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2020 1 7 Ch1 概論 1 人機交互 郭亞軍金先級 2020 1 7 Ch1 概論 2 教材 郭亞軍 金先級著 人機交互 華中科技大學出版社 2005 3 2020 1 7 Ch1 概論 3 學完這門課的效果 這門課是提高你技術(shù)檔次的學科會完全改變你普通的看法別人都喜歡你你會具有創(chuàng)造性的思維讓你更有前途和 錢途 授人以魚不如授人以漁 2020 1 7 Ch1 概論 4 Chapter1 概述 人機交互學 HumanComputerInteraction 簡稱HCI 是一門關(guān)于設(shè)計 評估和執(zhí)行交互式計算系統(tǒng) 以及研究由此而發(fā)生的相關(guān)現(xiàn)象的學科 2020 1 7 Ch1 概論 5 2020 1 7 Ch1 概論 6 人機交互學的研究內(nèi)容 人機交互行為分為四類不同的感知過程人對于現(xiàn)實世界的感知 P1 計算機對外部世界的感知 P2 另外兩種感知 P3和P4 與人機界面的心理因素密切相關(guān) 如果計算機是可以感知外部世界的機器 那么 P3和P4就代表兩種不同的信息源 2020 1 7 Ch1 概論 7 一種是人通過計算機傳遞的感知信息 P4 例如遠程會議 遠程會診等系統(tǒng)中的兩人或多人之間的相互交流 而計算機只是他們之間的交流媒介 在這種情形下 外界信息是經(jīng)計算機處理之后的信息 另一種是人從作為虛擬世界一員的計算機中獲得的感知 P3 這種感知是人機間交互的感知 2020 1 7 Ch1 概論 8 人機交互學包含五個方面的主題 1 人機交互的特性 2 計算機的相關(guān)性 3 人的特性 4 計算機系統(tǒng)和界面架構(gòu) 5 系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范和過程 2020 1 7 Ch1 概論 9 人機交互學發(fā)展四個階段 初創(chuàng)期 1959 1970 1959年美國學者B Shackel從人在操縱計算機時如何才能減輕疲勞出發(fā) 提出了被認為是人機界面的第一篇文獻的關(guān)于計算機控制臺設(shè)計的人機工程學的論文 1960年開始將人機工程學設(shè)計引入商用計算機 1969年在英國劍橋大學召開了第一次人機系統(tǒng)國際會議 2020 1 7 Ch1 概論 10 奠基期 1970 1979 從1970年到1973年出版了四本與計算機相關(guān)的人機工程學專著 為人機交互界面學科的發(fā)展指明了方向 J Martin 1973 依據(jù)實際經(jīng)驗歸納出23種人機交互方式 在1970年同時成立了兩個HCI研究中心 這個時期已經(jīng)考慮人文因素的計算機系統(tǒng)設(shè)計原則 只體現(xiàn)在硬件設(shè)計方面 例如 德國率先公布了一個人機工程學標準 DIN標準 它規(guī)定了計算機鍵盤的高度不得大于30mm 使得美國鍵盤一下子在德國和歐洲其他國家失去了市場 2020 1 7 Ch1 概論 11 發(fā)展期 1980 1995 20世紀80年代初期 學術(shù)界相繼出版了六本專著 對最新研究成果進行了總結(jié) 在這個十年中 召開了大量的國際的和地區(qū)的學術(shù)會議 出版了不少專著 期刊和雜志 標志著人機界面學科的發(fā)展盛況 2020 1 7 Ch1 概論 12 人機交互學科形成了自己的理論體系和實踐范疇的架構(gòu)1 理論體系方面 從人機工程學獨立出來 更加強調(diào)認知心理學以及行為學和社會學的某些人文學科的理論指導 2 實踐范疇方面 從人機界面 人機接口 拓延開來 強調(diào)計算機對于人的反饋交互作用 所以 人機界面 一詞被 人機交互 所取代 英文縮寫雖然還是HCI 可是第三個字母 I 的意思卻從 