AI之HCI：人機交互Human-Computer Interaction的簡介、發展歷史、案例應用之詳細攻略

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目錄

人機交互Human-Computer Interaction的簡介

1、人機交互的三種定義

2、人機交互的意義

人機交互Human-Computer Interaction的發展歷史

1、簡單人機交互—GUI、Web端

2、自然人機交互—VR、IUI、NLP

3、未來前景——結合AI+云計算

4、 人機交互的14個例子

人機交互Human-Computer Interaction的案例應用

1、現實版神筆馬良

2、全手型感應

3、盲輸入技術

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人機交互Human-Computer Interaction的簡介

? ? ? ? ?人機交互、人機互動（英文：Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction，簡稱HCI或HMI），是一門研究系統與用戶之間的交互關系的學問。系統可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板，或發電廠的控制室。人機交互界面的設計要包含用戶對系統的理解（即心智模型），那是為了系統的可用性或者用戶友好性。人機交互技術是計算機用戶界面設計中的重要內容之一，與認知學、人機工程學、心理學等學科領域有密切的聯系。
? ? ? ? ?人機交互（Human-Computer Interaction，簡寫HCI）：是指人與計算機之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程。有很多著名公司和學術機構正在研究人機交互。在計算機發展歷史上，人們很少注意計算機的易用性。現在，很多計算機用戶抱怨計算機制造商在如何使其產品“用戶友好”這方面沒有投入足夠的精力。而反過來，這些計算機系統開發商也在抱怨，他們的理由是：設計和制造計算機是一個很復雜的工作，光是研究如何在新領域能夠應用計算機的問題就已經占用了他們的大部分精力，實在是沒有多余的精力來研究如何提高計算機的易用性了。

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1、人機交互的三種定義

? ? ? ? ?目前關于人機交互的定義主要有三種：

• 一是ACM（Association for Computing Machinery）的觀點，它將人機交互定義為：有關交互計算機系統設計、評估、實現以及與之相關現象的學科；
• 二是伯明翰大學教授AlanDix的觀點：他認為人機交互是研究人、計算機以及他們之間相互作用方式的學科，學習人機交互的目的是使計算機技術更好地為人類服務；
• 三是賓夕法尼亞州立大學JohnM.Carroll的觀點：他認為人機交互指的是有關可用性的學習和實踐，是關于理解和構建用戶樂于使用的軟件和技術，并能在使用時發現產品有效性的學科。

? ? ? ? ?無論是哪一種定義方式，人機交互所關注的首要問題都是人與計算機之間的關系問題。

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2、人機交互的意義

? ? ? ? ?人機交互技術的發展與國民經濟發展有著直接的聯系，它是使信息技術融入社會，深入群體，達到廣泛應用的技術門檻。任何一種新交互技術的誕生，都會帶來其新的應用人群，新的應用領域，帶來巨大的社會經濟效益。

• 從企業的角度，改善人機交互能夠提高員工的生產效率；學習人機交互能夠降低產品的后續支持成本。
• 從個人的角度，可以幫助用戶有效地降低錯誤發生的概率，避免由于錯誤引發的損失。

? ? ? ? ?在現代和未來的社會里，只要有人利用通信、計算機等信息處理技術進行社會活動時，人機交互都是永恒的主題，鑒于它對科技發展的重要性，人機交互是現代信息技術、人工智能技術研究的熱門方向。

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人機交互Human-Computer Interaction的發展歷史

? ? ? ? ?人機交互的發展歷史，是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史。交互的信息也由精確的輸入輸出信息變成非精確的輸入輸出信息。

1、簡單人機交互—GUI、Web端

? ? ? ? ?由于受到制造技術和成本等原因限制，早期的人機交互在設計上較少考慮人的因素，強調輸入輸出信息的精確性，使用不夠自然和高效。

• 早期的手工作業：這個時期交互的特點是由設計者（或本部門同事）來使用計算機，他們采用手工操作和依賴機器（二進制機器代碼）的方法去適應計算機。
• 作業控制語言及交互命令語言：這一階段特點是計算機的主要使用者—程序員可采用批處理作業語言或交互命令語言的方式和計算機打交道，雖然要記憶許多命令和熟練地敲鍵盤，但已可用較方便的手段來調試程序、了解計算機執行情況。
• 圖形用戶界面（GUI）：圖形用戶界面的主要特點是桌面隱喻、WIMP（Window / Icon / Menu / Pointing Device）技術、直接操縱和“所見即所得（WYSIWYG）”。由于GUI簡明易學、減少了敲鍵盤、實現了“事實上的標準化”。因而使不懂計算機的普通用戶也可以熟練地使用，開拓了用戶人群。它的出現使信息產業得到空前的發展。
• 網絡用戶界面：以超文本標記語言HTML及超文本傳輸協議HTTP為主要基礎的網絡瀏覽器是網絡用戶界面的代表。由它形成的萬維網（World Wide Web, WWW）已經成為當今Internet的支柱。這類人機交互技術的特點是發展快，新的技術不斷出現，如搜索引擎、網絡加速、多媒體動畫、聊天工具等。

