人机交互基础教程第1章.ppt

第一章绪论,关于作者,孟祥旭教授mxx教育部科技委信息学部学部委员，中国计算机学会CAD/CG专委会副主任，中国图象图形学会计算机动画与数字娱乐专委会副主任，山东省计算机学会理事长，山东省制造业信息化专家组组长，山东省有突出贡献中青年专家。1978.91982.7山东大学计算机科学系计算机专业学习，获理学学士学位1982.81985.7山东大学计算机科学系计算机软件专业学习，获工学硕士学位1995.81998.7中科院计算所计算机应用技术专业学习，获工学博士学位1985.8至今山东大学计算机科学与技术学院助教、讲师、副教授、教授,李学庆教授济南高新区舜华路中段软件学院，250101，电Email：xqli1983.91987.7山大计算机学院本科计算机科学与技术1987.91990.7山大计算机学院硕士研究生计算机软件与理论1998.92002.7山大数学院博士计算机软件与理论1989.71992.12山大计算机学院助教计算机软件1993.11997.9山大计算机学院讲师计算机软件1997.92003.9山大计算机学院副教授计算机软件2003.9现在山大计算机学院教授计算机软件2004.5现在山大计算机学院博士生导师计算机软件与理论2006.3现在山大齐鲁软件学院副院长计算机软件,杨承磊教授chl_yang分别于1995，1998，2004年获山东大学计算机应用专业理学学士学位，计算机软件与理论专业工学硕士和博士学位。1998年起至今受聘于山东大学计算机科学与技术学院。2007.1-7月赴香港大学计算机科学系开展合作研究，2010.6-2011.6赴哈佛大学做访问学者。,关于山大计算机科学与技术学院科研亮点大规模城市场景三维建模及可视化集成化计算机辅助图案设计制版系统真实感动漫渲染系统研究与应用软件与数据工程三维数据表示理论和关键技术基因组重组大数据管理与分析嵌入式系统网络安全与密码学高性能计算,关于山大计算机科学与技术学院院长,陈宝权，山东大学计算科学与技术学院与软件学院院长、教授，兼中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师。获电子工程学士（91年西安电子科技大学）、硕士（94年清华大学），和计算机科学博士（99年纽约州立大学石溪分校）。研究领域为计算机图形学与可视化，主要研究方向为基于车载移动激光扫描的大规模城市场景三维建模及海量数据可视化，入选973项目“城市大数据计算理论与方法”首席科学家。在ACMSIGGRAPH、IEEEVIS、ACMTOG等国际会议和刊物发表论文100余篇。现任IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics编委，并多次任图形与可视化领域几乎所有重要国际会议的PC成员；现任SIGGRAPHASIA2014会议主席、SIGGRAPHASIA指导委员会委员、和IEEEVIS指导委员会委员；曾任IEEE可视化会议2005年主席和2004年程序委员会主席。获2003美国NSFCAREERAward，2005年IEEE可视化国际会议最佳论文奖；2008年入选中科院“百人计划”；2010年获国家杰出青年科学基金资助；2013年入选国家“百千万人才”工程计划和“中青年领军人才”，2014年获得中国计算机图形学大会杰出奖。任CCF（中国计算机学会）常务理事，曾任CCF青工委主任。,siggraph：SIGGRAPH(SpecialInterestGroupforComputerGRAPHICS,计算机图形图像特别兴趣小组）成立于1967年，一直致力于推广和发展计算机绘图和动画制作的软硬件技术。从1974年开始，SIGGRAPH每年都会举办一次年会，而从1981年开始每年的年会还增加了CG（ComputerGraphics，电脑绘图）展览。绝大部分计算机图技术软硬件厂商每年都会将最新研究成果拿到SIGGRAPH年会上发布，大部分游戏的电脑动画创作者也将他们本年度最杰出的艺术作品集中在SIGGRAPH上展示。因此，SIGGRAPH在图形图像技术，计算机软硬件以及CG等方面都有着相当的影响力。siggraphasia：由国际图形图像协会（ACMSIGGRAPH）举办的SIGGRAPH电脑图像和互动技术展览及会议是世界上影响最广、规模最大，同时也是最权威的一个集科学、艺术、商业于一身的CG及互动技术展览及会议。2008年Siggraph来到亚洲，12月9日至13日首届SIGGRAPHAsia亚洲电脑图像和互动技术展览及会议在新加坡举行，这是世界最大的电脑图形图像界盛会SIGGRAPH首次选择在美国以外举办分会，既是检阅近几年亚洲CG行业飞速发展的大舞台，也是亚洲CG通往世界的高速公路。,20082008年12月9日-13日首届SIGGRAPHAsia亚洲电脑图像和互动技术展览及会议在新加坡举办。20092009年12月16日-19日第二届SIGGRAPHAsia亚洲电脑图像和互动技术展览及会议在日本横滨举办，来自41个国家6400名艺术、科研、开发、游戏、电影、学术领域的专家参加了这个亚太地区电脑图像、互动技术和数字媒体领域最大的会议和展览。20102010年12月15-18日第三届SIGGRAPHAsia亚洲电脑图像和互动技术展览及会议将在韩国首尔举办，届时亚太地区的电脑图形图像和互动技术研究、开发、制作人员及制造商、供应商和服务提供商将再次在这个行业盛会上共聚一堂。