人機交互設(shè)計課程報告

1、南京信息工程大學(xué)人機交互設(shè)計大作業(yè)姓 名:專 業(yè):學(xué) 號: 任課教師:談人機交互技術(shù)在未來，也許我們僅僅用手指點一下，就能夠讓計算機知道應(yīng)該將一個文件 夾移動到另一個文件夾中，這是完全可能成為現(xiàn)實的。也許，我們能夠讓計算機 在距離我們最近的彩色打印機上打印出在旅游途中拍攝的照片，而無需向它提供 更多的配置信息。盡管這些對我們來說還只是一種幻想，但麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員卻 在與計算機進行交互的新方法，把我們的這些幻想變?yōu)楝F(xiàn)實。MIT計算機科學(xué)和 人工智能實驗室(LCS )的首席科學(xué)家斯蒂芬表示，在LCS，有200-300名研究人員在對這個被稱作 “Oxygen聯(lián)盟工程”的計劃中的各個子

2、項目進行研究。他說，這一計劃的目標 就是讓人與計算機使用人類的自然語言與計算機進行交互。該計劃中包含許多子項目，除了上面提到的項目外，還包括有自然語言理 解、多語種間的翻譯、能夠?qū)D象從白板轉(zhuǎn)換到圖象應(yīng)用程序中的計算機輔助設(shè) 計工具、自動配置的分布式無線網(wǎng)絡(luò)以及能夠為流媒體自動分配資源的系統(tǒng)。斯蒂芬指出，盡管他不能確定使用這些技術(shù)的產(chǎn)品會在何時上市銷售，但 他表示，一些研究已經(jīng)開始進行了。他說，我們只負責開發(fā)技術(shù)，營銷產(chǎn)品不是 我們的任務(wù)。一些產(chǎn)品可能需要數(shù)年的時間才能面世。美國國防部先進技術(shù)研究局對這一計劃提供了部分資金，該計劃的研究人 員還與象惠普、諾基亞和菲利浦等私營公司進行了緊密的合作

3、。這一計劃的大部 分研究成果將免費向公眾開放，有些技術(shù)則會申請專利。斯蒂芬表示，他希望由這一計劃開發(fā)的技術(shù)能夠改變?nèi)藗兣c計算機進行交 互的方式。他說，我們的希望是人們將更多地從新技術(shù)中獲益，而無需關(guān)心這些 技術(shù)。他認為電就屬于這樣一種技術(shù)，它總是默默無聞地為所有人服務(wù)。我們希 望計算技術(shù)也能夠成為這樣一種技術(shù)。斯蒂芬指出，從長遠來看，這一計劃的成果可能不僅僅限于使用更簡單的計算機。他說，我們希望這種技術(shù)在提高生產(chǎn)力的同時，使人們享受更舒適的生 活。未來計算機技術(shù)會是什么樣子的？上面的案例應(yīng)該會給我們提示：人機交互 技術(shù)在將來可以使計算機更加簡單；在未來，人機交互技術(shù)會使人們享受更舒適 的生活。

4、至此，每個人都可以想象到人機交互技術(shù)的發(fā)展?jié)摿σ约霸谖磥砩踔潦?現(xiàn)在的重要地位。那么，什么是人機交互呢？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)且圍繞這些方面進行研究的科學(xué)。人機交互概念 有廣義和狹義的區(qū)別：廣義上講，人機交互以實現(xiàn)自然、高效、和諧的人機關(guān)系為目的，與之相 關(guān)的理論和技術(shù)都在其研究范疇，是計算機科學(xué)，心理學(xué)，認知科學(xué)以及社會學(xué) 等學(xué)科的交叉學(xué)科。研究開發(fā)新的人機交互設(shè)備、技術(shù)和理論，以實現(xiàn)無處不在 計算（ubiquitous computing）環(huán)境下的以用戶為中心的交互式計算機系統(tǒng)，使 其能

5、夠增強人的創(chuàng)造力，解放人類的大腦、改善人與人之間的交流與協(xié)作。人機交互從技術(shù)上講（狹義的），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：（1）人們?nèi)绾谓柚I盤、鼠標、操縱桿、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（2）計算機如何通過打印機、繪圖儀、顯示器、頭盔式顯示器HMD）、音箱、 力反饋等輸出設(shè)備給人提供信息人機交互和人機界面是兩個不同的概念：人機交互是指用戶與計算機系統(tǒng) 之間的通信，它是人與計算機之間各種符號和動作的雙向信息交換；人機界面是 指人類用戶與計算機系統(tǒng)之

