人机交互实验报告.doc

中北大学软件学院实 验 报 告专 业 软件工程 课程名称 人机交互技术 学 号 姓 名 辅导教师 成绩 实验日期2012年3月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 最新人机交互技术2、实验目的 了解最新人机交互的研究内容。3、实验内容 通过网络查询最新人机交互相关知识。1、在百度中找到“最新人机交互视频”的相关网页，查看视频。2、什么是eTable 。3、人机交互技术在各个领域的应用。4、实验原理或流程图 1.用搜索引擎搜索“最新人机交互视频” 2.了解什么是eTable 3.查询人机交互技术在各领域的应用5、实验过程或源代码 1.观看“人机交互方法的革命-微软Natal计划”在E3 2009大展上，微软公布了“Natal”计划。透过一个集成了各种感应组件（包括摄像头、深度传感器、多点阵列麦克风以及一个可处理专用软件的处理器）的装置，用户可以用头、手、足、躯干来控制游戏中的角色，从而更酣畅地投身于虚拟世界。这样“人性化”的人机交互方式将带来又一次深刻的产业变革。2. eTable是一种非常新颖的人机交互技术，与微软“Natal”计划类似，是一个集成了各种感应组件的，类似于多功能桌面的装置（如图），其操作方法类似于触屏电脑，简单方便。3.人机交互技术在各领域的应用 1）工作事故，健康与安全 事故调查；事故改造；健康人机工程；危险分析；健康与安全课题；健康与安全规 则的应用；工业工作压力；机器防护；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进；警示与提醒技术；安全概率分析； 2）人体工作行为解剖学和人体测量 解剖学；人体测量；人体测量和工作空间设计；生物力学；残疾人设计；姿势和生物力学负荷研究；工作中的滑倒、差错研究；背部疼痛；听觉障碍研究； 3）计算机终端：设计与布局 计算机产品和外设的设计与布局；计算机终端工作站；显示屏设备与规则；显示屏健康与安全；DSE和手动操作；顺从测量；DSE人机评价；VDUs 和办公环境人机工程研究；等8、心得 通过实验，我们了解了人机交互技术在现今阶段的发展状况及发展趋势，其广阔的应用领域和人性化的操作方式将回带我们走入一个全新的环境。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 立体视觉2、实验目的 掌握立体视觉的原理。3、实验内容 通过网络查询立体视觉相关知识。 1、在虚拟环境是如何实现立体视觉？ 2、3D和4D电影的工作原理。4、实验原理或流程图 立体视觉是人眼在观察事物时所具有的立体感。再进一步讲，人眼对获取的景象有相当的深度感知能力（Depth Perception），而这些感知能力又源自人眼可以提取出景象中的深度要素（Depth Cue）。之所以可以具备这些能力，主要依靠人眼的如下几种机能： 1. 双目视差 2. 运动视差 3. 眼睛的适应性调节 4. 视差图像在人脑的融合 虚拟现实（virtual reality，简称vr），是一种基于可计算信息的沉式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。vr带来了人机交互的新概念、新内容、新方式和新方法，使得人机交互的内容更加丰富、形象，方式更加自然、和谐。5、实验过程或源代码 1、在虚拟环境是如何实现立体视觉 实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是vr技术的三个主要方面。实物虚化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界，为高性能的计算处理提供必要的信息数据。虚物实化通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户。 1）实物虚化主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。 2）虚物实化确保用户在虚拟环境中获取视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术，是虚物实化的主要研究内容。 3）虚拟现实是以计算机技术为核心的现代高新科技，高性能的计算处理技术是直接影响系统性能的关键所在。具有高计算速度，强处理能力，大存储容量和强联网特性等特征的高性能计算处理技术主要包括以下研究内容：（1）服务于实物虚化和虚物实化的数据转换和数据预处理；（2）实时、逼真图形图像生成与显示技术；（3）多种声音的合成与声音空间化技术；（4）多维信息数据的融合、数据转换、数据压缩、数据标准化以及数据库的生成；（5）模式识别。如命令识别、语音识别，以及手势和人的面部表情信息的检测、合成和识别；（6）高级计算模型的研究。