Interface 界面或接口 變成了 Interaction 交互 2020 1 7 Ch1 概論 13 提高期 1996 人機交互的研究工作重點放在了智能化交互 多模態(tài) 多通道 多媒體交互 虛擬交互以及人機協(xié)同交互等方面 也就是放在 以人為中心 的人機交互技術(shù)方面 這不只是要研究人與計算機在接口界面的交互 而更需要把人與計算機當成一個統(tǒng)一系統(tǒng) 使人在與計算機交互時就像是與同類交互一樣 2020 1 7 Ch1 概論 14 人為中心的人機交互有如下特點 以符合人類習慣的方式進行信息交互 也就是以語音 圖像 手勢等方式交流信息 并且綜合利用這些信息 基于人體特征的用戶身份識別 計算機能通過人臉 語音 動作等人體信息對與其交往的人進行身份識別 計算機能理解用戶的感情和意圖 主動地進行交流和服務(wù) 2020 1 7 Ch1 概論 15 計算機被嵌入各種家用電器設(shè)備 生活空間和用具中 計算機無處不在 人們甚至從茶杯到服飾都享受著計算機帶來的好處 但是你卻看不見計算機 人類生活和活動的三維空間不僅會因為虛擬現(xiàn)實而得到擴展 例如 人們進入晶體之中 而且 四維 空間 加入時間 以往和未來 的展現(xiàn)也不再困難 與網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)相結(jié)合克服時間和空間上的限制 相隔遙遠的人門可進行信息交流和協(xié)作 為人類提供極大的方便 促進生產(chǎn)率的提高 2020 1 7 Ch1 概論 16 認知心理學 人同計算機打交到經(jīng)歷三個時期 最初僅是高速計算工具 20世紀70年代后成為人的智能工具 20世紀90年代后逐漸成為人類智力放大器 認知心理學創(chuàng)導者加涅把從屬能力稱為 學習層次 學習層次 由淺入深分為八個等級 1 信號學習 2 刺激 反應(yīng)學習 2020 1 7 Ch1 概論 17 認知心理學 3 形成連鎖 4 言語聯(lián)想 5 辨別學習 6 概念學習 7 規(guī)則學習 8 問題解決 這8條有因果關(guān)系加涅的信息加工理論從認知心理學層面上指導了人機交互學 2020 1 7 Ch1 概論 18 認知心理學 認知心理學的理論和實驗研究對于人機交互學的形成和發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用迄今為止 人類在同計算機打交道時 基本上還只局限于視覺感知的范疇 例如 視窗 圖符 菜單等 聽覺感知的計算機化雖然取得很大的進展 但是還遠遠沒有達到普及的程度 其他感知的計算機化就更有廣闊的探索空間了 與認知心理學的 認知 相對應(yīng)的 在計算機科學領(lǐng)域里是諸如機器視覺 機器推理 模式識別 語音識別 自然語言理解等等 2020 1 7 Ch1 概論 19 人的感知系統(tǒng) 人的感知系統(tǒng) PerceiveSystem 是人機交互時用戶一側(cè)的輸入 輸出通道有五種感知 視 聽 嗅 味和觸覺 事實上還有痛覺 溫度感知 饑餓感知等等 可以認為這些感知都是通過各種不同的感受器官感受到的 2020 1 7 Ch1 概論 20 人的感受器官分成以下四類 第一類是遙感感受器官 如視覺和聽覺器官 它們能從一定距離之內(nèi)接收信息 第二類是化學感受器官 嗅覺和味覺器官屬于這一類 第三類是體感受器官 這類感受器官只有在軀體與外界的實體接觸時才能受到刺激 包括觸覺 壓覺 體表的痛覺和溫度感知器官 第四類是內(nèi)臟感受器官 如饑餓感知 干渴感知 內(nèi)急和嘔吐感知器官等 2020 1 7 Ch1 概論 21 雖然各類感知器官有極大的差異 但是它們具有某些共同特點 如它們都是傳感器各類感知器官執(zhí)行同一種功能 把一種形式的能量轉(zhuǎn)變成另一種形式的能量 把信息的密碼翻譯成神經(jīng)系統(tǒng)能辨別和處理的密碼 另一個共同特點是 