交互一直是困擾計(jì)算機(jī)最佳使用的問題。人類用于與計(jì)算機(jī)交互的方法歷史悠久。但是探索仍在繼續(xù)，新的設(shè)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)正在日趨更新和升級，并且在過去的幾十年中，該領(lǐng)域的研究一直在迅速發(fā)展。

人機(jī)交互（HCI）領(lǐng)域的增長不僅體現(xiàn)在交互質(zhì)量的提高上，而且在其增長歷史中開辟了不同的分支。不同的研究部門與設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的交互方式不同，但更多地側(cè)重于多模式而不是單模式，并且側(cè)重于智能適應(yīng)性交互而不是基于命令/動作的交互，最終呈現(xiàn)出主動而不是被動的交互。

人機(jī)交互的定義

人機(jī)交互有時稱為人機(jī)交互。人機(jī)交互的概念自然地代表了計(jì)算機(jī)的興起，或更普遍地講是計(jì)算機(jī)本身的興起。其實(shí)，原因很明顯。除非人類可以正確使用它們，否則最復(fù)雜的機(jī)器將一文不值。這個基本論點(diǎn)代表設(shè)計(jì)人機(jī)交互時應(yīng)考慮的主要術(shù)語：功能和可用性。

為什么可以通過該系統(tǒng)的功能最終定義一個真正設(shè)計(jì)的系統(tǒng)？系統(tǒng)功能如何幫助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的？系統(tǒng)的功能可以通過向用戶提供的一系列操作和服務(wù)來定義。當(dāng)然，功能的價(jià)值只有在用戶有效使用時才可見。可用性是具有某些功能的系統(tǒng)可以被用戶有效利用并完全實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的范圍和程度。功能和可用性的適當(dāng)平衡是系統(tǒng)真正有效的必要條件。

當(dāng)您想到這些概念時，請考慮本文中通常可互換使用的術(shù)語計(jì)算機(jī)，機(jī)器和系統(tǒng)。人機(jī)交互應(yīng)該是一種允許用戶，機(jī)器和服務(wù)進(jìn)行協(xié)作的設(shè)計(jì)。為了達(dá)到對服務(wù)質(zhì)量和最佳性能的特定效果。例如，飛機(jī)零件設(shè)計(jì)工具應(yīng)在視圖和設(shè)計(jì)中提供較高的準(zhǔn)確性，而圖形編輯軟件可能不需要這種準(zhǔn)確性。當(dāng)前的技術(shù)還可以影響出于相同目的但類型不同的人機(jī)交互的設(shè)計(jì)。

人機(jī)交互概述

人機(jī)交互在過去十年中取得了長足的進(jìn)步，這幾乎使人們無法識別哪些概念是虛幻的，哪些概念不是虛幻的，甚至可以變成現(xiàn)實(shí)。研究的重點(diǎn)和營銷方法的不斷變化使新技術(shù)可以及時地為人們使用。但是，并非所有現(xiàn)有技術(shù)都可以公開獲得或負(fù)擔(dān)得起。

現(xiàn)有的人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)考慮人類行為的許多方面，并需要確保其有用性。與簡單的交互方法相比，人類參與機(jī)器交互的復(fù)雜性有時是看不見的。現(xiàn)有交互復(fù)雜性的差異不僅是由于功能或可用性的程度不同，而且還與機(jī)器對市場金融和經(jīng)濟(jì)的影響有關(guān)。例如，電熱水壺不需要復(fù)雜的交互。它的功能僅是燒開水。除交換機(jī)外，冗余交互功能都不具有成本效益。但是，簡單的網(wǎng)站可能功能有限，但是其可用性應(yīng)該足夠復(fù)雜以吸引和留住客戶。

因此，在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中，即使只有一個用戶和一臺機(jī)器，也應(yīng)充分考慮活動程度。用戶活動分為三個不同級別：身體，認(rèn)知和情感。物理水平?jīng)Q定了人與計(jì)算機(jī)技工之間的相互作用。認(rèn)知層次解決了用戶對系統(tǒng)的理解和交互問題。情感水平是一個新出現(xiàn)的問題，它不僅試圖使交互成為令人愉悅的用戶體驗(yàn)，而且還通過更改用戶的態(tài)度和情感來允許用戶繼續(xù)使用該機(jī)器。

