大学计算机基础课程论文

#题目人机交互：未来的计算机科学姓名学号指导教师年级与专业所在学院求是学院云峰学园目录1．前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32．什么是人机交互„„„„„„„„„„„„„„„„„43．为什么要研究人机交互„„„„„„„„„„„„„„54．人机交互的发展历史„„„„„„„„„„„„„„„5语言命令交互阶段„„„„„„„„„„„„„„„54.2图形用户界面（GUI）交互阶段6自然和谐的人机交互阶段„„„„„„„„„„„„„7实例：操作系统的交互界面演变史„„„„„„„„„„85．人机交互的未来„„„„„„„„„„„„„„„„14Web2.0„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14普适计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15虚拟现实„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„166．人机交互的前景„„„„„„„„„„„„„„„„17参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17人机交互：未来的计算机科学摘要：人机交互是未来的计算机科学。我们已经花费了至少50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去适应计算机。DanR.Olsen(CMU)人机交互是当今计算机科学中的前沿课题，是未来计算机科学重点研究方向之一。人机交互学贯穿了我们生活的方方面面。从黑白屏幕与命令行输入方式到如今的触摸彩屏与GUI界面，几十年来人机交互学已经发展的日益成熟。然而在当今的中国，人机交互得到的重视并不足够。后信息时代，人机交互理应成为计算机科学研究的重点°Web2.0、虚拟现实、普适计算、可穿戴式计算机等前沿技术都与人机交互密切相关。中国的人机交互前景广袤，等待人才的开拓。关键字：人机交互，交互设计，用户界面关键字：人机交互，交互设计，用户界面V"亠・亠1．前言图中场景是杭州的“钢琴楼梯”，位于杭州延安路口的地下通道。图中的步行梯和普通的步行梯略有不同，这是一种新的尝试，将步行梯刷成钢琴琴键的样子。这种黑白交替的效果不仅仅是为了模仿琴键外观，更运用了科技的魔力——在阶梯上安装传感器并连接至扬声器——使行人踏在阶梯上的每一步都能触发一个琴键的共鸣。通过一些视频可以看到，两个行人试探性的把脚踩在步行梯第一级上。一身低沉的琴音顿时回响起来。于是两个人就多上了几阶，刚才的谨慎变为了雀跃。空气中洋溢着悠扬的曲调，更多的人也开始尝试——不一会儿他们觉得欣喜起来。他们不只是为了过马路——他们来来回回踏着琴键，只为创造出美妙的音乐。我们发现，大多数人都有意去走钢琴楼梯。实际上，和平时相比，几倍以上的人都选择尝试钢琴楼梯。这反映出了一个论题：如何通过有趣好玩的活动来影响人类的行为。而具体到我们的学科，我们必须掌握如何将这种策略运用到人与交互设备的交互中去[1]。而这种变革，正在互联网上发生着。交互设计是当代设计界的一个前卫性课题，它是信息社会主流设计的重要模式或方法之一。我们已逐步从工业时代过渡到信息时代，而当我们真正意识到信息过量问题的时候，我们已开始进入真正的信息社会(后信息时代)[2]。在这样一个“人与计算机共生”(Licklider,J.C.R)⑵时代更加关注用户与用户之间的交流与关系，更加关注与用户的交互行为，从注重信息的制造和传播到注重信息的应用。信息是以就“交互性”为特点的“信息化产品”作为媒介而传播的，因而对于信息社会的发展，同时作为信息设计的发展的必然结果之一，具有新的特点的“交互设计”在后信息社会成为主流设计的发展方向是一个必然[3]作为一门新兴的不可忽视的计算机科学，人机交互将成为未来计算机科学研究的一大方向。

1.1杭州的钢琴楼梯2．什么是人机交互人机交互、人机互动（英文：Human-ComputerInteraction或Human-MachineInteraction,简称HCI或HMI）,是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流,并进行操作。小如收音机的播放按键,大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解（即心智模型）,那是为了系统的可用性或者用户友好性。交互设计顾名思义就是以“交互”为设计对象的设计。也就是说交互设计对象的重点已经由设计物理方面的内容（传统意义上的产品：机械、造型等）转变为设计人与人、人与产品（广义的产品）之间的交互的内容与方式。[4]3．为什么要研究人机交互1.它影响最终用户的使用、计算机的推广、以至人们的工作和生活。2.人机界面是计算机系统的重要组成部分，它的开发工作量极大（占系统的40-60%），加上不同人群对界面的要求不全相同，因而人机界面是计算机研制中的一个最困难的部分。