人機交互技術(shù)ppt課件

1、人機交互技術(shù),人機交互技術(shù),課程特點 人機交互是關(guān)于設(shè)計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互式計算機系統(tǒng)，且圍繞相關(guān)的主要現(xiàn)象進行研究的科學(xué)。 人機交互技術(shù)已對計算機的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，而且還將繼續(xù)影響人們的生活。 課程目標 以培養(yǎng)獨立思考、分析問題和解決問題的能力為主要目標，進行討論式教學(xué)，不要求死記硬背。 重視實踐，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，積極上網(wǎng)查資料，利用一切資源學(xué)習(xí)，在實驗中訓(xùn)練,實例,本節(jié)課內(nèi)容,第一章 緒論 1.1 什么是人機交互 1.2 人機交互與其他學(xué)科的關(guān)系 1.3 人機交互的研究內(nèi)容 1.4 人機交互的發(fā)展歷史及趨勢 第二章 認知心理學(xué)與人機工程學(xué) 2.1 認知心理學(xué),什么是人機交

2、互,人機交互（Human-Computer Interaction，HCI）是關(guān)于設(shè)計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互式計算機系統(tǒng)，且圍繞這些方面主要現(xiàn)象進行研究的科學(xué)。 人機交互技術(shù)主要是研究人與計算機之間的信息交換，它主要包括人到計算機和計算機到人的信息交換兩部分。 它涉及到計算機科學(xué)、心理學(xué)、認知科學(xué)和社會學(xué)以及人類學(xué)等諸多學(xué)科，是信息技術(shù)的一個重要組成部分。 人機交互技術(shù)著重研究人機雙向信息交換方式如何用軟硬件實現(xiàn),在美國21世紀信息技術(shù)計劃中，將軟件、人機交互、網(wǎng)絡(luò)、高性能計算列為四大基礎(chǔ)研究內(nèi)容,人機交互與其他學(xué)科的關(guān)系,人機交互研究的內(nèi)容,人機交互的研究涵蓋了建模、設(shè)計、評估等理論和

3、方法以及在Web、移動計算、虛擬現(xiàn)實等方面的應(yīng)用研究與開發(fā)。 人機交互界面表示模型與設(shè)計方法 可用性分析與評估 多通道交互技術(shù) 認知與智能用戶界面 虛擬環(huán)境中的人機交互 Web設(shè)計 移動界面設(shè)計 群件,人 機 交 互 三 元 素,人的因素：是指用戶操作模型,交互設(shè)備：是交互計算機的物質(zhì)基礎(chǔ),交互軟件：是展示各種交互能力的核心,人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,發(fā)展歷史： 語言命令交互階段 計算機語言經(jīng)歷了由最初的機器語言，而后是匯編語言，直至高級語言的發(fā)展過程。 采用手工操作輸入機器語言指令（二進制機器代碼）來控制計算機； 出現(xiàn)了FORTRAN、PASCAL、COBOL等語言，使人們可以用比較習(xí)慣的符

4、號形式描述計算過程； 60年代中期，命令行界面開始出現(xiàn)，通過這種人機界面，人們可以通過問答式對話、文本菜單或命令語言等方式來進行人機交互,人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,圖形用戶界面（GUI）交互階段 GUI 的主要特點是桌面隱喻、WIMP(Windows、Icon、Menu、Pointing Device)技術(shù)、直接操縱和“所見即所得（What You See Is What You Get,圖1-4 WIMP界面概念模型,與命令行界面相比，圖形用戶界面的人機交互自然性和效率都有較大的提高,圖1-5 多通道人機界面概念模型,人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,自然和諧的人機交互階段 主要特點是基于語音、手寫

5、體、姿勢、視線跟蹤、表情等輸入手段的多通道交互。 目的是使人能以聲音、動作、表情等自然方式進行交互操作,人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,發(fā)展趨勢： 集成化 卡耐基-梅隆大學(xué) INTERACTIVE SYSTEM LABS的INTERACT項目包括如下子課題,人機交互的發(fā)展歷史及趨勢,網(wǎng)絡(luò)化 新一代的人機交互技術(shù)需要考慮在不同設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)、不同平臺之間的無縫過渡和擴展 支持人們通過跨地域的網(wǎng)絡(luò)在世界上任何地方用多種簡單的自然方式進行人機交互 而且包括支持多個用戶之間以協(xié)作的方式進行交互。 智能化 提高交互活動的自然性和高效性，使人機之間的交互像人人交互一樣自然、方便。 標準化 在人機交互領(lǐng)域，ISO