201120112011年12月12-15日，第四届SIGGRAPHAsia亚洲电脑图像和互动技术展览及会议在中国香港举办。Pixar、Adobe等著名公司都有所展览。20122012年,SIGGRAPHASIA回到了新加坡，第五届SIGGRAPHASIA会议成功在11月28日到12月1日期间在新加坡EXPO会展中心举办。来自56个国家的超过4250人参加会议。其中22%为学生。20132013年，SIAGGRAPHASIA将在11月19-22号于香港举办。,2014第七届SIGGRAPHASIA亚洲电脑互动技术会议及展览于2014年12月3-6日在深圳会展中心举办。本届大会及展览是SIGGRAPHASIA首次在中国大陆举办，包括电脑动画节、课程、新兴技术、学术海报、流动图像和互动媒体应用研讨会、学术摘要及学术论文研讨会等环节。山大计算机学院、软件学院院长陈宝权教授担任SIGGRAPHASIA2014会议主席。在大会开幕式的发言中，陈宝权教授对远道而来的嘉宾们表示感谢，重点介绍了中国电影业、深圳3D产业及CG产业的现状及未来发展趋势等。SIGGRAPH是由国际图形图像协会（ACMSIGGRAPH）举办的全球影响最广、规模最大、同时也是最权威的一个集科学、艺术、商业于一身的计算机图形和互动技术展览及会议，是计算机图形图像研究领域的“奥斯卡”。2008年SIGGRAPH来到亚洲，本届SIGGRAPHASIA在深圳举办，也是SIGGRAPHASIA首次在中国大陆举办。参会人员来自60多个国家或地区，总人数近6000人，其中国外代表人数超过800人。,人机交互的概念人机交互的研究内容人机交互的发展历史人机交互的应用,人机交互（Human-ComputerInteraction，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，且围绕这些方面的主要现象进行研究的科学（ACMSIGCHI，1992，第6页）人机交互技术(Human-ComputerInteractionTechniques)是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。,相关概念人机界面（Human-ComputerInterface,简写HCI）或者人机交互界面（humancomputerInterface或humanmachineinterface）：是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令(命令)的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机界面会帮助用户更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的性能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机界面则多是狭义的指在软件人性化的操作接口上。人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。,人机交互界面表示模型与设计方法（ModelandMethodology）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。可用性分析与评估（UsabilityandEvaluation）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。,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，多通道信息整合是多通道用户界面研究的重点和难点。认知与智能用户界面（IntelligentUserInterface，IUI）智能用户界面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。,群件（Groupware）群体工作（WorkGroup）中，各工作者因为时间及所处地点的不一致，造成交流及协调的不便。群件就是针对群体工作而发展出来的技术产品，目的在于促进群体的交流合作及资源分享，充分提高群体的工作效率和质量。我们这样定义群件：以计算机网络技术为基础，以交流（Communaction）、协调（Coordination）、合作（Collaboration）及信息共享（InformationSharing）为目标，支持群体工作需要的应用软件。它允许个人和小组成员间进行有效的协同工作而不管他们的地理位置如何。群件是指帮助群组协同工作的计算机支持的协作环境，主要涉及个人或群组间的信息传递、群组中的信息共享、业务过程自动化与协调，以及人和过程之间的交互活动等。目前与人机交互技术相关的研究主要包括：群件系统的体系结构、计算机支持交流与共享信息的方式、交流中的决策支持工具、应用程序共享以及同步实现方法等内容。,Web设计（Web-Interaction）web设计不再是一个普通的从事应用美术的职业，它变成了跨学科，跨领域知识的综合体。为了实现更好的web设计，你大概需要掌握图书情报学，计算机图形学，程序设计，客户机/服务器技术，用户界面设计，人机互动关系，可用性研究，心理学，社会学等诸多方面的知识，并达到一定的水平。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。