软件界面与人机交互设计分解教学文案.ppt
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1、软件界面与人机交互件界面与人机交互设计分解分解绪论2 2人机界面(Human-Computer Interface,HCI)是计算机直接与人打交道的途径,是计算机系统的重要组成部分,它的开发工作量占系统开发工作量的40-60%。3 3人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 人机界面设计的历史世界上第一台数字计算机世界上第一台数字计算机ENIACENIAC在在19461946年由美国年由美国宾夕法尼亚大学摩尔学院诞生当时人机界面的主宾夕法尼亚大学摩尔学院诞生当时人机界面的主要特点是由设计者本人(或同事)来使用计算机,要特点是由设计者本人(或同事)来使用计算机,他们采用手工操
2、作的方法控制计算机。他们采用手工操作的方法控制计算机。4 450年代中期,通用程序设计语言的出现,为计算机的广泛应用提供了极为重要的工具,也改善了人与计算机的交互。在人机界面上出现了用于多任务批处理的作业控制语言。1963年MIT成功开发了第一个分时系统CTSS,采用了多个终端和编辑程序。在出现交互显示终端后,广泛采用了“命令行”作业语言。-典型例子典型例子:DOS,UNIX:DOS,UNIX等等-特点特点:需记忆命令,易出错,输出单调,信息需记忆命令,易出错,输出单调,信息量少量少人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 5 580年代苹果公司首先将图形用户界面(GUI-
3、Graphics User Interface)引入微机领域,推出的Macintosh以其全鼠标、下拉菜单操作和直观的图形界面,引发了微机人机界面的历史性的变革。微软公司推出了Windows系统,从Windows3.0发展到今天得Windows2007,使得GUI被应用于用户面更广的个人计算机平台。图形界面的特点是人们不需要去记忆和敲打繁琐的命令,只需要通过鼠标直接操纵界面。人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 6 6人机界面的现状人机界面的现状现阶段图形用户界面仍然是当前用户界面的主流,现阶段图形用户界面仍然是当前用户界面的主流,广泛应用于各档台式微机和图形工作站。比
4、较成广泛应用于各档台式微机和图形工作站。比较成熟的商品化系统有熟的商品化系统有AppleApple的的MacintoshMacintosh、IBMIBM的的PMPM(Presentation ManagerPresentation Manager)、)、MicrosoftMicrosoft的的WindowsWindows和运行于和运行于UnixUnix环境的环境的X-WindowX-Window、OpenLookOpenLook和和OSF/MotifOSF/Motif等。等。当前各类图形用户界面的共同特点是当前各类图形用户界面的共同特点是以窗口管理以窗口管理系统为核心系统为核心,使用键盘和鼠标
5、器作为输入设备。,使用键盘和鼠标器作为输入设备。窗口管理系统除基于可重叠多窗口管理技术外,窗口管理系统除基于可重叠多窗口管理技术外,广泛采用的另一核心技术是事件驱动(广泛采用的另一核心技术是事件驱动(Event-Event-DrivenDriven)技术。)技术。人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 7 7人机界面的未来1.多通道用户界面 国外研究设计键盘、鼠标之外的输入通道主要是语音和自然语言、手势、书写和眼动方面。人机界面设计的历史、现状和未来人机界面设计的历史、现状和未来 8 8手写汉字识别中科院自动化所开发的“汉王笔”手写汉字识别系统,经过近20年的研究和开发,
6、已能识别27000汉字,当用非草写汉字、以每分钟12个汉字的速度书写时,识别率可达99.8%。我国现在已约有300万手写汉字识别系统的用户。9 9笔式交互技术 在笔式交互技术研究中,中国科学院软件所人机在笔式交互技术研究中,中国科学院软件所人机交互技术与智能信息处理实验室在笔式交互软件交互技术与智能信息处理实验室在笔式交互软件开发平台、面向教学的笔式办公套件(包括课件开发平台、面向教学的笔式办公套件(包括课件制作、笔式授课、笔式数学公式计算器、笔式简制作、笔式授课、笔式数学公式计算器、笔式简谱制作等)、面向儿童的神笔马良系统的开发应谱制作等)、面向儿童的神笔马良系统的开发应用方面均有出色的工作
7、,其中不少已经实用化、用方面均有出色的工作,其中不少已经实用化、产品化。产品化。1010基于笔的字处理 EasyEditor1111手写数学公式1212中文语音识别 IBM/Via VoiceIBM/Via Voice连续中文语音识别系统经过不断改进,连续中文语音识别系统经过不断改进,已广泛应用于已广泛应用于Office/XPOffice/XP的中文版等办公软件和应用的中文版等办公软件和应用软件中,在中文语音识别领域有重要影响。软件中,在中文语音识别领域有重要影响。中国科学院自动化所中国科学院自动化所“汉语连续语音听写系统汉语连续语音听写系统”的的特点是建立了基于决策树的上下文相关模型;针对特
