《信息技术基础与应用》课件第3章

第三章软件技术3.1基本概念3.2软件的历史与现状3.3软件的种类3.4软件发展趋势与展望 3.5人机交互技术

什么是软件？软件就是把科学和知识——包括做事的想法、工作程序、规章制度、科学的算法和理论推导等等抽象的思维问题，通过计算机程序表示出来，然后在计算机硬件环境中进行运算和处理，并得出人们预期结果的各种符号的组合。3.1基本概念计算机软件一般指计算机系统中的程序及其文档，也可以指在研究、开发、维护以及使用上述软件时所涉及的理论、方法、技术所构成的学科。软件的作用有三：一是用作计算机用户与硬件之间的接口界面；二是在计算机系统中起指挥管理的灵魂作用；三是计算机体系结构设计的重要依据。计算任务的完成是通过程序在硬件载体上的执行来实现的。

软件一词用于描述计算机中的非硬件成分(特指计算机程序)，出现于20世纪50年代，1960年以后才广为流传。一般说来，软件可分为系统软件、支撑软件和应用软件三类，前两类又可统称为基础软件。系统软件是计算机系统中最靠近硬件层次的软件，如操作系统等，系统软件是软件系统的核心；支撑软件支持软件的开发、运行与维护过程，如软件开发工具等；应用软件则是指特定应用领域专用的软件。

早期(1946—1956年)的计算机功能简单，应用领域较窄，主要用于科学计算，处理数值数据。程序设计只能使用机器语言和汇编语言，编程工作复杂、烦琐、费时，难于使用，编程技巧十分重要。1956年，高级语言和操作系统开始出现。3.2软件的历史与现状高级语言的流行使计算机应用领域得到较大扩展，促进了软件技术作为独立的学科形成而发展起来。操作系统的出现为高级语言编程提供了良好的支持，使程序员不必关心硬件及外设的实现细节，也不必记忆烦琐的机器命令，从而能够拥有更方便、高效的工作平台。

由于软件系统十分复杂，开发的难度很大，一个系统软件常常需要几年甚至更长的研制周期，正确性也难以得到保证。因此，在20世纪60年代出现了所谓“软件危机”。为克服这一危机，1968年人们提出了软件工程的概念。软件工程将计算机科学、数学及管理科学等原理应用于软件开发过程，借鉴传统工程的原则、方法，以便提高软件质量并降低开发成本。软件工程的研究深化了软件技术研究，使软件开发从无序走向有序，从技巧走向工程，从个体走向协作，为满足日益增长的软件需求，为形成软件产业奠定了基础。如今软件的重要性已成为发达国家的共识，被视为国家关键技术，是国家间相互竞争的重要手段。近十几年来，软件技术出现了一系列重要突破。在程序设计语言方面，人们不断探索新型程序设计语言，并形成了一股新范型、新风格程序设计语言的研究热潮，其中典型的代表有函数式程序设计语言、逻辑式程序设计语言和面向对象程序设计语言。特别是面向对象技术是近十几年来最重要的软件技术进展之一，被誉为“90年代的主流软件技术”。

在操作系统方面，由Unix而引发的开放潮流大大促进了操作系统的进步，诞生了POSIX国际标准；计算机网络的发展又使网络操作系统和分布式操作系统得到较快发展；个人机市场的扩展使DOS系统得以流行；用户界面友善的视窗(Windows)系统迅速兴起并在世界范围内广泛使用；特别是90年代开始发展和壮大起来的Linux系统，以其开放性、友好性、标准化、网络化、源码公开和无偿使用等特点而得到全世界的广泛关注，并成为新一代操作系统研究和应用的热点。在技术上，微内核技术成为新一代操作系统的核心技术，正在逐步进入实用；面向对象操作系统、嵌入式操作系统的研究亦是重要热点。

在数据处理领域，关系型数据库技术的成熟及使用为信息处理领域的蓬勃兴旺奠定了基础。在各类应用软件系统中，基于数据库的信息管理、处理及决策支持占据很大比例，数据库技术及其管理系统已成为绝大多数应用系统不可缺少的部分。在支撑软件方面，人们已经形成共识：传统的手工作坊式的软件开发方式已不再能满足软件发展的需要，并成为软件产业发展的制约因素，软件开发手段的变革已势在必行。近10年来，软件复用和软件构件技术成为新的技术热点，基于构件/构架模式的软件开发方法被视为未来的主流软件开发方法。

