第6章_人机界面设计

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第六章 人机交互界面设计

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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%。

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6.1人机界面设计的历史、现状和未来

6.1.1人机界面设计的历史 世界上第一台数字计算机ENIAC在1946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，他们采用手工操作的方法控制计算 机。

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6.1人机界面设计的历史、现状和未来

50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: DOS,UNIX等 特点: 需记忆命令，易出错，输出单调，信 息量少

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6.1人机界面设计的历史、现状和未来

80年代苹果公司首先将图形用户界面(GUIGraphics 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Windows2003, 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。

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6.1人机界面设计的历史、现状和未来

6.1.2 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，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Apple的Macintosh、IBM的PM (Presentation Manager)、Microsoft的 Windows和运行于Unix环境的X-Window、 OpenLook和OSF/Motif等。 当前各类图形用户界面的共同特点是以窗口管理系统 为核心，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，广泛采用的另 一核心技术是事件驱动(Event-Driven)技术。

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6.1人机界面设计的历史、现状和未来

6.1.3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。

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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，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。

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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用方面均有出色的工作，其 中不少已经实用化、产品化。

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基于笔的字处理 EasyEditor

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手写数学公式

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中文语音识别

IBM/Via Voice连续中文语音识别系统经过不断改进， 已广泛应用于Office/XP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。 中国科学院自动化所“汉语连续语音听写系统”的特 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，建立了相应的变调 模型；建立了与识别系统配套的自适应平台，降低 35%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型和字 典

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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 国手语识别与合成系统，它采用数据手套可识别大词汇 量(5177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 (可由正常人话语转换而成),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，为中国聋哑人的教育、 生活提供了有用的辅助工具，使他们用手语与正常人的 交流成为可能。

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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、鼠 标移动的功能，可能达到“所视即所得”(What You Look at is What You Get),因而对残疾人和飞行员 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，二 是如何构造易于操作的用户界面。 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对尖 锐的矛盾。

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视线跟踪(眼动)技术目前一类产品是采用头戴微型 摄像头的设备，它用来获取两眼瞳 孔(或角膜)中视点。其采样率、 精度高，可靠。

另一类是在PC机前装 了两个微型摄像头的设备， 精度不高，适合残疾人操 作计算机使用。

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触觉通道的力反馈装置

新一代力反馈感应技术主要有TouchSense触觉感应 技术和G-Force Tilte动作感应技术两种。 TouchSense触觉感应技术主要用在鼠标/轨迹球等产 品中，而动作感应技术(G-Force Tilte)则主要用在动 感游戏控制器中。 用在非游戏的高精度触觉反馈装置中，最著名的是由 MIT人工智能实验室Massie and Salisbury开发、美 国SensAble Techn

ologies 公司生产的Phantom触 觉反馈(6自由度)设备和 Ghost软件开发包。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。

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触觉通道的力反馈装置

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生物特征识别技术

生物特征识别技术(Biometrics)是受到广泛关注的 一类新兴识别技术。 早期通过对人的指纹识别来确定人的身份，因而指 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 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。眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步 态、语音、人脸、DNA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。

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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。

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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。

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2.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，即人是这种环境的主 宰。

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