普适计算与人机交互
普适计算环境下的人机交互技术研究
普适计算环境下的人机交互技术研究一、介绍普适计算环境下人机交互技术的基本概念和背景随着计算机技术的不断发展和普及，越来越多的设备和系统可以实现实时连接和交互，构建了一个普适计算环境。
在这个环境下，人与计算机之间的交互方式也得到了极大的发展和创新，以满足人们对信息和服务的便捷获取和更高效处理的需求。
普适计算环境下的人机交互技术，是指人们在任何时间、任何地点、任何设备上都可以通过多种方式与计算机进行交互的技术。
它不仅仅是单纯地利用计算机技术实现人机交互，而是将计算机技术应用到各种实际场景中，如保健、教育、娱乐、智能家居等方面，从而构建出一个更加智能化和具有普适性的生态系统。
二、普适计算环境下的人机交互技术的特点和优势1. 多源信息采集和综合：普适计算环境下的人机交互技术可以通过无线传感器等技术，实现对各种数据源的智能采集和处理，包括声音、图像、视频等多种类型的数据。
同时，这些数据可以进行综合，实现全方位的分析和理解。
2. 多样化的交互方式：根据不同的环境和需求，普适计算环境下的人机交互技术可以提供不同的交互方式，如语音、触屏、手势、脑机接口等多种方式的结合，使人们的交互方式更加自然和多样化。
3. 智能化的决策和反馈：普适计算环境下的人机交互技术可以通过人工智能和机器学习等技术，实现更加智能化的决策和反馈。
例如，在医疗保健领域中，普适计算环境下的人机交互技术可以根据病人的身体状态和需求，帮助医生进行诊断和治疗，提高医疗保健的效率和质量。
4. 具有实时性和动态性：普适计算环境下的人机交互技术可以实现实时的数据采集和分析，及时反馈给用户，从而提高用户的决策和处理能力。
例如，在智能家居领域中，普适计算环境下的人机交互技术可以通过传感器和智能控制系统，实现对室内环境的实时监测和调节，提供更加舒适和安全的生活环境。
5. 具有个性化和定制化：普适计算环境下的人机交互技术可以根据用户的个性化需求和喜好，进行定制化的设计和开发，提供更加个性化和用户友好的服务和体验。
人机工程学研究的主要内容
人机工程学研究的主要内容人机工程学是一门多学科交叉学科，旨在研究和设计人类和计算机之间的交互，从而实现有效运行。
它致力于通过考虑心理，普适计算，认知，计算机辅助设计，机器人，用户体验和可用性等不同方面来理解人机交互，并开发新技术来改善它。
人机工程学的主要研究内容包括：一、人因工程：人因工程是一个研究领域，旨在利用科学的原理和方法来设计系统，最大限度地提高工作效率并减少可能的意外发生。
它强调了设计，实施和评估人-机系统的任务安排，控制和显示的有效性和人类安全性。
二、普适计算：普适计算是一种能够向所有人提供计算服务，提高工作效率，避免人为错误，并在使用方便，安全，可靠，有用和可控的基础上，满足广泛用户的需求方法。
它主要研究如何利用可访问技术，信息和通信技术，促进不同文化和国家之间的信息交互，让更多人可以获得计算机技术的普及。
三、认知工程：认知工程是一种研究领域，旨在改善人的认知活动，增加人的认知能力，并实现有效的人机交互。
它主要研究如何运用现代计算机技术，如虚拟现实技术，图形用户界面，机器学习，语音识别等，帮助人们更好地理解和操作信息，提高认知能力。
四、计算机辅助设计：计算机辅助设计（CAD）用于制定和实现计算机模拟的设计过程，通常用于机械，电子，结构等工程领域。
它使用计算机图形显示和数学模型来模拟和评估设计的效果，从而缩短设计周期，改善设计质量。
五、机器人：机器人是一种由电脑程序控制的自动装置，可以完成规定的任务。
机器人技术目前广泛应用于工业，医疗，科学研究，服务业，家庭和其他领域。
它不仅可以提高生产效率，还可以替代人力完成危险或繁重的工作。
六、用户体验和可用性：用户体验（UX）是一门研究领域，旨在改善用户与产品的交互，并在确保用户的需求得到满足的前提下最大程度地提高用户体验。
它主要研究用户如何使用并感受以及应用程序如何运行，以及如何设计一个界面，使用户更容易使用。
可用性是指软件的易用性，是衡量用户界面质量的一个因素，它可以测量用户界面的可行性，有效性，可扩展性和可维护性。
普适计算：人本计算
维普资讯
普适计算 （ｅｖ ｓ ｅｃ ｍｐ ｔ ｇ） 想是 由 Ｘ ｒｘ的首席执行 ｐ ｒ ｉ ｏ ｕｉ 的思 ａｖ ｎ ｅｏ
２ 普 适计 算体 系结构
普适计算体 系结构主要包括 普适计算 设备、 普适计 算网络、 普适
计算中间件 、 人机 交互和 觉察上 下文计 算。
官 Ｍａｋ ｉ ｒ １９ ｒ Ｗｅ ｅ 在 ９ １年提 出 的 ，普 适计 算 也称 无 处不 在计 算 ｓ （ ｂ ｕｏ ｓ ｏ ｕｉ ）它集移 动通信 、 Ｕ ｉ ｉ ｕ ｍｐｔ ｇ ， ｑｔ Ｃ ｎ 计算技术 、 小型计 算设备制
