人機(jī)工程學(xué)發(fā)展展望

人機(jī)工程學(xué)科發(fā)展展望1□人機(jī)界面技術(shù)研究在人機(jī)工程學(xué)中人機(jī)界面是最重要的一個(gè)研究分支，它是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)界面。可將設(shè)計(jì)界面定義為設(shè)計(jì)中所面對(duì)、所分析的一切信息交互的總和，它反映著人一物之間的關(guān)系。廣義的人機(jī)界面：在人機(jī)系統(tǒng)模型中，人與機(jī)之間存在一個(gè)相互作用的'面”，稱為人-機(jī)界面，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上。機(jī)器的各種顯示都''作用”于人，實(shí)現(xiàn)機(jī)-人信息傳遞；人通過視覺和聽覺等感官接受來自機(jī)器的信息，經(jīng)過腦的加工、決策，然后作出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)的信息傳遞。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到人機(jī)關(guān)系的合理性。研究人機(jī)界面主要針對(duì)兩個(gè)問題：顯示和控制。狹義的人機(jī)界面是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面。人機(jī)界面(Human-ComputerInterface)，又稱人機(jī)接口、用戶界面(UserInterface)、人機(jī)交互(Human-ComputerInteraction)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最年輕的分支科學(xué)之一。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)兩大科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)也吸收了語言學(xué)、人機(jī)工程學(xué)和社會(huì)學(xué)等科學(xué)的研究成果。通過30余年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門以研究用戶及其與計(jì)算機(jī)的關(guān)系為特征的主要學(xué)科之一。尤其80年代以來，隨著軟件工程學(xué)的迅速發(fā)展和新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)研究的推動(dòng)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)和開發(fā)已成為國際計(jì)算機(jī)界最為活躍的研究方向。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面學(xué)的發(fā)展，會(huì)朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：高科技化信息技術(shù)的革命，帶來了計(jì)算機(jī)業(yè)的巨大變革。計(jì)算機(jī)越來越趨向平面化、超薄型化；便捷式、袖珍型電腦的應(yīng)用，大大改變了辦公模式；輸入方式已經(jīng)由單一的鍵盤、鼠標(biāo)輸入，朝著多通道輸入化發(fā)展。追蹤球、觸模屏、光筆、語音輸入等競(jìng)相登場(chǎng)；多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及強(qiáng)有力的視覺工作站提供真實(shí)、動(dòng)態(tài)的影像和刺激靈感的用戶界面，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各顯其能，使產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)更加豐富多彩，變化紛呈。自然化早期的人機(jī)界面很簡單，人機(jī)對(duì)話都是機(jī)器語言。由于硬件技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程、人工智能、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進(jìn)步，圖形用戶界面(GraphicUserInterface)、直觀操作(DirectManipulation)、''所見即所得”(Whatyouseeiswhatyouget)等交互原理和方法相繼產(chǎn)生并得到了廣泛應(yīng)用，取代了舊有''鍵入命令”式的操作方式，推動(dòng)人機(jī)界面自然化向前邁進(jìn)了一大步。然而，人們不僅僅滿足于通過屏幕顯示或打印輸出信息，進(jìn)一步要求能夠通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺以及形體、手勢(shì)或口令，更自然地''進(jìn)入”到環(huán)境空間中去，形成人機(jī)''直接對(duì)話”，從而取得''身臨其境”的體驗(yàn)。人性化現(xiàn)代設(shè)計(jì)的風(fēng)格已經(jīng)從功能主義逐步走向了多元化和人性化。今天的消費(fèi)者紛紛要求表現(xiàn)自我意識(shí)、個(gè)人風(fēng)格和審美情趣，反映在設(shè)計(jì)上亦使產(chǎn)品越來越豐富、細(xì)化，體現(xiàn)一種人情味和個(gè)性。一方面要求產(chǎn)品功能齊全、高效，適于人的操作使用，另一方面又要滿足人們的審美和認(rèn)知精神需要?，F(xiàn)代電腦設(shè)計(jì)，已經(jīng)擺脫了舊有的四方殼純機(jī)器味的淡漠。堅(jiān)銳的棱角被圓滑、單一的米色不再一統(tǒng)天下；機(jī)器更加緊湊、完美，被賦予了人的感情。軟界面中顏色、圖標(biāo)的使用，屏幕布局的條理性，軟件操作間的連貫性和共通性，都充分考慮了人的因素，使之操作更簡單、友好。目前，人機(jī)交互正朝著從精確向模糊，從單通道向多通道以及從二維交互向三維交互的轉(zhuǎn)變，發(fā)展用戶與計(jì)算機(jī)之間快捷、低耗的多通道界面。（4）和諧的人機(jī)環(huán)境今后計(jì)算機(jī)應(yīng)能聽、能看、能說，而且應(yīng)能''善解人意”，即理解和適應(yīng)人的情緒或心情。未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展是以人為中心，必須使計(jì)算機(jī)易用好用，使人以語言、文字、圖像、手勢(shì)、表情等自然方式與計(jì)算機(jī)打交道。