人機交互(Human-Computer Interaction)是指用戶與計算機系統之間的通信,它是人與計算機之間各種符號和動作的雙向信息交換。這里“交互”定義為一種通信,即信息交換,并且是一種雙向信息交換,可由人向計算機輸入信息,也可由計算機向用戶反饋信息。   HCI人機交互技術的來源:       一、基本的圖形輸入設備  為了使圖形軟件包具有通用性,圖形輸入命令不涉及具體的輸入設備,只涉及該命令所需要的數據。根據輸入信息的不同性質,圖形核心系統GKS和三維圖形系統PHIGS把輸入設備在邏輯上分成以下幾類: 1、定位設備 定位設備(Locator)用于指定用戶空間的一個位置,如指定一個圓的圓心,或確定一條直線的兩個端點。其輸入方式包括直接或間接在屏幕上輸入、設置數值坐標等。   直接輸入設備:光筆、觸摸屏 直接輸入設備可以直接在屏幕上定位 純機械鼠標工作的原理很簡單,它采用一個小滾球和桌面接觸,當滾球移動的時候,滾球推動壓力滾軸滾動,滾軸的另一邊連著編碼器,在每個編碼器上呈圓形排列的觸點。當滾球滾動時,經過傳導,使觸點會依次碰到接觸條,從而產生計算機容易辨認的 “接通”和“斷開”,即“0”和“1”信號。通常鼠標內部有一個芯片會根據這些數據轉換成“X”和“Y”軸的位移,從而使光標移動。   機械光電鼠標: 1.接觸桌面的一個內置的球,當鼠標移動時跟著一塊滾動。 2.接觸球的兩個滑輪。一個用來探測X方向的運動,另一個與之成90度角,用來探測Y方向的運動。當球滾動時,這兩個滑輪的一個或者兩個跟著旋轉。 3. 每個滑輪連著一根軸,這個軸又帶著一個有孔的圓盤。當滑輪滾動時,軸和圓盤一起旋轉。 4.在圓盤的兩側有一個紅外發光二級管和一個紅外傳感器。圓盤轉時外圍的間隔孔阻隔了發光二級管發出的光線,因此另一邊的傳感器就接受到了光脈沖。 5.處理芯片讀取紅外傳感器的脈沖并且把它轉換成二進制,然后通過鼠標電纜將此二進制數據送給電腦,被CPU接收,信號的數量和頻率對應著屏幕上的距離和速度。   光電鼠標的工作原理是:在光電鼠標內部有一個發光二極管,通過該發光二極管發出的光線,照亮光電鼠標底部表面(這就是為什么鼠標底部總會發光的原因)。然后將光電鼠標底部表面反射回的一部分光線,經過一組光學透鏡,傳輸到一個光感應器件(微成像器)內成像。這樣,當光電鼠標移動時,其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標內部的一塊專用圖像分析芯片(DSP,即數字微處理器)對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理,通過對這些圖像上特征點位置的變化進行分析,來判斷鼠標的移動方向和移動距離,從而完成光標的定位。 2、筆劃設備 筆劃輸入用于輸入一組坐標,相當于多次調用定位輸入。 輸入的一組點常用于顯示折線或作為曲線的控制點。筆劃設備(Stroke)用于指定用戶空間的一組有序點的位 輸入方式:與定位設備的輸入方式一致:包括直接或間接在屏幕上輸入、設置數值坐標等。物理設備:許多用于定位的物理設備也可以用作筆劃設備,如鼠標、軌跡球和圖形輸入板等。 3、定值設備 定值設備(Valuator)用于為應用程序輸入一個值(實數),如在旋轉某一對象時輸入一個旋轉角度、縮放對象時輸入一個比例因子以及輸入文字高度、字體大小比例因子等。輸入方式:包括直接輸入數值、通過字符串取值、通過比例尺輸入、執行上下記數控制命令等。