人機交互技術(shù)及其應(yīng)用(科普)

人機交互技術(shù)及其應(yīng)用〔科普〕術(shù)已成為21世紀(jì)信息領(lǐng)域亟需解決的重大課題和當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)競爭的一個焦21世紀(jì)信息技術(shù)打算中，將軟件、人機交互、網(wǎng)絡(luò)、高性能計算列為根底爭論一，在我國的“863“973”和自然科學(xué)基金等工程中，也將人機自然交互理論與方法作為信息技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。一、人機交互的概念人機交互〔Human-ComputerInteractoHCI〕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)象進展?fàn)幷摰目茖W(xué)，息。對信息技術(shù)的進展產(chǎn)生巨大的影響。二、人機交互的爭論內(nèi)容在移動計算、虛擬現(xiàn)實等方面的應(yīng)用爭論與開發(fā)，在此列出幾個主要的方向：人機交互界面表示模型與設(shè)計方法〔ModelandMethodoloy方法，是人機交互的重要爭論內(nèi)容之一?？捎眯苑治雠c評估〔UsabilityandEvalution爭論主要涉及到支持可用性的設(shè)計原則和可用性的評估方法等。戶界面爭論的重點和難點。認(rèn)知與智能用戶界面〔RecognitionandIntelligentUsernterface智能用戶界面IntelligentUserInte決的重要問題。虛擬環(huán)境〔VirtualEnvironmn中的人機交互境”的感覺。移動界面設(shè)計〔MobileandUbicom〕移動計算MobileComputin、普適計算UbiquitousComputig工具，是當(dāng)前的人機交互技術(shù)的爭論熱點之一。三、人機交互技術(shù)的進展應(yīng)人的進展過程。從人機界面〔Interface〕的到人機交互〔Interaction，從1969年第一次人機系統(tǒng)國際大會，到 2022年的中國人機交互研討會，人機交互理論和技術(shù)經(jīng)受了多個階段的進展特別是20世紀(jì)90年月后期以來，人機交互的爭論重點放在了智能化交互，多模態(tài)〔多通道〕 -多媒體交互，虛擬交互以及人機協(xié)同交互等方面，也就是放在以人為在中心的人機交互技術(shù)方面。概括地講，人機交互的進展經(jīng)受了以下幾個階段： 〔1〕早期的手工作業(yè)階段〔2〕作業(yè)掌握語言及交互命令語言階段 〔3〕圖形用戶界面〔I階段〔4〕網(wǎng)絡(luò)用戶界面的消滅 〔5〕多通道、多媒體的智能人機交互〔6〕虛擬交互界面。它明顯更加符合人的自然習(xí)慣。這是人機交互的第一次革命。鍵盤與鼠標(biāo)的人機交互組合，從智能手機和多點觸摸的消滅。快速普及的多點觸摸技術(shù)，是人機交互史上的其次次革命，而引領(lǐng)它的又是蘋果公司與它的革命性手機 觸摸翻開了另外一扇窗戶，它讓全部人意識到其實鍵盤可以成為觸摸的一局部，而很多命令其實能通過多個手指在觸摸屏上劃動方式的不同來完成，比方放大和縮小圖片。問世不久的Kinect3D加上硬件體驗的不斷優(yōu)化，再加上對應(yīng)其特性的專屬玩耍開發(fā)，在玩耍這一特定的應(yīng)用場景對技術(shù)的強化，最終塑造了 Kinect這一人機互動的革命性產(chǎn)品。四、自然和諧的人機交互互技術(shù)提出了的挑戰(zhàn)和更高的要求，同時也供給了很多的機遇。在這一階段，自然和諧的人機交互方式得到了肯定的進展，其主要特點是基于語音、手寫體、姿勢或者跟蹤、表情等輸入手段進展多通道交互，其目的是使人能以聲音、動作、表情等自然方式進展交互操作，這正是抱負(fù)的人機交互所強調(diào)的“用戶自由”之所在。的逼真的三維用戶界面，基于聲音、動作、表情等多種通道的自然交互方式，還制造了大量的交互設(shè)備，如頭盔式立體顯示器，數(shù)據(jù)手套等。