時間：2023-05-30 10:28:33
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇人機交互，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：安防領域；人機交互技術；發展
前言
自計算機產生之后，關于“人機交互”的研究隨之開展，并且至今仍在繼續。從二進制大型計算器開始，直至當前的虛擬顯示技術，國內外的技術人員無一不為人機交互技術的發展而努力，時至今日，人機交互技術所具有的發展空間是十分廣闊的，尤其在安防領域中。安防領域中應用人機交互技術后，不僅會促進安全防范產品智能化程度的提升，而且安防領域也會更為繁榮的發展。
1 人機交互技術概述
人機交互技術是指在計算機輸入、輸出設備的輔助下，實現人與計算機對話的技術，通過人機對話，計算機可提供人所需求的信息，如回答問題、顯示相關信息等[1]。在計算機用戶界面設計工作中，一項重要的內容即為人機交互技術，該項技術密切的聯系著多個學科領域，例如認知學領域、人機工程學領域等，同時，經由電極，使神經信號相互聯系于電子信號，促進人腦、電腦間溝通的開展。
學術界一直未停止關于人機交互技術的研究，且獲得的研究成果比較多，已經問世大量的人機交互產品?，F階段，人機交互技術研究的側重點體現在兩個方面，一方面是側重多媒體技術，計算機可觸摸式的顯示屏、電子書顯示屏可隨意折疊、3D顯示器等均屬于研究的重點；另一方面是側重多通道技術，手寫漢字識別系統、數字墨水技術、中文語音識別系統、手勢識別技術等均屬于多通道技術應用到各個領域中的產物[2]。在社會的各個領域中，已經開始顯現出人機交互技術的重要作用，例如智能手機領域、游戲領域等，可以預見，在未來，該項技術的發展空間將會十分廣闊。
2 安防領域人機交互技術的發展
2016年，北京舉行了中國國際社會公共安全產品博覽會，參與企業包含國內外千余家，將安防領域的新技術、新產品全面的展示出來，人機交互技術產品赫然在列，這也表示著人機交互技術已經應用到安防領域中，并且取得了良好的發展。
2.1 安防領域人機交互技術專利申請增多
近年來，人機交互技術在安防領域中的應用不斷加深，并產生了較多的安防產品，無論國內或國外，人機交換技術產品申請呈現出上升趨勢，主要體現在三個方面：第一，全球專利申請量增多，以年為單位，經統計分析人機交互技術點的全球專利申請量情況看，處于逐年上升的趨勢，尤其是2001年之后，我國的申請量大幅度的增長，呈現出直線上升，至2015年時，開始出現申請量減少的現象，這說明，在人機交互技術點上，我國所掌握的技術逐漸的成熟，而且飽和狀態已經開始出現，再看美國、日本、德國及中國臺灣，該項技術專利申請量并未發生變化；第二，專利申請國分布增多，專利申請國是指專利人申請專利時想要申請的保護其專利的國家或地區，專利申請國的分布狀況可將專利可能實施的國家或地區反映出來，據調查可知，人機交互行業申請專利時，重點申請的國家為中國、美國、世界產權組織，三者共占據總申請數量的98%左右，余下2%分布在歐洲、日本、英國、德國、加拿大等國家，由專利申請國分布情況發現，受理國家的數量不斷增多；第三，專利技術主要來源國增多，以往，美國為主要的專利權人來源家，近年來統計結果顯示，除美國外，中國的專利權人數量也不斷的增加[3]。
2.2 用戶界面的操作性及立體性不斷增強
ENIAC為世界上第一臺計算機，問世后即開始人機交互，人將相應的命令輸入后，操作系統執行命令，當時，對于計算機與人機交互，人們更多的神秘感、專業感。這一時期，人要主動的適應計算機，才能保證計算機操作的正確性，為改變這一現狀，人們開始探索更為便利的人機交互方式。探索發現，必須要研究人的行為方式，由此，計算機設計中開始逐步的運用認知心理學，人們也越來越關注人機交互的重要性。當前，用戶界面的主流為圖像形式，代表為美國微軟，顯示、傳達信息的目的均利用創口實現，人與計算機用戶界面交互的方式為鼠標、鍵盤，圖像形式的用戶界面使人機交互的操作性不斷增強[4]。未出現自然化交互設計技術時，即已經出現多媒體技術，是一種過濾技術，而未產生多媒體用戶界面之前，設計用戶界面過程中，語言轉變為圖形已經完成。不過，在多媒體技術不斷進步過程中，此種技術中逐漸的加入了動畫、視頻、音頻等，尤其是引入音視頻后，促進計算機傳達信息的方式更為豐富，使人們能夠進一步的控制、傳達信息，人機交互效率大幅度的提升，同時也提高了用戶界面的立體性。
2.3 向著多通道互動及智能互動的方向進步
現階段，主要通過鍵盤與鼠標來實現人機交互，尚不具備普及多通道媒體交互的技術水平，但在安防領域中，工程師及設計師的探索步伐已經邁出，自然人機交互的實現指日可待。目前，已經利用了基于人感覺的開發效應通道，如視線跟蹤系統、三維聽覺定位器、分貝感應器、語音識別系統等，這些均是利用人的聽覺、視覺，結合人機交互技術后研發出的產物，而這些產物應用安防領域后，可顯著的提升安防效果。在感壓技術的基礎上，技術人員開發出了觸屏手機、觸屏電腦，用戶在使用過程中，能夠極為自然的開展人機交互，而且通道切換也不需要頻繁的開展，促使人機交互效率的提升，而也顯示了多通道互動技術的應用。在人機大戰中，第一個勝利的炮彈由深藍打響，之后技術人員、研究人員便廣泛的研究智能計算，基本已經實現人機現場合奏即興樂曲，促使人機交互技術更為深入的發展。人工智能技術出現后，人機互動的發展步伐明顯加大，尤其在安防領域中，各種人工智能產物基于人機交互技術設計出來，很大程度上便利可安防工作的開展，例如安放機器人，通過安防機器人的應用，安防防護工作可在機器人的協助下開展，降低工作人員工作量的同時，可明顯的提升安防工作效率及工作質量。
3 結束語
綜上所述，人機交互技術應用于安防領域后，其與安防領域的融合程度不斷的加深，開發出了各種高性能、高質量的智能型安全防護產品，促進安防領域工作效率及工作質量的提升。鑒于人機交互技術自身不斷的發展與更新，安防領域也會利用該項技術不斷的創新，研制出更多的智能化程度高的產品，促進安防領域更為繁榮的發展。
參考文獻
[1]李英.基于計算機技術的人機交互應用探索[J].信息與電腦（理論版），2016（07）：59-60.
[2]俞凱，陳露，陳博，等.任務型人機對話系統中的認知技術――概念、進展及其未來[J].計算機學報，2015（12）：2333-2348.
