人机交互课程设计

对人机交互的理解和对未来人机交互的观点

摘 要：人机交互（Human-Computer Interaction，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是相互交叉和渗透的。

关键词：人机交互、图形用户界面、语音识别、虚拟现实技术、未来人机交互

1.对人机交互的理解

人机交互（Human-Computer Interaction, 简写HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题及提示请示等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。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，主要包括人到计算机和计算机到人的信息交互两部分。

目前，人机交互技术正处于多通道、多媒体的智能人机交互阶段，已经取得了不少研究成果，不少产品已经问世。侧重多媒体技术的有:触摸式显示屏实现的“桌面”计算机，能够随意折叠的柔性显示屏制

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造的电子书，从电影院搬进客厅指日可待的3D显示器，使用红绿蓝光激光二极管的视网膜成像显示器；侧重多通道技术的有：“汉王笔”手写汉字识别系统，结合在微软的Tablet PC 操作系统中数字墨水技术，广泛应用于Office/XP的中文版等办公、应用软件中的IBM/Via Voice连续中文语音识别系统，输入设备为摄像机、图像采集卡的手势识别技术，以IPHONE手机为代表的可支持更复杂的姿势识别的多触点式触摸屏技术，以及IPHONE中基于传感器的捕捉用户意图的隐式输入技术。

概括地讲，人机交互的发展经历了几个阶段： 1.早期的手工作业阶段

2.作业控制语言及交互命令语言阶段 3.图形用户界面（GUI）阶段 4.网络用户界面的出现

5.多通道、多媒体的智能人机交互阶段 6.虚拟交互界面

鼠标的出现，使人们更流畅地进行人机交互。与键盘中的方向键相比，它显然更加符合人的自然习惯。这是人机交互的第一次革命。键盘与鼠标的人机交互组合，从PC时代一直延续到互联网时代，并无太大改变，直到智能手机和多点触摸的出现。

迅速普及的多点触摸技术，是人机交互史上的第二次革命，而引领它的又是苹果公司与它的革命性手机iPhone。

在iPhone问世之前，智能手机一直在沿袭键盘和鼠标的信息

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输入方式。键盘是必须有的，不能少于10个；鼠标太大，对位置的指示采用触摸的方式完成。但多点触摸打开了另外一扇窗户，它让所有人意识到其实键盘可以成为触摸的一部分，而很多命令其实能通过多个手指在触摸屏上划动方式的不同来完成，比如放大和缩小图片。

如今问世不久的Kinect则可以称得上人机交互的引领新潮流的第三次革命。它整合了具有革命性的技术——3D图片识别与视频捕捉，加上硬件体验的不断优化，再加上对应其特性的专属游戏开发，在游戏这一特定的应用场景对技术的强化，最终塑造了Kinect这一人机互动的革命性产品。

在人机交互领域，更加大胆的创新精神正在被唤醒，视频捕捉技术、语音识别技术、红外遥感技术、多通道等等技术的整合发展，必然给人机交互技术的带来前所未有的突破。新的技术层出不穷，人机交互技术的发展必然带给人们更多的科技技术的期盼和惊喜。

对人机交互有了一定的理解之后，通过几个系统实验加深了对人机交互的认识。其中平面二维GUI图形系统编程实验介绍了图形用户界面（GUI）的一些特性；带有语音提示功能的界面设计与开发介绍了语音识别技术；利用VRML进行简单人机交互系统的创建则展现了人机交互中的虚拟交互界面。下面分别介绍。

图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算

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机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。它是一种结合计算机科学、美学、心理学、行为学，及各商业领域需求分析的人机系统工程，强调人—机—环境三者作为一个系统进行总体设计。

图形用户界面是当前计算机界面的主流，它仍需不断丰富和改进，如：增强超文本机制以支持Internet的浏览，增强三维和多媒体功能，支持应用数据的可视化，开发更好的界面构造工具与语言。新一代的用户界面将在图形用户界面的基础上，采用新的更加自然的人机交互技术，如语音、自然语言、手势、视线跟踪及头部跟踪等，以用户为中心，实现多通道、非精确、高带宽、高效及不限制地点的人机通信。

语音识别（Speech Recognition）是计算机通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本文件或命令的技术，其所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等。

联想控股董事长兼总裁柳传志表示，语音技术是人机交互的新突破口，全球的IT巨头，如苹果、Google、微软、英特尔等等都在语音识别技术频繁发力，他表示，在2000年初，互联网曾经是个泡沫，而如今则是推动中国经济发展的强大动力，腾讯、阿里巴巴、百度、新浪、搜狐等等中国互联网应用企业，成了中国各个年龄段的人，尤其是年轻人不可分离的忠实伙伴。当各种应用五花八门的渗透到了

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各个领域时，人机界面的友好程度肯定是IT产品供应商竞争的焦点。他认为，今天的苹果红遍天下，也是因为它的产品让人们用起来更方便，更得心应手。而语音就是人机交互的下一个关键的突破口，语音识别和核心技术的应用，会渗透扩展到难以想象的方方面面。

虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。

虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备，三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。虚拟现实是在计算机中构造出一个形象逼真的模型。人与该模型可以进行交互，并产生与真实世界中相同的反馈信息，使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境（合理虚拟现实）、人类不可能达到的环境（夸张虚拟现实）或构造纯粹虚构的环境（虚幻虚拟现实）以取代需要耗资巨大的真实环境时，就可以利用虚拟现实技术。

2.对未来人机交互的观点

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