6、已正式發(fā)布了許多的國際標準，以指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計、測試和可用性評估等,認知心理學(xué)與人機工程學(xué),認知心理學(xué),認知心理學(xué)研究人們?nèi)绾潍@得外部世界信息，信息在人腦內(nèi)如何表示并轉(zhuǎn)化為知識，知識怎樣存儲又如何用來指導(dǎo)人們的注意和行為。 認知心理學(xué)涉及心理活動的全部過程從感覺到知覺、識別、注意、學(xué)習(xí)、記憶、概念的形成、思維、表象、回憶、語言、情緒和發(fā)展過程。 了解并遵循認知心理學(xué)的原理可使設(shè)計出的人機交互界面適應(yīng)人的自然特性，從而更好地滿足用戶要求,人的感知,人的感知是認知心理學(xué)的基礎(chǔ)，人機交互主要通過人的感知來完成。 感知：通過人體器官和組織進行人與外部世界的信息的交流和傳遞。 認知：人們在進行日?；顒訒r發(fā)生

7、于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學(xué)習(xí)、幻想、決策、看、讀、寫和交談等。 人的感知是認知的基礎(chǔ)，認知是將感知獲取的信息進行綜合運用的過程。 認知過程是相互聯(lián)系的，單純的一個認知過程是非常少見的,視覺感知,視覺是人與周圍世界發(fā)生聯(lián)系的最重要的感覺通道。 外界80%的信息都是通過視覺得到的，因此視覺顯示是人機交互系統(tǒng)中用的最多的人機界面。 視覺感知可以分為兩個階段：受到外部刺激接收信息階段和解釋信息階段。 眼睛和視覺系統(tǒng)的物理特性決定了人類無法看到某些事物；同時，視覺系統(tǒng)進行解釋處理信息時可對不完全信息發(fā)揮一定的想象力。 進行人機交互設(shè)計需要清楚這兩個階段及其影響，了解人類真正能夠看到的信息,視覺

8、感知,視角與視敏度 視角反映了物體占據(jù)人眼視域空間的大小。視角過小時，人們根本無法感知到物體。 視敏度：指人眼對細節(jié)的感知能力，通常用被辨別物體最小間距所對應(yīng)的視角的倒數(shù)表示。 一般人能夠在2m分辨2mm-20mm的細節(jié)，為我們設(shè)計界面時字符大小和間距提供了依據(jù)。 感知物體大小、相對距離和深度 利用視覺影像中的線索： 覆蓋關(guān)系：被覆蓋的物體相對較遠； 大小比例：一般來講，較大的物體距離較近； 對物體的熟悉度：對非常熟悉物體，人們對物體的大小在頭腦中事先有一個期望和預(yù)測，因此在判斷物體距離時很容易和他看到的物體的大小聯(lián)系起來,視覺感知,感知亮度 亮度是光線明亮程度的主觀反映，增強亮度可以提高視敏

9、度。 隨著亮度的增加，閃爍感也會增強。在高亮度時，光線變化低于50Hz，視覺系統(tǒng)就會感到閃爍。 在設(shè)計交互界面時，要考慮使用者對亮度和閃爍的感知，盡量避免使人疲勞的因素，創(chuàng)造一個舒適的交互環(huán)境。 感知色彩 人能感覺到不同的顏色，這是眼睛接受不同波長的光的結(jié)果。 顏色通常用三種屬性表示：色度、強度和飽和度。色度是由光的波長決定的，正常的眼睛可感受到的光譜波長為400m-700m,視覺感知,視錯覺 萊亞錯覺 物體的組合方式將影響觀察者的感知方式： 人們總會夸大水平線而縮短垂直線。 視錯覺同樣會影響到顯示頁面的對稱性。人們經(jīng)常把對稱頁面的中心看得稍微偏上些，如果頁面以實際中心為基準排版設(shè)計，人們就會

