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1、人机交互知识概念?第一章 -GOAL of HCI：? Improve productivity and reduce costs through:? Safety: Does the system prevent danger? E.g. Nuclear power plant, Aviation Engineering? Functionality: How many things can the system do? Efficiency: How few resources does it take to get a task done? Usability / Enjoyably :
2、 How easy to learn and use is the system? -Definition HCI：? A discipline concerned with the design, evaluation and implementation of interactive computing systems for human use with the study of major phenomena surrounding them.? 人机交互是关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，且围绕这些方面的主要现 象进行研究的科学（ACM SIGCHI，1992，第6页
3、）? -Research contents of HCI：? 人机交互界面表示模型与设计方法（Model and Methodology）? 可用性分析与评估（Usability and Evaluation）? 多通道交互技术（Multi-Modal）? 认知与智能用户界面（Intelligent User Interface，IUI）? 虚拟和增强环境中的交互方法(Virtual Reality, Augmented Reality)? Web设计（Web-Interaction）? 移动界面设计（Mobile and Ubicomp）? -History：? 手工作业阶段：穿孔卡片等，最
4、早的计算机采用 命令方式：键盘输入，DOS等操作系统采用 图形用户界面GUI：键盘输入，鼠标，Windows系列采用 自然人机交互界面：采用人的自然通道(视觉/听觉)实现人机交互；手写，语音，视觉，多通 道。 第二章 感知和认知基础 ?人机交互过程中人们经常利用的感知有哪几种？每种感知有什么特点？ 颜色模型有哪几种？试说明RGB、CMYK以及HSV颜色模型各适于在什么情况下应用？ 人的认知过程分为哪几类？ 什么是概念模型和分布式认知模型 -感知： 1）视觉：是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。一方面，眼睛和视觉系统的物理特性决定了人类无法看到某些事物；另一方面，视觉系统进行解释处理信息时
5、可对不完全信息发挥一定的想象力。进行人机交互设计需要清楚这两个阶段及其影响，了解人类真正能够看到的信息。 2）听觉：感知传递的信息仅次于视觉。声音的解释是与语言的理解联系在一起的，它们都是在大脑的听觉皮层中完成的。听觉系统就像视觉系统一样，可以利用以前的经验来解释输入。另外，由于口语充满着发错音的单词、不完整的句子，而且一般说的很快，所以听觉系统的解释机制必须跟得上输入。 3）触觉：触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不同在于它的非局部性，人们通过皮肤感知触觉的刺激，人的全身布满了各种触觉感受器，用来感受冷热，疼痛和压力。触觉感知的另一个方面是动觉，即对人的躯干和四肢的位置的感觉。 -RGB， C
6、MYK，HSV以及CIE等颜色模型。 1）RGB颜色模型通常用于彩色阴极射线管等彩色光栅图形显示设备中，它采用三维直角坐标系，红、绿、蓝为原色，各个原色混合在一起可以产生复合色。 2）以红、绿、蓝的补色青(Cyan)、品红(Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的CMYK颜色模型，常用于从白光中滤去某种颜色，又被称为减性原色系统。常用于印刷行业中某些印刷硬拷贝设备的颜色处理。 3）RGB和CMYK颜色模型都是面向设备的，相比较而言，HSV(Hue,Saturation, Value)颜色模型是面向用户的。 -认知过程：注意；感知和识别；记忆；问题解决；语言处理。 1）感知和识别 人们可
7、以使用感官从环境中获取信息，并把它转变为对物品、事件、声音和味觉的体验。对有视力的个体来说，视觉是最重要的感觉，其次是听觉和触觉。在交互设计时，应采用适当的形式来表示信息，以便用户更好地理解和识别它的含义。 2）注意 注意作为认知过程的一部分，通常是指选择性注意，即注意是有选择的加工某些刺激而忽视其他刺激的倾向。它是人的感觉（视觉、听觉、味觉等）和知觉（意识、思维等）同时对一定对象的选择指向和集中（对其他因素的的排除）。 3）记忆 记忆作为一种基本的心理过程，是和其他心理活动密切联系着的。在知觉中，人的经验有重要的作用，没有记忆的参与，人就不能分辨和确认周围的事物。在解决复杂问题时，由记忆提供
8、的知识经验，起着重大作用。 4）问题解决 问题解决是由一定的情景引起的，按照一定的目标，应用各种认知活动、技能等，经过一系列的思维操作，使问题得以解决的过程。问题解决的过程一般包括理解问题、制订计划、实施计划、检验结果四个步骤。这个认知过程是要考虑做什么、有那些选择、执行某个活动会有什么结果等。它们都属于“思维认知”过程，通常涉及有意识的处理（知道自己在思考什么），与他人（或自己）讨论以及使用各种制品（如地图、书本、笔和纸）。在实际决策中，往往包含多种可能的行动方案，需要分析比较，择优选用。 5）语言处理 从方便用户阅读、说话和聆听的角度，进行人机界面设计。 -概念模型：指的是一种用户能够理解