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2、自然人機交互—VR、IUI、NLP

? ? ? ? ?隨著網絡的普及性發展和無線通訊技術的發展，人機交互領域面臨著巨大的挑戰和機遇，傳統的圖形界面交互已經產生了本質的變化，人們的需求不再局限于界面美學形式的創新，用戶更多的希望在使用多媒體終端時，有著更便捷、更符合他們使用習慣，同時又有著比較美觀的操作界面。利用人的多種感覺通道和動作通道（如語音、手寫、姿勢、視線、表情等輸入），以并行、非精確的方式與（可見或不可見的）計算機環境進行交互，使人們從傳統的交互方式的束縛解脫出來，使人們進入自然和諧的人機交互時期。這一時期的主要研究內容包括：多通道交互、情感計算、自然語言理解、虛擬現實、智能用戶界面等方面。

• 多通道交互：多通道交互（Multi Modal Interaction，MMI）是近年來迅速發展的一種人機交互技術，它既適應了“以人為中心”的自然交互準則，也推動了互聯網時代信息產業（包括移動計算、移動通信、網絡服務器等）的快速發展。
  MMI是指“使用多種通道與計算機通信的人機交互方式。通道（modality）涵蓋了用戶表達意圖、執行動作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺或味覺等”。采用這種方式的計算機用戶界面稱為“多通道用戶界面”。目前，人類最長使用的多通道交互技術包括手寫識別、筆式交互、語音識別、語音合成、數字墨水、視線跟蹤技術、觸覺通道的力反饋裝置、生物特征識別技術和人臉表情識別技術等方面。
• 情感人機交互：讓計算機具有情感能力首先是由美國MIT大學Minsky教授（人工智能創始人之一）提出的。他在1985年的專著“The Society of Mind”中指出，問題不在于智能機器能否有任何情感，而在于機器實現智能時怎么能夠沒有情感。從此，賦予計算機情感能力并讓計算機能夠理解和表達情感的研究、探討引起了計算機界許多人士的興趣。這方面的工作首推美國MIT媒體實驗室Picard教授領導研究小組的工作。情感計算一詞也首先由Picard教授于1997年出版的專著“Affective Computing（情感計算）”中提出并給出了定義，即情感計算是關于情感、情感產生以及影響情感方面的計算。
  MIT對情感計算進行全方位研究，正在開發研究情感機器人，最終有可能人機融合。其媒體實驗室與HP公司合作進行情感計算的研究。IBM公司的“藍眼計劃”，可使計算機知道人想干什么，如當人的眼瞄向電視時，它竟然知道人想打開電視機，它便發出指令打開電視機。此外該公司還研究了情感鼠標，可根據手部的血壓及溫度等傳感器感知用戶的情感。CMU主要研究可穿戴計算機。日本在對感性信息處理的研究中，有眾多研究單位參與，主要集中在研究所和高校。特別值得一提的是，日本歐姆龍公司研制生產的機器玩具曾風行一時，最高價達4000美元。隨后其它公司也進行機器狗等玩具的生產。情感計算的研究不僅具有重要的科學和學術價值，也存在著巨大的商機，有很好的經濟效益。
• 虛擬現實：虛擬現實（Virtual Reality, VR）是以計算機技術為核心，結合相關科學技術，生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度近似的數字化環境，用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用、相互影響，可以產生親臨對應真實環境的感受和體驗。虛擬現實是人類在探索自然、認識自然過程中創造產生，逐步形成的一種用于認識自然、模擬自然，進而更好地適應和利用自然的科學方法和科學技術。
  虛擬現實技術具有很強的應用性。軍事方面，將VR技術應用于軍事演練，帶來軍事演練觀念和方式的變革，推動了軍事演練的發展。如美國的SIMNET、ACTDSTOW、WARSIM2000和虛擬之旗2006等一系列分布式虛擬戰場環境。醫學方面，VR技術已初步應用于虛擬手術訓練、遠程會診、手術規劃及導航、遠程協作手術等方面，某些應用已成為醫療過程不可替代的重要手段和環節。工業領域方面，VR技術多用于產品論證、設計、裝配、人機工效和性能評價等。代表性應用，如模擬訓練、虛擬樣機技術等已受到許多工業部門的重視。教育文化領域方面，VR已經成為數字博物館/科學館、大型活動開閉幕式彩排仿真、沉浸式互動游戲等應用系統的核心支撐技術。紐約大都會博物館、大英博物館、俄羅斯冬宮博物館和法國盧浮宮等都建立了自己的數字博物館。
• 智能用戶界面：智能用戶界面（Intelligent User Interface，IUI）是致力于改善人機交互的高效率、有效性和自然性的人機界面。它通過表達、推理，按照用戶模型、領域模型、任務模型、談話模型和媒體模型來實現人機交互。智能用戶界面主要使用人工智能技術去實現人機通信，提高了人機交互的可用性：如知識表示技術支持基于模型的用戶界面生成，規劃識別和生成支持用戶界面的對話管理，而語言、手勢和圖像理解支持多通道輸入的分析，用戶建模則實現了對自適應交互的支持等。當然，智能用戶界面也離不開認知心理學、人機工程學的支持。
  智能體、代理（Agents）在智能技術中的重要性已“不言而喻”了。Agent是一個能夠感知外界環境并具有自主行為能力的以實現其設計目標的自治系統。智能的Agent系統可以根據用戶的喜好和需要配置具有個性化特點的應用程序?；诖思夹g，我們可以實現自適應用戶系統、用戶建模和自適應腦界面。自適應系統方面，如幫助用戶獲得信息，推薦產品，界面自適應，支持協同，接管例行工作，為用戶裁剪信息，提供幫助，支持學習和管理引導對話等。用戶建模方面，目前機器學習是主要的用戶建模方法，如神經網絡、Bayesian學習以及在推薦系統中常使用協同過濾算法實現對個體用戶的推薦。自適應腦界面方面，如神經分類器通過分析用戶的腦電波識別出用戶想要執行什么任務（該任務既可以是運動相關的任務如移動手臂，也可以是認知活動如做算術題）。
• 自然語言人界交互：在“計算機文化”到來的社會里，語言已不僅是人與人之間的交際工具，而且是人機對話的基礎，是最自然的一種人機交互方式。自然語言處理（Natural Language Processing, NLP）是使用自然語言同計算機進行通訊的技術，因為處理自然語言的關鍵是要讓計算機“理解”自然語言，所以自然語言處理又叫做自然語言理解（Natural Language Understanding, NLU）。
  近年來自然語言理解技術在搜索技術方面得到了廣泛的應用，現在，已經有越來越多的搜索引擎宣布支持自然語言搜索特性，自然語言人機交互界面在智能短信服務、情報檢索、人機對話等方面也具有廣闊的發展前景和極高的應用價值，并有一些階段性成果出現在商業運用中。

