第1章 绪论00063.ppt

2004年8月20日 湘潭大学信息工程学院 人机交互技术 姚艳雪 哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院 Autumn 2011 1.1 什么是人机交互 3维的交互式图形系统 Sketchpad的工作原理简单说来是这样的：光笔在计算机屏幕表面上移动时，通过一个光栅系统(grid system)测量笔在水平和垂直两个方向上的运动，从而在屏幕上重建由光笔移动所生成的线条。一旦出现在屏幕上，线条就可以被任意处理和操纵，包括拉长、缩短、旋转任一角度等，还可以互相连接起来表示任何物体，物体也可以旋转任意角度以显示其任意方位的形态。Sketchpad中的许多创意是革命性的，它的影响一直延续到今天。 70年代施乐公司在Alto计算机上首次开发了位映像图形显示技术，为开发可重叠窗口、弹出式菜单、菜单条等提供了可能。这些工作奠定了目前图形用户界面的基础，形成了以窗口（Windows）、图标（Icon）、菜单（Menu）和指点装置（Pointing Device）为基础的第二代人机界面，即WIMP界面。 1.5人机交互的应用 1、制造业 人机交互技术应用于产品设计、装配仿真等各个环节，利用立体投影系统等各种交互设备，构建产品的虚拟仿真平台。 例如，法国标志雪铁龙公司的工业仿真系统平台。 2、教育 主要是沉浸式的虚拟世界系统 如：NICE系统和Discovery World展览 3、军事 从早期的飞机驾驶员培训到今天的军事战略和战术演习仿真等。 如：头盔显示器（HMD） 4、文化娱乐 如：投影系统、动作捕捉系统和三位立体电视节目等。 5、体育 如：运动捕捉技术等。 6、生活 如：手机上应用的各种交互技术和生物特征识别技术等。1964年美国科学家道格拉斯·恩格尔巴特（Douglas Englebart）在加利福尼亚制作了第一只鼠标器——只有一个按键，外壳用木头精心雕刻而成，底部有金属滚轮，当时并不被重视。直到1979年12月，施乐PRAC研究中心的科学家拉瑞·泰斯勒（L.Tesler）演示了窗口、图标、菜单，还有随着”鼠标器“移动的光标，鼠标的重大历史意义在这一刻才真正得到显示。1984年 Apple 公司仿照施乐PRAC研究中心的技术开发出了新型Macintosh个人计算机，将WIMP技术引入到微机领域，麦金塔首次将图形用户界面广泛应用到个人电脑之上,这种全部基于鼠标及下拉式菜单的操作方式和直观的图形界面引发了微机人机界面的历史性变革。与命令行界面相比，图形用户界面的人机交互自然性和效率都有较大的提高。图形用户界面很大程度上依赖于菜单选择和交互小组件（Widget）。经常使用的命令大都通过鼠标来实现。鼠标驱动的人机界面使得初学者易于使用，但重复性的菜单选择会给有经验的用户造成不方便，他们有时倾向使用命令键而不是选择菜单，且在输入信息时用户只能使用手这一种输入通道。另外，图形用户界面需要占用较多的屏幕空间，并且难以表达和支持非空间性的抽象信息的交互。3． 自然和谐的人机交互阶段当前，虚拟现实、移动计算、普适计算等技术的飞速发展，对人机交互技术提出了新的挑战和更高的要求，同时也提供了许多新的机遇。在这一阶段，自然和谐的人机交互方式得到了一定的发展。基于语音、手写体、姿势、视线跟踪、表情等输入手段的多通道交互是其主要特点，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式进行交互操作。在自然和谐的人机交互的发展过程中，人们除了致力于研究开发友好的逼真的三维用户界面，基于声音、动作、表情等多种通道的自然交互方式，还发明了大量的新交互设备，如计算机图形学的先驱、美国麻省理工学院的Sutherland早在1968年开发了头盔式立体显示器，成为现代虚拟现实技术的重要基础。 图1-5 多通道人机界面概念模型1982美国加州VPL公司开发出了第一副数据手套，用于指示等简单手势的输入；该公司在1992年还推出了 Eyephone液晶显示器；同样在1992年，Defanti等提出了一种四面的沉浸式虚拟现实环境——CAVE系统等。目前，对于人类重要的自然交互方式——语音和笔的交互技术，包括手写识别、笔式交互、语音识别、语音合成、数字墨水（Digital Ink）等，其发展已经有了很大的成效，如中国科学院自动化研究所开发了“汉王笔”手写汉字识别系统；微软亚洲研究院发明了数字墨水技术；中国科学院人机交互技术与智能信息处理实验室研制的笔式交互软件开发平台等工作；IBM公司的Via Voice，把语音技术应用到PDA、智能汽车上。微软也把语音识别技术集成到了多个领军产品中，包括Office和Windows XP，其必威体育精装版的语音识别服务器软件Speech Server准备在2004年上半年发布。其中不少已经商品化，市场前景广阔。另外，20世纪90年代，美国麻省理工学院N