（计算机软件与理论专业论文）基于事件的协同感知模型的研究及框架设计与实现.pdf

摘要 群体工作包括个体工作和群体协同工作。为了让计算机在人类活动中发挥 更大的作用，仅仅支持个体工作是远远不够的。人们开始研究计算机支持的协作 性的人类活动，使之提高群体工作的效率和质量，计算机支持的协同工作( c s c w ， c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 正是在这种情况下应运而生。c s c w 是 一个交叉学科，研究范围广泛，涉及到众多的研究内容，目前还不够完善，有许 多难题需要解决。协同感知便是其中一个需要解决的关键问题。 本文针对协同感知进行了相关研究，在总结和分析前人对c s c w 和协同感知 研究的基础上，对c s c w 中的协同感知进行了探讨，提出了一个基于事件的协同 感知模型，从概念层面上分析了模型的组成部分：感知对象、感知事件、感知兴 趣。该模型立足于协作成员的感知兴趣，以事件描述协同工作环境的变化，协作 成员之间通过事件相互感知。模型从一个新的角度考虑c s c w 系统中协同感知的 问题，为具体的c s c w 系统中如何实现协作成员之间的协同感知提供了解决思路。 目前在c s c w 的应用系统的开发中，为了在系统中提供协同感知的支持往往是从 头开始构建感知服务，缺乏可利用的感知框架。针对这种情况，本文依据基于事 件的协同感知模型，设计并实现了一个基于事件的协同感知框架。利用该框架， 系统开发人员可以在多人协同设计系统的开发时，快速构建感知服务，实现应用 系统中协作成员之间的相互感知，降低应用系统的开发难度，提高整个系统的开 发周期。 关键字：c s c w ，协同感知，事件，模型，框架，协同设计 西北太学计算机系硕士研究生论文 r e s e a r c ho fc o l l a b o r a t i o n a w a r e n e s s m o d e lb a s e do ne v e n t sa n di m p l e m e n t a t i o n o fi t sf r a m e w o r k a b s t r a c t g r o u pw o r kc a n b ed i v i d e di n t ot w op a r t s ：i n d i v i d u a lw o r ka n dg r o u p c o o p e r a t i v ew o r k t om a k ec o m p u t e rm o r ei m p o r t a n ti nh a m a na c t i v i t i e s ，i ti sn o t e n o u g ht oo n l ys u p p o r ti n d i v i d u a lw o r k p e o p l eb e g a nt os t u d yh o wt os u p p o r t c o o p e r a t i v eh u m a n a c t i v i t i e s s oa st oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fg r o u p w o r k ，t h r o u g hc o m p u t e r c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) e x a c t l yi n t h i sc a s ea r o s ea tt h eh i s t o r i cm o m e n t c s c wi sac r o s sd i s c i p l i n e t h er e s e a r c hs c o p e i s w i d e s p r e a dt h a t i n v o l v e st h em u l t i t u d i n o u sr e s e a r c hc o n t e n t h o w e v e r , i ti s i n s u f f i c i e n t l yp e r f e c ta tp r e s e n ta n dt h e r ea r em a n yc h a l l e n g e st os o l v e ，e s p e c i a l l y c e l l a b e r a t i o na w a r e n e s s t h i s p a p e r i sf o c u s e do nc o l l a b o r a t i o na w a r e n e s s o nt h eb a s i so f s u m m a r i z a t i o na n da n a l y s i so ft h ef i n d i n g so fc s c wa n dc o l l a b o r a t i o na w a r e n e s s ，a p r e l i m i