计算机人机交互界面的变化与计算机的发展-图文

2001年12月第17卷第6期武警学院学报J(I爪NAL0FTHECHINESEPE(PLE’SmtMEDPOLICERRCEACAD盼Ⅳ针算机人机支互界面的壹亿与针算机钓发展●王培铎(武警学院基础部,河北廊坊065000【摘要】讨论人机交互界面性质设定变化对计算机发展的影响问题。认为人与计算机是通过一定界面进行信息交流的,而界面是否友好直接关系到计算机的应用及发展。及时改变人机交互界面的性质是计算机发展的关键。【关键词】人机交互界面;设定;计算机;发展中图分类号:N39文献标识码:A文章编号:1008—2077(200106—0059—03一、引言人机交互界面是评价计算机性能优劣的一个很重要的方面。界面友好,既利于用户使用,又利于计算机发展与普及。电子计算机的发展历史证明了这一点。计算机的发展历史也是界面发展的历史,从指示灯到文字,从文字到图像,再到多媒体。界面由低级到高级,由抽象到具体,由单一到多元,由静态到动态,从非智能到有智能。人机交互界面在目前比较完整的情况下,计算机是否还能像以前那样的速度发展,发展又将向何方?尤其在出现“后PC期”论调的情况下其前景如何,这是许多软硬件研制者都十分关心的一个问题。自个人机出现后,完全可以说人机交互界面的发展就成为了促使计算机发展的一种强有力的催化剂。但这一点并未被许多人认识,强大资金多被注入在CPu、DI认M等类器件上,研究难度大的界面项目则投入力量明显不足。虽然CPU等类器件发展速度一直在按莫尔定律快速进行,而界面进展速度却愈来愈低,后PC期的出现在一定意义上讲也是上述行为导致的一种结果。正视界面问题,加强界面理论研究,开拓人机交互界面新领域是十分必要的,也是进一步加快计算机发展与普及的关键所在。本文将从界面理论、界面概念、界面发展、界面形成、界面作用等方面进行讨论。二、计算机人机交互界面的几个主要发展阶段回顾人机交互界面是指人能够通过一定的思维活动、动作行为作用于计算机,使其发生某种响应性变化,而该变化可使作用者获得,且又可用于人的下次操作动作行为中的设置总称。它由某些硬件与软件构成。人、机间的这种相互作用关系又被称之为人机对话。人只有通过界面才可根据不同需要使用计算机。设置性能的优劣既直接关系到人机对话的方便性,又关系到计算机处理问题、解决问题能力的发挥,也关系到计算机的发展与普及。早期计算机的人机交互界面设置很差,数值显示由指示灯的暗、亮表示,数值的输入由扳把开关或卡片进行,工作效率极低。后来出现了数码显示、键盘输入、纸带输入等技术,人机交互速度有了进一步的提高。磁带、磁盘的出现,使人机交互界面性能又向前前进了一大步。数的表示虽然从抽象发展到直观,但对非数值型信息的及时获得则仍是一件很不方便的事,只有在十分必要时才可打印输出,且及时性差。总之,在微机(PC出现之前的人机交互界面处于极低水平,那时人机交互界面概念还未形成,人们只把计算机设定为一种单纯的计算工具或数据处理机,使用范围很小。我们把这时期的计算机人机界面称为潜界面期,或叫界面形成前期。PC机的出现,尤其是cRT显示器的加入,使人机交互界面发展进入到了一个新阶段。友好界面的基础形成,计算机人格化的设定由希望转为现实,人机交互界面概念也随之产生。自此人机交互界面的发展不自觉地成为计算机向前发展的最强有力的催化剂。近30年来微机的发展历史证明了这一点,数亿台PC机的使用与上亿台入网也说明了这一点。然而在研究导致上述现象出现的原因时,却很少有人从人机交互界面角度去分析去说明。cRT显示器的出现,使人机交流进一步方便灵活,除数字外,文字信息也能及时提供与显示。同时也为将来图像等类信息处理提供了一种必要的前提环境。我们把这一时期的界面称之为人机交互界面形成期。与以往相比,文字信息的显示虽然较为方便,但由于文字是一种抽象符号,对于人的信息交流来说仍有许多不便。