人机交互

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人机交互(Human-Computer Interaction,HCI)

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什么是人机交互

  人机交互是指人与计算机之间使用某种对话语言,以一定的交互方式,为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。

  人机交互是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器,也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流,并进行操作。小如收音机的播放按键,大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解(即心智模型),那是为了系统的可用性或者用户友好性。

  操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。早期的人机交互设施是键盘显示器。操作员通过键盘打入命令,操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。打入的命令可以有不同方式,但每一条命令的解释是清楚的,唯一的。

  随着计算机技术的发展,操作命令也越来越多,功能也越来越强。随着模式识别,如语音识别、汉字识别等输入设备的发展,操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。此外,通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。这些人机交互可称为智能化的人机交互。这方面的研究工作正在积极开展。

人机交互的输入方式

一、请求模式

  在请求模式下,输入设备的初始化是在应用程序中设置的.即通过输入设置命令(或语句),对相应的设备设置所需要的输入模式后,该设备才能作相应的输入处理。

  在请求命令中要指定是哪个应用程序调用的和调用的是哪个输入设备。

  请求模式的工作过程

  • 当程序运行时,输入设备处于等待状态,等待程序的请求。
  • 当程序运行到request语句时就向输入设备提出输入请求,同时程序停止运行,等待输入设备输入数据。
  • 输入设备立即进入工作状态,直到请求满足之后,程序才继续运行。
  • 输入设备重新处于等待状态。

  因此,在请求方式下,程序和输入设备轮流处于工作状态和等待状态,由程序支配输入设备的启动。

二、采样模式

  当把一台或多台输入设备定义为采样模式后,这些设备会连续不断地把信息输入进来,而不必等待应用程序的输入语句,即信息的输入和应用程序中的输入命令无关。当应用程序遇到取样命令时,就把相应物理设备此时的值作为采样数值。

  采样模式的优点:该模式不像请求模式那样要求用户有一明显的动作,它对连续的信息流输入比较方便,也可同时处理多个输入设备的输入信息。

  采样模式的缺点:当处理某一种输入耗费的时间较长时,可能会失掉某些输入信息。

  采样模式的工作过程

  • 在采样输入模式的工作过程中,程序和输入设备同时运行。
  • 输入设备不断地产生数据,并把数据输入数据缓存区,数据缓存区的内容不断刷新。
  • 程序在运行时若遇到采样语句,就到数据缓存区中读取数据。这样,程序所取得的就是最新的数据。

三、事件模式

  当设备设置成事件模式后,输入设备和程序并行工作。所有被设置成事件方式的输入数据(或事件)都被存放在一个事件队列中,该队列是以事件发生的次序排列的。

  当用户在输入设备上完成一个输入动作(如按一下按钮)便产生一个事件,输入的信息及该设备的编号等便被存放到事件队列中。不同的应用程序可到队列中来查询和提取与之有关的事件。

  事件模式的工作过程

  • 在事件模式下,输入设备和程序独立运行。
  • 输入设备所产生的数据被组织成事件节点,插入事件队列中等待程序的处理。
  • 程序运行到事件处理语句时,就从事件队列中取出队首事件进行处理。
  • 如果事件队列为空,程序则等待一定的时间片,等待事件的发生。

人机交互的发展历史

  59年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发,提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年,Liklider JCR首次提出人机紧密共栖(Human-Computer Close Symbiosis)的概念,被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会,同年第一份专业杂志国际人机研究(IJMMS)创刊。可以说,1969年是人机界面学发展史的里程碑。

  在1970年成立了两个HCI研究中心:一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心,另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。

  1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著,为人机交互界面的发展指明了方向。

  20世纪80年代初期,学术界相继出版了六本专著,对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面,从人机工程学独立出来,更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导;实践范畴方面,从人机界面(人机接口)拓延开来,强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取代。HCI中的I,也由Interface(界面/接口)变成了Interaction(交互)。

  20世纪90年代后期以来,随着高速处理芯片,多媒体技术和Internet Web技术的迅速发展和普及,人机交互的研究重点放在了智能化交互,多模态(多通道)-多媒体交互,虚拟交互以及人机协同交互等方面,也就是放在以人为在中心的人机交互技术方面。

  人机交互的发展历史,是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史。

  • 人机交互的发展经历了几个阶段:

  早期的手工作业阶段

  作业控制语言及交互命令语言阶段

  图形用户界面(GUI)阶段

  网络用户界面的出现

  多通道、多媒体的智能人机交互阶段

人机交互的新方向

  德国研究人员正在开发一种全新的可移动交互系统,此系统能够通过视觉存贮设备将视觉信号转换为命令,有望能全面代替键盘和显示器.这种设备是一个小型的、能够放在胸前的电脑,其摄像头能捕捉到手部运动,从而转换成对应的命令执行.例如人们可以用手在空中画出各种图形,或选择空中不同的点来构型,此交互系统可以立即将这些手上动作转化成图形或操作命令,就像《钢铁侠2》里的托尼—斯达克在自己实验室里用手在空中挥动便能操作电脑一般。在不久的将来,你在空中画几个数字就能表示在拨打电话,或者在空中点几下就表示在打键盘,一切就将变的美妙无比。

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