人机交互技术及应用,人机交互技术有哪几种

什么是人机交互技术

在传统硬件设备交互技术基础之上，以语音识别为核心交互技术，以触控为主的交互技术，以动作识别为核心的交互技术，以眼动追踪为核心的交互技术

人机交互方式有哪些

人机交互技术（Human-Computer Interaction Techniques）是指通过计算机输入，输出设备，用一种高效的方法来实现人类和计算机之间的交谈的一种技术。随着计算机技术和通信技术的发展，人机交互已经成为一种必然。人机交互技术是指机器以输出或者显示设备的方式向人们提供丰富的相关信息和提示请示的技术，人们通过输入设备将相关信息输入到机器中，提问和提示请示，等等。随着计算机技术和多媒体技术的发展，人们越来越多的利用计算机来进行工作和学习，而人机交互技术就是利用计算机来辅助人类完成各种复杂任务的一种技术手段。人机交互技术是计算机用户界面设计的最重要的内容。

市场需求巨大，而且在供给上也稍显不足，特别是具有核心知识产权的，技艺高超的公司不多，产业整体品牌效应不足。

1.形成WIMP界面

70年代中后期，Xerox Palo研究中心研制出原型机Star，构成以窗口（Windows）和菜单（Menu）为核心、基于图符（Icons）与指示装置（Pointing Devices）的图形用户界面又称WIMP界面。

Apple首先使用的就是这样的图形界面，斯坦福研究所在20世纪60年代提出的开发计划，对WIMP接口开发同样具有重要影响。当时的设计思想是在人机系统中引入图形和图像处理等方面的知识来提高交互效率。这个方案强调加强人类智能，以人为核心，而非以技术为核心进行人机交互。它使计算机能够理解用户输入的信息和控制操作，从而提高系统效率并减少资源消耗。这一方案的成果带来了大量硬件和软件方面的发明，大家都知道，鼠标也是一种。

2.一，WIMP界面所遇到的问题及开发多媒体计算机与VR系统应运而生，使人们与计算机之间的通信方式与需求发生了变化，给人机交互带来巨大改变。多媒体系统继续使用WIMP界面，存在着其固有的不足：在多媒体软硬件技术蓬勃发展的今天，人机交互界面上的计算机可采用各种不同的媒体，而且用户仅能同时使用一条交互通道，所以计算机与用户之间通信带宽远大于用户与计算机之间通信带宽，多了一个失衡的人类–计算机交互。

虚拟现实技术除需要高度天然的三维人机交互技术，由于交互装置及交互环境等因素，无法和没有必要准确地衡量用户输入，却是非精确人机交互。本文主要讨论了计算机图形学和虚拟现实技术在三维动画制作中的应用。三维人机交互技术是科学计算可视化，三维CAD系统等领域的重要组成部分。

以WIMP技术为平台，设计图形用户界面，它实质上属于二维交互技术的范畴，没有三维直接操作。随着计算机技术和网络技术的迅速发展，人们对信息传递速度和质量要求越来越高，而传统的人机交互方式已经无法满足人们日益增长的需求，因此迫切需要开发出更高效的交互式系统来提高工作效率。必须从本质上改变这一失衡通信，人机交互技术发展到今天，必须满足由精确交互到非精确交互的要求、由单通道交互到多通道交互，由二维交互到三维交互，开发用户和计算机的速度很快、低耗多通道接口。本文主要介绍了当前几种主流人机交互模型及其优缺点。从右表可见，计算机系统发展的各个阶段，人机交互模型开发流程。早期的计算机程序主要是通过鼠标来完成各种任务和信息传递。在常规人机系统下，人们把人们看作操作员，仅仅是机器的运行，而且没有真正意义上的交互活动。现在人们已经认识到了人的存在。计算机系统中的人们仍然叫做用户。虚拟现实技术就是一种基于计算机的人机互动模式，这种模式能够让用户与虚拟场景之间实现信息交换和情感交流。只有参与VR系统的人，才会成为积极参与者。

在人的一生中，事件是一个多通道，人-计算机多通道交互技术在发展过程中，尽管受软件，硬件等因素制约，但是，起码必须具备两方面的条件：一是，多通道整合、不同渠道组合对于用户体验至关重要；其二，多模态信息能够被有效地融合到一起以形成一个完整的信息库。二是允许交互时用户出现模棱两可、不准确的投入。

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●语音（Voice）主要基于语音识别技术，但是并没有强调极高的识别率，而是借助其它通道的约束进行交互。

