人機交互

人機交互（Human-Computer Interaction, 簡寫HCI）：是指人與計算機之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程。有很多著名公司和學術機構正在研究人機交互。在計算機發展歷史上，人們很少注意計算機的易用性。現在，很多計算機用戶抱怨計算機製造商在如何使其產品“用戶友好”這方面沒有投入足夠的精力。而反過來，這些計算機系統開發商也在抱怨，他們的理由是：設計和製造計算機是一個很複雜的工作，光是研究如何在新領域能夠應用計算機的問題就已經佔用了他們的大部分精力，實在是沒有多餘的精力來研究如何提高計算機的易用性了。

人機交互（HCI）的一個重要問題是：不同的計算機用戶具有不同的使用風格——他們的教育背景不同、理解方式不同、學習方法以及具備技能都不相同，比如，一個左撇子和普通人的使用習慣就完全不同。另外，還要考慮文化和民族的因素。其次，研究和設計人機交互需要考慮的是用戶界面技術變化迅速，提供的新的交互技術可能不適用於以前的研究。還有，當用戶逐漸掌握了新的介面時，他們可能提出新的要求。

操作系統的人機交互功能是決定計算機系統“友善性”的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設備和相應的軟體來完成。可供人機交互使用的設備主要有鍵盤顯示、滑鼠、各種模式識別設備等。與這些設備相應的軟體就是操作系統提供人機交互功能的部分。人機交互部分的主要作用是控制有關設備的運行和理解並執行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。早期的人機交互設施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統接到命令后立即執行並將結果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，唯一的。

隨著計算機技術的發展，操作命令也越來越多，功能也越來越強。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設備的發展，操作員和計算機在類似於自然語言或受限制的自然語言這一級上進行交互成為可能。此外，通過圖形進行人機交互也吸引著人們去進行研究。這些人機交互可稱為智能化的人機交互。這方面的研究工作正在積極開展。

· 人機交互是一門科學學科

– 用戶如何使用計算機

– 如何設計一個可以幫助用戶提高工作效率的計算機系統

· 多學科綜合

–計算機科學

–心理學

–社會學

–圖形設計

– 工業設計

人機界面（Human-Computer Interface,簡寫HCI）：是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話介面，是計算機系統的重要組成部分。

人機交互與人機界面是兩個有著緊密聯繫而又不盡相同的概念。

機交互界面表示模型與設計方法（Model and Methodology）

一個交互界面的好壞，直接影響到軟體開發的成敗。友好人機交互界面的開發離不開好的交互模型與設計方法。因此，研究人機交互界面的表示模型與設計方法，是人機交互的重要研究內容之一。

可用性分析與評估（Usability and Evaluation）

可用性是人機交互系統的重要內容，它關係到人機交互能否達到用戶期待的目標，以及實現這一目標的效率與便捷性。人機交互系統的可用性分析與評估的研究主要涉及到支持可用性的設計原則和可用性的評估方法等。

多通道交互技術（Multi-Modal）

在多通道交互中，用戶可以使用語音、手勢、眼神、表情等自然的交互方式與計算機系統進行通信。多通道交互主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的評估方法以及多通道信息的融合等。其中，多通道信息整合是多通道用戶界面研究的重點和難點。

認知與智能用戶界面（Intelligent User Interface，IUI）

智能用戶界面的最終目標是使人機交互和人－人交互一樣自然、方便。上下文感知、眼動跟蹤、手勢識別、三維輸入、語音識別、表情識別、手寫識別、自然語言理解等都是認知與智能用戶界面需要解決的重要問題。

群件（Groupware）

群件是指幫助群組協同工作的計算機支持的協作環境，主要涉及個人或群組間的信息傳遞、群組中的信息共享、業務過程自動化與協調，以及人和過程之間的交互活動等。目前與人機交互技術相關的研究主要包括：群件系統的體系結構、計算機支持交流與共享信息的方式、交流中的決策支持工具、應用程序共享以及同步實現方法等內容。

Web設計（Web-Interaction）

重點研究Web界面的信息交互模型和結構，Web界面設計的基本思想和原則，Web界面設計的工具和技術，以及Web界面設計的可用性分析與評估方法等內容。

移動界面設計（Mobile and Ubicomp）

移動計算（Mobile Computing）、無處不在計算（Ubiquitous Computing）等對人機交互技術提出了更高的要求，面向移動應用的界面設計問題已成為人機交互技術研究的一個重要應用領域。針對移動設備的便攜性、位置不固定性和計算能力有限性以及無線網路的低帶寬高延遲等諸多的限制，研究移動界面的設計方法，移動界面可用性與評估原則，移動界面導航技術，以及移動界面的實現技術和開發工具，是當前的人機交互技術的研究熱點之一。

