第3章交互设备推荐

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1、第3章 交互设备1人机交互技术编写组主要内容 w输入设备：n文本输入设备；图像输入设备；指点输入设 备等； w输出设备：n显示器 ；声音的输出 ；数字纸 等 w虚拟现实系统中的交互设备 2人机交互技术编写组3.1文本输入设备 w文本输入是人与计算机交互的一个重要 组成部分，同时也是一项繁重的工作。 w键盘输入是最常见、最主要的文本输入 方式。 w手写以及语音等一些更自然的交互方式 也可为文本输入提供辅助手段。3人机交互技术编写组3.1.1键盘 w键盘是文本输入的最重要手段，而键盘 布局对于文本输入的速度和准确性至关 重要。 w为了提高键盘在某些场合下的使用舒适 度，许多键盘在设计的过程中还加入

2、了 更多人性化的考虑。 4人机交互技术编写组1.键盘的布局 wQWERTY键盘布局w19世纪70年代，Sholes发明了QWERTY键盘布局，其名称来源于 该布局方式最上行前6个英文字母，最常用的几个字母安置在相反 方向，最大限度放慢敲键速度以避免卡键。 这种布局方式依然是 今天最为常见的排列方式，成为一种事实上的标准。 wDUORAK键盘布局w20世纪20年代的DUORAK键盘布局，据推测可以大大减少手指移 动距离，从而大大提高输入速度，但由于受到传统QWERTY布局 的影响，没有成为主流的键盘布局。 5人机交互技术编写组2. 人性化设计的键盘 w(1)人体工程学键盘w是在标准键盘基础上将指

3、法规定的左手键区和右 手键区这两大板块左右分开，并形成一定角度， 这样可使操作者不必有意识的夹紧双臂，从而保 持一种比较自然的形态，这种设计的键盘被微软 公司命名为自然键盘（Natural Keyboard）。 6人机交互技术编写组(1)人体工程学键盘(图例1)图 3-1 人体工程学键盘：固定于椅子上的键盘 7人机交互技术编写组图 3-1 人体工程学键盘：固定于桌面上的键盘 (1)人体工程学键盘(图例2)8人机交互技术编写组2.人性化设计的键盘 w（2）多功能集成键盘 n这类键盘集成了鼠标、无线等功能，在键盘 布局以及外观设计方面，针对游戏、上网浏 览等常用娱乐功能做了改进。n键盘正上方设计的

4、快捷键，包括 “IE主页” 、“打开文件夹”、“查找文件”和“进入 信箱”等12个，许多操作可以一键完成。键 盘的无线接收器采用USB接口，安装使用也 非常方便。 9人机交互技术编写组图 3-2 BTC 9019URF 无线游戏键盘2.人性化设计的键盘 10人机交互技术编写组图 3-2 BTC 9019URF 无线游戏键盘2.人性化设计的键盘11人机交互技术编写组3.1.2 手写设备 w手写笔板+手写笔:n是手写系统中一个很重要的部分。 w有线笔:手写笔尾部均有一根电缆与手写板相连 ，从手写板上输入电源 。 w无线笔:借助于一些特殊技术而不需要任何电源 。无线笔的优点是携带和使用起来非常方便，

5、同 时也较少出现故障。 w手写笔一般还带有两个或三个按键，其功能相当 于鼠标按键，这样在操作时不需要在手写笔和鼠 标之间来回切换。 12人机交互技术编写组3.1.2 手写设备图 3-3 汉王笔手写系统13人机交互技术编写组3.1.2 手写设备w手写板主要分类：n电阻式压力手写板：几乎已经被淘汰n电磁式感应手写板：目前市场主流产品n电容式触控手写板：市场的新生力量，具有 耐磨损、使用简便、敏感度高等优点，是今 后手写板的发展趋势。14人机交互技术编写组3.1.2 手写设备手写板的一些通用的评测指标 w压感级数：n手写板可以感应到笔在手写板上的力度的级别，最高为512级 。 w精度：n精度又称分辨