隨著技術的發展，人機交互界面在不斷改進，從最初的命令行、窗口圖形界面再到觸摸屏，人機交互的方式變得越來越人性化。觸摸屏之后，又會有哪種交互方式帶來新的變革呢？無疑，語音技術最令人期待，因為它是人類最自然的交流方式。試想，如果你家的電器設備都能像你的朋友一樣聽懂你的要求，并按照你的要求做出正確的反應，那該是多么美妙的體驗。時下，這種語音交互技術正越來越多地應用到我們身邊的電子設備中。
早在2011年，IBM的超級電腦“沃森”戰勝美國智力問答節目《危險邊緣》的兩名冠軍選手，引起極大轟動。從某種程度上說，沃森已經可以和人類實現自如語音交流，這離不開其背后強大的計算性能。據介紹，IBM耗費數年才研制出沃森，沃森擁有10組Power750服務器，運行linux操作系統，具有15TB內存，2880個處理器，每秒可進行80萬億次運算，而其體積有10個冰箱大小。
雖然要實現像沃森這樣的自如地人機交互還挑戰重重，但這并沒有阻止語音技術在特定環境特定領域的應用，尤其是像車載、移動終端這樣的嵌入式設備中，語音技術已經得到了消費者的認可。
StrategyAnalytics的統計表明，2012年，中國原始設備制造商（OEM）所提供的具備語音人機接口的信息娛樂和車載信息通信系統（telematics）的出貨量達到300萬臺，并預期在2018年達到2000萬臺。在北美和歐洲市場，帶語音交互功能的車載設備應用已很普及。福特SYNC系統，即專為手機和數字媒體播放器配備的福特車載多媒體通信娛樂系統，是目前車載系統中采用語音交互技術的成功的案例，已經廣泛應用在福特多個系列汽車中。搭載SYNC系統后，配合汽車中控臺上的顯示屏，可通過語音控制、兼容并操控便攜式通信/娛樂設備等方式，讓駕駛者在開車過程中更輕松，便捷地實現諸如語音撥號、語音播出短信內容、語音控制音樂播放等功能。
汽車之外，移動互聯網終端大概是目前最熱衷采用語音交互的另一類產品，自從蘋果率先在其iPhone4S中推出智能語音助理應用Siri后，Google公司也在其安卓智能手機操作系統中推出了GoogleNow智能語音搜索及問答服務，微軟公司也將語音技術應用于其WindowsPhone?，F在，幾乎每一家手機廠商都試圖將語音技術融于其移動產品、應用和服務中。這其中最主要的一個原因就是這類終端設備外型小巧，觸摸輸入很不方便，這種情況下，語音交互就變成了一種非常必要的人機溝通的補充方式。這一點，筆者深有感觸，自從使用安卓手機后，筆者一度不再發短信（太麻煩），現在，安裝了一個訊飛語音輸入法后，又開始和朋友們短信交流了，語音輸入真是又方便又快捷。
雖然語音技術給我們帶來了極大的樂趣和幫助，但要實現真正流暢自然的語音交互還需要強大的軟硬件技術協作。語音技術牽涉到語音合成、語音識別、語音評測、自然語言理解等多個方面，而語言的復雜性、多樣性都為語音技術的應用帶來多種挑戰。Nuance、科大訊飛、微軟、IBM、Google都在投入力量研發語音新技術。其中，作為中文語音技術的領導者，科大訊飛已占有中文語音技術市場70%以上市場份額，其訊飛語音云合作伙伴已經超過了10000家，訊飛輸入法已深入人心。Nuance的語音識別平臺在行業內也得到廣泛應用，前面提到的福特SYNC系統、蘋果Siri都采用了Nuance技術。前不久，微軟宣布研發出一種新型語音識別技術，這項名為“深度神經網絡”的技術，能夠像人類的大腦一樣處理語言行為，據稱該技術比目前的語音識別技術快2倍。
有了好的語音軟件和算法，還必須要高性能的硬件來支持。相信，隨著語音技術的發展和硬件性能的提高，自然語音將為下一代人機交互帶來新的變革。
關鍵詞單片機；MSP430；LCD；人機交互接口
1引言
在當今的各種實時自動控制和智能化儀器儀表中，人機交互是不可缺少的一部分。一般而言，人機交互是由系統配置的外部設備來完成，但其實現方式有兩種：一種是由MCU力口驅動芯片實現，如鍵盤顯示控制芯片SK5279A，串行數據傳輸數碼顯示驅動芯片MAX7219等等，這時顯然MCU沒有LCD的驅動功能。另一種就是MCU本身具有驅動功能，它通過數據總線與控制信號直接采用存儲器訪問形式或I／O設備訪問形式控制鍵盤和LCD實現人機對話。這里的MCU主要有世界各大單片機生產廠商開發的各種單片機，其中TI公司的MSP430系列因其許多獨特的特性引起許多研究人員的特別關注，在國內外的發展應用正逐步走向成熟。
2LCD簡介
LCD(LiquidCrystalDisplay)，即液晶顯示器。液晶顯示是通過環境光來顯示信息的，它本身并不發光，因而功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強。LCD是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管(CRT／CathodeRayTube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生。LCD由于具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險、平面直角顯示以
及影像穩定不閃爍等優勢，逐漸占據顯示的主流地位。
LCD的類型，根據其分類方式的不同而不同。如根據LCD顯示內容的不同可以分為段式LCD和點陣LCD。根據LCD驅動方式的不同可以分為靜態驅動和多路驅動。
3MSP430F44X簡介
MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集單片機[2]。該系列單片機性價比相當高，在系統設計、開發調試及實際應用上都表現出較明顯的優勢。它主要應用在各種要求極低功率消耗的場合，特別適合用于智能測量儀器、各種醫療器械、智能化家用電器和電池供電便攜設備產品之中。
3.1系統結構
MSP430F44X的系統結構，主要包括：CPU、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、FLL+時鐘系統(片內DCO+晶體振蕩器)、看門狗定時器／通用目的定時器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比較器A(精確的模擬比較器，常用于斜邊(Slope)A／D轉換)、復位電壓控制／電源電壓管理、基本定時器(BasicTimerl)、定時器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比較器(多達160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各種具體的型號稍有差別。在本次設計中，具體選擇MSP430F449作為人機接口電路的設計具有許多獨到的優勢。這一點，讀者可以根據TI公司相關的數據手冊進行比較。
3.2片內外模塊特性
MSP430F44X具有豐富的片內模塊，其明顯的特點是：具有48條I／0口線的6個并行口P1-P6，其中P1、p2具有中斷能力，同時具有2個可用于UART/SPI模式選擇的串行口(USART0和USARTl)；內含12位的A／D轉換器ADCl2，快速執行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到結果的硬件乘法器；多達160段的LCD控制器／比較器，可以實現多種方式的驅動顯示；可以實現UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常靈活的時鐘系統，既可用32768Hz的鐘表晶振產生低頻時鐘，也可以用450kHz-8MHz的晶體產生高頻時鐘，同時還可以使用外部時鐘源或者用不同控制頻率的DCO；多達幾十kB的Flash空間，這樣數據既可以保存在片內的Flash信息存儲器，也可保存在程序的Hash中的剩余空間。
4接口電路設計
4.1接口電路簡圖及說明
典型應用電路示意圖。在該圖中，LCD類型和鍵盤種類及數目的選擇、下拉電阻的數值大小都必須認真考慮，硬件設計要滿足一定的工作時序關系，復位時預留緩沖時間和懸空部分引腳，晶振的選擇要在適當的數值，必須保證交流驅動的頻率在30Hz-1000Hz范圍內，其具體的情況請詳細參考TI公司的相關資料[3]。
4.2段型液晶顯示屏EDS820A簡介
一般而言，LCD分為筆段型和點陣字符型及點陣圖形型。筆段型主要是顯示數字，常用于計數、計量和計時；點陣字符型用于顯示數字和西文字符；點陣圖形型用于顯示圖形及字符。本設計中用到的EDS820A就是由西安新敏電子科技有限公司生產的筆段型LCD。是該顯示屏的各個引腳的邏輯功能表。
顯而易見，該產品EDS820A是5位的液晶顯示屏，它只有4個DP，用于顯示小數點；COM端也只有一個，所以該LCD與MSP430F449的管腳連接應該引起足夠重視.
