人机交互技术的应用案例分析

2016年第7期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术基于计算机技术的人机交互应用探索李 英（内江职业技术学院，四川 内江 641100）摘　要：人机交互是指研究人、计算机及它们之间相互影响的技术，其研究的目的是利用所有可能的信息通道来进行人-机交流，从而提高交互的高效性和自然性。人机交互是现代信息技术和人工智能技术所研究的至高目标，其技术已经成为人们日常工作和生活的最佳帮手。基于计算机技术的人机交互科技在很多领域都具有广泛应用，本文主要介绍人机交互技术的基本概念、研究内容、发展历史及其在一些领域里的实际应用。关键词：人机交互；发展；计算机中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）07-059-02随着计算机信息技术的快速发展，人们的生活发生了翻天覆地的变化。其中，人机交互技术的出现，为人类应用计算机及计算机作用于人类发展提供了重要平台。人机交互技术一方面为人们的生活带来了极大便利，一方面促进人类智能化的发展。因此，人机交互技术已成为现代社会许多学者研究的新课题。分析人机交互技术的发展现状，探讨其发展中所存在的问题，并提出其发展的有效对策，已经成为计算机信息领域各学者争先恐后研究和展望的热点。１　人机交互的概念人机交互是指研究人、计算机及它们之间相互影响的技术，其研究的目的是利用所有可能的信息通道来进行人-机交流，从而提高交互的高效性和自然性。人机交互是现代信息技术和人工智能技术所研究的至高目标，其技术已经成为人们日常工作和生活的最佳帮手。基于计算机技术的人机交互科技在很多领域都具有广泛应用。总体来说，人机交互技术就是一种关于人类跟计算机进行彼此交互的系统。简单的说，人机交互就是人跟计算机之间的信息互换或信息交换。对于人机交互技术的研究主要涉及多媒体计算机技术、虚拟现实技术和认知心理学等许学科和知识。人机交互技术的特点主要表现在跟踪、表情、姿势、视线、手写体、语音等方面，主要体现在人可以通过自身动作、语言和表情跟计算机进行交互性信息传递。人机交互技术与计算机科学、多媒体技术、人机工程学和虚拟现实技术、心理学、社会学、认知科学等学科之间有着千丝万缕的联系。在人机交互技术中，以上学科的理论和知识都渗透在内。２　人机交互技术的发展及研究内容对人机交互技术的研究发现，人机交互所涉及的内容非常广泛，其移动计算以及虚拟现实技术在评估、建模、设计等领域都得以广泛应用。这对人机交互技术的发展产生了积极影响。2.1 人机交互技术的发展自从1946年世界上第一台数字计算机诞生以来，计算机为人类能力的发展和提升起到了极大的作用。而作为计算机技术中不可或缺的重要内容，人机交互技术的发展跟人类与计算机的接触分不开，人机交互技术的发展是人类跟计算机彼此之间互相适应的过程。从人机界面到人机交互，从1969年第一次人机系统国际大会，到2010年中国人机交互研讨会，人机交互的理论和技术经历了很多个阶段的发展。尤其是20世纪90年代以后，人机交互技术主要体现在智能化交互、虚拟现实交互和多模态交互等方面。总地来说，人机交互的发展大致经历了以下阶段：第一，早期的手工作业阶段；第二，作业控制语言和交互命令语言共存的阶段；第三，用户界面图形化表示阶段；第四，网络用户界面产生及发展的阶段；第五，多媒体化下的职能化发展阶段；第六，虚拟交互界面。鼠标出现后，使人们可以更流畅地进行人机交互。和鼠标作用相同的键盘上的方向键对比，鼠标的出现更容易被人们所接受和习惯，可算是人类跟计算机之间进行交互的一次重大革命。加上跟键盘的组合，促使人机交互从过去的PC时代过渡到了现代的互联网时代。再者，随着计算机技术的快速发展，智能手机的出现和多触摸技术的普及，为人机交互技术带来了第二次重大革命。多触摸点技术为人类与计算机之间构建了多个沟通渠道或者桥梁，使人机交换命令可以通过多个手指进行操作。最后，Kinect的问世则可以说是人机交互的第三次革命。它整合了视频捕捉技术和3D图片识别技术，使得人机之间的交互方式更为立体化、多样化、直观化。2.2 人机交互技术的开发研究内容对于人机交互技术的开发和研究，主要体现在以下几个方面：第一，对人机交互界面的开发和研究。人机交互界面设计是人机交互中最为直观和直接的内容，直接影响人机交互的效果。第二，人机交互技术的可行性分析。任何一种人机交互技术的产生都应该得到用户的认可和应用，方能算成功。而在用户应用过程中，势必先要对此人机交互技术的可行性进行分析。因为可行性是人机交互技术应用的重要前提，也是用户目标实现的重要依据。人机交互的可行性分析，将有利于人机交互技术的健康发展。第三，多元化交互方式。作者简介：李英（1982-），女，四川资阳人，硕士，讲师。研究方向：计算机科学与技术。— ５９ —2016年第7期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术在人机交互中，用户通过手势、表情、眼神和声音可以跟计算机进行交流或者通信。建立多元化的交互方式可使人与计算机的交互系统变得更为灵活、更为人性、更为全面。第四，职能用户界面的研究。在人机交互技术研究中，其职能用户界面的研究已经成为目前研究的重中之重。通过智能化的用户界面，可使人机交互方式跟人人交互方式一样，比较方便、比较自然。例如，表情识别系统、手写识别系统、声音识别系统、手势识别系统、感知识别系统、眼神跟踪系统等，都是智能用户界面所涉及的研究内容。