如专家系统、自组织神经网、遗传算法等；（7）分布式与并行计算，以及高速、大规模的远程网络技术。4）分布式虚拟现实的研究目标是建立一个可供多用户同时异地参与的分布式虚拟环境，处于不同地理位置的用户如同进入到一个真实世界，不受物理时空的限制，通过姿势、声音或文字等“在一起”进行交流、学习、研讨、训练、娱乐，甚至协同完成同一件比较复杂的产品设计或进行同一艰难任务的演练。 2、3D和4D电影的工作原理 3D电影 3D立体电影的制作有多种形式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度的偏振镜。两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的“身临其境”感。 4D电影 4D影院是在3D立体电影的基础上加环境特效模拟仿真而组成的新型影视产品。所谓4D电影，也叫四维电影；即三维的立体电影和周围环境模拟组成四维空间。观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影象对应的事件,4D的座椅具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能，以气动为动力的。环境模拟仿真是指影院内安装有下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，营造一种与影片内容相一致的环境。以上两类电影都有身临其境，惊险刺激的效果。这两项电影既有共性，也有个性。身临其镜、惊险刺激、感受科技是它们的共性；一个是在运动中感受刺激、一个是在视觉中感受刺激，这是它们的个性。8、 心得 通过实验，我们理解了立体视觉在虚拟现实中的实现方法和3D电影、4D电影的工作原理，让我们明白了人机交互技术中实现立体视觉的一下方法。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 交互设备2、实验目的 掌握常用的交互设备的工作原理如键盘、鼠标、显示器、扫描仪。3、实验内容 通过网络查询人机交互设备相关知识。 1、重点查找液晶显示器和扫描仪的工作原理和方法 2、什么是数字纸？工作原理是什么？4、实验原理或流程图 1.查询人机交互的设备种类 2.查询液晶显示器的工作原理 3.查询扫描仪的工作原理 4.查询数字纸的相关信息 5、实验过程或源代码1. 查询液晶显示器的工作原理 液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。 单色液晶显示器的原理：LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。 2. 查询扫描仪的工作原理 扫描仪的基本原理是分析图像并按照某种方式对图像进行处理。通过抓取图像和文本（OCR，即光学字符识别），可以将信息保存到电脑上的文档中。然后，通过修改或增强图像，将它打印出来或者放在网页上。3. 查询数字纸的相关信息 数字纸，也叫数码纸。它是一种超薄、超轻的显示屏，即理解为象纸一样薄、柔软、可擦写的显示器。显示方式1. 液晶方式利用施加电压后分子排列被改变的液晶的性质，通过调整透光率及改变光线的方向来表达反差。电子纸液晶显示器的制作思路是，将液晶板与写入图像的装置部分相分离以实现薄型化和轻量化，并能卷曲，做成像纸一样的东西。写入可利用施加光、热、表面电荷等各种方法来实现。2. 电泳方式利用在电压下能够改变黑白状态的微胶囊来实现图像显示的。微胶囊中带电的白色氧化钛颗粒和黑色碳粉粒子在电压下上下移动，从而绘制出黑白图像。其特点是在反差、明亮度视觉等方面较理想，耗电低，重量轻而容易使其薄型化，形状自由等。3. 可再写纸利用传真纸等产品常用的感热记录技术制成，使用了在特定温度下呈色或者消色的染料，从而实现图文的改写。无论从视觉还是从使用感来说，该产品几乎与普通纸没有什么两样，这种改写技术已经应用在电器超市的点卡以及电车的月票等方面。8、心得 通过实验，我们了解了一些人机交互设备的工作原理和操作方法，进一步加深了对人机交互技术的了解。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ：虚拟现实系统中的交互设备 2、实验目的 掌握虚拟现实系统中人机交互设备的工作原理和方法。3、实验内容 通过网络查询人机交互设备相关知识。重点查找虚拟现实中使用的交互设备和较新的交互设备的工作原理和方法，如：数据手套、三维鼠标、空间跟踪定位器、触觉和力反馈器、头盔式显示器等。4、实验原理或流程图 通过查询新式人机交互设备的相关信息，观看相关视频，了解最新人机交互设备的操作方法及工作原理，以便更好地学习人机交互技术这门课程。5、实验过程或源代码1. 