生理數據：肌電、腦電、皮電等。

心理數據：呼吸、脈搏、眼動、皮溫等。

行為數據：行為數據、生物力學數據，眼動軌跡等。

腦電儀系統

眼動儀系統

力反饋手套系統

生物力學感測器系統

人因與工效學綜合數據採集平台

工效學人因數據綜合採集系統

行為數據管理分析系統

59年美國學者B.Shackel從人在操縱計算機時如何才能減輕疲勞出發，提出了被認為是人機界面的第一篇文獻的關於計算機控制台設計的人機工程學的論文。1960年，Liklider JCR首次提出人機緊密共棲（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被視為人機界面學的啟蒙觀點。1969年在英國劍橋大學召開了第一次人機系統國際大會，同年第一份專業雜誌國際人機研究（IJMMS）創刊。可以說，1969年是人機界面學發展史的里程碑。

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

1970年到1973年出版了四本與計算機相關的人機工程學專著，為人機交互界面的發展指明了方向。

20世紀80年代初期，學術界相繼出版了六本專著，對最新的人機交互研究成果進行了總結。人機交互學科逐漸形成了自己的理論體系和實踐範疇的架構。理論體系方面，從人機工程學獨立出來，更加強調認知心理學以及行為學和社會學的某些人文科學的理論指導；實踐範疇方面，從人機界面（人機介面）拓延開來，強調計算機對於人的反饋交互作用。人機界面一詞被人機交互所取代。HCI中的I，也由Interface(界面/介面)變成了Interaction(交互)。

20世紀90年代後期以來，隨著高速處理晶元，多媒體技術和Internet Web技術的迅速發展和普及，人機交互的研究重點放在了智能化交互，多模態（多通道）-多媒體交互，虛擬交互以及人機協同交互等方面，也就是放在以人為在中心的人機交互技術方面。

人機交互的發展歷史，是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史

人機交互的發展經歷了幾個階段：

早期的手工作業階段

作業控制語言及交互命令語言階段

圖形用戶界面（GUI）階段

網路用戶界面的出現

多通道、多媒體的智能人機交互階段

人機交互的發展歷史, 是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史。它經歷了幾個階段:

(1)早期的手工作業階段。當時交互的特點是由設計者本人(或本部門同事)來使用計算機, 他們採用手工操作和依賴機器(二進位機器代碼)的方法去適應現在看來是十分笨拙的計算機;(2)作業控制語言及交互命令語言階段。這一階段的特點是計算機的主要使用者———程序員可採用批處理作業語言或交互命令語言的方式和計算機打交道, 雖然要記憶許多命令和熟練地敲鍵盤, 但已可用較方便的手段來調試程序、了解計算機執行情況;

(3)圖形用戶界面(GUI)階段.GUI 的主要特點是桌面隱喻、WIMP技術、直接操縱和“所見即所得(WYSIWYG)”.由於GU I 簡明易學、減少了敲鍵盤、實現了“事實上的標準化” , 因而使不懂計算機的普通用戶也可以熟練地使用, 開拓了用戶人群。它的出現使信息產業得到空前的發展;

(4)網路用戶界面的出現。以超文本標記語言HTML 及超文本傳輸協議HTTP 為主要基礎的網路瀏覽器是網路用戶界面的代表。由它形成的WWW 網已經成為當今Internet 的支柱。這類人機交互技術的特點是發展快, 新的技術不斷出現，如搜索引擎、網路加速、多媒體動畫、聊天工具等;

(5)多通道、多媒體的智能人機交互階段。以虛擬現實為代表的計算機系統的擬人化和以手持電腦、智能手機為代表的計算機的微型化、隨身化、嵌入化，是當前計算機的兩個重要的發展趨勢。而以滑鼠和鍵盤為代表的GU I 技術是影響它們發展的瓶頸.