物理設備:包括旋鈕、鍵盤、數字化儀、鼠標、方向鍵、編程功能鍵等。 4、選擇設備 選擇設備(Choice)用于為應用程序在多個選項中選定一項,如可選擇功能或圖形元素等。 5、拾取設備 拾取設備(Pick)用于在處理的模型中選取一個對象,從而為應用型操作確定目標。 6、字符串設備  字符串設備(String)用于向應用程序輸入字符串,如為某對象確定名字、為某圖紙輸入加注文字等。鍵盤是目前輸入字符串最常用的設備。   7、三維交互設備 PHIGS三維圖形系統除了將圖形輸入設備分為以上六類之外,還支持三維輸入設備,以便使三維空間定位、拾取等操作更為方便如三維位置測試儀、數據手套、數據頭盔的三維定位等。               二、基本交互任務 為了幫助操作員完成某種輸入操作,計算機應在輸入過程中顯示某些信息(稱為反饋)?;窘换ト蝿帐窃O計應用系統用戶接口的基本要素。   1、定位 定位是確定平面一點(x,y)或空間一點(x,y,z)的坐標直接定位:是用定位設備直接指定某個點的位置,可以精確地給點定位(例如:鍵盤輸入)。間接定位:指通過定位設備的運動控制屏幕上光標的運動進行定位,例如:在移動鼠標時,根據鼠標移動的相對距離去控制屏幕上光標的移動。數字化儀不僅可像鼠標那樣產生輸入點的相對坐標,也可輸入點的絕對坐標。如果我們要輸入一張圖紙,用數字化儀輸入圖上各點的絕對坐標是最合適的方法。 2、筆劃 筆劃輸入用于輸入一組順序的坐標點,筆劃輸入相當于多次調用定位輸入。輸入的一組點常用于顯示折線或作為曲線的控制點。 筆劃設備鼠標、軌跡球、游戲棒連續移動的信號經轉換成為一組坐標值。圖形輸入板的連續模式可通過按鍵激活。當光標在圖形輸入板表面上移動時,就產生一組坐標值。這樣的過程不僅可用于畫家在屏幕上作畫的畫筆系統,還可用于手寫體的聯機識別輸入。 3、定值 定值(或數值)輸入用于設置物體旋轉角度、縮放比例因子等。它是要在給定的數字范圍內輸入一個值。1)可用鍵盤鍵入數值.2)可用軟件的方法在屏幕上繪制一刻度尺或比例尺,用戶可用定位設備控制光標在尺子上移動實現數值的輸入。3)用刻度盤實現數值輸入的原理也一樣,操作員控制從圓心出發的線段繞圓心旋轉,根據顯示的角度讀數或比例數據來定值.4)如果要輸入一個精確的數,最好還是用鍵盤輸入。 4、選擇 選擇是在某選擇集中選出一個元素,它可以用于指定命令,確定操作對象或選定屬性等。1)可用鼠標移動光標到要選圖元附近的位置,按下鼠標的按鈕,通過軟件選擇距光標最近的圖元。2)可用鍵盤上的按鍵,如功能鍵;  鍵盤選擇也極為簡單,比如擊數字鍵“1”表示使用綠色繪制,“2”表示使用藍色繪制等.  3)菜單功能使用最普遍,也是非常重要的一種交互方法。使用菜單可改善應用系統用戶接口的友好性。  4)對話框的內容極豐富,在對話框中通常用于選擇功能的是選擇開關及radio按鈕(單選按鈕,以小圓框打點表示被選中)。 5、拾取 拾取的功能是選擇圖形對象,用于選擇場景中即將進行變換或編輯的部分。拾取一個基本對象的方法有:1)指定名稱法,通過指定欲拾取對象的名稱實現;2)特征點法,選擇時讓圖形的特征點(如線段的端點,圓心等)以強光醒目顯示,操作員通過選擇特征點來拾取對象,這種方法涉及的內部計算較少;3)邊界盒法,對每一個子圖預先求一個邊界盒或比邊界盒稍大一點的ε邊界盒。這里的ε邊界盒是指邊和坐標軸平行且包含該子圖的最小的矩形。4)分類法,分別將折線、點、弧等在有關按鍵的控制下進行拾取。 