人机交互人机交互郭亚军 金先级 2024/9/171Ch1-概论 教材•郭亚军,金先级著. 人机交互. 华中科技大学出版社.2005.32024/9/172Ch1-概论 学完这门课的效果•这门课是提高你技术档次的学科•会完全改变你普通的看法•别人都喜欢你•你会具有创造性的思维•让你更有前途和“钱途” 授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔 2024/9/173Ch1-概论 Chapter 1 – 概述人机交互学人机交互学(Human Computer Interaction，简称HCI)是一门关于设计、评估和执行交交互式互式计算系统，以及研究由此而发生的相关现象的学科 2024/9/174Ch1-概论 2024/9/175Ch1-概论 人机交互学包含五个方面的主题：人机交互学包含五个方面的主题：•1）人机交互的特性；）人机交互的特性；•2）计算机的相关性；）计算机的相关性；•3）人的特性；）人的特性；•4）计算机系统和界面架构；）计算机系统和界面架构；•5）系统开发的规范和过程系统开发的规范和过程2024/9/178Ch1-概论 人机交互学发展四个阶段人机交互学发展四个阶段 •初创期初创期(1959—1970) ，--1959年美国学者B. Shackel从人在操纵计算机时如操纵计算机时如何才能减轻疲劳何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。
--1960年开始将人机工程学人机工程学设计引入商用计算机 ---1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际会议 2024/9/179Ch1-概论 •奠基期奠基期(1970—1979) --从1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人人机工程学专著机工程学专著，为人机交互界面学科的发展指明了方向 --J. Martin (1973)依据实际经验归纳出23种人机交互方式 --在1970年同时成立了两个HCI研究中心 --这个时期已经考虑人文因素人文因素的计算机系统设计原则，只体现在硬件设计硬件设计方面 例如，例如，德国率先公布了一个人机工程学标准(DIN标准) ，它规定了计算机键盘的高度不得大于30 mm ，使得美国键盘一下子在德国和欧洲其他国家失去了市场 2024/9/1710Ch1-概论 •发展期发展期(1980—1995) –20世纪80年代初期，学术界相继出版了六本专六本专著著，对最新研究成果进行了总结 –在这个十年中，召开了大量的国际的和地区的国际的和地区的学术会议，出版了不少专著、期刊和杂志学术会议，出版了不少专著、期刊和杂志，标志着人机界面学科的发展盛况2024/9/1711Ch1-概论 --人机交互学科形成了自己的理论体系和实践范畴理论体系和实践范畴的架构 1. 理论体系方面理论体系方面，从人机工程学人机工程学独立出来，更加强调认知心理学认知心理学以及行为学行为学和社会学社会学的某些人文学科的理论指导。
2. 实践范畴方面实践范畴方面，从人机界面人机界面(人机接口)拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用强调计算机对于人的反馈交互作用，所以，“人机界面”一词被“人机交互人机交互”所取代英文缩写虽然还是HCI，可是第三个字母“I”的意思却从“Interface(界面或接口)”变成了“Interaction(交互)” 2024/9/1712Ch1-概论 •提高期提高期(1996— ) --人机交互的研究工作重点放在了智能化交互、多智能化交互、多模态模态(多通道多通道)-多媒体交互、虚拟交互以及人机协同多媒体交互、虚拟交互以及人机协同交互交互等方面，也就是放在“以人为中心以人为中心”的人机交互技术方面 --这不只是要研究人与计算机在接口界面的交互，而更需要把人与计算机当成一个统一系统人与计算机当成一个统一系统，使人在与计算机交互时就像是与同类交互一样 2024/9/1713Ch1-概论 人为中心人为中心的人机交互有如下特点 •以符合人类习惯的方式进行信息交互以符合人类习惯的方式进行信息交互，也就是以语音、图像、手势等方式交流信息，并且综合利用这些信息•基于人体特征的用户身份识别基于人体特征的用户身份识别。