如果在人机交互中增添形象信息界面会使交流更方便,所以后来就出现了带有图形窗口的操作系统(如WIND0wS,目前这类操作系统基本上已取代了纯文字界面的操作系统(如D(s。这种形象直观的界面又带动了更为友好界面的出现,如动态图像。这一时期界面的发展从文字阶段进入图像阶段,使人与机器间的“感情”距离缩短,有力地促进了计算机的收稿日期:2001—05—28作者简介:王培铎(1945一,男,河南濮阳人,武警学院基础部计算机教研室副教授。・59・万方数据《武警学院学报》2001年第6期(总第91期・基础科研・发展。我们把这一时期称为界面成长期。计算机人格化的设定,使人感到仅有上述界面仍不够,仍有诸多不便,如无语音对话功能。所以在这方面又投入了相当大的研究力量,直到最近几年才有较为实用的会话界面出现。另外多媒体计算机的发展,使各种分离的界面技术综合在了一起,使人机交互友好程度又提高到一个新阶段,至此,人之间常用的几种交流方式在计算机上都可进行。所以这个阶段的交互界面可称为成熟期。不过这种界面质量与人之间的交流界面质量相比,还有相当大的差距,如语音对话,至今还有不少难题未被突破,对话限制多,况且人之间的情感交流、行为动作交流等,基本上还未开展这方面的人机交互界面的研究,而且这类交流方式能否在人机对话中实现还是一个值得研究的问题。考虑到人机界面发展的历史与以后高级界面研究的难度,将这一时期称为准成熟期,更为恰当些。三、人机交互界面性质设定的变化及对计算机发展的影响目前计算机已具有多媒体交互界面,这是否表明交互界面的发展已到了顶峰?后PC期的论调也已出现,是否确实表明微机正往下坡路走?台式PC机技术确实已进入成熟期,但这并不能说明整个微机技术都已进入了成熟期,更不能说明所有计算机技术都进入了成熟期,已无发展前途。要正确回答这些问题,需从多方面进行分析研究。这里主要从人机交互界面的概念内涵、历史发展情况进行分析讨论。从计算机几十年的发展史看,其几个大的发展期都与人对计算机作用地位的设定有关。第一个发展期(1946~1956年,对应计算工具的设定。在此设定下,由于仅限于科学计算,所以使用范围最小,由于主要着眼点放在如何提高机器运行速度上,未把使用者操作的方便性放到一个重要地位,所以人机交互界面性能也最差;第二个发展期(1956~1970年,对应数据处理机的设定。由于设定改变,其使用范围扩大,从科学计算到数据处理、企业管理等;因计算机使用者明显增多,使方便用户需要的问题愈加突出,计算机设计者逐渐认识到问题的重要性,人机交互界面也因此而有所改善;第三个发展期(1971一,对应人格化机器设定,致使其使用范围大扩,直到每个人。使人机交互界面进入一个新阶段。计算机界面的性质发生了一次根本的转折:由使用者适应计算机转向计算机适应使用者,计算机的地位由被操纵的工具转向平等的对话者。当然,这种对话者仅是一个类人的人造物,不可能完全按人之间的方式进行信息交流。然而正是这种设定,使人创造出自然界不存在的人性化界面装置,使整个人类社会为之一变。这也正是我们所要研究的问题焦点。总之,人机交互界面性能由差变好以及计算机应用由少到多的变化都直接与计算机地位设定相关。地位愈高,发展空间愈大。人格化地位的设定虽然给计算机的发展提供了广阔的发展空间,使计算机进入了一个最快发展时期,但随着多媒体计算机的出现,这种空间已被压缩了许多。如上所述,由于更友好界面技术研究难度大,很难在较短的时间内实现,另外试图靠单方面发展某些硬件技术(如CPu等来开拓其大的发展空间是不易实现的。目前这类问题在台式PC机上表现最为明显:一方面CPU的主频速度一直在按莫尔定律的速度快速・60・发展,另一方面更友好的人机交互界面研究的进展速度则愈来愈慢,二者结合的结果,事实上对PC机未来发展的贡献并不大,台式PC机已失去了昨日的辉煌。所以后Pc期论调的出现,从人机交互界面角度讲也具有一定的合理性。要改变PC机有发展空问而又难以发展的局面,需要从以下几个主要方面进行:一要加强人工智能理论方面的研究。