更好地融合在 一起 ， 不知不觉 中达到” 计算机为人服务 ” 目的。人使 的 用普适计算的设备 就好象是人吸入氧气一样 自然。普适计算技术 以
的数量将成倍增长 ， 现有技术提 出了更高的要求。除 了扩展基本 这对 结构以适应 需要之外 ， 全球化 网络也 必须修 改现有的应用来完成普适 计算设备到现实社会 系统 的集成 。
文将随任务而 变化 ， 而且 由于工作 环境是现场 ， 其中的背景情 况不但 复杂而且是动态变化 的， 上下文 的动态性 问题 更加突出。这项技术 使
４ 发 晨趋 势
普适计 算描述 了具 有丰富计 算资源和通信 能力的人和环境 之间 关 系的场景 ， 这个环境 与人们逐 渐地融合 在一起 ： 它把计算机嵌 入到
现 以 人 为 本 的 生 活 方 式。
一
普适计算的概念与发展趋势
普适计算的概念与发展趋势普适计算（Ubiquitous Computing）是指计算机技术的发展，使得计算机随处可见，融入了人类的日常生活和工作中，进一步增强了人类的感知和互动能力，实现了从人机交互到自然环境嵌入式计算的转变。
普适计算的发展历程普适计算的概念最初由美国加州大学的马克·韦泽哈普特（Mark Weiser）提出，他在1991年所写的《科学美国人》杂志上发布了一篇名为《计算机科学的未来》的文章，文章中，韦泽哈普特提出了三种计算机模式：主流计算机（Mainframes）、个人电脑（Personal Computers）和嵌入式计算机（Ubiquitous Computing）。
他通过对未来计算机科技的描述，阐述了普适计算将如何改变人类与世界的交互方式。
随着普遍的无线网络覆盖、移动技术的增强和传感器的普及，普适计算得到了长足的发展。
在不断迭代和创新中，普适计算不再局限于传统的桌面计算机，而是普遍涉及到人类的各个日常生活环节。
例如移动设备、穿戴式技术、智能家居和智能车辆等，这些技术的发展为普适计算注入了新的变革力量。
普适计算的特征普适计算的特征之一是嵌入式技术，这种技术可以把电脑封装成人们习惯于使用的物品，并嵌入日常生活的环境中，例如嵌入在雨伞、手表、汽车中等等。
这些设备可以根据环境变化或用户需求进行智能化的反应，从而使得计算机更好地融入人类的日常生活中。
普适计算的另一个特征是移动性，这必须依靠小型化和微处理器芯片等技术发展的支持。
现代的智能手机、平板电脑等移动设备已经广泛应用于我们的生活中，不仅仅像传统电脑一样单一地被自然人使用，也成为了与社交网络、移动应用有关的用户群体的常用工具。
通过扩大用户的范围，普适计算可以实现跨越国界和区域的最大化效应。
普适计算的趋势随着普适计算的发展，越来越多的智能设备涌现出来，成为智慧城市、智慧医疗、智能流通、智能家居等行业的生力军。
除此之外，智能交通、智能校园等场景也受到了普适计算的发展的影响。
普适计算与人机交互
普适计算与人机交互随着科技的发展，普适计算与人机交互成为了越来越热门的话题。
普适计算是指计算机科学和工程学的一个分支，旨在将计算机应用到所有的环境中，让计算机变得智能化，让所有的环境都可以成为一个计算机系统的一部分。
而人机交互是指人们如何与计算机等智能设备进行交互。
普适计算的发展随着计算机的日益普及，人们对计算机的要求也越来越高。
而普适计算的出现，可以满足人们对计算机的这些要求。
普适计算可以将计算机应用到各种环境中，包括衣服、家具、汽车、医疗设备等等。
通过普适计算，这些环境中的物品可以变得智能化，让我们的生活更加方便和轻松。
普适计算的应用已经逐渐在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。
比如，我们可以通过智能手表来控制家电，在智能手机上查看和修改家庭安全系统。
除此之外，普适计算还可以帮助人们管理自己的健康，应用在医疗设备中，进行健康监测和数据收集。
普适计算的发展还带来了人工智能和机器学习等各种技术的进步，人们可以使用这些技术通过大数据分析来预测未来的趋势和需求。
人机交互的发展人机交互是指人们如何与计算机等智能设备进行交互。
随着技术进步，人机交互方式也越来越多样化。
传统的鼠标、键盘输入已经不能满足人们的需求，现在越来越多的人选择使用语音识别、手势控制、虚拟现实等交互方式。
比如，我们可以通过智能音箱控制家电、播放音乐等功能，而这些操作都只需要我们用语音来进行。
我们可以使用全息键盘来进行输入，使用手势来进行控制，使用虚拟现实技术来打游戏。
这些交互方式使得我们与计算机的互动变得更加自然和高效。
普适计算和人机交互的未来普适计算和人机交互的发展还远没有达到顶峰，它们的未来依然充满着无限可能。
未来，我们可以想象到，我们的手机、电视等智能设备可以变成我们的助手，可以根据我们的心情、需要来帮助我们处理事务。