在人机交互方面，围绕如何更好地提供有效的、智能的人机交互接口和手段，使更多的人能方便地掌握和操纵计算机而出现了一系列先进技术，包括图形用户界面技术、多媒体技术、可视化技术和虚拟现实技术等。在网络/分布系统领域，客户/服务器技术、并行处理技术及Internet技术是近几年的主要热点。特别是Internet在近几年中呈几何级数的增长，使其成为举世瞩目的焦点。作为一种新型的通信设施，Internet缩短了世界各地的距离，建立起了一个没有边界的“信息社会”。Internet的发展对软件技术提出了新的要求，也带来了更多的机遇，软件技术在其中扮演着极其重要的角色。高端计算机软件对计算机性能的发挥具有关键性作用。初期的高端计算机对操作系统及支撑软件的重视不足，约束了高端计算机的处理能力。近期的高端计算机研究将软件作为核心的关键技术之一，特别是系统软件和支撑软件，对提高应用软件的运行效率和支持应用软件的开发具有重要作用。

软件种类很多，大体上可以分为四类，即系统软件、应用软件、嵌入式软件和可重用软件，如图3.1所示。3.3软 件 的 种 类

图3.1软件的分类

1．系统软件

系统软件主要包括操作系统、数据库、网络支撑软件、工具软件、安全软件、汇编与编译系统、通信系统软件等。

2．应用软件

应用软件大家比较熟悉，主要包括各个行业中利用计算机来进行管理、计算分析、商业服务等软件，如信息管理系统、计算机辅助设计(CAD)系统、计算机辅助测试(CAT)系统、计算机辅助制造(CAM)系统、决策辅助支持系统(DSS)和人工智能(AI)系统等，可以说计算机应用软件几乎涉及到工业、农业、国防、社区服务、医疗、教育、旅游、气象、交通、文化等各个领域，夸张地讲应用软件可谓无处不有，无所不能。图3.2和图3.3分别给出了三维的计算机辅助设计软件和用于飞机无纸化设计的计算机仿真设计软件的设计案例。从上述两个图中可以看出，现代工业设计已从传统的图纸设计到样机开发的模式再到现代无纸设计，从工作效率到设计时间，以及设计成本都得到了有效的解决，保证了产品从材料的强度分析、结构分析、管路设计、装配过程仿真到最后的制造全部实现了无纸化设计。

图3.2三维的计算机辅助设计软件设计案例

图3.3用于飞机无纸化设计的计算机仿真设计软件设计案例由此可见，软件在未来将会起到越来越重要的主导作用，有人曾说过，未来是芯片加软件的天下。

3．嵌入式软件

嵌入式软件与上面介绍的两类软件有相同之处，但也有很大不同。嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”，是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。而嵌入式软件就是基于嵌入式系统设计的软件，它也是计算机软件的一种，同样由程序及其文档组成，可细分成系统软件、支撑软件、应用软件三类，是嵌入式系统的重要组成部分。

1)嵌入式软件的特点

(1)嵌入式软件具有独特的实用性。嵌入式软件是为嵌入式系统服务的，这就要求它与外部硬件和设备联系紧密。嵌入式系统以应用为中心，而嵌入式软件是根据应用需求定向开发，面向产业、面向市场，需要特定的行业经验。每种嵌入式软件都有自己独特的应用环境和实用价值。

(2)嵌入式软件应有灵活的适用性。嵌入式软件通常可以认为是一种模块化软件，它应该能非常方便灵活地运用到各种嵌入式系统中，而不能破坏或更改原有的系统特性和功能。首先它要小巧，不能占用大量资源；其次要使用灵活，应尽量优化配置，减小对系统的整体继承性，升级更换灵活方便。

2)嵌入式软件的应用与市场前景

嵌入式软件已经被广泛应用于国防、工控、家用、商用、办公、医疗等领域，如我们常见的移动电话、掌上电脑、数码相机、机顶盒、MP3等都是用嵌入式软件技术对传统产品进行智能化改造的结果。嵌入式软件在中国的定位应该集中在国防工业和工业控制、消费电子及通信产业。

第一个市场是数字电视市场。中国有2亿有线电视网用户、1亿以上有线电话网用户，据估计，未来十年是机顶盒的黄金时期，10年间总量可达到1～1.5亿台，总产值将达到600～1500亿元人民币。第二个市场是移动通信市场。中国是全球第一大手机消费国。今年，中国手机用户将超过10亿；国内GSM手机定点厂家已达到14家。如果每个手机定点厂家的年产量达到100万台(盈利点)，则总产量将达到1400万台。

