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人机交互技术
人机交互技术
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2016年4月6日
引言…………………………………………3
1.人机交互-基本简介…………………………………………4
2.人机交互-行业概况…………………………………………4
3.人机交互-发展历史…………………………………………5
4.人机交互-输入方式…………………………………………5
5.人机交互-交互方式…………………………………………6
6.人机交互-穿戴设备技术……………………………………7
7.人机交互-虚拟界面…………………………………………9
8.人机交互-理想技术…………………………………………9
参考文献…………………………………………10
引言：
人机交互技术目前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TabletPC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/ViaVoice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。
人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现，比如智能手机配备的地理空间跟踪技术，应用于可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏等的动作识别技术，应用于虚拟现实、遥控机器人及远程医疗等的触觉交互技术，应用于呼叫路由、家庭自动化及语音拨号等场合的语音识别技术，对于有语言障碍的人士的无声语音识别，应用于广告、、产品目录、杂志效用测试的眼动跟踪技术，针对有语言和行动障碍人开发的“意念轮椅”采用的基于脑电波的人机界面技术等。
热点技术的应用开发是机遇也是挑战，基于视觉的手势识别率低，实时性差，需要研究各种算法来改善识别的精度和速度，眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、唇读、人脸、DNA等人类特征的研发应用也正受到关注，多通道的整合也是人机交互的热点，另外，与“无所不在的计算”、“云计算”等相关技术的融合与促进也需要继续探索。
1.人机交互-基本简介.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
人机交互、人机互动（英文：
Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction，简称HCI或HMI），是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。
系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。
人机交互界面通常是指用户可见的部分。
用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。
小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。
人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解（即心智模型），那是为了系统的可用性或者用户友好性。
发展
由指示灯和机械开关组成的操纵界面->由终端和键盘组成的字符界面（80年代）->由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面（GUI），（90年代）PC，工作站，WIMP（W-windows、I-icons、M-menu、P-pointingdevices）界面，所见即所得->VR技术（发展方向）由计算机发展决定，科学计算机型->无处不在的计算机，人机溶合，提高交互效率。
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的。
HCI是未来的计算机科学。
我们已经花费了至少50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编写计算机程序。
下一个新领域自然是让计算机服务并适应于人类的需要，而不是强近人类去适应计算机。
2.人机交互-行业概况.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
供求关系是一个人机交互行业能否快速发展的前提。
目前来看，市场需很大的，而供应方面却略显不足，尤其是拥有核心知识产权，专利产品及服务质量过硬的企业并不多，行业整体缺乏品牌效应。
在需求旺盛的阶段，行业需求巨大，发展前景好，这是毋庸置疑的。
傲唯刃道号召业企业共同努力，尤其需要发挥尽善尽美的研发精神，进一步提高研发技艺，降低成本，真正解决客户的实际困难，严把质量关，提供最可靠的产品及服务。