這些感知器官感收到的信息在神經(jīng)系統(tǒng)中都是以二進制編碼的形式傳遞的 這是因為在神經(jīng)細胞和肌肉細胞中 信息的傳遞是靠動作電位實現(xiàn)的 而動作電位是 開關(guān) 式的 正因為如此 人們試圖借用信息論 控制論等學科中的概念來研究感知系統(tǒng) 甚至于用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬視覺和聽覺 2020 1 7 Ch1 概論 22 人對感知的響應(yīng) 人的感受器官感受到外界的刺激之后 會對刺激做出反應(yīng)對感知的響應(yīng)時間由兩部分組成 響應(yīng)時間 動作時間 菲茨等人 FittsandPeterson 1964 對鼠標點擊計算機顯示屏上的目標做了實驗 得出了在操作者獲得點擊命令后立即做出點擊屏幕上的目標的動作響應(yīng)時間的估算公式 稱為菲茨公式 為Mt a blog2 D S 0 5 s 2020 1 7 Ch1 概論 23 人對感知的響應(yīng) Mt是動作響應(yīng)時間a是初始移動時間b是移動單位距離的時間增量D是移動距離S是目標的寬度 2020 1 7 Ch1 概論 24 人機交互與認知心理學的關(guān)系 在人機交互過程中存在大量的心理學因素接受外部信息和設(shè)計用戶界面存在大量認知心理學問題操作計算機時存在與行為心理學相關(guān)的問題參與計算機系統(tǒng)進行協(xié)同工作是必然碰到行為心理學和社會心理學等問題認知心理學以傳統(tǒng)心理學中的認識過程 包括感覺 知覺 注意 表象 記憶 思維和語言等 為主要對象 并強調(diào)認識過程在人的全部心理活動中的重要作用 2020 1 7 Ch1 概論 25 人機交互與認知心理學的關(guān)系 認知心理學家把人看做是信息加工系統(tǒng) 認為人的認知過程就是信息加工過程 認知指的是感覺輸入的變換 簡約 加工 存儲和使用的全過程 認知過程可分解為一系列階段 每個階段可認為是一個加工單元 承擔對輸入信息進行某種特定的操作 信息處理過程也可以從主體的知識開始 可見認知心理學主要是研究作為人類行為之基礎(chǔ)的心理機制 其核心就是輸入輸出之間的內(nèi)部心理機制 2020 1 7 Ch1 概論 26 人機交互與認知心理學的關(guān)系 認知心理學是一門研究在問題解決過程中 作為主體的人有些什么思維活動和心理活動 并用信息處理的方法去發(fā)現(xiàn)其規(guī)律的學科 人機交互過程中存在大量的心理學因素人機交互所研究是人在使用計算機解決問題的過程中如何能夠讓人更容易地操作計算機的問題在人機交互系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)該運用認知心理學的研究成果及其正確結(jié)論 使人機交互系統(tǒng)符合認知心理學的基本原理 便于人們順利地與計算機協(xié)同解決問題 2020 1 7 Ch1 概論 27 色彩對人的影響 人對外部世界的感知中有70 來自視覺 在人機交互系統(tǒng)中 色彩對人的生理和心理都起著不容忽視的作用 1 色彩對生理的影響主要與眼睛的分辨能力和視覺疲勞有關(guān)就色調(diào)而言 最容易引起視覺疲勞的是藍色和紫色 其次是紅色和橙色 而黃色 綠色 藍綠色和淡青色等色調(diào)不容易引起視覺疲勞 為減輕視覺疲勞 還應(yīng)該在視野范圍內(nèi)保持均勻的色彩的明亮度 2020 1 7 Ch1 概論 28 2 色彩對心理的影響色彩能引起某種情緒 也會改變某種情緒明快的色彩使人心情開朗 陰郁的色彩使人情緒低落紅 黃紅 橙 黃色給人溫暖感 被稱為暖色 飽和度高的暖色給人的溫暖感強 但紅色還會使人在心理上產(chǎn)生興奮以至緊張 青 綠 紫色給人寒冷感 被稱為冷色 飽和度高的冷色給人的寒冷感強 但大面積的青色給人一種荒涼和冷漠的感覺 而綠色給人的感覺比較平和 不同色彩適當搭配還會產(chǎn)生遠或近的感覺