人机交互技术 第4章 ---交互技术
人机交互：第4章 人机交互技术--5
range
range rate
喜 + + + + + ++ + + -
怒 - + + ++ + ++ + + -
惊 - ++ ++ ++ ++ ++ - + -
悲 ++ ~ ~ -- ~ + -- + --
~:无明显变化, -:减小, +:增加 T:发音持续时间, F0:基频, A:振幅平均能量, F1:共振峰
情感人机交互
情感计算机是能够听、看和随时感知使用者需要 的计算系统
情感计算（Affective Computting）就是要赋予 计算机类似于人一样的观察、理解和生成各种情 感特征的能力，最终使计算机像人一样能进行自 然、亲切和生动的交互。
情感人机交互的意义
随着计算和通信技术的广泛应用, 人机和谐技术将会以多 种方式出现。
情感与语音参数之间的关系
生气
高兴
悲伤
恐惧
厌恶
语速
略快 快或慢 略慢
很快 非常快
平均基频 非常高 很高
略低 非常高 非常低
基频范围 很宽
很宽
略窄
很宽
略宽
强度
高
高
低
正常
低
声音质量 有呼吸声, 有呼吸声, 有共鸣声 不规则声 嘟囔声,胸
胸腔声 共鸣音调
音
腔声
基频变化 重音处突 光滑,向上 向下弯曲
变
弯曲
语音情感识别
优点: • 易于接受 • 相对准确 • 设备简单 • 使用方便
人机交互技术 第4章 ---交互技术资料
Adobe Photoshop 网格线
几何约束
方向约束
• 例如要绘的垂直或水平方向的线，当给定的起 点和终点连线和水平线的交角小于45°时，便 可绘出一条水平线，否则就绘垂直线。绘制印 刷线路板、管网图或地籍图时非常有用。
• 在Word绘图中，通过锁定纵横比，在拖动线 段一个端点时，线段只是沿原来方向放缩
• 键盘 Ctrl+A • 鼠标
选择
字符串
键盘是目前输入字符串最常用的方式，现 在用写字板输入字符也已经很流行。
4.3 图形交互技术
几何约束 引力场 拖动 橡皮筋技术 操作柄技术 三维交互技术
直接操作，三维Widgets，三视图输入
4.3.1 几何约束
几何约束可以用于对图形的方向、对齐方式 等进行规定和校准。
不同的是被拖动对象的形状和位置随着光 标位置的不同而变化。
• 不断地进行画图－擦除－画图的过程
4.3.4 橡皮筋技术
4.3.5 操作柄技术
操作柄技术可以用来对图形对象进行缩放、 旋转、错切等几何变换。
先选择要处理的图形对象，该图形对象的 周围会出现操作柄
移动或旋转操作柄就可以实现相应的变换。
4.1 人机交互输入模式
请求模式 • 在请求模式下，输入设备的启动是在应 用程序中设置的。 • 应用程序执行过程中需要输入数据时， 暂停程序的执行，直到从输入设备接受 到请求的输入数据后，才继续执行程序。
程序工作，输入设备等待程序请求 遇到请求指令
输入设备工作，程序等待接收数据 请求满足
图4-1 请求模式的工作过程
• 输入设备和程序并行工作。 • 输入设备把数据保存到一个输入队列，也称为
事件队列，所有的输入数据都保存起来，不会 遗失。 • 应用程序随时可以检查这个事件队列，处理队 列中的事件，或删除队列中的事件。
人机交互知识点总结
⼈机交互知识点总结第⼀章绪论1、什么是⼈机交互所谓的⼈机交互是指关于如何设计、评价和实现供⼈们使⽤的交互式计算机系统，并围绕相关现象进⾏研究的⼀门学科。
⼈机交互是⼀门综合性的学科，他与认知⼼理学、⼈机⼯程学、多媒体技术、虚拟现实技术等密切相关，其中，认知⼼理学和⼈机⼯程学是⼈机交互的理论基础，多媒体技术和虚拟现实技术与⼈机交互相互交叉、相互渗透。
2、⼈机交互的研究内容⼈机交互界⾯的表⽰模型与⽅法可⽤性分析与评价多通道交互技术认知与智能⽤户界⾯群件web设计移动界⾯设计3、⼈机交互的发展历史命令⾏界⾯交互阶段、图形⽤户界⾯交互阶段、⾃然和谐的⼈机交互阶段（情感计算、多通道交互、虚拟现实、只能⽤户界⾯）4、⼈机交互的发展趋势智能化、集成化、⽹络化、标准化第⼆章感知和认知基础1、⼈的感知视觉、触觉、听觉，其中⼈类从周围世界获取的信息80%都来源于视觉。
2、颜⾊通常⽤三种属性表⽰：强度、饱和度、⾊度颜⾊模型就是某个空间中的⼀个可见光⼦集，主要有RGB,CMYK,HSV,CIE四种颜⾊模型3、认知过程与交互设计原则（1）认知分为经验认知和思维认知，经验认知是指有效、轻松的观察、操作和响应周围的事件，他要求具备某些专业的知识并达到⼀定的熟练程度。
思维认知是它涉及思考、⽐较和决策，是发明创造的来源。
（2）常见的认知过程：感知和识别、注意、记忆、问题解决、语⾔处理。
许多认知过程是相互依赖的，⼀个认知过程往往同时涉及多个不同的过程。
（3）影响认知的因素：1、情感 2、个体差异 3、动机和兴趣4、概念模型概念模型是指⼀种⽤户可以理解的关于系统的描述，他使⽤⼀组构思和概念，描述了系统做什么，如何运作，外观如何等第三章交互设备1、输⼊设备⽂本输⼊设备：键盘、⼿写输⼊设备图像输⼊设备：⼆维扫描仪、数字摄像头三维信息输⼊设备：三维扫描仪、动作捕捉设备、体感输⼊设备指点输⼊设备：⿏标及控制杆、触摸屏2、输出设备光栅显⽰器、投影仪、打印机、语⾳交互设备虚拟现实交互设备：空间跟踪定位器、数据⼿套、触觉和⼒反馈器三维显⽰设备：⽴体视觉（头盔显⽰器）第四章交互技术1、⼈机交互的输⼊模式请求模式：在请求模式下，输⼊设备的启动是在应⽤程序中设置的。
人机交互课件第4章 交互技术
3.三维和直接操纵
人类的大多数活动领域具有三维和直接操纵特点（数 学的和逻辑的活动例外）。 人生活在三维空间，习惯于看、听和操纵三维的客观 对象，并希望及时看到这种控制的结果。
多通道人机交互的自然性反应了这种本质特点。
4.交互的双向性
人的感觉和效应通道通常具有双向性的特点，如视觉可看 可注视，手可控制、可触及等。
虚拟现实（Virtual Reality）
又称虚拟环境（Virtual Environment）。 虚拟现实系统向用户提供沉浸（immerse）和多感觉通道（ multi-seபைடு நூலகம்sory）体验。 在虚拟现实中，人是主动参与者，复杂系统中可能有许多参 与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作 。