.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。
人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。
可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。
与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。
人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。
早期的人机交互设施是键盘显示器。
操作员通过键盘打入命令，操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。
打入的命令可以有不同方式，但每一条命令的解释是清楚的，唯一的。
随着计算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。
随着模式识别，如语音识别、汉字识别等输入设备的发展，操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。
此外，通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。
这些人机交互可称为智能化的人机交互。
这方面的研究工作正在积极开展。
3.人机交互-发展历史.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
59年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。
1960年，Liklider JCK首次提出人机紧密共栖（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被视为人机界面学的启蒙观点。
1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会，同年第一份专业杂志国际人机研究（IJMMS）创刊。
可以说，1969年是人机界面学发展史的里程碑。
在1970年成立了两个HCI研究中心：
一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心，另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。
1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著，为人机交互界面的发展指明了方向。
20世纪80年代初期，学术界相继出版了六本专著，对最新的人机交互研究成果进行了总结。
人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践畴的架构。
理论体系方面，从人机工程学独立出来，更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导；实践畴方面，从人机界面（人机接口）拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。
人机界面一词被人机交互所取代。
HCI中的I，也由Interface（界面/接口）变成了Interaction（交互）。
20世纪90年代后期以来，随着高速处理芯片，多媒体技术和Internet Web技术的迅速发展和普及，人机交互的研究重点放在了智能化交互，多模态（多通道）-多媒体交互，虚拟交互以及人机协同交互等方面，也就是放在以人为在中心的人机交互技术方面。
4.人机交互-输入方式.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
包括三种输入方式：
1 请求模式。
2 采样模式。
3 事件模式。
多媒体人机交互技术
人机交互:
HumanComputerInteraction,是研究人与计算机之间交互的技术。
多媒体人机交互技术概述:
多媒体人机交互技术是多媒体技术和人机交互技术的结合。
信息表示的多样化和如何通过多种输入输出设备与计算机进行交互是多媒体人机交互技术的重要容。
多媒体人机交互是基于视线跟踪、语音识别、手势输入、感觉反馈等新的交互技术。
人机界面:
UserInterface，又称用户界面，是计算机与人之间交流的接口。
人机界面的发展
手工操作:
最早的计算机采用
命令通行无阻:
DOS等操作系统采用
图形用户界面:
Windows系列采用
人机界面的设计和开发在整个系统的研制中占40%~60%的比重。
5.人机交互-交互方式.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
输入
键盘输入:
传统方式
鼠标输入:
图形用户界面的重要输入方式
手写输入:
手写汉字识别,"平板电脑"
语音输入
触摸屏输入
数字化仪输入:
适用于CAD/CAM系统
扫描输入:
条形码、扫描仪、光电阅读器