利用人的多種感覺通道和動作通道(如語音、手寫、姿勢、視線、表情等輸入), 以并行、非精確的方式與(可見或不可見的)計算機環境進行交互, 可以提高人機交互的自然性和高效性。多通道、多媒體的智能人機交互對我們既是一個挑戰, 也是一個極好的機遇。在人機交互的發展中, 一大批專家為此做出了卓越的貢獻。下面是最有影響的一些事件和成果:

(1)1945 年, 美國羅斯福總統的科學顧問Bush(1894 ～ 1974)在《大西洋月刊》上發表的“as we maythink”的著名論文, 提出了應採用設備或技術來幫助科學家檢索、記錄、分析及傳輸各種信息的新思路和名為“Memex”的一種工作站構想, 影響著一大批最著名計算機科學家.

(2)1963 年, 美國麻省理工學院Sutherland 開創了計算機圖形學的新領域, 並獲1988 年ACM 圖靈獎。他還在1968 年開發了頭盔式立體顯示器, 成為現代虛擬現實技術的重要基礎.

(3)1963 年, 美國斯坦福研究所的Engelbart 發明了滑鼠器, 他預言滑鼠器比其他輸入設備都好, 並在超文本系統、導航工具方面取得了傑出的成果(Augmented Human Intellect Project), 獲1997 年ACM 圖靈獎.10 年後, 滑鼠器經過不斷地改進, 成為影響當代計算機使用的最重要成果.

(4)20 世紀70 年代, 當時在Xerox 研究中心的Alan Kay 提出了Smalltalk 面向對象程序設計等思想, 併發明了重疊式多窗口系統, 后經蘋果、微軟、麻省理工學院等單位的不斷研究和開發, 形成了目前廣泛使用的圖形用戶界面的標準範式.

(5)1989 年, Tim Berners-Lee 在日內瓦的CERN用HTML 及HTTP 開發了WWW 網, 隨後出現了各種瀏覽器(網路用戶界面), 使網際網路飛速發展起來.

(6)20 世紀90 年代，美國麻省理工學院Negroponte(他早在30 年前就提出了“交談式計算機”概念)領導的媒體實驗室在新一代多通道用戶界面方面(包括語音、手勢、智能體等)做了大量開創性的工作. 他是暢銷書《數字化生存(Being Digital)》的作者.

(7)20 世紀90 年代, 美國Xerox PARC 的首席科學家Mark Weiser(1952 ～ 1999), 首先提出“無所不在計算(Ubiquitous Computing)”思想, 並在此領域做了大量開拓性的工作.

德國研究人員正在開發一種全新的可移動交互系統，此系統能夠通過視覺存貯設備將視覺信號轉換為命令，有望能全面代替鍵盤和顯示器．這種設備是一個小型的、能夠放在胸前的電腦，其攝像頭能捕捉到手部運動，從而轉換成對應的命令執行．例如人們可以用手在空中畫出各種圖形，或選擇空中不同的點來構型，此交互系統可以立即將這些手上動作轉化成圖形或操作命令，就像《鋼鐵俠2》里的托尼—斯達克在自己實驗室里用手在空中揮動便能操作電腦一般。在不久的將來，你在空中畫幾個數字就能表示在撥打電話，或者在空中點幾下就表示在打鍵盤，一切就將變的美妙無比。

包括三種輸入方式：1 請求模式。 2 採樣模式。3 事件模式。

人機交互技術領域熱點技術的應用潛力已經開始展現，比如智能手機配備的地理空間跟蹤技術，應用於可穿戴式計算機、隱身技術、浸入式遊戲等的動作識別技術，應用於虛擬現實、遙控機器人及遠程醫療等的觸覺交互技術，應用於呼叫路由、家庭自動化及語音撥號等場合的語音識別技術，對於有語言障礙的人士的無聲語音識別，應用於廣告、網站、產品目錄、雜誌效用測試的眼動跟蹤技術，針對有語言和行動障礙人開發的“意念輪椅”採用的基於腦電波的人機界面技術等。人機交互解決方案供應商不斷地推出各種創新技術，如，指紋識別技術，側邊滑動指紋識別技術，TDDI 技術，壓力觸控 技術等。熱點技術的應用開發是機遇也是挑戰，基於視覺的手勢識別率低，實時性差，需要研究各種演演算法來改善識別的精度和速度，眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態、語音、唇讀、人臉、DNA等人類特徵的研發應用也正受到關注，多通道的整合也是人機交互的熱點，另外，與“無所不在的計算”、“雲計算”等相關技術的融合與促進也需要繼續探索。

工業設計領域

安全人因科學

運動生理學

人因與工效學

安全駕駛行為（交通安全）研究

可用性測試研究

人機工效學領域

航空航天領域

人機交互領域

環境行為學研究

心理與行為科學

人機界面設計

工業管理