8、点是建立了基于决策树的上下文相关模型;针对连续语音中声调之间的协同发音问题,建立了相应连续语音中声调之间的协同发音问题,建立了相应的变调模型;建立了与识别系统配套的自适应平台,的变调模型;建立了与识别系统配套的自适应平台,降低降低35%35%左右音节误识率;提出了领域自适应方法,左右音节误识率;提出了领域自适应方法,通过较少的领域语料,可得到较好的领域自适应模通过较少的领域语料,可得到较好的领域自适应模型和字典型和字典 1313手语识别和合成 中国科学院计算所研制成功了基于多功能感知的中国科学院计算所研制成功了基于多功能感知的中国手语识别与合成系统,它采用数据手套可识别大中国手语识别与合成系统
9、,它采用数据手套可识别大词汇量(词汇量(51775177个)的手语词。个)的手语词。该系统建立了中国手语词库。对于给定文本句子该系统建立了中国手语词库。对于给定文本句子(可由正常人话语转换而成可由正常人话语转换而成),自动合成相应的人体运,自动合成相应的人体运动数据。最后用计算机人体动画技术,将运动数据应动数据。最后用计算机人体动画技术,将运动数据应用于虚拟人,由虚拟人完成合成的手语运动。用于虚拟人,由虚拟人完成合成的手语运动。它可输出大词汇量的手语词,为中国聋哑人的教它可输出大词汇量的手语词,为中国聋哑人的教育、生活提供了有用的辅助工具,使他们用手语与正育、生活提供了有用的辅助工具,使他们用
10、手语与正常人的交流成为可能。常人的交流成为可能。1414视线跟踪(眼动)技术 视线跟踪(眼动)技术由于其可能代替键盘输入、视线跟踪(眼动)技术由于其可能代替键盘输入、鼠标移动的功能,可能达到鼠标移动的功能,可能达到“所视即所得所视即所得”(What(What You Look at is What You Get),You Look at is What You Get),因而对残疾人和飞因而对残疾人和飞行员等使用有极大的吸引力。行员等使用有极大的吸引力。视线跟踪技术,一是研究高质量的眼动跟踪设备,视线跟踪技术,一是研究高质量的眼动跟踪设备,二是如何构造易于操作的用户界面。二是如何构造易于操作
11、的用户界面。眼动跟踪设备有强迫式与非强迫式、穿戴式与非眼动跟踪设备有强迫式与非强迫式、穿戴式与非穿戴式、接触式与非接触式之分穿戴式、接触式与非接触式之分 。眼动跟踪设备的精度和对用户的限制和干扰是一眼动跟踪设备的精度和对用户的限制和干扰是一对尖锐的矛盾。对尖锐的矛盾。1515视线跟踪(眼动)技术目前一类产品是采用头戴微目前一类产品是采用头戴微型摄像头的设备,它用来获取两型摄像头的设备,它用来获取两眼瞳孔(或角膜)中视点。其采眼瞳孔(或角膜)中视点。其采样率、精度高,可靠。样率、精度高,可靠。另一类是在另一类是在另一类是在另一类是在PCPCPCPC机前装机前装机前装机前装了两个微型摄像头的设备,
12、了两个微型摄像头的设备,了两个微型摄像头的设备,了两个微型摄像头的设备,精度不高,适合残疾人操精度不高,适合残疾人操精度不高,适合残疾人操精度不高,适合残疾人操作计算机使用。作计算机使用。作计算机使用。作计算机使用。1616触觉通道的力反馈装置 新一代力反馈感应技术主要有新一代力反馈感应技术主要有TouchSenseTouchSense触觉感触觉感应技术应技术和和G-Force TilteG-Force Tilte动作感应技术动作感应技术两种。两种。TouchSenseTouchSense触觉感应技术主要用在鼠标触觉感应技术主要用在鼠标/轨迹球轨迹球等产品中等产品中动作感应技术动作感应技术(G
13、-Force Tilte)(G-Force Tilte)则主要用在动感游戏则主要用在动感游戏控制器中。控制器中。用在非游戏的高精度触觉反馈装置中,最著名的用在非游戏的高精度触觉反馈装置中,最著名的是由是由MITMIT人工智能实验室人工智能实验室Massie and SalisburyMassie and Salisbury开开发、美国发、美国SensAble Technologies SensAble Technologies 公司生产的公司生产的PhantomPhantom触觉反馈(触觉反馈(6 6自由度)设备和自由度)设备和 GhostGhost软件软件开发包。由于高精度,它已广泛用于军事
14、、医学、开发包。由于高精度,它已广泛用于军事、医学、机器人、教学、虚拟现实等各类应用中。机器人、教学、虚拟现实等各类应用中。1717 触觉通道的力反馈装置触觉通道的力反馈装置1818生物特征识别技术生物特征识别技术生物特征识别技术(Biometrics)(Biometrics)是受到广泛关注的一是受到广泛关注的一类新兴识别技术。类新兴识别技术。早期通过对人的指纹识别来确定人的身份,因而指早期通过对人的指纹识别来确定人的身份,因而指纹识别被广泛应用于安全、公安等部门。纹识别被广泛应用于安全、公安等部门。随着反恐斗争的日显重要,各国正在对其他人体特随着反恐斗争的日显重要,各国正在对其他人体特征进行
15、广泛研究,希望尽快找到快速、准确、方便、征进行广泛研究,希望尽快找到快速、准确、方便、廉价的身份识别方法。廉价的身份识别方法。眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、人脸、态、语音、人脸、DNADNA等的人类特征研究和开发正等的人类特征研究和开发正引起政府、企业、研究单位的广泛注意。引起政府、企业、研究单位的广泛注意。1919生理特征行为特征生物特征识别技术2020唇读、人脸表情识别 唇读、人脸表情识别是又一个人机交互技术的热点。唇读将人们说话的语音和嘴唇变化的形态结合起来,以便更准确地获取人们表达的意图、感情和愿望等。人脸表情识别的模型和方法也在不断改进。2121唇读识别