n a r ye x p l o r a t i o no fc o l l a b o r a t i o na w a r e n e s sh a sb e e nm a d ei nc s c ws y s t e m ， w eh a v ep u tf o r w a r dac o l l a b o r a t i o na w a r e n e s sm o d e lb a s e do ne v e n t ，a l s oa n a l y z e d t h ec o m p o n e n to ft h em o d e lf r o mt h ec o n c e p ta s p e c t t h em o d e li n c l u d e st h r e e c o m p o n e n t s ：a w a r e n e s so b j e c t ，a w a r e n e s se v e n t ，a w a r e n e s si n t e r e s t ，w h i c hi sb a s e d o nm e m b e r sa w a r e n e s si n t e r e s t sa n du s e st h ee v e n t st od e s c r i b et h ec h a n g e si n c o l l a b o r a t i o n w o r k i n ge n v i r o n m e n t ，t h e m e m b e r si nc o l l a b o r a t i o n w o r k i n g e n v i r o n m e n ta c h i e v ec o l l a b o r a t i o na w a r e n e s st h r o u g ht h ee v e n t s t h ep a p e rt h i n k st h e q u e s t i o no fc o l l a b o r a t i o na w a r e n e s si nc s c wf r o man e wa n g l e i to f f e r sn san e w w a yt o s o l v ec e l l a b o r a t i o na w a r e n e s sb e t w e e nc o o r d i n a t i o nm e m b e r s i nt h e d e v e l o p m e n to ft h ea p p l i c a t i o ns y s t e mo fc s c w , w el a c kt h eu s a b l ef r a m e w o r k ，i n t h i sc a s e ，w ed e s i g na n dd e v e l o pac o l l a b o r a t i o na w a r e n e s sf r a m e w o r kb a s e do ne v e n t a c c o r d i n gt ot h em o d e l u s i n gt h ef r a m e w o r k ，s y s t e m a t i dd e v e l o p e rc a nr e a l i z e 西北大学计算机系硕士研究生论文i i c o l l a b o r 与瞳i o na w a r e n e s ss e r v i c ei nt h ec o l l a b o r a t i o nd e s i g ns y s t e m i tc a l lr e d u c et h e d e g r e e o fd i f f i c u l t yo fd e v e l o p m e n to ft h ea p p l i c a t i o ns y s t e m ，a n d r a i s et h e d e v e l o p m e n tp e r i o do f t h e w h o l es y s t e m k e yw o r d s ：c s c w ，c o l l a b o r a t i o na w a r e n e s s ，e v e n t ，m o d e l ，f r a m e w o r k ， c o l l a b o r a t i o nd e s i g n 西北大学计算机系硕士研究生论文n i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：! 型堑逛生指导教师签名： 砂歹年6 月9 日 矽口f 年刍红6 月6 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：f 懿伟牲 妒r 年f 月日 l1 前言 第一章绪论 人类社会是一个相互依存、相互影响的紧密群体，人们的生活和工作方式 具有群体性、交互性、分布性和协作性等基本特征。