一个完整的web设计工作应该至少拥有以下主要的方面：内容：可以包括：文字，图形，超连接，交互操作，动画，视频，音频，在线游戏甚至更多的混合型的组织形式。拥有高质量的内容是网站成功的关键。技术：HTML，CSS，JAVA等。外观：一个站点的外观是最先被注意到的。,移动界面设计（MobileandUbicomp）移动计算（MobileComputing）、无处不在计算（UbiquitousComputing）等对人机交互技术提出了更高的要求，面向移动应用的界面设计问题已成为人机交互技术研究的一个重要应用领域。针对移动设备的便携性、位置不固定性和计算能力有限性以及无线网络的低带宽高延迟等诸多的限制，研究移动界面的设计方法，移动界面可用性与评估原则，移动界面导航技术，以及移动界面的实现技术和开发工具，是当前的人机交互技术的研究热点之一。,人机交互的发展过程，也是人适应计算机到计算机不断地适应人的发展过程。它经历了几个阶段：,图形用户界面,自然和谐的交互,命令行,语言命令交互阶段计算机语言经历了由最初的机器语言，而后是汇编语言，直至高级语言的发展过程。这个过程也可以看作早期的人机交互的一个发展过程。,图形用户界面（GUI）交互阶段图形用户界面（GraphicalUserInterface，GUI）的出现，使人机交互方式发生了巨大变化。GUI的主要特点是桌面隐喻、WIMP技术、直接操纵和“所见即所得”。与命令行界面相比，图形用户界面的人机交互自然性和效率都有较大的提高。图形用户界面很大程度上依赖于菜单选择和交互小组件（Widget）。图形用户界面给有经验的用户造成不方便，他们有时倾向使用命令键而不是选择菜单，且在输入信息时用户只能使用手这一种输入通道。图形用户界面需要占用较多的屏幕空间，并且难以表达和支持非空间性的抽象信息的交互。,自然和谐的人机交互阶段随着虚拟现实、移动计算、无处不在计算等技术的飞速发展，自然和谐的人机交互方式得到了一定的发展。基于语音、手写体、姿势、视线跟踪、表情等输入手段的多通道交互是其主要特点，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式进行交互操作。,笔式交互设备,语音交互设备,视觉交互设备,虚拟环境中的交互设备,触觉交互设备,制造业位于法国Velizy城的汽车协同设计中心的标致雪铁龙（PSA）公司利用3DVIAVirtools技术作为工业仿真系统的整合平台，采用主动式立体BarcosI-Space5的CAVE洞穴式显示系统与BarcoCADWall被动式单通道立体投影系统，德国的A.R.T.光学跟踪系统以及Haption6D35-45和INCA力反馈系统，用于汽车设计的检视、虚拟装配与协同项目的检测等等。,教育科研由伊利诺州大学芝加哥分校电子可视化实验室EVL和交互计算环境实验室CEL合作的叙事式沉浸的建设者及协同环境(NarrativeImmersiveConstructionist/CollaborativeEnvironments)，简称NICE项目,教育科研科视设计并安装的全沉浸式ChristieTotalVIEWCAVE（图1-7），用于在威斯康星州Pier的密尔沃基举办的著名的DiscoveryWorld展览。这套被DiscoveryWorld称为“人机交互式虚拟教育”（HIVE）系统运用了3D投影显示技术Mirage系列投影机，实现了的沉浸式3D环境，使参观者能够获得关于生活环境的“近似真实”体验。,军事军事战略战术演练和培训领域是刺激交互技术发展的源动力，从早期的飞机驾驶员培训到今天的军事战略和战术演习仿真等。使用计算机仿真技术不仅降低成本而且可方便地改变环境和条件，适用于特殊，危险等环境。F-35是第一种在座舱里取消了平视显示器(HUD)的量产战斗机，F-35的飞行员将在其头盔综合显示器(HMD)面罩上的虚拟平显上读取所有数据。,生活指纹识别和人脸表情识别技术广泛应用于人们日常生活的通信过程或者安全保护。,生活苹果iPhone采用多种交互技术，提供智能商务终端，如掌上电脑、智能手机、PDA、智能固话终端等。通过捷通嵌入式手写识别eJHWR技术，将在手写设备上书写时产生的有序轨迹信息转化为汉字内码；通过捷通华声嵌入式语音合成eJTTS技术，利用计算机将任意组合的文本文件转化为声音文件，并通过声卡、电话语音卡等多媒体设备将声音输出，提供短信语音播报等功能。,文化娱乐在北京08奥运会开幕式采用的高亮度数字投影设备和十一全运会开幕式投影系统采用的“大碗幕”展示了现代投影技术的巨大创造力。,文化娱乐在影视制作领域，动作捕捉设备已经得到了广泛应用。如图展示了“加勒比海盗3”制作过程中，运动捕捉实验室场景和最终合成的影片效果。,体育英国推出三维立体电视节目，播放了英式橄榄球和足球比赛画面，通过两台摄像机拍摄，模拟人左右眼的成像，观众通过特制的三维立体眼镜，使大脑对图像进行处理，让画面看上去好像在起居室里现身。给观众身临其境的感觉，球员的一举一动仿佛就在身边。,体育运动捕捉系统在体育训练中可以帮助教练员从不同的视角观察和监控运动员的技术动作，并大量地获取某类技术动作的运动参数及生理生化指标等数据，并统计出其运动规律，为科学训练提供标准规范的技术指导。曲棍球训练系统,1什么是人机交互技术？2简单介绍人机交互技术的发展历史和现状。3人机交互研究内容有哪些？,1.什么是人机交互？人机交互技术(Human-ComputerInteractionTechniques)是指通过计算机输入、输出