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人机交互(工业设计专业术语)

人机交互、人机互动(英文:HumanComputer Interaction或HumanMachine Interaction,简称HCI或HMI),是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器,也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流,并进行操作。小如收音机的播放按键,大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解(即心智模型),那是为了系统的可用性或者用户友好性。

人机交互(Human-Computer Interaction, 简写HCI):是指人与计算机之间使用某种对话语言,以一定的交互方式,为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。有很多著名公司和学术机构正在研究人机交互。在计算机发展历史上,人们很少注意计算机的易用性。现在,很多计算机用户抱怨计算机制造商在如何使其产品“用户友好”这方面没有投入足够的精力。而反过来,这些计算机系统开发商也在抱怨,他们的理由是:设计和制造计算机是一个很复杂的工作,光是研究如何在新领域能够应用计算机的问题就已经占用了他们的大部分精力,实在是没有多余的精力来研究如何提高计算机的易用性了。

人机交互(HCI)的一个重要问题是:不同的计算机用户具有不同的使用风格他们的教育背景不同、理解方式不同、学习方法以及具备技能都不相同,比如,一个左撇子和普通人的使用习惯就完全不同。另外,还要考虑文化和民族的因素。其次,研究和设计人机交互需要考虑的是用户界面技术变化迅速,提供的新的交互技术可能不适用于以前的研究。还有,当用户逐渐掌握了新的接口时,他们可能提出新的要求。 [1]

操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。早期的人机交互设施是键盘显示器。操作员通过键盘打入命令,操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。打入的命令可以有不同方式,但每一条命令的解释是清楚的,唯一的。

随着计算机技术的发展,操作命令也越来越多,功能也越来越强。随着模式识别,如语音识别、汉字识别等输入设备的发展,操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。此外,通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。这些人机交互可称为智能化的人机交互。这方面的研究工作正在积极开展。

人机交互是一门科学学科

用户如何使用计算机

如何设计一个可以帮助用户提高工作效率的计算机系统

多学科综合

计算机科学

心理学

社会学

图形设计

工业设计

人机界面(Human-Computer Interface,简写HCI):是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口,是计算机系统的重要组成部分。

人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。

机交互界面表示模型与设计方法(Model and Methodology)

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。 [2]

可用性分析与评估(Usability and Evaluation)

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。 [2]

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,多通道信息整合是多通道用户界面研究的重点和难点。 [2]

认知与智能用户界面(Intelligent User Interface,IUI)

智能用户界面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。 [2]

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。 [2]

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。 [2]

移动界面设计(Mobile and Ubicomp)

移动计算(Mobile Computing)、无处不在计算(Ubiquitous Computing)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。 [2]

59年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发,提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年,Liklider JCR首次提出人机紧密共栖(Human-Computer Close Symbiosis)的概念,被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会,同年第一份专业杂志国际人机研究(IJMMS)创刊。可以说,1969年是人机界面学发展史的里程碑。

在1970年成立了两个HCI研究中心:一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心,另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。

1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著,为人机交互界面的发展指明了方向。

20世纪80年代初期,学术界相继出版了六本专著,对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面,从人机工程学独立出来,更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导;实践范畴方面,从人机界面(人机接口)拓延开来,强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取代。HCI中的I,也由Interface(界面/接口)变成了Interaction(交互)。

20世纪90年代后期以来,随着高速处理芯片,多媒体技术和Internet Web技术的迅速发展和普及,人机交互的研究重点放在了智能化交互,多模态(多通道)-多媒体交互,虚拟交互以及人机协同交互等方面,也就是放在以人为在中心的人机交互技术方面。

人机交互的发展历史,是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史

人机交互的发展经历了几个阶段:

早期的手工作业阶段

作业控制语言及交互命令语言阶段

图形用户界面(GUI)阶段

网络用户界面的出现

多通道、多媒体的智能人机交互阶段

人机交互的发展历史, 是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史.它经历了几个阶段:

(1)早期的手工作业阶段.当时交互的特点是由设计者本人(或本部门同事)来使用计算机, 他们采用手工操作和依赖机器(二进制机器代码)的方法去适应现在看来是十分笨拙的计算机;(2)作业控制语言及交互命令语言阶段.这一阶段的特点是计算机的主要使用者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; [3]

(3)图形用户界面(GUI)阶段.GUI 的主要特点是桌面隐喻、WIMP技术、直接操纵和“ 所见即所得(WYSIWYG)”.由于GU I 简明易学、减少了敲键盘、实现了“事实上的标准化” , 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.它的出现使信息产业得到空前的发展; [3]

