人机交互技术-01

人机交互技术人机交互技术课程特点人机交互是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕相关的主要现象进行研究的科学。人机交互技术已对计算机的发展产生了巨大的影响，而且还将继续影响人们的生活。课程目标以培养独立思考、分析问题和解决问题的能力为主要目标，进行讨论式教学，不要求死记硬背。重视实践，培养自主学习能力，积极上网查资料，利用一切资源学习，在实验中训练。实例本节课内容第一章绪论1.1什么是人机交互1.2人机交互与其他学科的关系1.3人机交互的研究内容1.4人机交互的发展历史及趋势第二章认知心理学与人机工程学2.1认知心理学什么是人机交互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。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。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。人机交互技术着重研究人机双向信息交换方式如何用软硬件实现。在美国21世纪信息技术计划中，将软件、人机交互、网络、高性能计算列为四大基础研究内容。人机交互与其他学科的关系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人机交互研究的内容人机交互的研究涵盖了建模、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。人机交互界面表示模型与设计方法可用性分析与评估多通道交互技术认知与智能用户界面虚拟环境中的人机交互Web设计移动界面设计群件人机交互三元素人的因素：是指用户操作模型交互设备：是交互计算机的物质基础交互软件：是展示各种交互能力的核心人机交互的发展历史及趋势发展历史：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。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；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；60年代中期，命令行界面开始出现，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。人机交互的发展历史及趋势图形用户界面（GUI）交互阶段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）”。WIMP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。MMI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人机交互的发展历史及趋势自然和谐的人机交互阶段主要特点是基于语音、手写体、姿势、视线跟踪、表情等输入手段的多通道交互。目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式进行交互操作。人机交互的发展历史及趋势发展趋势：集成化卡耐基-梅隆大学INTERACTIVESYSTEMLABS的INTERACT项目包括如下子课题：人机交互的发展历史及趋势网络化新一代的人机交互技术需要考虑在不同设备、不同网络、不同平台之间的无缝过渡和扩展支持人们通过跨地域的网络在世界上任何地方用多种简单的自然方式进行人机交互而且包括支持多个用户之间以协作的方式进行交互。智能化提高交互活动的自然性和高效性，使人－机之间的交互像人－人交互一样自然、方便。标准化在人机交互领域，ISO已正式发布了许多的国际标准，以指导产品设计、测试和可用性评估等。认知心理学与人机工程学多媒体技术虚拟现实技术认知心理学人机工程学人机交互与其他相关学科的关系人机交互技术认知心理学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。了解并遵循认知心理学的原理可使设计出的人机交互界面适应人的自然特性，从而更好地满足用户要求。人的感知人的感知是认知心理学的基础，人机交互主要通过人的感知来完成。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进行综合运用的过程。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。视觉感知视觉是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。外界80%的信息都是通过视觉得到的，因此视觉显示是人机交互系统中用的最多的人机界面。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。眼睛和视觉系统的物理特性决定了人类无法看到某些事物；同时，视觉系统进行解释处理信息时可对不完全信息发挥一定的想象力。进行人机交互设计需要清楚这两个阶段及其影响，了解人类真正能够看到的信息。视觉感知视角与视敏度视角反映了物体占据人眼视域空间的大小。视角过小时，人们根本无法感知到物体。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。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。感知物体大小、相对距离和深度利用视觉影像中的线索：覆盖关系：被覆盖的物体相对较远；大小比例：一般来讲，较大的物体距离较近；对物体的熟悉度：对非常熟悉物体，人们对物体的大小在头脑中事先有一个期望和预测，因此在判断物体距离时很容易和他看到的物体的大小联系起来。