人机交互第1章绪论1.ppt

主要介绍以下几个方面的内容： l 人机交互的概念 l 人机交互与其他相关学科的关系 l 人机交互的研究内容 l 人机交互的发展历史及趋势,第1章 绪论,人机交互技术编写组,1,1.1 什么是人机交互,信息技术的高速发展对人类生产、生活带来了广泛而深刻的影响。“上网冲浪”、“数码相机”、PDA、“优盘”、“彩屏手机”、“蓝牙技术”等新产品、新概念层出不穷，不断冲击着人们的视听。这些高科技成果为人们带来便捷、快乐的同时，也促进着人机交互技术的发展。作为信息技术的重要内容，人机交互技术比计算机硬件和软件技术的发展要滞后许多，已成为人类运用信息技术深入探索和认识客观世界的瓶颈。因此，人机交互技术已成为21世纪信息领域亟需解决的重大课题，引起了世界许多国家的高度重视。,人机交互技术编写组,2,在美国21世纪信息技术计划中，将软件、人机交互、网络、高性能计算列为基础研究内容。美国国防关键技术计划也把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一。 我国“973”计划项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”中，将虚拟环境的真实感知与自然交互理论与方法作为信息技术中需要解决的关键科学问题。,人机交互技术编写组,3,人机交互（Human-Computer Interaction，HCI）是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学（ACM SIGCHI，1992，第6页）。 狭义的讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。 对于前者，人们可以借助键盘、鼠标、操纵杆、数据服装、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等设备，用手、脚、声音、姿势或身体的动作、眼睛甚至脑电波等向计算机传递信息；对于后者，计算机通过打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器（HMD）、音箱等输出或显示设备给人提供信息。,人机交互技术编写组,4,它涉及到计算机科学、心理学、认知科学和社会学以及人类学等诸多学科，是信息技术的一个重要组成部分，并将继续对信息技术的发展产生巨大的影响。 人机界面（Human-Machine Interface，HMI）作为计算机系统的重要组成部分，主要是指人类与计算机系统之间的通信方式，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。 交互设计（Interaction Design）指的是“设计支持人们日常工作与生活的交互产品”，具体的讲就是关于创建新的用户体验的问题，其目的是增强和扩充人们工作、通讯及交互的方式。,人机交互技术编写组,5,1.2人机交互与其他学科的关系 人机交互技术与认知心理学、人机工程学、多媒体技术和虚拟现实技术密切相关。其中，认知心理学与人机工程学是人机交互技术的理论基础，而多媒体技术和虚拟现实技术与人机交互技术相互交叉和渗透，其关系如图1-1所示。,人机交互技术编写组,6,人机交互技术编写组,7,1.2.1认知心理学 认知心理学（Cognitive Psychology）是20世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，在20世纪70年代成为西方心理学的一个主要研究方向。它研究人的高级心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等，从心理学的观点研究人机交互的原理。该领域研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理解来自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。其中人脑的认知模型神经元网络及其模型，已经成为新一代计算机、人工智能等领域中最热门的研究课题之一。认知心理学在人机界面设计方面具有非常重要作用，是人机交互技术的重要理论基础。,人机交互技术编写组,8,1.2.2人机工程学 人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关知识，研究人、机器、环境相互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，从而提高整个系统工效的新兴边缘科学。在人机界面学处于初创和奠基阶段的时候，人机工程学是最活跃、最主要的分支，曾经对人机界面学的发展做出过很大的贡献。经典的人机工程学称为硬件人机工程学，主要集中在对人体能力、人体限制及其他与设计相关的人体特性信息的应用，以满足设计、分析、测试与评价、标准化，以及系统控制的要求。软件人机工程学（Software Ergonomics）研究软件和软件界面，侧重于运用和扩充软件工程的理论和原理，对软件人机界面进行分析、描述、设计和评估等。,人机交互技术编写组,9,主要解决有关人类思维与信息处理的有关问题，包括设计理论、标准化、增强软件的可用性的方法等，使软件（计算机）与人的对话能够满足人的思维模式与数据处理的要求，实现软件的高可用性。同认知心理学一样，人机工程学也是人机交互技术的重要理论基础。,人机交互技术编写组,10,1.2.3多媒体技术 一般的，多媒体技术是指将正文、声音、图形、静止图像、动态图像等与计算集成在一起的技术。