人機(jī)交互探秘與展望

侯超群

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越期盼更加智能、人性化的交互方式，需要得到更好的人機(jī)交互體驗(yàn)。人機(jī)交互涉及了心理學(xué)，社會(huì)學(xué)，圖形設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，另外還要考慮不同人之間的個(gè)體差異等等。本文探索了人機(jī)交互的發(fā)展歷程，總結(jié)人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)方式和人機(jī)交互的研究?jī)?nèi)容，展望了隨人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展將會(huì)出現(xiàn)的一些新的人機(jī)交互方式以及一些創(chuàng)新性的想法。

關(guān)鍵詞：人機(jī)交互；眼動(dòng)交互；手勢(shì)交互；交互等待；VR；AR

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0227-02

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人機(jī)交互（Human-computer interaction）這項(xiàng)伴著計(jì)算機(jī)和眾多機(jī)器應(yīng)用的普及而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)逐漸融入人們的工作和生活中，在信息的處理方面對(duì)人們起到了重要的協(xié)助作用。人機(jī)交互技術(shù)融入人們的生活和工作中，在保護(hù)信息安全（如現(xiàn)代智能手機(jī)的指紋解鎖功能）、方便生活（如支付寶的快捷支付，路邊的ATM機(jī)）、接受及處理信息（如VR與AR）等等的眾多方面帶來(lái)了優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，便隨之產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。人機(jī)交互與科學(xué)技術(shù)彼此作用?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步會(huì)作用于人機(jī)交互技術(shù)的研究的進(jìn)程，人機(jī)交互技術(shù)水平的提高也會(huì)反作用于科學(xué)技術(shù)的興盛。

2 人機(jī)交互的基本概念

人機(jī)交互（Human-Computer Interaction，簡(jiǎn)寫HCI）：是指人與計(jì)算機(jī)之間使用某種對(duì)話語(yǔ)言，以一定的交互方式，為完成確定任務(wù)的人與計(jì)算機(jī)之間的信息交換過(guò)程，是一個(gè)仍在快速發(fā)展的概念和學(xué)科。

人機(jī)交互與用戶直接接觸的部分叫做人機(jī)交互界面，用戶在使用計(jì)算機(jī)等器件的時(shí)候，要通過(guò)人機(jī)交互界面與系統(tǒng)進(jìn)行交流并釋放命令。人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)直接影響了人機(jī)交互的可用性和友好性。

3 人機(jī)交互的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式和研究?jī)?nèi)容

作為一項(xiàng)歸納了眾多學(xué)科的技術(shù)，人機(jī)交互融匯了設(shè)計(jì)學(xué)、心理學(xué)、工程學(xué)等學(xué)問(wèn)。在人機(jī)交互發(fā)展到具有多模態(tài)感知、智能預(yù)測(cè)和交互、獨(dú)立知識(shí)處理和可視化顯示等功能的今天，各種傳感器的應(yīng)用和更加智能的算法必不可少。

人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)的方式包括但不限于以下幾種：

3.1 通過(guò)跟蹤并識(shí)別自然手勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互

科技的不斷發(fā)展，使建立智能化、人性化兼自然化的人機(jī)界面成為人機(jī)交互的主流，手勢(shì)跟蹤也朝著收拾交互的方向發(fā)展?，F(xiàn)在的人機(jī)交互的方向發(fā)展方向正逐漸開(kāi)始向人自然形成的認(rèn)知方式和表達(dá)形式靠攏，這也是為什么現(xiàn)在人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別越來(lái)越成為發(fā)展的鋒線的原因之一。三維自然手勢(shì)交互技術(shù)可以在無(wú)接觸的情況下高效、準(zhǔn)確、無(wú)障礙地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互（例如：其在手語(yǔ)識(shí)別、家電遙控、虛擬物體控制等方面的應(yīng)用）。

3.2 利用眼動(dòng)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互

眼動(dòng)信息的檢測(cè)涉及了人臉檢測(cè)技術(shù)、人眼精確定位技術(shù)和人眼姿勢(shì)識(shí)別算法等多方面的技術(shù)的綜合。獲取眼動(dòng)信息后利用眼動(dòng)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，首先需研究與眼動(dòng)信息提取與記錄相關(guān)的問(wèn)題。其次研究多視角下人臉檢測(cè)技術(shù)，從含有一定背景的人體圖像中檢測(cè)并提取人臉，為人眼定位奠定基礎(chǔ)。下一步研究在不同視角下定位人眼，并準(zhǔn)確無(wú)誤從人眼中找到瞳孔所在區(qū)域。最后研究眼姿勢(shì)識(shí)別算法。基于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景或?qū)嵨锏亩ㄐ约岸康难蹌?dòng)跟蹤的Tobii Glasses系列眼動(dòng)儀（圖1）。

3.3 等待狀態(tài)時(shí)候的人機(jī)交互設(shè)計(jì)

在人們使用計(jì)算機(jī)時(shí)候，尤其是進(jìn)行大量運(yùn)算或使用互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時(shí)，等待是無(wú)法避免出現(xiàn)的情況，而現(xiàn)代社會(huì)的生活節(jié)奏越來(lái)越快，人們對(duì)于等待的忍耐性越來(lái)越小。這時(shí)候交互等待的設(shè)計(jì)就可以達(dá)到直觀上縮短等待的時(shí)間，減輕用戶等待時(shí)候的焦慮感，從而改善產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)的作用。

