人机交互概述课件

人机交互

信息管理学院人机交互

人机关系无处不在！人机关系无处不在！第1讲：人机交互概述第1讲：人机交互概述人机交互（HCI）的起源人机交互（HCI）发展历史人机交互发展中的重大事件人机交互（HCI）定义人机交互（HCI）的研究内容人机交互相关学科本课程要学到的内容主要内容人机交互（HCI）的起源主要内容人机交互的起源任何事物的发展都取决于事物内部的矛盾。人机交互的起源首先来自于人和机器之间的矛盾，或者说人和“人造物”的矛盾。人类用科学的方法研究人要晚于用科学的方法研究物。由于人的复杂性，对人的研究少于对物的研究。人类文明出现了失衡状态，其特征是：人和机器之间失去了和谐。

人机交互的起源任何事物的发展都取决于事物内部人机交互的起源著名物理学家牛顿(1642-1727)。（牛顿和第一个建立心理学实验室的冯特大约相差一百年）人机交互的起源著名物理学家牛顿(1642-1727)。（牛人机交互的起源人机关系和人机矛盾的演变和发展大体可以分为三个历史时期：

第一时期是漫长的石器时代、青铜时代和农耕时代。这一时期，人们使用的工具均属手工工具，人的劳动属手工劳动。因此，人机关系是一种所谓的“柔性”关系，即工具对于使用者而言是一种“器物”，工具对于人没有很大的“约束力”，工具是个体意义的工具或者说“我的工具”。因此，在人机关系中人占主导地位。人机交互的起源人机关系和人机矛盾的演变和发展大人机交互的起源人机交互的起源人机交互的起源

第二时期，工业化时代。工业化使“器物”的工具演变为具有动力和计算能力的机器，形成了社会化的大工业生产方式和组织方式。机器对于人具有强大的“约束力”，人的工作效率和生活素质取决于甚至是依附于机器。人机关系是一种“刚性”人机关系。产生了研究人的需要，导致人机交互学的产生。

纺织车间的工人穿梭在纺织机器之间人机交互的起源第二时期，工业化时代。纺织车间用户：我又错了？用户必须不断地适应机器人机交互的起源用户：我又错了？人机交互的起源人机交互的起源

第三时期：信息时代这将是人机关系的一次重大演变。机器开始具有智能，如果机器的智能水平达到了一定程度的“自主性”，可以设想人机关系将是一种相互适应的关系，或者说一种“弹性”的人机关系。这一时期研究人机之间的交互成为主流。人机交互的起源第三时期：信息时代人机交互的历史

早期历史：文明史

人机交互还没有成为一门学科，但在人类文明进程中，体现出重视人的思想。人机交互的历史早期历史：文明史古代盛水工具古埃及化妆盒古埃及方凳古代镜子人机交互的历史古代盛水工具古埃及化妆盒古埃及方凳古代镜子人机交互的历史早期历史：二战前

19世纪80年代和90年代的工业运动泰勒科学管理之父

（1856-1915）最早进行人和机器匹配问题研究的学者铁锹实验《科学管理原理》早期历史：二战前最早进行人和机器匹配问题研究的铁锹实验实验前:干不同的活拿同样的锹铲不同的东西每锹重量不一样，应当有一个效率最高的重量。实验发现22磅时效率最高，铲不同的东西拿不同的锹生产效率得到提高。铲铁试验，使每人每天的搬运量从16吨，提高到50吨。劳动生产率成倍增长。铁锹实验实验前:干不同的活拿同样的锹铲不同的东西每锹吉尔伯瑞斯莫斯特伯格

这段时期研究特点：主要研究人，通过改变人的活动来提高人机系统的效率。用实验方法进行人员挑选和培训时间和动作研究（砌砖作业试验）手术研究吉尔伯瑞斯莫斯特伯格这段时期研究特点：主要研究人，通人机工程学的诞生：1945-1960年间第二次世界大战，统计发现飞机被击落的数量不如因人的操作而发生事故那么多。这表明无论人的能力提高得多高，行为改善得如何，都不可能完全跟上机器。

