人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)課程特點(diǎn)人機(jī)交互是關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞相關(guān)的主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。人機(jī)交互技術(shù)已對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，而且還將繼續(xù)影響人們的生活。課程目標(biāo)以培養(yǎng)獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力為主要目標(biāo)，進(jìn)行討論式教學(xué)，不要求死記硬背。重視實(shí)踐，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，積極上網(wǎng)查資料，利用一切資源學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中訓(xùn)練。實(shí)例本節(jié)課內(nèi)容第一章緒論1.1什么是人機(jī)交互1.2人機(jī)交互與其他學(xué)科的關(guān)系1.3人機(jī)交互的研究?jī)?nèi)容1.4人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)第二章認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)工程學(xué)2.1認(rèn)知心理學(xué)什么是人機(jī)交互人機(jī)交互（Human-ComputerInteraction，HCI）是關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)。人機(jī)交互技術(shù)主要是研究人與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，它主要包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人的信息交換兩部分。它涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和社會(huì)學(xué)以及人類學(xué)等諸多學(xué)科，是信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。人機(jī)交互技術(shù)著重研究人機(jī)雙向信息交換方式如何用軟硬件實(shí)現(xiàn)。在美國(guó)21世紀(jì)信息技術(shù)計(jì)劃中，將軟件、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算列為四大基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容。人機(jī)交互與其他學(xué)科的關(guān)系多媒體技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)認(rèn)知心理學(xué)人機(jī)工程學(xué)圖1-1人機(jī)交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互研究的內(nèi)容人機(jī)交互的研究涵蓋了建模、設(shè)計(jì)、評(píng)估等理論和方法以及在Web、移動(dòng)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的應(yīng)用研究與開(kāi)發(fā)。人機(jī)交互界面表示模型與設(shè)計(jì)方法可用性分析與評(píng)估多通道交互技術(shù)認(rèn)知與智能用戶界面虛擬環(huán)境中的人機(jī)交互Web設(shè)計(jì)移動(dòng)界面設(shè)計(jì)群件人機(jī)交互三元素人的因素：是指用戶操作模型交互設(shè)備：是交互計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)交互軟件：是展示各種交互能力的核心人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)發(fā)展歷史：語(yǔ)言命令交互階段計(jì)算機(jī)語(yǔ)言經(jīng)歷了由最初的機(jī)器語(yǔ)言，而后是匯編語(yǔ)言，直至高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程。