交替而独立地使用不同的通道不是真正意义上的多通道技
术，必须允许充分地并行、协作的通道配合关系。
2.允许非精确的交互
人类语言本身就具有高度模糊性,人类在日常生活中习惯 于并大量使用非精确的信息交流。
允许使用模糊的表达手段可以避免不必要的认识负荷，
有利于提高交互活动的自然性和高效性。 多通道人机交互技术主张以充分性代替精确性。
合光标来实现。
笔划
笔划输入用于输入一组顺序的坐标点。它相当于多次调用 定位输入，输入的一组点常用于显示折线或作为曲线的控 制点。
定值
定值（或数值）输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因 子等
选择
选择是在某个选择集中选出一个元素，通过注视、指点或 接触一个对象，使对象成为后续行为的焦点，是操作对象 时不可缺少的一部分。
虚拟现实系统具有三个重要特点：
沉浸感（immersion） 交互性（interaction） 构想性（imagination）
人机交互技术
人机交互技术人机交互技术是指通过各种技术手段和接口，使人与计算机或其他智能设备之间进行有效的交互和通信，并实现信息的共享和处理。
随着科技的不断发展和计算机应用的普及，人机交互技术在各个领域得到了广泛的应用和重视。
本文将从历史发展、应用场景、技术形式以及未来趋势等几个方面来介绍人机交互技术。
一、历史发展人机交互技术的发展可以追溯到上世纪50年代，当时计算机还处于早期阶段，用户与计算机之间的交互主要通过打孔卡片、终端机等方式进行。
随着计算机性能的提升和硬件设备的更新换代，人机交互方式也得到了改进和创新。
从命令行操作到图形界面，再到触摸屏、语音识别、手势识别等技术的引入，人机交互技术不断演进，为用户提供了更加便捷和直观的操作体验。
二、应用场景人机交互技术广泛应用于各个领域。
在电子商务领域，用户通过鼠标、键盘等设备与网页进行交互，方便进行浏览、购物等操作。
在教育领域，交互式白板、虚拟实境等技术被应用于教学过程中，提升了学生的学习兴趣和互动性。
在医疗领域，借助人机交互技术，医生可以通过手术机器人进行微创手术，提高手术精确度和安全性。
在娱乐领域，虚拟现实、增强现实等技术为用户提供了沉浸式的娱乐体验。
三、技术形式人机交互技术采用了多种技术手段和形式。
触摸屏技术是目前应用最广泛的人机交互方式之一，用户可以通过手指触摸屏幕来进行操作。
语音识别技术则通过识别用户的语音指令，将其转化为计算机可以理解的指令，实现语音交互。
手势识别技术基于摄像头或传感器，通过识别用户的手势动作来进行交互。
虚拟现实和增强现实技术则通过仿真和投影等手段，创造出虚拟的交互环境。
四、未来趋势未来的人机交互技术将呈现多样化和个性化的发展趋势。
随着人工智能技术的不断发展，机器学习、自然语言处理等技术将进一步提升人机交互的智能化水平。
智能音箱、人脸识别、智能家居等技术将更加贴近人们的日常生活。
同时，虚拟现实和增强现实技术也将得到进一步应用和发展，为用户提供更加沉浸式和真实的交互体验。
(优选)人机交互技术
由于引入了图标、按钮和滚动条技术， 大大减少键盘输入，提高了交互效率。
基于鼠标和图形用户界面的交互技术极 大地推动了计算机技术的普及。
5.3.1图形用户界面的主要思想
}
public static void main(String args[]) throws Exception{
boolean quit=false;
char ch;
do {
display_mainmenu();
ch = (char)System.in.read();
switch (ch)
文本菜单的设计
设计基于文本菜单的系统主要包括两方 面的工作：菜单的生成和显示，内部流 程的控制及错误处理。
【例4-2】图书管理程序的主菜单的Java语言代码。
import java.io.*;
public class MenuDemo{
static void display_maintenace_menu() {
以符号为主的字符界面 以视觉感知为主的图形用户界面 兼顾听觉感知的多媒体用户界面 综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实技术
5.1人机交互技术概述
人机交互技术发生的历史及发展趋势
根据人机界面中的信息维度，人机交互技术 可以分为：
一维信息(主要指文本流，如早期电传式终端) 二维信息(主要是二维图形技术，利用了色彩、
（优选）人机交互技术
人机交互技术编写组
1
5.1人机交互技术概述
人机交互技术发生的历史及发展趋势
根据根据用户界面中信息载体的类型
《人机交互技术》教学大纲
《人机交互技术》教学大纲一、课程基本信息二、课程性质、地位和任务本课程是计算机科学与技术专业选修课。
人机交互及人机界面的研究是计算机科学与心理学（动机心理学、认知心理学）两大科学相结合的产物，是国际上最为活跃的研究方向之一。
计算机是人类有史以来发明的最复杂的工具，给人造成了巨大的脑力负担、学习困难、严重事故、大量职业病等问题。
“对用户友好”的设计理念是人机界面设计进入新的发展阶段的标志。
本课程主要是研究“以人为本”的人机交互，有效地解决由于界面所带来的用户使用问题，这也是当前普遍性问题和难点性问题。
三、课程基本要求1．理解并掌握人机界面设计的基本概念、基本理论。
2．能够使用各种交互设备、掌握各种交互技术；能够对人机交互界面做出正确可用性评估；能够完成对人机交互界面的建模及实现相应地人机交互界面。
通过本课程的学习使学生掌握人机交互的研究对象、研究内容，建立正确的认知观；学会各种交互设备的使用、理解并掌握各种交互技术；理解并掌握可用性分析原理并对界面的可用性做出正确的评估；理解并掌握人机交互界面的表示模型及软件结构。