第三个市场是掌上电脑(PDA)。计算机正在向微型化和专业化方向发展，PDA在5年内总销量将达到3000万台，总产值达到300亿元。

综合三个市场，当前的形势为：数字电视市场已开始启动；2.5G和3G手机的研发也已开始，国内手机厂家的市场拓展已取得初步成功；PDA市场已初步形成规模。

4．可重用软件

软件重用(SoftwareReuse，又称软件复用或软件再用)的概念早在1968年的NATO软件工程会议上就已经提出。软件重用的定义也很多，比较权威和通用的一种是：软件重用是利用事先建立好的软件创建新软件系统的过程。这个定义蕴含着软件重用所必须包含的两个方面：

(1)系统地开发可重用的软件。这些软件可以是代码，但不应该仅仅局限在代码。我们必须从更广泛和更高层次来理解，这样才会带来更大的重用收益。比如软件还可以是：项目计划，成本估计，系统结构，测试数据，设计，用户文档和技术文档，模板，框架，等等。

(2)系统地使用这些软件产品作为构筑模块，来建立新的系统。

1)软件重用的八大好处

·提高软件生成率；

·缩短开发周期；

·降低软件开发和维护费用；

·生产更加标准化的软件；

·提高软件开发质量；

·增强软件系统的互操作性；

·减少软件开发的人员数量；

·使开发人员能比较容易地适应不同性质的项目开发。

2)软件成分重用分类

软件成分的重用可以进一步划分成三个级别：首先是代码重用，即普通代码的重复利用。其次是设计结果重用。设计结果重用指的是重用某个软件系统的设计模型(即求解域模型)，这个级别的重用有助于把一个应用系统移植到完全不同的软/硬件平台上。第三是分析结果重用。这是一种更高级别的重用，即重用某个系统的分析模型。这种重用特别适用于用户需求未改变，但系统体系结构发生了根本变化的场合。

软件重用的形式(或手段)很多，重用的级别有大有小，主要有以下几种：

(1)源代码模块或者类一级的重用，这是最基本的软件重用形式。

(2)二进制形式的重用，如组件重用。

(3)组装式重用，比如把好几个应用程序的功能集成在一起。例如，要建立一个门户站点，登录用户既可以查询天气情况，又可以查看股市行情，还可以在线购物。这些功能由不同网络应用服务供应商提供，通过这种组装式重用，就可以非常容易地把上述功能都集成到新的门户站点中。

(4)分析级别的重用。

(5)设计级别的重用。

(6)软件文档的重用。

3)软件重用分类

为软件重用分类比较困难，因为软件重用技术众多，一种重用技术可以包括多种重用形式。比如说：框架既可以包括代码级重用，也可以包括设计级重用。一种分类方法是按照软件重用所应用的领域范围，把重用划分为两种：横向重用和纵向重用。

(1)横向重用，指重用不同应用领域中的软件元素，例如数据结构、分类算法、人机界面构件等。标准函数库是一种典型的原始的横向重用机制。

(2)纵向重用，指在一类具有较多公共性的应用领域之间进行的软件重用。因为在两个截然不同的应用领域之间实施软件重用非常困难，潜力不大，所以纵向重用才广受瞩目，并成为软件重用技术的真正所在。纵向重用主要包括以下几个步骤：

①首先进行域分析。根据应用领域的特征及相似性来预测软件的可重用性。

②然后进行软件的开发。一旦确认了软件的重用价值，即可进行软件的开发并对具有重用价值的软件进行一般化，以便它们能够适应新的类似的应用领域。

③最后，将软件及其文档放入软件库，成为可供后续项目使用的可重用资源。

最理想的重用技术是它的重用产品能够和用户的需求完全一致，不需要用户做任何自定义，并且无需用户学习就能够被使用。然而，一种重用技术能够适合今天，可能不适合明天。一个重用产品越是能够被自定义，它越是可能在一个特定的环境下被使用，但是这也需要用户进行更多的学习、研究和实践。自从软件重用思想产生以来，计算机科学家和软件工程师就致力于软件重用技术的研究和实践。在30多年的时间里，出现了多种软件重用技术，如库函数、模板、面向对象、设计模式、组件、框架、构架等技术。

(1)库函数是很早的软件重用技术。很多编程语言为了增强自身的功能，都提供了大量的库函数。对于库函数的使用者，只要知道函数的名称、返回值的类型、函数参数和函数功能就可以对其进行调用。

