人工智能驱动的人机交互技术挑战及应用思路

1、    人工智能驱动的人机交互技术挑战及应用思路    张承业 张宪民摘要：首先回顾了人机交互模式的变革史，并从5个方面讨论了人工智能对人机交互的影响，分析了智能人机交互形式、技术缺陷及应用挑战，提出人工智能时代对人机交互未来发展的讨论和思考。关键词：人机交互；人工智能；自然交互；技术挑战：th122；tp274 ：a ：1007-9416（2018）05-0206-02人机交互技术作为人与计算机之间信息交流的接口，是推动计算机产业发展的关键因素之一。智能化时代，交互无处不在，人的智能与机器智能共同发展，扩展了交互设计的广度和维度，对人机交互能力提出了新

2、的挑战。由于缺少与新时期智能交互需求相适应的、高效的交互界面，及成熟统一的交互技术1，目前人机交互能力和交互效率仍停留在较低的水平，并没有随着人工智能时代的发展得到相应的提高。为了应对智能时代的挑战，把握智能时代人机交互技术发展的新机遇，实现交互技术的跨越式发展。本文首先回顾了人机交互模式的发展变革史，分析了人工智能对人机交互的影响，总结了智能人机交互的技术缺陷及应用挑战，最后对人工智能时代人机交互未来发展进行了讨论和思考。1 人机交互模式的变革人机交互关注用户与系统（计算机）之间的信息交换，包括用户到系统和系统到用户的信息交换两部分。人机交互模式的发展史，是“以计算机为中心”到“以用户为中心

3、”的发展过程，就交互形式而言共经历了以下几个阶段：（1）基于键盘与命令语言交互阶段。交互界面采用命令语言驱动操作，专业性强，只能通过操作键盘来输入数据和命令信息，界面输出为静态字符。交互逻辑与流程复杂，拷贝粘贴等关键操作未简化，易出错，只能完成单线程的单一任务。这一阶段确定了qwerty的键盘布局并沿用至今。（2）基于鼠标和图形用户界面的交互阶段。伴随着图形界面技术的发展，逐渐形成了wimp界面，并引入鼠标，解决了精确定位、快速切换的难题。以超文本标记语言html及超文本传输协议http的网络浏览器为特征，所形成的网络用户界面，成为当前internet的支柱。（3）基于多点触控技术的触屏交互。

4、伴随着移动互联网及微型电脑产品的普及，基于图形用户界面的多点触控交互技术的出现丰富了交互场景，解决了小屏设备界面利用率及随时随地交互的问题。此时交互设计以功能为中心，关注用户体验和用户情感。（4）多通道、多模态的自然交互阶段。物联网的发展，人机交互形式多样并出现融合交叉，逐渐回归“以用户为中心”的初心，参与式设计与众创模式成为主流，交互界面依赖于大数据、物联网及人工智能进行创新与精简2，并出现了多种形式，如nui自然交互界面、tui实体交互界面4、可穿戴计算等。人机交互及交互界面技术的发展伴随着人工智能波动与繁荣直至爆发，但受限于计算机科学发展水平，在很长一段时间内，人机交互以适应机器为主，各

5、种编程语言、输入法、数据输入设备等就是例证。随着技术和情境的发展变化，现存交互形式已不再适应要求，人们越来越追求体验和高效、自然和无感，回归人机交互技术的初心，让计算机服务并适应人类的需要，而不是强求人类去适应计算机。人工智能的繁荣与爆发，为人机交互技术的更迭提供了可能。2 人工智能对人机交互的影响人工智能的出现促进了传统人机“输入-反馈”循环向“推荐-选择”循环的过渡。人机交互关系由“单向从属”向“双向训练”过渡。这种改变将重写交互设计的设计思维、架构、形式、流程、规范等。（1）对交互设计思维的突破。人工智能连接工程师、设计师和用户的心智模型，能够灵活根据交互的方式与内容，在目标、动机、条件

6、与结果之间达成最优解决方案。根据功能目标确定交互行为模式，映射匹配出各种人机、人际、人事、人境的交互场景，达到场景化的目标最优路径。而后根据用户的体验反馈，分析优化和测试改進交互流程与交互体验结果，形成新的人机共生关系2。（2）对信息架构的优化。gui时代，信息架构由页面和流程决定。当信息量不断增加，信息的展现需要更多的页面来承载，导致了信息架构的层级和流程变得复杂，增加了用户的使用成本。人工智能时代，可以利用语音输入以特定关键词进行信息搜索和功能触发，使信息流获取的准确性大幅度提高，产品不再需要复杂的架构来承载不同内容，可极大提高用户的交互效率，并具有高兼容性和扩展性，为原有信息架构赋予了活

7、力和流动性。（3）对交互界面的扩展。随着可穿戴设备和物联网技术的发展，万物得以数字化形式展现，并均可能作为人机交互界面的一部分，成为人机交互的媒介，交互界面不再局限于gui，会呈现不同的形式，实现从“有形”设计到“无形”设计的改变。（4）对交互流程的改变。一个完整的交互设计过程中的步骤主要分为：用户调研、概念设计、创建用户模型、创建界面流程、开发原型以及用户测试、实现、统测试。人工智能可以分析设计过程及各阶段的任务，寻求符合科学规律和设计效率的最优解，通过深入剖析人的思维模式，能够以直接、精确的方式获得符合人类体验愿景的交互设计。（5）对交互形式的颠覆。当前人机交互多属于近场、接触式实体交互，