——研究转向如何使机器适应人。人机工程学的诞生：1945-1960年间

1949年英国人机工程学会（ErgonomicsResearchSociety)成立1955年美国人因工程学会（HumanFactorsSociety)成立1959年国际工效学协会（InternationalErgonomicsAssociation)成立这些学科都关注在任何系统，包括计算机、机械、还是手动环境中用户的表现。

1949年英国人机工程学会（ErgonomicsRese人机工程学迅速发展时期（1960-1980）

军事领域的继续发展和太空竞赛的促进从军事领域转向民用领域特殊人群受到控制论、信息论和系统论的影响

人机工程学迅速发展时期（1960-1980）军事领域的继续发1980年以后向人机交互发展计算机的飞跃发展又引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的研究领域。采用“man-machineinteraction”(个人同机器交互），后来又改为“human-computerinteraction”(人类同计算机交互）更加关注人的价值。1980年以后向人机交互发展另外一项影响人机交互发展的研究项目是信息科学与信息技术。信息技术的引入对信息的存储、访问以及利用的方式有意义深远的影响，在组织和工作环境中都有显著效果。传统上，系统分析一直集中关注技术在工作场所中的影响，使技术符合工作的需求和限制。这些方面同样是HCI所关心的。另外一项影响人机交互发展的研究项目是信息科学HCI吸引了很多学科，但只是在计算机科学和系统设计中才使其成为一个主要的关注点。这也决定了HCI是一门以计算机科学和系统设计科学为主的跨学科领域，包括计算机科学、系统设计科学、心理学和认知科学等多学科的交叉学科。HCI吸引了很多学科，但只是在计算机科学和系人机交互技术是当前信息产业竞争的一个焦点，世界各国都将人机交互技术作为重点研究的一项关键技术。美国总统信息技术顾问委员会的“21世纪的信息技术报告”中将“人机交互和信息管理”列为新世纪4项重点发展的信息技术(还包括软件、可伸缩信息基础设施、高端计算)之一，它的目标是研制“能听、能说、能理解人类语言的计算机”，并指出“现在美国40％以上的家庭拥有计算机，然而，对于大多数美国人来说，计算机仍然难以使用．调查表明，由于不理解计算机正在做什么，用户浪费了12％以上的上机时间．更好的人机交互将使计算机易于使用，并使使用者更愉快，因而可提高生产率。人机交互技术是当前信息产业竞争的一个焦点，世界各国都将人机交I-SchoolsProject(ISP)的讲程指出：I-Schools是由对信息、技术和人之间的关系有兴趣的学院组成的，以承诺探讨与理解在人类所有活动中信息的作用为特点。iSchool的研究领域涉及信息组织、检索与利用、信息系统和人机交互的设计等日本提出FPIEND21计划（FuturePersonalizedInformationEnvironmentDevelopment），其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。我国973，S-863，十五计划均将人机交互列为主要内容。I-SchoolsProject(ISP)的讲程指出：I-人机交互发展中的重大事件人机交互技术与计算机始终相伴发展计算机的发展历史，不仅是处理器速度、存储器容量飞速提高的历史，也是不断改善人机交互技术的历史。人机交互技术,如鼠标器、窗口系统、超文本、浏览器等等，已对计算机的发展产生了巨大的影响，而且还将继续影响整个人类的生活。人机交互发展中的重大事件人机交互技术与计算机始终相伴发展计算回溯数字计算机的概念在18世纪提出在20世纪40年代技术上成为现实早期模拟计算机1943年1月:MarkI，自动顺序控制计算机在美国研制成功，被用来为美国海军计算弹道火力表1943年12月:AlanTuring参与设计制造的最早的可编程计算机Colossus在英国推出，目的是为了破译德国的密码，每秒能翻译大约5000个字符。计算机的诞生回溯计算机的诞生ENIAC，1946开始研制于1943年，完成于1946年2月15日。ElectronicNumericalIntegratorAndComputer电子数字积分计算机——第一台真正意义上的数字电子计算机。占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。负责人是JohnW.Mauchly和J.PresperEckert。ENIAC，1946开始研制于1943年，完成于1946年2ENIAC两位发明人莫奇来和爱克特ENIAC使用的电子管工作中的ENIACENIAC两位发明人莫奇来和爱克特ENIAC使用的电子管工作P1:V.Bush&Memex1945促成了美国NSF,ARPA等的创立“AsWeMayThink”