人类社会在远古时期就存在 协同，协同是一个具有深刻哲学意义的概念，它强调整体的协调和协作。揭示协 同的本质，创造环境和条件，促进事物向“和谐”、“协同”方向转化，使之有效 地为人类服务，是各个学科在研究协同时的共同目标。随着社会分工日益细化以 及人类工作的复杂程度不断的加深，为了完成一项共同的工作，人们必须进行紧 密协作。协同工作是人类社会解决各种复杂的问题，或完成各种大规模任务的一 种重要和有效的工作方式，它通过一个团队中的多个成员的共同努力和合作完成 任务。 信息科学技术的进步，产生了巨大的影响，不断地改变着人们的生活方式 和工作方式。在信息化的社会中，人类活动的群体性、交互性、分布性和协作性 等特征显得更加突出，信息的共享和人与人之间的相互合作交的越来越重要。传 统的计算机所支持的个体孤立工作，这种缺乏信息交换的工作方式已远远无法适 应信息时代人们的需求，它形成了高速的个人工作效率与低速的互助协作不协调 的局面，从而导致整体工作效率的低下。因此迫切需要能支持和协调群体活动的 新型计算机系统，通过计算机技术和网络技术的应用，促进群体成员的相互协调 与合作，以期最大限度地提高整体工作效率。于是，一个新的多学科交叉的研究 领域计算机支持的协同工作( c s c w ，c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 应运而生。它为群体工作中的协作成员提供了一个网络化的分布式计算环境，使 得时间上分离、地理上分布成员在这种虚拟的生活和劳动环境中模仿人类社会的 合作行为模式，共同完成任务，提高工作效率和质量。计算机支持的协n i 作出 现后，日益受到人们广泛地重视，随着信息化建设而蓬勃发展，在工业、协同设 计、医疗、军事、教育、科学研究、办公自动化和管理信息系统、电子商务等领 域都发挥着重要的作用。 综上所述，计算机支持的协同工作的形成和发展是信息化过程的必然产 西北大学计算帆幕硕士研究生论文l 物，它的出现同时也标志着计算机应用上了一个新的台阶，从过去的支持个体工 作发展到支持群体工作。计算机协同工作技术带给人们协作方式的变革，提高人 们协同工作的整体效率；计算机协同工作应用系统的发展和推广，将改善人们交 流信息、进行协作的方式：计算机技术的发展，必然走向计算机协同工作的方向。 1 2 协同感知的研究目的和意义 根据社会心理学的分析，人类社会中的协作具有以下一些本质的特征： ( 1 ) 具有需要由多个成员共同完成的任务，这是协作的目标； ( 2 ) 每个成员具有为了完成共同的任务而不惜牺牲自身利益、彼此协作 的愿望，这种全局利益的驱动是协作行为的本质所在； ( 3 ) 协作成员之间共享有关协作的全局信息，这是协作的信息基础。 ( 4 ) 协作成员能感知到群体内其它成员的存在，相互之间存在信息交换 的途径，这是协同行为控制的前提条件。 从中不难发现，协同工作主要涉及到两个问题：一是建立包括外部环境和 协作成员的协作场景，为协作成员提供与外部环境和其它协作成员之间的信息交 换，称其为协同感知问题；二是确定成员之间协作行为的控制机制，解决协作系 统中协作关系的产生与描述、各成员对协作的加入与退出以及协作行为的冲突消 解等问题，称其为协作控制问题。其中，各成员良好的协同感知性是进行协同工 作的根本前提。 人们在实际的物理共享空间中协同工作时，很容易相互感知。这是由于在人 与人之间面对面的这种直接的交互环境中，通过视觉、听觉和触觉等感觉通道以 及人的手、嘴、眼、头和足等运动通道的互补特性达到相互沟通目的。这种通过 人体感知器官去感知，可以方便而自然地了解到其他人的位置、动作和意图， 从而提高协同工作的效率。 传统的分布式系统一般是非交互式的计算机系统，对它的控制一般是面向 系统的，使各个成员在使用时均感觉到只有他自己在单独使用这个系统。并且以 前交互式计算机系统基本上只支持单个成员的人机交互活动，并将操作结果反馈 给操作者，这种感知仅仅是针对机器而言的。c s c w 为人们创造了一个虚拟的生 活和工作方式，克服了时空的限制，但是却缺乏在面对面的协作环境下工作的自 西北大学计算机系硕士研究生论文2 然性和真实性。在这个环境中，多个成员可以协同完成一项任务。其中，成员是 协同工作的主体，只有充分考虑他们之间的交互性和协同感知，才能提高协同工 作的效率。如何解决人与协同工作环境、人与人之间的交互过程的自然性与方便 性，首先解决的问题就是协同工作环境中的感知问题，它是c s c w 研究的关键 技术，又是其中的重点和难点所在。当前感知实现手段受到计算机与网络资源的 制约，同时又缺乏对感知模型的深入研究和对感知机制的研究，这使得在计算机 支持的协同工作环境中对协同感知研究变的更加重要。 1 3 论文组织结构 本文的结构组织如下： 第一章绪论。阐述了协同感知的研究背景、目的和意义。 第二章计算机支持的协同工作和协同感知。对计算机支持的协同工作的概 念、特点、分类以及c s c w 的研究内容和组成成分进行论述，紧接着对协同感 知的概念、特点、感知信息、协同感知的研究内容以及一些常用的感知方法进行 了论述。 第三章基于事件的协同感知模型。