3．人机交互技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题。美国21世纪信息技术计划中的基础研究内容为4项：软件，人机交互，网络，高性能计算。我国973、S-863、十五计划均将人机交互列入为主要内容。让我们来看一个例子：不礼貌的驱动程序[5]打印机行业中有一家一流的设备制造商，他们生产的设备是同类产品中最可靠的一种，因为他们在设备中使用了稳定的嵌入式程序。可是他们生产的打印驱动却是另外一回事。当你要使用这些驱动时，你会被告知无法像其他打印机一样通过windows进行安装。是够特殊的！这家公司用一款自己的安装软件替代了windows打印机管理器，这款软件有自己的安装说明，但却不能像windows打印机管理器那样方便的进行安装。这家公司其后生产的一系列设备，依旧坚持使用自己的安装程序，甚至名字都不按惯例称作“Setup”或“Install”。每次当你开始打印时，屏幕的四分之一被一个打印机的图占满，显示打印任务。除非你清除掉它，否则它会不断打断你连贯的思路。这种就叫做“傲慢的程序设计”。当打印机缺纸时，驱动程序会显示“打印机没有响应”，此时这个以自我为中心的软件就会立刻占满你的系统，让你无法再做其他的事情，除非你是用“Ctrl+Alt+Del”这种方法强行关闭这个程序。以上这种程序设计表明：“我的打印纸没了，这才是至关重要的，你应该马上停下你的系统，先解决我的问题。”这将带来糟糕的交互体验。当人们无法教会一个驱动程序学会礼貌的时候，人们将抛弃他。如果我们电脑上所有的程序都没有礼貌的话，我们的工作生活将彻底陷入混乱。这就是人机交互的研究范围。研究人机交互，可以使程序更好的为人们服务，带来愉悦的用户体验呢，便利人们的工作和生活。4．人机交互的发展史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。早期的人机交互是通过命令语言进行的，人机之间通过语言中的输入输出功能完成交互最初，人机交互的方式是采用手工操作输入机器语言指令（二进制机器代码）来控制计算机。这种形式很不符合人的习惯，既耗费时间，又容易出错，只有非常专业的专家才能做到。后来，出现了FORTRAN、PASCAL、COBOL等语言，使人们可以用比较习惯的符号形式描述计算过程，交互操作由受过一定训练的程序员即可完成。这一时期，程序员可采用批处理作业语言或交互命令语言的方式和计算机打交道，虽然要记忆许多命令和熟练地敲键盘，但已可用较方便的手段来调试程序、了解计算机执行情况。60年代中期，命令行界面（CommandLineInterface,CLI）开始出现，通过这种人机界面，人们可以通过问答式对话、文本菜单或命令语言等方式来进行人机交互。命令行界面可以看作第一代人机界面。在这种界面中，人被看成操作员，机器只做出被动的反应，人只能用手操作键盘的方式输入数据和命令信息，界面输出只能为静态字符。因此，这种人机界面交互的自然性较差。命令行界面1.2命令行界面概念模型4.2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(Windows、Icon、Menu、PointingDevice)技术、直接操纵和“所见即所得(WhatYouSeeIsWhatYouGet,WYSIWYG)”。由于GUI简单易学、减少了键盘操作，因而使不懂计算机的普通用户也可以熟练地使用,开拓了用户人群，使计算机技术得到了广泛普及。GUI技术的起源可以追溯到60年代美国麻省理工学院的Sutherland(计算机图形学的奠基人)的工作。其发明的Sketchpad首次引入了菜单、不可重叠的瓦片式窗口、图标，并采用光笔进行绘图操作。1.3WIMP界面概念模型1964年美国科学家道格拉斯•恩格尔巴特(DouglasEnglebart)在加利福尼亚制作了第一只鼠标器——只有一个按键，外壳用木头精心雕刻而成，底部有金属滚轮，当时并不被重视。直到1979年12月，施乐PRAC研究中心的科学家拉瑞•泰斯勒(L.Tesler)演示了窗口、图标、菜单，还有随着”鼠标器“移动的光标，鼠标的重大历史意义在这一刻才真正得到显示。70年代施乐公司在Alto计算机上首次开发了位映像图形显示技术，为开发可重叠窗口、弹出式菜单、菜单条等提供了可能。这些工作奠定了目前图形用户界面的基础，形成了以窗口（Windows）、图标（Icon）、菜单（Menu）和指点装置（PointingDevice）为基础的第二代人机界面，即WIMP界面。1984年Apple公司仿照施乐PRAC研究中心的技术开发出了新型Macintosh个人计算机，将WIMP技术引入到微机领域，这种全部基于鼠标及下拉式菜单的操作方式和直观的图形界面引发了微机人机界面的历史性变革。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）。经常使用的命令大都通过鼠标来实现。鼠标驱动的人机界面使得初学者易于使用，但重复性的菜单选择会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。