9、的系统描述，它使用一组集成的构思和概念，描述系统做什么、如何运作、外观如何等。 -分布式认知模型：描述的是认知系统中发生了什么，它通常描述人员之间的交互，人们使用的物品及工作环境。分布式认知的主要目的是要从信息传播媒介的角度来描述交互。也就是说，它考虑的是信息如何表示，信息在流经不同个人以及使用不同物体时是如何重新表示的。 -人机工程学：研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中的人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。 -人机环境系统：指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机器以及它们所处的周围环境所构成的系统，简称人机系统。 -现代人机工程学的基本思想和学术理
10、论的简洁表述：器物要和人（使用者）的各种因素相宜。 -人体测量学：通过测量人体各部位的尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形体特征，使设计更适于人。 -静态数据：人体构造尺寸。 动态数据：功能尺寸。 -人体测量数据：形态测量；生理测量；运动测量。常用：立姿人体尺寸；坐姿人体尺寸；人体水平尺寸；人体立姿的活动空间；人体坐姿的活动空间；人体跪姿的活动空间；人体卧姿的活动空间。 -人体测量方法：普通测量法；摄影法；三维数学测量法。 第三章 交互设备 交互设备 三维扫描 三维激光扫描 动作捕捉设备（光学） 三维空间 显示设备 （了解） -输入设备：文本输入设备（键盘，手写输入）
11、；图像输入设备（二维扫描仪，数码摄像头）；三维图形输入设备（三维扫描仪）；指点输入设备（鼠标，光笔，控制杆，触摸板，触摸屏）。 -三维扫描仪分类：接触式和非接触式。 -三维扫描仪的工作原理：1、接触式的三维扫描仪：采用探测头直接接触物体表面，把探测头反馈回来的光电信号转换为描述物体表面形状的数字信息。该类设备主要以三维坐标测量机为代表。优点是具有较高的准确性和可靠性，但也存在测量速度慢、费用较高、探头易磨损等缺点。2、非接触式的三维扫描仪：主要有三维激光扫描仪，照相式三维扫描仪等。这类设备的优点是扫描速度快，易于操作，且由于不需接触被测量的物体，所以对物体表面损伤少等。 -三维激光扫描仪的工作
12、原理：通过高速激光扫描测量技术，获取被测对象表面的空间坐标数据。1、时间差测量法：通过测量激光在仪器和目标物体表面的往返时间，计算仪器和点间的距离，进而可以计算扫描点的三维坐标值。2、三角测量法：三角测量法通过光源孔发射出一束水平的激光束来扫描物体。该激光线经过旋转平面镜的作用，改变角度，使得激光线发射到物体表面。物体表面反射激光束，每一条激光线都通过CCD传感器采集成一帧数据。根据物体表面不同的形状，每条激光线反射回来的信息中所包含表面形状和颜色数据不同。 -运动捕捉设备：动作捕捉系统在运动物体的关键部位设置跟踪点，由系统捕捉跟踪点在三维空间中运动的轨迹，再经过计算机处理后，提供给用户物体的
13、运动数据。在动画制作中，动画师可以将数据与动画角色合成，生成动画，然后很方便地在计算机中调整、控制运动的物体。 -运动捕捉设备分类：机械式；电磁式；光学式捕捉设备。 机械式运动捕捉设备：利用可伸缩的机械结构安装于捕捉物体上，以取得各部分的运动量。优点是成本低廉，但这种方式限制了运动物体的自由运动，且由于机械设备的尺寸、重量等问题，因而限制了其应用范围。 电磁式设备：将若干低频磁场感应器安装在捕捉物体上，根据感应器接收到的磁场，可以计算出接收器相对于发射器的位置和方向。但其由于易受电磁干扰影响到了捕捉数据的精度和稳定性，对于作业场地的要求也非常严格。 光学式运动捕捉设备：利用计算机视觉原理。从理
14、论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部摄相机所见，则根据同一时刻两部摄相机所拍摄的图像和对应参数，就可以确定这一时刻该点在空间的位置。摄相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。光学式运动捕捉便是利用这一点通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。 -指点输入设备：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。 -输出设备：显示器；声音输出；数字纸。 -显示设备：阴极射线管显示器、液晶显示器和等离子显示器。 -阴极射线管（CRT）显示器：
15、构成：由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成，这六部分都在真空管内。其中，阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速系统等统称为电子枪。 工作原理：当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉发出光线。彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的荧光屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种颜色的光。 -液晶显示器：液晶显示器工作原理是通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递来自周围的或内部光源的偏振光。以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。LCD比CRT显示器具有更好的图像清晰度，画面稳定性和更低的功率消耗，但液晶材质粘滞性比较大，图像更新需要较长响应时间，因此不适合显示动态图象。 -等离子显示器：它采用等离子管作为发光材料，1个等离子管负责一个像素的显示：等离子管内的氖氙混合气体在高压电极的刺激下产生紫外线，紫外线照射涂有三色荧光粉的玻璃板，荧光粉受激发出可见光 。优点：重量较轻、完全无X射线辐射，而且屏幕