四、课程内容及学时分配第1章绪论1.1 什么是人机交互1.2 人机交互的研究内容1.3 人机交互的发展历史1.4 人机交互的应用教学目的与要求：掌握人机交互的基本概念；理解人机交互的研究内容；了解人机交互的形成与发展过程；了解人机交互的应用；重点：人机交互的基本概念，人机交互的研究内容；难点：人机交互的研究内容；第2章感知和认知基础2.1 人的感知2.2 认知过程与交互设计原则2.3 概念模型及对概念模型的认知2.4 分布式认知教学目的与要求：理解人的视觉，听觉，触觉认知；掌握认知过程与交互设计原则；掌握概念模型及对概念模型的认知；理解分布式认知的概念；理解分布式认知理论特征；链接分布式认知在人机交互中的应用；重点：人的感知、认知过程与交互设计原则、概念模型；难点：概念模型，分布式认知；第3章交互设备3.1 输入设备3.2 输出设备3.3 虚拟现实交互设备3.4 交互设备的整合应用教学目的与要求：会使用文本、图像、指点等输入设备；会使用显示器、打印机、语音交互设备；了解虚拟现实交互设备；了解三维空间定位设备、三维显示设备；理解交互设备的整合应用；重点：指点输入设置、语音交互设置和虚拟现实系统中的交互设置；难点：虚拟现实系统中的交互设置的使用，交互设备的整合应用；第4章交互技术4.1 人机交互输入模式4.2 基本交互技术4.3 图形交互技术4.4 语音交互技术4.5 笔交互技术教学目的与要求：掌握人际交互输入模式；掌握基本交互技术；理解语音交互技术；了解笔交互技术；重点：人机交互输入模式，基本交互技术，语音交互技术；难点：基本交互技术，语音交互技术，笔交互技术；第5章界面设计5.1 界面设计原则5.2 理解用户5.3 设计流程5.4 任务分析5.5 以用户为中心的界面设计掌握图形用户界面的主要思想掌握图形用户界面设计的一般原则理解用户的含义掌握图形用户界面的设计流程；会对任务进行分析；了解以用户为中心的界面设计重点：图形用户界面的设计原则，图形用户界面的设计流程，任务分析；难点：以用户为中心的界面设计；第6章人机交互界面表示模型与实现6.1 人机交互界面表示模型6.2 界面描述语言6.3 窗口系统6.4 用户界面管理系统教学目的与要求：掌握人机交互界面表示模型：行为模型、结构模型；掌握行为模型和结构模型的转换；理解表现模型；掌握窗口系统结构；掌握交互事件处理；理解交互组建开发包；了解MVC模型及Struts结构；重点：交互事件处理，交互组建开发包，人机交互界面表示模型：行为模型、结构模型；难点：MVC模型及Struts结构；第7章 Web界面设计7.1 Web界面及相关概念7.2 Web界面设计原则7.3 Web界面要素设计7.4 Web界面基本设计技术7.5 Web3D界面设计技术教学目的与要求：理解Web界面及相关概念；掌握Web界面设计原则；理解Web界面要素设计；掌握Web界面基本设计技术：HTML、JavaScript、JavaApplet；了解Web3D界面设计技术：VRML、Java3D；重点： Web界面要素设计，Web界面基本设计技术：HTML、JavaScript、JavaApplet；难点：Web3D界面设计技术：VRML、Java3D；第8章移动界面设计8.1移动设备及交互方式8.2移动界面设计原则8.3移动界面要素设计8.4移动界面设计技术与工具8.5移动界面的设计实例教学目的与要求：了解移动设备及其交互方式；掌握移动界面的基本概念；掌握移动界面的设计方法和具体实现；重点：移动界面的基本概念、设计方法；难点：移动界面的设计方法；第9章可用性分析与评估9.1可用性与可用性工程9.2支持可用性的设计原则9.3可用性评估9.4可用性评估案例教学目的与要求：掌握可用性的基本概念；掌握支持可用性的设计原则；会运用可用性设计原则对界面进行正确的评估；重点：重点讲解支持可用性的设计原则；难点：支持可用性的设计原则；五、课时分配表六、课程教材及主要参考资料教材：孟祥旭，李学庆，杨承磊.人机交互基础教程（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2010.参考书：[1] Alan Dix.Human-Computer Interaction[M].北京：电子工业出版社，2003.[2] 李乐山.人机界面设计[M].北京：科学出版社，2004.[3] Jennifer Preece.交互设计——超越人机交互[M].北京：电子工业出版社，2003.[4] 董士海.人机交互和多通道用户界面[M].北京：清华大学出版社，2003.七、课程考核方式及成绩评定考核形式采用开卷，期末总评成绩为平时成绩（含考勤）占50%，期末成绩占50%。
人机交互技术课件(完整版)
人机交互技术课件第一部分：引言人机交互技术，顾名思义，就是指人与计算机之间的交互方式。
这种交互方式包括我们日常生活中使用的计算机、手机、平板电脑等各种设备。
随着科技的发展，人机交互技术也在不断地进步，使得我们与计算机之间的交互变得更加自然、便捷。
人机交互技术的发展历程人机交互技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
当时，计算机主要用于科学计算，用户通过键盘输入数据和命令，计算机输出结果。
这种交互方式被称为命令行界面（CLI）。
随着计算机技术的不断发展，图形用户界面（GUI）逐渐取代了CLI，使得用户可以通过鼠标和键盘与计算机进行交互。
随后，触摸屏、语音识别、手势识别等技术不断涌现，使得人机交互变得更加多样化和自然。
人机交互技术的应用领域人机交互技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、虚拟现实、智能交通、医疗健康等。
在智能家居领域，用户可以通过语音控制家中的电器设备，如灯光、空调、电视等。
在虚拟现实领域，用户可以通过头戴设备与虚拟世界进行交互，体验更加真实的虚拟现实体验。
在智能交通领域，人机交互技术可以用于自动驾驶汽车的导航和驾驶控制。
在医疗健康领域，人机交互技术可以用于医疗设备的操作和监控。
人机交互技术的未来展望人机交互技术是计算机科学中一个重要的研究领域，它的发展和应用已经深刻地改变了我们的生活方式。
随着科技的不断进步，人机交互技术将继续发展，为我们的生活带来更多的便利和乐趣。