–1945年Memexdevice理论模型/概念能够存储所有记录、文件和通信内存巨大按索引,关键词,相互参照获取信息相互连接管理(提出的概念非常类似于Hypertext)

将传统的图书馆馆藏文献的储存、查找机制与计算机结合起来台式个人文献工作系统，能存贮书、记录和通讯的装置。

P1:V.Bush&Memex1945促成了美国NSMemex1945Memex1945P2:J.R.Licklider心理学家--计算机科学家1960年,发表了“人机共生”

(“man-computersymbiosis”)论文计算机如何更好帮助人做事情1962年，J.C.R.Licklider和W.Clark

发表论文《On－LineManComputerCommunication》，讨论分布式社交行为的全球网络概念Batchprocessing批处理--time-sharing分时系统Internet先驱人物之一P2:J.R.Licklider心理学家--计算机科学家SketchPad“编程”系统

信息论先驱Shannon的学生1963PhDthesisatMIT1988TuringAward可以通过使用手持物体（如光笔）直接在显示屏幕上创建图形图像。可视的图样随即被存入计算机内存，它们可以被重新调用，并同其他数据一样可以进行后期的处理。CAD先驱，后期致力于设计头盔式3D显示器（1967年开始）P3:I.Sutherland&SketchPad1963SketchPad“编程”系统P3:I.SutherlP3:IvanSutherlandSketchpad是第一个可以在显示屏幕上直接构造图形图像的系统，不用再通过键盘向计算机输入代码和公式更具革命性的是，它考虑到了在显示屏幕上作某些改动后，存储在计算机中的信息可以被改变和更新。Sketchpad开创了计算机辅助设计的一个新领域，即我们所熟知的CADP3:IvanSutherlandSketchpad是第新的范式：VideoDisplayUnits视频显示部件VDUSutherland’sSketchpad是里程碑式的系统计算机从此可以用于信息可视化和数据操作之前：主要用于数据计算新的范式：VideoDisplayUnits视频显示部件P4:DouglasEngelbart道格拉斯·恩格尔巴特——“人机交互”大师因发明鼠标而闻名，鼠标最初的名字：显示系统的X-Y位置指示器（1963~1965）被科学界公认为20世纪最重要的发明之一IEEE列为计算机诞生50年以来世界计算机界最重大的事件之一。

P4:DouglasEngelbart道格拉斯·恩格尔巴P4:DouglasEngelbart鼠标器只不过是他所有成果中的一个小发明。但他提出的那些气魄辉宏的计算机理论却远远不及他发明的鼠标器广为世人所知晓。发明涉及视窗、文字处理系统、在线呼叫集成系统、共享屏幕的远程会议、超媒体、电脑交互输入设备、群件，层次超文本,多媒体,鼠标。20世纪60年代初，他就发表了一篇题为《放大人类智力》(AugmentingtheHumanIntellect)的文讲，提出了把计算机作为人类智慧放大器的观点。1997年，ACM图灵奖。P4:DouglasEngelbart鼠标器只不过是他所P5:AlanKay最早的图形用户界面(GUI)电脑Alto在施乐PARC，与同事构建了Alto,成为Macintosh和Windows的先驱。2003年度图灵奖得主(forOOP)发明了“ObjectOriented”这个术语，第一个完全面向对象的动态计算机程序设计语言Smalltalk的发明者。Smalltalk源自AlanKay“使用一组独立的互相通信的对象来解决问题”的思想，它可以说是目前主流语言C++，Java和C#的前身。1972年，他来到施乐PARC，开始将Smalltalk作为一种儿童教育工具。P5:AlanKay最早的图形用户界面(GUI)电脑AlP5:AlanKay个人计算之父1968年，提出Dynabook设想“Notebooksizedcomputerloadedwithmultimediaandcanstoreeverything”将是一款如同书籍般，既为可携式且具互动功能的多媒体个人式电脑，它的主要规格如下：