在未来，我们的健康监测设备将不再是一个简单的手环或者手表，它们可以通过更多的传感器来收集数据，辅助医生快速准确地诊断疾病。
普适计算的研究和应用
普适计算的研究和应用随着计算机技术的不断发展和普及，普适计算（Ubiquitous Computing）这一概念已经成为近年来学术界和工业界研究的热点。
普适计算是指将计算和通信技术融入到我们的日常生活中，让计算机智能化地穿戴在我们身上、周围的环境中，实现人机环境无缝集成的一种新型计算模式。
本文将围绕普适计算的研究和应用展开讨论。
普适计算的研究普适计算的研究内容十分丰富。
首先，普适计算需要解决的问题是如何将计算和通信技术融入到日常生活中，在不影响人们正常生活的前提下实现人机环境无缝集成。
这需要研究如何对环境进行感知和识别，如何设计传感器和无线通信技术等。
其次，普适计算需要关注人机交互的问题，即如何使计算机更好地理解人类的意图和行为，同时让人们能够与计算机进行有效的实时交互。
这需要研究如何设计自然语言处理、虚拟现实、增强现实等技术。
最后，普适计算需要关注具体的应用场景，如智能家居、智能医疗、智能交通等领域。
在普适计算的研究中，人机环境感知是一个重要的问题。
如何让电子设备更好地感知周围环境的状态以及人类行为的意图，是智能化家居、智能交通等领域的核心技术之一。
人机环境感知需要结合多种技术手段，如传感器、摄像头、激光等，从而实现对环境信息的感知和获取。
在此基础上，还需要设计有效的算法和技术，进行数据处理和挖掘，从而提取出有用的信息，为后续的智能化应用提供支撑。
普适计算的应用普适计算的应用场景非常广泛。
下面，我们将重点介绍智能家居、智能医疗、智能交通等领域的应用。
智能家居：智能家居是普适计算的重要应用领域之一。
在智能家居中，计算机可以与各种家电设备进行无缝连接和交互，通过识别人类行为意图，实现自动控制和监测。
例如，智能家电可以根据人类的日常行为自动开启和关闭，如智能灯光、智能窗帘等，还可以通过感知人类行为，自动适应温度、湿度、空气质量等，从而保障家庭成员的生活质量。
智能医疗：在智能医疗中，普适计算可以实现通过智能穿戴设备、各种传感器、云计算等技术手段，对患者进行生命体征监测、病情分析等，使医疗机构能够更快、更准确地诊断和治疗疾病。
普适计算技术在生活中的应用
普适计算技术在生活中的应用现如今，普适计算技术已经逐渐渗透到我们的生活之中，成为了我们日常生活中少不了的一部分。
所谓普适计算，指的是将计算机技术应用于环境中，借助于传感器、处理器和嵌入式系统等技术手段，实现人机交互和物联网的普遍化。
普适计算技术不仅具有应用范围广泛，而且具有很高的可移植性和灵活性。
下面分别从普适计算在医疗、家居、运动健康等方面的应用进行探讨，来看看普适计算技术是如何影响我们的生活。
一、医疗普适计算技术在医疗方面的应用早已不是新鲜事物，它可以实现对医疗设备的智能化控制，可以辅助医生对病人进行诊断和治疗，也可以对病人的生命体征进行监测。
例如，身体监测系统就是一种随身携带的设备，可以监测人体健康状况，包括心率、血压和体温等，还能监测运动、睡眠状态等。
其实现方式是通过穿戴式智能设备，简单易用，对各年龄层都有一定的实用性。
这项技术的应用范围很广，可以被应用到医院、老年人居住的机构和家庭中，为保健和治疗提供有力的支持。
二、家居普适计算技术在家居中的应用也是对我们的生活产生了很大的影响。
随着智能家居的发展，人们对居家生活的期望不仅仅是安全和舒适，也希望能够提高生活质量和便利性。
例如，智能空调和智能灯具都是家居普适计算技术的应用典范。
通过手机APP控制灯光和温度，轻松实现舒适的居住环境。
通过家庭储能系统，可以实现家庭中的自动化控制。
同时，智能家居的设计为减少能源的浪费，为家庭财务节省开支提供了有力的保障。
三、运动健康运动健康领域也是普适计算技术的一个重要应用领域。
例如，运动手环和运动追踪器这些辅助运动的设备，在用户运动时可以通过对身体状态的检测来提供许多信息。
它们可以帮助运动员监测运动容量、身体状态，控制运动强度，提高训练质量，增加成就感。
此外，普适计算技术还可以帮助区分运动量和减肥计划的实施对健康的影响。
通过跟踪和分析人们进行的活动和摄入的卡路里来控制体重，为用户提供了有效的减肥支持。
总结普适计算技术的应用包括医疗、家居、运动健康等多个领域，在我们的生活中发挥着越来越重要的作用。
普适计算模式下的人机交互
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维普资讯
第 ３ Ｏ卷
第 ７ 期
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２０ ０ ７年 ７月