首先对已有的模型s p a t i a lm o d e l 和 w o r k s p a e ea w a r e n e s sm o d e l 进行介绍，接着针对执同感知的两个基本问题提出 了基于事件的协同感知模型，并分析了该模型的组成成分及其特点，从一个新的 角度考虑c s c w 系统中协同感知的问题，为如何解决协同感知问题提供了一个 解决思路。 第四章基于事件的协同感知模型在协同设计中的感知框架的设计和实现。 首先，对框架做了详细的分析，接着提出了基于事件的协同感知框架的体系结构， 讲述了框架的总体功能及其框架特点，然后，对协同感知框架体系结构中的各个 组成部分进行了论述，包括事件的设计，框架的核心数据对象、访问层、控制层、 接口层、持久层的设计与实现。 第五章程序实例。构造了一个u m l 用例图多人协作设计程序实例，并利用 基于事件的协同感知框架为其构建感知服务。 第六章总结与展望。总结了论文的主要工作，提出未来工作的展望。 西北大学计算机系硕士研究生论文 第二章计算机支持的协同工作和协同感知 2 1c s c w 的介绍 2 1 1c s c w 的概念 2 0 世纪6 0 年代时，德国斯图加特大学物理学家h e r m a n nh a k a n 在研究激 光理论的过程中，提出“协同学”，并逐渐形成了协同科学的基本理论和观点。 计算机支持的协同工作是“协同学”在计算机技术发展的产物t 2 】1 3 1 。 计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 这一概念最早是在1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e n eg r e i f 和原d e c 公司的p a u l c a s h m a n 4 】【习等在描述他们所组织的有关如何用计算机来支持来自不同领域与学 科的人们共同合作的课题时提出的。 1 9 8 6 年1 2 月在t e x a s 召开了一次国际性学术会议，集中了社会学家、人类 学家、计算机科学家、办公自动化专业人员、人员因素学者及编制设计者等多方 面的专家学者，讨论了人类群体工作的特性及计算机技术对群体工作的支持，从 而将计算机科学、社会学、编制科学、心理学等多个学科的成果综合起来，产生 了一个新的多学科研究领域- - c s c w 。 学术界关于c s c w 先后有过不同的理解： w i l s o n 在参考文献 6 中定义c s c w 为：“c s c wi sag e n e t i ct e r mw h i c h c o m b i n e st h eu n d e r s t a n d i n go ft h ew a yp e o p l ew o r ki ng r o u p sw i t ht h ee n a b l i n g t e c h n o l o g i e s o fc o m p u t e rn e t w o r k i n ga n da s s o c i a t e d h a r d w a r e ，s o f t w a r ea n d t e c h n i q u e s ”( 可以简单直译为：c s c w 是一个专业术语，它将人们对群体工作方 式的理解与计算机网络技术及其相关的硬件、软件等技术结合在一起。) d r o s e n b e r g 和c h u t c l f i s o n 曾经说过。：“c o m p u t e rs u p p o s e d c o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) i s ，a si t sn a m ei n d i c a t e s ，e o n c e m e dw i t ht h ew a y si n w h i c hp e o p kw o r kt o g e t h e ra n dw i t ht h ew a y si nw h i c hc o m p u t e rs y s t e m se a nb e d e s i g n e dt os u p p o r tc o l l a b o r a t i v ea s p e c t so f w o r kf 7 】”( 简单直译为：计算机支持的 协同工作，正如它的名字表明的，它关注的是人们一起共同工作的方式以及如 西北大学计算机系硕士研究生论文 何设计计算机系统使之能够在这种方式下支持协同工作。) b a x m o n 和s c h m i d t 在1 9 8 9 年提出：“c s c w 应致力于研究协同工作的本 质和特钲，并以次为基础来设计出具有足够的计算机技术支持的协同工作的信息 系统。”【剐 清华大学的史美林认为 q ：c s c w 是在计算机支持的环境下( 即c s ) 特 别是在计算机网络环境下，一个群体协同工作完成一项共同的任务( c w ) 。它 的目标是要设计出能支持各种各样的协同工作的工具、环境与应用系统。 