10、感到頁面上部比下部分要短，影響視覺效果。 在實際設(shè)計過程中，設(shè)計者就會以視覺中心為基準設(shè)計圖形界面,視覺感知,閱讀 進行交互界面設(shè)計時，文字符號的處理，特別是文字的排版和顯示，也要根據(jù)人們的視覺感知特點，找出其中一些規(guī)律。 閱讀分為幾個階段： 頁面上文字的形狀被人眼感知； 文字被編碼成相關(guān)的內(nèi)部語言表示； 語言在人腦中被解釋成有語法和語義的單詞或句子。 成年人閱讀是通過字的特征加以識別。改變字的顯示方式，會影響到閱讀的速度和準確性。 912號的標準字體（英文）更易于識別，頁面的寬度在58132mm之間閱讀效果最佳。在明亮的背景下顯示灰暗的文字比在灰暗的背景下顯示明亮的文字更能提高人的視敏度，增

11、強文字的可讀性,聽覺,聽覺感知傳遞的信息僅次于視覺，可以感知大量的信息，但被視覺關(guān)注掩蓋了許多。 聽覺所涉及的問題和視覺一樣，即接受刺激，把它的特性轉(zhuǎn)化為神經(jīng)興奮，并對信息進行加工，然后傳遞到大腦。 聲波在空氣中的振動傳播的特性: 音調(diào)與聲波的頻率有關(guān)，低頻能產(chǎn)生低調(diào)的聲音，高頻能產(chǎn)生高調(diào)的聲音。 響度指在頻率一定的情況下聲波的振幅。 音色與發(fā)聲的材料有關(guān)，不同的樂器可以產(chǎn)生相同頻率和振幅的聲波，但音色不同,聽覺,人類能夠聽到頻率在20Hz20kHz之間的聲音，其中在1000Hz4000Hz范圍內(nèi)聽覺的感受性最高。 音頻超過140dB時，所引起的不再是聽覺而是痛覺。 人可以辨認的語音頻率范圍是

12、2605600Hz。 聽覺系統(tǒng)把輸入分為三類： 噪聲和可以忽略的不重要的聲音； 被賦予意義的非語言聲音，如動物的叫聲； 用來組成語言的有意義的聲音。 聽覺系統(tǒng)就像視覺系統(tǒng)一樣，利用以前的經(jīng)驗來解釋輸入,觸覺,觸覺在交互中的作用是不可低估的，尤其對有能力缺陷的人，如盲人，是至關(guān)重要的。 觸覺的感知機理與視覺和聽覺的最大不同在于它的非局部性。 觸覺的刺激由皮膚的三種感受器感知： 溫度感受器-冷熱 傷害感受器-疼痛 機械刺激感受器-壓力 對人身體各部位觸覺敏感程度的了解有助于基于觸覺的交互設(shè)備的設(shè)計。 人的手指的觸覺敏感度是前臂的觸覺敏感度的10倍。 動覺的概念：對人的軀干和四肢的位置的感覺。 如一

13、個打字員，感覺到手指的相對位置和鍵盤對手指的力反饋都是非常重要的,認知過程與交互原則,認知涉及到多個特定類型的過程，包括： 關(guān)注、感知和識別、記憶、學(xué)習(xí)、閱讀、說話和聆聽、解題、規(guī)劃、推理和決策。 這些認知過程相互依賴，一個活動可以同時涉及多個不同的過程。 認知分為兩個模式： 經(jīng)驗認知：指的是有效、輕松地觀察、操作和響應(yīng)周圍的事件，它要求具備某些專門知識并達到一定的熟練程度。 如使用Word字處理系統(tǒng)編輯文檔，操作機床加工零件，閱讀，駕駛汽車等。 思維認知：涉及思考、比較和決策，是發(fā)明創(chuàng)造的來源。 如設(shè)計、學(xué)習(xí)、寫作等,關(guān)注,幾種與交互設(shè)計相關(guān)的主要認知過程： 關(guān)注：就是在某個時刻，從眾多可能

14、的事物中選擇一個，并把精力集中在這個事物上。 視覺關(guān)注：查找報刊來獲得號碼 聽覺關(guān)注：收聽廣播來獲得號碼 與關(guān)注相關(guān)的因素： 目標：確切知道需要找什么，人們就可以把獲得的信息與目標相比較。 信息的表示形式：信息的顯示方式對于人們能否快速捕捉到所需的信息片斷有很大的影響。 分類顯示的信息就比較便于人們查找,關(guān)注,關(guān)注特點對界面設(shè)計的要求： 信息的顯示應(yīng)醒目，以便執(zhí)行任務(wù)時使用。 可使用動畫圖形、彩色、下劃線，對條目及不同的信息進行排序，在條目之間使用間隔符等。 避免在界面上安排過多的信息。尤其要謹慎使用色彩、聲音和圖像，人們傾向于使用過多的這類表示，而導(dǎo)致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。

