人機交互北大chpt

1、北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互董士海 2000年2-6月北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互HCI( puter Interaction)CHI(Computer-Human Interaction)MMS( Man - Machine Studies) HCI是未來的計算機科學。我們已經(jīng)花費了至少50年的時間來學習如何制造計算機以及如何編寫計算機程序。下一個新領域自然是讓計算機服務并適應于人類的需要，而不是強迫人類去適應計算機。 -Dan R. Olsen(CMU)北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互本科生選修課54學時，3學分每周三5-7節(jié)，電教114室先修要求：計算引論，數(shù)據(jù)

2、結構，程序設計北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互教學目標1.掌握有關人機交互的概念和主要設計方法2.掌握多通道用戶界面的主要特點和整合方法3.了解人機交互技術的現(xiàn)有進展和發(fā)展趨勢北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互教學方式1. 教師授課2. 學生自學和討論3. 上機實驗輔導老師：普建濤 62751781北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互考查方式1. 上機作業(yè)(50%)；2. 提交一篇論文(50%)。北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互教材人機交互（膠印，校內(nèi)發(fā)行）主要參考書1. 董士海等：人機交互和多通道用戶界面科學出版社，19992. 董士海： 計算機用戶界面及其工具科學出版社，

3、1994北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第一章 引言（3學時）1.1 人機交互的重要性1.2 人機交互的發(fā)展歷史1.3 人機交互的三元素北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第二章 人的因素（3學時） 2.1 人的行為模型2.2 人類工程學2.3 計算機用戶工程原理2.4 軟件心理學北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第三章交互技術與設備（9學時）3.1 人機交互技術3.2 眼動跟蹤3.3 姿勢識別3.4 三維輸入3.5 語音識別 北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第三章交互技術與設備（續(xù)）3.6 表情識別3.7 自然語言理解3.8 手寫識別3.9 全息圖象3.10 聽覺界面3.1

4、1 其他（觸覺，立體視覺，運動跟蹤）北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第四章 用戶界面設計（9學時）4.1 用戶界面的風格 4.2 用戶界面設計中的重要問題4.3 對話獨立性和對話的表示4.4 用戶界面的設計方法北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第五章 多通道用戶界面的主要問題（9學時）5.0 引言5.1 輸入原語5.2 用戶模型和描述方法5.3 多通道整合和算法5.4 軟件結構5.5 實例北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第六章 用戶界面的開發(fā)工具和環(huán)境（6學時）6.1 用戶界面工具箱6.2 用戶界面管理系統(tǒng)6.3 多通道用戶界面的軟件平臺6.4 實例北京大學計算機科學系圖形研究

5、室人機交互第七章 用戶界面的評價和可用性測試（3學時）7.1 評估方法7.2 可用性測試北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第八章 下一代人機界面的展望（3學時）北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互作 業(yè)1。用VB編制一Windows界面 2。開發(fā)一語音界面（用via voice) 3。開發(fā)一超媒體界面北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互第 一 章 引 言北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互 第一章 引 言1.1 人機交互的重要性1.2 人機交互的發(fā)展歷史1.3 人機交互的三元素北京大學計算機科學系圖形研究室1 . 1 人機交互的重要性什么是人機交互？人機交互( puter Inter

6、action)是研究人、計算機以及它們相互影響的技術。人機界面是計算機與人（使用者）之間通信和對話的接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互和人機界面人機交互和人機界面是兩個不同的概念。 人機交互是指用戶與計算機系統(tǒng)之間的通信，它是人與計算機之間各種符號和動作的雙向信息交換。這里的“交互”定義為一種通信，即信息交換，而且是一種雙向的信息交換，可由人向計算機輸入信息，也可由計算機向使用者反饋信息。這種信息交換的形式可以采用各種方式出現(xiàn)，如鍵盤上的擊鍵、鼠標的移動、顯示屏幕上的符號或圖形等，也可以用聲音、姿勢或身體的動作等。北京大學計算機科學系圖形研究室人機交互和人

7、機界面人機界面 是指人類用戶與計算機系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，它是人機雙向信息交換的支持軟件和硬件。這里“界面”定義為通信的媒體或手段，它的物化體現(xiàn)是有關的支持軟件和硬件，如帶有鼠標的圖形顯示終端。人機界面也稱用戶界面人機交互是通過一定的人機界面來實現(xiàn)的，在界面開發(fā)過程中，有時把它們作為同義詞使用。北京大學計算機科學系圖形研究室1 . 1 人機交互的重要性1。它影響最終用戶的使用、計算機的推廣、以至人們的工作和生活。北京大學計算機科學系圖形研究室1 . 1 人機交互的重要性2。人機界面是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，它的開發(fā)工作量極大（占系統(tǒng)的40-60%），加上不同人群對界面的要求不全相同，因而

