人機交互、體感互動技術(shù)分析課件

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2、互界面2、交互技術(shù)3、交互系統(tǒng)人機交互人機交互 人機交互：英文名稱：Human-Computer Interaction，簡稱：HCI。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，為完成確定任務(wù)的人與計算機之間的信息交換過程。(人機交互視頻）涉及學(xué)科信息技術(shù)計算機科學(xué)社會學(xué)智能科學(xué)神經(jīng)科學(xué)語言學(xué)生理學(xué)心理學(xué)圖形設(shè)計工業(yè)設(shè)計發(fā)展歷程鍵盤、字符顯示器第一代鍵盤、鼠標、圖形顯示器第二代多媒體技術(shù)第三代多模信息、三維虛擬第四代？上世紀70年代上世紀80年代至今1808發(fā)展歷程第一代人機交互技術(shù)：基于鍵盤和字符顯示器的交互階段 自1808年意大利人佩萊里尼圖里發(fā)明出第一臺打字機以來至20世紀6

3、0年代為第一代人機交互時期。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)。第二代人機交互技術(shù)：基于鼠標和圖形顯示器的交互階段 20世紀70年代，隨著圖形顯示器的開發(fā)以及鼠標的發(fā)明，標志著人們進入到第二代人機交互時期。這一階段所使用的主要交互工具為鼠標及圖形顯示器，交互的內(nèi)容主要有字符、圖形和圖像。即使在窗口系統(tǒng)大量使用的今天幾乎是必不可少的輸入設(shè)備。發(fā)展歷程第三代人機交互技術(shù)：基于多媒體技術(shù)的交互階段 20世紀80年代末出現(xiàn)的多媒體技術(shù)，使計算機產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了前所未有的繁榮，聲卡、圖像卡等硬件設(shè)備的出現(xiàn)使得計算機處理聲音及視頻圖像成為可能

4、，從而使人機交互技術(shù)開始向聲音、視頻過渡。第四代人機交互技術(shù)：人機自然交互與通信 它是一種以多模信息交互為輸入輸出，以Agent（代理）為交互通信界面，具有基于知識對話的網(wǎng)絡(luò)信息交互和檢索能力，并具有二維和三維虛擬交互環(huán)境可視化顯示的人機交互技術(shù)。交互技術(shù) 人機交互技術(shù)，英文名稱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)。 1、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。人機交互技術(shù) 2、人通過輸入設(shè)備給機器輸入有關(guān)信息回答問題或機器給出的提示請示等。交互技術(shù) 人機交互技術(shù)是未來計算

5、機用戶界面設(shè)計中的重要內(nèi)容之一，也許在不遠的將來人們可以通過電極將神經(jīng)信號與電子信號互相聯(lián)系，達到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，即通常聽說的心靈感應(yīng)。癱瘓病人用大腦控制機器臂喝啤酒現(xiàn)在腦機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“心靈感應(yīng)”未來交互技術(shù)人機交互技術(shù)組成虛擬現(xiàn)實（VR）三維交互技術(shù)多通道交互技術(shù)WIMP界面非精確交互技術(shù)交互技術(shù)WIMP界面 WIMP（Windows+IIS+Mysql+PHP）界面由Xerox Palo（施樂帕洛阿爾托）研究中心于70年代中后期研制出原型機Star，形成了以窗口（Windows）、菜單（Menu）、圖符（Ic

6、ons）和指示裝置（Pointing Devices）為基礎(chǔ)的圖形用戶界面。（WIMP界面視頻）windows 2000Windows XPWindows 7Windows 10交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實（VR） 虛擬現(xiàn)實技術(shù)（ 英文名稱：Virtual Reality，簡稱，VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)。它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)

7、域。交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實（VR） 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。（虛擬現(xiàn)實視頻）交互技術(shù)非精確交互技術(shù) 交互技術(shù)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

8、，而是一種非精確的人機交互（模糊控制）。非精確交互技術(shù)視覺跟蹤頭部跟蹤語音姿勢交互技術(shù)非精確交互技術(shù)語音（Voice) ：主要以語音識別為基礎(chǔ)，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。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。交互技術(shù)非精確交互技術(shù)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。視覺跟蹤（Eye-Tracking）：對眼睛運動過程進行定位的交互方式。（非精確交互技術(shù)視頻）交互技術(shù)三維人機交互技術(shù) 三維交互技術(shù)指在計算機中創(chuàng)建產(chǎn)品的三維模型，然后通過交互設(shè)

