人機交互探秘與展望

侯超群

摘 要：現代社會科學技術的飛速發展，人們越來越期盼更加智能、人性化的交互方式，需要得到更好的人機交互體驗。人機交互涉及了心理學，社會學，圖形設計，計算機科學等多門學科的相關知識，另外還要考慮不同人之間的個體差異等等。本文探索了人機交互的發展歷程，總結人機交互的實現方式和人機交互的研究內容，展望了隨人機交互技術發展將會出現的一些新的人機交互方式以及一些創新性的想法。

關鍵詞：人機交互；眼動交互；手勢交互；交互等待；VR；AR

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0227-02

1 引言

隨著國民經濟的發展，人機交互（Human-computer interaction）這項伴著計算機和眾多機器應用的普及而發展起來的技術逐漸融入人們的工作和生活中，在信息的處理方面對人們起到了重要的協助作用。人機交互技術融入人們的生活和工作中，在保護信息安全（如現代智能手機的指紋解鎖功能）、方便生活（如支付寶的快捷支付，路邊的ATM機）、接受及處理信息（如VR與AR）等等的眾多方面帶來了優質的體驗，便隨之產生了巨大的經濟效益，推動了社會經濟的發展。人機交互與科學技術彼此作用?？茖W技術的不斷進步會作用于人機交互技術的研究的進程，人機交互技術水平的提高也會反作用于科學技術的興盛。

2 人機交互的基本概念

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，是一個仍在快速發展的概念和學科。

人機交互與用戶直接接觸的部分叫做人機交互界面，用戶在使用計算機等器件的時候，要通過人機交互界面與系統進行交流并釋放命令。人機交互界面的設計直接影響了人機交互的可用性和友好性。

3 人機交互的常見實現方式和研究內容

作為一項歸納了眾多學科的技術，人機交互融匯了設計學、心理學、工程學等學問。在人機交互發展到具有多模態感知、智能預測和交互、獨立知識處理和可視化顯示等功能的今天，各種傳感器的應用和更加智能的算法必不可少。

人機交互實現的方式包括但不限于以下幾種：

3.1 通過跟蹤并識別自然手勢來實現人機交互

科技的不斷發展，使建立智能化、人性化兼自然化的人機界面成為人機交互的主流，手勢跟蹤也朝著收拾交互的方向發展?，F在的人機交互的方向發展方向正逐漸開始向人自然形成的認知方式和表達形式靠攏，這也是為什么現在人臉識別、語音識別、手勢識別越來越成為發展的鋒線的原因之一。三維自然手勢交互技術可以在無接觸的情況下高效、準確、無障礙地實現人機交互（例如：其在手語識別、家電遙控、虛擬物體控制等方面的應用）。

3.2 利用眼動信息來實現人機交互

眼動信息的檢測涉及了人臉檢測技術、人眼精確定位技術和人眼姿勢識別算法等多方面的技術的綜合。獲取眼動信息后利用眼動信息來實現人機交互，首先需研究與眼動信息提取與記錄相關的問題。其次研究多視角下人臉檢測技術，從含有一定背景的人體圖像中檢測并提取人臉，為人眼定位奠定基礎。下一步研究在不同視角下定位人眼，并準確無誤從人眼中找到瞳孔所在區域。最后研究眼姿勢識別算法?；诂F實場景或實物的定性及定量的眼動跟蹤的Tobii Glasses系列眼動儀（圖1）。

3.3 等待狀態時候的人機交互設計

在人們使用計算機時候，尤其是進行大量運算或使用互聯網產品時，等待是無法避免出現的情況，而現代社會的生活節奏越來越快，人們對于等待的忍耐性越來越小。這時候交互等待的設計就可以達到直觀上縮短等待的時間，減輕用戶等待時候的焦慮感，從而改善產品的用戶體驗的作用。

針對于解決用戶在等待過程中的焦慮心理，減輕用戶在交互等待過程中的負面體驗，從用戶的心理感受出發，將人機工程學、設計學、認知心理學等學科穿插在一起，從全局思量用戶的實際境況，通過娛樂、圖文等方式、利用各種交互形式來優化交互等待過程，

3.4 VR與AR

近年來，VR和AR迅速發展。其中虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術通過創建由多維信息多構成的可操縱的虛擬環境（Virtual Environment，簡稱VE），來實現感受真實、方便自然的人機交互。

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR）通過顯示、交互、傳感器、計算機視覺以及多媒體等將計算機生成的虛擬信息融合到用戶的真實環境中，讓用戶在現實世界中與虛擬世界進行互動，來增強用戶對真實環境的理解。

4 人機交互的發展歷程

人機交互的發展至今為止，可以認為經歷了以下五個階段：

（1）易于手工操作和二進制代碼的交互階段。首代計算機系統的語言是由1和0組成的邏輯開關來實現，也就是我們常說的的二進制代碼。這一階段中所有的計算機的指令，其格式和代碼所代表的含義都是具有自然的絕對規律性的，故其具有操作繁瑣、開發周期長、可讀性差、可移植性差、可靠性差、重用性差、不便于交流與合作等弊端。（2）基于鍵盤和交互命令語言的交互階段。鍵盤和字符顯示器是第二階段的關鍵的交互手段，此時運用字符和命令進行交互，故該過程略有乏味和不靈活之感，這一階段是第二代人機交互技術。（3）基于鼠標和圖形用戶界面（GUI）的交互階段。圖形用戶界面的應用使普通用戶亦能熟練地操作計算機，使計算機技術廣泛地進入群體當中，實現了“事實上的標準化”。（4）網絡用戶界面和多媒體技術得到應用的階段。此階段，運用多媒體技術大大壓減了用戶信息交流的過程，便捷了用戶之間信息的傳遞。計算機通過對信息進行整體分析，把各類信息歸納整理，使之相互關聯，且可以與用戶交互。（5）現階段是多模態智能人機交互階段。人機交互發展到現階段，正處于融人臉、表情、手勢、語音、文本的識別及合成于整體的多模態智能人機交互階段，人機交互界面的開放化和智能化正在一步步變成現實。

5 對于人機交互的創新想法和未來展望

從目前看來，人機交互主要由以下的不足：首先是仍然沒有擺脫人機交互界面易攜帶性的問題，其次是識別信息出現的不準確性還非常常見，最后人機交互的多模態智能化設備普及率還比較低，還遠遠沒有達到商業化普及所有領域的程度。

在未來，人機交互技術將會實現計算機與人腦的直接交流，識別用戶腦中最精確的目的和需求，并向用戶的大腦中反饋其所需的信息?，F已存在無傷讀取腦電波技術，但仍處于初始階段，存有局限性，未達到在商業領域中普及的技術門檻。隨著科技的進步，人機交互方式將會與生物反應形成深度的關聯，機器將有“思維”地與人交流，成為用戶的私人“助理”。當用戶感覺到不舒服了的時候，只要產生了相關意識的腦電波，圍繞在周圍的智能產品就會迅速感知到，并能快速解決用戶的需求。

另外，人機交互中的虛擬現實技術將在醫療保健、軍事國防、購物出行、駕車訓練等方面廣泛應用，給予用戶以全體感的近乎現實的虛擬環境。

6 結語

人機交互技術仍存在很多不成熟的方面，需要人們的完善和發展；但是這也說明了人機交互具有的廣泛前景，人機交互技術更存在眾多未被開發的領域，等待我們去探索、發現。前途是光明的，困難是可以克服的，如今，很多公司和科技機構正在大力研究人機交互，在未來，人們的生活一定與人機交互息息相關，成為社會經濟中不可或缺的支柱。

參考文獻

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