多媒体技术通过引入动画、音频、视频等动态媒体，大大丰富了计算机表现信息的形式，拓宽了计算机输出的带宽，提高了用户接受信息的效率，使人们可以得到更直观的信息，从而简化了用户的操作，扩展了应用范围。 多媒体信息在人机交互中的巨大潜力主要在于它能提高人对信息表现形式的选择和控制能力，同时也能提高信息表现形式与人的逻辑和创造能力的结合程度，在串行、符号信息以及并行、联想信息方面扩展人的信息处理能力。多媒体信息比单一媒体信息对人具有更大的吸引力，有利于人对信息的主动探索而不是被动接受。,人机交互技术编写组,11,另外，由于多媒体所带来的信息冗余性，重复使用别的媒体或并行使用多种媒体可消除人机通信过程中的多义性及噪声。多媒体技术丰富了信息的表现形式，不过目前多媒体技术的研究基本上限于信息的存储和传输方面，而对于媒体信息理解的研究并不充分。与人工智能技术结合，开展媒体理解和推理研究将改变这种现状。 另一方面，多通道人机交互研究的兴起，将进一步提高计算机的信息识别、理解能力，提高人机交互的效率和用户友好性，将人机交互技术和用户界面设计引向更高境界。 多通道和多媒体都蕴含了多种通信通道的使用，区别在于系统内部信息所处的抽象层次的不同。多通道系统力求对语义的理解。,人机交互技术编写组,12,它对用户的原始输入在较高的层次上进行解释、分析和综合，提取语义内容，达到对用户的某种理解。然后，从较高的表现层次上传达给用户最恰当的反馈，它侧重于信息的理解和解释。而多媒体系统则侧重于信息的表现，表现为在计算机的控制下产生、操纵、表现、存储和传送些独立的信息，这些信息至少是通过一种连续或离散媒体进行编码的。,人机交互技术编写组,13,1.2.4虚拟现实技术 虚拟现实（Virtual Reality，VR）就是借助于计算机技术及硬件设备，建立高度真实感的虚拟环境，使人们通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感官在其中看、听、触、闻起来像真实的，以产生身临其境的感觉的一种技术。虚拟现实技术有别于其他计算机应用技术的三个鲜明特征：真实感、沉浸感和交互性。其中，自然和谐的交互方式是虚拟现实技术的一个重要研究内容，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式与虚拟世界中的对象进行交互。,人机交互技术编写组,14,目前，人们除了致力于研究开发友好的用户界面，还发明了大量的三维交互设备，如立体眼镜、WorkBench、头盔式显示器、洞穴式立体显示器（CAVE）、墙式大屏幕立体显示器、数据服装、位置跟踪器、眼动跟踪器、触觉和力反馈装置、三维扫描设备、三维鼠标、三维跟踪球、三维游戏杆、数据手套等。 虚拟现实中的交互是虚拟现实核心研究内容之一，但人机交互并不是虚拟现实的全部，复杂场景的建模、绘制等技术，也是虚拟现实非常重要的研究内容。虚拟现实为人机交互的研究提供了很好的契机和媒介，但并不是唯一的媒介，手机、PDA、笔记本电脑等移动设备，也需要更方便、快捷、人性化的交互手段。,人机交互技术编写组,15,1.3人机交互的研究内容 人机交互的研究内容十分广泛，涵盖了建模、设计、评估等理论和方法以及在Web、移动计算、虚拟现实等方面的应用研究与开发，主要包括： 1. 人机交互界面表示模型与设计方法（Model and Methodology） 一个交互界面的好坏，直接影响到软件开发的成败。友好人机交互界面的开发离不开好的交互模型与设计方法。因此，研究人机交互界面的表示模型与设计方法，是人机交互的重要研究内容之一。,人机交互技术编写组,16,图1-2 人机交互三元素,人机交互技术编写组,17,2.可用性分析与评估（Usability and Evaluation） 可用性是人机交互系统的重要内容，它关系到人机交互能否达到用户期待的目标，以及实现这一目标的效率与便捷性。人机交互系统的可用性分析与评估的研究主要涉及到支持可用性的设计原则和可用性的评估方法等。 3. 多通道交互技术（Multi-Modal） 在多通道交互中，用户可以使用语音、手势、眼神、表情等自然的交互方式与计算机系统进行通信。多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的评估方法以及多通道信息的融合等。其中，多通道整合是多通道用户界面研究的重点和难点。,人机交互技术编写组,18,4. 认知与智能用户界面（Recognition and Intelligent User Interface） 智能用户界面（Intelligent User Interface，IUI）的最终目标是使人机交互和人人交互一样自然、方便。上下文感知、眼动跟踪、手势识别、三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言理解等都是认知与智能用户界面需要解决的重要问题。 5. 虚拟环境（Virtual Environment）中的人机交互 “以人为本”的、自然和谐的人机交互理论和方法是虚拟现实的主要研究内容之一。通过研究视觉、听觉、触觉等多通道信息融合的理论和方法、协同交互技术以及三维交互技术等，建立具有高度真实感的虚拟环境，使人产生“身临其境”的感觉。,人机交互技术编写组,19,6. Web设计（Web-Interaction） 重点研究Web界面的信息交互模型和结构，Web界面设计的基本思想和原则，Web界面设计的工具和技术，以及Web界面设计的可用性分析与评估方法等内容。 7. 移动界面设计（Mobile and Ubicomp） 移动计