姿势（Gesture）的使用以数据手套为主、数据服装和其他设备，追踪手部及身体动作，完成自然人机交互。

头部跟踪（HeadTracking）主要是利用电磁，超声波等手段，通过头部运动来实现定位交互。

视觉跟踪（Eye-Tracking）眼睛运动过程定位交互方式。

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多通道交互这一体系结构，首先必须能够确保合成多个非精确交互通道，使得多通道交互在统一用户界面中得以存在，而，还必须确保这类信道的合成是在互动期间随时发生。目前，最常用的是以进程为基础的体系结构和基于消息驱动的体系结构。图1和图2分别表示这两种不同的体系结构。本文讨论一种新的基于面向对象方法的体系结构，它既可以保证所有通道的综合在运行时完成，又能够避免多通道之间的冲突问题。一个好的体系结构应该能够确保多个信道的合成不仅仅是在应用这个层次上进行。

人机交互技术作为用户界面研究发展最为迅速的一个领域，在这方面，各国对此非常重视。特别是随着计算机技术的飞速发展以及应用范围的不断扩大，它已经成为人们工作、学习和生活不可缺少的一部分。美国是国家的关键技术，把人机界面作为信息技术中同软件，计算机并驾齐驱的六大关键技术，并称其为”对计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也是很重要的”。目前世界上已研制出多种具有良好交互性能的计算机系统或系统部件，并正在积极开发各种新的交互方式以满足人们不断变化着的需求。就美国国防的关键技术而言，人机界面不但是软件技术的一个主要组成部分，并与计算机，软件技术并列为11大关键技术。欧共体欧洲信息技术研究与发展战略计划（ESPRIT）也专门设立了用户界面技术项目，其中包括多通道人机交互界面（MultiModal Interface for Man-MachineInterfa

ce），这对于整个智能计算机系统来说非常关键。随着人们对于信息处理要求的提高以及计算机技术的快速进步，人机交互已经成为当前计算机应用系统研究与开发的重点课题之一。在开发新型人机界面交互技术的基础上，带动并指导有关软、硬件技术，使得更加高效利用计算机的计算和处理能力得以实现。

其一

不用说，片中女主的嗓音很有磁性，很有韵味，容易想入非非，但是，如果把它当作一个严格的人机界面，它是否仍然可以如此帅气？如果是一个游戏玩家，又该如何去感受游戏中的音效呢？个人感觉很难。

1。输入难以有效识别，原因有三：

a。方言种类繁多，口音各异，需要建立及其庞大的数据库才能分辨。由于语音数据是一个巨大而又复杂的系统，在计算机上进行分析和处理时，要使用大量的代码和程序段。因此，指令精度很难得到保证。

b，并与语言环境，表达习惯等密切相关。在交际过程中，人们为了准确地传递信息，往往需要使用一些修辞手段来帮助理解。同是一个词，由于场合或讲话者的差异，也许会表达出截然不同的含义。

c。采用异步串行单工模式，传输效率极其低下，且完全不支持多人操作。

所以语音输入受自身特点的限制，现在只支持使用标准发音简单命令，今后难以取得重大突破。

2。输出方面也有类似的问题无法解决。

a。异步串行模式无法实现快速交流，就像听新闻一样，必须从头听到尾，否则就不知道中间拉了什么内容。

b。同样由于理解障碍，很难用正确的语气表达，现有的机器朗读基本没法听。

二

该方法采用手势作为输入图像信息，完成人和计算机之间智能交互功能，它的好处是使用了非接触方式，不受距，显示设备大小等因素制约，在一些具体的应用场合，有比较良好的发展前景，但其诸多弊端亦属致命。

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手势识别使用了一种与鼠标相似的相对定位系统，它要求有光标，以便识别当前的位置，要移向某个位置，必须先了解光标的位置，向什么方向发展，分秒必争，也要不断地对用户进行当前位置反馈，以免发生偏离。如果光标处在屏幕中央则肯定不可能被发现。即要求相对定位系统进行二次定位，首先对当前的位置进行判断，然后对运动轨迹进行判断。这样做不仅会耗费大量的时间和精力，而且还会因为多次反复操作而使系统效率大打折扣。如果鼠标一直是屏幕，首次定位也可大致忽略不计的文字，然后对手势进行二次定位，简直让人无法忍受。如果你在一次点击中发现了某一特定动作，而此时你又没有合适的手指进行匹配的话，那肯定会造成很多麻烦。想想看，原来是点按键，却还得先找到自己的手在哪？你本来是要把手机拿起来看电影，可结果还是被人给拿去玩了。这种做法无疑是反人性的，也是低效的。

2。

由于每个人手的结构不完全相同，很难用捕捉动作来达到准确定位的目的。例如，我们可以用手指来触摸屏幕上某一个特定位置。若两目标相距较近时，例如两词，不能区分具体的所指。