人工智能是计算机软件的核心问题,这是由计算机人格化设定所决定的,不过许多人并未认识到这一点,历史却证明了这一点(注:日前看到一些计算机研究机构与公司关于加强计算机智能化研究的报道。多媒体技术中的许多关键部分都是人工智能研究的成果,如语音对话,图像处理等。目前人机界面性能之所以难以有较大的提高,主要因为人工智能研究进展缓慢所导致。因此应加强人工智能有关理论的研究,寻找突破点,改善交互界面性能。另外需要特别指出的是,(1传统人工智能的研究方法与计算机本身结构都存在着某些带有根本性的缺陷,这也是进展缓慢的主要原因之一,所以改变计算机的结构、转变研究方法应该受到重视;(2改变设定。如上所述,计算机的每个大发展期都与及时改变其地位设定有关。在目前人工智能研究难度较大,难题不易突破的情况下改变地位设定是十分必要的,也是开拓计算机发展空间的一种较好手段。上面我们讨论问题时仅从单个计算机的设定看待计算机的,如果改变设定,变有限个人机为无限机,观念一变,就会立即发现计算机的广阔的新空间。如一台独立的PC机能力有限,当将其接入网络系统(如IN,rERNEl、网后其能力可视为无限。这样在无形中即可使人机交互界面获得改善,原来不具有或不能实现的能力现在都存在,如正在兴起的网格技术等。近些年计算机之所以迅速发展,其主要原因就是由于网络的大发展。目前网络主要为有线网,若转向无线网设定,又可开拓大的发展空间。另外也可从形态上改变设定,使机型多样化,如便携式、掌上,也可嵌入到许多其他人造物中,如冰箱、洗衣机、电脑电视等,即使计算机泛化(将来还可把计算机芯片植入植物、动物、人体内,或者由计算机构成人工植物、动物等。总之设定的多样化,可使人机交互界面发生新变化,为计算机发展开辟更为广阔的发展空间。以上仅是对PN结结构型计算机地位设定的讨论,而这些设定变化现象也会或多或少地在将来新型计算机上(如量子、光子、生物等出现,因为它已是一种有规律的现象。界面性质类别设定并不是一个随意主观决定的事,它需要以一定的硬件技术为前提,只有这样才利于设定目标的研究与实现,利于新界面的出现。两者的有机结合就可使计算机进入一个快速发展期,如台式PC机从诞生到多媒体出现这一时段,是计算机发展历史中最为辉煌的一个时期。而在这之前之后的两个时期,由于仅为一方发展快而另一方发展慢,整体发展速度并不快。对于前期,即从1956年提出人工智能概念到70年代初台式PC机出现,虽然有了人格化计算机的设定,并因此而在这方面进行了不少开拓性的研究,但由于计算机硬件技术落后,计算机体积庞大,人与机器的关系难以形成对话者地位。仅当大规模集成电路技术出现以后,才有了可放在桌面上的计算机,人机对话的概念随之出现,人机交互界面才形成(这也是本文将人格设定放在PC机阶段的万方数据王培铎:计算机人机交互界面的变化与计算机的发展原因。这时人格化设定理论研究成果才与硬件技术有机结合在一起,使计算机处于最快发展期。而现在的情况与前期正好相反,硬件技术发展快,人工智能理论研究进展缓慢,总体并不快。需要说明的是,这里所说的发展快慢主要是从关键技术发展情况的角度讨论问题的,不能与市场变化情况混为一谈,并且是从世界计算机技术发展情况说明的。如上所知,在目前情况下及时改变界面性质设定是正确的。历史的发展正是按此类方式进行。总之何时设定界面类型、何时改变设定对于计算机发展来说都是至关重要的。过时的界面设定会阻碍计算机的发展,适当超前的界面设定能促进计算机的发展,计算机的研究者与计算机的商家的兴衰,说到底都与此问题有关。根据上述讨论,下面给出了一个人机交互界面性质设定图表:界面性质设定级别表一级:结构一细.形杰=缀!作用四级:环境因子有限机计算机具体PN结计算工具(单机府用场合量子无限机信息处理机光子生物(网络机“人”泛化(嵌入“超人”表中的每一项都可细分,这里仅给出各项的最基本特征,表中的箭头表示各项界面性质设定发展过程,人机交互界面具体装置特性基本上是由这四种不同级别的项组合形成的。