6、率，指的是单位长度上所分布的感应点数，精 度越高对手写的反映越灵敏，对手写板的要求也越高 w书写面积：n是手写板一个很直观的指标，手写板区域越大，书写的回旋 余地就越大，运笔也就更加灵活方便，输入速度往往会更快 ，当然其价格也相应更高。书写面板的尺寸大体有以下几种 ：76mm51mm、76mm114mm、10mm13mm和 11mm15mm15人机交互技术编写组3.1.2 手写设备w手写汉字识别软件n除了硬件外，手写笔和手写板的另一项核心 技术是手写汉字识别软件，目前各类手写笔 的识别技术都已相当成熟，识别率和识别速 度也能够满足实际应用的要求。 16人机交互技术编写组3.1.3 语音输入设备

7、 w语音输入为文本输入提供了更加自然的 交互手段，也许在将来，我们能够真正 抛弃键盘，实现和计算机的“对话”。 w在语音录入过程中所涉及的设备主要麦 克风和声卡（见3.5节）17人机交互技术编写组3.2 图像输入设备 w图像输入是人与计算机交互的另外一个 重要组成部分。 w扫描仪可以快速地实现图像输入，且经 过对图像的分析与识别，可以得到文字 、图形等内容； w而摄像头则是捕捉动态场景最常用的工 具。 18人机交互技术编写组3.2.1 扫描仪 w扫描仪作为光电、机械一体化的高科技 产品，自问世以来凭借其独特的数字化“ 图像”采集能力，低廉的价格以及优良的 性能，得到了迅速的发展和广泛的应用 ，

8、目前已成为计算机不可缺少的图文输 入工具之一，被广泛地应用于图形、图 像处理的各个领域。 19人机交互技术编写组1.扫描仪的简单工作原理 扫描仪对图像画面进行扫描时，光源将光线照射到待 扫描的图像原稿上，产生反射光或透射光，然后经反光镜组 反射到线性光电转换的电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）。中。CCD图像传感器根据反射光线强弱的 不同转换成不同大小的电流，经模拟数字转换处理，将电 信号转换成数字信号，即产生一行图像数据。同时，在控制电路的控制下，步进电机旋转带动驱动 皮带，从而驱动光学系统和CCD扫描装置在传动导轨上与待 扫原稿做相对平行移动，将待扫图像原稿

9、逐条线扫入，最终 完成全部原稿图像的扫描。对于彩色图像，扫描仪在扫描时 ，首先生成分别对应于红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色的三幅 图像，然后将这三幅图像合成。20人机交互技术编写组图 3-4 扫描仪扫描过程简图21人机交互技术编写组2.扫描仪的性能指标w(1) 分辨率:n扫描仪的分辨率决定了最高扫描精度 ;在扫描图像 时，扫描分辨率设得越高，生成的图像的效果就越 精细，生成的图像文件也越大。nDPI是指用扫描仪输入图像时，在每英寸上得到的 像素点个数。n扫描仪的分辨率等于其光学部件的分辨率加上其自 身通过硬件及软件进行处理分析所得到的分辨率;n分辨率为1200DPI的扫描仪，往往其光学部分

10、的分 辨率只占400600DPI。扩充部分的分辨率由硬件 和软件联合生成，这个过程是通过计算机对图像进 行分析，对空白部分进行插值处理所产生的;22人机交互技术编写组2.扫描仪的性能指标w(2)扫描速度:n扫描速度决定了扫描仪的工作效率.n一般而言，以300DPI的分辨率扫描一幅A4 幅面的黑白二值图像，时间少于10秒钟，相 同情况下，扫描灰度图，约需10秒左右，而 如果使用三次扫描成像的彩色扫描仪，则要 23分钟。23人机交互技术编写组3.平板式扫描仪的结构w目前大部分的扫描仪都属于平板式扫描 仪，主要由上盖、原稿台、光学成像部 分、光电转换部分、机械传动部分组成 （如图3-5）。 机盖导轨

11、滑杆稿台齿轮链条步进电机图 3-5 平板式扫描仪结构 24人机交互技术编写组3.2.2 数码摄像头w1.数码摄像头的用途n数码摄像头可以直接捕捉影像，然后通过计算机的串口、并口或者USB接口传送到计算机里。n数码摄像头没有存储装置和其他附加控制装置，只有一个感光部件、简单的镜头和不太复杂的数据传输线路，造价低廉。 25人机交互技术编写组3.2.2 数码摄像头 w2.衡量数码摄像头的关键因素n感光元器件 w大多为CCD, CCD的成像往往通透性、明锐度都 很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确;应用 在摄像、图像扫描等对于图像质量要求较高的应 用中,价格高 w附加金属氧化物半导体组件（Comple