第五，虚拟现实技术。在人机交互技术研究中，虚拟现实技术的发展起着非常重要的作用。通过对虚拟现实技术的研究，让用户超真实地活动于虚拟环境中，即通过人机交互的虚拟现实技术，让人在交互中产生身临其境的感觉。３　人机交互技术的应用人机交互技术不断发展，其应用也愈加广泛。下面主要从几个具有代表性的领域探讨人机交互技术的应用情况。3.1 计算机游戏中人机交互技术的应用随着计算机技术的发展，计算机游戏也得到了迅速发展。而随着人机交互技术的不断升级，计算机游戏表现得更为绚丽逼真。计算机游戏中，人机交互技术的应用主要表现在以下几个方面。第一，游戏平台及其操控设备的不断更新。各种操控设备与游戏操控手段其实就是一种人机交互方式，这些操控设备和操控手段的出现，一定程度上促进了人机交互效率的提升，有利于用户游戏操作的便利性。第二，游戏界面设计越来越人性化，使用户进入和退出游戏表现得更为方便、更为有趣、更符合用户的生活习惯。前面已经提到，用户界面是人机交互最重要也是最基本的内容。所以，在游戏界面设计中充分体现了人机交互技术的应用。第三，计算机游戏中的声音、画面等也渗透着人机交互技术的应用。比如，逼真的视听觉感应、手触摸式游戏玩法等。游戏玩家可以直接用语音对其控制的游戏角色下命令，也可以利用拳击动作对计算机中的各种按键进行替代，这充分体现了人机交互技术在游戏玩法中的渗透和应用。3.2 现代展示设计中人机交互技术的应用随着计算机信息技术的快速发展，信息技术在电子信息展示设计中的应用也比较普遍。而在现代展示设计中，人机交互技术的应用也比较明显。现代展示设计主要是为了使展品的品质和品位得以展现，其中展示中各方面的信息必须具有真实性特征，同时其中所表达的信息应该都跟展品有关。因此，在展示设计中，必须充分体现产品的信息，而且这些信息能有效勾引住过往人们的兴趣。这就需要人机交互技术来施展其功能。首先，在展示设计中，界面必须要吸引眼球，同时还要将展品的一些关键信息表现出来。其次，展示设计中应该突出跟观众或者客户的互动，能让客户通过交互式技术及时了解其想要了解的展品及其相关信息。最后，在展示设计中，其所引用到的技术如虚拟电子书、空中翻书等，即通过计算机多媒体以及红外感应技术的应用来实现人机交互。总之，人机交互在展示设计应用中充分彰显了其功能和作用。通过计算机协同技术、人机三维交互技术、用户多元化界面技术等，针对观众营造出一种全方位多元化的观展互动体验，从而使用户通过其嗅觉、听觉、视觉等身体上的感应和计算机进行互动。通过这种方式，一方面可有效提升观众在展示中的参与度，一方面使得展示的知名度大大提升。3.3 电子产品设计中人机交互技术的应用人机交互技术在电子产品中的应用也非常广泛。其中，比较成功的案例是苹果公司苹果公司所研发的ios操作系统，其便是人机交互技术应用的典型表现。在苹果公司产品的设计过程中，一方面强调了多点触控的作用，使人机交互模式多元化和职能便捷化。随着苹果公司所掀起的多触摸点的人机交互式革命，多触摸点技术为人类与计算机之间构建了多个沟通渠道或者桥梁，使人机交换命令可以通过多个手指进行操作。另一方面，苹果公司所设计的手机产品——iPhone，充分应用了人机交互技术中的感知工程学原理。它在手机设计中注入记忆功能，从而使手机产品的销售大增。总之，在电子产品设计中，人机交互技术的应用将有利于电子产品智能化的发展，有利于电子产品用户与电子产品互动，增添用户的生活乐趣，最终促使产品技术更加实用和先进。3.4 医学领域中人机交互技术的应用在医学领域，人机交互技术的应用也比较普遍，其中最主要表现在外科手术操作模拟以及人手运动功能虚拟康复等方面。比如，在外科手术操作中，它充分应用人机交互技术中的虚拟现实技术。在虚拟现实技术下，构建“手眼协调、实时交互、双手操作”的虚拟环境，让学习者或者训练者身临其境般地感受手术操作的全过程。比如，医疗领域的牙科手术、腹腔镜微创手术及眼科手术等。当然，还可以用到军事、航天等训练领域。这样可以节约学习成本，提高学习效率和准确性。再者，在人手运动功能虚拟康复治疗中，通过虚拟现实技术和人手运动功能的彼此结合，帮助患者进行主动运动、助力运动等康复训练，从而极大地提升人手运动功能障碍患者的治疗效果。５　结　语综上所述，人机交互是指研究人、计算机及它们之间相互影响的技术，其研究的目的是利用所有可能的信息通道来进行人-机交流，从而提高交互的高效性和自然性。人机交互是现代信息技术和人工智能技术所研究的至高目标，其技术已经成为人们日常工作和生活的最佳帮手。在未来的计算机系统中，人机交互将会呈现出多样化、智能化、网络化及标准化的特点。热点技术的应用开发是机遇也是挑战。目前，在计算机视觉、语音识别及自然语言理解等方面，仍存在许多重要的课题还没能很好的解决，仍然是人机交互的重要研究工作。多通道整合也是人机交互的热点。此外，与“无所不在的计算”“云计算”等一些相关技术的融合及促进，也需要继续探索。总之，人机交互技术的特点主要表现在跟踪、表情、姿势、视线、手写体、语音等方面，主要体现在人可以通过自身动作、语言和表情跟计算机进行交互性信息传递。人机交互技术的开发研究内容主要包括对于人机交互界面的开发和研究、人机交互技术的可行性分析、多元化交互方式的研究、职能用户界面的研究、虚拟现实技术的研究等方面。目前，人机交互技术应用比较广泛的领域主要表现有计算机游戏、现代展示设计、电子产品设计、医学领域等。— ６０ —

