人机交互发展综述

人机交互发展综述

常言说

（西北大学信息科学与技术学院陕西西安710127）

摘要:随计算机的改变、人类生活的改变和人类社会的改变，人机之间的任务划分和人机交互方式也在改变着，当前的人机交互已经不只是设计用户界面、鼠标、键盘等，而是越来越重视人的价值，本文结合计算机的发展历史对相应时期的人机交互方式进行回顾和总结，对目前的人机交互技术进行描述，并对未来的人机交互方式进行预测。

关键词:人机交互;三元世界;普适计算;以人为中心;交互式系统

一、引言

当前，计算机的形态越来越多样化：机柜里的大型主机，桌面上的个人电脑，膝盖上的笔记本电脑，手心里的智能手机，甚至嵌入到各种各样的材料和人工制品中，渗入到人们生活的方方面面，这些不同形态的计算机改变了并且继续改变着我们的生活，已经成为人类社会中不可或缺的产品。

过去的六十年间，计算机和人之间的关系发生了根本性的改变，施乐公司的Mark Weiser和John Seely Brown根据人和计算机之间的关系，首先将计算机的发展分为三个时期——主机时期、个人电脑时期和普适计算时期[1]，后经其他专家的完善，加上了移动计算时期[2]。人机交互帮助人们创建一个更容易和计算机交互的界面，使用计算机的用户由以前的少数专家变化为包括没有文化的农民在内普适大众，完成的任务也由办公任务变为沟通和娱乐为主。

下边本文分阶段讨论伴随计算机的发展人机交互的发展，并对当前人机交互研究中出现的新问题进行讨论。

二、主机时期——批处理、命令

行

主机时期是伴随计算机的产生而产生的，它从上世纪四十年代中期一直持续到上世纪八十年代中期，这个阶段计算机无论何时都是一种稀有的资源，很多专家共同使用一个计算机来完成任务，任务性质主要是科学计算，这个时期可以根据分时系统的应用（六十年代）分为两个阶段，在分时系统广泛应用前，人和计算机的交互主要使用批处理脚本。各领域专家将任务提前写成批处理文件，然后由专门的操作人员负责向计算机提交，以提高大型主机的利用率。批处理的主要特点是：1、所有信息必须一次性输入；2、输入和计算是相互独立的过程；3、数据和指令必须预先准备；4、不能对许多用户任务提供有效、满意的支持。分时系统广泛应用后人机交互主要使用命令行泛型，命令行泛型使得：1、多任务系统使得计算机和程序员之间的信息交换成为可能；2、允许人类变得更具反射性、自发性、创造性；3、批输入改变为增量式交互过程，信息以命令的形式输入；4、通信依赖于符号表示，界面不提供系统状态和控制的信息；5、用户必须具有有关计算的知识，为了建立心理模型[3]。

三、个人电脑时期——WIMP

从上世纪八十年代中期到上世纪九十年代中期，随着大规模集成电路的应用和计算机成本的下降，及个人办公任务的驱动，计算机进入普通老百姓家，大多数人都可以用上计算机。此时，一个人使用一台计算机的情况成为主流，在这一时期虽然一个人可以买两台或者更多的计算机，但是他在同一时间只能使用一台计算机，对这台计算机的操作需要花费了他全部的注意力，使其没有办法去操作别的计算机，这就犹如一个人不能同时开两个汽车一样。但同时，多个人使用一台大型主机的模式并

没有消失，只是已经不是主流，它们仍然进行着适合其完成的大型科学计算任务。在个人计算机用户界面上最成功的技术是图形用户界面，目前仍占据着统治地位，使用的交互范式是WIMP（Windows、Icon、Menu、Pointing Device），它的特点：1、是操作对象可视化；2、语法极小化；3、快速语义反馈，这很好地适应了个人办公的需要[3]。这一时期，由Norman提出的以人为中心的设计方法逐步形成，并成为指导人们进行设计的主要方法[4, 5]。

四、移动计算时期——掸摸模式

上世纪九十年代中期开始，随着移动设备和因特网的广泛使用，一个用户往往同时使用几个计算机为其服务，这个时期的计算机被有线和无线的互联网络连接，大型主机作为服务器端、个人计算机和移动设备作为客户端，移动设备是人们从固定的办公场所解脱出来，可以在回家的路上，在度假的时候收发电子邮件，回复即时通讯消息等。这一时期是以移动设备的广泛使用为特点，移动是最重要的使用上下文[6, 7]，因此称为移动计算时期，预计这一阶段会持续到本世纪二十年代，我们目前就处于这个时期。这个阶段触控技术也已成熟，iPhone的成功很大程度上由于其人性化的操作方式，有人将其总结为弹抹泛式，是目前移动设备上使用最广泛的新型交互手段(除去传统的键盘)。同时，由于弹抹范式表达的逻辑语义有限，操作并不直接可见等自身的局限性[8, 9]，往往并不将其作为唯一的交互手段，其它新式交互技术可以作为补充[10]，给用户提供更好的交互体验，笔交互、三维交互、多通道等其它交互技术也有着一定的应用。

五、普适计算时期——融入生活

的交互

本世纪二十年代开始，人们将进入普适计算的时期[11, 12]，一个人同时享受成百上千计算机的服务。这个时期的最大特点就是无处不在的嵌入式计算。这个时期要求对技术进行过滤，来适应生活。从而实现不用人们去关注实现细节，甚至在没有觉察到技术的时候享受乐技术带来的服务，因为这种服务不会去吸引用户的注意力，因此被也称为：“平静计算”或“无声无息的计算”[13]。

普适计算时期尚未到来，但我们的科研工作者一直在为其努力，这个阶段人们希望使用自然的交互，这时的交互技术不需要用户在使用前进行专门的学习，在使用中尽可能少分散用户的注意力，使用户可以专心于专业知识，而不是交互方法。普适计算时期会有大量传感器的使用，作为计算机的眼、耳、鼻、手来感知环境、感知用户，自动根据相关的上下文来为用户提供服务。当前正在研究中的语音识别、多点触摸、眼动交互、脑电波交互等技术会在将来被广泛使用，使用语言表达对人是比较自然和轻松的事，语音识别可以实现多种自然的交互；多点触摸允许人们像操作物理对象一样操作数字对象；眼动交互和脑电波交互的作用之一是帮助残疾人。

六、当前人机交互的研究的一些

重要问题

（一）人类真正的需要

当今社会，一切都在快速地发展变化着，但计算机技术的发展能是否真的使人更加了解自己的需要[14]，看清自己生活中的真实问题，然后帮人们提高自己的生活质量呢？它能否使我们生活的世界更人性化呢？答案并不如我们感觉的那样令人确定，人们发现电子邮件加快了人们的通讯效率，也增加了别人对收到邮件然后及时阅读和处理的预期，手机增加了人们的通讯，也减少了人们的私人空间，总之，技术的发展并不一定总能是增强我们社会整体的幸福感，这一方面是由于技术的两面性，另一方面是误用，因此还需要我们人机交互研究人员的继续努力，在工作中更加注重人的价值，避免对技术的误用，使技术的发展和应用向提高人们幸福感的方面前进。

（二）老龄化问题

老年人增多，需要为老年人设计手机，老年人手机的特性可以主要分为辅助记忆、辅助视力、特