本文著重于在物理級別上進(jìn)行交互的開發(fā)，并說明如何組合不同的交互方法（多模式交互），并探討每種方法如何提高性能（智能交互）以為用戶提供最佳界面。現(xiàn)有的人機(jī)交互物理技術(shù)基本上可以基于設(shè)備根據(jù)人類的感知進(jìn)行設(shè)計(jì)和分類。這些設(shè)備主要依靠三種人類感官：視覺，聽覺和觸覺。

視覺輸入設(shè)備是最常用的類型，通常基于開關(guān)或指示設(shè)備。這種基于開關(guān)的設(shè)備可以是可以像鍵盤一樣使用的任何類型的界面，按鈕和開關(guān)。有許多指示設(shè)備，例如鼠標(biāo)，操縱桿，觸摸屏面板，圖形輸入板，軌跡球和手寫筆。操縱桿是具有切換和指示功能的操縱桿。輸出設(shè)備可以是任何類型的視覺顯示或打印設(shè)備。

依靠聽力的設(shè)備更為先進(jìn)，通常需要某種類型的語音識別。這些設(shè)備旨在促進(jìn)盡可能多的交互，因此它們也更難以構(gòu)建。聽覺輸出設(shè)備更易于創(chuàng)建。如今，機(jī)器產(chǎn)生的各種非語音和語音信號消息被視為輸出信號。蜂鳴聲，警報(bào)和GPS設(shè)備逐行道路導(dǎo)航命令都是簡單的示例。

最困難和最昂貴的是構(gòu)建觸覺設(shè)備。“這種類型的界面通過觸摸，重量和相對剛度產(chǎn)生皮膚和肌肉的感覺。”通常為虛擬現(xiàn)實(shí)或殘疾幫助而生產(chǎn)觸覺設(shè)備。

人機(jī)交互的最新方法和技術(shù)正在嘗試整合原始的交互方法，并將其與其他先進(jìn)技術(shù)（例如網(wǎng)絡(luò)和動畫）相結(jié)合。這些新的發(fā)展可以分為三個部分：可穿戴設(shè)備，無線設(shè)備和虛擬設(shè)備。技術(shù)的發(fā)展是如此之快，以至于這些新技術(shù)之間的界限正在逐漸消失，并且越來越混雜。這些設(shè)備的一些示例包括：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，軍事增強(qiáng)型設(shè)備（例如熱成像，用于跟蹤其他士兵運(yùn)動的GPS，環(huán)境掃描），射頻識別（RFID）產(chǎn)品，個人數(shù)字助理（PDA），房地產(chǎn)虛擬旅游服務(wù)。其中一些新設(shè)備升級集成了以前的交互方法。如下圖所示，這是一個虛擬鍵盤，鍵盤上的字母投射在有紅光的堅(jiān)固表面上。當(dāng)通過傳感器在固體表面上打字時，該設(shè)備跟蹤用戶的手指運(yùn)動，并將相應(yīng)的鍵發(fā)送到該設(shè)備。

人機(jī)交互研究進(jìn)展

在下面的部分中，我們將介紹人機(jī)交互的最新研究方向和發(fā)展，即智能和自適應(yīng)交互以及普適計(jì)算。這些交互包括不同級別的用戶活動：身體，認(rèn)知和情感。

智能和自適應(yīng)人機(jī)交互

盡管普通大眾使用的設(shè)備仍然是某種純粹的命令/動作設(shè)置，而不是復(fù)雜的物理設(shè)備，但我們?nèi)匀徊恢乐悄芾碚摰拇_切概念，但是我們可以使用智能設(shè)備的功能和實(shí)用性。市場上的新設(shè)備要定義這些概念，如前所述，它是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)，可提供更便捷的人機(jī)交互設(shè)計(jì)以及更令人愉悅和令人滿意的用戶體驗(yàn)。