1.

大小如A4纸张之易携带；

2.

显示器的解析度必须优于报纸文字；

3.

必须具有声音输入的功能且易操作；

4.

必须能够网路化和作无线通讯

P5:AlanKay个人计算之父新的范式：个人计算因易于使用而更强大小而强大的计算机器为个人用户而做互联和分时的重要性先驱者Kay’sDynabook，1968年IBMPC，1970年代文本和命令方式新的范式：个人计算因易于使用而更强大XeroxPARC-mid1970’sAlto1973年4月，第一个可操作的alto电脑在xeroxparc完成。alto是第一个把计算机所有元素结合到一起的图形界面操作系统。它使用3键鼠标、位运算显示器、图形窗口、以太网络连接BravoWYSIWYG文本编辑.BravoXMicrosoftWord的祖先.Laurel电子邮件.Neptune磁盘文件管理.Press文件打印.Sil画图程序.具有GUI的PCXeroxPARC-mid1970’s具有GUI的PXeroxStar-1981第一台为商务应用设计的商用PC（1981年7月alto的商用版本）具有了桌面电脑的主要特征Pointing,WYSIWYG,highdegreeofconsistencyandsimplicity采用了可用性工程方法有原型设计和分析可用性测试，迭代式的改进XeroxStar-1981第一台为商务应用设计的商用XeroxStar特点：双击图标技术、多窗口、对话框概念、1024×768的分辨率。天才的概念，商业失败$15kcostClosedarchitectureLackingkeyfunctionalityXeroxStar特点：双击图标技术、多窗口、对话框概念、1981IBMPC1981年8月12日，IBM正式发布了历史上第一台PC，从此人类就进入了个人电脑时代！IBMPC改变了我们的生活和工作方式IBMPC之父：埃斯特利奇，13人小组。1981IBMPC1981年8月12日，IBM正式发布了AppleLisa-1982BasedonideasofStar1983年1月，apple推出lisa系统。特点：下拉菜单和菜单条技术。更加个人化，而不全是办公工具LisaWrite:字处理LisaCalc:表格LisaGraph:图形LisaList:规划管理工具LisaProject:项目计划LisaDraw:绘图程序LisaTerminal:现代通信软件失败AppleLisa-1982BasedonideaAppleMacintosh-1984并非先驱，但非常聪明的拷贝Nottrailblazer,smartcopier优点Aggressivepricing-$2500界面友好支持第三方应用高质量图像和激光打印高质量的应用系统，MacWrite、MacDraw新的应用：Pagemaker，Word，ExcelAppleMacintosh-1984并非先驱，但非常新的HCI范式：WIMPWindows,Icons,Menus,Pointers并行操作Candoseveralthingssimultaneously图形用户界面实例XeroxAlto,Star;earlyApples新的HCI范式：WIMPWindows,Icons,MeHistoryofMSWindowsMSDOS1980MicrosoftWindowsv1.01985年发布MicrosoftWindowsv2.01987年8月11日发布MicrosoftWindowsv3.01990年5月发布MicrosoftWindowsv3.11992年发布WindowsNT3.1,1994年03月1日