人机交互技术的发展趋势1. 自然语言处理：自然语言处理（NLP）技术的发展将使得计算机能够更好地理解和处理人类语言。
这将使得用户与计算机之间的交互更加自然和流畅，用户可以通过语音与计算机进行交流，无需使用键盘和鼠标。
2. 机器学习：机器学习技术的发展将使得计算机能够更好地学习和适应用户的需求。
通过分析用户的行为和偏好，计算机可以提供更加个性化的服务和推荐。
3. 增强现实和虚拟现实：增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的发展将使得用户能够与虚拟世界进行更加沉浸式的交互。
人机交互：第4章 人机交互技术--2
国际上表情分析与识别的研究工作可以分为基于心理学的和基于 计算机识别的两类。
计算机表情识别的难点
• 建立人脸表情模型和情绪分类，并把它们同面部特征与表情 的变化联系起来。人脸是一个柔性体而不是刚体，不能用经 典的几何模型来进行识别分类，很难把脸部运动和表情变化联 系起来，根据表情图像序列的特点建立的动态表情模型才是 一个完整的动态表情过程的描述。
表情识别方法分类
在具体的表情识别方法上，主要有：
• 几何特征法 • 整体识别法 • 局部识别法 • 形变提取法 • 运动提取法
几何特征法
• 人脸由眼睛、鼻子、嘴巴、下巴等部件构成，正因为这些部件 的形状、大小和相对位置的各种变化才使得人脸表情千差万别， 因此对这些部件的形状和结构关系变化的几何描述，可以作为 人脸表情识别的重要特征。
上述分类方法不是严格独立，它们只是从不 同侧面来提取所需要的表情特征，都只是提 供了一种分析表情的思路，相互联系，相互 影响。
有很多种方法是介于两者甚至是三者之间。 例如面部运动编码系统法是局部法的一种， 同时也是从脸部运动上考虑的。
HMM动态人脸表情识别
人脸表情图像库
暂时没有一个很全面的标准图像表情库
(3)对于人脸表情的各种特征表达方法需要进行比较和选 择，要找出合适的人脸表情特征表达方法。
2)图像的分辨率：高分辨率的图像能更多反映图像的细节， 对面部表情识别而言，细节方面很重要，不仅有的算法就 是从细节入手，而且还因为各种算法本身都是基于ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节上 的差别的，比如说眼角的上翘，眉毛的变化等等；
3)对人脸表情特征的有效选择：不同的算法提取的特 征数是不一样的，从几十个(FACS，Gabor小波)到几百 个(PCA)，这样怎样选取能有效表达人脸面部表情的特 征就十分重要。它涉及到算法效率和速度；
第4章人机交互接口技术
3. 1．3 矩阵键盘接口技术
④ 为保证键每闭合一次，CPU只作一次处理， 程序中需等闭合键释放后才对其进行处理。 完成上述任务的程控扫描程序流程图， 如图3-6所示。
微机控制技术
图3—6 程控扫描法程序流程图 微机控制技术
• ORG
0200H
• KEYPRO：ACALL DISUP
•
ACALL KEXAM
图3.4 操作功能键硬件接线
微机控制技术
3．1．2 少量功能键接口技术
分析: ·按键 SB7～SB0 各具一种功能。 ·全开时，对应的各条列线全部为高电平， 使 74LS30 输出 0，反向后为 1，不产生中断。 ·其中某键被按下， IN端T0 变作高电平，申请中断。 ·CPU 响应后， 用查询的方法找出被按下的功能键。 再通过软件查找出功能键服务程序的入口地址。 ·查询的过程决定了键功能的优先权。
•
CPL
A
•
ANL A,0FFH
•
RET
；计算键值 ；存键值 ；转查找功能键入口地址子程序
；延时10ms子程序
；指向C口 ；输出使所有行均为低电平 ；指向A口 ；读入列值数据
• 求功能键地址转移程序 • 图3.7 求功能键地址转移程序的流程图
• ORG • KEYADR： • • • KYARD1： • KEYTBL： • • • • • BUFF
微机控制技术
3．1．2 少量功能键接口技术
设计思路 ·对于具有少量功能键的系统， 多采用相互独立的接口方法， 即每个按键接一根输入线， 各键的工作状态互不影响。 ·采用硬件中断或软件查询方法均可实现其键盘
接口。 采用中断方式接口的硬件电路图，如图3.4所示。
微机控制技术
人机交互技术原理解析
人机交互技术原理解析第一章：人机交互的定义和发展历程人机交互技术是指人类与计算机系统之间进行信息交流与实时互动的过程。
该技术的发展可以追溯到20世纪50年代，当时计算机还处于早期阶段，人机交互主要是通过命令行界面进行的。
随着计算机硬件和软件的进步，人机交互逐渐向图形用户界面（GUI）发展，便于用户通过可视化的方式与计算机进行交互。
近年来，随着社会信息化进程的加速，人机交互技术得到了迅猛发展，涌现出了许多新兴的交互方式和技术。
第二章：人机交互技术的基本原理人机交互技术的基本原理包括输入和输出两个方面。
在输入方面，人机交互技术主要通过设备和传感器来实现信息的获取，如键盘、鼠标、触摸屏、摄像头等。
这些设备和传感器能够将人类的输入行为转化为计算机能够理解的信号。
在输出方面，人机交互技术通过显示器、扬声器、触觉反馈等手段将计算机处理后的信息以可感知的形式呈现给用户。
这些基本原理为不同的人机交互技术提供了基础。
第三章：传统人机交互技术传统人机交互技术是指常见的、经过多年发展的交互方式。
在这一章中，我们将重点介绍键盘、鼠标和触摸屏等主要的传统人机交互技术。
键盘作为最为常见的输入设备，通过敲击按键来输入字符和命令。
鼠标作为指针设备，通过移动光标来选择和操控。
触摸屏则是一种通过手指触碰屏幕进行交互的技术，广泛应用于智能手机、平板电脑等移动设备上。
第四章：新兴人机交互技术随着科技的不断进步，新兴人机交互技术不断涌现，并且呈现出多样化的形式。
这一章我们将重点介绍语音识别、手势识别和虚拟现实等新兴人机交互技术。
语音识别技术能够将用户的语音指令转化为计算机可理解的信号，实现语音控制的功能。
手势识别技术通过摄像头或传感器对用户的手势进行识别，实现手势操作的功能。
虚拟现实技术通过头戴式设备和交互控制器，将用户置身于虚拟的三维环境中，实现身临其境的交互体验。
