自然人机交互

自然人机交互普适计算以人为中心的特点迫切需要和谐、自然的人机交互方式，即，能利用人的日常技能进行交互、具有意图感知能力，与传统的人机交互方式相比，它更强调交互方式的自然性、人机关系的和谐性、交互途径的隐含性、及感知通道的多样性。

普适计算环境中，交互场所将从计算机面前扩展到人们生活的整个三维物理空间，交互方式应适合于人们的习惯并且尽可能不分散用户对工作本身的注意力。

和谐自然的人机交互是实现普适计算环境，使其脱离桌面计算模式的关键所在。

2.3. 无缝的应用迁移计算实体与用户在物理空间中的高度移动性是普适计算环境的一个重要特征。

为了实现能“随时随地”为用户提供透明的数字化服务，必须解决无缝的应用迁移这个核心问题，即随着用户的移动，伴随发生的任务计算必须一方面保证持续执行，另一方面任务计算可灵活地无干扰地移动。

“移动计算”的研究以解决物理链路层面上可靠的移动互联为目标，而无缝的应用迁移则需在“移动计算”的基础上，着重从软件体系的角度解决由于计算实体与用户的高度移动带来的服务级的计算移动与软件流动。

2.4. 2.4. 上下文感知普适计算环境最终必须有自适应、自配置、自进化的能力，所提供的服务能和谐地辅助人的工作，最大程度地减少人对行为方式及环境的关注，而把注意力集中在人所要完成的工作本身。

为此，系统首先必须知道整个物理环境、计算环境、用户状态等方面的静态和动态信息，即上下文(context)。

只有具有上下文感知能力，才有可能根据具体情况采取最合适的动作自主、自动地为人们提供透明式的服务。

为此，需重点研究上下文感知技术，包括上下文的采集、建模、推理及融合等。

上下文感知技术是实现服务自发性和无缝移动性的关键。

2005 年国家自然科学基金委同时资助了两个以普适计算为主题的重点项目“普适计算的关键理论与技术研究”和“普适计算研究－手语无障碍信息服务的普适计算”，分别由上海交通大学、浙江大学、香港大学联合获得，以及北京工业大学、中山大学、中科院计算所联合获得。

国家自然科学基金委在 2004 年与2005 年两年中还资助了四个面上项目，分别为：浙江大学的“普适计算中的网格接入：轻量级Portal、动态协同及语义支持”(2004)北京大学的“普适计算中基于上下文感知的个性化智能人机交互研究”(2004)西安交通大学的“基于普适环境的上下文感知共享模型研究”(2005)浙江大学的“面向普适环境的协同编辑中若干基础问题的研究”(2005)5.2. 自然人机交互随着普适计算中信息空间与物理空间的融合，人与计算环境的交互将从计算机面前扩展至人们生活的整个三维物理空间，人之活动场所，时时处处皆有交互。

在普适计算环境中，人机交互的目标是利用人们的日常技能与习惯进行交互，同时尽可能不分散用户对工作本身的注意力。

终极目标是使得人与计算环境的交互变得和人与人之间的交互一样自然、一样方便。

3）基于视觉的交互虽然人们可不利用视觉进行相互交流沟通，如，仅通过谈话或仅用文字，但人们通常更乐于面对面地沟通，原因在于，通过相互所见，沟通可变得更加丰富、更加直接。

人的意图和情感通常都是通过行为以及一些形体的微小变化而表现出来，肢体语言如表情、点头、个性化手势、身体移动方式、眼神等都是人与人沟通的重要信息，这些都是人与人交互的重要组成部分。

通过视觉通道感知人的行为与意图，是自然人机交互必然要追求的目标。

基于视觉的交互，重点即在于让计算设备也能感知人们通过行为、肢体语言等视觉通道表达出来的意图、情感等高层个体化信息，其远期目标是能理解人们在日常生活中的任何活动与行为，从而使得人的任一动作与行为都成为交互的一部分，达到无时无刻、无处不在的实时感知。

由此可以知，基于视觉的交互其核心在于解决计算设备的视觉通道输入问题。

基于视觉的交互可通过多种计算机视觉技术实现交互的视觉通道输入[39]，当前的研究热点包括：存在与位置判别：场景中是否有人？多少人？具体位置在哪里？身份识别：用户到底是谁视线跟踪：用户正在看什么?姿势识别：在语义上理解头/手/人运动的具体含义。

行为识别：用户正在做什么事情？表情识别：用户当前的情感状态如何？高兴还是沮丧？愤怒还是哭泣？5.4. 上下文感知由于普适计算系统运行在极其动态和异构的计算环境中，智能实体需要能够感知环境变化，并根据动态场景自适应地调整服务状态。

上下文感知计算（context-aware computing）即指能够根据上下文的变化自动地作相适应的改变和配置，为用户提供合适的服务在上下文感知计算中，有四个主要问题：上下文信息的获取、上下文信息的建模、上下9文信息的管理、上下文信息的推理。

当前上下文获取中研究最多的是如何获取设备和用户所处的位置信息。

了解设备和用户的位置，非常有助于我们提供更有针对性的服务。

这种对位置信息的获取被称为位置感知。

位置感知目前已成为普适计算领域中一个非常活跃的研究方向，UbiComp’05录用的22篇论文中有8篇是关于位置感知[4]，占三分之一，其热门程度可见一斑。

当前已有多种技术与设备解决不同条件下的位置测定与位置信息的跟踪，如使用红外线、无线射频、超声波、计算机视觉技术等[23]。

6. 面临的挑战随着研究的不断深入，普适计算正面临着更深层次的技术需求。

围绕人活动行为的“随时随地”与“以人为本”是普适计算理念中最关键的两点。

随着用户活动的时空范围的扩大，普适计算环境将表现出前所未有的动态性、异构性以及多样性、设备的种类繁多、彼此功能和能力各异、网络通信协议多样、资源状态动态变化等等都要求系统能够自动做出适当调整以继续服务。

