人机交互课件(清华大学出版)第1章 绪论

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是人机双向信息交换的支持软件和硬件。
交互设计(Interaction Design)指的是“设计支持人们日常 工作与生活的交互产品”,具体的讲就是关于创建新的用户体验的 问题,其目的是增强和扩充人们工作、通讯及交互的方式。
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1.2人机交互与其他学科的关系
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相互
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6. Web设计(Web-Interactห้องสมุดไป่ตู้on)
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。 7. 移动界面设计(Mobile and Ubicomp) 移 动 计 算 ( Mobile Computing ) 、 普 适 计 算 ( Ubiquitous
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目前,人们除了致力于研究开发友好的用户界面,还发明了大 量的三维交互设备,如立体眼镜、WorkBench、头盔式显示器、洞
穴式立体显示器(CAVE)、墙式大屏幕立体显示器、数据服装、
位置跟踪器、眼动跟踪器、触觉和力反馈装置、三维扫描设备、三 维鼠标、三维跟踪球、三维游戏杆、数据手套等。 虚拟现实中的交互是虚拟现实核心研究内容之一,但人机交互并 不是虚拟现实的全部,复杂场景的建模、绘制等技术,也是虚拟现 实非常重要的研究内容。虚拟现实为人机交互的研究提供了很好的 契机和媒介,但并不是唯一的媒介,手机、PDA、笔记本电脑等移
可用性的评估方法等。 3. 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,多通道整合是多通道用户界面研究的重点和难点。
更大的吸引力,有利于人对信息的主动探索而不是被动接受。
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另外,由于多媒体所带来的信息冗余性,重复使用别的媒体或
并行使用多种媒体可消除人机通信过程中的多义性及噪声。多媒体
技术丰富了信息的表现形式,不过目前多媒体技术的研究基本上限 于信息的存储和传输方面,而对于媒体信息理解的研究并不充分。 与人工智能技术结合,开展媒体理解和推理研究将改变这种现状。 另一方面,多通道人机交互研究的兴起,将进一步提高计算机的信 息识别、理解能力,提高人机交互的效率和用户友好性,将人机交 互技术和用户界面设计引向更高境界。
级语言的发展过程。这个过程也可以看作早期的人机交互的一个发 展过程。
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早期的人机交互是通过命令语言进行的,人机之间通过语言中 的输入输出功能完成交互。最初,人机交互的方式是采用手工操作 输入机器语言指令(二进制机器代码)来控制计算机。这种形式很
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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,并将继续对信息技 术的发展产生巨大的影响。
人机界面(Human-Machine Interface,HMI)作为计算机系统
的重要组成部分,主要是指人类与计算机系统之间的通信方式,它
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主要解决有关人类思维与信息处理的有关问题,包括设计理论 、标准化、增强软件的可用性的方法等,使软件(计算机)与人的 对话能够满足人的思维模式与数据处理的要求,实现软件的高可用
性。同认知心理学一样,人机工程学也是人机交互技术的重要理论
基础。
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1.2.3多媒体技术
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8. 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。
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图1-2 人机交互三元素
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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
觉、味觉、嗅觉等感官在其中看、听、触、闻起来像真实的,以产 生身临其境的感觉的一种技术。虚拟现实技术有别于其他计算机应 用技术的三个鲜明特征:真实感、沉浸感和交互性。其中,自然和 谐的交互方式是虚拟现实技术的一个重要研究内容,其目的是使人 能以声音、动作、表情等自然方式与虚拟世界中的对象进行交互。
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一般的,多媒体技术是指将正文、声音、图形、静止图像、动 态图像等与计算集成在一起的技术。多媒体技术通过引入动画、音 频、视频等动态媒体,大大丰富了计算机表现信息的形式,拓宽了 计算机输出的带宽,提高了用户接受信息的效率,使人们可以得到
更直观的信息,从而简化了用户的操作,扩展了应用范围。
多媒体信息在人机交互中的巨大潜力主要在于它能提高人对信息 表现形式的选择和控制能力,同时也能提高信息表现形式与人的逻 辑和创造能力的结合程度,在串行、符号信息以及并行、联想信息 方面扩展人的信息处理能力。多媒体信息比单一媒体信息对人具有
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4. 认知与智能用户界面(Recognition and Intelligent User Interface) 智能用户界面(Intelligent User Interface,IUI)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
人机交互技术的发展。作为信息技术的重要内容,人机交互技术比
计算机硬件和软件技术的发展要滞后许多,已成为人类运用信息技 术深入探索和认识客观世界的瓶颈。因此,人机交互技术已成为21 世纪信息领域亟需解决的重大课题,引起了世界许多国家的高度重 视。