第五章：人机交互技术的应用领域人机交互技术在各个领域都有广泛的应用。
本章将介绍人机交互技术在教育、医疗、游戏和智能家居等领域的具体应用。
人机智能交互技术手册
人机智能交互技术手册第一章介绍人机智能交互技术是指通过人机之间的信息传递和交流，使得计算机系统能够理解和响应人类的自然语言、姿势、表情等多种输入方式，以及智能化地提供各种形式的输出反馈。
本手册将介绍人机智能交互技术的原理、应用领域以及相关技术。
第二章技术原理人机智能交互技术的实现依赖于多个关键技术原理，包括自然语言处理、计算机视觉、机器学习等。
下面分别介绍这些原理。
2.1 自然语言处理自然语言处理是人机智能交互技术的基础。
它涉及到计算机对自然语言进行分析和处理的能力。
包括自动语音识别、自动语音合成、机器翻译等子领域。
2.2 计算机视觉计算机视觉是指计算机对图像和视频进行理解和分析的能力。
它可以通过图像识别、目标检测、人脸识别等算法，实现人机交互中对姿势、表情等视觉输入的解析。
2.3 机器学习机器学习是指计算机通过学习数据和模式，改善性能，并自动调整和优化算法的能力。
在人机智能交互技术中，机器学习可应用于语义理解、用户行为预测等方面，提高系统的智能性。
第三章应用领域人机智能交互技术在各个领域都有广泛的应用。
以下是其中几个主要领域的介绍。
3.1 智能助理智能助理是人机智能交互技术的一种应用，通过语音识别和自然语言处理等技术，能够与用户实现自然对话，并根据用户需求提供各种帮助和服务。
3.2 智能家居智能家居系统利用人机智能交互技术，使得家居设备能够根据用户指令和习惯进行自动化控制。
用户可以通过语音或手势等方式与智能家居系统交互，实现智能化管理和控制。
3.3 虚拟现实虚拟现实技术结合了人机智能交互技术和计算机图形学等技术，为用户提供身临其境的虚拟体验。
用户可以通过语音、手势等方式与虚拟环境进行互动，增强沉浸感。
3.4 智能医疗智能医疗利用人机智能交互技术，改善医疗服务的效率和质量。
通过语音识别和自然语言处理等技术，医生可以与电子病历系统进行语音交互，提高诊断和治疗的准确性。
第四章技术发展和挑战人机智能交互技术在不断发展中，但也面临一些挑战。
人机交互技术
人机交互技术人机交互技术2010-11-29 15：14人机交互技术人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques)是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。
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。
1.WIMP界面的形成Xeror Palo研究中心于70年代中后期研制出原型机Star,形成了以窗口(Windows)、菜单(Menu)、图符(Icons)和指示装置(Pointing Devices)为基础的图形用户界面,也称WIMP界面。
Apple最先采用了这种图形界面,斯坦福研究所60年代的发展计划也对WIMP界面的发展产生了重要的影响。
该计划强调增强人的智能,把人而不是技术放在了人机交互的中心位置。
该计划的结果导致了许多硬件的发明,众所周知的鼠标就是其中之一。
2.WIMP界面面临的问题和发展多媒体计算机和VR系统的出现,改变了人与计算机通信的方式和要求,使人机交互发生了很大的变化。
在多媒体系统中继续采用WIMP界面有其内在的缺陷：随着多媒体软硬件技术的发展,在人机交互界面中计算机可以使用多种媒体,而用户只能同时用一个交互通道进行交互因而从计算机到用户的通信带宽要比从用户到计算机的大得多,这是一种不平衡的人-计算机交互。
虚拟现实技术除了要求有高度自然的三维人机交互技术外,由于受交互装置和交互环境的影响,不可能也不必要对用户的输入做精确的测量,而是一种非精确的人机交互。
三维人机交互技术在科学计算可视化和三维CAD系统中占有重要的地位。
基于WIMP技术的图形用户界面,从本质上讲,是一种二维交互技术,不具有三维直接操作的能力。
人机交互技术
人机交互技术人机交互技术是指通过各种技术手段来实现人与计算机之间的交流与互动。
随着计算机科学的快速发展和计算机普及程度的提高，人机交互技术逐渐成为一门重要的学科，并在各个领域得到广泛应用。
本文将从人机交互技术的定义、发展历程以及在不同领域的应用方面进行探讨。
一、定义与发展历程1. 定义人机交互技术（Human-computer interaction, HCI）是计算机科学与心理学、人类学等学科交叉融合的产物，是研究人与计算机之间界面设计、信息交流和操作行为的学科。
通过研究人的认知心理和计算机的技术手段，人机交互技术旨在提高计算机系统的易用性、交互效率和用户满意度。
2. 发展历程人机交互技术的发展可以追溯到20世纪60年代，那时计算机还处于早期阶段，用户与计算机之间的交互主要通过命令行界面进行。
随着计算机硬件和软件技术的不断进步，1968年英国科学家道格拉斯·恩格巴特提出了“桌面元素”。
这一概念将计算机操作界面与现实生活中的办公桌类比，使用户可以直观地与计算机进行交互。
20世纪70年代至80年代初，图形用户界面（Graphical User Interface, GUI）的出现进一步改变了人机交互方式。
1984年，苹果公司发布了第一台配备GUI的个人电脑Macintosh，使计算机操作更加直观、便捷。
到了20世纪90年代，随着互联网的发展，人机交互技术进入了一个新的发展阶段。
互联网的普及使得人们可以通过浏览器等客户端软件与计算机进行交互，互联网应用也呈现出多样化的形态。
二、人机交互技术在不同领域的应用1. 教育领域人机交互技术在教育领域的应用已经成为教育改革的重要组成部分。
通过利用计算机、多媒体技术、虚拟现实等手段，教育工作者可以设计出更具有吸引力和互动性的教学资源，提高学生的学习兴趣和参与度。
同时，人机交互技术还可以为教育工作者提供个性化教学方案和学生学习情况的实时反馈。
2. 娱乐领域人机交互技术在娱乐领域广泛应用，如电子游戏、虚拟现实游戏等。
人机交互技术-最终版.
