人机交互基础教程1

11.1什么是人机交互技术？答：所谓人机交互，是指关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，并围绕相关的主要现象进行研究的学科。狭义地讲，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。1.2简单介绍人机交互技术的研究内容？答：（1）人机交互界面表示模型与设计方法。（2）可用性分析与评估（3）多通道交互技术。（4）认知与智能用户界面。（5）群体。（6）Web设计。（7）移动界面设计。1.3简单介绍人机交互技术的发展历史？答：（1）命令行界面交互阶段（2）图形用户界面交互阶段。（3）自然和谐的人机交互阶段1.4列举几个生活中常见的人机交互技术应用的例子？答：只要对着屏幕在空中挥挥手，切菜、打球这些游戏轻松搞定，还可以锻炼身体，如果再加上几个跳跃，就可以驾驶一艘快艇穿越激流险滩，享受冒险的乐趣……看似普通的玻璃窗，当你走近时，一幅幅山水画或奇幻的景观缓缓变换，延伸你的视野，连同客厅的一面墙变成大自然的一个角落；如果不想看这些图像，可以两手做拉拢窗帘的动作，两幅窗帘会缓缓合上盖住这些景象，当你离开时，窗户玻璃还原本来的透明本色，一切都像没有发生过。手势识别和合成，手势遥控器。2.1人机交互过程中人们经常利用的感知有哪几种？每种感知有什么特点？答：（1）视觉感知：视觉感知可以分为两个阶段：受到外部刺激接收信息阶段和解释信息阶段。（2）听觉感知：听觉感知的信息仅次于视觉。听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，把刺激信号转化为神经兴奋，并对信息进行加工，然后传递到大脑。（3）触觉感知：触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不同在于它的非局部性，人们通过皮肤感知触觉的刺激人的全身布满了各种触觉感受器。2.2颜色模型有哪几种？试说明RGB、CMYK以及HSV颜色模型各适于在什么情况下应用？答：颜色模型有四种，分别是RGB、CMYK、HSV、CIE颜色模型。RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管等彩色光栅图形显示设备中。CMYK颜色模型常用于从白光中滤去某种颜色，又被称为减性原色系统。HSV颜色模型是面向用户的。2.3人的认知过程分为哪几类？答：1.感知和识别2.注意3.记忆4.问题解决5.语言处理2.4什么是概念模型和分布式认知模型？举例说明分布式认知在计算机应用系统设计过程中的指导作用。答：所谓概念模型，指的是一种用户能够理解的关于系统的描述，它使用一组集成的构思和概念，描述系统做什么、如何运作、外观如何等。分布式认知是一种将认知主体和环境看作一体的认知理论，分布式认知活动是对内部和外部表象的信息加工过程。3.1对虚拟现实交互设备进行分类归纳总结，并进行优缺点比较。答：1.三维空间定位设备：（1）空间跟踪定位器在虚拟现实应用中，空间跟踪定位器的主要性能指标包括定位精度、位置修改速率和延时。在虚拟现实技术中广泛使用的是低频磁场式和超生式传感器。在作用范围较大的情况下，低频磁场式传感器比超声波式传感器有较明显的优点，但在作用范围内存在磁铁的物体时，低频磁场式传感器的精度明显降低。（2）数据手套数据手套可以捕捉手指和手腕的相对运动，可以提供各种手势信号；也可以配合一2个六自由度的跟踪器，跟踪手的实际位置和方向。（3）触觉和力反馈器对于触觉和力反馈器，要考虑到模拟力的真实性、施加到人手上是否安全、装置是否便于携带并让用户感到舒适等问题。2.三维显示设备（1）立体视觉（2）头盔式显示器（3）CAVE（4）裸眼立体显示器（5）真三维显示5.1请简要论述界面设计的一般原则。答：界面要具有一致性；常用操作要有快捷方式；提供必要的错误处理功能；提供信息反馈；允许操作可逆；设计良好的联机帮助；合理规划并高效地使用显示屏幕。