5軟件設計
硬件連接電路圖為例，編寫了鍵盤控制及顯示程序，程序在IAREmbeddedWorkbench編譯通過。全部主程序包括詳細的發射和接收子程序，及初始化和等待鍵盤輸入轉換、顯示等等，值得注意的是發射與接收的控制要適當。
該程序是用匯編編寫的。程序實現的是等待按鍵輸入，讀取鍵值，最后進行鍵值處理和顯示的功能。
檢測是否有鍵按下是通過KEY是否有高電平信號。平時，KEY為低電平，當有鍵按下時為高電平，它發送一個脈沖給單片機MSP430F449，當單片機檢測到該信號時，判斷按鍵的功能，從而進行相應的處理。
6人機接口電路在體內電刺激器中的應用
醫學上，在進行疾病控制時，通?？梢酝ㄟ^電極以一定波形(如方波、正弦波等)、頻率、幅度、占空比等電信號對神經或肌肉進行刺激，以使其支配相應的功能或肌肉產生收縮／舒張動作，從而有利于癥狀的減輕。由于不同部位的神經或肌肉對電刺激發生的敏感水平不同，不同強弱和不同性質的電信號所產生的刺激效果是不一樣的。我們研制的體內電刺激器，可以產生手術時所需要的具有不同的頻率、幅度、占空比的不同波形信號。該儀器幅度、占空比準確，頻率穩定，各參數均可以精確的調節。而且，由于使用了LCD顯示，它與單片機的連接簡單。LCD具有質量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內容豐富等優點，其人機界面相當友好。但人機接口電路設計的優劣直接影響到整臺儀器的使用效果。
根據需要，我們設計了5個鍵。這里，S1表示波形的振幅，S2表示波形的頻率，S3表示波形的占空比，S4為+1鍵，S5為-1鍵。通過54，S5可以調節波形的各個參數值。其中，振幅可以是在一個參考值的基礎上的0-99.9％；頻率可以是1Hz-999Hz；占空比調節范圍可以為1.0％-99.9％[1]。
關鍵詞：計算機應用；中文信息處理；自動分詞；未登錄詞識別；陌生文本；人機交互
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A
1 引言
自動分詞是中文信息處理的基礎課題之一。隨著中文電子文本數量的日益增加，文本的領域呈多樣性發展，語料庫的加工要求也有所不同。文獻[1]指出，一個分詞系統應當能夠處理不同領域的文本和適應不同的分詞標準。對于以漢語研究為目的的語料庫建設而言，如何對現有的大量古代漢語的電子文獻進行分詞，如何對珍貴的方言語料進行處理等等，都是亟需解決的問題。在此背景下，本文提出了面對中文陌生文本的人機交互式分詞方法。所謂“陌生文本”，即對于分詞系統來說，沒有關于該文本的任何詞匯、句法、語義等先驗的語言知識和資源。所謂“人機交互”，就是由系統自動地從文本中獲取候選字串，由用戶根據其上下文進行篩選，得到適應于不同領域的詞語特點和分詞標準的詞表。面向陌生文本的分詞，就是讓系統在沒有詞表和其他資源的條件下，通過人機交互的方式完成對漢語各種文本的分詞處理。
2 相關工作
目前，作為主流的基于統計的分詞方法所關注的是如何從訓練語料中盡可能多地學習語言知識，再對同質文本(“非陌生”文本)進行分詞。因此，無法適用于陌生文本的自動分詞。而不需要詞表和訓練語料等資源的陌生文本分詞技術研究較少，還處在實驗階段。文獻[2]使用統計方法從待切分語料中抽詞，又將所抽取的詞條用于自動分詞。文獻[3]利用Y。統計量進行自動分詞。文獻[4]使用了串頻統計方法，然后通過長短串的頻次的比值進行過濾獲得詞表，再進行分詞。文獻[5]則建立了一個文本熵的模型，其原則是文本分詞的結果越好，則文本的整體熵越低。這些方法是純粹利用統計方法進行陌生文本分詞的一個嘗試，分詞的精度既不高也不夠穩定。因此，一些學者考慮使用人機交互的方式來增加系統的語言知識。文獻[6]利用鄰接漢字的統計信息，讓機器自動地給出針對該語料的候選詞表，然后由用戶進行篩選。通過閾值控制，以半自動循環的工作方式，最終得到一個詞表。該文沒有進一步進行全文分詞，但其人機交互式的方法，可以保證獲取詞表的精確率，缺點是召回率難以保證。
較為實用的陌生文本分詞方法則是文獻[1]提出的基于句子的人機交互的增量式學習方法。首先，利用串頻統計獲取文本中的未登錄詞，然后，基于這個詞表進行自動分詞，把分詞結果提交人工判定，利用學習到的詞語和優化參數進行下一輪分詞和未登錄詞的提取。在規模為9萬詞的語料上，可以達到近90％的分詞正確率。然而，其未登錄詞的發現性能不高，在人工判定的條件下，正確率和召回率分別為26％和31％，大量的工作實際上還是通過人工判定來完成。文獻[7]提出了基于Multigram語言模型的主動學習方法，首先使用了50M同質生語料利用EM算法來參數估計，再依靠對較為重要的句子提交用戶切分，解決高頻字串的切分問題。在開放測試中，分詞F值為77.7％。
總的來看，在處理陌生文本時，人機交互的方式比純統計方法的效果好。讓用戶來確定詞，不僅較為準確，還可讓系統適應于不同的分詞標準。然而，這些方法存在的最大問題是未登錄詞發現的精確率和召回率不高，在人機交互和機器自動學習的機制上存在一些問題，導致分詞效果不好或代價過高。
3 算法
上文介紹了人機交互的兩種方式，基于句子的和基于候選詞的，這兩種方式各有其優缺點。前者可以得到切分好的句子集合，但對于用戶而言，切分整個句子比較困難一些。相當數量的詞會反復出現在不同的句子中，造成人工的浪費，也容易出現對同一個詞切分不一致。同時，要定義生成候選句子的判別函數也是比較困難的。而基于候選詞的交互方式則可以直接得到該語料的詞表，通過觀察上下文，能夠讓用戶比較容易判定是否是詞，也可以避免對同一個詞的切分不一致。因此，我們采用了基于候選詞的交互方式。
3.1 系統流程
圖1給出了系統流程。首先，由機器從陌生文本中自動抽取一個高精度的候選詞表。接著，由熟悉該文本的專業人員或用戶進行詞條的甄選，得到一個小規模詞表。然后，利用這個詞表進行自動分詞，在未切分的漢字串中，抽取出更多的候選串，由人工進行判定。這樣反復進行人機交互，最終完成對文本的分詞。
上述過程主要分為兩個問題，一是如何自動地提取候選字串并進行自動篩選，保證詞語的精確率和召回率；二是如何通過人機交互來確定詞表，讓詞語符合用戶的分詞標準。本文提出了改進的后綴數組抽詞算法，對抽取的候選詞語采用互信息(MI)進行過濾，得到了性能較好的自動抽詞模塊。同時，提供較好的人機交互界面，便于用戶增刪詞語。
3.2 改進的后綴數組自動抽詞算法
提取候選字串時，最大的問題是會產生大量垃圾。例如在一個文本中，字串“薩達姆”、“薩達”和“達姆”的頻次都為10次。很明顯，“薩達”和“達姆”是需要排除的字串。針對這一問題，目前主要有兩種做法：一種是計算文本中所有的N元字串的頻次，然后使用頻次相減法來過濾[8]。另一種是分別建立前綴數組和后綴數組。利用排序的后綴數組，直接把數組序列中前綴相同的字串提取出來，這樣可以得到“薩達姆”，排除“薩達”。同樣地，建立排序的前綴數組來把后綴相同的字串提取出來，得到“薩達姆”，排除“達姆”，最后把兩個結果進行交集運算，得到“薩達姆”[9]。這兩種方法，在時間和空間上開銷較大，也無法提取頻次為1的詞語。