表示复杂语义、抽象语义比较困难。
设计图形用户界面的原则
一般性原则：
1. 界面要具有一致性 2. 常用操作要有快捷方式
为常用操作设计快捷方式，不仅会提高用户的工作效
率，还使界面在功能实现上简洁而高效。
3. 提供简单的错误处理
在出现错误时，系统应该能检测出错误，并且提供简
单和容易理解的错误处理功能。
WIMP 界面 击键/指点 应用例程
用 户
手
眼
窗口、图标 菜单、文本
图4-2 WIMP界面概念模型
图形用户界面是当 前用户界面的主流， 广泛应用于各档台 式计算机和图形工 作站。
图形用户界面
图形用户界面的共同特点是以窗口管理系统为核 心，使用键盘和鼠标作为输入设备。
窗口管理系统除了基于可重叠多窗口管理技术外，广
图书管理程序的 主菜单的Java语 言代码
图形用户界面
图形用户界面又称为WIMP界面——是第二代人机 界面，是基于图形方式的人机界面。
图形用户界面由窗口(windows)、图标(icons)、菜单 (meum)、指点设备(pointing device)四位一体，形成桌面 (desktop)，输出可以为静态或动态的二维图形或图像。
应用程序最终产生的结果是一致的，人们可以对
于最后的输出结果有直观的认识。
弊端：
如果屏幕的空间或颜色的配置方案与硬件设备所提供
的配置不一样，在两者之间就很难产生正确的匹配。
完全的WYSIWYG也可能不适合某些用户的需要。
图形用户界面的主要思想
直接操纵：是指可以把操作的对象、属性、 关系显式地表示出来，用光笔、鼠标、触摸 屏或数据手套等指点设备直接从屏幕上获取 形象化命令与数据的过程。
人机智能交互技术概述
人机智能交互技术概述人机智能交互技术是指通过智能设备与计算机系统之间的交互，使得人们能够更便捷地与计算机进行沟通和操作。
具体而言，它包括了语音识别、手势识别、面部识别、虚拟现实等多种技术，旨在提高计算机与人之间的互动体验，并使得计算机能够更好地理解和满足人们的需求。
本文将从不同角度对人机智能交互技术进行概述。
一、语音识别技术语音识别技术是指将人的语音输入转化为计算机可以理解的文本或命令的一种技术。
它能够通过识别人的声音并将其转换为文本，从而实现语音控制与交互。
语音识别技术的应用非常广泛，比如智能助理、智能家居等。
随着机器学习和深度学习技术的不断发展，语音识别技术在准确性和稳定性方面也得到了很大的提升。
二、手势识别技术手势识别技术是指通过感应设备对人的手势进行识别，从而实现对计算机的控制。
这种技术可以节省人们的物理操作，提供更加自然和直观的交互方式。
比如，在虚拟现实领域，手势识别技术使得人们能够通过手势操作虚拟世界中的物体，增加了沉浸感和交互性。
手势识别技术的发展为人机交互带来了更广阔的应用空间。
三、面部识别技术面部识别技术是指通过摄像头等设备对人的面部特征进行识别和分析。
它可以用于人脸解锁、人脸支付等场景，提供了一种便捷、安全的身份验证方式。
面部识别技术的核心是提取和比对人脸的特征信息，然后与数据库中的信息进行匹配，确定身份的真实性。
虽然面部识别技术在保护用户隐私和数据安全方面面临一些挑战，但其在商业、政府等领域的应用前景广阔。
四、虚拟现实技术虚拟现实技术是指通过计算机生成的虚拟环境，使用户能够身临其境地感受到其中的场景与体验。
虚拟现实技术通过头戴式显示设备、手柄等设备，提供了一种全新的交互方式。
用户可以在虚拟现实中进行游戏、培训等活动，与虚拟场景进行互动。
虚拟现实技术的发展为人们带来了更加逼真且身临其境的交互体验，而人机智能交互技术的不断进步也使得虚拟现实能够更好地与人们进行互动。
结语人机智能交互技术以其方便、高效和智能的特点，为人类的生活和工作带来了许多便利。
计算机科学中的人机交互技术
计算机科学中的人机交互技术第一章什么是人机交互技术人机交互技术是计算机科学中的一个分支，主要研究人与计算机之间如何进行有效的交互和信息传递，以及如何设计更加人性化的计算机系统和应用程序。
人机交互技术不仅仅是为了让人们更加容易地使用计算机，也是为了让计算机更加理解人类的行为和需求，从而面向真正的人机协同工作进行研究和应用。
第二章人机交互技术的应用领域人机交互技术广泛应用于各种计算机应用领域，包括但不限于以下几个方面：1.界面设计：人机交互技术的界面设计是人们使用计算机的第一接触，一个好的界面设计可以使人们更加愉悦地使用计算机，并提高工作效率。
2.虚拟现实：人机交互技术在虚拟现实领域的应用，可以让人们更加身临其境地体验虚拟世界。
3.智能家居：人机交互技术可以把家居设备联网，人们只需要通过手机等智能设备就可以远程控制家里的设备，享受智能家居的便利。
4.人机协同：人机交互技术可以让计算机系统更加智能化，为人类提供更加精准的服务，从而达到人机协同工作的目的。
第三章人机交互技术的设计原则在人机交互技术的设计之中，有几个原则需要被遵循，以确保交互过程的有效性和人性化：1.易用性：在设计人机交互界面时，应该考虑到用户的使用习惯和心理特点，从而设计出易于使用和理解的界面。
2.可靠性：在设计计算机系统时，应该考虑到在各种情况下的可靠性，而不是只关注设计的效果。