(4)网络用户界面的出现.以超文本标记语言htmlsup--normal" data-sup="3"> [3]

(5)多通道、多媒体的智能人机交互阶段.以虚拟现实为代表的计算机系统的拟人化和以手持电脑、智能手机为代表的计算机的微型化、随身化、嵌入化,是当前计算机的两个重要的发展趋势.而以鼠标和键盘为代表的GU I 技术是影响它们发展的瓶颈. [3]

利用人的多种感觉通道和动作通道(如语音、手写、姿势、视线、表情等输入), 以并行、非精确的方式与(可见或不可见的)计算机环境进行交互, 可以提高人机交互的自然性和高效性.多通道、多媒体的智能人机交互对我们既是一个挑战, 也是一个极好的机遇.在人机交互的发展中, 一大批专家为此做出了卓越的贡献.下面是最有影响的一些事件和成果:

(1)1945 年, 美国罗斯福总统的科学顾问Bush(1894 ~ 1974)在《大西洋月刊》上发表的“as we maythink”的著名论文, 提出了应采用设备或技术来帮助科学家检索、记录、分析及传输各种信息的新思路和名为“Memex”的一种工作站构想, 影响着一大批最著名计算机科学家. [3]

(2)1963 年, 美国麻省理工学院Sutherland 开创了计算机图形学的新领域, 并获1988 年ACM 图灵奖.他还在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.

(3)1963 年, 美国斯坦福研究所的Engelbart 发明了鼠标器, 他预言鼠标器比其他输入设备都好, 并在超文本系统、导航工具方面取得了杰出的成果(Augmented Human Intellect Project), 获1997 年ACM 图灵奖.10 年后, 鼠标器经过不断地改进, 成为影响当代计算机使用的最重要成果. [3]

(4)20 世纪70 年代, 当时在Xerox 研究中心的Alan Kay 提出了Smalltalk 面向对象程序设计等思想, 并发明了重叠式多窗口系统, 后经苹果、微软、麻省理工学院等单位的不断研究和开发, 形成了目前广泛使用的图形用户界面的标准范式. [3]

(5)1989 年, Tim Berners-Lee 在日内瓦的CERN用htmlsup--normal" data-sup="3"> [3]

(6)20 世纪90 年代,美国麻省理工学院Negroponte(他早在30 年前就提出了“交谈式计算机” 概念)领导的媒体实验室在新一代多通道用户界面方面(包括语音、手势、智能体等)做了大量开创性的工作. 他是畅销书《数字化生存(Being Digital)》的作者.

(7)20 世纪90 年代, 美国Xerox PARC 的首席科学家Mark Weiser(1952 ~ 1999), 首先提出“无所不在计算(Ubiquitous Computing)”思想, 并在此领域做了大量开拓性的工作. [3]

德国研究人员正在开发一种全新的可移动交互系统,此系统能够通过视觉存贮设备将视觉信号转换为命令,有望能全面代替键盘和显示器.这种设备是一个小型的、能够放在胸前的电脑,其摄像头能捕捉到手部运动,从而转换成对应的命令执行.例如人们可以用手在空中画出各种图形,或选择空中不同的点来构型,此交互系统可以立即将这些手上动作转化成图形或操作命令,就像《钢铁侠2》里的托尼斯达克在自己实验室里用手在空中挥动便能操作电脑一般。在不久的将来,你在空中画几个数字就能表示在拨打电话,或者在空中点几下就表示在打键盘,一切就将变的美妙无比。

包括三种输入方式:1 请求模式。 2 采样模式。3 事件模式。

人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现,比如智能手机配备的地理空间跟踪技术,应用于可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏等的动作识别技术,应用于虚拟现实、遥控机器人及远程医疗等的触觉交互技术,应用于呼叫路由、家庭自动化及语音拨号等场合的语音识别技术,对于有语言障碍的人士的无声语音识别,应用于广告、网站、产品目录、杂志效用测试的眼动跟踪技术,针对有语言和行动障碍人开发的“意念轮椅”采用的基于脑电波的人机界面技术等。 [4] 人机交互解决方案供应商不断地推出各种创新技术,如,指纹识别技术 [5] ,侧边滑动指纹识别技术 [6] ,TDDI [7] 技术,压力触控 [8] 技术等。热点技术的应用开发是机遇也是挑战,基于视觉的手势识别率低,实时性差,需要研究各种算法来改善识别的精度和速度,眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、唇读、人脸、DNA等人类特征的研发应用也正受到关注, 多通道的整合也是人机交互的热点,另外,与“无所不在的计算”、“云计算”等相关技术的融合与促进也需要继续探索。 [9]

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