為了解決計算效率問題，我們提出了改進算法，只需建立一個排序的后綴數組，就可以完成排除子串的過程。首先，利用排序的后綴數組的最長公共前綴(LCP，Longest Common Prefix)，可以排除“薩達”。同時，利用上文的后綴信息來排除候選串，如果上文有相同的漢字，則不算作候選字串。如，“達姆”所在的后綴數組，其上文都為“薩”，被排除。通過計算它們上文相同的長度，即上文最長公共后綴(LLCS，Longest Left Common Suffix)的長度，就可以跳過這些被長串完全覆蓋的子串。在不增加空間 開銷的前提下，把算法的時間復雜度由原來的0(N2)降到了0(N*lgN)。由此，利用后綴數組的LCP、LLCS值，可以從文本中自動獲得大量的n元字串。圖2是從1998年1月《人民日報》語料中提取出來的部分以“薩”和“達”開頭的后綴數組，左圖中可以直接提取出“薩達姆”、“薩達姆總統”等候選串，右圖則顯示出“達姆”的上文為“薩”或“阿”，可以直接排除掉“達姆”這個短串。而“阿達姆庫斯”則可以通過“阿”開頭的后綴數組提取出來。
對于頻次為1的字串，本文使用左右擴展法來獲取。方法是利用后綴數組中頻次為1的二字串進行左右擴展。每次擴展的二字頻需為1，否則后退一字。如“薩達姆”中，假設“、訴薩、薩達、達姆”的頻次分別為5、1、1、1。以“薩達”為出發點向左擴展，“訴薩”頻次為1，擴展為“訴薩達”；再往左擴展，由于“”的頻次大于1，所以刪除“”，剩下“薩達”，確定左邊界。以相同的方式可以確定右邊界，同時屏蔽掉后綴數組中相應的元素“達姆”。最后得到頻次為1的“薩達姆”。需要說明的是，該方法也只能獲取一部分頻次為1的字串。即，多次詞與單次詞相連，且單次詞內部的所有鄰接二字對的頻次也為1。
后綴數組、最長公共前綴數組LCP和上文最長公共后綴LLCS的構造算法如下：
設S=C1C2…Ci…CCN為一個由N個字符構成的字符串。1≤i≤N，Ci屬于字符集∑。Ai=CiCi+1…CN為字符串S從字符i開始的后綴，可以得到{A1，A2，…，AN}。按照字符集∑的順序進行排序，得到一個排序的二維數組SA，即SA1＜SA2＜…＜SAN，“＜”表示字符集中的先后順序。數組LCP[1…N]存放SAi與SAi-1或SAi+1的公共最長前綴的長度(選擇最大值)，數組LLCS[1…N]存放SAi與SAi-1或SAi+1的上文公共最長后綴的長度(選擇最大值)。
候選字串提取算法如下：
for(int i=1；i＜=N；i++){／／對于每一個后綴數組的元素
if(LLCS[i]＞0)／／如果上文相同的漢字個數＞0，則跳過，不算候選串
break；／／跳出本次循環
else if(LCP[i]＞1){ ／／如果上文不同，且下文相同的漢字個數＞1，則把該串加入Hash表
HashTable-＞insert(SA[i]，LCP[i])；
break；／／跳出本次循環
}
int m=0，n=0；／／m為向左擴展的字數，n為向右擴展的字數
if(Search2gram(pp[i][0]，pp[i][1])==1){／／如果上文不同，且2字頻次為1
while((Search2gram(pp[i][-m]，pp[i][-m一1])==1)
&&(Search2gram(pp[i][m-1]，pp[i][-m-2])==1))
{／／依次向左擴展，條件是Cm-1-Cm二字頻次為1，且Cm-2Cm-1二字頻也為1
blind(pp[i][-m]，pp[i][-m-1])；／／屏蔽Cm-1Cm對應的SA
m++；／／左擴展字數加1
}
while((Search2gram(pp[i][n]，pp[i][n+1])==1)
&&(Search2gram(pp[i][n+1]，pp[i][n+2]==1))
{／／依次向右擴展，條件是CmnCn+1二字頻次為1，且Cn+1+Cn-2二字頻也為1
blind(pp[i][n]，pp[i][n+1])；／／屏蔽CnCn+1對應的SA
n++；／／左擴展字數加1
}
if(m+n＞0)／／如果左右擴展過了
HashTable-＞insert(SA[i]，m+n+1)；／／把該串加入Hash表
}
3.3 互信息過濾
由后綴數組得到的字串需要經過一定的過濾，以提高精確率。文獻[10]對9種常用的統計量進行了測試與分析，指出各統計量之間互補性不高。通常情況下，建議直接選用單個效果最好的互信息進行二字詞的自動抽取。本文對于二元至四元字串采用條件熵推導出來的點互信息公式，對于五元以上的字串，由于公式過于繁瑣，計算量過大，采用另一個簡化公式。具體計算公式如下，
其中，n≥1，f(C1，…，Cn)是n元字串C1，…，Cn在語料中出現的次數，N是語料規模(總字數)，P(C1，…，Cn)=f(C1，…，Cn)／N，P(ac)則是字符a和c相隔一個字符時順序共現的概率。
為了提高自動抽詞的性能和效率，我們在系統中加入了識別兩種特殊字串的獨立模塊。一種是由漢字構成的“AABB”型重疊式，如“風風火火”等詞語。一種是“簡單數詞”，包括阿拉伯數字、漢字數字構成的數詞。如，“3000'’、“20萬”、“叁拾”等。這二種字串在漢語文本中經常出現，可以作為未登錄詞識別模塊的補充，用于人工篩選。
3.4 人機交互
人機交互是讓用戶借助上下文信息判定一個候選字串是不是詞，以得到質量較高的詞表，進行后續的抽詞和分詞流程。我們規定，用戶在篩選候選詞時，只能進行三種操作，即“確定”、“刪除”和“添加”。如果候選串是詞，則進行“確定”操作；不是詞，則“刪除”；在上下文觀察時發現新的詞，則“添加”到詞庫中。
我們在VC6.0環境下實現了該系統。人機交互界面如圖3，在pku_test(SIGHAN2005)上，系統第一次自動抽詞得到的詞語列表，按音序排列，并給出頻次和互信息值。單擊“巴勒斯坦”，右側則顯示 出其上下文，用戶可以根據自己的要求進行增刪詞條。
4 實驗結果及分析
我們對四種規模、體裁、分詞標準各不相同的語料進行測試，其中包括普通分詞系統難以處理的現代漢語和近代漢語的小說語料。
4.1 測試方法
為了說明人機交互的效果，同時避免人的主觀操作的不穩定性，我們采用與答案詞表(即從分詞語料中提取出來的詞表)進行比對的方式，模擬用戶的操作過程。系統模擬用戶進行“確定”和“刪除”操作時，只需通過查詢答案詞表即可實現，而對于“添加”操作，系統只能在“候選串”的內部和外部上下文中進行未登錄詞的查找。
