人機(jī)交互第1章緒論1.pptVIP

主要介紹以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： l 人機(jī)交互的概念 l 人機(jī)交互與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系 l 人機(jī)交互的研究?jī)?nèi)容 l 人機(jī)交互的發(fā)展歷史及趨勢(shì),第1章 緒論,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,1,1.1 什么是人機(jī)交互,信息技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)人類生產(chǎn)、生活帶來了廣泛而深刻的影響?！吧暇W(wǎng)沖浪”、“數(shù)碼相機(jī)”、PDA、“優(yōu)盤”、“彩屏手機(jī)”、“藍(lán)牙技術(shù)”等新產(chǎn)品、新概念層出不窮，不斷沖擊著人們的視聽。這些高科技成果為人們帶來便捷、快樂的同時(shí)，也促進(jìn)著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展。作為信息技術(shù)的重要內(nèi)容，人機(jī)交互技術(shù)比計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展要滯后許多，已成為人類運(yùn)用信息技術(shù)深入探索和認(rèn)識(shí)客觀世界的瓶頸。因此，人機(jī)交互技術(shù)已成為21世紀(jì)信息領(lǐng)域亟需解決的重大課題，引起了世界許多國(guó)家的高度重視。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,2,在美國(guó)21世紀(jì)信息技術(shù)計(jì)劃中，將軟件、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算列為基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容。美國(guó)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃也把人機(jī)交互列為軟件技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。 我國(guó)“973”計(jì)劃項(xiàng)目“虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)理論、算法及其實(shí)現(xiàn)”中，將虛擬環(huán)境的真實(shí)感知與自然交互理論與方法作為信息技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,3,人機(jī)交互（Human-Computer Interaction，HCI）是關(guān)于設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和實(shí)現(xiàn)供人們使用的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進(jìn)行研究的科學(xué)（ACM SIGCHI，1992，第6頁）。 狹義的講，人機(jī)交互技術(shù)主要是研究人與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，它主要包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人的信息交換兩部分。 對(duì)于前者，人們可以借助鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、數(shù)據(jù)服裝、眼動(dòng)跟蹤器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、壓力筆等設(shè)備，用手、腳、聲音、姿勢(shì)或身體的動(dòng)作、眼睛甚至腦電波等向計(jì)算機(jī)傳遞信息；對(duì)于后者，計(jì)算機(jī)通過打印機(jī)、繪圖儀、顯示器、頭盔式顯示器（HMD）、音箱等輸出或顯示設(shè)備給人提供信息。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,4,它涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和社會(huì)學(xué)以及人類學(xué)等諸多學(xué)科，是信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，并將繼續(xù)對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。 人機(jī)界面（Human-Machine Interface，HMI）作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，主要是指人類與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信方式，它是人機(jī)雙向信息交換的支持軟件和硬件。 交互設(shè)計(jì)（Interaction Design）指的是“設(shè)計(jì)支持人們?nèi)粘９ぷ髋c生活的交互產(chǎn)品”，具體的講就是關(guān)于創(chuàng)建新的用戶體驗(yàn)的問題，其目的是增強(qiáng)和擴(kuò)充人們工作、通訊及交互的方式。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,5,1.2人機(jī)交互與其他學(xué)科的關(guān)系 人機(jī)交互技術(shù)與認(rèn)知心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)密切相關(guān)。其中，認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)工程學(xué)是人機(jī)交互技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人機(jī)交互技術(shù)相互交叉和滲透，其關(guān)系如圖1-1所示。