9、計軟件設(shè)定交互程序，使用戶可以通過鼠標等交互設(shè)備實施人機交互的新興技術(shù)。深度三維空間技術(shù)轉(zhuǎn)動角高度俯仰角寬度偏轉(zhuǎn)角交互技術(shù)三維人機交互技術(shù) 通過控制上述六個參數(shù)，用戶可以在屏幕上平移三維對象或光標，也可沿三個坐標軸轉(zhuǎn)動三維對象。用戶 改變比較操作觀察（三維人機交互視頻）交互技術(shù)多通道交互技術(shù) 為適應(yīng)目前和未來的計算機系統(tǒng)要求，人機界面應(yīng)能支持時變媒體，實現(xiàn)三維、非精確及隱含的人機交互，而多通道人機界面是達到這一目的的重要途徑。 綜合采用視線、語音、手勢等新的交互通道、設(shè)備和交互技術(shù)，使用戶利用多個通道以自然、并行、協(xié)作的方式進行人機對話，通過整合來自多個通道的、精確的和不精確的輸入來捕捉用戶的

10、交互意圖，提高人機交互的自然性和高效性。交互技術(shù)多通道交互技術(shù) 多通道用戶界面主要關(guān)注人機界面中用戶向計算機輸入信息以及計算機對用戶意圖的理解，所要達到的目標可歸納為如下方面：1、交互的自然性：使用戶盡可能多地利用已有的日常技能與計算機交互，降低認識負荷。2、交互的高效性：使人機通訊信息交換吞吐量更大、形式更豐富，發(fā)揮人機彼此不同的認知潛力。3、交互的兼容性：與傳統(tǒng)的用戶界面特別是廣泛流行的WIMP/GUI兼容。交互技術(shù)多通道交互技術(shù)語音識別多媒體表情識別虛擬現(xiàn)實手寫識別眼動跟蹤數(shù)字墨水手勢識別三維輸入涉及的技術(shù)（多通道技術(shù)視頻）人機交互系統(tǒng) 人機交互系統(tǒng)是研究人與計算機之間通過相互理解的交流

11、與通信，在最大程度上為人們完成信息管理，服務(wù)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)。數(shù)學(xué)信息科學(xué)智能科學(xué)神經(jīng)科學(xué)生理科學(xué)心理科學(xué)涉及學(xué)科人機交互系統(tǒng)基本組成以第四代自然交互與通信為例，介紹該概念模型的主要組成部分。（1） 多模態(tài)輸入/輸出：多模態(tài)輸入/輸出是第四代人機交互與通信的主要標志之一。多模態(tài)輸入包括鍵盤、鼠標、文字、語音、手勢、表情、注視等多種輸入方式；而多模態(tài)輸出包括文字、圖形、語音、手勢、表情等多種交互信息。（2） 智能接口代理：智能接口代理是實現(xiàn)人與計算機交互的媒介。（3） 視覺獲?。阂曈X系統(tǒng)主要用于實時獲取外部視覺信息。人機交互系統(tǒng)基本組成（4） 視

12、覺合成：使人機交互能夠在一個仿真或虛擬的環(huán)境中進行，仿佛現(xiàn)實世界中人與人之間的交互。（5） 對話系統(tǒng)：目前主要由兩種研究趨勢，一種以語音為主，另一種從某一特定任務(wù)域入手，引入對話管理概念，建立類似于人人對話的人機對話。（6） Internet信息服務(wù)：扮演信息交流媒介的角色。（7） 知識處理：自動地提取有組織的，可為人們利用的知識。人機交互系統(tǒng)基本功能基本功能多模感知功能知識處理功能智能代理交互功能可視化顯示功能人機交互界面 人機界面，又稱用戶界面或使用者界面，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部

13、形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。人機結(jié)合面是人機系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法。人機交互界面人機交互界面 主要應(yīng)用于工業(yè)和商業(yè) 輸入 輸出 輸出指的是由機械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等。 輸入指的是由人來進行機械或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、指令（命令）的下達或保養(yǎng)維護等。人機交互界面人機交互與人機界面的關(guān)系人機交互人機交互界面 人機交互是指人與機器的交互，本質(zhì)上是人與計算機的交互。或者從更廣泛的角度

14、理解：人機交互是指人與含有計算機的機器的交互。具體來說，人機交互用戶與含有計算機機器之間的雙向通信，以一定的符號和動作來實現(xiàn)，如擊鍵，移動鼠標，顯示屏幕上的符號/圖形等。這個過程包括幾個子過程：識別交互對象-理解交互對象-把握對象情態(tài)-信息適應(yīng)與反饋等； 人機界面是指用戶與含有計算機的機器系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，是人機雙向信息交互的支持軟件和硬件。這里界面定義為通信的媒體或手段，它的物化體現(xiàn)是有關(guān)的支持人機界面用液晶屏、軟件和硬件，如帶有鼠標的圖形顯示終端等。人機交互界面人機交互與人機界面的關(guān)系人機交互人機交互界面 交互是人與機-環(huán)境作用關(guān)系/狀況的一種描述 界面是人與機-環(huán)境發(fā)生交互關(guān)系的