內部查找：對于一個候選字串S，在其內部查找所有的未登錄詞，收入“已知詞表”。
外部查找：在S所在的前100條上下文中尋找五種簡單模式的詞語添加到“確定詞表”中，其他情況的未登錄詞則不再收入“已知詞表”。C-2、C-1，為S的上文2個字，C1、C2為下文的2個字，5條橫線即為查找未登錄詞的5種模式。
4.2 評測標準
我們從未登錄詞識別效果、分詞精度、用戶勞動量等三個方面進行評測。對于用戶勞動量，以用戶在進行交互時花費的總時間為依據，采用加權的方法進行計算。在用戶對語料比較熟悉和軟件操作熟練的情況下，“確定”、“刪除”和“添加”三種操作的平均時間的經驗值約為1秒、2秒和3秒。因此，工作時間＝“確定”條數*1+“刪除”條數*2+“添加”條數*3。
為了突出多字詞的抽取效果。表2中候選串的正確率、召回率、F值的計算都是以答案詞表中的多字詞條數作為分母。此外，我們還給出了用于比較分詞性能的Baseline和Topline。Baseline是沒有經過用戶篩選，系統反復獲取未登錄詞，而后進行正向最大匹配法(FMM)分詞得到的F值。Topline則是使用答案詞表進行FMM分詞得到的F值。
4.3 測試結果及分析
四個語料的測試結果顯示，未經人機交互時，系統分詞的F值已經可以達到72％左右。在較少的人工耗費下，分詞F值可以達到84％以上。其中，《紅樓夢》語料，由于單字詞出現的比例較大，得到的分詞精度最高(94％)。相對于Baseline，在花費了一定的人力進行交互以后，系統的分詞性能確有不小的提升，F值分別提高了12個百分點以上。而更為重要的是，用戶通過篩選獲得了一個符合自己的分詞標準的相當規模的領域詞表。當然，相對于Topline來說，人工交互的分詞效果還有待進一步提高。
從未登錄詞的獲取情況來看，在無人機交互條件下，系統的F值已達到40％以上；人機交互后的總召回率在50％左右，而且用戶添加的詞條僅占總詞條的1／3以下，用戶的勞動量并不是太大。不同的語料在正確率、召回率和用戶添加詞語的比例上有所差異，不過抽取的候選串的F值基本相近，系統得到的詞(候選正確+用戶添加)的總召回率是較為一致的，都保持在50％的水平上，其中的差異可能是由語料的特殊性造成的。然而，文本中依然有50％左右的多字詞沒有識別出來，其中絕大多數是出現3次以下的詞語，說明系統在獲取低頻詞語方面還需要改進，分詞錯誤也主要是由未登錄詞引起的。
由于在模擬人機交互時嚴格限定了“添加”詞條操作的范圍，使得人機交互的最后結果不夠理想。在實際使用時，系統還允許用戶使用其他先驗詞表，或者自行添加一部分詞語，從而得到更好的分詞精度。
為了進一步提高系統性能，我們還設計了用于提取未切分串中重要信息的模塊。使得分詞精度隨著用戶干預的增加而不斷提高。經過多次人機交互后，達到互信息的最低閾值，會導致無法繼續提取候選串的情況。此時，系統可以把未切分串中的高頻條目進行人工判定，從中提取出一些高頻未登錄詞，還可以把未切分串中長度大的條目提交給用戶判定，可以得到中低頻的未登錄詞，豐富系統詞表。使用這兩個模塊后，系統的分詞性能會有所提升。由于使用該模塊并不能直接得到未登錄詞，幾乎完全依靠用戶來判定和添加到詞表中，因此，該模塊僅作為用戶選用的一項輔助措施，沒有參與評測。
5 結論與未來工作
本文提出了面向中文陌生文本的分詞方法，在沒有分詞底表、訓練語料和其他語言知識的條件下，可以根據用戶的標準進行分詞。該方法采用人機交互的方式，不斷擴大系統詞表，盡可能地獲取文本中的所有詞語，從而達到較高的分詞精度。系統以Unicode字符集為內核，可以處理不同編碼(繁簡體)的文本。在文本的通用性上，可以處理不同時代(現代漢語、近代漢語)、不同領域(新聞、文學等)的漢語文本，從而為特殊語料庫的加工提供了一個較為高效的分詞工具。在未登錄詞識別方面，重點解決了使用后綴數組時長短串覆蓋問題和頻次為1的字串的提取問題。
文本是對陌生文本進行分詞的一次初步嘗試，還存在一些不足和需要進一步研究的問題。如：提高低頻詞語的識別效果；探索更好的人機交互方式；增強系統的智能性，更好地利用用戶反饋的信息，減少用戶的工作量；解決文本中存在的切分歧義；進一步開發出人機交互式的詞性標注系統、義項標注系統，從而使古代漢語文本和漢語的其他特殊文本的深加工能夠在一個較為高效和智能的平臺上展開。
收稿日期：2006－08－28 定稿日期：2007－02－14
基金項目：南京師范大學211資助項目(1240702504)
作者簡介：李斌(1981－)，男，博士生，主要研究方向為計算語言學。
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關鍵詞：人機交互 體感 Kinect
中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）09-0065-02
1 前言
計算機的發展歷史，不僅是處理器速度、存儲器容量飛速提高的歷史，也是不斷改善人機交互技術的歷史。ACM圖靈獎1992年獲得者、微軟研究院軟件總工程師ButlerLampson在題為“二十一世紀的計算研究”報告中指出，“計算機有三個作用：第一是模擬；第二是計算機可以幫助人們進行通信；第三個是互動，也就是與實際世界的交流”。
人機交互（Human Computer Interaction，HCI）是研究人、計算機以及它們間相互影響的技術。人機交互技術，如鼠標器、窗口系統、超文本、多媒體等，已對計算機的發展產生了巨大的影響，而且還將繼續影響全人類的生活。人機交互技術是當前信息產業競爭的一個焦點，世界各國都將人機交互技術作為重點研究的一項關鍵技術。
2 發展階段
人機交互的發展歷史，是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史。
20世紀40年代到70年代，人機交互采用的是命令行方式，用戶采用鍵盤輸入信息，以文本編輯的形式與計算機進行交流，這是第一代人機交互。這種交互方式的信息量十分有限，效率與易用性都比較低，而且對交流技術的要求也較高，使用者需要經過相當時間的學習培訓。
到20世紀80年代初，出現了圖形用戶界面方式，并直接引發了桌面式操作系統的蓬勃發展，引入了鼠標這一劃時代的交互設備。圖形用戶界面簡潔而直觀，效率和易用性都有了很大的提高，降低了對使用者的技術要求。
進入90年代，多媒體技術的發展使得人機交互進入了一個信息量迅速增長的時代，計算機界面輸出更加動態，二維圖形/圖像及其它多媒體信息的方式，有效增加了計算機與使用者溝通的渠道。
圖形技術的飛速發展說明，對于終端應用層面，使處理的數據易于操作并直觀是十分重要的問題。人類之間交互的方式都是基于三維空間的，無論是命令行方式，圖形界面方式還是多媒體方式，它們在實質上都屬于基于二維空間精確信息的人機交互模式，不夠自然、形象、直觀。以人為中心、自然、高效將是發展新一代人機交互的主要目標。
