人机交互

1.1什么是人机交互（HCI）是指关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，并围绕相关的主要现象进行研究的学科。

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。

人到计算机的信息交换是用手、脚、声音、姿势或身体的动作、视线甚至脑电波等像计算机传递信息，计算机到人的信息交换是用输出或显示设备向人们提供可理解的信息。

1.2人机交互的研究内容1.人机交互界面表示模型与设计方法
2.可用性分析与评估
3.多通道交互技术
4.认知与只能用户界面
5.群件
6.Web设计
7.移动界面设计
1.3人机交互的发展历史1.命令行界面交互阶段
2.图形用户界面交互阶段 *
3.自然和谐的人机交互阶段2.1人的感知：1.视觉 2.听觉 3.触觉
2.2影响认知的因素：
1）情感（积极的情感会使人的思想更有创造性、解决复杂问题的能力更强，而消极的情感使人的思考更加片面，还会影响其他方面的感知和认知能力）
2）人的个性差异
2.3对概念模型的认知：1.思维模型 2.信息处理模型
3.外部认知模型
3.1输入设备
1.文本输入设备（键盘、手写输入设备）
2.图像输入设备（二维扫描仪、数码摄像头）
3.三维信息输入设备（三维扫描仪、动作捕捉器）
4.指点输入设备（鼠标、
光笔、控件杆、触摸板、触
摸屏）
3.2输出设备：显示器、打
印机、语音交互设备
*3.3显示器的工作原理：显
示器是计算机的重要输出
设备，是人机对话的重要工
具。

它的主要功能是接受主
机发出的信息，经过一系列
的变换，最后以光的形式将
文字和图形显示出来。

3.4显示器的类型阴极射
线管显示器、液晶显示器、
等离子显示器
阴极射线管显示器原理：
主要由阴极、电平控制器、
聚焦系统、加速系统、偏转
系统和阳极荧光粉涂层（前
四个组成电子枪）组成。

CRT
显示终端的工作原理就是
将显像管内部的电子枪阴
极发出的电子束，经强度控
制、聚焦和加速后变成细小
的电子流，再经过偏转线圈
的作用向正确的目标偏离，
穿越荫罩的小孔或栅栏，轰
击到荧光屏上的荧光粉发
出光。

液晶显示器的原理：
以电流刺激液晶分子产生
点、线、面，并配合背部灯
管构成画面。

液晶显示器依
驱动方式可分为静态驱动、
单纯矩阵驱动及主动矩阵
驱动三种。

由于成像原理的
不同，LCD比CRT显示器具
有更好的图像清晰度、画面
稳定性和更低的功率消耗。

*4.1人机交互输入模式：请
求模式、采样模式、事件模
式
请求模式原理：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
从输入设备接收到请求的
输入数据后，才继续执行程
序。

应用程序和输入设备交
替工作，如果要求进行数据
输入时，用户没有输入，则
整个程序被挂起。

采样模式原理：在采样模式
下，输入设备和应用程序独
立的工作。

输入程序连续不
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。

应用数据在处
理其他数据的同时，输入设
备也在工作，心得输入数据
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。

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。

事件模式原理：在事件模式
下，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。

每次用
户对输入设备的一次操作
以及形成的数据叫做一个
事件当某台设备被置成事
件方式，应用程序和设备将
同时、各自独立地工作。

从
设备输入的数据或事件都
存放在事件队列里，事件以
发生的时间排序。

4.2.基本交互技术：定位、
笔画、定值、选择、字符串
5.1图形用户界面的主要思
想：桌面隐喻、所见即所得、
直接操纵
5.2桌面隐喻：隐喻的表现
方法很多，可以是静态图标、动画和视频。

隐喻可以分为三种：一种是隐喻的本身就带有操纵的对象，称为直接隐喻，比如Word绘图工具中的图标，每种图标分别代表不同的图形绘制操作；另一种隐喻是工具隐喻，比如磁盘图标隐喻存盘操作、用打印机图标隐喻打印操作等，这种隐喻设计简单、形象直观，应用也最为普遍；还有一种为过程隐喻，通过描述操作的过程来暗示该操作，如Word中撤销和恢复图标。