采用手工操作輸入機(jī)器語(yǔ)言指令（二進(jìn)制機(jī)器代碼）來(lái)控制計(jì)算機(jī)；出現(xiàn)了FORTRAN、PASCAL、COBOL等語(yǔ)言，使人們可以用比較習(xí)慣的符號(hào)形式描述計(jì)算過(guò)程；60年代中期，命令行界面開(kāi)始出現(xiàn)，通過(guò)這種人機(jī)界面，人們可以通過(guò)問(wèn)答式對(duì)話、文本菜單或命令語(yǔ)言等方式來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互。人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)圖形用戶界面（GUI）交互階段GUI的主要特點(diǎn)是桌面隱喻、WIMP(Windows、Icon、Menu、PointingDevice)技術(shù)、直接操縱和“所見(jiàn)即所得（WhatYouSeeIsWhatYouGet）”。圖1-4WIMP界面概念模型

與命令行界面相比，圖形用戶界面的人機(jī)交互自然性和效率都有較大的提高。圖1-5多通道人機(jī)界面概念模型

人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)自然和諧的人機(jī)交互階段主要特點(diǎn)是基于語(yǔ)音、手寫體、姿勢(shì)、視線跟蹤、表情等輸入手段的多通道交互。目的是使人能以聲音、動(dòng)作、表情等自然方式進(jìn)行交互操作。人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)：集成化卡耐基-梅隆大學(xué)INTERACTIVESYSTEMLABS的INTERACT項(xiàng)目包括如下子課題：人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)化新一代的人機(jī)交互技術(shù)需要考慮在不同設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)、不同平臺(tái)之間的無(wú)縫過(guò)渡和擴(kuò)展支持人們通過(guò)跨地域的網(wǎng)絡(luò)在世界上任何地方用多種簡(jiǎn)單的自然方式進(jìn)行人機(jī)交互而且包括支持多個(gè)用戶之間以協(xié)作的方式進(jìn)行交互。智能化提高交互活動(dòng)的自然性和高效性，使人－機(jī)之間的交互像人－人交互一樣自然、方便。標(biāo)準(zhǔn)化在人機(jī)交互領(lǐng)域，ISO已正式發(fā)布了許多的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試和可用性評(píng)估等。認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)工程學(xué)多媒體技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)認(rèn)知心理學(xué)人機(jī)工程學(xué)人機(jī)交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系人機(jī)交互技術(shù)認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)知心理學(xué)研究人們?nèi)绾潍@得外部世界信息，信息在人腦內(nèi)如何表示并轉(zhuǎn)化為知識(shí)，知識(shí)怎樣存儲(chǔ)又如何用來(lái)指導(dǎo)人們的注意和行為。認(rèn)知心理學(xué)涉及心理活動(dòng)的全部過(guò)程——從感覺(jué)到知覺(jué)、識(shí)別、注意、學(xué)習(xí)、記憶、概念的形成、思維、表象、回憶、語(yǔ)言、情緒和發(fā)展過(guò)程。了解并遵循認(rèn)知心理學(xué)的原理可使設(shè)計(jì)出的人機(jī)交互界面適應(yīng)人的自然特性，從而更好地滿足用戶要求。人的感知人的感知是認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)，人機(jī)交互主要通過(guò)人的感知來(lái)完成。感知：通過(guò)人體器官和組織進(jìn)行人與外部世界的信息的交流和傳遞。認(rèn)知：人們?cè)谶M(jìn)行日?；顒?dòng)時(shí)發(fā)生于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學(xué)習(xí)、幻想、決策、看、讀、寫和交談等。人的感知是認(rèn)知的基礎(chǔ)，認(rèn)知是將感知獲取的信息進(jìn)行綜合運(yùn)用的過(guò)程。認(rèn)知過(guò)程是相互聯(lián)系的，單純的一個(gè)認(rèn)知過(guò)程是非常少見(jiàn)的。