3 新一代人機交互技術
多通道交互（Multi-Modal Interaction，MMI）是近年來迅速發展的一種人機交互技術，它既適應了“以人為中心”的自然交互準則，也推動了互聯網時代信息產業（包括移動計算、移動通信、網絡服務器等）的快速發展。MMI是指一種使用多種通道與計算機通信的人機交互方式通道（modality）涵蓋了用戶表達意圖、執行動作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺或味覺等，采用這種方式的計算機用戶界面稱為“多通道用戶界面”。
在多通道交互技術中、發展最快、應用前景最廣的是人體動作感應技術，簡稱體感技術，包括手勢識別，面部識別，肢體識別及眼動追蹤等。體感技術實現的方式主要是以紅外/激光/可見光等方式追蹤使用者的物理特征變化，并轉化為響應的數字信號。目前發展較為成熟、應用相對較多的是手勢及肢體識別技術。本文以微軟公司最新推出的民用級體感設備Kinect為例，重點探討基于體感技術的人機交互環境。
4 Kinect的技術特點
Kinect是微軟基于Windows平臺打造的一款運動感知輸入設備，作為一款體感外設，它實際上是一個采用全新空間定位技術（LightCoding）的3D體感攝像頭，利用即時動態捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識等功能，允許使用者使用身體姿勢和語音命令通過自然用戶界面技術與計算機交互，從而完全擺脫了傳統輸入設備的束縛。
Kinect的主要配置有：雙RGB攝像頭：提供紅、綠、藍三顏色通道，主要作用在于動作追蹤；深度傳感器：深度傳感器由紅外線投影機加單色CMOS傳感器組成；多點陣麥克風：主要功能是為了聊天以及語音命令識別，并可以幫助過濾環境噪聲；定制處理器和微軟的定制軟件：所有硬件都由微軟設計的軟件控制。
4.1 智能模糊建模
傳統計算機編程基于一系列的規則，結果也很簡單：是與不是，非A即B。在為輸入輸出數目有限的簡單系統建模時，這種方式簡單而有效。然而真實世界并不僅僅有“是”與“不是（非）”，還有“似是而非”，有“也許是”，還有“也許不是”，我們無法用簡單的二元方式來定義真實世界。以揮手為例，這一簡單動作對計算機判定來說，具有非常多的影響因子：手揮動的幅度，背景環境差異，現場光照的明暗，衣服質地的不同，體型差異造成的動作差異等。為此，我們必須用新的編程方式來教會計算機以更接近人腦的方式來解決問題，即智能模糊建模。
對于人類來說，當你遇到一個人的時候，你的大腦立即將注意力集中在他身上，并根據經驗辨識出他的身份。這一過程并不是通過數百層的決策樹來實現，而是人腦通過海量的學結推斷出的。Kinect以類似的方法被創造出來。它觀察身邊的世界，它注意觀察并不停學習你的動作。即使Kinect從來沒見過你揮過手，也能很快地從它學習過的TB級數據中猜測出你所做動作的含義。
4.2 傳感方式
Kinect所采用的是光編碼技術，顧名思義就是用光源照明給需要測量的空間編上碼，其本質仍是結構光技術。它通過紅外線投影機將空間劃分為連續的的數百個約10cmX10cm大小的格子，每個格子都有其唯一的編碼，當人體在空間中移動時，劃過的相應的格子，傳感器就會捕捉到對應的編碼值，將這些數據導入計算機中進行插值處理，即可得到相當精確的人體移動的速度、角度、范圍等三維信息。
與此同時，Kinect的雙攝像頭會對場景進行實時記錄，對得到的圖像進行像素級評估，來辨別人體的不同部位。通過優化的智能算法，Kinect將人體從背景環境中區分出來，并最大限度的減少外界環境的干擾，如光照條件、衣物、發型、身高體型差異等，從噪音中提取出有用信號。
4.3 動作數據轉化
通過圖像信息和三維空間數據的整合處理，使用者圖像的每一個像素都被傳送進一個辨別人體部位的機器學習系統中。隨后該系統將給出了某個特定像素屬于哪個身體部位的可能性。將所有的這些可能性輸入到接下來的處理流程中并且等到最后階段進行判斷。通過所有數據的全面對比計算，Kinect可將人體分為20個主要節點，并依此描繪出骨骼模型，目前其可以主動追蹤最多兩名使用者的全身骨架，或者被動追蹤最多四名玩家的形體和位置。
5 應用前景分析
體感技術相對于傳統的交互手段，交互方式更加自由，而且發出指令的形式也更多樣，只要在系統中把動作與相應的計算機操作一一對應即可。例如，在演示圖片時，雙手分開視為放大操作，反之，雙手合攏即為縮小操作，同樣，模仿翻書手勢的左/右揮手即為翻頁命令，等等。對于某些特定場合，如手術中的醫生，其非接觸式的操作方式更是非常方便。
體感技術還具有貼近人類自然行為的操作特點。目前仿真機器人的發展非常迅速，但對于擁有數個關節和驅動電機的仿真機械手臂，傳統的手柄加按鍵的控制方式極為繁瑣，對于使用者的技術要求也很高。如采用體感交互技術，使用者就不是在操作機械手臂，而是機械手臂在模仿學習人類的行為動作，方便程度不言而喻。
體感交互技術還可與三維顯示技術結合，營造更加完善的虛擬現實體驗環境，使沉浸感與交互性都進一步加深。無論是三維環幕立體投影或是頭戴式顯示器，使用者通過體感技術擺脫了傳統的操作手段，從而能夠用更貼近現實世界的方式去控制計算機，為虛擬現實技術的應用提供了更多的可能性。
6 結語
本文介紹了人機交互發展的過程，分析了作為新一代的人機交互方式之一的體感技術，其自身擁有的獨特優勢，并以微軟Kinect為例，介紹了基本的技術原理，認為體感技術具有良好的應用和發展前景。目前下一步的研究重點在于如何使用體感技術實現復雜的計算機命令，以及優化動作識別的效率與精確度，從而提高體感技術的實用價值。
參考文獻
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關鍵詞：人機交互 課程教學 課程情況
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0109-01
在過去的30年中，人機交互是個快速發展、并飛速進步著的研究領域，新式的人機交互系統已徹底改變了我們使用電腦的方式。人機互動發生于使用者與電腦之間的使用平臺上，這種互動包括了軟件與硬件兩方面，例如：個人電腦屏幕上顯示的字體、物件;使用者使用硬件比如鍵盤、鼠標所發出的信號，還有其他大型的電腦人機交互系統，比如飛機上的儀表板、或是發電廠的控制室，等等。