3.可扩展性：在设计系统时，应该采用可扩展性的设计原则，使得系统可以做到可持续性发展，而不是一旦需要扩展就不得不重新开始设计。
4.安全性：在设计交互系统时，安全性是至关重要的，要保护用户的隐私和数据安全。
5.可定制性：在设计用户交互界面时，应该考虑到用户的个性化需求，并提供相应的定制功能。
第四章目前人机交互技术的发展趋势目前，人机交互技术的研究正在不断发展。
以下是当前人机交互技术的一些趋势：1.自然语言处理：自然语言处理是人机交互技术的一项重要技术，它可以使计算机更好地理解人类的语言，实现更加自然的交互。
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4.5 笔交互技术
手写识别技术是笔交互中的一种基本技术， 目前已经嵌入到各种设备中，得到广泛应 用。
手写体识别的方法和识别率取决于对手写 约束的层次，这些约束主要是手写的类型、 写字者的数量、词汇量的大小以及空间的 布局。显然，约束越宽识别越困难。
• 英语的上下文相关建模通常以音素为 基元，由于有些音素对其后音素的影 响是相似的，因而可以通过音素解码 状态的聚类进行模型参数的共享。
4.5 笔交互技术
笔式输入具有连续性、使用笔的连续线条 绘制可以产生字符、手势或者图形等特点。
其优点是便于携带，输入带宽信息量大， 输入延迟小；
其缺点是翻译困难，再现精度低（用笔很 难画出两条完全一样的线条）。
第四章 交互技术
内容摘要
人机交互输入模式 基本交互技术 图形交互技术 语音交互技术 笔交互技术
4.1 人机交互输入模式
由于输入设备是多种多样的，而且对一个 应用程序而言，可以有多个输入设备，同 一个设备又可能为多个任务服务，这就要 求对输入过程的处理要有合理的模式。 • 请求模式(Request Mode) • 采样模式（Sample Mode） • 事件模式（Event Mode）
不同的是被拖动对象的形状和位置随着光 标位置的不同而变化。
• 不断地进行画图－擦除－画图的过程
4.3.4 橡皮筋技术
4.3.5 操作柄技术
操作柄技术可以用来对图形对象进行缩放、 旋转、错切等几何变换。
先选择要处理的图形对象，该图形对象的 周围会出现操作柄
移动或旋转操作柄就可以实现相应的变换。
• 输入设备和程序并行工作。 • 输入设备把数据保存到一个输入队列，也称为
事件队列，所有的输入数据都保存起来，不会 遗失。 • 应用程序随时可以检查这个事件队列，处理队 列中的事件，或删除队列中的事件。
4.1 人机交互输入模式
事件 图形包
检查事件调用 过程模块
应用程序 图4-3 事件模式
处理类型1事 件的过程
语音识别系统的组成-声学模型
隐马尔科夫模型HMM建模
• 马尔可夫模型是一个离散时域有限状态 自动机，
• 隐马尔可夫模型HMM是指这一马尔可夫 模型的内部状态外界不可见，外界只能 看到各个时刻的输出值。
语音识别系统的组成-声学模型
隐马尔科夫模型（Hidden Markov Model-HMM）建模
• 上下文相关建模方法在建模时考虑了 协同发音的影响。
• 协同发音是指一个音受前后相邻音的 影响而发生变化，从发声机理上看就 是人的发声器官在一个音转向另一个 音时只能逐渐变化，从而使得后一个 音的频谱与其他条件下的频谱产生差 异。
语音识别系统的组成-声学模型
上下文相关建模
• 上下文相关模型能更准确地描述语音， 只考虑前一音的影响的称为Bi-Phone， 考虑前一音和后一音的影响的称为TriPhone。
系统通过记录文字图像抬笔、落笔、笔迹 上各像素的空间位置，以及各笔段之间的 时间关系等信息，对这些信息进行处理。
1. 联机手写识别
在处理过程中，系统以一定的规则提取信 息特征，
…
处理类型n事 件的过程
4.2 基本交互技术
定位 笔划 定值 选择 字符串
定位
确定平面或空间的一个点的坐标，是交互 中最基本的输入技术之一。
直接定位：用定位设备直接指定某个对象 的位置，是一种精确定位方式。
间接定位：通过定位设备的运动控制屏幕 上的映射光标进行定位，是一种非精确定 位方式。其允许指定的点位于一个坐标范 围内，一般用鼠标等指点设备配合光标来 实现。
• 语音识别中使用HMM通常是用从左向右 单向、带自环、带跨越的拓扑结构来对 识别基元建模，
• 一个音素就是一个三至五状态的HMM， • 一个词就是构成词的多个音素的HMM串
行起来构成的HMM， • 而连续语音识别的整个模型就是词和静
音组合起来的HMM。
语音识别系统的组成 -声学模型
上下文相关建模
4.1 人机交互输入模式
采样模式 • 输入设备和应用程序独立地工作。 • 输入设备连续不断地把信息输入进来， 信息的输入和应用程序中的输入命令无 关。
4.1 人机交互输入模式
采样模式 • 应用程序在处理其它数据的同时，输入 设备也在工作，新的输入数据替换以前 的输入数据。 • 当应用程序遇到取样命令时，读取当前 保存的输入设备数据。
4.1 人机交互输入模式