视觉感知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。感知色彩人能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受不同波长的光的结果。颜色通常用三种属性表示：色度、强度和饱和度。色度是由光的波长决定的，正常的眼睛可感受到的光谱波长为400μm-700μm。视觉感知视错觉莱亚错觉物体的组合方式将影响观察者的感知方式：人们总会夸大水平线而缩短垂直线。视错觉同样会影响到显示页面的对称性。人们经常把对称页面的中心看得稍微偏上些，如果页面以实际中心为基准排版设计，人们就会感到页面上部比下部分要短，影响视觉效果。在实际设计过程中，设计者就会以视觉中心为基准设计图形界面。视觉感知阅读进行交互界面设计时，文字符号的处理，特别是文字的排版和显示，也要根据人们的视觉感知特点，找出其中一些规律。阅读分为几个阶段：页面上文字的形状被人眼感知；文字被编码成相关的内部语言表示；语言在人脑中被解释成有语法和语义的单词或句子。成年人阅读是通过字的特征加以识别。改变字的显示方式，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。听觉听觉感知传递的信息仅次于视觉，可以感知大量的信息，但被视觉关注掩盖了许多。听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行加工，然后传递到大脑。声波在空气中的振动传播的特性:音调与声波的频率有关，低频能产生低调的声音，高频能产生高调的声音。响度指在频率一定的情况下声波的振幅。音色与发声的材料有关，不同的乐器可以产生相同频率和振幅的声波，但音色不同。听觉人类能够听到频率在20Hz~20kHz之间的声音，其中在1000Hz~4000Hz范围内听觉的感受性最高。音频超过140dB时，所引起的不再是听觉而是痛觉。人可以辨认的语音频率范围是260~5600Hz。听觉系统把输入分为三类：噪声和可以忽略的不重要的声音；被赋予意义的非语言声音，如动物的叫声；用来组成语言的有意义的声音。听觉系统就像视觉系统一样，利用以前的经验来解释输入。触觉触觉在交互中的作用是不可低估的，尤其对有能力缺陷的人，如盲人，是至关重要的。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。触觉的刺激由皮肤的三种感受器感知：温度感受器-冷热伤害感受器-疼痛机械刺激感受器-压力对人身体各部位触觉敏感程度的了解有助于基于触觉的交互设备的设计。人的手指的触觉敏感度是前臂的触觉敏感度的10倍。动觉的概念：对人的躯干和四肢的位置的感觉。如一个打字员，感觉到手指的相对位置和键盘对手指的力反馈都是非常重要的。认知过程与交互原则认知涉及到多个特定类型的过程，包括：关注、感知和识别、记忆、学习、阅读、说话和聆听、解题、规划、推理和决策。这些认知过程相互依赖，一个活动可以同时涉及多个不同的过程。认知分为两个模式：经验认知：指的是有效、轻松地观察、操作和响应周围的事件，它要求具备某些专门知识并达到一定的熟练程度。如使用Word字处理系统编辑文档，操作机床加工零件，阅读，驾驶汽车等。思维认知：涉及思考、比较和决策，是发明创造的来源。如设计、学习、写作等。关注几种与交互设计相关的主要认知过程：关注：就是在某个时刻，从众多可能的事物中选择一个，并把精力集中在这个事物上。视觉关注：查找报刊来获得号码听觉关注：收听广播来获得号码与关注相关的因素：目标：确切知道需要找什么，人们就可以把获得的信息与目标相比较。信息的表示形式：信息的显示方式对于人们能否快速捕捉到所需的信息片断有很大的影响。分类显示的信息就比较便于人们查找。关注关注特点对界面设计的要求：信息的显示应醒目，以便执行任务时使用。可使用动画图形、彩色、下划线，对条目及不同的信息进行排序，在条目之间使用间隔符等。避免在界面上安排过多的信息。尤其要谨慎使用色彩、声音和图像，人们倾向于使用过多的这类表示，而导致界面混杂，分散用户的注意力，让用户反感。朴实的界面更容易使用。感知和识别人们可使用器官从环境中获取信息，并把它转化为对物品、事物、声音和味觉的体验。在交互设计中，以利于理解的方式来表示信息非常重要。如：在设计虚拟人物时，就应该使其唇形与所说的话同步，两者之间的微小延迟都会使人难以忍受，这类似于给外文电影配音。感知和识别采用适当的形式来表示信息，以便用户理解的识别它的含义：用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含义。声音应足够响亮而且可辨识。用户应能够理解输出的语音及其含义。文字应清晰易读，且不受背景干扰。如可以在黑色或蓝色背景上使用黄色文字，但不能在白色或绿色背景上使用黄色文字。在虚拟环境中使用触觉反馈时，用户应能识别各种触觉表示的含义。例如“紧握”的触感与“按下”的触感不同。记忆记忆是回忆各种知识以便采取适当的行动。记忆过程中有三个环节：识记：相当于信息的输入和编码过程，也就是使不同感官输入的信息，经过编码而成为头脑可接受的形式；保持：相当于信息的贮存，即信息在头脑中被再加工整理，使其成为有序地组织结构，以便贮存；再认和回忆：相当于信息的提取，编码越完善、组织越有序，提取也就越容易，反之，提取越困难。记忆减轻记忆负担的方法：人的识别能力大于回忆能力图文界面替代命令界面安装过程的wizard回忆提示密码的提示语句信息检索的两大过程：定向回忆：记忆的信息尽可能贴切地描述所需检索的信息,并在界面显示检索空间；扫描识别：即浏览各个文件目录记忆根据人的记忆特点，进行交互设计时应该注意的问题有：应考虑用户的记忆