電腦機械聯盟把“人機交互”定義為這樣一個學科：設計、評估、實現以人類使用為目標的交互電腦系統，以及其相關的各式主要現象。值得注意的一點是，人機交互的一個非常主要的方面便是保證用戶的使用滿意度。正因為此，人機交互研究的是一個人與一個機器的溝通，這門學科需要機器與人同時兩方面的知識來支持它。在電腦方面來說，需要的技術有電腦繪圖、操作系統、電腦編程語言和發展環境等相關知識;而另一方面，從使用者方面來說，需要的學科有：溝通理論、圖像和產業設計理論、語言學、社會科學、認知心理學、社會心理學和其他與人類相關的理論，比如說電腦使用者滿意度等等。除此以外，工程和設計手法也都是相關的。正因為人機交互的多樣性與多學科性，不同背景的不同專家們都對它的成功有著關鍵作用，也都作出過貢獻。
1 美國大學《人機交互》課程教學情況
當今，在歐美電腦發達的大學和研究室里，人機互動都是最熱門的課題和課程。在此文中，我們將以美國馬薩諸塞州的威斯利學院的《人機交互》課程為例，深入研究探討美國大學“人機交互”（human-computer interaction）的情況。
在威斯利學院，《人機交互》是一門中級課程，要選該課程的學生必須上過初級的電腦科學課程，才可選上人機交互課程?！度藱C交互》是一門非常熱門的課程，通常只有大三大四學生才能夠幸運選上。
1.1 《人機交互》課程前期課程要求
由于此項課程是中級課程，學生們必須完成了以下四門課程中的一項才能注冊：CS110、CS111、CS112或者CS117。CS110是最基礎的電腦入門課程，介紹了電腦、網絡、信息顯示和一些簡單的編程技術。CS111是電腦編程和問題解決，這節課向學生們介紹了Python程序設計語言，并且為學生們奠定了整個大學電腦課程的基礎。CS112的名稱為“科學中的電腦運算”，這門課程專為科學和數學專業的學生而開設，尤其是需要在科學研究中運用到電腦，例如MATLAB的學生。CS117則是另一個領域的基礎課程，它的全名為發明移動應用程序，對于手機應用程序的編程感興趣的學生可以考慮以這門課作為他們電腦專業的起點。完成過這四門課程中的任意一門的學生若對人機互動有興趣，都可以選上《人機交互》課程。該校的《人機交互》課程分兩個級別：首先是初級的入門級課程，在上完這節課后，有興趣的同學還能選擇更高一級別的同類課程。此處我們研究的是入門級的《人機交互》課程。
1.2 入門級的《人機交互》課程的內容
初級課程包含了基本的手法、理論，和一些適用于設計、編碼和試驗互動系統的工具。課程涵蓋的主題包括了實用性、可負擔性、以人為本的設計、人體認知和物理工程學、信息和互動基礎、互動式樣、互動技巧和以移動互動模式為重點的人機互動軟件工具，除此之外，此課程也回顧了人機交互的最新發展狀況，包括了新興的互動方式（例如移動互動，真實感，可觸摸人機互動，和普適計算等），和多樣化的互動技巧（例如利用聲音、手勢和眼球的移動）。
1.3 《人機交互》課程的教學安排
《人機交互》上課的課程內容安排是由教授上課、上機實踐、課后答疑、學術界相關人士客座講座等形式構成。
每周有兩次各70 min的課程，由教授主講，每節課老師都會定一個主題，老師上課用PPT形式展示內容，學生也都會拿到相對應的講義，便于學生做筆記。老師上課以講解為主，但是也鼓勵學生們如果有任何不懂都可以隨時打斷老師，問問題。這每周兩節課是學生吸收新知識的主要來源，學生在上課前都應讀好相對應的閱讀，做好準備，這樣老師上課時能更好得吸收新知識，而不會一頭霧水。學期中也穿插了幾次機房上課讓學生實踐，在機房課中也會有兩個學生助教來幫助學生，因為學生對于相關知識大多是第一次接觸，所以有比較多的疑問，或是在操作過程中碰到許多問題。課后老師每周有數小時的辦公室開放時間，學生可去問問題，也可與老師郵件溝通，或另約時間會談。
除此之外，一學期中會有兩到三次的客座講座，教授會盡力請來學術界或是業界相關人士來替學生們演講，學生們都會抓緊這個機會去向專業人士學習，也會向專業人士展示自己的學術課題，征詢專業人士的建議。這些客座講座對學生來說是非常珍貴的機會，是學生們拓展交際圈的寶貴機會，有的學生也可由此機會拿到暑期實習機會。
1.4 《人機交互》課程的閱讀和作業要求
此課程對閱讀材料也有相當多的需求，不僅有必備的一本課本：《設計應用界面》，還有許多輔助的閱讀材料。對于手機應用程序編程不熟悉的學生需要自行學習HTML編程語言。除此之外，在每周兩次的例行課程上，教授都會布置其他的輔助閱讀。
這門課程一學期設有四個獨立的作業，幫助學生從概念上、技術上同時探索人機交互系統。除此以外，該課程還有一個大型的期末項目，需要學生以團隊為組織，設計、完成并且分析一個完整的移動用戶界面。教授將在學期初分配好學生小組。每一個小組，在完成這個移動用戶界面時，都要完成以下幾個重要的要求。首先，找到一個問題，并在后續編程的過程中，努力解決這個問題。接下來進行的便是創新移動用戶界面的概念性設計，在此階段中，學生們會借助畫草圖、情節串聯圖版和行為說明書等輔助的設計手法來幫助完善小組的設計。第三步，在有了明確的概念后，學生們便會使用HTML，CSS和JavaScript來建造他們的應用程序，這個過程將會是比較冗長、重復的過程，因為學生們將圍繞重復設計、建造、然后評估這三個步驟很多次。最后，學生們需要建立一個簡易的網站，在網站中用照片、視頻、示意圖和文字來展示他們的項目成果。這個網站會被收入該校的人機交互網上集錦。而在學期的最后一天，老師會組織一個開放日，歡迎全校各界人士來聽本班學生匯報項目成果。除了以上提到的這些作業、項目，這門課程還會有期末考試，期末考試是開卷形式，囊括了一學期課間閱讀材料以及講座中所提到的各個話題。
關鍵詞 單片機；MSP430；LCD；人機交互接口
1 引言
在當今的各種實時自動控制和智能化儀器儀表中，人機交互是不可缺少的一部分。一般而言，人機交互是由系統配置的外部設備來完成，但其實現方式有兩種：一種是由MCU力口驅動芯片實現，如鍵盤顯示控制芯片SK5279A，串行數據傳輸數碼顯示驅動芯片MAX7219等等，這時顯然MCU沒有LCD的驅動功能。另一種就是MCU本身具有驅動功能，它通過數據總線與控制信號直接采用存儲器訪問形式或I／O設備訪問形式控制鍵盤和LCD實現人機對話。這里的MCU主要有世界各大單片機生產廠商開發的各種單片機，其中TI公司的MSP430系列因其許多獨特的特性引起許多研究人員的特別關注，在國內外的發展應用正逐步走向成熟。
2 LCD簡介
LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶顯示器。液晶顯示是通過環境光來顯示信息的，它本身并不發光，因而功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強。LCD是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管(CRT／Cathode Ray Tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術如雨后春筍般誕生。LCD由于具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險、平面直角顯示以