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,6,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,7,1.2.1認(rèn)知心理學(xué) 認(rèn)知心理學(xué)（Cognitive Psychology）是20世紀(jì)50年代中期在西方興起的一種心理學(xué)思潮，在20世紀(jì)70年代成為西方心理學(xué)的一個(gè)主要研究方向。它研究人的高級(jí)心理過程，主要是認(rèn)識(shí)過程，如注意、知覺、表象、記憶、思維和語言等，從心理學(xué)的觀點(diǎn)研究人機(jī)交互的原理。該領(lǐng)域研究包括如何通過視覺、聽覺等接受和理解來自周圍環(huán)境的信息的感知過程，以及通過人腦進(jìn)行記憶、思維、推理、學(xué)習(xí)和解決問題等人的心理活動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程。其中人腦的認(rèn)知模型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及其模型，已經(jīng)成為新一代計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域中最熱門的研究課題之一。認(rèn)知心理學(xué)在人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面具有非常重要作用，是人機(jī)交互技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,8,1.2.2人機(jī)工程學(xué) 人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和醫(yī)學(xué)等有關(guān)知識(shí)，研究人、機(jī)器、環(huán)境相互間的合理關(guān)系，以保證人們安全、健康、舒適地工作，從而提高整個(gè)系統(tǒng)工效的新興邊緣科學(xué)。在人機(jī)界面學(xué)處于初創(chuàng)和奠基階段的時(shí)候，人機(jī)工程學(xué)是最活躍、最主要的分支，曾經(jīng)對(duì)人機(jī)界面學(xué)的發(fā)展做出過很大的貢獻(xiàn)。經(jīng)典的人機(jī)工程學(xué)稱為硬件人機(jī)工程學(xué)，主要集中在對(duì)人體能力、人體限制及其他與設(shè)計(jì)相關(guān)的人體特性信息的應(yīng)用，以滿足設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試與評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)化，以及系統(tǒng)控制的要求。軟件人機(jī)工程學(xué)（Software Ergonomics）研究軟件和軟件界面，側(cè)重于運(yùn)用和擴(kuò)充軟件工程的理論和原理，對(duì)軟件人機(jī)界面進(jìn)行分析、描述、設(shè)計(jì)和評(píng)估等。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,9,主要解決有關(guān)人類思維與信息處理的有關(guān)問題，包括設(shè)計(jì)理論、標(biāo)準(zhǔn)化、增強(qiáng)軟件的可用性的方法等，使軟件（計(jì)算機(jī)）與人的對(duì)話能夠滿足人的思維模式與數(shù)據(jù)處理的要求，實(shí)現(xiàn)軟件的高可用性。同認(rèn)知心理學(xué)一樣，人機(jī)工程學(xué)也是人機(jī)交互技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,10,1.2.3多媒體技術(shù) 一般的，多媒體技術(shù)是指將正文、聲音、圖形、靜止圖像、動(dòng)態(tài)圖像等與計(jì)算集成在一起的技術(shù)。多媒體技術(shù)通過引入動(dòng)畫、音頻、視頻等動(dòng)態(tài)媒體，大大豐富了計(jì)算機(jī)表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計(jì)算機(jī)輸出的帶寬，提高了用戶接受信息的效率，使人們可以得到更直觀的信息，從而簡(jiǎn)化了用戶的操作，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。 多媒體信息在人機(jī)交互中的巨大潛力主要在于它能提高人對(duì)信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，同時(shí)也能提高信息表現(xiàn)形式與人的邏輯和創(chuàng)造能力的結(jié)合程度，在串行、符號(hào)信息以及并行、聯(lián)想信息方面擴(kuò)展人的信息處理能力。多媒體信息比單一媒體信息對(duì)人具有更大的吸引力，有利于人對(duì)信息的主動(dòng)探索而不是被動(dòng)接受。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,11,另外，由于多媒體所帶來的信息冗余性，重復(fù)使用別的媒體或并行使用多種媒體可消除人機(jī)通信過程中的多義性及噪聲。多媒體技術(shù)豐富了信息的表現(xiàn)形式，不過目前多媒體技術(shù)的研究基本上限于信息的存儲(chǔ)和傳輸方面，而對(duì)于媒體信息理解的研究并不充分。與人工智能技術(shù)結(jié)合，開展媒體理解和推理研究將改變這種現(xiàn)狀。 另一方面，多通道人機(jī)交互研究的興起，將進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的信息識(shí)別、理解能力，提高人機(jī)交互的效率和用戶友好性，將人機(jī)交互技術(shù)和用戶界面設(shè)計(jì)引向更高境界。 多通道和多媒體都蘊(yùn)含了多種通信通道的使用，區(qū)別在于系統(tǒng)內(nèi)部信息所處的抽象層次的不同。多通道系統(tǒng)力求對(duì)語義的理解。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,12,它對(duì)用戶的原始輸入在較高的層次上進(jìn)行解釋、分析和綜合，提取語義內(nèi)容，達(dá)到對(duì)用戶的某種理解。然后，從較高的表現(xiàn)層次上傳達(dá)給用戶最恰當(dāng)?shù)姆答?，它?cè)重于信息的理解和解釋。而多媒體系統(tǒng)則側(cè)重于信息的表現(xiàn)，表現(xiàn)為在計(jì)算機(jī)的控制下產(chǎn)生、操縱、表現(xiàn)、存儲(chǔ)和傳送些獨(dú)立的信息，這些信息至少是通過一種連續(xù)或離散媒體進(jìn)行編碼的。