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普适 计算 模 式 下 的人 机 交互
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LiveCam_基于增强现实的汽车的导航系统 基于增强现实的汽车的导航系统
汽车的挡风玻璃就 是导航计算机的显 示和接口 驾驶员可同时看到
–
–
现实世界中的道 路 计算机产生的导 航信息
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从IBM的”到处显示”到 的 到处显示” Sony的自校正投影仪 的自校正投影仪
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三维空间中的人机交互 人机交互：
计算，通信，传感集成的信息设备
7
手机上可显示各种信息： •语言翻译 •小孩找玩伴
手腕显示器 • 电子邮件 •天气预报
家具是计算机，桌面是接口
First generation Second Generation
8
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Mitsubishi Electric Research Labs Cambridge Research
–
Three type of interactions
– – –
33
服务层次上的对偶
用户在物理空间中的各种活动和事件
–
具有时间－空间特性的动态过程 对偶关系可建立在时－空流各个抽象层次的对应点上 可在物理空间中进行检索 体育视频的分析 白板获取系统
信息空间中的多模态时－空流的档案
– –
基于内容和事件的视频索引和检索
–
“物理－信息”对偶空间
物理空间－ 物理空间－>信息空间的对偶是建立对应关 系
–从现实物理空间中获取各种数据和信息 –
“对应”的层次：特征，表面，物体（包括物体 对应” 对应 之间的关系），动作，事件，场景，描述，上下 文等各个层次。
信息空间－ 信息空间－>物理空间对偶关系的建立
–向现实物理空间中的任何地方提供数据
–
快速编辑、复制、转换、共 享、检索 可用关键字搜索、拼写检查、 快速计数
24
数字桌面计算机器
用户可用手或笔直接在普通纸上指出相应的数字即可输入。（所指的 数字显示在计算器上）
25
PaperPaint (纸上的编辑功能） 纸上的编辑功能） 纸上的编辑功能
用笔（stylus) 在 纸面是完成文档 和图像的编辑
普适计算－ 普适计算－实现和谐人机交互 的关键技术
内容 什么是普适计算
– –
信息空间集成和融入到物理空间 “物理－信息”对偶空间 普适计算建立和谐人机交互的环境 对偶空间是普适计算的人机交互的基础
什么是和谐人机交互
– –
2
普适计算是21世纪的计算模式 普适计算是 世纪的计算模式
1980’s Current
– – –
Interactive whiteboard Laptop display Desktop AR display To determine which devices Pointing Command Annotation
Index line Voice to text
Three fiducial marker
利用视觉标记发现相应的URL
29
自动对视觉标记上的电话拨号
30
更多的应用
摄像机控制 3-D 线框图的旋转
31
摄像机控制地 铁的地图
摄像机跟踪移动的 笔尖
物理空间中的超链
桌面上的 AR 显示 基准标记
–
与计算机的网址相关，在 此计算机上显示相关信息
32
物理空间中的超链
Three display devices
– –
34
白板获取系统 （Whiteboard Capture System） ）
Whiteboard Capture System
35
36
Physical space
–
Cyber space
–
Meeting
Spatial-temporal sequence in physical space
19
信息空间－ 物理空间对偶关系的建立 信息空间－>物理空间对偶关系的建立
信息直接反馈到物理空间的对应物体上
– –
确定信息反馈点就是建立对偶关系
对偶关系：自动建立，或人工建立
反馈是多通道，多层次的
–
在桌面检索情况下，反馈都是在计算机的屏幕上
以物体或物体表面作为信息交互的接口
静止的：例如，觉察位置的导游显示 – 动态跟踪的：AR系统
Dual relation Demand Information deliver
什么是对偶关系
基本的出发点
–
信息空间中的所有数据和信息都来自物理空间