為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，界面每天變得越來越自然和易于使用。改進(jìn)的界面是筆記工具中的一個很好的例子。第一次出現(xiàn)打字機(jī)，然后出現(xiàn)鍵盤和觸摸屏平板電腦，您可以用自己的筆跡書寫，機(jī)器可以識別，甚至可以執(zhí)行語音輸入，機(jī)器可以識別，而無需手動書寫。新一代界面的一個重要因素是區(qū)分智能方式，界面和用戶交互。智能的人機(jī)交互設(shè)計(jì)界面通過某種智能感知響應(yīng)用戶。一個示例是使說話者使用自然語言與用戶和設(shè)備進(jìn)行通信。視覺上清楚地跟隨用戶并做出相應(yīng)響應(yīng)。

自適應(yīng)人機(jī)交互可以是使用GUI出售各種產(chǎn)品的網(wǎng)站。該網(wǎng)站具有識別用戶，維護(hù)某些搜索和購買記錄以及建議其認(rèn)為用戶可能需要購買的產(chǎn)品的能力，其中大多數(shù)類型適應(yīng)性活動是那些涉及認(rèn)知和情感水平的用戶活動。

另一個例子是它使用的智能自適應(yīng)界面能夠手寫識別。它可以適應(yīng)手寫PDA或平板電腦用戶登錄。它具有手寫識別和更正功能，可以記住用戶的文本。最后，關(guān)于智能接口的另一個要考慮的因素。大多數(shù)非智能人機(jī)交互設(shè)計(jì)本質(zhì)上都是被動的。它們僅在用戶致電時響應(yīng)。最終的智能和自適應(yīng)界面通常是活動界面。本示例根據(jù)用戶的口味來建議您自己的智能廣告牌或廣告。在下一部分中，我們將結(jié)合不同的人機(jī)交互方法，并討論它如何為智能自適應(yīng)自然接口方法做出貢獻(xiàn)。

人機(jī)交互系統(tǒng)架構(gòu)

人機(jī)交互設(shè)計(jì)中最重要的因素是其配置。實(shí)際上，任何給定的接口通常由其提供的輸入和輸出的數(shù)量和種類來定義。人機(jī)交互系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)顯示了這些輸入和輸出是什么以及它們?nèi)绾螀f(xié)同工作。以下各節(jié)介紹基于不同配置和設(shè)計(jì)的接口。

單峰人機(jī)交互系統(tǒng)

如前所述，接口主要取決于其輸入和輸出設(shè)備的數(shù)量和多樣性。該通道允許用戶通過此界面與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。每個不同的獨(dú)立單通道稱為一個模式。系統(tǒng)僅基于一種形式，稱為單峰。根據(jù)不同形式的屬性，它可以分為三類

基于愿景的人機(jī)交互

基于視覺的人機(jī)交互研究可能是該領(lǐng)域中最常見的研究。考慮到應(yīng)用范圍以及各種開放性問題和方法，研究人員正在嘗試解決人類對視覺視覺信號響應(yīng)的不同方面。本節(jié)的主要研究領(lǐng)域如下：

面部表情分析

手勢識別

凝視檢測（眼動追蹤）

由于應(yīng)用不同，每個區(qū)域都有不同的目標(biāo)，但是每個區(qū)域的總體概念通常是相同的。面部表情分析通常涉及視覺情感認(rèn)知。該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是人體運(yùn)動跟蹤和手勢識別。該領(lǐng)域可以有不同的研究目的，但大多數(shù)用于直接指揮人機(jī)交互。眼睛檢測主要是通過間接方式允許用戶與機(jī)器進(jìn)行交互以更好地了解用戶的注意力，例如幫助殘疾人的眼睛跟蹤系統(tǒng)。它主要用于命令和動作方案，例如指針移動，閃爍，單擊。值得注意的是，一些研究人員試圖協(xié)助甚至替代其他類型的交互（音頻，基于傳感器的）和視覺方法。例如，已知嘴唇讀取或嘴唇運(yùn)動跟蹤是語音識別錯誤校正的有效輔助。