目前，對于人類重要的自然交互方式——語音和筆的交互技術(shù)，包括手寫識別、筆式交互、語音識別、語音合成、數(shù)字墨水〔 已經(jīng)有了很大的成效，如中科院自動化所開發(fā)的“漢王筆”手寫漢字識別系統(tǒng)，經(jīng)過近20年的爭論和開發(fā)，已能識別27000漢字，當(dāng)用非草寫漢字、以每分鐘12個漢字的速度書寫時，識別率可達(dá) 院多通道用戶界面組制造的數(shù)字墨水技術(shù)，承受全易操縱的筆交互設(shè)備、高質(zhì)量的墨水繪制技術(shù)、才智的墨跡分析技術(shù)等，使它不僅可用作為文字識別、圖形繪制的輸入，而且作為一種全的“ Ink”數(shù)據(jù)模型，使手寫筆記更易閱讀、獵取、組織和使用。數(shù)字墨水技術(shù)已作為產(chǎn)品，結(jié)合在微軟的TabletPC操作系統(tǒng)中，產(chǎn)生了巨大的社會影響。它還將連續(xù)進展，有可能成為一代優(yōu)秀的自然交互設(shè)備 交互技術(shù)爭論中，中國科學(xué)院軟件所人機交互技術(shù)與智能信息處理試驗室在筆式交互軟件開發(fā)平臺、面對教學(xué)的筆式辦公套件〔包括課件制作、筆式授課、筆式數(shù)學(xué)公式計算器、筆式簡譜制作等〕、面對兒童的神筆馬良系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用方面均有精彩的工作，其中不少已經(jīng)有用化、產(chǎn)品化；IBMViaVoice院自動化所“漢語連續(xù)語音聽寫系統(tǒng)”等等。虛擬現(xiàn)實〔VirtualRealityVR〕技術(shù)的進展和進步極大的推動了人機交互技術(shù)的進展。虛擬現(xiàn)實是借助于計算機技術(shù)及硬件設(shè)備，建立高度聲音、動作、表情等自然方式與虛擬世界中的對象進展交互 ,人們除了致力于爭論開發(fā)虛擬友好的用戶界面，還制造了大量的三維交互設(shè)備，如立體眼鏡、WorkBench、頭盔式顯示器、地窖式立體顯示器〔 幕立體顯示器、數(shù)據(jù)服裝、位置跟蹤器、眼動跟蹤器、觸覺和力反響裝置、三維掃描設(shè)備、三維鼠標(biāo)、三維跟蹤球、三維玩耍桿等等。雖然人機交互和媒介。五、基于人手的人機交互技術(shù)與應(yīng)用自然人機交互模式是以直接操縱為主的的人機交互形式，而抱負(fù)的人機交互模式就是要充分表達(dá)“用戶自由”?，F(xiàn)在很多人使用觸摸屏是由于觸摸屏更簡潔得心應(yīng)手，而在人的身體構(gòu)成上，人手是最為敏捷的部件，具有高度的自由度，所以基于人手的交互，表達(dá)了人機交互的和諧自然所在。手勢是一種自然、直觀、易于學(xué)習(xí)的人機交互手段 由于人手是一個簡單的非剛性的多鏈接物體,且手勢本身具有多義性、多樣性以及在時間和空間上存在差異性的特點，手勢的這種高維狀態(tài)表達(dá)是姿勢估量中有效全局搜尋真實手勢的最大障礙。濟南大學(xué) 結(jié)合計算機科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)等相關(guān)學(xué)科,對3D運動人手跟蹤進展多學(xué)科的穿插爭論和爭論，提出了基于認(rèn)知模型的運動人手的三維跟蹤方法，并概括和總結(jié)。手語識別和合成中國科學(xué)院計算所研制成功了基于多功能感知的中國手語識別與合成系統(tǒng)，它承受數(shù)據(jù)手套可識別大詞匯量〔5177個〕的手語詞。該系統(tǒng)建立了中國手語詞庫。對于給定文本句子 (可由正常人話語轉(zhuǎn)換而成)，自動合成相應(yīng)的人體運動數(shù)據(jù)。最終用計算機人體動畫技術(shù)，將運動數(shù)據(jù)應(yīng)用于的溝通成為可能。手勢遙控器澳大利亞、臺灣、日本的一些科學(xué)家和公司已經(jīng)制造了手勢遙控裝置，能夠使用簡潔的手勢進展家用電器，如電視、 DVD、音響等的操作，進展開關(guān)、音量調(diào)整、換頻道等。例如，握緊拳頭表示“開頭”，將手掌伸開放表示“開機”，用Ｖ字形手勢，再將手掌橫過來表示“選擇頻道” 大拇指則表示“向上調(diào)頻道”等。