另外，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。4.3自然和谐的人机交互阶段当前，虚拟现实、移动计算、普适计算等技术的飞速发展，对人机交互技术提出了新的挑战和更高的要求，同时也提供了许多新的机遇。在这一阶段，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。在自然和谐的人机交互的发展过程中，人们除了致力于研究开发友好的逼真的三维用户界面，基于声音、动作、表情等多种通道的自然交互方式，还发明了大量的新交互设备，如计算机图形学的先驱、美国麻省理工学院的Sutherland早在1968年开发了头盔式立体显示器，成为现代虚拟现实技术的重要基础。1.4多通道人机界面概念模型1982美国加州VPL公司开发出了第一副数据手套，用于指示等简单手势的输入；该公司在1992年还推出了Eyephone液晶显示器；同样在1992年，Defanti等提出了一种四面的沉浸式虚拟现实环境——AVE系统等。目前，对于人类重要的自然交互方式——语音和笔的交互技术，包括手写识别、笔式交

互、语音识别、语音合成、数字墨水(DigitaiInk)等，其发展已经有了很大的成效，如中国科学院自动化研究所开发了“汉王笔”手写汉字识别系统；微软亚洲研究院发明了数字墨水技术；中国科学院人机交互技术与智能信息处理实验室研制的笔式交互软件开发平台等工作；IBM公司的ViaVoice，把语音技术应用到PDA、智能汽车上。微软也把语音识别技术集成到了多个领军产品中，包括Office和WindowsXP，其最新的语音识别服务器软件SpeechServer准备在2004年上半年发布。其中不少已经商品化，市场前景广阔。另外，20世纪90年代，美国麻省理工学院Negroponte(尼葛洛庞蒂)领导的媒体实验室在新一代多通道用户界面方面做了大量开创性的工作。[6]4.4实例：操作系统的交互界面演变史以下为从上世纪70年代至今的一些操作系统的用户界面，收集整理将其用户界面按照时间顺序排列，希望能从中反应出交互界面的进化历程，Pages:0lSPages:0lSFgListed!0Filesselected;0Delete;0Copy/Reiisme!00Pages:83S-FilesListed:60■Files-SBleGtedl;0Delete;0:popy/Reriam已Ci卫黑严□DPO;——BEGINNINGTOC\o"1-5"\h\z10l^-AstroRaids.Eioot..jAnorL^mou^'..!.IBattleship.er.»BattleShip.RUN.BlackJack.RUN.BuildKaJ.era.:CalcKources.dm.ICadcmlatcr.RUN,jChess.lo^.IGliess.run.ICom..Cm.-GompileKal.Gm."CRTTEST.RUN.DMT.boot.JEdsBuild.run.Iem.pre5,S'.run.IExecutive.Run.|Fly.run.Igalayiam.bciol.|Gaitoage.S.I好o9.run,IGoFont.AL.:Invaders,Run・-junk.jjunk.pTese.IKal-lscpl.IKal/jcm,|KalA.a^m.:KalM^mu.<■Kinetic4.RUN.Lo<udKal^Hi.MasterMind.RUN.；maze.run.»Mesa-.Typescript.:Missile.run.IMEPTUME.KVW.othelLo.run.IPinDaH-w缶英;rumIPOLYGeWS.RUy.-1.570年代，施乐公司开发的第一个GUI图形用户界面，开启了计算机图形界面的新纪元和巴*IjifintEditForrrtat:5+w*Reo>ste^a匸onpt^rcoMr-itn血纪元和巴*IjifintEditForrrtat:5+w*Reo>ste^a匸onpt^rcoMr-itn血nejs■曲rip*Pap#rCustoniir-Zf]iir1.6AppleLisaOfficeSystem1(1983)U口血LjioEBLntnohfiu2367麻FiteEditUeeiuSpecial妥綴総蠻綴緞綴緞綴邂运耀运総逐総锻綴逶綴逶綴逶綴逶綴潑綴潑綴潑綴潑逶綴逶綴逶綴逶綴潑巒讒巒讒巒讒邂盞綴縊総童総筲縊綴获诜诜翔緞运赛■三l~lSystemDiski5items232Kindisk167KavdiUble1Em蔦L卧匚LD(^yFontMoverFontso*1m■a耀II摻1氮藝llllllllll葩讓||||謬||謬||謬||||摻|||需^^^^^^繼菱剖塹豐卽卯鑿纏鑼？鑼蔘:錢錢;錢菱藤殳藤殳藤殳藤鑽戀鑼豫藤錢麴豫1■1.7MacOSSystem1.0(1984)

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