图中除PN结结构的计算机是已使用的外,其余部分为将来可能使用的结构形式,且它们出现的时序也是一种预测。关于“超人”问题,这里主要指已有的及未来可能具有的数方面处理问题超人能力的综合。比如我们早已承认的计算机计算速度超人现象、近10年内出现的虚拟情景能力、未来的某些逻辑判断能力等,如果这些能力综合的好,会对计算机的发展产生重大影响。目前这个问题还未引起了人们重视,在计算机发展到一定程度后相信人们会认识到它的重要作用。上述四种设定的关系大体如下:结构、形态与环境对作用级设定都有不同的影响,其中结构的影响最大。它不但制约着作用项不同发展阶段的实现时机,而且还制约着交互界面外在表现形式。本文所讲的计算机交互界面的发展情况都是PN结型计算机的情况,若为其它结构则情况便会大不相同。作用项反过来也会对结构、形态、环境项产生重大影响。如上所述,计算机的发展实际上是围绕着作用项的变化而进行的,因此它起着某种核心作用。从上表也表明PN结结构的计算机整体发展已进入成熟期,此时作为前沿开拓的研究者应更多的关注其它类型结构计算机的研究。另外需要说明,本文的侧重点在于说明界面装置的演化历史、界面与其性质设定及计算机发展的关系,并未对具体界面装置(包括软件情况进行讨论。为了便于表征交互界面性能情况,这里初步给出一个公式。设人与人之间的交互界面性能值为P,则其交互界面性能关系可表示为:x。。x=P,其中x表示人,o。为交互关系符号;人与人造物的交互关系则为:xo。Y=a・P,其中Y表示计算机,q(0~1为人机交互界面性能系数,它的具体值由多种因子决定,如上表中各种设定因子、人的操作方式、软硬件因子等,这都需要结合具体情况确定。a=0值为人机不能相互交流态;a=1为理想态,即等价于人之间的相互交流态。目前旺值远小于1。四、结束语科学技术已发展到允许人们在短短50年中实现从计算工具的界面设定到信息处理机,再到“类人”界面的设定。人格化人造物已是当今科学研究中的一种最普通现象,它已成为科学技术发展的一种强有力的助推剂。这也表明人类的确进入一个新的智能发展阶段:人工智能阶段,将一些人造物人化。正确认识这种趋势对于开辟新的研究领域极为有益。及时改变过时界面设定与及早设定将要到来的新界面,应是产品研发人员具备的一种基本素质。而所有这些都离不开对人机交互界面演变历史及与各种设定间关系的研究。人与计算机交流有界面,人与人之间交流有界面,人与其他人造物、自然物之间交流实际上都有界面存在,只不过其表现形式不一样罢了:有的是人造界面,有的为自然界面。界面是一种客观存在的普通现象,它是双方事物作用信息进入对方的中介,是事物的一个特殊部分。它本身的发展过程也是一个从低级到高级、由简单到复杂的变化过程,其特性与结构由相互作用事物的特性与结构共同决定,如同计算机的交互界面那样。这个特殊部分的作用至今人们还没有给以足够的认识与研究,更少有从一般意义上研究它的发生、发展、形成、变化与作用特点,及如何获得所希望的人造界面。现在是开始重视界面理论研究的时候了。人造物的界面需要人造,而好的界面只有在一定的理论支持下才有可能出现。好的界面利于人造物发展、利于人的使用,这正是作者写本文的初衷。参考文献:[1]BenshneideHmn著,郎宗琰等译.多媒体用户界面设计——有效的人机对话策略(第二版[M].上海科学普及出版社,1995.1~23.[2]董士海.计算机用户界面及其工具[M].科学出版社,19t,4.1~7.Thetr趾sfbnmti佃oftheman—and—c帅puterinterfaceandthedeVelop珈Ientofc锄putersWANGPei—duo(凡咒如mP咒芒眈抛彻跏芒,而PAm如咧,k咒g而馏065000,劬主咒以【Abstract】ThispaperdiscusSestheim