(2)面向对象技术是近三十年来学术界和工业界研究和应用的一个热点。面向对象技术通过方法、消息、类、继承、封装和实例等机制构造软件系统，并为软件重用提供强有力的支持。面向对象方法已成为当今最有效、最先进的软件开发方法。与函数库对应，很多面向对象语言为应用程序开发者提供了易于使用的类库，如VC++中的MFC。

(3)模板相当于工业生产中所用的“模具”。有各种各样的模板(如文档模板，网页模板等)，利用这些模板可以比较快速地建立对应的软件产品。模板把不变的封装在内部，对可能变化的部分提供了通用接口，由使用者来对这些接口进行设定或实现。

(4)设计模式作为重用设计信息的一种技术，在面向对象设计中越来越流行。设计模式描述了在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心和解决方案实施的相关文档。设计模式命名一种技术并且描述它的成本和收益，共享一系列模式的开发者拥有共同的语言来描述他们的设计。

(5)构件。普通意义上的构件应从以下几个方面来理解：

·构件应是抽象的系统特征单元，具有封装性和信息隐蔽，其功能由它的接口定义。

·构件可以是原子的，也可以是复合的。因此它可以是函数、过程或对象类，也可以是更大规模的单元。一个子系统是包含其他构件的构件。

·构件是可配置和共享的，这是基于构件开发的基石，且构件之间能相互提供服务。

(6)构架。普通意义上的构架应从以下几个方面来理解：

·构架是与设计的同义理解，是系统原型或早期的实现。

·构架是高层次的系统整体组织。

·构架是关于特定技术如何合作组成一个特定系统的解释。

(7)框架。如果把软件的构建过程看成是传统的建筑过程，那么框架的作用就相当于为我们的房屋搭建的“架子”。框架从重用意义上说，是一个介于构件和构架之间的概念。构件、框架和构架三者的主要区别在于对重用的支持程度不同。前面介绍软件多从技术层面上给予了详细介绍，下面从应用角度上简单介绍一下多媒体系统的软件平台。

多媒体系统软件平台包括多媒体操作系统、创作系统和应用系统。多媒体操作系统主要任务是支持随时移动或扫描窗口条件下的运动和静止图像的处理和显示，为相关的语音和视频数据的同步提供需要的适时任务调度，支持标准化桌面型计算机环境，使主机CPU的开销减到最小，能够在多种硬件和操作系统环境下执行。创作系统包括开发工具，具有编辑、播放等功能。应用系统即利用创作系统制作出的多媒体作品。

(1)多媒体创作工具的功能是：提供编程环境及对各种媒体数据流的控制能力，处理各种媒体数据，生成应用系统和提供应用程序链接能力，进行用户界面处理及提供人机交互功能和预演与播放功能。

(2)多媒体创作工具的类型：基于时间序列的创作工具(Director)、基于流程图的创作工具(Authorware)、基于描述语言(符号)的创作工具(MultimediaToolBook)、可视化编程环境(VisualBasic和VisualC++)等等。

软件技术是增强国家综合国力的关键技术之一，不论是发达国家还是发展中国家，均十分关注软件技术的发展。在国际范围内，软件技术的发展呈现如下的发展趋势：3.4软件发展趋势与展望软件的工程化开发方法、工业化生产技术在相当长的时期内仍将是软件领域主要的研究内容，软件复用是解决软件开发的有效途径，软件构件、软件构架、领域工程以及基于构件的软件开发等作为重要的软件开发技术将继续受到关注。

软件的可靠性和安全性日趋重要，当前社会对软件可靠性的要求超过了以往任何时期。信息作为一种重要的战略资源对国家利益具有举足轻重的作用，信息安全技术已经成为国家安全、经济发展、社会生活等领域的关键信息技术。随着网络基础设施的逐步延伸与完善，网络化软件正在成为研究、投资的热点，其迅速发展，将继续对我们的社会、经济以及生活产生巨大影响，并成为软件产业的重要构成部分。

个性化的交互技术将大大改善人机交互环境，是推动计算机继续向社会渗透的关键技术，软件在其中的识别、仿真等核心功能中起着主导作用。新一轮汽车、通信、信息电器、医疗、军事等行业的巨大的智能化装备需求拉动了嵌入式软件及系统的发展。与传统的通用计算机系统不同，嵌入式系统面向特定应用领域，根据应用需求定制开发，并随着智能化产品的普遍需求渗透到各行各业。随着硬件技术的不断革新，硬件平台的处理能力不断增强，硬件成本不断下降，嵌入式软件已成为产品的数字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。