三维输入：
数据手套、三维鼠标、力矩球等
视觉输入：
摄像设备。
机器人的视觉
输出
显示终端输出：
重要工具。
声响输出：
声波
打印输出：
标准输出设备之一
三维输出：
产生三维输出的设备有投影显示器、头盔显示器、电视眼境等
应用领域
自然语言人机交互
输入输出装置的设计
计算机辅助设计和制造
相关概念
人机界面（Human-Computer Interface,简写HCI）：
是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。
人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。
6.人机交互-穿戴设备技术.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
而当下主流的交互设备有如下几个方面：
（1）骨传导交互技术
骨传导交互技术主要是一种针对于声音的交互技术，将声音信号通过振动颅骨，不通过外耳和中耳而直接传输到耳的一种技术。
骨传导振动并不直接刺激听觉神经，但它激起的耳蜗基底膜的振动却和空气传导声音的作用完全相同，只是灵敏度较低而已。
骨传导技术通常由两部分构成，一般分为骨传导输入设备和骨传导输出设备。
骨传导输入设备，是指采用骨传导技术接收说话人说话时产生的骨振信号，并传递到远端或者录音设备。
骨传导输出设备，是指将传递来的音频电信号转换为骨振信号，并通过颅骨将振动传递到人耳的设备。
目前在智能眼镜、智能耳机等方面，骨传导技术是比较普遍的交互技术，包括谷歌眼镜也是采用声音骨传导技术来构建设备与使用者之间的声音交互
（2）眼动跟踪交互技术
眼动跟踪，又称为视线跟踪、眼动测量。
眼动追踪技术是一项科学应用技术，通常由三种追踪方式：
一是根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪，二是根据虹膜角度变化进行跟踪，三是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。
眼动追踪技术是当代心理学研究的重要技术，已经存在着相当长的一段时间，在实验心理学、应用心理学、工程心理学、认知神经科学等领域有比较广泛的应用。
随着可穿戴设备，尤其是智能眼镜的出现，这项技术开始被应用与可穿戴设备的人机交互中。
眼动跟踪交互技术的主要原理是，当人的眼睛看向不同方向时，眼部会有细微的变化，这些变化会产生可以提取的特征，计算机可以通过图像捕捉或扫描提取这些特征，从而实时追踪眼睛的变化，预测用户的状态和需求，并进行响应，达到用眼睛控制设备的目的。
（3）AR／MR交互技术
增强现实（AR），是指在真实环境之上提供信息性和娱乐性的覆盖，如将图形、文字、声音及超文本等叠加于真实环境之上，提供附加信息，从而实现提醒、提示、标记、注释及解释等辅助功能，是虚拟环境和真实环境的结合。
介入现实（MR），则是计算机对现实世界的景象处理后的产物。
AR/MR技术可以为可穿戴设备设备提供新的应用方式，主要是在人机之间构建了一种新的虚拟屏幕，并借助于虚拟屏幕实现场景的交互。
这是目前智能眼镜、沉浸式设备、体感游戏等方面应用比较广泛的交互技术之一。
（4）语音交互技术
语音交互可以说是可穿戴设备时代人机交互之间最直接，也是当前应用最广泛的交互技术之一。
尤其是可穿戴设备的出现，以及相关语音识别与大数据技术的逐渐成熟，给语音交互带来全新的契机。
新一代语音交互的崛起，并不是识别技术上取得了多大的突破，而关键是将语音与智能终端以及云端后台进行了恰到好处的整合，让人类的语音借助于数据化的方式与程序世界实现交流，并达到控制、理解用户意图的目的。
前端使用语音技术，重点在后台集成了网页搜索、知识计算、资料库、问答推荐等各种技术，弥补了过去语音技术单纯依赖前端命令的局限性。
语音交互技术的应用分为两个发展方向：
一个方向是大词汇量连续语音识别系统，主要应用于计算机的听写机；另一个重要的发展方向是小型化、便携式语音产品的应用，如无线手机上的拨号、智能玩具等。
当然，目前还没有充分普及的关键因素是语音识别的排干扰能力还有待加强，多语境下的识别还有待完善。
（5）体感交互技术
体感交互技术是指利用计算机图形学等技术识别人的肢体语言，并转化为计算机可理解的操作命令来操作设备。
体感交互是继鼠标、键盘和触屏之后新的人机交互方式，也可以说是可穿戴设备趋势下带动起来的一种人机交互技术。
其中尤其以手势交互最具代表性，手势识别是利用各类传感器对手部/手持工具的形态、位移等进行持续采集，每隔一段时间完成一次建模，形成一个模型信息的序列帧，再将这些信息序列转换为对应的指令，用来控制实现某些操作。
随着各项技术的成熟和传感器的发展，手势识别已经进入可用性阶段，各类产品和解决方案也开始涌现。
（6）触觉交互技术
触觉交互是目前可穿戴设备产业中比较新的人机交互技术，对人机之间的信息交流和沟通方式将产生深远的影响。
触觉可谓是人体一切的感觉之母，是人类与外界交流，并感受外界的重要通道之一。
软硬、冷暖、粗细，以及物体形状等信息，都可以在触摸中感知，人类更复杂的情感交流也可以通过触摸实现。