8、人機界面是計算機研制中的一個最困難的部分。北京大學計算機科學系圖形研究室1 . 1 人機交互的重要性3。人機交互技術是21世紀信息領域需要解決的重大課題。美國21世紀信息技術計劃中的基礎研究內(nèi)容為4項：軟件，人機交互，網(wǎng)絡，高性能計算。我國973、S-863、十五計劃均將人機交互列入為主要內(nèi)容。北京大學計算機科學系圖形研究室1.2 人機交互的發(fā)展歷史1。計算機發(fā)展的早期世界上第一臺數(shù)字計算機ENIAC在1943-1946年由美國賓州大學摩爾學院開發(fā)，1946年用于計算彈道方程的積分。當時計算機的程序采用聯(lián)線的方法在小接線板上相互連接，后來用穿孔卡片和穿孔紙帶，由專門的閱讀器輸入程序和數(shù)據(jù)。對計

9、算機的操作和調試，是通過計算機控制面板上的開關、按鍵和指示燈來進行。當時人機界面的主要特點是由設計者本人（或本部門同事）來使用計算機，他們采用手工操作和依賴機器（二進制機器代碼）的方法去適應現(xiàn)在看來是十分笨拙的計算機。北京大學計算機科學系圖形研究室1.2 人機交互的發(fā)展歷史2。作業(yè)控制語言及交互命令語言階段50年代中期，通用程序設計語言的出現(xiàn)為計算機的廣泛應用提供了極為重要的工具，也改善了人與計算機的交互。在人機界面上則出現(xiàn)了用于多任務批處理的作業(yè)控制語言（JCL）。1963年由美國麻省理工學院成功地開發(fā)了第一個分時系統(tǒng)CTSS，并采用多個終端和正文編輯程序，它比以往的卡片或紙帶輸入更加方便和

10、易于修改。尤其是在出現(xiàn)交互顯示終端后，廣泛采用了“命令行”作業(yè)語言，極大地方便了程序員。這一階段的人機界面特點是計算機的主要使用者-程序員可采用正文和命令的方式和計算機打交道，雖然要記憶許多命令和熟練地敲鍵盤，但已經(jīng)可用較多的手段來調試程序，并且了解計算機執(zhí)行的情況。北京大學計算機科學系圖形研究室 1.2 人機交互的發(fā)展歷史3。圖形用戶界面階段1963年美國麻省理工學院I.Sutherland的Sketchpad系統(tǒng)開創(chuàng)了交互計算機圖形學的新階段。70年代Xerox公司在Alto計算機上首先開發(fā)了Smalltalk-80（開始為-76）的多窗口程序設計環(huán)境，它采用高分辨率的圖形顯示器和新型的鼠

11、標輸入設備，應用了重疊型窗口、彈出型菜單、圖符和剪貼等功能。80年代乃至90年代，蘋果公司的MacIntosh計算機、微軟公司的MS-Windows系統(tǒng)和麻省理工學院X-Window系統(tǒng)，正是這類人機界面廣泛應用的代表。從此人機界面進入了圖形用戶界面的新階段，即所謂的WIMP(Window,Icon,Menu,Pointing Devices)。北京大學計算機科學系圖形研究室 1.2 人機交互的發(fā)展歷史3。圖形用戶界面階段圖形用戶界面（WIMP Window,Icon,Menu,Pointing Devices)的主要特點是人們不需要去記憶和敲打繁瑣的命令，只需通過鼠標的“指”“點”直接操縱界

12、面，就可在窗口中“所見即所得”。由于圖形用戶界面在使用上的簡便性，使不懂計算機程序的普通用戶也可以熟練地使用計算機，因而極大地開拓了計算機的使用人群。它的出現(xiàn)使信息產(chǎn)業(yè)得到空前的發(fā)展，人們深刻地認識到人機界面的重要性：任何工具（包括計算機）必須不斷適應人們的需求。用戶才是上帝！北京大學計算機科學系圖形研究室 1.2 人機交互的發(fā)展歷史4。網(wǎng)絡用戶界面的出現(xiàn)Internet將世界上各種數(shù)字信息無序地聯(lián)系起來，成為人們傳遞、交換信息的媒介和獲取信息的寶庫。人們怎樣才能從這信息的海洋中去瀏覽和獲取所需的信息？新的網(wǎng)絡用戶界面使這一目標成為可能。以超文本標記語言HTML及超文本傳輸協(xié)議HTTP為主要基

