什么是人機(jī)交互

　　人機(jī)交互、人機(jī)互動(dòng)（英文：Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction，簡稱HCI或HMI），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵，大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)要包含用戶對系統(tǒng)的理解（即心智模型），那是為了系統(tǒng)的可用性或者用戶友好性。

　　人機(jī)交互的概念：

　　定義1：有關(guān)交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評估、實(shí)現(xiàn)以及與之相關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科［ACM］

　　定義2：研究人、計(jì)算機(jī)以及他們之間相互作用方式的學(xué)科，學(xué)習(xí)人機(jī)交互的目的是使計(jì)算機(jī)技術(shù)更好地為人類服務(wù)［Alan Dix］

　　定義3：有關(guān)可用性的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，是關(guān)于理解和構(gòu)建用戶樂于使用的軟件和技術(shù)，并能在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有效性的學(xué)科［Carroll］

　　主要內(nèi)容：

　　1、界面設(shè)計(jì)的方法和過程。即在給定任務(wù)和用戶的前提下，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的界面，使其滿足給定的限制，并對易學(xué)性和使用性效率等屬性進(jìn)行優(yōu)化。

　　2、界面實(shí)現(xiàn)方法。如軟件工具包和庫函數(shù)，以及其他各種高效開發(fā)方法等

　　3、界面分析和評估技術(shù)。

　　4、開發(fā)新型界面和交互技術(shù)。

　　5、構(gòu)建交互相關(guān)的描述模型和預(yù)測模型

　　1、 框架是提供理解或定義的一種結(jié)構(gòu)，他能夠幫助人們結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程，認(rèn)識設(shè)計(jì)過程中的主要問題，還有助于定義問題所涉及的領(lǐng)域 2、 執(zhí)行/評估活動(dòng)周期EEC： 活動(dòng)的四個(gè)基本組成部分：目標(biāo)（想做什么）、執(zhí)行（實(shí)現(xiàn)目標(biāo)必須進(jìn)行的操作）、客觀因素（執(zhí)行活動(dòng)時(shí)必須考慮的客觀條件）、評估（用于衡量活動(dòng)執(zhí)行的結(jié)果語目標(biāo)之間的差距）

　　七個(gè)階段：建立目標(biāo)、形成操作意向、明確動(dòng)作序列、執(zhí)行動(dòng)作、感知系統(tǒng)狀態(tài)、解釋系統(tǒng)狀態(tài)、對照目標(biāo)評估系統(tǒng)狀態(tài)

　　執(zhí)行隔閡：用戶為達(dá)到目標(biāo)而制定的動(dòng)作與系統(tǒng)允許的動(dòng)作之間的差別 評估隔閡：系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)際表現(xiàn)與用戶預(yù)期之間的差別 3、 擴(kuò)展EEC框架

　　（1） 交互式系統(tǒng)的四個(gè)組成部分：系統(tǒng)（S）、用戶（U）、輸入（I）、輸出（O）

　　（2） 其中，輸入和輸出構(gòu)成了界面

? ? ? ? （3） 執(zhí)行階段包括三個(gè)翻譯過程：

　　定義：用戶闡述某個(gè)目標(biāo)，然后通過輸入語言進(jìn)行協(xié)調(diào)和鏈接 執(zhí)行：輸入語言被轉(zhuǎn)換成內(nèi)核語言，表示系統(tǒng)要執(zhí)行的操作 表現(xiàn)：系統(tǒng)使用輸出語言吧內(nèi)核語言的執(zhí)行結(jié)果表示出來

　　（4） 評估階段的過程

　　觀察：用戶將輸出與原有的目標(biāo)進(jìn)行比較從而評估交互的結(jié)果

　　問答界面：通過詢問用戶一系列問題實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的交互（Web問卷是典型的采用問答方式進(jìn)行組織的應(yīng)用，應(yīng)允許用戶方便地取消其中一個(gè)界面的選項(xiàng)）

　　優(yōu)點(diǎn)：對記憶的要求較低；每個(gè)界面具有自解釋性；將任務(wù)流程以簡單的線性表示；適合新手用戶。

　　缺點(diǎn)：要求從用戶端獲得有效輸入；要求用戶熟悉界面控制；糾錯(cuò)過程可能比較乏味。 隱喻界面：

　　本質(zhì)：在用戶已有知識的基礎(chǔ)上建立一組新的知識，實(shí)現(xiàn)界面視覺提示和系統(tǒng)功能之間的知覺聯(lián)系，進(jìn)而幫助用戶從新手用戶轉(zhuǎn)變?yōu)閷＜矣脩?/p>