触觉交互研究如何利用触觉信息增强人与计算机和机器人的交流，其领域包括手术模拟训练、娱乐、机器人遥控操作、产品设计、工业设计等。
触觉交互目前在沉浸式智能产品中有了一定的应用探索，将会是未来人类在虚拟现实中“真实”的感知外界的一种关键交互技术。
（7）脑波交互技术
脑波交互也可以理解为意识控制技术，这项技术在目前已经有了一定的探索，但还没有得到比较广泛的应用。
可以说脑波交互技术将会是可穿戴设备产业的终极交互方式，不仅构建了人与设备之间，同时也是构建人与人之间的一种新的沟通方式。
未来，我们借助于脑波交互技术，人与人之间将会达成充分的“默契”。
同样，人与设备之间也将构建出一种新的人机交互方式，这种交互方式可以说是可穿戴时代的终极交互方式。
7.人机交互-虚拟界面.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
德国研究人员正在开发一种全新的可移动交互系统，此系统能够通过视觉存贮设备将视觉信号转换为命令，有望能全面代替键盘和显示器．这种设备是一个小型的、能够放在胸前的电脑，其摄像头能捕捉到手部运动，从而转换成对应的命令执行．例如人们可以用手在空中画出各种图形，或选择空中不同的点来构型，此交互系统可以立即将这些手上动作转化成图形或操作命令，就像《钢铁侠2》里的托尼—斯达克在自己实验室里用手在空中挥动便能操作电脑一般。
在不久的将来，你在空中画几个数字就能表示在拨打，或者在空中点几下就表示在打键盘，一切就将变的美妙无比。
8.人机交互-理想技术.baike./wiki/%E4%BA%BA%E6%9C%BA%E4%BA%A4%E4%BA%92
人机交互技术几十年来经历了几个不同的主要发展阶段和典型风格。
当前，占统治地位的图形用户界面（WIMP/GUI）正遭受不断的批评，而新的交互技术尚不成熟和普及，于是人们更为热衷于争论未来的人机界面“可能是什么样子”而且莫衷一是。
在此，我们也想加入这种讨论的行列，根据几年来研究工作的心得发表一些看法，谈谈什么是理想人机交互风格。
我们的出发点处于人机工程学这个大背景，遵循人机工程学的基本观点，在“以人为中心”前提下强调人机配合。
让我们先考察在人机工程学出现之前人类如何对待工具。
不管某个具体工具的设计者在某个具体时期如何理解人与工具的关系，就人类劳动（尤其是制造和使用工具）的历史长河而言，人类是在努力不懈地改造和驯服自然，而工具的制造和完善都是在服从这种目的的前提下进行的。
就使用特定工具是否需要经过训练以及所需训练的程度如何，也是不一而论的。
人的技能有简单与复杂之分，也许人人都能学会打字，但未必人人都能学会驾驶航天飞机。
较为合理的看法是“自然人机交互是利用人的日常技能进行的”，强调无需特别训练或不需要训练。
但究竟什么是“日常技能”以及日常技能是否都是不经训练或稍作训练即可获得呢?
语言（特别是书面语言）是必须经过训练的，音乐、绘画、生产工艺等莫不如此。
我们认为，人从日常环境走向计算环境时原本具有的技能便是所谓的“日常技能”。
可见这是一个相对的概念，其中并不细究是否需训练的问题。
所以我们不能以是否需要训练来衡量人机交互技术的好坏。
人机工程学并不否定训练，避免训练或减少训练是人们的愿望，但能否做到并不完全由人的主观意志决定，应根据人机交互任务的目的、特点、场合以及实现成本等因素来决定人机交流应达到的自然性程序。
也许对于早期的“纯粹”的计算机问题和为数极少的计算机专家而言，命令语言及程序语言界面是足够的。
但是当计算机大量应用于CAD/CAM、字处理、MIS等非数值计算领域之后，需要进行大量几何的、空间的、非数值的、非符号的信息处理手段，此时形式语言界面的复杂性、抽象性，对记忆负荷要求等限制了计算机应用的深入和普及，随之直接操纵给用户界面技术应运而生并广受欢迎。
我们相信，形式语言不会消失，当然也不能强迫所有用户都接受它。
这正如数学语言并不会被其它形式的语言（如图形的、手势的）所取代，虽然心理学家尝试在数学教育量利用非数学手段；又如流行音乐与高雅音乐各分秋色，听众各有所好。
目前，直接操纵界面不但没有彻底取代形式语言界面，而且其自身也表现出许多局限性。
而基于语言的对话式交互方式又重新开始受到重视，只是对话语言不再限于单纯的形式语言，而是引入了自然语言或类自然语言对话，如所谓的第四代语言，甚至引入基于语音的人机对话。
基于形式语言、自然语言或类自然语言的用户界面本质上都是命令驱动的，其基本模式与直接操作用户界面相反。
这两种本质不同的人机交互模式在人类的日常活动中都存在其对应的形式，分别对应于语言的和非语言的交际活动，后者泛指形体语言，包括姿势，情态、触摸、近体、标志等。
语言具有后天习得性，有口头语言和书面语言两种，书面语言需要正规和专门的教育和训练才能掌握。
我们认为，自然人机交互模式是以直接操纵为主的、与命令语言特别是自然语言共存的人机交互形式。
理想的人机交互模式就是“用户自由”。
参考文献：
【1】孟祥旭，《人机交互基础教程（第2版）》
【2】扶爱名，《可穿戴计算机人机交互界面在设备维护应用中的研究》
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