人机交互设计思路与实例分析

人机交互设计（Human-Computer Interaction Design, HCI）是将人类认知、行为以及社会文化因素等应用于计算机系统设计中的一种科技，与计算机科学、心理学、社会学、人类学等多个学科相关。

随着计算机技术和智能设备的普及和发展，人机交互设计的重要性越来越受到关注。好的人机交互设计可以提高用户的满意度和使用效率，同时也可以降低用户学习成本和使用门槛。因此，在设计过程中，我们需要考虑人因工程学、用户体验、用户研究等方面的知识，将人的需求和计算机系统的功能有机地结合起来。

下面，我们将介绍人机交互设计的基本思路和实例分析。

一、人机交互设计的基本思路

（1）用户研究。在进行人机交互设计之前，需要对用户的需求和行为进行深入研究，了解用户的偏好和需求，以便针对性地设计。用户研究可以通过市场调研、问卷调查、访谈和观察等方法进行。

（2）用户体验设计。用户体验是指用户通过使用一种产品、系统或服务所产生的主观感受。优秀的用户体验可以让用户更加愿意使用产品并体验其中的过程。在人机交互设计中，需要从用户的角度出发，考虑系统的易用性、可操作性、反应速度等方面，以达到良好的用户体验。

（3）界面设计。界面是用户与计算机系统交互的门户，包括图形界面、文字界面、语音界面等不同形式。在界面设计中，需要考虑信息的呈现形式、信息组织方式、交互形式、色彩搭配等方面，以实现优秀的界面设计。

（4）人机交互评估。人机交互设计完成后，还需要进行评估和测试，以了解设计的优缺点和改进空间。人机交互评估可以通过实验室测试、使用反馈、数据分析等方法进行。

二、人机交互设计案例分析

（1）智能音箱

智能音箱是当前比较流行的一种智能设备，它可以与用户进行语音交互，实现语音识别、语音合成、智能问答等功能。

在智能音箱的设计中，需要考虑用户的操作体验和语音交互体验。首先，在用户研究中，需要了解用户的需求和语音交互习惯，以便针对性地设计智能音箱的功能和交互方式。在用户体验设计中，需要简化语音命令的长度和复杂度，提高语音识别的准确率和速度。在界面设计中，需要考虑语音界面和图形界面的结合，以实现更加直观、便捷的操作方式。最后，在人机交互评估中，需要分析用户的反馈和使用情况，不断改进和优化设计。

100丨学术平台丨

设计艺术与理论人机交互设计的基本知识1首先，介绍人机交互设计的发展概况。在上世纪八十年代的一次国际会议上，担任IDEO公司设计总监的比尔·摩格理吉首先提出了交互设计的概念。后来，从Alan Cooper的代表作中，人们才普遍了解了人机交互设计的思想和概念，也引起了人们对人机交互设计理念的重视。同时，普里斯的代表作中系统的介绍了人机交互设计的知识体系。此外，越来越多的学者和研究人员在人机交互设计的理论、方法、模型等方面展开了研究。现在，人机交互设计应用领域日趋多样化。其次，介绍工业设计中人机交互设计的相关概念。凡是需通过人机互动来实现功能的产品都是工业设计中人机交互设计研究的对象。工业设计中人机交互设计的目的是在充分把握用户需求和期望的基础上，通过研究用户的心理和行为使工业产品的人机交互设计更加合理，以达到提高产品操作性和用户体验的目的。用户、产品、过程是人机交互设计的三要素，用户既是人机交互设计的起点又是人机交互设计的终点，主导着人机交互设计的整个过程，产品就是人机交互行为的媒介，过程就是用户对产品施加的有目的的行为。工业产品的人机交互设计首先要研究用户需求，然后针对用户需求提出解决方案，最后设计出符合人机交互设计理念和用户需求的产品。