5.2请描述任务分析主要包括哪些内容？答：使用行为分析；顺序分析；协作关系分析；工程约束陈述；用户任务一览表；任务金字塔；故事讲述和情节分析。7.1简述Web设计的原则。答：以用户为中心；一致性；简洁与明确；体现特色；兼顾不同的浏览器；明确的导航设计。7.2Web界面一般包括哪些主要元素以及它们所产生的作用是什么？答：Web界面规划；文化与语言；内容、风格与布局、色彩设计；文本设计；多媒体元素设计。9.1请举出你在学习和生活中遇到的成功与失败的可用性案例。答：QQ空间里，日志和相册提供“回收站”功能。微博发布器上的文字是即时保存的，即便用户关闭了网页，也不会丢失内容。批量删除邮件时，如果未选择邮件，则弹出非必须响应的提示，避免用户无意义点击。网页设计中，页面宽度不合适，字体样式过多，相同样式文字的功能不同，字号太小；重复的导航项目和无用的导航信息；排版没有体现常用或自然的次序，排版主次不分明；将不同类型的内容并列处理。9.2请简述支持可用性的设计原则。答：（1）可学习性：新用户能否很容易地学会交互和达到最佳交互性能。（2）灵活性：用户和系统之间信息交流的方式是否灵活多样。（3）鲁棒性：体现为用户能不能成功达到交互目标，能否对达到的目标进行评估。1.什么是Kinect技术？答：Kinect是一个Xbox360外接的3D体感摄影机利用即时动态捕捉、影像识别、麦克风输入、语音识别等功能让玩家摆脱传统游戏手柄的束缚，通过自己的肢体控制游戏。2.什么是eTable？答：eTable作为新一代的人机交互产品，具有良好的人机交互界面，可以提供良好的人机交互环境，在欧美已经逐渐应用于日常生活中，可以通过etable进行网上购物，进行游戏比拼等，是一个集成了各种感应组件的，类似于多功能桌面的装置（如图），其操作方法类似于触屏电脑，简单方便。该款产品主要采用触屏设计。3.人机交互技术在各个领域的应用。答：（1）手语识别和合成中国科学院计算所研制成功了基于多功能感知的中国手语识别与合成系统，它采用3数据手套可识别大词汇量（5177个）的手语词。该系统建立了中国手语词库。对于给定文本句子(可由正常人话语转换而成)，自动合成相应的人体运动数据。最后用计算机人体动画技术，将运动数据应用于虚拟人，由虚拟人完成合成的手语运动。它可输出大词汇量的手语词，为中国聋哑人的教育、生活提供了有用的辅助工具，使他们用手语与正常人的交流成为可能。（2）手势遥控器澳大利亚、台湾、日本的一些科学家和公司已经发明了手势遥控装置，能够使用简单的手势进行家用电器，如电视、DVD、音响等的操作，进行开关、音量调节、换频道等。例如，握紧拳头表示“开始”，将手掌舒展开表示“开机”，用Ｖ字形手势，再将手掌横过来表示“选择频道”，翘起大拇指则表示“向上调频道”等。日本松下公司已经试制了电视机用手势输入遥控器，遥控器在功能上类似于游戏手柄，用户拿着它通过挥动就可实现对3D电视的控制。种手势装置的工作原理并不复杂，用户将内置有摄像头的遥控装置安装在与电视和使用者均无视线阻隔的书架或桌子上即可，装置内的软件可识别用户事先储存的简单手势，然后向一个可操控多种电器的遥控器发出信号，最终电器将按照使用者手势“行事”。（3）教育领域：人机交互技术在教育领域的应用正在兴起，特别是基于人手的交互应用，如虚拟白板，虚拟实验，以及方便课堂教学的其他应用，例如腾讯的QQ手势达人，它可以通过普通摄像头来进行手势控制，抛弃了从电脑诞生之日起就一直使用的键盘和鼠标，完全由手势控制PPT的演示，提供了PPT的启动播放、上翻页、下翻页、结束播放等四个常用手势命令。（4）游戏控制：该类应用主要是通过对手势的识别进行游戏的控制，例如基于微软Kinect的体感游戏控制等。（5）医学领域应用外科手术操作学习/模拟可以通过构建“手眼协调、实时交互、双手操作”的虚拟现实系统提供通用的医学外科手术模拟与操作学习。这些技术将可以用到需要双手协同、手眼协调的各类精细操作任务中，例如医疗领域的牙科手术、腹腔镜微创手术、眼科手术等，当然也可以还可以用到军事、航天等训练领域。