視覺(jué)感知視覺(jué)是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺(jué)通道。外界80%的信息都是通過(guò)視覺(jué)得到的，因此視覺(jué)顯示是人機(jī)交互系統(tǒng)中用的最多的人機(jī)界面。視覺(jué)感知可以分為兩個(gè)階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。眼睛和視覺(jué)系統(tǒng)的物理特性決定了人類無(wú)法看到某些事物；同時(shí)，視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行解釋處理信息時(shí)可對(duì)不完全信息發(fā)揮一定的想象力。進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要清楚這兩個(gè)階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息。視覺(jué)感知視角與視敏度視角反映了物體占據(jù)人眼視域空間的大小。視角過(guò)小時(shí)，人們根本無(wú)法感知到物體。視敏度：指人眼對(duì)細(xì)節(jié)的感知能力，通常用被辨別物體最小間距所對(duì)應(yīng)的視角的倒數(shù)表示。一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細(xì)節(jié)，為我們?cè)O(shè)計(jì)界面時(shí)字符大小和間距提供了依據(jù)。感知物體大小、相對(duì)距離和深度利用視覺(jué)影像中的線索：覆蓋關(guān)系：被覆蓋的物體相對(duì)較遠(yuǎn)；大小比例：一般來(lái)講，較大的物體距離較近；對(duì)物體的熟悉度：對(duì)非常熟悉物體，人們對(duì)物體的大小在頭腦中事先有一個(gè)期望和預(yù)測(cè)，因此在判斷物體距離時(shí)很容易和他看到的物體的大小聯(lián)系起來(lái)。視覺(jué)感知感知亮度亮度是光線明亮程度的主觀反映，增強(qiáng)亮度可以提高視敏度。隨著亮度的增加，閃爍感也會(huì)增強(qiáng)。在高亮度時(shí)，光線變化低于50Hz，視覺(jué)系統(tǒng)就會(huì)感到閃爍。在設(shè)計(jì)交互界面時(shí)，要考慮使用者對(duì)亮度和閃爍的感知，盡量避免使人疲勞的因素，創(chuàng)造一個(gè)舒適的交互環(huán)境。感知色彩人能感覺(jué)到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長(zhǎng)的光的結(jié)果。

顏色通常用三種屬性表示：色度、強(qiáng)度和飽和度。色度是由光的波長(zhǎng)決定的，正常的眼睛可感受到的光譜波長(zhǎng)為400μm-700μm。視覺(jué)感知視錯(cuò)覺(jué)萊亞錯(cuò)覺(jué)物體的組合方式將影響觀察者的感知方式：人們總會(huì)夸大水平線而縮短垂直線。視錯(cuò)覺(jué)同樣會(huì)影響到顯示頁(yè)面的對(duì)稱性。人們經(jīng)常把對(duì)稱頁(yè)面的中心看得稍微偏上些，如果頁(yè)面以實(shí)際中心為基準(zhǔn)排版設(shè)計(jì)，人們就會(huì)感到頁(yè)面上部比下部分要短，影響視覺(jué)效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者就會(huì)以視覺(jué)中心為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖形界面。視覺(jué)感知閱讀進(jìn)行交互界面設(shè)計(jì)時(shí)，文字符號(hào)的處理，特別是文字的排版和顯示，也要根據(jù)人們的視覺(jué)感知特點(diǎn)，找出其中一些規(guī)律。閱讀分為幾個(gè)階段：頁(yè)面上文字的形狀被人眼感知；文字被編碼成相關(guān)的內(nèi)部語(yǔ)言表示；語(yǔ)言在人腦中被解釋成有語(yǔ)法和語(yǔ)義的單詞或句子。成年人閱讀是通過(guò)字的特征加以識(shí)別。改變字的顯示方式，會(huì)影響到閱讀的速度和準(zhǔn)確性。9～12號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)字體（英文）更易于識(shí)別，頁(yè)面的寬度在58～132mm之間閱讀效果最佳。在明亮的背景下顯示灰暗的文字比在灰暗的背景下顯示明亮的文字更能提高人的視敏度，增強(qiáng)文字的可讀性。聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué)感知傳遞的信息僅次于視覺(jué)，可以感知大量的信息，但被視覺(jué)關(guān)注掩蓋了許多。