最后，介绍工业设计中人机交互设计的基本方式。人机交互可分为动作交互、语音交互、视觉交互、虚拟现实交互、增强现实交互等几种基本方式。动作交互在所有人机交互方式中出现的最早，机械键盘、遥控器、智能手机、平板电脑等都能通过手指的动作完成人机交互。语音交互得益于语音识别技术的发展，是近年来才发展起来的一种人机交互方式，通过人机之间的对话给人们带来了良好的用户体验。视觉交互的概念还不为人们所熟知，这种人机交互方式基于视觉跟踪技术，特殊的摄像头能根据人眼红外线的变化追踪视线的移动，从而完成产品的操作，如盯住拍照按钮一定时间后能完成拍照。虚拟现实交互利用计算机模拟现实世界，使人们能虚拟的完成现实世界中能完成的动作，并能够让用户体验到真实的动作感受。增强现实交互是在虚拟现实交互的基础上发展起来的，使用户能够使用虚拟现实技术完成真实物体的操作，典型的增强现实交互产品是哥伦比亚大学研制的训练机械维修的增强现实产品。人机交互设计在工业设计中的应用探索2随着人机交互设计的不断发展，工业设计师们也主动地把人机交互设计的理念应用在了工业设计中，使设计出的工业产品更易操作，提高工业生产的效率。基于人机交互设计的工业设计方法在关注实现产品功能和生产工艺的基础上更注重用户的使用体验，使用户在使用产品时更加自然、舒适，不仅能提高生产效率，也能够降低职业给人们带了的健康危害。目前，人机交互设计在工业设计中的应用并不成熟，无论是人机交互设计方法还是理念都处于探索阶段。经过人们在工业设计中的探索，形成了以用户为中心的人机交互设计方法。用户体验在工业产品设计中的重要性已为人们所熟知，设计人员们更多的站在用户的角度来完成工业设计。在设计产品之前分析用户的行为方式和对产品各方面的期望，以此来保证产品设计的成功。通常而言，以用户为中心的人机交互设计方法又可分为目标驱动的人机交互设计方法和行为驱动的人机交互设计方法两种类型。目标驱动型的人机交互设计认为工业产品设计的关键是准确定位用户的应用目标，并在产品设计的过程中始终以符合用户目标为第一要素。目标驱动型的人机交互设计可分为调研、建立模型、定义需求、定义框架、细化设计、试验改进六个阶段。在调研阶段，通过用户访谈等形式了解用户的行为方式，弄清用户使用产品的目的，通过定性的研究为产品的设计打下良好的基础。在建立模型阶段，根据调研阶段获得的用户行为方式和产品目的，综合环境因素建立模型，使设计人员准确把握用户需求。定义需求阶段以实现用户目标为重点，使设计人员明确产品设计的核心功能。定义框架阶段重点是确定合适的产品的载体、视觉等存在形式，通过细化设计和试验改进获得能给用户带来良好使用体验的工业产品。行为驱动型的人机交互设计认为工业产品设计的关键是准确把握用户使用产品时的行为，这种人机交互设计方法适用于复杂工业产品的设计。行为驱动型的人机交互设计可分为建立模型、行为分析、设计原型、可行性测试、试验改进、设计产出六个阶段。在建立模型阶段，分析用户的目标和行为方式，并由此建立用户模型。在行为分析阶段，通过访谈或实地调查的方式观察用户的行为特点，丰富用户模型。在产品原型设计阶段使产品的外观和功能等具体化，为分析产品的可行性打下基础。在可行性测试阶段通过情景调查分析产品是否能符合用户的行为模式。在试验改进阶段主要是改进产品在可行性测试阶段暴露出来的问题。在设计产出阶段对产品原型进行外观、结构等方面的设计，直到得到符合人机交互设计理念的工业产品。工业设计中人机交互设计的研究现状3首先，介绍人机交互设计在国外工业设计中的研究现状。人机交人机交互设计在工业设计中的应用分析