有许多研究c s c w 的人员简单地用术语“群件”( g r o u p w a r e ) 来称呼这 一领域。这主要是那些研制支持群体工作软件的人提出来的。 1 9 9 1 年，g r e e n b e r g 提出群件是产品，而c s c w 是研究设计、验证及实 现群件的科学方法和技术1 1 0 1 。 c s c w 是代表着研究领域，而群件代表着支持群组工作的系统。 实际上 这表明，群件是软件或者硬件，它实现c s c w 的理论基础。 g r e i f 曾经定义c s c w 为1 ：“一个关于计算机在群体工作中的角色的独 特的研究领域”，强调“群体”是c s c w 的核心。 c s c w 中的一个主要问题是理解如何借助计算机系统降低需要协调合作 的活动的复杂性；群件是从使用性的角度说：使用计算机来解决如何方便人们进 行交互 1 2 】。 虽然研究人员对c s c w 有过不同形式的阐述，但总的来说，c s c w 的基 本含义是在计算机支持的环境中，一个群体协同的完成一项共同的任务，它从计 算机和信息的角度来支持群体工作。它被认为是有计算机科学、系统工程、心理 学和社会学等多个科学综合而成的交叉学科。c s c w 为在时间上分离、空间上分 布的而工作又相互依赖的协作成员的协同工作，使计算机系统从传统的只能提高 个体工作效率转变成能提高群体工作的效率。 2 1 2c s c w 的特点 c s c w 系统作为一种新型的计算机系统，根据它的工作目标，它应有如下 特点： ( 1 ) 分布性 支持地理上分布、时间上分离的多个成员协同工作，本质 西北大学计算机系硕士研究生论文5 上是一个分布式系统，并且支持与协同无关的透明性。 ( 2 )面向任务是面向任务的，而不是面向问题的。既一个任务，多个 成员，多个成员为完成个共同的任务而协同工作。 ( 3 ) 并发性和一致性系统中成员同时进行操作。由于同一数据对象被多 个人使用，需要维护数据的一致性。 ( 4 ) 交互式成员接口c s c w 的接口除了给个协作成员提供操作的方便 性和友好性外，还需要使其适应群组工作模式，使成员感觉到别的成 员的合作，并且他的动作也能被其他成员感知到。 ( 5 ) 支持多种形式的共享为了达到支持协同工作的目的，需要多个成 员对信息的共享。系统中提供多种共享形式，如文本、图形、声音、 图像等。各成员共享的级别不一样。 此外，c s c w 特点还包括可靠性、高性能、易于升级和开放性等。 2 1 3c s c w 的分类 在c s c w 系统中，人们围绕共同的任务需要进行交互通信、协调、协作 和协同等基本活动。根据c s c w 系统中的基本活动方式、群体成员地理分布位 寅、使用的基本工具和工作环境、应用等对c s c w 系统进行分类f 1 3 j 1 4 j 。 交互协作方式群体成员之间的协同工作按时间可有同步方式和异步方 式两种。在同步方式时，群体各成员在同一时间进行同一任务的协作。在异步方 式时，群体各成员在不同时间进行同一任务的协作。 按群体成员的地理分布协作又分成同地协作和异地协作。 按群体规模分类两人协同系统和多人协同系统。 按使用的基本工具和工作环境 在c s c w 系统中所使用的基本支撑环境 和工具有：信报系统( 即电子邮件系统) ，电子布告栏，会议系统，协同写作和 讨论系统，工作流系统，群件等。 按c s c w 应用系统 c s c w 有着广阔的应用领域，可以按应用情况加 以分类，如协同科研系统，协同设计系统，远程医疗系统，远程教育系统，协同 决策系统，军事协同系统，协同办公系统等等。 西北大学计算机系硕士研究生论文 2 1 4c s c w 的研究内容及组成成分 c s c w 被认为是与计算机科学、心理学、人类工程学、认知科学和社会科 学等多个学科领域紧密相关的一个综合性的科学研究领域，它以人类的协同工作 为研究对象，从多种学科角度在理论上解释人们的合作和交流，探索计算机技术 对人类群体工作的可能支持，同时利用现有技术，特别是多媒体技术、网络与通 讯技术、分布式处理技术等建立个协同工作的环境。 c s c w 的研究主要集中在理论研究和应用系统开发两个方面。理论研究包 括协同学、协作机制、冲突协调、本体论、分布式人工智能，以及相关的组织协 调理论等：应用系统开发包括编著系统、会议系统、设计系统等具体的实践。然 而，目前在协同工作理论研究上还缺乏完善的科学和系统方法，因而实际上协同 工作在本质上还是誊觉的，而不是概念性的。f 1 5 j 1 6 j 刚 从c s c w 的研究内容来看，它的主要成分包括技术成分和人文成分两个 层面。 技术成分，包括： l 、协同管理和协同感知： 2 、协作机制、同步机制的研究，冲突消解，并发控制和一致性研究： 3 、支持群体角色和群体构成的动态变化； 4 、捕获和分析角色与系统以及角色与角色之间的交互过程： 5 、人一机交互界面、人一人交互界面的研究： 等等 人文成分，包括： l 、人的个性方面，如人们喜欢如何工作和通信、入的服饰习惯如何等； 2 、组织方面，包括工作组的大小、组织的管理及变化等； 3 、小组工作设计方面( 如协同工作的分析、设计c s c w 的解决方案等) ， 4 、小组工作的动态性质方面： 等等。 