这样可以节约学习成本，提高学习的效率与准确性。人手运动功能虚拟康复依据康复医学发展的需要和趋势，可以将触觉人机交互技术与人手运动功能相结合进行人手虚拟康复。例如，可以将具有力反馈功能的、能够提供主动运动、被动运动、助力运动和阻抗运动等多种康复训练模式的人手康复交互装置的设计理论和方法与传感器进行集成，对人手运动技能进行建模，模拟人手虚拟康复，从而通过视频捕获病人的人手运动，进行康复监督和建议。（6）工业领域：虚拟制造与设计在工业领域，可以通过基于人手的人机交互进行虚拟装配、产品设计等工作，从而可以节约成本，提高熟练度和便利。（7）商业领域：包括娱乐产品设计，商业展览，交互式橱窗，KTV点歌等领域都可以通过基于人手的交互设计提高互动性和新颖性、便利性。例如，非接触式互动橱窗，该个系统有四个摄像头，两个用于追踪手部的动作，两个用来追踪脸部和眼睛。经过该橱窗的4行人，可以通过手势来获取商品信息。4.在虚拟环境是如何实现立体视觉？答：实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是vr技术的三个主要方面。实物虚化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界，为高性能的计算处理提供必要的信息数据。虚物实化通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户。1.实物虚化实物虚化主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。（1）基本模型构建技术基本模型的构建是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。模型构建首先要建立对象物体的几何模型，确定其空间位置和几何元素的属性。例如，通过cad/cam或二维图纸构建产品或建筑的三维几何模型；通过gis数据和卫星、遥感或航拍照片构造大型虚拟战场。为了增强虚拟环境的真实感，物理特性和行为规则建模要表现出对象物体的质量、动量、材料等物理特性，并在虚拟环境中遵循一定的运动和动力学规律。当几何模型和物理模型很难准确地刻画出真实世界中存在的某些特别对象或现象时，可根据具体的需要采用一些特别的模型构建方法。5.3D和4D电影的工作原理。答：3D立体电影在拍摄和后期制作的时候都是采用两部摄像机的角度用来满足人双眼观看，就是说3D立体影片是由两幅对应人左右眼睛的画面组成。所谓4D电影，也叫四维电影；即三维的立体电影和周围环境模拟组成四维空间。3D立体电影的制作有多种形式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成90度的偏振镜。两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的“身临其境”感。4D电影：4D影院是在3D立体电影的基础上加环境特效模拟仿真而组成的新型影视产品。所谓4D电影，也叫四维电影；即三维的立体电影和周围环境模拟组成四维空间。观众在看立体电影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影象对应的事件,4D的座椅具有喷水、喷气、振动、扫腿等功能，以气动为动力的。环境模拟仿真是指影院内安装有下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，营造一种与影片内容相一致的环境。以上两类电影都有身临其境，惊险刺激的效果。这两项电影既有共性，也有个性。身临其镜、惊险刺激、感受科技是它们的共性；一个是在运动中感受刺激、一个是在视觉中感受刺激，这是它们的个6.液晶显示器和扫描仪的工作原理和方法。答：液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。它具有