Windows95,1995年8月Windows98,1998年6月Windows2000，2000年12月WindowsXP，2001年10月WindowsCE1.01996.11WindowsCE2.01998.01WindowsCE3.02000.06……HistoryofMSWindowsMSDOS19人机交互概述ppt课件P6:BenShneidermanDr.Shneiderman的著作有《软件心理学：计算机和信息系统中的人类要素》，1980发明了直接操作DM(DirectManipulation)概念在1983年首次设计了选中条目点击转到另一页的方法创立并任马里兰大学HCI实验室主任P6:BenShneidermanDr.Shneide新的范式：直接操作

DirectManipulation直接操作的特点对象可视化渐进动作和快速反馈可逆性鼓励探索使用动作代替语言对动作进行句法修正WYSIWYG—WhatYouSeeIsWhatYouGet.新的范式：直接操作

P7:DonaldA.Norman20世纪60年代他就是一流的认知心理学家，是认知科学的开拓者之一，发展了HCI应用科学，涉及到认知学、工程和设计，在HCI方面做出了大量创造性的成就，提出的“以人为中心的设计”概念。“DesignofEverydayThings”已成了设计人员的必备，以人为本，可用性、易用性，还有情感影响，新的理念指导着很多的设计《EmotionalDesign:Whywelove(orhate)everydaythings》情感化设计强调情感在产品设计中的重要作用P7:DonaldA.Norman20世纪60年代他新的范式：多模态用户界面模态是人类交流的通道不仅仅是视觉例如：语音（听觉通道）和触摸（触觉通道）多模态融合多模态用户界面即为在多媒体界面的基础上,采用语音识别、视线跟踪、手势输入等新技术,使用户可用多种形态或多个通道以自然、并行和协作的方式进行交互,系统通过整合多通道精确和非精确信息,快速捕捉用户的意向,有效地提高人机交互的自然性和效率。新的范式：多模态用户界面模态是人类交流的通道P8:TedNelsonHypertext（超文本）,hypermedia（超媒体）等概念的(合作)提出者,被称为HTTP之父。P8:TedNelsonHypertext（超文本）,新的范式：HypertextWWW，1993超文本将信息看作互联的节点，而不是线性流Thinkofinformationnotaslinearflowbutasinterconnectednodes源头Nelson’shypertextBush’sMEMEX非线性的浏览结构Non-linearbrowsingstructure新的范式：HypertextWWW，1993P9:MarkWeiser提出普适计算是21世纪的计算模式MarkWeiser于1988年在XeroxPARC的