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在美国21世纪信息技术计划中,将软件、人机交互、网络、高性 能计算列为基础研究内容。美国国防关键技术计划也把人机交互列 为软件技术发展的重要内容之一。 我国“973”计划项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现” 中,将虚拟环境的真实感知与自然交互理论与方法作为信息技术中 需要解决的关键科学问题。
机交互的原理。该领域研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理解
来自周围环境的信息的感知过程,以及通过人脑进行记忆、思维、 推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。其中人脑的认 知模型——神经元网络及其模型,已经成为新一代计算机、人工智 能等领域中最热门的研究课题之一。认知心理学在人机界面设计方
面具有非常重要作用,是人机交互技术的重要理论基础。
第1章 绪论
主要介绍以下几个方面的内容:
l l l l 人机交互的概念 人机交互与其他相关学科的关系 人机交互的研究内容 人机交互的发展历史及趋势
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1.1 什么是人机交互
信息技术的高速发展对人类生产、生活带来了广泛而深刻的影 响。“上网冲浪”、“数码相机”、PDA、“优盘”、“彩屏手 机”、“蓝牙技术”等新产品、新概念层出不穷,不断冲击着人们 的视听。这些高科技成果为人们带来便捷、快乐的同时,也促进着
体系统则侧重于信息的表现,表现为在计算机的控制下产生、操纵
、表现、存储和传送—些独立的信息,这些信息至少是通过一种连 续或离散媒体进行编码的。
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1.2.4虚拟现实技术
虚拟现实(Virtual Reality,VR)就是借助于计算机技术及硬
件设备,建立高度真实感的虚拟环境,使人们通过视觉、听觉、触
硬件人机工程学,主要集中在对人体能力、人体限制及其他与设计 相关的人体特性信息的应用,以满足设计、分析、测试与评价、标 准 化 , 以 及 系 统 控 制 的 要 求 。 软 件 人 机 工 程 学 ( Software Ergonomics)研究软件和软件界面,侧重于运用和扩充软件工程的
理论和原理,对软件人机界面进行分析、描述、设计和评估等。
多通道和多媒体都蕴含了多种通信通道的使用,区别在于系统
内部信息所处的抽象层次的不同。多通道系统力求对语义的理解。
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它对用户的原始输入在较高的层次上进行解释、分析和综合, 提取语义内容,达到对用户的某种理解。然后,从较高的表现层次 上传达给用户最恰当的反馈,它侧重于信息的理解和解释。而多媒
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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(ACM SIGCHI,1992,第6页)。
狭义的讲,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。 对于前者,人们可以借助键盘、鼠标、操纵杆、数据服装、 眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等设备,用手、脚、 声音、姿势或身体的动作、眼睛甚至脑电波等向计算机传递信息; 对于后者,计算机通过打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器 (HMD)、音箱等输出或显示设备给人提供信息。
交叉和渗透,其关系如图1-1所示。
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多媒体技术
虚拟现实技术
人机交互技术
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
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1.2.1认知心理学
认知心理学(Cognitive Psychology)是20世纪50年代中期在 西方兴起的一种心理学思潮,在20世纪70年代成为西方心理学的一 个主要研究方向。它研究人的高级心理过程,主要是认识过程,如 注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等,从心理学的观点研究人
动设备,也需要更方便、快捷、人性化的交互手段。
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1.3人机交互的研究内容
人机交互的研究内容十分广泛,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,主要包括: 1. 人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。
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。
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1.4人机交互的发展历史及趋势
1.4.1发展历史 作为计算机系统的一个重要组成部分,人机交互一直伴随着计算 机的发展而发展。人机交互的发展过程,也是人适应计算机到计算
机不断地适应人的发展过程。它经历了几个阶段:
1. 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
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。
5. 虚拟环境(Virtual Environment)中的人机交互
“以人为本”的、自然和谐的人机交互理论和方法是虚拟现实的 主要研究内容之一。通过研究视觉、听觉、触觉等多通道信息融合 的理论和方法、协同交互技术以及三维交互技术等,建立具有高度 真实感的虚拟环境,使人产生“身临其境”的感觉。
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1.2.2人机工程学
人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关知识,研究人 、机器、环境相互间的合理关系,以保证人们安全、健康、舒适地 工作,从而提高整个系统工效的新兴边缘科学。在人机界面学处于 初创和奠基阶段的时候,人机工程学是最活跃、最主要的分支,曾
经对人机界面学的发展做出过很大的贡献。经典的人机工程学称为
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