数据手套 数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板大部，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者。使操作者以更加直接，更加自然，更加有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感。并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式，特别适用于需要多自由度手模型对虚拟物体进行复杂操作的虚拟现实系统。2. 三维鼠标 三维鼠标是虚拟现实应用中的另一重要的交互设备，用于六个自由度VR场景的模拟交互，可从不同的角度和方位对三维物体观察、浏览、操纵；并可与数据手套或立体眼镜结合使用，作为跟踪定位器。也可单独用于CAD/CAM，作为输入设备，此种三维鼠标类似于摇杆加上若干按键的组合，由于厂家给硬件配合了驱动和开发包，因此在视景仿真开发中使用者可以很容易的通过程序，将按键和球体的运动赋予三维场景或物体，实现三维场景的漫游和仿真物体的控制。3. 空间跟踪定位器 空间跟踪定位器或叫三维空降传感器是一种能实时地检测活动着的物体在六个自由度上相对于某个固定物体的数值，即在X、Y、Z坐标上的位置值，以及围绕X、Y、Z轴的旋转值。这种三维空间传感器对被检测的物体必须是无干扰的，也就是说，不论这种传感器是基于何种原理和应用何种技术，它都不应影响被测物体的运动，即俗称为：“非接触式传感器”。在虚拟现实技术中广泛使用的是低频磁场式和超声式传感器。 低频磁场式传感器的低频磁场是由该中传感器的磁场发射器产生的，该发射器有三个正交的天线组成，在接受器内也安装一个正交天线，它被安装在远处的运动物体上，根据接受器所接受到的磁场，可以计算出接受器相对于发射器的位置和方向，并通过通信电缆把数据传送给主计算机。因此，计算机能间接的跟踪运动物体相对于反射器的位置和方向。在虚拟现实环境中，这种传感器常被用来安装在数据手套和头盔显示器上。8、心得 通过实验，我们进一步了解了一些新式人机交互设备的工作原理，拓广了我们的知识面。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 人机交互界面表示模型2、实验目的 掌握人机交互界面表示模型中的GOMS、 LOTOS和UAN的方法。3、实验内容 1、简述GOMS和 LOTOS表示模型的方法。 2、结合GOMS和 LOTOS对任务“中国象棋对弈”进行描述。 3、用UAN描述“文件拖入垃圾箱”。4、实验原理或流程图 了解GOMS和 LOTOS表示模型的方法。 结合GOMS和 LOTOS对任务“中国象棋对弈”进行描述。 用UAN描述“文件拖入垃圾箱”。5、实验过程或源代码1. GOMS和 LOTOS表示模型的方法 GOMS（目标操作方法和选择行为模型）是在交互系统中用来分析用户复杂性的建模技术，用于建立用户行为模型。它采用“分而治之”的思想，将一个任务进行多层次的细化，通过目标、操作、方法和选择规则四个元素来描述用户行为。LOTOS（时序关系说明语言）是用一套形式化和严格的表示法来刻画系统外部可见行为之间的时序关系，系统有一系列进程组成，进程同环境之间通过称为“关口”的交互点进行交互，两个以上的进程在执行同一个外部可见的行为时会发生交互，进行数据交换、信息传递，协调同步等操作，进程行为用“行为表达式”来描述，复杂的行为由简单的行为表达式通过表示实现关系的LOTOS算符组合而成，在将LOTOS思想用于人机交互的行为模型时，用进程之间的约束关系来描述交互子任务之间的关系。2. 结合GOMS和LOTOS的中国象棋对弈程序的行为描述。GOAL:中国象棋 : GOAL:运行 |: *GOAL:走棋 ACTION:自动记录棋谱 : GOAL:当前方走 : OPRATOR:拾取棋子 OPRATOR:放置棋子 GOAL:对弈方走 OPRATOR:拾取棋子 OPRATOR:放置棋子 *GOAL:打谱 : OPRATOR:加速 OPRATOR:减速 OPRATOR:暂停 OPRATOR:恢复 GOAL:退出3.用UAN描述“文件拖入垃圾箱”UAN预定义的动作标志符（部分）用户动作标志符：move_mouse(x,y) 移动鼠标至(x,y)release_button(x,y) 在(x,y)位置释放鼠标按钮；highlight(icon) 使icon高亮显示；de_highlight(icon) 取消icon的高亮显示。用户动作标志符：X，在某个图形对象上移动鼠标；， 按下鼠标；，释放鼠标；!, 使对象高亮显示；-!， 取消对象的高亮显示Display,显示图形对象；Erase, 取消显示对象。