基于音頻的人機(jī)交互

基于音頻的計(jì)算機(jī)與人之間的交互是人機(jī)交互系統(tǒng)的另一個重要領(lǐng)域。該領(lǐng)域主要處理從不同音頻信號獲得的信息。盡管音頻信號的性質(zhì)可能不會用作視覺信號，但是從音頻信號收集的信息可能更值得信賴和有用，并且在某些情況下可以成為唯一的信息提供者。本節(jié)中的研究領(lǐng)域可以分為以下幾部分：

語音識別

說話人識別

聽覺情感分析

人為噪音/登錄檢測（喘息，嘆息，大笑，哭泣等）

音樂互動

從歷史上看，語音識別和說話人識別一直是研究的重點(diǎn)。與其他語音和音調(diào)數(shù)據(jù)相比，典型的人類聽覺標(biāo)記（例如嘆氣，感嘆和其他情感分析）可以設(shè)計(jì)出更智能的人機(jī)交互系統(tǒng)。音樂的產(chǎn)生和交互是人機(jī)交互藝術(shù)領(lǐng)域中的一個非常新的應(yīng)用，它主要集中在音頻和視覺研究中。

基于傳感器的人機(jī)交互

這部分結(jié)合了各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。這些不同領(lǐng)域的共同點(diǎn)是，人機(jī)交互中至少有一個物理傳感器。如下所示，這些傳感器可能非常原始，也可能非常復(fù)雜。

1.筆互動

2.個鼠標(biāo)和鍵盤

3.操縱桿

4.運(yùn)動跟蹤傳感器和數(shù)字化儀

5.觸覺傳感器

6.壓力傳感器

7.味道/氣味傳感器。

這些傳感器已經(jīng)存在了一段時間，其中有一些非常新的技術(shù)。筆傳感器主要在移動設(shè)備領(lǐng)域，涉及手勢和手寫識別。運(yùn)動跟蹤傳感器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是最先進(jìn)的技術(shù)，徹底改變了電影，動畫，藝術(shù)和游戲行業(yè)。它們以可穿戴或聯(lián)合傳感器的形式出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)更能夠與現(xiàn)實(shí)世界互動，人們可以創(chuàng)建自己的世界，而觸覺和壓力傳感器則用于機(jī)器人技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)中。新型機(jī)器人包括數(shù)百個觸覺傳感器，使該機(jī)器人靈敏且具有觸摸功能。這些類型的傳感器還用于醫(yī)療手術(shù)應(yīng)用中。

應(yīng)用

典型的多渠道系統(tǒng)是“放他到那里”演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)允許對象移動到新位置，并且屏幕上的地圖上顯示：“在此處放置一些內(nèi)容”，指向?qū)ο蟊旧恚缓笾赶蛩璧哪康牡亍６嗤ǖ澜涌谝延糜谠S多應(yīng)用程序中，包括使用地圖仿真。

與傳統(tǒng)交互相比，多通道接口具有許多優(yōu)勢。首先，他們可以提供更自然的用戶友好體驗(yàn)。例如，在房地產(chǎn)系統(tǒng)中，您可以用手指指向房屋，以查詢有關(guān)房屋的信息。使用指向手勢選擇一個對象，然后使用有關(guān)該對象的語音查詢來演示提供給用戶的自然體驗(yàn)多通道界面的類型。另一個關(guān)鍵優(yōu)勢是他們具有適應(yīng)不同人的不同情況的能力。因此，在嘈雜的環(huán)境中，可以提供手寫輸入而不是語音。其他一些多通道系統(tǒng)應(yīng)用程序如下：

智能家居/辦公室

駕駛員狀態(tài)監(jiān)控

智能游戲

電子商務(wù)

協(xié)助殘疾人

結(jié)論

人機(jī)交互的重要部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的質(zhì)量取決于它如何表示信息以及用戶如何使用它。新的研究方向是取代常規(guī)的常規(guī)方法。環(huán)境情報(bào)或普適計(jì)算被稱為試圖嵌入環(huán)境中的第三次技術(shù)浪潮，從而使其同時成為一種更自然和不可見的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)也是促進(jìn)人機(jī)交互的一種方式。
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