3、未來前景——結合AI+云計算

? ? ? ? ?人機交互技術領域熱點技術的應用潛力已經開始展現，比如智能手機配備的地理空間跟蹤技術，應用于可穿戴式計算機、隱身技術、浸入式游戲等的動作識別技術，應用于虛擬現實、遙控機器人及遠程醫療等的觸覺交互技術，應用于呼叫路由、家庭自動化及語音撥號等場合的語音識別技術。

• 對于有語言障礙的人士的無聲語音識別，應用于廣告、網站、產品目錄、雜志效用測試的眼動跟蹤技術；
• 針對有語言和行動障礙人開發的“意念輪椅”采用的基于腦電波的人機界面技術等。

? ? ? ? ?人機交互解決方案供應商不斷地推出各種創新技術，如指紋識別技術、側邊滑動指紋識別技術 、TDDI技術、壓力觸控技術等。熱點技術的應用開發是機遇也是挑戰，基于視覺的手勢識別率低，實時性差，需要研究各種算法來改善識別的精度和速度，眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態、語音、唇讀、人臉、DNA等人類特征的研發應用也正受到關注，多通道的整合也是人機交互的熱點，另外，與“無所不在的計算”“云計算”等相關技術的融合與促進也需要繼續探索。
? ? ? ? ?AI通過感知系統與算法來為人類提供各種數據與分析結果，而IA則用來輔助人類快速做出決策，進而通過各種自動化技術落地執行。兩種技術的合理利用，使得商業智能更加完善，同時人類的能力也得到了增強。

相關文章：增強智能與人工智能趨向融合，人機協同新時代正在到來

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4、 人機交互的14個例子

相關文章：https://www.getsmarter.com/blog/market-trends/14-human-computer-interaction-examples/

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人機交互Human-Computer Interaction的案例應用

參考文章：人機交互的終極狀態——人機共生

1、現實版神筆馬良

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2、全手型感應

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3、盲輸入技術

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的AI之HCI：人机交互Human-Computer Interaction的简介、发展历史、案例应用之详细攻略的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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