5.3直接操纵的特性：直接操纵的对象是动作或数据的形象隐喻、用指点和选择代替键盘输入、操作结构立即可见、支持逆向操作
5.4直接操纵的性质：直接操纵是指可以把操作的对象、属性、关系显式地表现出来，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。

直接操纵的对象是命令、数据或是对象数据的某种操作。

5.5图形用户界面的一般原则：1）界面要具有一致性、常用操作要有快捷方式、提供必要的错误处理功能、提供信息反馈、允许操作可逆、设计良好的联机帮助、合理划分并高效地使用显示屏幕
5.6用户体验的定义：通常是指用户在使用产品或系统时的全面体验和满意度。

5.7影响用户体验的因素1.现有技术上的限制，使得设计人员必须优先在相对固定的UI框架内进行设计。

2.设计的创新，在用户的接
受程度上也存在一定的风
险。

3.开发进度表，也会给这样
一种具有艺术性的工作带
来压力。

4．设计人员很容易认为他
们了解用户需要，但实际情
况常常不是这样。

5.8用户的分类：偶然型用
户、生疏型用户、熟练型用
户、专家型用户
5.9用户的观察和分析的主
要方法：情景访谈、焦点小
组、单独访谈
*5.10任务分析（见书
P87-P92）
7.1Web界面设计原则：1）
以用户为中心、一致性、简
明与明确、体现特色、兼顾
不同的浏览器、明确的导航
设计
*7.3文本设计的几个重要
原则
1.文本不要太多，以免转移
浏览者注意力
2.要选择合适的颜色，以便
使文本和其他界面元素一
起产生一个和谐的视觉效
果；文本的颜色应该一致，
让用户可以容易地确定不
同文本和颜色所代表的内
容
3.选择的字体应和整个界
面融为一体；一旦已经为某
些元素选择了字体，应该保
证其在整个网站中应用的
一致性
4.网站中可能会使用多钟
字体，但是同一种字体应该
表示相同类型的数据或者
信息。

5．通过合理设置页边框、
行间距等，使Web界面产生
丰富变化的外观和感觉。

6.应该重视标题的处理，把
标题排版作为界面修饰的
主要手段之一。

标题一般无
分级要求，其字形一般较
大，字体的选择一般具有多
样性，字形的变化修饰则更
为丰富。

8.1交互方式分为输入方式
和输出方式。

输入方式包
括：键盘输入、笔输入、语
音识别。

输出方式包括：显
示技术、声音输出。

8.2移动界面设计存在的：
资源相对匮乏、移动设备的
种类繁多、链接方式复杂
8.3创建移动应用时应当遵
守的一些重要的设计原则：
简单直观、个性化设计、易
于检索、界面风格一致、避
免不必要的文本输入、根据
用户的要求是服务个性化、
最大限度的避免用户出错、
文本信息应当本地化
8.4移动设备操作系统：
Palm OS、Windows Mobile
系列移动操作系统、嵌入式
LINUX、Symbian OS/EPOC OS
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。

浅谈人机自然交互技术
当前，虚拟现实、移动计算、普适计算等技术的飞速发展，对人机交互技术提出了新的挑战和更高的要求，同时也提供了许多新的机遇。

在这一阶段，自然和谐的人机交互方式得到了一定的发展。

基于语音、手写体、姿势、视线跟踪、表情等输入手段的多通道交互是其主要特点，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式进行交互操作。

在自然和谐的人机交互的发展过程中，人们除了致力于研究开发友好的逼真的三维用户界面，基于声音、动作、表情等多种通道的自然交互方式，还发明了大量的新交互设备，如计算机图形学的先驱、美国麻省理工学院的Sutherland早在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。

目前，对于人
类重要的自然交互方式—
—语音和笔的交互技术，包
括手写识别、笔式交互、语
音识别、语音合成、数字墨
水（Digital Ink）等，其
发展已经有了很大的成效，
而人机自然交互的主要包
括了多通道用户界面；智能
人机交互；感知人机交互和
多媒体人机交互等[2]。

虚拟现实技术
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[3]。

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
电脑等移动设备，也需要更
方便、快捷、人性化的交互
手段。

虚拟环境中的人机交互
“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[6]。