3。

通过手势仅能识别某些简单的动作，而对复杂的操作则不能进行有效的区分。

4。

a。手是弹性物体，同一种手势之间的差别很大；

b。手位于3D空间，计算机采集到的影像投影到2D空间中，投影方向不同，图像的差异也较大，对手的定位同样存在困难，所以，投影方向是至关重要的；

c。手的表面是非光滑的，易产生阴影，对手势的识别也会产生影响；

d，手掌特征具有冗余信息的特点，复杂背景中的目标特征需清晰区分，尤其在手脸遮挡、手腕去除方面，更是一个很难攻克的难题。

如果语音、手势不可靠，又有哪些可能办法？

请看以下剧照吧，有没有觉得似曾相识？虽然是一个简单的机械装置，却也能让人产生很多联想。这款看似PAD般的东东，就是《2001：太空漫游》中给大家描述的装置。该片拍摄于1968年，当今大叔，尚未到人间，因此，可惜的是，估计那个时候因为特效达不到，画面中戳点划划与该机交互的桥段，均未能被看见，不过，这仍然没有影响其获得该年度奥斯卡的最佳视觉效果。

不得不提的是，苹果与三星对簿公堂，当庭厉声斥责三星平板电脑侵权行为时，三星反击的证据，有这个科幻上的原因。这也说明了平板电脑已经不再只是一个概念产品。三星原文是这样的：”该（《2001：太空漫游》中的）平板电脑为矩形，屏幕所占的空间大、边缘窄，正面和背面都是非常平整的，总体上非常的单薄。”那就是三星觉得平板电脑早已经不是什么新鲜的创意了。我抄你们的，丫也抄《2001：太空漫游》！

到今天，过去的幻想已经变成现实，在科技不断取得突破性进展的今天，手机、PAD的这些小玩具，正以迅雷不及掩耳之势，满天飞，攫取着我们时间与能量，和我们朝夕相处的每一个日子。手机作为一种移动设备，早已不仅仅是简单的通讯工具。它的定位仿佛已不再是奢侈品，而且近乎成为生活的必需品。原因就在于触摸操作给我们提供了一种几乎完美无缺的用户体验，由此淹没所有的旧势力，成就江山一统。在未来，我们将有可能用一种全新的人机交互模式取代传统的机械按键操作，这就是触摸操作。目前，智能设备都使用了触控操作方式的话，都羞于向人问候。在这个被触屏所取代的年代，触摸技术无疑是一个划时代的创新点。无疑触摸时代已经到来！

就让我们循着科幻作品的痕迹一直走下去吧，更有震撼人心的一幕进入了我们的视线：我们在生活中无所不在地存在着各种各样死亡的面，如桌面和墙壁，他们全都活成了可以与我们进行实时互动的接口。

触摸操作具备许多颠覆性优势：无需二次定位、操作直观，使用方便、定位精度较高，信息量较大、同步并行高效、方便支持多人操作等特点，人们早已很熟悉了，就不多说了。随着智能手机和平板电脑等移动终端的普及以及智能电视的兴起，触摸屏技术开始在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。但仅至今还没有，触摸屏真正的优点远未得到充分发挥。

目前，我们应用的触摸屏产品主要集中在小尺寸上，包括手机上的各类pad，他们真的很方便，可在任何时间，任何地点使用，但由于尺寸大小的限制，尺寸较小的触摸屏产品同样受到较大的限制。

第一，信息量少，例如，去淘一件宝贝是一件非常辛苦的事情，远远不是对着电脑屏幕痛快地浏览网页的时候，获取信息也是一件很累的事情。其次，它不适合于大多数人，因为它的信息容量有限，不能满足所有人的需求。还有就是其缺乏用户体验，看看电影，听听音乐，做游戏，这一切与享受有关的经历，都是较为无奈的。当然，这一切都和电脑本身有关，电脑硬件性能差，速度太慢，内存太小，硬盘容量太少等等。也有仅能支持一人的，我们常常可以见到这类照片：相熟的人围坐着，分别摆弄着手机，从表面上看，人与人之间的距离变短，可事实上，它使人们的交流程式化了，减少最本能地亲密交流，使人更加淡漠、心更加疏离。

还存在许多没有一一列出的问题，简而言之，小尺寸触摸屏比较像快餐，能饱，却吃不饱。现在，小尺寸屏幕已经不再局限于手机和平板电脑等产品中了。相比之下，大尺寸触摸屏却是一场名副其实的饕餮盛宴，它可以使人充分感受科技所带来的影响，从未有过的震撼感。

大尺寸触摸屏下畅快体验，无需多说就可以轻松畅想。

在《三体》里，更鲜明地勾画出一个令人们无限向往的未来世界，至少到了相信三体人威胁已解除之日，犹如身居世外桃源般精彩。（真心期待三体搬上银幕，我将会拿出脑残粉的精神熬夜等首映—难以想象降维攻击之类的大招使出来会是怎样一幅华丽丽的场景）。随着技术的发展和用户需求的变化，越来越多的产品被引入到手机、平板电脑以及笔记本电脑当中去。但是，为了使屏幕能真正取代家具、墙，乃至地板，的确不简单，不管是易碎电容屏，依然是拙劣的边框屏，均面临难以克服的隔阂。因此，我们有必要对现有技术进行改进和优化。大型触摸屏要达到实际应用的水平，必须具备一些基本的条件：