　　優(yōu)點(diǎn)：直觀生動(dòng)；無需學(xué)習(xí)。

　　缺點(diǎn)：不具有可擴(kuò)展性；不同用戶對同一事物可能產(chǎn)生不同的聯(lián)想；緊緊地將我們的理念和物理世界束縛在一起；尋找恰當(dāng)?shù)碾[喻可能存在困難。

　　體感交互是人機(jī)交互的高級形態(tài)

　　1.人機(jī)交互從廣義上講，就是全社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)的智能化識別；從狹義上講，3D顯示器、、視網(wǎng)膜顯示器、動(dòng)作識別、仿生隱形眼鏡、第六感技術(shù)和體感系統(tǒng)等都是人機(jī)交互在不同階段的發(fā)展形態(tài)。

　　2.第六感技術(shù)：是一個(gè)可佩戴的姿態(tài)交互系統(tǒng)，將用戶周圍的事物，與互聯(lián)網(wǎng)無縫連接在一起，用戶可以通過自然手勢與電子設(shè)備進(jìn)行輸入輸出交互。

　　1）應(yīng)用場景一，第六感技術(shù)將以手機(jī)系統(tǒng)作為使用平臺(tái)，在手掌上投影的“鍵盤”可以根據(jù)實(shí)際的需要變化，輸入內(nèi)容和顯示內(nèi)容都可以；

　　2）應(yīng)用場景二，第六感技術(shù)可以從海量的信息資訊中收集識別讀物上的信息，并通過關(guān)鍵字可以在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)內(nèi)容，讓你全方位的了解信息。

　　圖表2：通過皮膚觸控使用手機(jī)

　　圖表3：便利的媒體資訊

　　3.體感技術(shù)：一種可以直接使用肢體動(dòng)作與周邊的裝置或環(huán)境互動(dòng)，而無需使用任何復(fù)雜的控制設(shè)備。如圖5所示，肢體在空中所做動(dòng)作都會(huì)被體感傳感設(shè)備感知，并通過數(shù)據(jù)處理和算法得知人體具體動(dòng)作軌跡并反映在游戲中，通過體感設(shè)備無需接觸即可與虛擬游戲進(jìn)行互動(dòng)。

　　1）體感控制設(shè)備的概念最早來源于日本任天堂公司于2006年11月推出的Wii家用游戲機(jī)，此款設(shè)備包含兩部分硬件：放在電視機(jī)前的傳感器和握在手中的控制器Wiiremote。通過Wiiremote頂端配置的CMOS鏡頭探測傳感器兩側(cè)的紅外線發(fā)光源來確定自身運(yùn)動(dòng)軌跡，并借助自帶陀螺儀測算加速度，實(shí)現(xiàn)體感控制。

　　2）自Wii推出半年后便占據(jù)游戲機(jī)市場銷量第一的寶座，這也使得索尼和微軟深切感受到體感技術(shù)的革命性，兩者分別在2010年9月和11月先后推出自主研發(fā)的兩款體感游戲設(shè)備PSmove和Kinect，其中Kinect是目前市場上效果最佳的體感設(shè)備，其硬件設(shè)備主要包括紅外投影機(jī)、用于臉部識別和全身定位的攝像頭、用于語音解釋的麥克風(fēng)和空間定位的深度傳感器。

　　3）Kinect上市后短短2個(gè)月便售出800萬臺(tái)，超過了蘋果iPhone、iPad同等上市時(shí)間內(nèi)的銷售數(shù)字，截至去年1月Kinect累計(jì)售出1800萬臺(tái)。

　　圖表4：Kinect體感游戲示意

　　圖表5：空間操作示意

　　體感技術(shù)的顛覆者：LeapMotion簡單硬件卻有全新交互體驗(yàn)

　　美國Leap公司開發(fā)的面向WindowsPC及Mac平臺(tái)的體感設(shè)備LeapMotion技術(shù)更為先進(jìn)，在微軟Kinect類似工作機(jī)理的基礎(chǔ)上將性能提高到極致：精確度提高到0.01毫米以內(nèi)，時(shí)間延遲只有5-10毫秒，用戶絲毫覺察不出這極短的延遲，體驗(yàn)到的只有動(dòng)作同步的流暢。

　　LeapMotion體感控制器包括一個(gè)類似U盤的可連接電腦的傳感器和一套復(fù)雜的軟件平臺(tái)。工作原理主要是采用紅外LED照亮傳感器上方的一片區(qū)域（約25-600毫米約0.23立方米空間），此時(shí)手部在覆蓋區(qū)域的動(dòng)作將被模擬人眼的雙攝像頭捕捉，將手部位置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過高速USB通訊芯片反饋給終端，從而分析出手勢的變化并反應(yīng)在游戲操作中。