人机交互技术的研究与实现

人机交互技术是计算机科学领域的一个分支，它研究人与计算机之间如何进行有效和友好的交互。这种技术可以使计算机更加智能化，可以提高工作效率，降低使用难度，更好地满足用户需要。本文将从介绍人机交互技术的基本概念、研究方法、应用及未来发展等方面来探讨人机交互技术。

一、人机交互技术的基本概念

人机交互技术是计算机领域一个比较新兴的交叉学科，它综合了心理学、人类行为学、工程学、计算机科学等多个领域的知识。人与机器之间的交互可以通过不同的方式进行，包括语音、手势、触摸、视觉、运动等多种方式。在这些交互的过程中，计算机将根据用户的动作或指令来执行相应的任务，并通过屏幕、音响等途径向用户反馈结果。

人机交互技术还包括人体工程学，它研究人类的生理特征对计算机使用过程的影响。比如，人脑处理信息的速度和容量、视觉、听觉、触觉的灵敏度、手指的协调性等都是人机交互技术需要考虑的因素。综合考虑上述因素，在设计计算机用户界面时需要尽可能满足人类的生理习惯和认知习惯，让计算机与用户之间的交互更加自然、顺畅和高效。

二、人机交互技术的研究方法 人机交互技术的研究是一项复杂且综合性很强的工作，需要使用不同的研究方法进行。以下是一些常见的研究方法：

1. 实验法

实验法是人机交互技术研究的一种基本方法，通过对实验对象的观察、测量和分析来探究人机交互技术的各种问题。实验室可以模拟出不同的环境和情境，从而改变用户与计算机的交互模式，以获得有意义的数据。

2. 问卷调查法

问卷调查法是一种简单、快速的研究方法，可以用来搜集大量的用户反馈。研究人员可以通过问卷调查，了解用户对于计算机界面的使用、设计及改进意见，收集到较全面的用户需求和改进建议。

3. 案例研究法

案例研究法是人机交互技术研究的一个实践性方法，通过实际案例的分析和解决，总结出交互技术中的一些通用性问题和有效解决方案。在这种方法中，研究人员可以深入剖析电脑系统中的具体问题，进而提出解决方案和改进建议。