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,13,1.2.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）就是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，建立高度真實(shí)感的虛擬環(huán)境，使人們通過視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等感官在其中看、聽、觸、聞起來像真實(shí)的，以產(chǎn)生身臨其境的感覺的一種技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有別于其他計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的三個(gè)鮮明特征：真實(shí)感、沉浸感和交互性。其中，自然和諧的交互方式是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，其目的是使人能以聲音、動(dòng)作、表情等自然方式與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,14,目前，人們除了致力于研究開發(fā)友好的用戶界面，還發(fā)明了大量的三維交互設(shè)備，如立體眼鏡、WorkBench、頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示器（CAVE）、墻式大屏幕立體顯示器、數(shù)據(jù)服裝、位置跟蹤器、眼動(dòng)跟蹤器、觸覺和力反饋裝置、三維掃描設(shè)備、三維鼠標(biāo)、三維跟蹤球、三維游戲桿、數(shù)據(jù)手套等。 虛擬現(xiàn)實(shí)中的交互是虛擬現(xiàn)實(shí)核心研究?jī)?nèi)容之一，但人機(jī)交互并不是虛擬現(xiàn)實(shí)的全部，復(fù)雜場(chǎng)景的建模、繪制等技術(shù)，也是虛擬現(xiàn)實(shí)非常重要的研究?jī)?nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)為人機(jī)交互的研究提供了很好的契機(jī)和媒介，但并不是唯一的媒介，手機(jī)、PDA、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備，也需要更方便、快捷、人性化的交互手段。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,15,1.3人機(jī)交互的研究?jī)?nèi)容 人機(jī)交互的研究?jī)?nèi)容十分廣泛，涵蓋了建模、設(shè)計(jì)、評(píng)估等理論和方法以及在Web、移動(dòng)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的應(yīng)用研究與開發(fā)，主要包括： 1. 人機(jī)交互界面表示模型與設(shè)計(jì)方法（Model and Methodology） 一個(gè)交互界面的好壞，直接影響到軟件開發(fā)的成敗。友好人機(jī)交互界面的開發(fā)離不開好的交互模型與設(shè)計(jì)方法。因此，研究人機(jī)交互界面的表示模型與設(shè)計(jì)方法，是人機(jī)交互的重要研究?jī)?nèi)容之一。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,16,圖1-2 人機(jī)交互三元素,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,17,2.可用性分析與評(píng)估（Usability and Evaluation） 可用性是人機(jī)交互系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它關(guān)系到人機(jī)交互能否達(dá)到用戶期待的目標(biāo)，以及實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的效率與便捷性。人機(jī)交互系統(tǒng)的可用性分析與評(píng)估的研究主要涉及到支持可用性的設(shè)計(jì)原則和可用性的評(píng)估方法等。 3. 多通道交互技術(shù)（Multi-Modal） 在多通道交互中，用戶可以使用語音、手勢(shì)、眼神、表情等自然的交互方式與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的評(píng)估方法以及多通道信息的融合等。其中，多通道整合是多通道用戶界面研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,18,4. 認(rèn)知與智能用戶界面（Recognition and Intelligent User Interface） 智能用戶界面（Intelligent User Interface，IUI）的最終目標(biāo)是使人機(jī)交互和人人交互一樣自然、方便。上下文感知、眼動(dòng)跟蹤、手勢(shì)識(shí)別、三維輸入、語音識(shí)別、表情識(shí)別、手寫識(shí)別、自然語言理解等都是認(rèn)知與智能用戶界面需要解決的重要問題。 5. 虛擬環(huán)境（Virtual Environment）中的人機(jī)交互 “以人為本”的、自然和諧的人機(jī)交互理論和方法是虛擬現(xiàn)實(shí)的主要研究?jī)?nèi)容之一。通過研究視覺、聽覺、觸覺等多通道信息融合的理論和方法、協(xié)同交互技術(shù)以及三維交互技術(shù)等，建立具有高度真實(shí)感的虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生“身臨其境”的感覺。,人機(jī)交互技術(shù)編寫組,19,6. Web設(shè)計(jì)（Web-Interaction） 重點(diǎn)研究Web界面的信息交互模型和結(jié)構(gòu)，Web界面設(shè)計(jì)的基本思想和原則，Web界面設(shè)計(jì)的工具和技術(shù)，以及Web界面設(shè)計(jì)的可用性分析與評(píng)估方法等內(nèi)容。 7. 移動(dòng)界面設(shè)計(jì)（Mobile and Ubicomp） 移動(dòng)計(jì)