计算机科学实验室首次提出了这个概念无处不在的计算描述了具有丰富计算资源和通信能力的人和环境之间关系的场景，能够在需要的何时何地都可以提供信息和服务，这个环境与人们逐渐地融合在一起。它把计算机嵌入到各种类型的设备中，建立一个将计算和通信融入人类生活空间的交互环境，从而极大地提高个人的工作以及与他人合作的效率。P9:MarkWeiser提出普适计算是21世纪的计算模计算机应用的三个时代计算机应用的三个时代人机交互概述ppt课件什么是范式一种占主导地位的理论框架或科学世界观如：物理学中亚理斯多德理论，牛顿定律，相对论等理解HCI的历史很大程度上在于理解一系列范式的变迁过程并不是所有列出的范式变迁过程都是必要的，但他们至少应该是备选项回顾：HCI范式的变迁什么是范式回顾：HCI范式的变迁回顾：HCI范式的变迁Cards,tape→VideoDisplayUnitsMainframe→PCGlasstty→WIMP(Windows,Icons,MenusandPointer)Commands→DirectmanipulationLinear→Web-like(Hypertext)Directmanipulation→AgentsVisual→MultimediaDesktop→Ubiquitous,MobileSingleuser→CSCW(ComputerSupportedCooperativeWork)回顾：HCI范式的变迁Cards,tape→Video回顾：人机交互重要思想和系统Bush构想的Memex设备(1945)图形化直接操作(GUIDM)SketchPad（1963）Mouse（1964)WindowsDynabook（1977）Hypertext数字桌面DigitalDesk普适/泛在计算回顾：人机交互重要思想和系统Bush构想的Memex设备(总结：人机界面的变迁HCI简史——人适应计算机的历史！1960年代一70年代：键盘，字符界面1980年代一90年代：鼠标，图形界面目前仍然以鼠标，图形界面为主，书写、听觉等为辅未来——计算机适应人的未来！我们会如何使用计算机？下一代自然人机界面会是什么？需要大家的想象力！总结：人机界面的变迁HCI简史——人适应计算机的历史！某个侧面、一种可能拟人的类比人和人之间如何交互？看、听、读、说、写、触、嗅…我们的目标:改变目前机器的准聋哑盲状态,使其具有视、听、触、嗅等感觉、知觉能力具有学习、记忆乃至情感等认知能力具备说话、会画等表达能力本体感觉、自我意识？让人机之间的交互能够像人与人交流一样自然！某个侧面、一种可能拟人的类比让人机之间的交互能够像人与人交流人机交互（HCI）定义定义（ACM,1992）Human-computerinteractionisadisciplineconcernedwiththedesign,evaluationandimplementationofinteractivecomputingsystemsforhumanuseandwiththestudyofmajorphenomenasurroundingthem.一门研究人类所使用的交互式计算系统的设计、实施、评估及相关主要现象的学科。人机交互（HCI）定义ACMSIGCHI人机交互课程报告ACM

Special

Interest

Group

oncomputer-humaninteractioncurriculumdevelopmentgroup.Acmsighicurriculaforhuman-computerinteraction.Technicalreport,ACM,NEWYORK,1992人机交互（HCI）定义定义（ACM,1992）人机交互（H人机交互（HCI）的研究内容HCI研究内容(参看报告第2讲)N人机交互的本质N1人机交互(元-)模型U计算机的应用及情景U1人类社会组织和工作U2应用领域U3人机适应(FitandAdaptation)H人类特征H1人类信息处理H2语言，通信与交互H3工效学(Ergonomics)人机交互（HCI）的研究内容HCI研究内容(参看报告第2HCI研究内容(续)C计算机系统和界面构建C1输入和输出设备C2对话技术C3对话风格GenreC4计算机图形学C5对话架构(Architecture)D开发过程D1设计方法D2实施技术D3评估技巧D4实例系统和案例研究P项目展示和测试HCI研究内容(续)C计算机系统和界面构建HCI主要研究内容(ACM1992)HCI主要研究内容(ACM1992)

HCI目标

使得用户在完成任务时，能够达到高效健康舒适安全

HCI目标

使得用户在完成任务时，能够达到高效

设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人和机的功能，以促进二者的协调，提高人的工作效率。

例如：砌砖试验。高效设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最健康人在操作或使用产品的过程中，产品对人的健康不会造成不良的影响。健康人在操作或使用产品的过程中，产品对人的健康不会造舒适人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或使用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围内，从而使人不致过早产生疲劳。舒适人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作安全指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成生理上的伤害。安全指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不人机交互相关学科人机交互相关学科图人机交互相关学科人机交互相关学科图认知心理学是20世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，在20世纪70年代成为西方心理学的一个主要研究方向。它研究人的高级心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等，从心理学的观点研究人机交互的原理。该领域研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理解来自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。其中人脑的认知模型——神经元网络及其模拟，已经成为新一代计算机、人工智能等领域中最热门的研究课题之一。对人的认知行为的研究、测量、分析和建模也称为认知人机工程学。认知心理学是20世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，人机工程学人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究人、机器、环境相互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，提高整个系统工效的新兴边缘科学。它又分为硬件人机工程学、软件人机工程学和认知人机工程学。人机工程学人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识计算机语言学人机交互中使用了多种类型的语言，包括自然语言、命令语言、菜单语言、填表语言或