因此，用户的高度移动性将对普适计算带来多重挑战：（1）迫切需要一种比智能空间更为自然、有效的、具有高度流动性的普适计算模型，在该信息化生活服务环境中，应直接以人为中心，在任意时刻，所需服务都会像影子一样以最佳方式出现在用户身边；（2）上下文的建模及其感知目前还处于比较浅的层次，而对时序、空间、多尺度上下文的建模并进行深入的加工处理，提供对用户高度流动性的支持，是当前极为迫切的问题。

如何对上下文深层次多尺度的建模，使用新的分析组织使用手段，以便更好的减少普适计算中对用户的干扰，是当前极其重要的研究课题；（3）人机交互理论和技术需要突破。

目前的计算技术不是以人为中心的，其交互方式不是自然的。

普适计算从根本上改变了人使用计算机的方式，要使计算机服务于人，提供新型的、行为感知理论和技术具有重要意义，在这一方面，目前的研究成果还12不能满足需要。

（4）为满足普适计算环境中对用户无缝的应用迁移、无线、Ad-Hoc 方式、上下文驱动和非连续性服务QoS 保障等方面的要求，迫切需要构建一种自适应的、高度动态、强可扩展性的、支持无缝移动性的、更加有效的软件基础设施。

普适计算已成为继桌面计算后的又一次计算模式的革命。

欧美各国的政府、学术界、工业界都已高瞻远瞩地投入了巨大的人力、财力进行相关研究。

但是与国外普适计算的科研水平相比，我国尚有很大差距，原因是多方面的。

第一，普适计算本身是建立在移动计算、无线通讯、嵌入式系统、人机交互、数据管理等众多领域基础上的一种全新的计算模式，基础要求较高，尤其需要多学科交叉与合作；第二，普适计算也是实践性很强的学科领域，它需要一定的产业基础，需要与工业界的交流与合作；第三，普适计算所涉及的一些关键技术需要较为长期深入地研究，更需要一些有远见的有力度的科研投入。

变革也是一种机遇，我国的计算机界和产业界有必要、也完全可能在此领域中做出高水平的研究成果，从而在普适计算时代到来时掌握主动。

__普适计算的现状与趋势（转载）技术讨论2008-10-25 20:39:29 阅读67 评论0 字号：大中小随着计算机、网络等技术的蓬勃发展，信息技术的软件和硬件环境均发生了巨大的变化，这种变化使得由通信和计算机构成的信息空间与人们生活和工作的物理空间逐渐融为一体。

在这种背景下，普适计算应运而生。

南开大学计算机系教授辛运帏博士等对国内外普适计算的现状与趋势，以及天津普适计算研究的切入点进行了分析。

一、普适计算的提出普适计算(Pervasive Computing)也称无处不在计算(Ubiquitous Computing)，它集移动通信技术、计算技术、小型计算设备制造技术、小型计算设备上的操作系统及软件技术等多种关键技术于一体，通过将普适计算设备嵌入到人们生活的各种环境中，使通信服务以及其它基于信息网络的各种“以人为中心”的计算和信息访问服务在任何时候、任何地点都成为可能，许多计算设备通过全球网络为使用者提供更加人性化的服务。

普适计算技术彻底地改变了“人使用计算机”的传统方式，让人与计算环境更好地融合在一起，在不知不觉中达到“计算机为人服务”的目的。

普适计算技术以人的需求为中心，从根本上改变了人去适应机器计算的被动式服务思想，强调用户能在不被打扰的前提下主动、动态地接受网络服务。

它改变了计算只局限于桌面进行的传统，使用户能以各种灵活的方式享受计算能力和系统资源。

它将计算嵌入到人们的日常生活中，实现任何地点、任何时候、任何人都能访问任何信息的交互，能在真正意义上实现以人为本的生活方式。

二、普适计算体系结构普适计算体系结构主要包括普适计算设备、普适计算网络、普适计算中间件、人机交互和觉察上下文计算四个方面。

1．普适计算设备：一个智能环境可以包含不同类型的设备，如传统的输入输出设备、无线移动设备和智能设备。

理想状态下，普适计算应该包括全球范围内嵌入的具有主动或者被动智能型的每一个设备，能够自动搜集、传递信息，并且根据信息采取相应行动。

2．普适计算网络：随着计算机软硬件技术的发展，普适计算设备的数量将成倍增长，这对现有技术提出了更高的要求。

除了扩展基本结构以适应需要之外，全球化网络也必须修改现有的应用来完成普适计算设备到现实社会系统的集成。

3．普适计算中间件：除了分布式计算和移动计算，普适计算还需要中间件来完成网络内核与运行在泛化设备上的终端用户应用程序之间的交互。

普适计算中间件应从用户的角度出发协调网络内核和用户行为间的交互，并且保持用户在泛化计算空间的自然感。

4．人机交互和觉察上下文计算：普适计算使计算和通信能力无处不在的融合在人们生活和工作的现实环境中，人机交互的不可见性是必需的。

因此，普适计算提出了一种新的人机交互方式——蕴涵式人机交互，它需要系统能觉察在当时的情景中与交互任务有关的上下文，并据此做出决策和自动地提供相应的服务。

普适计算模式下上下文将随任务而变化，而且由于工作环境是现场，其中的背景情况不但复杂而且是动态变化的，使上下文的动态性问题更加突出。

三、应用领域普适计算最重要的应用方向就是各类信息终端产品。

普适计算的应用概念最早被IBM公司提出，其目标就是发展更具实用意义的各类信息终端产品，从而真正实现电子商务向信息终端产品的延伸。