交互一直是困擾計算機最佳使用的問題。人類用于與計算機交互的方法歷史悠久。但是探索仍在繼續，新的設計技術系統正在日趨更新和升級，并且在過去的幾十年中，該領域的研究一直在迅速發展。

人機交互（HCI）領域的增長不僅體現在交互質量的提高上，而且在其增長歷史中開辟了不同的分支。不同的研究部門與設計傳統的交互方式不同，但更多地側重于多模式而不是單模式，并且側重于智能適應性交互而不是基于命令/動作的交互，最終呈現出主動而不是被動的交互。

人機交互的定義

人機交互有時稱為人機交互。人機交互的概念自然地代表了計算機的興起，或更普遍地講是計算機本身的興起。其實，原因很明顯。除非人類可以正確使用它們，否則最復雜的機器將一文不值。這個基本論點代表設計人機交互時應考慮的主要術語：功能和可用性。

為什么可以通過該系統的功能最終定義一個真正設計的系統？系統功能如何幫助實現系統目的？系統的功能可以通過向用戶提供的一系列操作和服務來定義。當然，功能的價值只有在用戶有效使用時才可見。可用性是具有某些功能的系統可以被用戶有效利用并完全實現特定目標的范圍和程度。功能和可用性的適當平衡是系統真正有效的必要條件。

當您想到這些概念時，請考慮本文中通常可互換使用的術語計算機，機器和系統。人機交互應該是一種允許用戶，機器和服務進行協作的設計。為了達到對服務質量和最佳性能的特定效果。例如，飛機零件設計工具應在視圖和設計中提供較高的準確性，而圖形編輯軟件可能不需要這種準確性。當前的技術還可以影響出于相同目的但類型不同的人機交互的設計。

人機交互概述

人機交互在過去十年中取得了長足的進步，這幾乎使人們無法識別哪些概念是虛幻的，哪些概念不是虛幻的，甚至可以變成現實。研究的重點和營銷方法的不斷變化使新技術可以及時地為人們使用。但是，并非所有現有技術都可以公開獲得或負擔得起。

現有的人機交互技術

人機交互設計應考慮人類行為的許多方面，并需要確保其有用性。與簡單的交互方法相比，人類參與機器交互的復雜性有時是看不見的。現有交互復雜性的差異不僅是由于功能或可用性的程度不同，而且還與機器對市場金融和經濟的影響有關。例如，電熱水壺不需要復雜的交互。它的功能僅是燒開水。除交換機外，冗余交互功能都不具有成本效益。但是，簡單的網站可能功能有限，但是其可用性應該足夠復雜以吸引和留住客戶。

因此，在人機交互設計中，即使只有一個用戶和一臺機器，也應充分考慮活動程度。用戶活動分為三個不同級別：身體，認知和情感。物理水平決定了人與計算機技工之間的相互作用。認知層次解決了用戶對系統的理解和交互問題。情感水平是一個新出現的問題，它不僅試圖使交互成為令人愉悅的用戶體驗，而且還通過更改用戶的態度和情感來允許用戶繼續使用該機器。

本文著重于在物理級別上進行交互的開發，并說明如何組合不同的交互方法（多模式交互），并探討每種方法如何提高性能（智能交互）以為用戶提供最佳界面。現有的人機交互物理技術基本上可以基于設備根據人類的感知進行設計和分類。這些設備主要依靠三種人類感官：視覺，聽覺和觸覺。

視覺輸入設備是最常用的類型，通常基于開關或指示設備。這種基于開關的設備可以是可以像鍵盤一樣使用的任何類型的界面，按鈕和開關。有許多指示設備，例如鼠標，操縱桿，觸摸屏面板，圖形輸入板，軌跡球和手寫筆。操縱桿是具有切換和指示功能的操縱桿。輸出設備可以是任何類型的視覺顯示或打印設備。

依靠聽力的設備更為先進，通常需要某種類型的語音識別。這些設備旨在促進盡可能多的交互，因此它們也更難以構建。聽覺輸出設備更易于創建。如今，機器產生的各種非語音和語音信號消息被視為輸出信號。蜂鳴聲，警報和GPS設備逐行道路導航命令都是簡單的示例。