通过传感器 通过人机交互
–
信息空间中的对象与物理空间中的对象存在对 应关系（ 应关系（corresponding)
基本的对偶关系是对应关系 对应关系的建立 – 首先是物理空间－》信息空间 首先是物理空间－ 对应关系是对偶关系的基础， 对应关系是对偶关系的基础，
Meeting archive
A structured multimedia streams
–
Speaker writes on the board Actions or events ( erase the title)
–
– –
Recording the message on the whiteboard Generate the key frame as the interface
–
–
系统用投影的框 来指示编辑的区 域 完成“复制”和 “粘贴”
26
DoubleDigitalDesk (共享编辑） 共享编辑） 共享编辑
本地用户用红笔在 纸上画，同时可看 到远端的纸和所画 的图形(o)
27
增强现实（ 增强现实（Augment reality） ）
跟踪物体表面的细节
28
利用物体上的视觉标记
17
Cyber space
Structured data Context
Physical Space
Deliver control demands
user
Scene
Events, actions
Objects
Surfaces
Features
Raw data
Sensor data extract
18
computing
15
如何建立和谐的人机交互环境
建立和谐的人机交互环境
– –
– –
不仅是把接口嵌入到日常用品 不仅是把计算节点联网，成为一个分布式系 统 不仅是自然的人机接口 还需要找到合用的信息
要建立“物理－信息“对偶空间
16
“物理－信息”对偶空间 物理－信息” 物理
信息空间融入物理空间的影响是什么？
–
单台计算机交互 space)的交互
与信息空间（cyber
Human Cyber Space Interaction
所有的计算节点都联网 – 用户不明确与哪台计算机交互 – 用户没有意识到在交互( implicit interaction)
–
13
内容 什么是普适计算
– –
信息空间集成和融入到物理空间 “物理－信息”对偶空间 普适计算建立和谐人机交互的环境 对偶空间是普适计算的人机交互的基础
Camera capturing teacher’s video, delivering to remote students
SmartCam
39
谢谢！
40
什么是和谐人机交互
– –
14
普适计算与和谐的人机交互
普适计算的人机交互
– 信息空间融入物理空间
和谐的人机交互
–
以人为中心的交互
沉浸的 普适化 可视化，直观的
在三维空间中的交互
– 就在用户生活的空间中
随时、随地、应用日常 用品的交互
– 物体就是接口 – 信息直接在物理空间中
显现
隐含的人机交互
– Invisible
Student-Board: As a window between remote students and local classroom
Remote Students Studentboard Mediaboard
MediaBoard: serves as a blackboard in ordinary classroom. And its content is synchronized with remote student’s client program.
Fig.3 在纸面上用手势输入
22
数字桌面的特征
把电子图像投影到桌面和纸质的文档上 能对笔和手直接作出相应 能阅读放在桌面上的纸质文档
23
电子文档与纸质文档的比较
虚拟桌面上的电子文档
–
现实桌面上的纸质文档
可重叠放置、便宜、易携 带、广泛接受、易读、高 分辨率 可触摸、用手和手指来操 作、可用笔来涂写
Camera tracking the teacher
Virtual Assistant
Cameras for Virtual Mouse, Laser Pointer
Natural UI
Strokes added by using Virtual Mouse, Laser Pointer Speech command Speaker recognition Cameras for face recognition Touch Board
37
系统级的对偶
智能空间
–
接口层次上的对偶关系
电子白板 与远端学生交互的桌面会议和虚拟助理交互的墙面 登录系统交互的身份识别接口
–
功能层次上的对偶
记录为有结构的多媒体流