1。它不能像传统的娇嫩的电子产品，应谨慎使用，一定要够结实，且不可能存在阻碍使用的辅助部件，从而为用户带来家具般的体验。

2，在多种复杂应用场景中，需要对目标信息进行辨识，滤除干扰信息，例如辨别茶杯、书本及其他物品，消除手掌、手臂干扰，这样就能准确地判断出人们的用意，并使之得以实现。

3，它的最大优点是实现了自由意志，而自由意志的核心表现形式是自由书写。因此，在人机交互领域里，触摸屏无疑将成为未来的主要发展趋势之一。触摸屏要以黑板为对象、白纸这种媒介，并在电脑协助下，它的经历甚至要比他们多。自由书写以不延迟，不漂移为先决条件，能反映出力度。

好在这一次，我们再也不用等待数十年，紫霄公司开发的X-BOARD已帮助我们圆梦：（X-BOARD可以完全取代家具，乃至墙壁、地板等，使原本毫无生气的冰冷物体，成为了一个时刻都能跟自己互动、沟通的舞台。

将来，X-BOARD系列产品的运用能让触摸屏变得无所不在，家中茶几餐桌，办公室办公桌上，马路上广告屏，商场的橱窗，餐厅咖啡店夜店娱乐桌可为大型触摸屏。你只要轻轻按下键盘，它便能自动显示出各种信息和服务，包括地理位置、电话语音、视频图像等等。从这种表面来看，你只需通过指纹或者其它什么方式验证了身份，它将成为您专属的办公桌，存储于云端中的接口，所有数据将展现给您（背笔记本满天下奔跑的年代已经过去了吗？）

也正在不再受单人使用约束，一家老小、我们这些朋友，单位同事们，人们可以在上面共同书写和作画、做游戏、讨论话题、品茗闲聊。它还能通过无线技术与其他设备进行连接，实现资源共享，从而为用户带来全新的娱乐享受。可想而知，近期内，XBOARD可以给人们带来空前的用户体验，就会再次颠覆我们的生活习惯。

怎样研究人机交互技术

59年，美国学者B.Shackel开始研究人类在操控计算机的过程中，怎样才能缓解疲劳，建议在计算机控制台设计中，作为人机界面第一个文献，人机工程学。该论文发表后不久就引起了世界上许多专家和学者的兴趣，并很快成为一门新兴的学科——人机系统科学。1960年，Liklider JCR首次提出人机紧密共栖（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，认为它是人机界面学启蒙观点。此后，随着对人体生理学和心理学等学科认识的提高，人们开始重视人机交互过程中的心理问题，并逐渐形成了“以人为中心”的现代人机界面理论与实践。1969年，英国剑桥大学举办了首届人机系统的国际会议，同年，国际人机研究的第一本专业杂志（IJMMS）出版。从此，人机界面学以其特有的理论与实践相结合的方式迅速发展起来并成为一门独立学科，它的出现为人类创造出更多舒适宜人和高效便捷的产品提供了技术支撑。堪称1969年人机界面学历史上的里程碑。

1970年，两个HCI研究中心成立：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年至1973年共出版4部计算机相关人机工程学专着，为人机交互界面技术的发展提供了指导。

20世纪80年代初期，学术界已先后有6部专著问世，综述了近年来人机交互的研究成果。随着计算机技术的发展与应用，人机交互研究领域出现了许多新概念和技术，包括人机交互模型、视觉感知、听觉感受、触觉体验等内容。人机交互学科已逐步形成其理论体系，并在实践范畴内构架其结构。其中最重要的是关于理论基础、研究对象、技术体系及应用范围等问题上的论述与探索。在理论体系上，脱离人机工程学而存在，更注重认知心理学，也注重行为学、社会学等一些人文科学理论作指导；实践范畴方面，主要涉及到人机交互设计、计算机辅助教学等领域。实践范畴层面，由人机界面（人机接口）延伸而来，强调了计算机对人类反馈的交互作用。本文主要探讨人机界面研究在理论与应用上的发展变化情况，并对未来发展趋势做简要分析。人机界面这个词已由人机交互代替。它是指在一定空间范围内与用户进行信息交流时使用的媒介形式、操作方式及环境条件等因素组成的系统。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，在高速处理芯片的推动下，多媒体技术与Internet Web的飞速发展与推广，人机交互研究主要集中在智能化交互方面，多模式（多通道）-多媒体互动，虚拟交互和人机协同交互的内容，即置于以人为本的人机交互技术层面上。