12、mentary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）大多应用 在一些低端视频应用中，价格低n像素数： w像素数是影响图像质量的重要指标，也是判断摄 像头性能优劣的重要条件。早期产品以10万像素 的居多，目前则以35万像素为主26人机交互技术编写组3.2.2 数码摄像头w2.衡量数码摄像头的关键因素n解析度： w分为照像解析度和视频解析度 ：有352288、320240、 176144、160120 等规格 w一般产品的最高解析度可以达到640480 n视频速度： w视频速度和视频解析度是直接相关的，基本成反比关系如 640480 解析度可达12.5帧秒（Frames

13、Per Second， FPS）， 352288 的解析度可得到30 FPS，真正获取流畅 的视频 n镜头： w镜头性能的重要条件是它的调焦范围以及灵敏性等因素 ， 好的摄像头，应该有较为宽广的调焦范围和较高的灵敏性27人机交互技术编写组数码摄像头产品w如图3-6所示的摄像头（创新 Video Blaster WebCam），可以用16.7兆颜色 进行实时视频捕捉；分辨率为 352288 时速度最快达 30 帧每秒，分辨率为 640480 时达15 帧每秒；支持160120 、176144、320240、352288、和 640480 分辨率的静态图像捕捉；镜头 免调焦距。28人机交互技术编写

14、组图 3-6创新 Video Blaster WebCam 及其控制界面 29人机交互技术编写组3.3指点输入设备w指点设备常用于完成一些定位和选择物体的交互任务。物体可能处于一维、二维、三维或更高维的空间中，而选择与定位的方式可以是直接选择，或通过操作屏幕上的光标来完成。30人机交互技术编写组3.3.1鼠标w1963年，美国科学家Douglas Englebart发明了鼠标器 （如图3-7左）。他最初的想法是为了让计算机输入操 作变得更简单、容易。第一只鼠标器的外壳是用木头 精心雕刻而成的，整个鼠标器只有一个按键，在底部 安装有金属滚轮，用以控制光标的移动。1984年，苹 果公司把经过改进的

15、鼠标器安装在Lisa微电脑上，从而 使鼠标器声名显赫，它与键盘一道成为电脑系统中必 备的输入装置。 31人机交互技术编写组1.最初的鼠标和现在常用的鼠标32人机交互技术编写组2.鼠标的分类w1）机械式鼠标(半光学鼠标)w工作原理：在机械式鼠标底部有一个可以自由滚 动的球，在球的前方及右方装置两个支成90度角 的编码器滚轴，移动鼠标时小球随之滚动，便会 带动旁边的滚轴，前方的滚轴记录前后滑动，右 方的滚轴记录左右滑动，两轴一起移动则代表非 垂直及水平方向的滑动。编码器由此识别鼠标移 动的距离和方位，产生相应的电信号传给电脑， 以确定光标在屏幕上的正确位置。 33人机交互技术编写组2.鼠标的分类w

16、2）光电式鼠标 w工作原理:利用一块特制的光栅板作为位移检测 元件，光栅板上方格之间的距离为0.5mm。鼠标 器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，发射光 经过透镜聚焦后从底部的小孔向下射出，照在鼠 标器下面的光栅板上，再反射回鼠标器内。当在 光栅板上移动鼠标器时，由于光栅板上明暗相间 的条纹反射光有强弱变化，鼠标器内部将强弱变 化的反射光变成电脉冲，对电脉冲进行计数即可 测出鼠标器移动的距离。 34人机交互技术编写组3.鼠标与计算机的接口w串行接口设计(梯形9针接口)； w随着PC机器上串口设备的逐渐增多，串口鼠标 逐渐被采用新技术的PS/2接口鼠标所取代(小 圆形接口)； w随着即插即用概念的提出，使得采用USB接口 的鼠标成为主流； w而对于一些有专业要求的用户而言，采用红外 线信号来与电脑传递信息的无线鼠标也成为一 种专业时尚。35人机交互技术编写组4.鼠标的按键w从按键而言，依次经历了两键、三键时 代。随着INTERNET的普及，人们发现， 在鼠标上加上一个小小的轮轴更便于浏 览网页，这样，又出现了滚轮鼠标，目