6、間的通信媒體或手段，它是人機雙向信息交換的支持 軟件和硬件。這里“界面”定義為通信的媒體或手段，人機交互是通過一定的人 機界面來實現(xiàn)的，在界面開發(fā)過程中，有時把它們作為同義詞使用。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 及在計算機支持的協(xié)同工作、信息搜索與可視化、超媒體與萬維網(wǎng)、普適計算與 增強現(xiàn)實等方面的交互設(shè)計技術(shù)，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MDD和MDA。多通道交互技術(shù)(Multi-Modal)。

7、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。智能用戶界面(Intelligent User Interface, IUI)。智能用戶界面的 最終目標是使人機交互和人一人交互一樣自然、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 知與智能用戶界面需要解決的重要問題。計算機支持的協(xié)同工作(Computer Supported Cooperative Work-CSCW)。 “計算機支持的協(xié)同工作已成為一

8、個多學(xué)科交叉的新興的研究領(lǐng)域。CSCW是要研究在計算機技術(shù)支持的環(huán)境下(CS),特別是在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，一個群體如 何協(xié)同工作完成一項共同的任務(wù)(CW)。它的目標是要設(shè)計出能支持各種各樣的協(xié) 同工作的工具、環(huán)境與應(yīng)用系統(tǒng)。信息搜索與可視化。隨著數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)多樣性的增加，對信息集合的搜 索和可視化日益重要。信息搜索包括：數(shù)據(jù)庫查詢、文本文檔的短語搜索、照片搜索、地圖搜索、圖 案或圖標的搜索、聲音搜索、視頻搜索和動畫搜索等。信息可視化是一種計算方法，它將符號形式轉(zhuǎn)化為幾何形式，使研究人員能夠 觀察所做的模擬與計算?？梢暬峁┝艘环N查看原來不可見事物的方法。超媒體與萬維網(wǎng)。超媒體擴展了傳統(tǒng)的線性文

9、本，給用戶提供了在多個 相關(guān)內(nèi)容之間跳轉(zhuǎn)的機會。網(wǎng)頁中可以包含圖形、圖像、聲音以及由Java或虛 擬現(xiàn)實建模語言(VRML)所提供的日益逼真的動畫，并且這些網(wǎng)頁可在全世界成千 上萬臺計算機服務(wù)器上進行傳遞。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實 (Virtual Reality& Augmented Reality )?！?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。普適計算(Ubiquitous Computing)。普適計算是指通過新

10、一代的設(shè)備 根據(jù)需要隨時隨地方便地訪問相關(guān)信息，并可輕松地對其進行操作，普適計算對 人機交互技術(shù)提出了更高的要求。至此，人機交互技術(shù)的大致框架浮現(xiàn)出來了，對人機交互也有了基本的認 識。我們也可以從它與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系可以預(yù)知其重要性。如下圖：人機交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系同時，讓我們看看這六件事情：1、1945年美國羅斯福總統(tǒng)的科學(xué)顧問Vannever Bush(1894-1974)在大西 洋月刊上發(fā)表的“As We May Think ”的著名論文，提出了應(yīng)采用設(shè)備或技術(shù) 幫助科學(xué)家來檢索、記錄、分析及傳輸各種信息的明確目標和名為“Memex”的 一種工作站構(gòu)想，這一目標和構(gòu)想影響著過去和當

11、今的一大批最著名計算機科學(xué) 家。1963年發(fā)明鼠標器的美國斯坦福研究所的D.Engleberg，他預(yù)言鼠標器 比其他輸入設(shè)備都好，并在超文本系統(tǒng)、導(dǎo)航工具方面會有杰出的成果。10年 后鼠標器經(jīng)Xerox研究中心改進后，成為影響當代計算機使用的最重要成果。3、1963年美國麻省理工學(xué)院I.Sutherland開創(chuàng)了計算機圖形學(xué)的新領(lǐng)域，隨后美國布朗大學(xué)A.Van Dam等人組織了 SIGGRAPH。I.Sutherland還在1968 年開發(fā)了頭盔式顯示器。4、20世紀70年代當時在Xerox研究中心的Alan Kay發(fā)明了重疊式多窗口 系統(tǒng)，并提出了 Smalltalk面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等思想。

12、5、1989 年 Tim Berners-Lee 在日內(nèi)瓦的 CERN 用 HTML 及 HTTP 開發(fā)了 WWW 網(wǎng)，隨后出現(xiàn)了各種瀏覽器（網(wǎng)絡(luò)用戶界面），使因特網(wǎng)飛速發(fā)展起來。6、20世紀90年代美國麻省理工學(xué)院N.Negroponte （他早在30年前就提 出了 “交談式計算機”概念）領(lǐng)導(dǎo)的媒體實驗室在新一代多通道人機界面方面（包 括語音、手勢、智能體等），做了大量開創(chuàng)性的工作。這些事充分反映了人機交互技術(shù)重要的歷史科學(xué)地位，同時我們也認識到其 潛力的巨大，那么什么才是理想人機交互技術(shù)呢？未來的人機交互技術(shù)應(yīng)該是什 么樣子的呢？人機交互技術(shù)幾十年來經(jīng)歷了幾個不同的主要發(fā)展階段和典型風格。