16、2222人脸表情识别 2323自然语言理解自然语言理解自然语言理解始终是自然人机交互的最重要目标,虽然目前在语言模型、语料库、受限领域应用等方面均有进展外,由于它的难度(自然语言的不规范性等),自然语言理解仍是计算机科学家和语言学家的一个长项研究目标。2424虚拟现实技术虚拟现实技术虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境,是实际上可实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此,虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并在其中操作、控制环境,实现特殊的目的,即
17、人是这种环境的主宰。2525虚拟现实技术虚拟现实技术2626虚拟现实是一种先进的人机界面,它通过给用户提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户的操作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同,其作用可表现为不同的形式。该技术的主要特征有以下几方面:虚拟现实技术虚拟现实技术2727多感知性(多感知性(Multi-SensoryMulti-Sensory)所谓多感知是指所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感
18、知、嗅觉感知等。包括味觉感知、嗅觉感知等。浸没感(浸没感(ImmersionImmersion)又称临场感,指用户感又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。交互性(交互性(InteractivityInteractivity)指用户对模拟环境指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。(包括实时性)。构想性(构想性(ImaginationImagination)强调虚拟现实技术应强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间,可拓宽人类认知范围,不具有广阔的可想像空间,可
19、拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。存在的甚至是不可能发生的环境。2828立体眼镜立体眼镜 头盔式显示器(头盔式显示器(HMD)双目全方位监视器(双目全方位监视器(BOOM)墙式显示屏的自动声像虚拟环境墙式显示屏的自动声像虚拟环境(CAVE)三维鼠标三维鼠标 三维跟踪球三维跟踪球 三维游戏杆三维游戏杆头动位置检测器头动位置检测器 数据手套数据手套 数据衣服数据衣服 三维显示设备三维输入设备位置跟踪设备2929n三维扫描设备:有接触式和非有接触式和非接触式、手持和固定、不同精接触式、手持和固定、
20、不同精度之分,可按不同应用环境和度之分,可按不同应用环境和精度要求来选取。为使用方便,精度要求来选取。为使用方便,非接触式三维手持激光扫描仪非接触式三维手持激光扫描仪很受一般用户青睐。很受一般用户青睐。l触觉和力反馈装置:触觉触觉和力反馈装置:触觉和力反馈装置已经有大批不和力反馈装置已经有大批不同价位的产品出现在市场,同价位的产品出现在市场,成为军事、医学、游戏等应成为军事、医学、游戏等应用领域的新型交互设备。用领域的新型交互设备。3030虚拟现实和三维交互设备三维显示界面:多伦多大学和Alias Wavefront公司合作研究的新三维显示界面,采用了新型的“真”三维Volumetric显示器
21、。它不需要戴立体眼镜或戴上装有显示器的头盔,而是直接用肉眼看到真三维效果。3131人机界面设计概述3232人类因素 所谓“人的因素”有三层含义:人对感知过程的认识,包括视觉、阅读时的认知心理、记忆、归纳与演泽推理等;用户已有的技能和行为方式;用户所要求完成的整个任务以及用户对人机交互部分的特殊要求。3333人类感知基础人人通通过过感感官官认认识识客客观观世世界界,因因此此,设设计计人人机机界界面面要要充充分分考考虑虑视视觉觉、触触觉觉和和听听觉觉的的作作用用,这这样样才才能能使使用用户户有有效效地地从从系系统统获获取取信信息息,并并存存入入人人的的记记忆忆中中,然然后后用用归纳和演绎的方法进行
22、推理。归纳和演绎的方法进行推理。大多数人机界面都在可视介质上实现。大多数人机界面都在可视介质上实现。用用户户从从界界面面提提取取到到的的信信息息存存入入人人脑脑中中。人人脑脑由由一一个个短期记忆系统和一个长期记忆系统组成。短期记忆系统和一个长期记忆系统组成。大大多多数数人人遇遇到到问问题题时时并并不不进进行行形形式式的的演演绎绎和和归归纳纳推推理理,而而是是使使用用一一组组启启发发式式策策略略。因因此此,设设计计人人机机界界面面时时还还应应便便于于用用户户积积累累有有关关交交互互工工作作的的经经验验,同同时时要要注注意这些启发式策略的一致性。意这些启发式策略的一致性。3434用户技巧设计人机界
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