人机交互引导知识点

12010-12人机交互引导21.1什么是人机交互信息技术的高速发展对人类生产、生活带来了广泛而深刻的影响。“上网冲浪”、“数码相机”、PDA、“优盘”、“彩屏手机”、“蓝牙技术”等新产品、新概念层出不穷，不断冲击着人们的视听。这些高科技成果为人们带来便捷、快乐的同时，也促进着人机交互技术的发展。作为信息技术的重要内容，人机交互技术比计算机硬件和软件技术的发展要滞后许多，已成为人类运用信息技术深入探索和认识客观世界的瓶颈。因此，人机交互技术已成为21世纪信息领域亟需解决的重大课题，引起了世界许多国家的高度重视。3人机交互（Human-ComputerInteraction，HCI）是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学（ACMSIGCHI，1992，第6页）。狭义的讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。对于前者，人们可以借助键盘、鼠标、操纵杆、数据服装、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等设备，用手、脚、声音、姿势或身体的动作、眼睛甚至脑电波等向计算机传递信息；对于后者，计算机通过打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器（HMD）、音箱等输出或显示设备给人提供信息。4它涉及到计算机科学、心理学、认知科学和社会学以及人类学等诸多学科，是信息技术的一个重要组成部分，并将继续对信息技术的发展产生巨大的影响。人机界面（Human-MachineInterface，HMI）作为计算机系统的重要组成部分，主要是指人类与计算机系统之间的通信方式，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。交互设计（InteractionDesign）指的是“设计支持人们日常工作与生活的交互产品”，具体的讲就是关于创建新的用户体验的问题，其目的是增强和扩充人们工作、通讯及交互的方式。51.2人机交互与其他学科的关系人机交互技术与认知心理学、人机工程学、多媒体技术和虚拟现实技术密切相关。其中，认知心理学与人机工程学是人机交互技术的理论基础，而多媒体技术和虚拟现实技术与人机交互技术相互交叉和渗透，其关系如图1-1所示。6多媒体技术虚拟现实技术认知心理学人机工程学图1-1人机交互与其他相关学科的关系人机交互技术71.3人机交互的研究内容人机交互的研究内容十分广泛，涵盖了建模、设计、评估等理论和方法以及在Web、移动计算、虚拟现实等方面的应用研究与开发，主要包括：1.人机交互界面表示模型与设计方法（ModelandMethodology）一个交互界面的好坏，直接影响到软件开发的成败。友好人机交互界面的开发离不开好的交互模型与设计方法。因此，研究人机交互界面的表示模型与设计方法，是人机交互的重要研究内容之一。8图1-2人机交互三元素92.可用性分析与评估（UsabilityandEvaluation）可用性是人机交互系统的重要内容，它关系到人机交互能否达到用户期待的目标，以及实现这一目标的效率与便捷性。人机交互系统的可用性分析与评估的研究主要涉及到支持可用性的设计原则和可用性的评估方法等。3.多通道交互技术（Multi-Modal）在多通道交互中，用户可以使用语音、手势、眼神、表情等自然的交互方式与计算机系统进行通信。多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的评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户界面研究的重点和难点。104.认知与智能用户界面（RecognitionandIntelligentUserInterface）智能用户界面（IntelligentUserInterface，IUI）的最终目标是使人机交互和人－人交互一样自然、方便。上下文感知、眼动跟踪、手势识别、三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言理解等都是认知与智能用户界面需要解决的重要问题。5.虚拟环境（VirtualEnvironment）中的人机交互“以人为本”的、自然和谐的人机交互理论和方法是虚拟现实的主要研究内容之一。通过研究视觉、听觉、触觉等多通道信息融合的理论和方法、协同交互技术以及三维交互技术等，建立具有高度真实感的虚拟环境，使人产生“身临其境”的感觉。116.Web设计（Web-Interaction）重点研究Web界面的信息交互模型和结构，Web界面设计的基本思想和原则，Web界面设计的工具和技术，以及Web界面设计的可用性分析与评估方法等内容。7.移动界面设计（MobileandUbicomp）移动计算（MobileComputing）、普适计算（UbiquitousComputing）等对人机交互技术提出了更高的要求，面向移动应用的界面设计问题已成为人机交互技术研究的一个重要应用领域。针对移动设备的便携性、位置不固定性和计算能力有限性以及无线网络的低带宽高延迟等诸多的限制，研究移动界面的设计方法，移动界面可用性与评估原则，移动界面导航技术，以及移动界面的实现技术和开发工具，是当前的人机交互技术的研究热点之一。128.群件（Groupware）群件是指帮助群组协同工作的计算机支持的协作环境，主要涉及个人或群组间的信息传递、群组中的信息共享、业务过程自动化与协调，以及人和过程之间的交互活动等。目前与人机交互技术相关的研究主要包括：群件系统的体系结构、计算机支持交流与共享信息的方式、交流中的决策支持工具、应用程序共享以及同步实现方法等内容。131.4人机交互的发展历史及趋势1.4.1发展历史作为计算机系统的一个重要组成部分，人机交互一直伴随着计算机的发展而发展。人机交互的发展过程，也是人适应计算机到计算机不断地适应人的发展过程。它经历了几个阶段：1．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。14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。1560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。图1-3命令行界面概念模型162.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。17WIMP界面用户手眼击键/指点窗口、图标菜单、文本应用例程图1-4WIMP界面概念模型181964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。191984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。203．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。21MMI用户手嘴…眼手…2D/3D多媒体信息应用例程击键/指点通语音道眼神整…合图1-5多通道人机界面概念模型22认知心理学认知心理学研究人们如何获得外部世界信息，信息在人脑内如何表示并转化为知识，知识怎样存储又如何用来指导人们的注意和行为认知心理学涉及心理活动的全部过程——从感觉到知觉、识别、注意、学习、记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、语言、情绪和发展过程。23感知和认知人的感知:通过人体器官和组织进行人与外部世界的信息的交流和传递认知:人们在进行日常活动时发生于头脑中的事情，它涉及思维、记忆、学习、幻想、决策、看、读、写和交谈等人的感知是认知的基础，认知是将感知获取的信息综合运用认知分为经验认知和思维认知认知过程是相互联系的，单纯的一个认知过程是非常少见的24视角和视敏度一般人能够在2m分辨2mm-20mm的细节，为我们设计界面时字符大小和间距提供了依据。视敏度：指人眼对细节的感知能力，通常用被辨别物体最小间距所对应的视角的倒数表示。25感知亮度亮度是光线明亮程度的主观反映增强亮度可以提高视敏度随着亮度的增加，闪烁感也会增强。在高亮度时，光线变化低于50Hz，视觉系统就会感到闪烁在设计交互界面时，要考虑使用者对亮度和闪烁的感知，尽量避免使人疲劳的因素，创造一个舒适的交互环境。26阅读成年人阅读是通过字的特征（如字的形状）加以识别。改变字的显示方式（如用大写字母，改变字体等），会影响到阅读的速度和准确性。9～12号的标准字体（英文）更易于识别，页面的宽度在58～132mm之间阅读效果最佳。在明亮的背景下显示灰暗的文字比在灰暗的背景下显示明亮的文字更能提高人的视敏度，增强文字的可读性。27听觉听觉感知传递的信息仅次于视觉，可人们一般都低估了这些信息。人的听觉可以