15、具體表達形式。 交互是實現(xiàn)信息傳達的情境刻畫。 界面是實現(xiàn)交互的手段。 交互和界面，都只是解決人機關(guān)系的一種手段，不是最終目的，其最終目的是解決和滿足人的需求。（人機交互界面視頻）人機交互發(fā)展現(xiàn)狀1、觸摸式顯示屏實現(xiàn)的“桌面”計算機，2、能夠隨意折疊的柔性顯示屏制造的電子書，3、從電影院搬進客廳指日可待的3D顯示器，4、使用紅綠藍光激光二極管的視網(wǎng)膜成像顯示器；人機交互現(xiàn)有產(chǎn)品多通道多媒體1、漢王筆”手寫漢字識別系統(tǒng)2、結(jié)合在微軟的Tablet PC 操作系統(tǒng)中數(shù)字墨水技術(shù)3、廣泛應(yīng)用于Office/XP的 中文版等辦公、應(yīng)用 中的IBM/Via Voice連續(xù) 中語音識別系統(tǒng) 4、輸入設(shè)備為

16、攝像機、圖像采集卡的手勢識別技術(shù)5、以IPHONE手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)，以及基于傳感器的捕捉用戶意圖的隱式輸入技術(shù)。人機交互發(fā)展前景智能化自然化自然化的人機交互 用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感覺和體驗。虛擬現(xiàn)實是多媒體發(fā)展的高級階段，是人與機器無障礙交互的自然境界。 智能化的人機交互 讓電腦認識你，懂得你的需求，了解你的言辭，表情和肢體語言。體感互動 體感互動是通過硬件互動設(shè)備、體感互動系統(tǒng)軟件以及三維數(shù)字內(nèi)容，來感應(yīng)站在窗口前的觀看者，當(dāng)觀看者的動作發(fā)生變化時，窗口顯示的畫面同時發(fā)生變化。體感

17、互動視頻體感技術(shù) 體感技術(shù)，在于人們可以很直接地使用肢體動作，與周邊的裝置或環(huán)境互動，而無需使用任何復(fù)雜的控制設(shè)備，便可讓人們身歷其境地與內(nèi)容做互動。慣性感測體感技術(shù)光學(xué)感測慣性光學(xué)聯(lián)合檢測體感技術(shù)慣性檢測 主要是以慣性傳感器為主，例如用重力傳感器，陀螺儀以及磁傳感器等來感測使用者肢體動作的物理參數(shù)，分別為加速度、角速度以及磁場，再根據(jù)此物理參數(shù)來求得使用者在空間中的各種動作。重力傳感器陀螺儀磁傳感器感測加速度角速度磁場捕獲手勢肢體表情體感技術(shù)光學(xué)感測 早在 2005年以前，Sony 便推出 了光學(xué)感應(yīng)套件EyeToy，主要是通過光學(xué)傳感器獲取人體影像，再將此人體影像的肢體動作與游戲中的內(nèi)容互

18、動，主要是以2D平面為主，而內(nèi)容也多屬較為簡易類型的互動游戲。主要代表廠商為 Sony 及Microsoft。 直到 2010年，Microsoft發(fā)表了跨世代的全新體感感應(yīng)套件Kinect，號稱無需使用任何體感手柄，便可達到體感的效果，而比起 EyeToy更為進步的是，Kinect 同時使用激光及攝像頭（RGB）來獲取人體影像信息，可捕捉人體3D全身影像，具有比起EyeToy更為進步的深度信息，而且不受任何燈光環(huán)境限制。體感技術(shù)聯(lián)合感測 Nintendo在2006年推出了Wii空間手柄，在2009年推出了Wii手柄的加強版Wii Motion Plus，主要為在原有的Wii手柄上再插入一個三

19、軸陀螺儀，如此一來便可更精確地偵測人體手腕旋轉(zhuǎn)等動作，強化了在體感方面的體驗。主要代表廠商為Nintendo（任天堂）及 Sony。 Sony在2010年推出游戲手柄Move，主要配置包含一個手柄及一個攝像頭，手柄包含重力傳感器、陀螺儀以及磁傳感器，攝像頭用于捕捉人體影像，結(jié)合這兩種傳感器，便可偵測人體手部在空間中的移動及轉(zhuǎn)動。體感互動實際應(yīng)用游戲 2013年4月，一個名為SharpNow小組發(fā)布了笑傲江湖的體感視頻，成員主要由海外留學(xué)人員及國內(nèi)高等院校畢業(yè)生組成。SharpNow以手勢識別技術(shù)為切入點，推出了3D感知技術(shù)原型，并命名其為SharpSight。（笑傲江湖體感游戲視頻）電影 7D