8、用户通过移动、点击、触控等实体操作形式进行信息的输入，当脱离计算机或输入设备时信息输入则无法完成。人工智能技术的发展拓展了信息输入的距离和空间，如近场交互中，除了实体操作，语音、图像等形式同样有效；而在中远场景的交互中，语音、动作成为了信息输入的第一选择，并逐渐成为重要的输入方式之一。人机交互趋势，是从无序到有序、从数据到语义、从线下到线上、从精确到非精确、从机械到自然。人工智能技术的应用，可以将一些模糊和用户行为习惯识别为具体、准确的交互意图，随着人工智能技术的进步，人类可以用自然的方式和机器进行交互，而不是被迫去适应机器，重新建立一套与机器对话的语言。3 智能人机交互技术缺陷及应用挑战3.

9、1 智能人机交互技术形式智能人机交互技术简言之是能够实现类人的“能听会说、自然交互、有问必答”能力的综合技术，涉及自然语言处理、语义分析和理解、知识构建和自学习能力、大数据处理和挖掘等技术领域，同时包括整合多种信息承载形式（如文字、语音、体感等）的通信和识别等能力。就表现形式而言，可概括为多通道、多媒体的智能人机交互，如手势识别、姿势识别、语言识别、表情识别、眼部识别、情感识别等。是一种依靠人类本能与机器进行“无感”交互的技术形式，以人为中心，关注体验和意识。尽管智能人机交互技术已逐渐在智能硬件、可穿戴设备、智能家居、物联网等领域展开应用，但总体来说仍存在很多的不足。3.2 当前智能人机交互的

10、技术现状深度神经网络的应用使得语音识别、人机对话、机器翻译、手势检测与跟踪、等领域技术得到了快速发展和应用，如情感识别的结果仅比专业人士相差10%，语音识别的准确率已接近人类水平，而图像目标识别已超过普通人类辨识水平。但要像人一样“能听会说，善解人意”，仍有大量技术难题待攻破。如在完全自然的口语识别及方言识别方面，语音识别准确率还很不理想；智能硬件产品存在“没听清、听不懂、不聪明”问题；智能家居不“智能”，用户激活率不足20%；而被认为最直观、自然的多通道人机交互，由于其信息表达的丰富性和模糊性，很难准确映射为人机交互的界面操作，导致能以准确理解用户的意图。究其原因，机器学习、深度学习、自然语

11、言理解、语义理解、人机对话、需求预测、数据挖掘等技术尚处于早期，在足够智能之前，智能水平与用户体验、可靠性存在矛盾。3.3 应用挑战（1）使用范围有限。尽管有新兴交互方式的尝试，但大多数交互方式的使用率不高，未形成普及化的商业应用，更没有达到无障碍、随心所欲沟通的水平。如体感交互目前只应用于游戏领域，动作捕捉交互方式更多应用于电影制作领域。（2）仍未摆脱界面交互，体验性差。虽然触摸交互渐成主流，但仍需用户精确输入，对用户而言费神费力。如特斯拉配备的中控大屏在操作时易造成开车过程中的分心。同时多数智能人机交互产品的用户界面仍未脱离gui的思维束缚，而超越传统gui、能与用户及环境进行主动感知和交

12、互的界面设计仍未出现。（3）改变用户习惯较困难。应用新技术开发新的交互平台具备其合理性，但忽视与已建立操作习惯的一致性，或增加用户的学习成本，会给用户带来极大的困扰。如代码界面到图像界面，单点触控到多点触控等的习惯跨越历程。4 未来人机交互的发展趋势及应用热点当前移动互联网、虚拟现实、普适计算等飞速发展，对人机交互技术提出了新的调整和更高的要求，人机交互研究内容也从精确到非精确、从功能到场景、从交互转向实践。未来的人机交互，将会演变成“交互人”和“智能机”在物理空间、数字空间及社会空间等不同空间上的交互5。人作为人机交互的核心，将随着技术的发展与交互设备融为一体。计算机的主要交互行为将变成感知

13、行为，感知場景、人的行为及相关属性，形成物理世界的“直觉”，从而实现为人类服务。未来，人与机器的交互，将从外在互动转向情感交流，所有操作性设备融入智能空间内，传感与交互无处不在，而融合人工智能、大数据的云计算平台使得人机交互系统越来越聪明、越来越人性化，会是一种没有交互的“交互”。5 结语人机交互技术是当前信息产业竞争的焦点，各国纷纷将其列为重点发展的信息技术之一。人工智能时代，以人为中心、自然、高效等特征将是下一代人机交互系统的主要目标特性。随着技术的突破，人机交互领域必将实现跨越式发展，也必将影响整个人类发展史。参考文献1hewett t t， baccker r， card s， etal. acm sigchi curricula for human-computer interaction. new york： a