人机交互探秘与展望

侯超群

摘 要：现代社会科学技术的飞速发展，人们越来越期盼更加智能、人性化的交互方式，需要得到更好的人机交互体验。人机交互涉及了心理学，社会学，图形设计，计算机科学等多门学科的相关知识，另外还要考虑不同人之间的个体差异等等。本文探索了人机交互的发展历程，总结人机交互的实现方式和人机交互的研究内容，展望了随人机交互技术发展将会出现的一些新的人机交互方式以及一些创新性的想法。

关键词：人机交互；眼动交互；手势交互；交互等待；VR；AR

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0227-02

1 引言

随着国民经济的发展，人机交互（Human-computer interaction）这项伴着计算机和众多机器应用的普及而发展起来的技术逐渐融入人们的工作和生活中，在信息的处理方面对人们起到了重要的协助作用。人机交互技术融入人们的生活和工作中，在保护信息安全（如现代智能手机的指纹解锁功能）、方便生活（如支付宝的快捷支付，路边的ATM机）、接受及处理信息（如VR与AR）等等的众多方面带来了优质的体验，便随之产生了巨大的经济效益，推动了社会经济的发展。人机交互与科学技术彼此作用。科学技术的不断进步会作用于人机交互技术的研究的进程，人机交互技术水平的提高也会反作用于科学技术的兴盛。

2 人机交互的基本概念

人机交互（Human-Computer Interaction，简写HCI）：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，是一个仍在快速发展的概念和学科。

人機交互与用户直接接触的部分叫做人机交互界面，用户在使用计算机等器件的时候，要通过人机交互界面与系统进行交流并释放命令。人机交互界面的设计直接影响了人机交互的可用性和友好性。

3 人机交互的常见实现方式和研究内容

作为一项归纳了众多学科的技术，人机交互融汇了设计学、心理学、工程学等学问。在人机交互发展到具有多模态感知、智能预测和交互、独立知识处理和可视化显示等功能的今天，各种传感器的应用和更加智能的算法必不可少。

人机交互实现的方式包括但不限于以下几种：

3.1 通过跟踪并识别自然手势来实现人机交互

科技的不断发展，使建立智能化、人性化兼自然化的人机界面成为人机交互的主流，手势跟踪也朝着收拾交互的方向发展。现在的人机交互的方向发展方向正逐渐开始向人自然形成的认知方式和表达形式靠拢，这也是为什么现在人脸识别、语音识别、手势识别越来越成为发展的锋线的原因之一。三维自然手势交互技术可以在无接触的情况下高效、准确、无障碍地实现人机交互（例如：其在手语识别、家电遥控、虚拟物体控制等方面的应用）。

3.2 利用眼动信息来实现人机交互

眼动信息的检测涉及了人脸检测技术、人眼精确定位技术和人眼姿势识别算法等多方面的技术的综合。获取眼动信息后利用眼动信息来实现人机交互，首先需研究与眼动信息提取与记录相关的问题。其次研究多视角下人脸检测技术，从含有一定背景的人体图像中检测并提取人脸，为人眼定位奠定基础。下一步研究在不同视角下定位人眼，并准确无误从人眼中找到瞳孔所在区域。最后研究眼姿势识别算法。基于现实场景或实物的定性及定量的眼动跟踪的Tobii Glasses系列眼动仪（图1）。

3.3 等待状态时候的人机交互设计

在人们使用计算机时候，尤其是进行大量运算或使用互联网产品时，等待是无法避免出现的情况，而现代社会的生活节奏越来越快，人们对于等待的忍耐性越来越小。这时候交互等待的设计就可以达到直观上缩短等待的时间，减轻用户等待时候的焦虑感，从而改善产品的用户体验的作用。

针对于解决用户在等待过程中的焦虑心理，减轻用户在交互等待过程中的负面体验，从用户的心理感受出发，将人机工程学、设计学、认知心理学等学科穿插在一起，从全局思量用户的实际境况，通过娱乐、图文等方式、利用各种交互形式来优化交互等待过程，

3.4 VR与AR

近年来，VR和AR迅速发展。其中虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术通过创建由多维信息多构成的可操纵的虚拟环境（Virtual Environment，简称VE），来实现感受真实、方便自然的人机交互。

增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）通过显示、交互、传感器、计算机视觉以及多媒体等将计算机生成的虚拟信息融合到用户的真实环境中，让用户在现实世界中与虚拟世界进行互动，来增强用户对真实环境的理解。

4 人机交互的发展历程

人机交互的发展至今为止，可以认为经历了以下五个阶段：

（1）易于手工操作和二进制代码的交互阶段。首代计算机系统的语言是由1和0组成的逻辑开关来实现，也就是我们常说的的二进制代码。这一阶段中所有的计算机的指令，其格式和代码所代表的含义都是具有自然的绝对规律性的，故其具有操作繁琐、开发周期长、可读性差、可移植性差、可靠性差、重用性差、不便于交流与合作等弊端。（2）基于键盘和交互命令语言的交互阶段。键盘和字符显示器是第二阶段的关键的交互手段，此时运用字符和命令进行交互，故该过程略有乏味和不灵活之感，这一阶段是第二代人机交互技术。（3）基于鼠标和图形用户界面（GUI）的交互阶段。图形用户界面的应用使普通用户亦能熟练地操作计算机，使计算机技术广泛地进入群体当中，实现了“事实上的标准化”。（4）网络用户界面和多媒体技术得到应用的阶段。此阶段，运用多媒体技术大大压减了用户信息交流的过程，便捷了用户之间信息的传递。计算机通过对信息进行整体分析，把各类信息归纳整理，使之相互关联，且可以与用户交互。（5）现阶段是多模态智能人机交互阶段。人机交互发展到现阶段，正处于融人脸、表情、手势、语音、文本的识别及合成于整体的多模态智能人机交互阶段，人机交互界面的开放化和智能化正在一步步变成现实。

5 对于人机交互的创新想法和未来展望

从目前看来，人机交互主要由以下的不足：首先是仍然没有摆脱人机交互界面易携带性的问题，其次是识别信息出现的不准确性还非常常见，最后人机交互的多模态智能化设备普及率还比较低，还远远没有达到商业化普及所有领域的程度。

在未来，人机交互技术将会实现计算机与人脑的直接交流，识别用户脑中最精确的目的和需求，并向用户的大脑中反馈其所需的信息。现已存在无伤读取脑电波技术，但仍处于初始阶段，存有局限性，未达到在商业领域中普及的技术门槛。随着科技的进步，人机交互方式将会与生物反应形成深度的关联，机器将有“思维”地与人交流，成为用户的私人“助理”。当用户感觉到不舒服了的时候，只要产生了相关意识的脑电波，围绕在周围的智能产品就会迅速感知到，并能快速解决用户的需求。

另外，人机交互中的虚拟现实技术将在医疗保健、军事国防、购物出行、驾车训练等方面广泛应用，给予用户以全体感的近乎现实的虚拟环境。

6 结语

人机交互技术仍存在很多不成熟的方面，需要人们的完善和发展；但是这也说明了人机交互具有的广泛前景，人机交互技术更存在众多未被开发的领域，等待我们去探索、发现。前途是光明的，困难是可以克服的，如今，很多公司和科技机构正在大力研究人机交互，在未来，人们的生活一定与人机交互息息相关，成为社会经济中不可或缺的支柱。

参考文献

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