普適計算對計算機交互設計的影響

文|劉志趙珣

?

普適計算對計算機交互設計的影響

文|劉志1趙珣2

隨著計算模式經歷了主機計算和桌面計算兩個時代，計算模式步入普適計算時代，普適計算的本質不在于開發新的計算設備，而在于開發與之相適應的人與計算機之間新的交互方式，使計算機真正進入人們的工作和生活，“智能互動”是普適計算時代的新課題。

計算模式的發展

目前，計算模式已經經歷了主機計算時代和桌面計算兩個時代。主機計算時代的計算機只用于科學計算領域，安裝在計算中心，人與計算機交流，使用的是生澀的機器語言。20世紀80年代，計算模式跨入桌面計算時代，PC開始流行。

隨后，計算機使用者的范圍由專業人員擴展到了其他行業，這得益于圖形用戶界面與多媒體技術的發展。21世紀，計算模式開始跨入普適計算時代。

交互設計理念下計算模式發展

在主機計算時代，計算機是貴重的科學儀器，用戶不會考慮需不需要交互設計。在桌面計算時代，計算機走進了用戶的辦公室和家庭，交互設計也隨之迅速發展。速度更快、體積更小、價格更低廉的微處理器不斷地生產，使在生存環境中嵌入“計算機”成為可能。人類有限的能力限制了同時從事的活動數目，桌面計算的缺點開始慢慢暴露。在桌面計算模式下，計算機占據主導地位：一是人必須主動使用計算機才能獲得計算和信息服務；二是人機之間的交互方式更合適機器而不是人；三是人必須處理各種計算任務的細節才能獲得所需結果。

當一個人同時面對很多臺不同的計算設備，又處在計算機占主導地位的情形下，其注意力就將完全被計算設備而不是要完成的任務所占據，這時計算模式進入普適計算時代，此時人的注意力將成為計算機科學需要關注的稀缺資源。早在1991年，Mark Weiser于在《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century”中提出來了普適計算的思想[1]，強調把計算機嵌入到環境或日常工具中去，強調將人們生活的物理空間和信息空間融和。

普適計算帶來交互設計的變化

主機計算時代人與機器交流使用艱澀的機器語言，只有少數專家懂得。當時專家訪問計算機是獲取數據；桌面計算時代是較為人性的人機界面，大多數人能很順利的操作PC機并獲取語音和圖像等資料；普適環境下，計算機已經嵌入了普通事物中，人機接口設計的新挑戰就是交互設計。

在普適環境下，有這樣一個情景：當你從一個房間走到另一個房間時，你所欣賞的音樂也要跟著你在到達房間中連續播放。如果用戶不想再聽音樂，想到安靜的廚房，沖一杯咖啡喝，而這時音樂暫停播放。在這個情景中，通過傳感器可以感知到用戶的位置和各種細微的行為，如眼神的變化，面部表情等，體現了普適計算的兩個特性：“無所不在的感知”和“基于上下文的交互” [2]。可以用格式塔心理學的理論解釋一下這個設計過程。行為環境是格式塔心理學的一個重要概念，設計師的行為也是基于行為環境的。設計師基于自己的行為環境來臆測用戶的行為，再根據用戶的行為來設計設備的行為，而用戶的行為是基于自己的行為環境的，由于設計師的行為環境和用戶的行為環境是不同，所以設計師難免會錯誤估計了用戶行為背后的原因，設計師有必要降低這種風險。普適環境下，設備已經嵌入用戶的物理環境，設備外形帶來的影響很小。

普適計算時代的“智能交互”

普適計算的本質不在于開發新的計算設備，而在于開發與之相適應的人與計算機之間新的交互方式，使計算機成為工作、生活必需品，并像筆紙、刀叉一樣使用方便。“智能互動”是普適計算時代給我們提出的新的課題，智能家居將為人類的生活帶來新的變化。早期，智能家居主要是指“家庭自動化”，包括使用各種家庭自動化產品和配件。目前，通常把智能家居定義為利用電腦、網絡和綜合布線技術，應用家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統有機結合。

設備間通信。設備間能夠進行有效的通信意味著一個設備能夠在其他設備所需的特定條件發生時指示其完成相應的功能，初始設備可以是房間里的任何設備。設備間通信的基礎是智能家電具有聯網能力，這里的“聯網能力”并不是指Internet接入能力，而是指能連接家電設備的任何接口，它保證各設備間能交換數據。家庭網絡是信息高速公路進入家庭的產物，是家庭信息基礎設施的組成部分。家庭網絡可同時支持話音、數據、電視、保安及家電自動化，通過電力線、電話線、電視電纜、光纖、無線電、紅外線等多種方式，將家庭中的多臺電腦與其外圍設備、多種數字設備以及數碼家電互聯成網絡，實現資源共享。

設備服務抽象。由于智能家居必須支持不斷變化的智能家電及服務，因而必須解決服務發現問題。首先，系統必須能夠發現存在的可用設備和服務，繼而確定新發現設備及其服務的能力。為了通過單一控制器控制眾多的動態智能家電，就必須使智能家電的硬件設備控制、內部計算邏輯和用戶接口相分離，靈活地改變智能家電的交互機制而無須改變底層應用。對智能設備提供的服務進行抽象描述就能實現上述分離，這種抽象服務描述允許每一種服務對外公布其所具有的一組屬性，使其他服務能夠自動地與其進行交互。

感知無所不在。對用戶的感知是智能家電為用戶提供智能交互操作的基礎，它包括以下方面：用戶識別、用戶方位感知、用戶行為感知、用戶表情感知、感知設備分布、感知設備能力、感知環境變化。在智能家居環境中，用戶可以隨時隨地與智能家電交互，走到特定地方的要求、穿戴特殊的設備或標志都已不再需要，無論你在哪，智能家電都能感受到你。

基于上下文的交互。任何能夠用來刻畫實體狀況的信息稱為上下文，實體可以是與用戶和應用建立交互相關的用戶、地點或物體。上下文在交互中的重要性表現在以下方面：一是同樣的輸入，不同的上下文可能具有不同的語義。二是在人與人的交談中運用蘊含的狀態信息，可提高信息的效率。三是在普適計算環境下，在交互過程中實現接口和服務的個性化也需要上下文信息，物理上的接口不是個人專有，而是由多人共享。四是智能家居環境是一個上下文感知的智能環境，其中，智能家電能夠為用戶提供一致性的基于上下文的交互。如果用戶因為移動而改變其狀態，那么系統必須知道怎樣在新的位置維持一致的用戶交互行為或操作。

隨著計算機更加普及，結合了普適計算技術的智能家電也將得到廣泛應用。將來的電視、電話、電子書、電子記事本等都會配置微處理器和軟件，都會擁有計算機的功能。目前，以智能家電為基礎，把醫療監護與住宅建設和管理相結合的“智能住宅”已經初現端倪，包括微軟的Easy Living、MIT 開發的House_n等研究項目、新加坡的“未來之家”、美國的X-10等實驗應用系統。隨著經濟的發展和社會信息化程度不斷提高，人類將對智能家居的功能提出更高層次的要求。毫無疑問，智能家電已經成為未來家電發展的趨勢，前途將無限光明。

（作者單位：1.湖北城市建設職業技術學院；2.湖北省疾病預防控制中心）