　　本地系統(tǒng)包括幾乎所有一切具備獨(dú)立運(yùn)算能力的設(shè)備，包括PC、筆記本電腦、平板電腦、車載電子設(shè)備、智能手機(jī)，因而LeapMotion應(yīng)用領(lǐng)域也不僅限于游戲、醫(yī)療，也可以是金融、工程、虛擬雕刻、全息投影等領(lǐng)域。

　　圖表6：LeapMotion體感控制器

　　與智能全息相結(jié)合，隔空操控不是夢

　　與觸摸屏相比，LeapMotion可以支持更優(yōu)越的遙感控制體驗(yàn)，價(jià)格方面，普通筆記本觸摸屏成本在300-400元，而LeapMotion初始售價(jià)僅需要500元，考慮到LeapMotion更人性化的體感控制方式，消費(fèi)者需要付出的額外成本并不高。超高的性價(jià)比和完善的生態(tài)系統(tǒng)使得LeapMotion競爭優(yōu)勢明顯，中性預(yù)計(jì)未來將有望在PC、筆記本和電視上成為標(biāo)配，理想銷量將達(dá)到數(shù)億臺(tái)量級。

　　與智能終端的結(jié)合只是LeapMotion體感革命的開始，其真正劃時(shí)代的跨躍在于嵌入全息投影的應(yīng)用，屆時(shí)隔空打字、空間操作、虛擬雕塑、模擬手術(shù)等全新概念將不僅停留在想象之中。

　　圖表7：隔空操控不是夢

　　人機(jī)交互的發(fā)展

　　59年美國學(xué)者B.Shackel從人在操縱計(jì)算機(jī)時(shí)如何才能減輕疲勞出發(fā)，提出了被認(rèn)為是人機(jī)界面的第一篇文獻(xiàn)的關(guān)于計(jì)算機(jī)控制臺(tái)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)的論文。1960年，Liklider JCK首次提出人機(jī)緊密共棲（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被視為人機(jī)界面學(xué)的啟蒙觀點(diǎn)。1969年在英國劍橋大學(xué)召開了第一次人機(jī)系統(tǒng)國際大會(huì)，同年第一份專業(yè)雜志國際人機(jī)研究（IJMMS）創(chuàng)刊。可以說，1969年是人機(jī)界面學(xué)發(fā)展史的里程碑。

　　在1970年成立了兩個(gè)HCI研究中心：一個(gè)是英國的Loughbocough大學(xué)的HUSAT研究中心，另一個(gè)是美國Xerox公司的Palo Alto研究中心。

　　1970年到1973年出版了四本與計(jì)算機(jī)相關(guān)的人機(jī)工程學(xué)專著，為人機(jī)交互界面的發(fā)展指明了方向。

　　20世紀(jì)80年代初期，學(xué)術(shù)界相繼出版了六本專著，對最新的人機(jī)交互研究成果進(jìn)行了總結(jié)。人機(jī)交互學(xué)科逐漸形成了自己的理論體系和實(shí)踐范疇的架構(gòu)。理論體系方面，從人機(jī)工程學(xué)獨(dú)立出來，更加強(qiáng)調(diào)認(rèn)知心理學(xué)以及行為學(xué)和社會(huì)學(xué)的某些人文科學(xué)的理論指導(dǎo)；實(shí)踐范疇方面，從人機(jī)界面（人機(jī)接口）拓延開來，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)對于人的反饋交互作用。人機(jī)界面一詞被人機(jī)交互所取代。HCI中的I，也由Interface（界面/接口）變成了Interaction（交互）。

　　20世紀(jì)90年代后期以來，隨著高速處理芯片，多媒體技術(shù)和Internet Web技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，人機(jī)交互的研究重點(diǎn)放在了智能化交互，多模態(tài)（多通道）-多媒體交互，虛擬交互以及人機(jī)協(xié)同交互等方面，也就是放在以人為在中心的人機(jī)交互技術(shù)方面。

　　人機(jī)交互的發(fā)展歷史，是從人適應(yīng)計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)不斷地適應(yīng)人的發(fā)展史，人機(jī)交互的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段：早期的手工作業(yè)階段、作業(yè)控制語言及交互命令語言階段、圖形用戶界面（GUI）階段、網(wǎng)絡(luò)用戶界面的出現(xiàn)、多通道、多媒體的智能人機(jī)交互階段。