聽(tīng)覺(jué)所涉及的問(wèn)題和視覺(jué)一樣，即接受刺激，把它的特性轉(zhuǎn)化為神經(jīng)興奮，并對(duì)信息進(jìn)行加工，然后傳遞到大腦。聲波在空氣中的振動(dòng)傳播的特性:音調(diào)與聲波的頻率有關(guān)，低頻能產(chǎn)生低調(diào)的聲音，高頻能產(chǎn)生高調(diào)的聲音。響度指在頻率一定的情況下聲波的振幅。音色與發(fā)聲的材料有關(guān)，不同的樂(lè)器可以產(chǎn)生相同頻率和振幅的聲波，但音色不同。聽(tīng)覺(jué)人類能夠聽(tīng)到頻率在20Hz~20kHz之間的聲音，其中在1000Hz~4000Hz范圍內(nèi)聽(tīng)覺(jué)的感受性最高。音頻超過(guò)140dB時(shí)，所引起的不再是聽(tīng)覺(jué)而是痛覺(jué)。人可以辨認(rèn)的語(yǔ)音頻率范圍是260~5600Hz。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)把輸入分為三類：噪聲和可以忽略的不重要的聲音；被賦予意義的非語(yǔ)言聲音，如動(dòng)物的叫聲；用來(lái)組成語(yǔ)言的有意義的聲音。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)就像視覺(jué)系統(tǒng)一樣，利用以前的經(jīng)驗(yàn)來(lái)解釋輸入。觸覺(jué)觸覺(jué)在交互中的作用是不可低估的，尤其對(duì)有能力缺陷的人，如盲人，是至關(guān)重要的。觸覺(jué)的感知機(jī)理與視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的最大不同在于它的非局部性。觸覺(jué)的刺激由皮膚的三種感受器感知：溫度感受器-冷熱傷害感受器-疼痛機(jī)械刺激感受器-壓力對(duì)人身體各部位觸覺(jué)敏感程度的了解有助于基于觸覺(jué)的交互設(shè)備的設(shè)計(jì)。人的手指的觸覺(jué)敏感度是前臂的觸覺(jué)敏感度的10倍。動(dòng)覺(jué)的概念：對(duì)人的軀干和四肢的位置的感覺(jué)。如一個(gè)打字員，感覺(jué)到手指的相對(duì)位置和鍵盤對(duì)手指的力反饋都是非常重要的。認(rèn)知過(guò)程與交互原則認(rèn)知涉及到多個(gè)特定類型的過(guò)程，包括：關(guān)注、感知和識(shí)別、記憶、學(xué)習(xí)、閱讀、說(shuō)話和聆聽(tīng)、解題、規(guī)劃、推理和決策。這些認(rèn)知過(guò)程相互依賴，一個(gè)活動(dòng)可以同時(shí)涉及多個(gè)不同的過(guò)程。認(rèn)知分為兩個(gè)模式：經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知：指的是有效、輕松地觀察、操作和響應(yīng)周圍的事件，它要求具備某些專門知識(shí)并達(dá)到一定的熟練程度。如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔，操作機(jī)床加工零件，閱讀，駕駛汽車等。思維認(rèn)知：涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)造的來(lái)源。如設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)、寫作等。關(guān)注幾種與交互設(shè)計(jì)相關(guān)的主要認(rèn)知過(guò)程：關(guān)注：就是在某個(gè)時(shí)刻，從眾多可能的事物中選擇一個(gè)，并把精力集中在這個(gè)事物上。視覺(jué)關(guān)注：查找報(bào)刊來(lái)獲得號(hào)碼聽(tīng)覺(jué)關(guān)注：收聽(tīng)廣播來(lái)獲得號(hào)碼與關(guān)注相關(guān)的因素：目標(biāo)：確切知道需要找什么，人們就可以把獲得的信息與目標(biāo)相比較。信息的表示形式：信息的顯示方式對(duì)于人們能否快速捕捉到所需的信息片斷有很大的影響。分類顯示的信息就比較便于人們查找。關(guān)注關(guān)注特點(diǎn)對(duì)界面設(shè)計(jì)的要求：信息的顯示應(yīng)醒目，以便執(zhí)行任務(wù)時(shí)使用?？墒褂脛?dòng)畫圖形、彩色、下劃線，對(duì)條目及不同的信息進(jìn)行排序，在條目之間使用間隔符等。避免在界面上安排過(guò)多的信息。尤其要謹(jǐn)慎使用色彩、聲音和圖像，人們傾向于使用過(guò)多的這類表示，而導(dǎo)致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。