2. 4根本功能人機交互系統(tǒng)概述人機交互系統(tǒng)是伴著計算機的誕生就開展起來的.在現(xiàn)代和未來的社會里,只要有人 利用通信、計算機等信息處理技術(shù),為社會、經(jīng)濟、環(huán)

19、境和資源進行活動時,人機交互都 是永恒的主題.鑒于它對科技開展的重要性,研究如何實現(xiàn)自然、便利和無所不在的人機 交互,成是現(xiàn)代信息技術(shù), 人工智能技術(shù)研究的至高目標(biāo),也是數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、智能科 學(xué)、神經(jīng)科學(xué),以及生理、心理科學(xué)多科學(xué)交叉的新結(jié)合點,并將引導(dǎo)著二十一世紀(jì)前期 信息和計算機研究的熱門方向.1 ?人機交互系統(tǒng)開展階段人機交互系統(tǒng)基于鍵盤和字符顯示器的交互階段這一階段所使用的主要交互工具為鍵盤及字符顯示器,交互的內(nèi)容主要有字符、文本 和命令,交互過程顯得呆板和單調(diào).這一階段可稱為第一代人機交互技術(shù).人機交互系統(tǒng)基于鼠標(biāo)和圖形顯示器的交互階段這一階段所使用的主要交互工具為鼠標(biāo)及圖形顯示器,交互的內(nèi)容主要有字符、圖形 和圖像.70年代創(chuàng)造的鼠標(biāo),極大地改善了人機之間的交互方式,在窗口系統(tǒng)大量使用的 今天幾乎是必不可少的輸入設(shè)備；應(yīng)該說,鼠標(biāo)和窗口系統(tǒng)的出現(xiàn),是人機交互技術(shù)開展 歷史上的一次技術(shù)革命.這一階段可稱為第二代人機交互技術(shù).人