c s c w 的目的是提供群体工作的计算机环境，通讯、合作和协调是c s c w 的三要素 1 7 1 。其中通信是基础，在c s c w 系统中使用的通信方式常常可以 分为异步通信和同步通信两大类；合作则是c s c w 的形式，c s c w 关心的群组 西北大学计算机系硕士研究生论文7 在工作中成员之间的协作，所以是c s c w 群组活动的重要内容。协调则是c s c w 的关键，群组协作结果的好坏取决于群组成员活动的协调。协同感知在通信、协 调、协作中具有一个中心的地位。在通讯、协调、协作的过程中发生的每一个事 件都代表一定的意义，产生一定的信息，协作成员利用这些信息进行协作，协同 感知就是要帮助协作成员获取这些信息，提供他们下步工作的工作语境。因此， 协同感知是c s c w 系统成败的关键所在。 2 2 协同感知的介绍 2 。2 1 协同感知的概念 在现实世界中，人们通过感知来了解周围的环境，它是一切行为的开始， 也是指导行为的指标。按照认识论的原则，感知通常被定义为一种知识，对某种 事实的认知【1 9 l 。 在计算机支持的协同工作中外关于协同感知的研究，并非是随着c s c w 的 出现而出现，而是起源于对群件的研究中，逐渐成为c s c w 领域中的一个非常 重要的研究热点【2 0 1 。 d o u r i s h 和b e l l o t t i 对感知定义为：“a w a r e n e s si sa i lu n d e r s t a n d i n go ft h e a c t i v i t i e so f o t h e r s ，w h i c h p r o v i d e sac o n t e x t f o r y o u o w na c t i v i t y ”。 2 l 】( 可以简单的 直译为：感知是对他人的活动的了解，这些活动为自己的活动提供了一个工作语 境) 。这种工作语境能够被用来确保个人的活动，使之与群组的整体活动相关， 并以群组的目标和发展为指标用来评价个人活动。 e n d s l e y 将感知定义为协作代理与工作环境之间交互所产生的知识，可以 简单地说：感知是“知道什么在进行”。1 2 2 】 w k e i t he d w a r d s 在研究协同系统的基础构造中【23 1 ，认为感知是在指导意 识、感知周围环境、状况和其他人时的有用能力。通过感知，协作成员能够了解 什么在发生以及其他协作成员在做什么。 m r o u n d i n g 和s g r e e n b e r 对协同感知有过简单定义【2 4 】：取得目前环境之信 息，以便上线成员得知其所处环境的状态，并据此决定如何进行接下来的工作。 虽然众多的研究人员对感知有着不同的表达，但感知概念的基本含义是统 一的，都是了解目前所有与自己有关的信息，为自己下一步的决策和行动提供指 西北大学计算机系硕士研究生论文 8 导。它包含以下三层含义： 1 、感知是关于动态环境的知识，它应随环境的变化而变化； 2 、感知是通过从环境中收集到的信息来实现的； 3 、感知是一种手段，它是为某一目的服务的。 同步协同工作的实现方法有两类：协同透明( c o l l a b o r a t i o nt r a n s p a r e n c y ) 和协同感知( c o l l a b o r a t i o n a w a r e n e s s ) 。协同透明是通过某种外部的共享机制来 实现应用程序之间的协作，这种共享机制对应用程序和成员而言都是透明的，而 协同感知则是应用程序内在的支持协同工作。常见的协同透明系统有视频会议和 应用程序共享，这是一些通用的c s c w 系统，通过声音、图像的方式实现协作成 员彼此间的协作交流。 2 2 2 感知的特点 感知的概念涉及到知识的状态以及理解和行为的过程。通过总结前人的研 究成果，可以总结出感知有如下特点： 1 、感知是对有限时空内环境状态信息的了解。 2 、协同工作环境在随着时间的改变，感知信息必须被维护和及时更新。 3 、协作成员与协同工作环境交互，感知过程和维护就是在这个过程中完成。 4 、感知不是协作成员的工作目标，而是为了完成任务而进行感知。 2 2 3 感知信息 感知携带了信息，是了解协同工作环境和协作成员活动的相关信息。当协 同工作环境中产生的信息涉及到当信息涉及到两个或两个阻上的协作成员时，称 这个信息为感知信息【2 6 1 。协作成员对感知信息进行处理，转化为知识，为他们 的下一步活动提供支持。 c s c w 系统的实质是利用计算机通信技术和其他信息共享技术来实现对 社会自然群体工作的支持。因此应该对照在实际现实生活中，人们是如何完成这 些c s c w 系统所支持的工作，以及工作过程中人与人之间的关系。现实世界中 人与人交互过程中的感知信息是c s c w 系统协同感知的来源。 西北大学计算机系硕士研究生论文 人们在现实空间的面对面的协同工作的过程中，能够利用各种方式获得大 量关于他人的信息，通过听、看可以感知到他人的详细工作、可以快速地瞥一眼 其他事情后将注意力集中回来，并且可以自然地在不同工作区域之间进行切换。 