國外一些大公司如IBM、微軟等在中國國內(nèi)建立的研究院大多以人機(jī)接口為主要研究任務(wù)，尤其是在漢語語音、漢字識(shí)別等方面，如漢語識(shí)別與自然語言理解，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，文字識(shí)別，手勢(shì)識(shí)別，表情識(shí)別等。我們應(yīng)該在人機(jī)交互方式技術(shù)競(jìng)爭中，特別是在人機(jī)界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、視覺-目標(biāo)拾取認(rèn)知技術(shù)等方面取得主動(dòng)權(quán)。2口視覺-目標(biāo)拾取認(rèn)知技術(shù)研究眼睛是心靈的窗戶，透過這個(gè)窗口我們可了解人的許多心理活動(dòng)。人類的信息加工在很大程度上依賴于視覺，來自外界的的信息有80?90%是通過人的眼睛獲得的。眼動(dòng)的各種模式一直與人的心理變化相關(guān)，對(duì)于眼球運(yùn)動(dòng)即眼動(dòng)的研究被認(rèn)為是視覺信息加工研究中最有效的手段，吸引了神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、工效學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等領(lǐng)域?qū)＜业钠毡榕d趣，其研究成果在工業(yè)，軍事，商業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在視覺-目標(biāo)拾取認(rèn)知技術(shù)科學(xué)研究中最為重要的問題就是人對(duì)信息流的獲?。ㄝ斎耄┖托畔⒘鞯目刂疲ㄝ敵觯┻@兩個(gè)問題。據(jù)研究人對(duì)外部信息流的獲取有80%是通過視覺獲得的，由于視覺的重要性，有關(guān)視覺-眼動(dòng)系統(tǒng)的研究始終是科學(xué)界關(guān)注的問題之一，其中有關(guān)人眼的搜索機(jī)制早就引起了神經(jīng)病學(xué)家、眼科學(xué)家、生理學(xué)家、解剖學(xué)家以及工程師們的極大興趣，特別是近年來，世界各國對(duì)視覺-眼動(dòng)系統(tǒng)的研究越來越多：NASA、哈佛、麻省、劍橋、牛津等著名科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)都設(shè)有專門的視覺-眼動(dòng)系統(tǒng)研究部門。而人對(duì)外部信息流的控制主要是通過手、腳、口等效應(yīng)器官進(jìn)行的，其中研究人的目標(biāo)拾取運(yùn)動(dòng)這一基本、重要的作業(yè)運(yùn)動(dòng)形式，可以為人機(jī)界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、評(píng)估、操作提供量化的理論依據(jù)和理論指導(dǎo)，因此，該研究具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值，并一直是工效學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，眼動(dòng)儀在人機(jī)界面設(shè)計(jì)上受到高度重視。美國空軍最早在新的人機(jī)交互設(shè)計(jì)中運(yùn)用視覺追蹤技術(shù)，最初的主要目的是要把視覺追蹤用于戰(zhàn)斗機(jī)座艙的設(shè)計(jì)。這一領(lǐng)域的深入研究表明，視覺追蹤技術(shù)不但可以用于戰(zhàn)斗機(jī)座艙的設(shè)計(jì)，而且還可以運(yùn)用視覺追蹤技術(shù)，把人眼作為計(jì)算機(jī)的一種輸入工具，形成視覺輸入人機(jī)界面。另外，日本的ATR通訊系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室和東京工業(yè)大學(xué)已將眼動(dòng)測(cè)量用于對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究，有效地解決了大的視場(chǎng)和高精度的圖象顯示之間的矛盾。隨著高性能攝像機(jī)的出現(xiàn)和圖象處理技術(shù)的發(fā)展，眼動(dòng)儀將朝著高精度、高實(shí)用性和低成本的方向發(fā)展。國內(nèi)對(duì)視覺測(cè)量的研究起步始于七十年代末、八十年代初。一般都是引進(jìn)了國外設(shè)備作實(shí)驗(yàn)研究，西安電子科技大學(xué)在自主開發(fā)研制眼動(dòng)儀樣機(jī)方面做了很多工作。北京航空航天大學(xué)人機(jī)環(huán)境工程研究所九十年代末開展了飛機(jī)座艙人機(jī)界面評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制，利用視覺與眼動(dòng)系統(tǒng)分析控制面板儀表布局是研究內(nèi)容之一。由于人是人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的主體，只有深刻認(rèn)識(shí)人在系統(tǒng)中的作業(yè)特性，才能研制出最大程度地發(fā)揮人及人機(jī)系統(tǒng)的整體能力的優(yōu)質(zhì)高效系統(tǒng)。人的目標(biāo)拾取運(yùn)動(dòng)作為人的一種輸出形式，具有速度-精確度的折衷關(guān)系，即目標(biāo)拾取運(yùn)動(dòng)的完成時(shí)間與命中目標(biāo)的精確度成反比。這種特性廣泛存在于人的各種輸出和其他控制系統(tǒng)中。所以如何建立人的目標(biāo)拾取運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)用、精確的速度-精確度折衷關(guān)系理論模型就成了研究的主要任務(wù)。三、前景展望現(xiàn)代人機(jī)系統(tǒng)中，作業(yè)人員是在特定環(huán)境中操作和管理復(fù)雜系統(tǒng)和各種數(shù)字化設(shè)備，當(dāng)人在這種環(huán)境中工作時(shí)，既要靠眼睛來觀察環(huán)境，又要靠細(xì)致的注視來完成精確的控制動(dòng)作，通過人機(jī)工程技術(shù)分析，就可知道人在操作時(shí)如何分配注意力、體力，同時(shí)了解儀表、屏幕以及外視景如何設(shè)計(jì)和合理分配才能