采样模式 • 优点：这种模式对连续的信息流输入比 较方便，也可同时处理多个输入设备的 输入信息。 • 缺点：当应用程序的处理时间较长时， 可能会失掉某些输入信息。
程序工作 数据采样
数据 缓存区
输入设备 工作
数据生成
图4-2 采样模式的工作过程
4.1 人机交互输入模式
事件模式
对定位的约束（网格吸附）
Adobe Photoshop 网格线
几何约束
方向约束
• 例如要绘的垂直或水平方向的线，当给定的起 点和终点连线和水平线的交角小于45°时，便 可绘出一条水平线，否则就绘垂直线。绘制印 刷线路板、管网图或地籍图时非常有用。
• 在Word绘图中，通过锁定纵横比，在拖动线 段一个端点时，线段只是沿原来方向放缩
语音识别系统组成-语音特征提取
语音特征提取 • 从语音信号中提取语音的特征，既可以 获得语音的本质特征, 也起到数据压缩的 作用。 • 输入的模拟语音信号首先要进行预处理， 包括预滤波、采样和量化、加窗（边频衰 减慢，频谱泄漏 ）、端点检测、预加重等。
语音识别系统组成-声学模型
声学模型 • 声学模型对应于语（模式）进行匹配与比较，得到最佳的 识别结果。 • 目前采用的最广泛的建模技术是隐马尔 科夫模型HMM建模和上下文相关建模。
将人的视线规定为平行投影线，然后正对 着物体看过去，将所见物体的轮廓用正投 影法绘制出来该图形称为视图。
三视图
一个物体有六个视图：从物体的前面向后 面投射所得的视图称主视图（正视图）— —能反映物体的前面形状，
从物体的上面向下面投射所得的视图称俯 视图——能反映物体的上面形状，
从物体的左面向右面投射所得的视图称左 视图（侧视图）——能反映物体的左面形 状，
• 键盘 Ctrl+A • 鼠标
选择
字符串
键盘是目前输入字符串最常用的方式，现 在用写字板输入字符也已经很流行。
4.3 图形交互技术
几何约束 引力场 拖动 橡皮筋技术 操作柄技术 三维交互技术
直接操作，三维Widgets，三视图输入
4.3.1 几何约束
几何约束可以用于对图形的方向、对齐方式 等进行规定和校准。
几何约束
4.3.3 拖动
要把一个对象移动到一个新的位置时，如 果我们不是简单地用光标指定新位置的一 个点，而是当光标移动时拖动着被移动的 对象，这样会使用户感到更直观，并可使 对象放置的位置更恰当。
拖动有图形模式和图像模式
4.3.4 橡皮筋技术
橡皮筋技术（Rubber Band）是拖动的另 一种形式
2. 三维Widgets
1992年美国Brown大学计算机系提出三维 Widget设计原则：
三维Widget的几何形状应能表示其用途 （eg:一个用来扭曲物体的Widget，最好 本身就是一个扭曲的物体）；
2. 三维Widgets
适当选择Widget控制的自由度---由于三维 空间有六个自由度，有时会使三维交互操 作变得过于复杂，因此在用户使用某种 Widget时，可以固定或者自动计算某些自 由度的值
3. 三视图输入
把直线段上两端点在三视图上输入后便可 决定三维空间的一条直线；
把一个面上的各顶点在三视图上输入后， 也唯一确定了三维空间中的一个面；
如果把一个多面体上的各面均用上述方法 输入，也就在三维空间中输入了一个多面 体。
4.4 语音交互技术
是以语音合成和语音识别两项技术为基础 的语音交互技术，支持用户通过语音与计 算机交流信息。
4.3.5 操作柄技术
4.3.6 三维交互技术
三维交互技术采用六自由度输入设备。 所谓六自由度，指沿三维空间X、Y、Z轴
平移和绕X、Y、Z轴旋转 而现在流行的用于桌面型图形界面的交互
设备，如鼠标、轨迹球、触摸屏等只有两 个自由度(沿平面X、Y轴平移)。
4.3.6 三维交互技术
存在的问题： 由于自由度的增加，使三维交互的复杂性
三视图
还有其它三个视图不是很常用。 三视图就是主视图（正视图）、俯视图、
左视图（侧视图）的总称。
3. 三视图输入
在不具备三维交互设备的情况下，可以借 助三视图输入技术，用二维输入设备在一 定程度上实现三维的输入。
如果输入一个三维点，只要在两个视图上 把点的对应位置指定后便唯一确定了三维 空间中的一个点；
2. 三维Widgets
根据三维用户界面的用途确定Widget的功 能。例如，用于艺术和娱乐的三维用户界 面的Widget，只要能够完成使画面看起来 像的操作就可以了，而用于工业设计和制 造的用户界面，则必须保证交互操作参数 的精确性。
三视图
三视图是观测者从三个不同位置观察同一 个空间几何体而画出的图形。
3DS Max中的精确定位
笔划
笔划输入用于输入一组顺序的坐标点。它 相当于多次调用定位输入，输入的一组点 常用于显示折线或作为曲线的控制点。
定值
定值（或数值）输入用于设置物体旋转角 度、缩放比例因子等
选择
选择是在某个选择集中选出一个元素，通 过注视、指点或接触一个对象，使对象成 为后续行为的焦点，是操作对象时不可缺 少的一部分。
大大提高 窗口、菜单、图符和传统的二维光标在三
维交互环境中会破坏空间感，用户难以区 分屏幕上光标选择到对象的深度值和其他 显示对象的深度值，使交互过程非常不自 然。