协同感知包括对协作成员身份的感知、时间空间的感知、行为的感知等 多个方面。这些信息可以归结为如下一些问题： 谁在做某事? ( 事件的发起者) 他在什么地方? ( 地点) 他正在做什么? ( 动作) 他是怎么做的? f 方法) 他为什么要做? ( 动机) 他什么时候做的? ( 时间) 他当前是否在线? 注意焦点如何? ( 状态) 等等。 从感知信息的角度看，c s c w 系统中的协作成员之间的感知包括以下几种 类型： 1 、组织感知充分理解协作成员的组织结构以及合作团体的整体目标，以次 作为个体活动的指导方向。 2 、环境感知对整个动态系统的当前状态及外部环境的感知。 3 、成员感知包括对成员角色、责任及由此决定的操作权限、成员拥有的资 源和具备的能力、成员在协作中承当的任务以及成员所处位置、当前操作 状态等信息的感知。 4 、社会感知对成员之间的社会关系以及某些社会协议、规则、习俗、习惯 的感知。 5 、行为感知包括对协作任务的目的、协作任务的完成情况、协作过程中产 生的对其它成员的协作请求以及该协作任务与系统内其它任务之间的关 系等信息的感知。 6 、过程感知常见于工作流系统中，在工作流系统中任务由一系列有序活动 表示，成员要对任务的划分、活动在任务中所处的位置以及任务的进程等 进行感知。 具体的协作应用系统的不同，对那种信息感知的重要性也不同。例如：在 西北大学计算机系硕士研究生论文 l o 协作虚拟环境中，对空问位置的感知显得更加重要；而工作流系统对过程感知更 为重要。 2 2 4 协同感知的研究内容 协同感知的研究内容主要包括感知模型和实现方法两个方面。模型是概念 层面上的，协同感知主要研究协同工作环境中感知的形式描述和性质刻画，感知 模型，就是为了解决这些问题而提出来的。感知模型的研究为如何实现感知，如 何迎合感知，如何提高感知提供基础。通过对感知行为的合理抽象，并通过计算 机语言来形式化表达，使之能够指导协同工作环境的感知效果优化。 在实现方法上的研究，其核心是对感知机制的研究，它涉及到感知信息的收 集、感知信息的描述、感知信息的发布、感知信息的呈现等问题【2 7 】【2 8 l 【2 9 1 。 关于感知信息如何收集有两个基本的解决方法：其一是由协作成员采取具 体措施向协作系统请求感知信息，系统接受请求后将感知信息传递给协作成员； 其二是系统监控感知信息的产生，并将感知信息交付给协作成员而无需协作成员 的具体行动。 感知信息的描述，是指感知信息以何种形式表示，即感知信息的描述结构。 感知信息的发布，是指感知信息以何种传输渠道，传递到协作成员。 感知信息的里现：在协同工作系统中，根据成员之间协同关系的紧密程度， 一般将协同感知分为完全感知、部分感知和无感知三种。对于部分感知和无感知 必须根据成员的需要显示或不显示某类信息。 2 2 5 支持协同感知的常用方法 支持协同感知的常用方法：远程指针、颜色标识、直观交互、w y s l w i s 方 法和群体感知小器件等。 ( 1 ) 远程指针 远程指针对于拥有共享视觉空间的c s c w 系统来说是提供协作成员之间协 同感知的重要手段。远程指针用来指示异地成员操作鼠标的动作，它是实现协作 者之间感知的一种有效方法，其原理是捕获本机上的鼠标信息，把该鼠标信息传 西北大学计算机系硕士研究生论文 递到异地机器，并在异地机器上用软件来模拟鼠标的操作。在本地机器上，鼠标 控制着屏幕上的光标，表现在异地机器上则是远程指针。远程指针不但要提供一 种在异地屏幕上定位的功能，而且还应具有类似鼠标执行的点击、拖和放等功能。 目前对远程指针的实现有以下两种方法： 一种是共享光标方式，即在协作成员的屏幕上始终只有一个光标显示。本 地成员通过鼠标来控制光标的显示，异地机器上的鼠标动作也是通过显示光标的 变化来表示。共享光标强调单一的输入流，其结果是要区分光标反应的是本地成 员的操作，还是异地成员的操作，而且当本地成员和异地成员同时使用鼠标时， 这时就存在了对共享光标的并发控制问题。 另一种是多光标方式，即在协作成员的屏幕上显示有多个光标。其中一个 是由本地鼠标控制的光标，称为本地光标；其它光标显示异地鼠标动作，称为模 拟光标。l 司此在多光标方式下，要对本地光标和异地光标加以区分。一般可以使 用不同的颜色，或者每个光标带上协作成员的名字。多光标的方法也存在一定的 问题，在屏幕上多个光标常常会分散协作成员的注意力，若提供隐藏光标的功能， 则可以避免这个问题。 ( 2 ) 颜色标识 这种方法常见于协同编辑系统中，共享编辑窗口如同群体工作的物理空间， 不但显示整个文档。而且显示各部分由谁完成。为此可让系统自动为每个协作者 操作部分分配不同的颜色，每个协作者的行为结果以该协作者的特定颜色表现在 共享编辑空间中。 ( 3 ) 直观交互 直观交互是物理空间中人与人交互过程的重要行为，在c s c w 系统中提供 直观交互可以支持协同感知。目前的c s c w 系统主要是通过不问断的视频信息 来实现的，利用视频信息成员可以看到他人的动作和表情，但是这种方法受到网 络带宽的限制。 ( 4 ) w y s r w l s 方法 在群体工作中支持协同感知，必须让协作者了解：其他成员正在于什么? ”。 