计算机能通过人脸、语音、动作等人体信息对与其交往的人进行身份识别•计算机能理解用户的感情和意图计算机能理解用户的感情和意图，主动地进行交流和服务 2024/9/1714Ch1-概论 •计算机被嵌入各种家用电器设备、生活空间和用计算机被嵌入各种家用电器设备、生活空间和用具中，计算机无处不在具中，计算机无处不在 .人们甚至从茶杯到服饰都享受着计算机带来的好处，但是你却看不见计算机 •人类生活和活动的三维空间不仅会因为虚拟现实而得到扩展(例如，人们进入晶体之中)，而且“四维”空间(加入时间——以往和未来)的展现也不再困难•与网络、通信技术相结合克服时间和空间上的限与网络、通信技术相结合克服时间和空间上的限制制，相隔遥远的人门可进行信息交流和协作，为人类提供极大的方便，促进生产率的提高2024/9/1715Ch1-概论 认知心理学•人同人同计算机打交到算机打交到经历三个三个时期：期： 最初最初仅是高速是高速计算工具；算工具； 20世世纪70年代后成年代后成为人的智能工具；人的智能工具； 20世世纪90年代后逐年代后逐渐成成为人人类智力放大器智力放大器•认知心理学知心理学创导者加涅把从属能力称者加涅把从属能力称为“学学习层次次”，，“学学习层次次”由浅入深分由浅入深分为八个等八个等级：： 1）信号学）信号学习；； 2）刺激）刺激-反反应学学习；；2024/9/1716Ch1-概论 认知心理学 3）形成）形成连锁；； 4）言）言语联想；想； 5）辨）辨别学学习；； 6）概念学）概念学习；； 7））规则学学习; 8））问题解决。
解决这8条有因果关系条有因果关系 加涅的信息加工理加涅的信息加工理论从从认知心理学知心理学层面上指面上指导了人机交互学了人机交互学2024/9/1717Ch1-概论 认知心理学•认知心理学的理论和实验研究对于人机交互学的形成和发展起到了关键性的作用 •迄今为止，人类在同计算机打交道时，基本上还只局限于视觉感知视觉感知的范畴(例如，视窗、图符、菜单等)听觉感知听觉感知的计算机化虽然取得很大的进展，但是还远远没有达到普及的程度其他感知的计算机化就更有广阔的探索空间了 •与认知心理学的“认知”相对应的，在计算机科学领域里是诸如机器视觉、机器推理、模式识别、语音识别、自然语言理解等等 2024/9/1718Ch1-概论 人的感知系统 •人的感知系统(Perceive System)是人机交互时用户一侧的输入/输出通道 •有五种感知：视、听、嗅、味和触觉事实上还有痛觉、温度感知、饥饿感知等等可以认为这些感知都是通过各种不同的感受器官感受到的 2024/9/1719Ch1-概论 •人的感受器官分成以下四类 --第一类是遥感感受器官遥感感受器官，如视觉和听觉器官，它们能从一定距离之内接收信息 -- 第二类是化学感受器官化学感受器官，嗅觉和味觉器官属于这一类--第三类是体感受器官体感受器官，这类感受器官只有在躯体与外界的实体接触时才能受到刺激，包括触觉、压觉、体表的痛觉和温度感知器官--第四类是内脏感受器官内脏感受器官，如饥饿感知、干渴感知、内急和呕吐感知器官等。
2024/9/1720Ch1-概论 •虽然各类感知器官各类感知器官有极大的差异，但是它们具有具有某些共同特点某些共同特点如它们都是传感器传感器 •各类感知器官执行同一种功能：把一种形式的能把一种形式的能量转变成另一种形式的能量，把信息的密码翻译量转变成另一种形式的能量，把信息的密码翻译成神经系统能辨别和处理的密码成神经系统能辨别和处理的密码 •另一个共同特点是另一个共同特点是，这些感知器官感收到的信息在神经系统中都是以二进制编码的形式传递二进制编码的形式传递的这是因为在神经细胞和肌肉细胞中，信息的传递是靠动作电位实现的，而动作电位是“开关”式的正因为如此，人们试图借用信息论、控制论人们试图借用信息论、控制论等学科中的概念来研究感知系统，甚至于用人工等学科中的概念来研究感知系统，甚至于用人工神经网络模拟视觉和听觉神经网络模拟视觉和听觉 