13、礎的網(wǎng)絡瀏覽器是新的網(wǎng)絡用戶界面的代表，由它形成的WWW萬維網(wǎng)已經(jīng)成為當今Internet的支柱。從早期的Mosaic到Netscape公司的Communicator再到微軟的IE，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一大批瀏覽器，它們與各種計算機窗口系統(tǒng)結合，形成了網(wǎng)絡用戶不可缺少的人機界面。北京大學計算機科學系圖形研究室 1.2 人機交互的發(fā)展歷史5。多通道、多媒體的智能用戶界面階段以虛擬現(xiàn)實為代表的計算機系統(tǒng)的擬人化和以掌上電腦為代表的計算機的微型化和隨身化，是當前計算機的兩個重要的應用趨勢。目前以鼠標和鍵盤為代表的人機界面技術是影響它們發(fā)展的瓶頸。利用人的多種感覺通道和動作通道（如語音、手寫、表情、姿勢、視

14、線等輸入），以并行、非精確方式與計算機系統(tǒng)進行交互，可以提高人機交互的自然性和高效性。以三維、沉浸感的逼真輸出為標志的虛擬現(xiàn)實技術是多媒體、多通道界面的重要應用目標。它依賴于多種技術的進展，如模式識別、全息圖象、自然語言理解和新的傳感技術等。目前，語音和手寫輸入朝實用化的目標已經(jīng)有很大進展。新的多通道、多媒體人機界面對我們既是一個挑戰(zhàn)，也是一個極好的機遇。北京大學計算機科學系圖形研究室1.2 人機交互的發(fā)展歷史在五個階段中，通常強調以下三個：1。 命令行界面(CLI)2。圖形用戶界面(GUI) ,也稱WIMP界面.3.多通道人機界面(MMI)北京大學計算機科學系圖形研究室 人機界面發(fā)展中最有影

15、響的事件和成果1。1945年美國羅斯?？偨y(tǒng)的科學顧問Vannever Bush(1894-1974)在大西洋月刊上發(fā)表的“As We May Think”的著名論文，提出了應采用設備或技術幫助科學家來檢索、記錄、分析及傳輸各種信息的明確目標和名為“Memex”的一種工作站構想，這一目標和構想影響著過去和當今的一大批最著名計算機科學家。北京大學計算機科學系圖形研究室人機界面發(fā)展中最有影響的事件和成果2。1963年發(fā)明鼠標器的美國斯坦福研究所的 D.Engleberg，他預言鼠標器比其他輸入設備都好，并在超文本系統(tǒng)、導航工具方面會有杰出的成果。10年后鼠標器經(jīng)Xerox研究中心改進后，成為影響當代

16、計算機使用的最重要成果！北京大學計算機科學系圖形研究室 人機界面發(fā)展中最有影響的事件和成果3。1963年美國麻省理工學院I.Sutherland開創(chuàng)了計算機圖形學的新領域，隨后美國布朗大學A.Van Dam等人組織了SIGGRAPH。I.Sutherland還在1968年開發(fā)了頭盔式立體顯示器。北京大學計算機科學系圖形研究室 人機界面發(fā)展中最有影響的事件和成果4。70年代當時在Xerox研究中心的 Alan Kay發(fā)明了重疊式多窗口系統(tǒng)，并提出了Smalltalk面向對象程序設計等思想。北京大學計算機科學系圖形研究室 人機界面發(fā)展中最有影響的事件和成果5。1989年 Tim Berners-L

17、ee在日內(nèi)瓦的CERN用HTML及HTTP開發(fā)了WWW網(wǎng)，隨后出現(xiàn)了各種瀏覽器（網(wǎng)絡用戶界面），使因特網(wǎng)飛速發(fā)展起來。北京大學計算機科學系圖形研究室 人機界面發(fā)展中最有影響的事件和成果6。90年代美國麻省理工學院 N.Negroponte（他早在30年前就提出了 “交談式計算機”概念）領導的媒體實驗室在新一代多通道人機界面方面（包括語音、手勢、智能體等），做了大量開創(chuàng)性的工作。北京大學計算機科學系圖形研究室1.3 人機交互的三元素北京大學計算機科學系圖形研究室1.3 人機交互的三元素交互系統(tǒng)的三要素1。交互設備2。交互軟件3。人的因素北京大學計算機科學系圖形研究室1.3 人機交互的三元素交互設備數(shù)字、文字輸入輸出設備圖形、圖象輸入輸出設備聲音、姿勢、觸覺設備三維交互設備.北京大學計算機科學系圖形研究室1.3 人機交互的三元素交互軟件交互軟件是交互計算機系統(tǒng)的核心。人機