日本松下公司已經(jīng)試制了電視機用手勢輸入遙控器，遙控器在功能上類似于玩耍手柄，用戶拿著它通過揮動就可實現(xiàn)的遙控裝置安裝在與電視和使用者均無視線阻隔的書架或桌子上即可，裝置內(nèi)的軟件可識別用戶事先儲存的簡潔手勢，然后向一個可操控多種電器的遙控器發(fā)出信號，最終電器將依據(jù)使用者手勢“行事”。教育領(lǐng)域：人機交互技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用正在興起，特別是基于人手的交互應(yīng)用，如虛擬白板，虛擬試驗，以及便利課堂教學(xué)的其他應(yīng)用，例如騰訊的QQ之日起就始終使用的鍵盤和鼠標(biāo)，完全由手勢掌握PPTPPT的啟動播放、上翻頁、下翻頁、完畢播放等四個常用手勢命令。玩耍掌握：該類應(yīng)用主要是通過對手勢的識別進展玩耍的掌握，例如基于微軟Kinect醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用外科手術(shù)操作學(xué)習(xí)/模擬可以通過構(gòu)建“手眼協(xié)調(diào)、實時交互、雙手操作”的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)供給手眼協(xié)調(diào)的各類精細(xì)操作任務(wù)中，例如醫(yī)療領(lǐng)域的牙科手術(shù)、腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)、眼科手術(shù)等，固然也可以還可以用到軍事、航天等訓(xùn)練領(lǐng)域。這樣可以節(jié)約學(xué)習(xí)本錢，提高學(xué)習(xí)的效率與準(zhǔn)確性。人手運動功能虛擬康復(fù)動功能相結(jié)合進展人手虛擬康復(fù)。例如，可以將具有力反響功能的、能夠供給主動運動、被動運動、助力運動和阻抗運動等多種康復(fù)訓(xùn)練模式的人手康復(fù)交互裝置的設(shè)計理論和方法與傳感器進展集成，對人手運動技能進展建模，模擬人手虛擬康復(fù)，從而通過視頻捕獲病人的人手運動，進展康復(fù)監(jiān)視和建議。工業(yè)領(lǐng)域：虛擬制造與設(shè)計工作，從而可以節(jié)約本錢，提高嫻熟度和便利。包括消遣產(chǎn)品設(shè)計，商業(yè)展覽，交互式櫥窗，KTV包括消遣產(chǎn)品設(shè)計，商業(yè)展覽，交互式櫥窗，KTV過基于人手的交互設(shè)計提高互動性和穎性、便利性。例如，非接觸式互動櫥窗，該個系統(tǒng)有四個攝像頭，兩個用于追蹤手部的動作，兩個用來追蹤臉部和眼睛。經(jīng)過該櫥窗的行人，可以通過手勢來獵取商品信息六、人機交互的將來在人機交互領(lǐng)域，更加大膽的創(chuàng)精神正在被喚醒，視頻捕獲技術(shù)、將帶給人們更多的科技技術(shù)的期盼和驚喜。的交互方式，以實現(xiàn)人機高效合作。概括的講，一代的人機交互技術(shù)的進展將主要圍繞以下幾個方面：集成化：可見和不行見界面，二維與三維輸入，直接與間接操縱，語音、手勢、表情、眼動、唇動、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺、味覺以及鍵盤、鼠標(biāo)等網(wǎng)絡(luò)化：要求。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)〔有線與無線、電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等〕在世界上任何地方用多種簡潔的自然方式進展人機交互，而且包括支持多個用戶之間以協(xié)作的方式進展交互。另外，網(wǎng)格技術(shù)的進展也為人機交互技術(shù)的進展供給了很好的機遇。智能化：目前，用戶使用鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備進展的交互輸入都是準(zhǔn)確的輸入，人們在生活中常常習(xí)慣于使用大量的非準(zhǔn)確