2024/9/1721Ch1-概论 人对感知的响应 •人的感受器官感受到外界的刺激之后，会对刺激做出反应 •对感知的响应时间由两部分组成：响应时间 + 动作时间 •菲茨等人(Fitts and Peterson, 1964)对鼠标点击计算机显示屏上的目标做了实验，得出了在操作者获得点击命令后立即做出点击屏幕上的目标的动作响应时间的估算公式(称为菲茨公式)为•Mt = a + blog2(D/S+0.5) (s)2024/9/1722Ch1-概论 人对感知的响应 Mt Mt是是动作作响响应时间 a a是初始移是初始移动时间 b b是移是移动单位距离的位距离的时间增量增量 D D是移是移动距离距离 S S是目是目标的的宽度度2024/9/1723Ch1-概论 人机交互与认知心理学的关系在人机交互在人机交互过程中存在大量的心理学因素程中存在大量的心理学因素•接受外部信息和接受外部信息和设计用用户界面存在大量界面存在大量认知心理知心理学学问题•操作操作计算机算机时存在与行存在与行为心理学相关的心理学相关的问题•参与参与计算机系算机系统进行行协同工作是必然碰到行同工作是必然碰到行为心心理学和社会心理学等理学和社会心理学等问题 认知心理学以知心理学以传统心理学中的心理学中的认识过程（包括程（包括感感觉、知、知觉、注意、表象、、注意、表象、记忆、思、思维和和语言等）言等）为主要主要对象，并象，并强调认识过程在人的全部心理活程在人的全部心理活动中的重要作用。
中的重要作用2024/9/1724Ch1-概论 人机交互与认知心理学的关系•认知心理学家把人看做是信息加工系知心理学家把人看做是信息加工系统，，认为人人的的认知知过程程就是信息加工就是信息加工过程•认知知指的是感指的是感觉输入的入的变换、、简约、加工、存、加工、存储和使用的全和使用的全过程•认知知过程程可分解可分解为一系列一系列阶段，段，每个每个阶段段可可认为是一个加工是一个加工单元，承担元，承担对输入信息入信息进行某种特定行某种特定的操作 信息信息处理理过程也可以从主体的知程也可以从主体的知识开始可见认知心理学主要是研究作知心理学主要是研究作为人人类行行为之基之基础的心理的心理机制，机制，其核心其核心就是就是输入入输出之出之间的内部心理机制的内部心理机制2024/9/1725Ch1-概论 人机交互与认知心理学的关系•认知心理学是一门研究在问题解决过程中，作为主体的人有些什么思维活动和心理活动有些什么思维活动和心理活动，并用信并用信息处理的方法去发现其规律息处理的方法去发现其规律的学科 •人机交互过程中存在大量的心理学因素 •人机交互所研究是人在使用计算机解决问题的过程中如何能够让人更容易地操作计算机更容易地操作计算机的问题 •在人机交互系统的设计中应该运用认知心理学的运用认知心理学的研究成果及其正确结论研究成果及其正确结论，使人机交互系统符合认人机交互系统符合认知心理学的基本原理知心理学的基本原理，便于人们顺利地与计算机协同解决问题 2024/9/1726Ch1-概论 色彩对人的影响 人对外部世界的感知中有70%来自视觉 ，在人机交互系统中，色彩对人的生理和心理生理和心理都起着不容忽视的作用。
1.色彩对生理的影响色彩对生理的影响主要与眼睛的分辨能力和视觉眼睛的分辨能力和视觉疲劳疲劳有关 •就色调而言，最容易引起视觉疲劳的是蓝色和紫色，其次是红色和橙色 ，而黄色、绿色、蓝绿色和淡青色等色调不容易引起视觉疲劳 •为减轻视觉疲劳，还应该在视野范围内保持均匀的色彩的明亮度 2024/9/1727Ch1-概论 2. 色彩对心理的影响色彩对心理的影响•色彩色彩能引起某种情绪，也会改变某种情绪•明快的色彩明快的色彩使人心情开朗，阴郁的色彩阴郁的色彩使人情绪低落 •红、黄红(橙)、黄色给人温暖感，被称为暖色暖色饱和度高的暖色给人的温暖感强，但红色还会使人在心理上产生兴奋以至紧张青、绿、紫色给人寒冷感，被称为冷色冷色饱和度高的冷色给人的寒冷感强，但大面积的青色给人一种荒凉和冷漠的感觉，而绿色给人的感觉比较平和不同色彩适当搭配不同色彩适当搭配还会会产生生远或近的感或近的感觉 2024/9/1728Ch1-概论 。