SOC技术是微电子技术发展的一个新的里程碑，并已成为当今超大规模IC的发展趋势，为IC产业提供前所未有的广阔市场和难得的发展机遇。迅猛发展的SOC工业再次推进了嵌入式软件与硬件系统的进一步融合，嵌入式软件是其灵魂与核心。SOC技术的出现，改变了传统嵌入式系统的设计观念，基于IP构件库的设计技术将成为嵌入式系统设计的主流；IP构件库技术正在造就一个新兴的软件行业。

目前的互联网技术只联接了5%左右的计算装置，大量的嵌入式设备急需网络连接来提升其服务能力和应用价值。同时，以人为中心的普适计算技术正推动着新一轮的信息技术革命。计算无所不在，嵌入式设备将以各种形态分布在人类的生存环境中，提供更加人性化、自然化的服务。互联网的“深度”联网和普适计算“纵向”普及所带来的计算挑战，将推动嵌入式软件技术向“纵深”发展，并催生了新型嵌入式软件技术。

近年来，随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升，新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件提出了更加严格的要求。嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征，还将向高可靠性、自适应性、构件组件化方向发展；支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化；系统软件对无线通信和能源管理的功能支持将日益重要。统一的行业标准具有设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和可合作生产的特点，是增强行业性产品竞争能力的有效手段。嵌入式操作系统本身正走向开放化、标准化；Linux正逐渐成为嵌入式操作系统的主流；J2EEJAVAEE技术也将对嵌入式软件的发展产生深远影响。

我们认为中国在发展嵌入式软件方面，应大力发展关键性、共性化的嵌入式操作系统与嵌入式软件平台；围绕行业，聚焦行业，依托龙头企业，突出重点区域，建设面向领域的嵌入式软件平台系统，提升我国嵌入式操作系统厂商的整体实力，提升整机制造行业在嵌入式软件上的核心竞争力；面向产业链，建设上下配合左右互动的合作性战略产业技术联盟，促进嵌入式软件产业的快速发展。

嵌入式技术正飞速发展，并期待着在各种行业的深入渗透。我国具有雄厚的制造业基础，与传统的制造业结合，嵌入式系统有着巨大的市场空间。同时，基于嵌入式技术的应用和技术创新，将推动新产品、新产业的诞生。在巨大的市场需求和新的产业契机的推动下，嵌入式软件成为中国软件业的一次难得的机遇，是10年一遇的机会。智能手机、数字电视以及汽车电子的嵌入式应用，是这次机遇中难得切入点。

软件研究将成为信息领域中最高优先级的研究方向。研究的重点是：加强对软件开发方法与构件技术的基础研究，建立国家级软件构件库，大力推行软件构件技术的应用，并加强人机交互技术的研究。据分析，软件构件技术已在2002年趋于成熟，2005年，构件技术已得到大范围的采用。在这种技术模式下，应用系统的开发不再是“从零开始”的模式，而是基于已有的软件构件，通过复用来实现软件系统的集成组装。

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、回答问题及提示请示等。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。3.5人机交互技术3.5.1人机交互技术的发展史

1. WIMP界面的形成

XeroxPalo研究中心于20世纪70年代中后期研制出原型机Star，形成了以窗口(Windows)、菜单(Menu)、图符(Icons)和指示装置(PointingDevices)为基础的图形用户界面，也称WIMP界面。Apple最先采用了这种图形界面，斯坦福研究所60年代的发展计划也对WIMP界面的发展产生了重要的影响。该计划强调增强人的智能，把人而不是技术放在了人机交互的中心位置。该计划的结果导致了许多硬件的发明，众所周知的鼠标就是其中之一。

2. WIMP界面面临的问题

多媒体计算机的发展和VR系统的出现，改变了人与计算机通信的方式和要求，使人机交互发生了很大的变化。在多媒体系统中继续采用WIMP界面有其内在的缺陷。随着多媒体软硬件技术的发展，在人机交互界面中计算机可以使用多种媒体，而用户只能同时用一个交互通道进行交互，因而从计算机到用户的通信带宽要比从用户到计算机的大得多，这是一种不平衡的人—计算机交互。3.5.2多媒体与虚拟现实系统的交互