为满足这个要求，最简单的方法是让用户看见别人的动作，进而推断协作成员的 行为a 在视图一致的环境下，这功能可以通过远程指针部分实现，每一指针代 西北大学计算机系硕士研究生论文 1 2 表一个协作成员，并附上协作成员的名字。多指针方式可以实现某些较为复杂的 感知，如手势信息、协作成员的活动意图等。但在协作成员很多的情况下，同一 视图下显示众多的指针将引起视图的混乱。在不同视图的环境下，协作成员就不 可能看到所有其他参与者的指针，因此多指针方法将不能提供很好的感知性能。 由于上述原因，较好的方案是设计个w y s i w i s ( w h a ty o us e ei sw h a tis e e , 你所见即我所见) 共享视图，在此共享视图中，将每个协作成员指针附近的- , b 块区域作为显示区域，并用不同的颜色加以区别。协作成员a 想要看到协作成 员b 的整体视图时，只需双击协作成员b 的部分显示区域即可实现。 ( 5 ) 群体感知小器件 上述共享视图的实现允许协作成员把自己的操作视图定位于共享工作空间 的不同部分，在这种环境下，协作成员必须明白其他相关成员当前所在的工作位 置( 即共享工作空间的某个部分) 。对于这种情况，多用户滚动条和微型地图是比 较典型的解决方案。多用户滚动条( m u l t i u s e rs c r o l l b a r s ) 右边部分就是一个普通的 垂直滚动条，每一成员均可用来操纵自己的视图；左边部分是一个或多个块状光 条，用以标识所有在场用户不同的活动位置，不同成员用不同颜色条( 或附上协 作成员的名字) a n 以代表，当协作成员滚动操作位置或变化窗口尺寸时，代表该 协作成员的块状光条的位置和尺寸也跟着连续变化。如果协作成员a 想要看到 协作成员b 的所在视图，他只需把自己的光条移至与协作成员b 的光条相齐平 即可。微型地 ( m i n i m a p ) ，又称雷达显示( r a d a r ) ，它为所有的协作成员提供一 个关于整个共享工作空间的微型缩影，每一协作成员所处的位置在缩影中用不同 颜色加以标注。当协作成员a 要看协作成员b 的视图时，他只需用鼠标单击协 作成员b 的颜色区即可。除此之外，还有诸如参与者列表( p a r t i c i p a n tl i s 0 、鱼眼 石( f i s h e y e ) 等其它方法。 协同感知作为c s c w 系统中的一个较新的研究内容，目前的多数研究侧重 于针对某一具体的c s c w 应用系统，提供一种或多种协同感知的方法( 如上面提 到的远程指针、颜色标识、w y s i w i s 等方法) ，或者是设计一些通用的群体感知 小器件( 如上面提到的多用户滚动条、微型地图、鱼眼石等等) 。这些都只能适用 于协作用户较少、任务简单的场合。在协作成员多，关系复杂、实时性强、安全 性要求高的情况下，则必须要有一个完整、有效的协同感知机制以及系统化的协 西北大学计算机系硬士研究生论文 澍感鲡策路。才可以缀好解决贽国感知盼阔题，面县翦在这方面馓的研究工作较 少。 2 3 研究状况 对c s c w 鹳研究到目前蠢盘已有二十多年了。欧美等冒在c s c w 领域静 研究处于领先地位。由a c m 圭办的c s c w 会议自1 9 8 6 年起，每两年在北美召 开一次。是c s c w 领域水平最高的会议。由欧洲一些研究机构组织的e c s c w 系列会议，从1 9 8 9 年开始，每两年在欧洲有关国家轮流召开，同样具有很高的 学术水平，正好与a c m 系列形成互补。在国内对c s c w 的研究起步较晚，从 9 0 年代才开始引入和展开c s c w 相关领域的研究，清华大学和国防科技大学的 c s c w 研究在国内处于领先地位。从开始对国外c s c w 技术的跟踪介绍，到对 协同多媒体和协同编著系统等方面展开初步研究，随着对c s c w 研究和理解的 不断加深，c s c w 的理论、关键技术和具体应用开始受到关注并成为研究的热点， 并于1 9 9 8 年开始，每两年在全国举办一次c s c w 的会议。 协同感知作为c s c w 研究的关键课题，并非与c s c w 一同诞生。国外对协同 感知的研究开始于九十年代中期，在模型的研究上s t e v eb e n f o r d 提出s d a t i a l m o d e l 3 0 1 ，c a r lg u t w i n 和s a u lg r e e n h e r g 提出了w o r k s p a c ea w a r e n e s sm o d e l 3 ”， 这两种模型为协同感知的研究提供了基础。目前对协同感知盼研究多侧重予针对 某一具体的c s c w 应用系统，例如：p i l a rh e r r e r o 的“m o d e l l i n gac o n s t t a i n t a w a r e n e s sm o d e lt ow e b b a s e dl e a r n i n ge n v i r o n m e n t s “中对基于w e b 的 学