15、 樸實的界面更容易使用,感知和識別,人們可使用器官從環(huán)境中獲取信息，并把它轉(zhuǎn)化為對物品、事物、聲音和味覺的體驗。 在交互設(shè)計中，以利于理解的方式來表示信息非常重要。 如：在設(shè)計虛擬人物時，就應(yīng)該使其唇形與所說的話同步，兩者之間的微小延遲都會使人難以忍受，這類似于給外文電影配音,感知和識別,采用適當(dāng)?shù)男问絹肀硎拘畔?，以便用戶理解的識別它的含義： 用戶應(yīng)能不費力地區(qū)別圖標或其他圖形表示的不同含義。 聲音應(yīng)足夠響亮而且可辨識。 用戶應(yīng)能夠理解輸出的語音及其含義。 文字應(yīng)清晰易讀，且不受背景干擾。 如可以在黑色或藍色背景上使用黃色文字，但不能在白色或綠色背景上使用黃色文字。 在虛擬環(huán)境中使用觸覺反饋時

16、，用戶應(yīng)能識別各種觸覺表示的含義。 例如“緊握”的觸感與“按下”的觸感不同,記憶,記憶是回憶各種知識以便采取適當(dāng)?shù)男袆印?記憶過程中有三個環(huán)節(jié)： 識記：相當(dāng)于信息的輸入和編碼過程，也就是使不同感官輸入的信息，經(jīng)過編碼而成為頭腦可接受的形式； 保持：相當(dāng)于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結(jié)構(gòu)，以便貯存； 再認和回憶：相當(dāng)于信息的提取，編碼越完善、組織越有序，提取也就越容易，反之，提取越困難,記憶,減輕記憶負擔(dān)的方法： 人的識別能力大于回憶能力 圖文界面替代命令界面 安裝過程的wizard 回憶提示 密碼的提示語句 信息檢索的兩大過程： 定向回憶：記憶的信息盡可能貼切地描

17、述所需檢索的信息,并在界面顯示檢索空間； 掃描識別：即瀏覽各個文件目錄,記憶,根據(jù)人的記憶特點，進行交互設(shè)計時應(yīng)該注意的問題有： 應(yīng)考慮用戶的記憶能力，不使用過于復(fù)雜的任務(wù)執(zhí)行步驟。 由于用戶相對于“回憶”來說更擅長“識別”，所以在設(shè)計界面時，應(yīng)使用菜單、圖標，且它們的位置應(yīng)保持一致。 為用戶提供多種電子信息（如文件、郵件、圖像）的編碼方式，并且通過顏色、標志、時間戳、圖標等，幫助用戶記住它們的存放位置,學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)包括兩個方面： 學(xué)習(xí)使用某個計算機應(yīng)用程序； 借助于計算機應(yīng)用程序，學(xué)習(xí)特定內(nèi)容。 人們不喜歡采用的按部就班式的學(xué)習(xí)方式，而更喜歡“邊學(xué)習(xí)邊實踐”的方式。 GUI和直接操作界面就能很

18、好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶撤銷自己的操作。 另一種幫助學(xué)習(xí)者的方法：在開始時，只允許初學(xué)者執(zhí)行基本功能，隨著他們經(jīng)驗的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。 在交互式設(shè)計中，人們利用動態(tài)鏈接來學(xué)習(xí)難學(xué)的事物，動態(tài)鏈接能夠明確地表示內(nèi)容之間的關(guān)系，對問題加以解釋,學(xué)習(xí),為了有利于學(xué)習(xí)，應(yīng)有以下設(shè)計原則： 界面設(shè)計應(yīng)能激發(fā)對用戶界面使用的探索。 設(shè)計界面應(yīng)限制可選項，并引導(dǎo)用戶選擇合適的動作。 使用動態(tài)鏈接把具體表示與待學(xué)習(xí)的抽象表示相聯(lián)系,閱讀、說話和聆聽,這三種形式的語言處理所表示句子或短語的意思都是相同的。 人們對它們的難易體會不同 書面語言是永久性的，而聆聽是暫時性的。