6、字符串 字符串輸入功能用于為對象命名、為圖紙加文字注釋等。其輸入方式包括鍵盤輸入、手寫輸入、語音識別、菜單選擇等。 三、人機交互輸入模式 人機交互的輸入過程需要有合理的控制模式       1、請求模式(request mode) 請求模式下,輸入設備的初始化是在應用程序中設置的,即只有輸入設置命令(或語句)對相應的設備設置所需要的輸入模式后,該設備才能作相應的輸入處理。在這種請求的命令中要指定由哪一個應用程序調用及調用哪一個輸入設備。工作過程如下: 2、樣本模式(sample mode) 當把一臺或多臺輸入設備定義為樣本模式后,這些設備會連續不斷地把信息輸入進來,而不必等待應用程序的輸入語句,即信息的輸入和應用程序中的輸入命令無關。當應用程序遇到取樣命令時,就把相應的物理設備的值作為取樣數值。 3、事件模式 當設備設置成事件模式后,輸入設備和程序并行工作。所有被設置成事件方式的輸入數據(或事件)都被存放在一個事件隊列中,該隊列是以事件發生的時間排序的。用戶在輸入設備上完成一個輸入動作(如按一下按鈕等)便產生一個事件,輸入信息及該設備編號等便存放到一個事件隊列中。不同的應用程序可到隊列中來查詢和提取與該應用程序有關的事件。不同的應用程序可到隊列中查詢和提取與之有關的事件。事件模式下的程序流程不同于樣本模式,用戶輸入的信息不會遺失。   4、輸入方式的混合使用 請求模式是在應用程序的控制下工作的;樣本模式允許輸入設備和應用程序同時工作。事件模式由輸入設備來初始化數據輸入,由應用程序來控制數據處理進程?,F代的計算機圖形輸入系統往往不是單一地使用一種輸入方式,而是多種輸入方式的混合使用,即一個應用程序可以使用多種控制方式,操作幾種不同的輸入設備。 三、常見輔助交互技術 1、幾何約束 定位約束   方向約束  引力場      2、拖拽 當要把一個對象放到一個新的位置時,如果不是簡單地用光標指定新位置的點,而是隨著鼠標器引導光標移動的同時對象也跟著被拖動到新的位置,這會使用戶感到更直觀,從而使得對象的定位更為恰當      橡皮筋技術        3、在三視圖上作三維輸入           4、結構平面 輸入立體圖形常是由簡到繁,一步一步的構造。例如:要生成圖6.13所示的圖形,可以先生成圖6.11中的二維半圖形,再在平面ABCD上用推移方法拉伸出一個柱體來。平面ABCD就叫結構平面。1.為了確定平面ABCD,可用交互的辦法指定不共線的三點A、B、C,也可以通過指定平面上一點和平面法向來確定。2.把平面ABCD旋轉到它的法線與坐標軸平行的位置,然后在平面ABCD上繪一個圓,并指定要在平面上生成的圓柱體高度,通過拉伸操作在平面ABCD上生成一個柱體,得到要輸入的圖形圖6.13。   5、新的交互技術 1.視線追蹤     2. 語音識別    3.表情識別         四、人機交互的發展   多媒體技術的支持   多通道交互   自然語言接口    三維交互   計算機支持的協同工作(CSCW) 計算機支持協同工作(Computer Supported Cooperative Work,CSCW)系統很好地適應了社會信息化、經濟全球化和知識經濟時代的特點以及諸如交互性、分布性和協同性等要求.其應用領域非常廣泛,如協同編輯、電子會議、工業應用、科學協作、遠程教學、遠程醫療等。
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