最困難和最昂貴的是構建觸覺設備。“這種類型的界面通過觸摸，重量和相對剛度產生皮膚和肌肉的感覺。”通常為虛擬現實或殘疾幫助而生產觸覺設備。

人機交互的最新方法和技術正在嘗試整合原始的交互方法，并將其與其他先進技術（例如網絡和動畫）相結合。這些新的發展可以分為三個部分：可穿戴設備，無線設備和虛擬設備。技術的發展是如此之快，以至于這些新技術之間的界限正在逐漸消失，并且越來越混雜。這些設備的一些示例包括：GPS導航系統，軍事增強型設備（例如熱成像，用于跟蹤其他士兵運動的GPS，環境掃描），射頻識別（RFID）產品，個人數字助理（PDA），房地產虛擬旅游服務。其中一些新設備升級集成了以前的交互方法。如下圖所示，這是一個虛擬鍵盤，鍵盤上的字母投射在有紅光的堅固表面上。當通過傳感器在固體表面上打字時，該設備跟蹤用戶的手指運動，并將相應的鍵發送到該設備。

人機交互研究進展

在下面的部分中，我們將介紹人機交互的最新研究方向和發展，即智能和自適應交互以及普適計算。這些交互包括不同級別的用戶活動：身體，認知和情感。

智能和自適應人機交互

盡管普通大眾使用的設備仍然是某種純粹的命令/動作設置，而不是復雜的物理設備，但我們仍然不知道智能理論的確切概念，但是我們可以使用智能設備的功能和實用性。市場上的新設備要定義這些概念，如前所述，它是一項重要的經濟和技術，可提供更便捷的人機交互設計以及更令人愉悅和令人滿意的用戶體驗。

為了實現這個目標，界面每天變得越來越自然和易于使用。改進的界面是筆記工具中的一個很好的例子。第一次出現打字機，然后出現鍵盤和觸摸屏平板電腦，您可以用自己的筆跡書寫，機器可以識別，甚至可以執行語音輸入，機器可以識別，而無需手動書寫。新一代界面的一個重要因素是區分智能方式，界面和用戶交互。智能的人機交互設計界面通過某種智能感知響應用戶。一個示例是使說話者使用自然語言與用戶和設備進行通信。視覺上清楚地跟隨用戶并做出相應響應。

自適應人機交互可以是使用GUI出售各種產品的網站。該網站具有識別用戶，維護某些搜索和購買記錄以及建議其認為用戶可能需要購買的產品的能力，其中大多數類型適應性活動是那些涉及認知和情感水平的用戶活動。

另一個例子是它使用的智能自適應界面能夠手寫識別。它可以適應手寫PDA或平板電腦用戶登錄。它具有手寫識別和更正功能，可以記住用戶的文本。最后，關于智能接口的另一個要考慮的因素。大多數非智能人機交互設計本質上都是被動的。它們僅在用戶致電時響應。最終的智能和自適應界面通常是活動界面。本示例根據用戶的口味來建議您自己的智能廣告牌或廣告。在下一部分中，我們將結合不同的人機交互方法，并討論它如何為智能自適應自然接口方法做出貢獻。

人機交互系統架構

人機交互設計中最重要的因素是其配置。實際上，任何給定的接口通常由其提供的輸入和輸出的數量和種類來定義。人機交互系統的體系結構顯示了這些輸入和輸出是什么以及它們如何協同工作。以下各節介紹基于不同配置和設計的接口。

單峰人機交互系統

如前所述，接口主要取決于其輸入和輸出設備的數量和多樣性。該通道允許用戶通過此界面與計算機進行交互。每個不同的獨立單通道稱為一個模式。系統僅基于一種形式，稱為單峰。根據不同形式的屬性，它可以分為三類

基于愿景的人機交互

基于視覺的人機交互研究可能是該領域中最常見的研究。考慮到應用范圍以及各種開放性問題和方法，研究人員正在嘗試解決人類對視覺視覺信號響應的不同方面。本節的主要研究領域如下：