13、當前， 占統(tǒng)治地位的圖形用戶界面（WIMP/GUI）正遭受不斷的批評，而新的交互技術(shù)尚不 成熟和普及，于是人們更為熱衷于爭論未來的人機界面“可能是什么樣子”而且 莫衷一是。在此，我們也想加入這種討論的行列，根據(jù)幾年來研究工作的心得發(fā) 表一些看法，談?wù)勈裁词抢硐肴藱C交互風格。我們的出發(fā)點處于人機工程學(xué)這個 大背景，遵循人機工程學(xué)的基本觀點，在“以人為中心”前提下強調(diào)人機配合。讓我們先考察在人機工程學(xué)出現(xiàn)之前人類如何對待工具。不管某個具體工具 的設(shè)計者在某個具體時期如何理解人與工具的關(guān)系，就人類勞動（尤其是制造和 使用工具）的歷史長河而言，人類是在努力不懈地改造和馴服自然，而工具的制 造和完善都是

14、在服從這種目的的前提下進行的。就使用特定工具是否需要經(jīng)過訓(xùn) 練以及所需訓(xùn)練的程度如何，也是不一而論的。人的技能有簡單與復(fù)雜之分，也 許人人都能學(xué)會打字，但未必人人都能學(xué)會駕駛航天飛機。較為合理的看法是“自然人機交互是利用人的日常技能進行的”，強調(diào)無需 特別訓(xùn)練或不需要訓(xùn)練。但究竟什么是“日常技能”以及日常技能是否都是不經(jīng) 訓(xùn)練或稍作訓(xùn)練即可獲得呢?語言（特別是書面語言）是必須經(jīng)過訓(xùn)練的，音樂、 繪畫、生產(chǎn)工藝等莫不如此。我們認為，人從日常環(huán)境走向計算環(huán)境時原本具有 的技能便是所謂的“日常技能”?？梢娺@是一個相對的概念，其中并不細究是否 需訓(xùn)練的問題。所以我們不能以是否需要訓(xùn)練來衡量人機交互技術(shù)

15、的好壞。人機 工程學(xué)并不否定訓(xùn)練，避免訓(xùn)練或減少訓(xùn)練是人們的愿望，但能否做到并不完全 由人的主觀意志決定，應(yīng)根據(jù)人機交互任務(wù)的目的、特點、場合以及實現(xiàn)成本等 因素來決定人機交流應(yīng)達到的自然性程序。也許對于早期的“純粹”的計算機問題和為數(shù)極少的計算機專家而言，命令 語言及程序語言界面是足夠的。但是當計算機大量應(yīng)用于CAD/CAM、字處理、MIS 等非數(shù)值計算領(lǐng)域之后，需要進行大量幾何的、空間的、非數(shù)值的、非符號的信 息處理手段，此時形式語言界面的復(fù)雜性、抽象性，對記憶負荷要求等限制了計 算機應(yīng)用的深入和普及，隨之直接操縱給用戶界面技術(shù)應(yīng)運而生并廣受歡迎。我 們相信，形式語言不會消失，當然也不能強

16、迫所有用戶都接受它。這正如數(shù)學(xué)語 言并不會被其它形式的語言（如圖形的、手勢的）所取代，雖然心理學(xué)家嘗試在數(shù) 學(xué)教育中大量利用非數(shù)學(xué)手段；又如流行音樂與高雅音樂各分秋色，聽眾各有所 好。目前，直接操縱界面不但沒有徹底取代形式語言界面，而且其自身也表現(xiàn)出 許多局限性。而基于語言的對話式交互方式又重新開始受到重視，只是對話語言 不再限于單純的形式語言，而是引入了自然語言或類自然語言對話，如所謂的第 四代語言，甚至引入基于語音的人機對話?；谛问秸Z言、自然語言或類自然語 言的用戶界面本質(zhì)上都是命令驅(qū)動的，其基本模式與直接操作用戶界面相反。這 兩種本質(zhì)不同的人機交互模式在人類的日?；顒又卸即嬖谄鋵?yīng)的形式，分別對 應(yīng)于語言的和非語言的交際活動，后者泛指形體語言，包括姿勢，情態(tài)、觸摸、 近體、標志等。語言具有后天習(xí)得性，有口頭語言和書面語言兩種，書面語言需 要正