19、 閱讀比聽、說更快。 從認知的角度來看，聽要比讀和說更容易。 書面語言往往是合乎語法的，而口頭語言常常不符合語法。 從方便用戶閱讀、說話和聆聽的角度，在人機界面設(shè)計時應(yīng)注意： 盡量減少語音菜單、命令的數(shù)目。 應(yīng)重視人工合成語音的語調(diào) 應(yīng)允許使用和自由放大文字，同時不影響格式，以方便難以閱讀小字體的用戶,解題、規(guī)劃、推理和決策,這些認知過程是要考慮做什么、有哪些選擇、執(zhí)行某個活動會有什么結(jié)果等。它們都屬于“思維認知”過程。 在實際決策中，往往包含多種可能的行動方案，需要分析比較，擇優(yōu)選用。 人的思維認知能力取決于在相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗以及對應(yīng)用和技能的掌握程度。 相比之下，專家們則具備更豐富的知識和經(jīng)

20、驗，且能夠選擇最優(yōu)的策略來完成任務(wù)。 設(shè)計時應(yīng)考慮在界面中隱藏著一些附加信息，專門供那些希望學(xué)習(xí)如何更有效地執(zhí)行任務(wù)的用戶訪問,情感與個性差異,其他影響人的感知和認知能力的因素： 情感： 積極的情感會使人的思考更有創(chuàng)造性、解決復(fù)雜問題的能力更強; 而消極的情感使人的思考更加片面，還會影響其他方面的感知和認知能力； 一個好的交互系統(tǒng)，應(yīng)該能夠充分考慮人在各種情感狀態(tài)下的認知特點，有針對性地進行交互的設(shè)計。 計算機系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)像人類一樣能夠識別和表達感情，這被稱為“情感計算,情感與個性差異,個性差異： 人是存在個性差異的，如： 長期的，如性別、體力和智力水平。 短期的，如壓力和情感因素對人的影響

21、。 隨時間變化的，如人的年齡等。 人機交互設(shè)計應(yīng)充分考慮個體的差異 當(dāng)進行任何一種交互形式設(shè)計時，應(yīng)該考慮我們的決定是否會對目標用戶中的一部分帶來不方便。 現(xiàn)有的強調(diào)圖形界面的交互設(shè)計實際上排除了那些有視力缺陷的人，因此系統(tǒng)應(yīng)考慮提供其他的感知通道,概念模型,交互系統(tǒng)設(shè)計中最重要的就是建立一個關(guān)于交互的概念模型。 概念模型：指的是一種用戶能夠理解的系統(tǒng)描述，它使用一組集成的構(gòu)思和概念，描述系統(tǒng)做什么、如何運作、外觀如何等。 設(shè)計一個概念模型的關(guān)鍵過程應(yīng)包括如下兩個階段： 了解用戶在執(zhí)行日常任務(wù)時做什么。 選擇交互方式，并決定采用何種交互形式（是使用菜單系統(tǒng)，還是使用語音輸入，或命令式的系統(tǒng),對

22、概念模型的認知,一個系統(tǒng)能夠做到讓用戶感到滿意，應(yīng)該考慮如何根據(jù)人的認知特點，提供多種手段，使用戶能盡快理解關(guān)于系統(tǒng)外觀及行為即概念模型的構(gòu)思,三個相互聯(lián)系的概念模型 設(shè)計模型設(shè)計師設(shè)想的模型，說明系統(tǒng)如何運作。 系統(tǒng)映像系統(tǒng)實際上如何運作。 用戶模型用戶如何理解系統(tǒng)的運作,對概念模型的認知,從人們不同的認知特點，討論用戶如何理解系統(tǒng)概念模型，它們是： 思維模型 它是外部世界的某些因素在人腦中的反映，掌握和運用思維模型使得人們能夠進行推測和推理。 若用戶已經(jīng)有了一個關(guān)于交互式系統(tǒng)的完整的思維模型，他們在使用交互式產(chǎn)品時，就會使用這個思維模型進行推理，找出如何執(zhí)行任務(wù)的方法。 在理想情況下，用戶開發(fā)的思維模型應(yīng)與設(shè)計人員開發(fā)的概念模型相符,對概念模型的認知,信息處理模型 它把認知概念化為一系列的處理階段，其中，感知處理器、認知處理器和動作處理器是有機結(jié)合在一起的。 局限性：有些研究人員認為，這種方法只是考慮純粹的智能活動，把這種活動同外界的干擾源及人工輔助物隔離開來，不能正確地反應(yīng)人們的日常認知活動,對概念模型的認知,其他替代框架： 外部認知模型是要解釋人們在與不同外部表示相交互時涉及的認知過程。 目的