1．多媒体系统的交互特点

与传统用户界面相比，引入了视频和音频之后的多媒体用户界面，最重要的变化就是界面不再是一个静态界面，而是一个与时间有关的时变媒体界面。用户使用语言和其他时变媒体(如姿势)的方式完全不同于其他媒体。从向用户呈现的信息来讲，时变媒体主要是顺序呈现的，而我们通常熟悉的视觉媒体(文本和图形)通常是同时呈现的。在传统的静止界面中，用户或是从一系列选项中进行选择(明确的界面通信成分)，或是用可再认的方式进行交互(隐含的界面通信成分)。在时变媒体的用户界面中，所有选项和文件必须顺序呈现。由于媒体带宽和人的注意力的限制，在时变媒体中，用户不仅要控制呈现信息的内容，也必须控制何时呈现和如何呈现。目前，许多人把多媒体系统错误地只当作是一种表现装置，这除了对多媒体的错误理解外，没有有效的多媒体交互形式也是目前多媒体存在的一大问题，因而多通道与多媒体用户界面是联系在一起的。

2．VR系统中人机交互的特点

人机交互可以说是VR系统的核心，因此VR系统中人机交互的特点是所有软硬件设计的基础。其特点如下:

(1)观察点(Viewpoint)是用户做观察的起点。

(2)导航(Navigation)是指用户改变观察点的能力。

(3)操作(Manipulation)是指用户对其周围对象起作用的能力。

(4)临境(Immersion)是指用户身临其境的感觉，这在VR系统中越来越重要。

VR系统中人机交互若要具备这些特点就需要发展新的交互装置，其中包括三维空间定位装置、语言理解、视觉跟踪、头部跟踪和姿势识别等。多媒体与VR系统的人机交互有着某些共同特点，首先它们都是使用多个感觉通道，如视觉和听觉；其次，它们都是时变媒体。3.5.3多通道人机交互技术

1．人机交互的主要方式

人类生活中的事件都是多通道的，人—计算机多通道交互技术的发展虽然受到软件和硬件的限制，但至少要满足两个条件：其一，多通道整合，不同通道的结合对用户的体验是十分重要的；其二，在交互中容许用户产生含糊和不精确的输入。目前人机交互的主要方式有下述几种：

(1)语音(Voice)：以语音识别为基础，不强调识别率，而是借助其他通道的约束进行交互。(2)姿势(Gesture)：主要利用数据手套、数据服装等装置，对手和身体的运动进行跟踪，完成自然的人机交互。基于数据手套的手势识别是通过数据手套和位置跟踪来测量手势运动的轨迹和时序信息。在数据手套内部靠近指关节处装有多个传感器，用于记录手的运动角度和屈伸。根据分析，一个手势需要23个参数来确定。而一般的数据手套在同一时间的有效数据采集量均未能达到此要求。因此，需要高技术含量的数据手套来支持。其优点是系统的识别率高，缺点是输入设备昂贵，并且要求打手势的人穿戴复杂的数据手套，给人带来很多不便，因此这种方式不能成为未来发展的趋势。

(3)头部跟踪(Head-Tracking)：主要利用电磁、超声波等方法，对头部运动进行定位交互。

(4)视觉跟踪(Eye-Tracking)：对眼睛运动过程进行定位的交互方式。

(5)手势识别(Hand-Tracking)：利用外围设备采集手势图像并进行基于视觉的手势识别。

基于视觉的手势识别是计算机通过对摄像头拍摄的手势图像进行分析和处理从而提取出手的位置及形状。该方法在实现时无需购买昂贵的设备，仅需要利用计算机视觉的手势跟踪与识别算法研究、

廉价的摄像头和具有低端处理能力的PC即可，并且在操作时更加自然、方便，符合以人为本和自由性的要求，是手势识别未来发展的趋势。但这种方法的识别效率比基于数据手套的手势识别低，而且能够识别的手势种类受到很大的限制，是目前亟待解决的问题。

国外很早就开始了对手势识别的研究工作。早在1992年，著名的可用性专家Tog在SunMicrosystems开始了一个名为Starfire的项目，此项目便具有手势控制的特点。多年以来，世界各地许多大学一直在研究这种技术。麻省理工学院媒体实验室的研究人员致力研究如何利用手势改进各种不同的娱乐设备。微软在2010年3月14日宣布旗下的体感游戏控制设备KinectforXbox360自2009年11月推出至2010年年初，全球销售已突破千万台，改写了全球消费类电子产品销售的历史记录。我国对手势识别的研究起步较晚，但近年来也取得了显著的成果。张秋余、姚开博等