樸實(shí)的界面更容易使用。感知和識(shí)別人們可使用器官?gòu)沫h(huán)境中獲取信息，并把它轉(zhuǎn)化為對(duì)物品、事物、聲音和味覺(jué)的體驗(yàn)。在交互設(shè)計(jì)中，以利于理解的方式來(lái)表示信息非常重要。如：在設(shè)計(jì)虛擬人物時(shí)，就應(yīng)該使其唇形與所說(shuō)的話同步，兩者之間的微小延遲都會(huì)使人難以忍受，這類似于給外文電影配音。感知和識(shí)別采用適當(dāng)?shù)男问絹?lái)表示信息，以便用戶理解的識(shí)別它的含義：用戶應(yīng)能不費(fèi)力地區(qū)別圖標(biāo)或其他圖形表示的不同含義。聲音應(yīng)足夠響亮而且可辨識(shí)。用戶應(yīng)能夠理解輸出的語(yǔ)音及其含義。文字應(yīng)清晰易讀，且不受背景干擾。如可以在黑色或藍(lán)色背景上使用黃色文字，但不能在白色或綠色背景上使用黃色文字。在虛擬環(huán)境中使用觸覺(jué)反饋時(shí)，用戶應(yīng)能識(shí)別各種觸覺(jué)表示的含義。例如“緊握”的觸感與“按下”的觸感不同。記憶記憶是回憶各種知識(shí)以便采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。記憶過(guò)程中有三個(gè)環(huán)節(jié)：識(shí)記：相當(dāng)于信息的輸入和編碼過(guò)程，也就是使不同感官輸入的信息，經(jīng)過(guò)編碼而成為頭腦可接受的形式；保持：相當(dāng)于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結(jié)構(gòu)，以便貯存；再認(rèn)和回憶：相當(dāng)于信息的提取，編碼越完善、組織越有序，提取也就越容易，反之，提取越困難。記憶減輕記憶負(fù)擔(dān)的方法：人的識(shí)別能力大于回憶能力圖文界面替代命令界面安裝過(guò)程的wizard回憶提示密碼的提示語(yǔ)句信息檢索的兩大過(guò)程：定向回憶：記憶的信息盡可能貼切地描述所需檢索的信息,并在界面顯示檢索空間；掃描識(shí)別：即瀏覽各個(gè)文件目錄記憶根據(jù)人的記憶特點(diǎn)，進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題有：應(yīng)考慮用戶的記憶能力，不使用過(guò)于復(fù)雜的任務(wù)執(zhí)行步驟。由于用戶相對(duì)于“回憶”來(lái)說(shuō)更擅長(zhǎng)“識(shí)別”，所以在設(shè)計(jì)界面時(shí)，應(yīng)使用菜單、圖標(biāo)，且它們的位置應(yīng)保持一致。為用戶提供多種電子信息（如文件、郵件、圖像）的編碼方式，并且通過(guò)顏色、標(biāo)志、時(shí)間戳、圖標(biāo)等，幫助用戶記住它們的存放位置。學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)包括兩個(gè)方面：學(xué)習(xí)使用某個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序；借助于計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，學(xué)習(xí)特定內(nèi)容。人們不喜歡采用的按部就班式的學(xué)習(xí)方式，而更喜歡“邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐”的方式。GUI和直接操作界面就能很好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶撤銷自己的操作。另一種幫助學(xué)習(xí)者的方法：在開(kāi)始時(shí)，只允許初學(xué)者執(zhí)行基本功能，隨著他們經(jīng)驗(yàn)的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。在交互式設(shè)計(jì)中，人們利用動(dòng)態(tài)鏈接來(lái)學(xué)習(xí)難學(xué)的事物，動(dòng)態(tài)鏈接能夠明確地表示內(nèi)容之間的關(guān)系，對(duì)問(wèn)題加以解釋。學(xué)習(xí)為了有利于學(xué)習(xí)，應(yīng)有以下設(shè)計(jì)原則：界面設(shè)計(jì)應(yīng)能激發(fā)對(duì)用戶界面使用的探索。設(shè)計(jì)界面應(yīng)限制可選項(xiàng)，并引導(dǎo)用戶選擇合適的動(dòng)作。使用動(dòng)態(tài)鏈接把具體表示與待學(xué)習(xí)的抽