UAN预定义的条件标志符（部分）while(condition) TASK当条件condition为真时，循环执行任务TASK；if(condition) then TASK如果条件condition满足，则执行任务TASK；iteration A* or A+ 表示迭代操作；waiting 表示等待，可以等待一个条件满足，也可以等待任务中的一个操作执行。 任务：drag and drop a file to the recycle bin用户行为界面反馈界面状态mouse_down(x,y)drag_icon(x,y)mouse_up(x,y)then highlight(icon)show_outline(icon)then highlight(bin)then hide(icon) show_bin_full()if intersect(icon,x,y)icon=selectedif intersect(bin,x,y)if intersect(bin,x,y)8、心得 通过实验，我们了解和掌握了人机交互界面表示模型中的GOMS、 LOTOS和UAN的方法。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： WEB界面设计2、实验目的 掌握WEB界面设计的原则，了解页面内容、风格、布局、色彩设计的方法。3、实验内容 找到三种类型的网站：旅游景区、购物网站、政府部门网站，每种类型找三个以上网站，总结功能、布局、风格、色彩设计有什么相同和不同。 4、 实验原理或流程图 1.WEB界面设计的原则：以用户为中心；一致性；简洁与明确；体现特色；兼顾不同的浏览器；明确的导航设计。2. 页面内容、风格、布局、色彩设计的方法： 内容：Web界面的内容不仅要遵循简洁明确的原则，还要符合确定的设计目标，面向不同的对象要使用不同的口吻和用词； 风格：Web界面的风格是指网站的整体形象给浏览者的综合感受； 布局：Web界面布局是指如何合理地在界面上分布内容。 色彩Web界面给人的第一印象就是色彩，标准色彩给人以整体统一的感觉。 5、实验过程或源代码1. 旅游景区：内容上简洁明确，直接显示了很多观光景点以及价格、订票系统等，很有目的性，在“同”字型的网站布局下，用导航栏以及侧边栏中都有确的旅游景区提示，中间则是一些热门景区的图片来吸引浏览者的眼球，在色彩方面则是以自然、清新的颜色搭配，配合正式的字体来表现本网站，体现其正规性。 参考网站：搜狐旅游，腾讯旅游等2. 购物网站：内容上清晰明了，由于物品种类繁多，分类的层次结构比较明确，这些网站一般都采用自由式布局，图片和文字大都以链接的形式存在于网页中，其信息量极其巨大，在色彩方面，这些网站用大量的图片和鲜亮的文字，展现物品的优点。同时，其链接的价格显示和订单系统都做得相当出色，非常人性化。 参考网站：淘宝，卓越等3. 政府部门网站：内容上简洁明确，毫无冗余信息，而且其信息分类、层次感特别强。这些网站一般都用左右对称布局，使得信息的分类明确，正式得当，而且用白底黑字或蓝字展现信息，有一种严肃的气氛融入其中。这些网站中的图片较少，多少以说明性的文字为基础，体现了政府部门庄严的氛围。 参考网站：中国人民政府门户网站，中国教育部网站等 8、心得 通过实验，我们了解到不同的Web界面设计实例都有其各自的特点，不同的界面风格和布局所带给用户的感受，充分体会到Web界面设计在人机交互中的重要之处。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 移动界面设计2、实验目的 掌握移动界面设计的原则。3、实验内容 比较移动界面设计与WEB界面设计有什么相同和不同。4、实验原理或流程图 移动界面设计的原则：1. 简单直观；2. 个性化设计；3. 易于检索；4. 界面风格一致；5. 避免不必要的文本输入；6. 根据用户的要求使服务个性化；7. 最大限度地避免用户出错；8. 文本信息应当本地化。5、实验过程或源代码相同点不同点移动界面设计使用者都是用户；都要求简洁明快，易于检索；设计的界面都要求人性化；都要保证其一致性；个性化设计；避免不必要的文本输入；根据用户的要求使服务个性化；最大限度地避免用户出错；文本信息应当本地化；由于移动设备功能的局限性，无法达到一些复杂要求；需要考虑交互方式；Web界面设计以用户为中心；体现特色；兼顾不同的浏览器；明确的导航设计；可以适当使用一些复杂的功能；交互方式比较广泛；8、心得通过实验，我们获知了Web界面设计和移动界面设计的类似和区别，使我们更加明确了不同界面设计中要遵循的原则以及应当注意的一些细节问题。辅导教师 成绩 实验日期 年 月 日实验时间 时至 时1实验名称 ： 可用性分析与评估 2、实验目的 掌握可用性分析与评估的方法。3、实验内容 对某个网上银行进行可用性分析与评估。4、实验原理或流程图 可用性分析可用性分析要从交换系统的可学习性、灵活性、鲁棒性来分析，其