人機交互技術

人機交互技術

人機交互技術課程特點人機交互是關于設計、評價和實現(xiàn)供人們使用的交互式計算機系統(tǒng)，且圍繞相關的主要現(xiàn)象進行研究的科學。人機交互技術已對計算機的發(fā)展產生了巨大的影響，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，不要求死記硬背。重視實踐，培養(yǎng)自主學習能力，積極上網查資料，利用一切資源學習，在實驗中訓練。實例本節(jié)課內容第一章緒論1.1什么是人機交互1.2人機交互與其他學科的關系1.3人機交互的研究內容1.4人機交互的發(fā)展歷史及趨勢第二章認知心理學與人機工程學2.1認知心理學什么是人機交互人機交互（Human-ComputerInteraction，HCI）是關于設計、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。人機交互技術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、心理學、認知科學和社會學以及人類學等諸多學科，是信息技術的一個重要組成部分。人機交互技術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世紀信息技術計劃中，將軟件、人機交互、網絡、高性能計算列為四大基礎研究內容。人機交互與其他學科的關系多媒體技術虛擬現(xiàn)實技術認知心理學人機工程學圖1-1人機交互與其他相關學科的關系人機交互技術人機交互研究的內容人機交互的研究涵蓋了建模、設計、評估等理論和方法以及在Web、移動計算、虛擬現(xiàn)實等方面的應用研究與開發(fā)。人機交互界面表示模型與設計方法可用性分析與評估多通道交互技術認知與智能用戶界面虛擬環(huán)境中的人機交互Web設計移動界面設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備：是交互計算機的物質基礎交互軟件：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慣的符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、PointingDevice)技術、直接操縱和“所見即所得（WhatYouSeeIsWhatYouGet）”。圖1-4WIMP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INTERACTIVESYSTEMLABS的INTERACT項目包括如下子課題：人機交互的發(fā)展歷史及趨勢網絡化新一代的人機交互技術需要考慮在不同設備、不同網絡、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絡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域，ISO已正式發(fā)布了許多的國際標準，以指導產品設計、測試和可用性評估等。認知心理學與人機工程學多媒體技術虛擬現(xiàn)實技術認知心理學人機工程學人機交互與其他相關學科的關系人機交互技術認知心理學認知心理學研究人們如何獲得外部世界信息，信息在人腦內如何表示并轉化為知識，知識怎樣存儲又如何用來指導人們的注意和行為。認知心理學涉及心理活動的全部過程——從感覺到知覺、識別、注意、學習、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的原理可使設計出的人機交互界面適應人的自然特性，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的基礎，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)生于頭腦中的事情，它涉及思維、記憶、學習、幻想、決策、看、讀、寫和交談等。人的感知是認知的基礎，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400μm-700μm。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計，人們就會感到頁面上部比下部分要短，影響視覺效果。在實際設計過程中，設計者就會以視覺中心為基準設計圖形界面。視覺感知閱讀進行交互界面設計時，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；文字被編碼成相關的內部語言表示；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。9～12號的標準字體（英文）更易于識別，頁面的寬度在58～132mm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，把它的特性轉化為神經興奮，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:音調與聲波的頻率有關，低頻能產生低調的聲音，高頻能產生高調的聲音。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，不同的樂器可以產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20Hz~20kHz之間的聲音，其中在1000Hz~4000Hz范圍內聽覺的感受性最高。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260~5600Hz。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備的設計。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：關注、感知和識別、記憶、學習、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：經驗認知：指的是有效、輕松地觀察、操作和響應周圍的事件，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。如設計、學習、寫作等。關注幾種與交互設計相關的主要認知過程：關注：就是在某個時刻，從眾多可能的事物中選擇一個，并把精力集中在這個事物上。視覺關注：查找報刊來獲得號碼聽覺關注：收聽廣播來獲得號碼與關注相關的因素：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。關注關注特點對界面設計的要求：信息的顯示應醒目，以便執(zhí)行任務時使用?？墒褂脛赢媹D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，而導致界面混雜，分散用戶的注意力，讓用戶反感。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，并把它轉化為對物品、事物、聲音和味覺的體驗。在交互設計中，以利于理解的方式來表示信息非常重要。如：在設計虛擬人物時，就應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?shù)男问絹肀硎拘畔?，以便用戶理解的識別它的含義：用戶應能不費力地區(qū)別圖標或其他圖形表示的不同含義。聲音應足夠響亮而且可辨識。用戶應能夠理解輸出的語音及其含義。文字應清晰易讀，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，用戶應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?shù)男袆?。記憶過程中有三個環(huán)節(jié)：識記：相當于信息的輸入和編碼過程，也就是使不同感官輸入的信息，經過編碼而成為頭腦可接受的形式；保持：相當于信息的貯存，即信息在頭腦中被再加工整理，使其成為有序地組織結構，以便貯存；再認和回憶：相當于信息的提取，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，進行交互設計時應該注意的問題有：應考慮用戶的記憶能力，不使用過于復雜的任務執(zhí)行步驟。由于用戶相對于“回憶”來說更擅長“識別”，所以在設計界面時，應使用菜單、圖標，且它們的位置應保持一致。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。學習學習包括兩個方面：學習使用某個計算機應用程序；借助于計算機應用程序，學習特定內容。人們不喜歡采用的按部就班式的學習方式，而更喜歡“邊學習邊實踐”的方式。GUI和直接操作界面就能很好地支持這種方式，它們不但能提供交互式講解，還允許用戶撤銷自己的操作。另一種幫助學習者的方法：在開始時，只允許初學者執(zhí)行基本功能，隨著他們經驗的積累，在逐步增加可執(zhí)行的功能。在交互式設計中，人們利用動態(tài)鏈接來學習難學的事物，動態(tài)鏈接能夠明確地表示內容之間的關系，對問題加以解釋。學習為了有利于學習，應有以下設計原則：界面設計應能激發(fā)對用戶界面使用的探索。設計界面應限制可選項，并引導用戶選擇合適的動作。使用動態(tài)鏈接把具體表示與待學習的抽