面部表情分析

手勢識別

凝視檢測（眼動追蹤）

由于應用不同，每個區域都有不同的目標，但是每個區域的總體概念通常是相同的。面部表情分析通常涉及視覺情感認知。該領域的研究重點是人體運動跟蹤和手勢識別。該領域可以有不同的研究目的，但大多數用于直接指揮人機交互。眼睛檢測主要是通過間接方式允許用戶與機器進行交互以更好地了解用戶的注意力，例如幫助殘疾人的眼睛跟蹤系統。它主要用于命令和動作方案，例如指針移動，閃爍，單擊。值得注意的是，一些研究人員試圖協助甚至替代其他類型的交互（音頻，基于傳感器的）和視覺方法。例如，已知嘴唇讀取或嘴唇運動跟蹤是語音識別錯誤校正的有效輔助。

基于音頻的人機交互

基于音頻的計算機與人之間的交互是人機交互系統的另一個重要領域。該領域主要處理從不同音頻信號獲得的信息。盡管音頻信號的性質可能不會用作視覺信號，但是從音頻信號收集的信息可能更值得信賴和有用，并且在某些情況下可以成為唯一的信息提供者。本節中的研究領域可以分為以下幾部分：

語音識別

說話人識別

聽覺情感分析

人為噪音/登錄檢測（喘息，嘆息，大笑，哭泣等）

音樂互動

從歷史上看，語音識別和說話人識別一直是研究的重點。與其他語音和音調數據相比，典型的人類聽覺標記（例如嘆氣，感嘆和其他情感分析）可以設計出更智能的人機交互系統。音樂的產生和交互是人機交互藝術領域中的一個非常新的應用，它主要集中在音頻和視覺研究中。

基于傳感器的人機交互

這部分結合了各個領域的廣泛應用。這些不同領域的共同點是，人機交互中至少有一個物理傳感器。如下所示，這些傳感器可能非常原始，也可能非常復雜。

1.筆互動

2.個鼠標和鍵盤

3.操縱桿

4.運動跟蹤傳感器和數字化儀

5.觸覺傳感器

6.壓力傳感器

7.味道/氣味傳感器。

這些傳感器已經存在了一段時間，其中有一些非常新的技術。筆傳感器主要在移動設備領域，涉及手勢和手寫識別。運動跟蹤傳感器/數字轉換器是最先進的技術，徹底改變了電影，動畫，藝術和游戲行業。它們以可穿戴或聯合傳感器的形式出現，使計算機更能夠與現實世界互動，人們可以創建自己的世界，而觸覺和壓力傳感器則用于機器人技術和虛擬現實中。新型機器人包括數百個觸覺傳感器，使該機器人靈敏且具有觸摸功能。這些類型的傳感器還用于醫療手術應用中。

應用

典型的多渠道系統是“放他到那里”演示系統。該系統允許對象移動到新位置，并且屏幕上的地圖上顯示：“在此處放置一些內容”，指向對象本身，然后指向所需的目的地。多通道接口已用于許多應用程序中，包括使用地圖仿真。

與傳統交互相比，多通道接口具有許多優勢。首先，他們可以提供更自然的用戶友好體驗。例如，在房地產系統中，您可以用手指指向房屋，以查詢有關房屋的信息。使用指向手勢選擇一個對象，然后使用有關該對象的語音查詢來演示提供給用戶的自然體驗多通道界面的類型。另一個關鍵優勢是他們具有適應不同人的不同情況的能力。因此，在嘈雜的環境中，可以提供手寫輸入而不是語音。其他一些多通道系統應用程序如下：

智能家居/辦公室

駕駛員狀態監控

智能游戲

電子商務

協助殘疾人

結論

人機交互的重要部分是系統設計。系統的質量取決于它如何表示信息以及用戶如何使用它。新的研究方向是取代常規的常規方法。環境情報或普適計算被稱為試圖嵌入環境中的第三次技術浪潮，從而使其同時成為一種更自然和不可見的技術。虛擬現實也是促進人機交互的一種方式。
責任編輯：YYX