針對(duì)于解決用戶在等待過(guò)程中的焦慮心理，減輕用戶在交互等待過(guò)程中的負(fù)面體驗(yàn)，從用戶的心理感受出發(fā)，將人機(jī)工程學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等學(xué)科穿插在一起，從全局思量用戶的實(shí)際境況，通過(guò)娛樂(lè)、圖文等方式、利用各種交互形式來(lái)優(yōu)化交互等待過(guò)程，

3.4 VR與AR

近年來(lái)，VR和AR迅速發(fā)展。其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建由多維信息多構(gòu)成的可操縱的虛擬環(huán)境（Virtual Environment，簡(jiǎn)稱VE），來(lái)實(shí)現(xiàn)感受真實(shí)、方便自然的人機(jī)交互。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）通過(guò)顯示、交互、傳感器、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及多媒體等將計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息融合到用戶的真實(shí)環(huán)境中，讓用戶在現(xiàn)實(shí)世界中與虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)，來(lái)增強(qiáng)用戶對(duì)真實(shí)環(huán)境的理解。

4 人機(jī)交互的發(fā)展歷程

人機(jī)交互的發(fā)展至今為止，可以認(rèn)為經(jīng)歷了以下五個(gè)階段：

（1）易于手工操作和二進(jìn)制代碼的交互階段。首代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的語(yǔ)言是由1和0組成的邏輯開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是我們常說(shuō)的的二進(jìn)制代碼。這一階段中所有的計(jì)算機(jī)的指令，其格式和代碼所代表的含義都是具有自然的絕對(duì)規(guī)律性的，故其具有操作繁瑣、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、可讀性差、可移植性差、可靠性差、重用性差、不便于交流與合作等弊端。（2）基于鍵盤和交互命令語(yǔ)言的交互階段。鍵盤和字符顯示器是第二階段的關(guān)鍵的交互手段，此時(shí)運(yùn)用字符和命令進(jìn)行交互，故該過(guò)程略有乏味和不靈活之感，這一階段是第二代人機(jī)交互技術(shù)。（3）基于鼠標(biāo)和圖形用戶界面（GUI）的交互階段。圖形用戶界面的應(yīng)用使普通用戶亦能熟練地操作計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛地進(jìn)入群體當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了“事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)化”。（4）網(wǎng)絡(luò)用戶界面和多媒體技術(shù)得到應(yīng)用的階段。此階段，運(yùn)用多媒體技術(shù)大大壓減了用戶信息交流的過(guò)程，便捷了用戶之間信息的傳遞。計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行整體分析，把各類信息歸納整理，使之相互關(guān)聯(lián)，且可以與用戶交互。（5）現(xiàn)階段是多模態(tài)智能人機(jī)交互階段。人機(jī)交互發(fā)展到現(xiàn)階段，正處于融人臉、表情、手勢(shì)、語(yǔ)音、文本的識(shí)別及合成于整體的多模態(tài)智能人機(jī)交互階段，人機(jī)交互界面的開(kāi)放化和智能化正在一步步變成現(xiàn)實(shí)。

5 對(duì)于人機(jī)交互的創(chuàng)新想法和未來(lái)展望

從目前看來(lái)，人機(jī)交互主要由以下的不足：首先是仍然沒(méi)有擺脫人機(jī)交互界面易攜帶性的問(wèn)題，其次是識(shí)別信息出現(xiàn)的不準(zhǔn)確性還非常常見(jiàn)，最后人機(jī)交互的多模態(tài)智能化設(shè)備普及率還比較低，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到商業(yè)化普及所有領(lǐng)域的程度。

在未來(lái)，人機(jī)交互技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與人腦的直接交流，識(shí)別用戶腦中最精確的目的和需求，并向用戶的大腦中反饋其所需的信息?，F(xiàn)已存在無(wú)傷讀取腦電波技術(shù)，但仍處于初始階段，存有局限性，未達(dá)到在商業(yè)領(lǐng)域中普及的技術(shù)門檻。隨著科技的進(jìn)步，人機(jī)交互方式將會(huì)與生物反應(yīng)形成深度的關(guān)聯(lián)，機(jī)器將有“思維”地與人交流，成為用戶的私人“助理”。當(dāng)用戶感覺(jué)到不舒服了的時(shí)候，只要產(chǎn)生了相關(guān)意識(shí)的腦電波，圍繞在周圍的智能產(chǎn)品就會(huì)迅速感知到，并能快速解決用戶的需求。

另外，人機(jī)交互中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在醫(yī)療保健、軍事國(guó)防、購(gòu)物出行、駕車訓(xùn)練等方面廣泛應(yīng)用，給予用戶以全體感的近乎現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

人機(jī)交互技術(shù)仍存在很多不成熟的方面，需要人們的完善和發(fā)展；但是這也說(shuō)明了人機(jī)交互具有的廣泛前景，人機(jī)交互技術(shù)更存在眾多未被開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，等待我們?nèi)ヌ剿?、發(fā)現(xiàn)。前途是光明的，困難是可以克服的，如今，很多公司和科技機(jī)構(gòu)正在大力研究人機(jī)交互，在未來(lái)，人們的生活一定與人機(jī)交互息息相關(guān)，成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)中不可或缺的支柱。

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