及影像穩定不閃爍等優勢，逐漸占據顯示的主流地位。
LCD的類型，根據其分類方式的不同而不同。如根據LCD顯示內容的不同可以分為段式LCD和點陣LCD。根據LCD驅動方式的不同可以分為靜態驅動和多路驅動。
3 MSP430F44X簡介
MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集單片機[2]。該系列單片機性價比相當高，在系統設計、開發調試及實際應用上都表現出較明顯的優勢。它主要應用在各種要求極低功率消耗的場合，特別適合用于智能測量儀器、各種醫療器械、智能化家用電器和電池供電便攜設備產品之中。
3.1 系統結構
MSP430F44X的系統結構，主要包括：CPU、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、FLL+時鐘系統(片內DCO+晶體振蕩器)、看門狗定時器／通用目的定時器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比較器A(精確的模擬比較器，常用于斜邊(Slope)A／D轉換)、復位電壓控制／電源電壓管理、基本定時器(Basic Timerl)、定時器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比較器(多達160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各種具體的型號稍有差別。在本次設計中，具體選擇MSP430F449作為人機接口電路的設計具有許多獨到的優勢。這一點，讀者可以根據TI公司相關的數據手冊進行比較。
3.2 片內外模塊特性
MSP430F44X具有豐富的片內外圍模塊，其明顯的特點是：具有48條I／0口線的6個并行口P1-P6，其中P1、p2具有中斷能力，同時具有2個可用于UART/SPI模式選擇的串 行口 (USART0和USARTl)； 內含12位的A／D轉換器ADCl2，快速執行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到結果的硬件乘法器；多達160段的LCD控制器／比較器，可以實現多種方式的驅動顯示；可以實現UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常靈活的時鐘系統，既可用32768Hz的鐘表晶振產生低頻時鐘，也可以用450kHz-8MHz的晶體產生高頻時鐘，同時還可以使用外部時鐘源或者用不同控制頻率的DCO；多達幾十kB的Flash空間，這樣數據既可以保存在片內的Flash信息存儲器，也可保存在程序的Hash中的剩余空間。
4 接口電路設計
4.1 接口電路簡圖及說明
典型應用電路示意圖。在該圖中，LCD類型和鍵盤種類及數目的選擇、下拉電阻的數值大小都必須認真考慮，硬件設計要滿足一定的工作時序關系，復位時預留緩沖時間和懸空部分引腳，晶振的選擇要在適當的數值，必須保證交流驅動的頻率在30Hz-1000Hz范圍內，其具體的情況請詳細參考TI公司的相關資料[3]。
4.2 段型液晶顯示屏EDS820A簡介
一般而言，LCD分為筆段型和點陣字符型及點陣圖形型。筆段型主要是顯示數字，常用于計數、計量和計時；點陣字符型用于顯示數字和西文字符；點陣圖形型用于顯示圖形及字符。本設計中用到的EDS820A就是由西安新敏電子科技有限公司生產的筆段型LCD。是該顯示屏的各個引腳的邏輯功能表。
顯而易見，該產品EDS820A是5位的液晶顯示屏，它只有4個DP，用于顯示小數點；COM端也只有一個，所以該LCD與MSP430F449的管腳連接應該引起足夠重視.
5 軟件設計
硬件連接電路圖為例，編寫了鍵盤控制及顯示程序，程序在IAR Embedded Workbench編譯通過。全部主程序包括詳細的發射和接收子程序，及初始化和等待鍵盤輸入轉換、顯示等等，值得注意的是發射與接收的控制要適當。
該程序是用匯編編寫的。程序實現的是等待按鍵輸入，讀取鍵值，最后進行鍵值處理和顯示的功能。
檢測是否有鍵按下是通過KEY是否有高電平信號。平時，KEY為低電平，當有鍵按下時為高電平，它發送一個脈沖給單片機MSP430F449，當單片機檢測到該信號時，判斷按鍵的功能，從而進行相應的處理。
6 人機接口電路在體內電刺激器中的應用
醫學上，在進行疾病控制時，通?？梢酝ㄟ^電極以一定波形(如方波、正弦波等)、頻率、幅度、占空比等電信號對神經或肌肉進行刺激，以使其支配相應的功能或肌肉產生收縮／舒張動作，從而有利于癥狀的減輕。由于不同部位的神經或肌肉對電刺激發生的敏感水平不同，不同強弱和不同性質的電信號所產生的刺激效果是不一樣的。我們研制的體內電刺激器，可以產生手術時所需要的具有不同的頻率、幅度、占空比的不同波形信號。該儀器幅度、占空比準確，頻率穩定，各參數均可以精確的調節。而且，由于使用了LCD顯示，它與單片機的連接簡單。LCD具有質量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內容豐富等優點，其人機界面相當友好。但人機接口電路設計的優劣直接影響到整臺儀器的使用效果。
根據需要，我們設計了5個鍵。這里，S1表示波形的振幅，S2表示波形的頻率，S3表示波形的占空比，S4為+1鍵，S5為-1鍵。通過54，S5可以調節波形的各個參數值。其中，振幅可以是在一個參考值的基礎上的0-99.9％；頻率可以是1Hz-999Hz；占空比調節范圍可以為1.0％-99.9％[1]。
關鍵詞：GIS；；人機交互；監控；管理
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)22-5480-04
Research of Human-machine Communicative Technology in the Information System Based on WebGIS
WANG Rong-hao1, WANG Chuan1, CHEN Dong-hao2, YANG Qi-liang1
(1.Engineering Institute of Engineering Corps, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China; 2.Engineering Institute of NorthSea, Qingdao 266012, China)
Abstract: This thesis develops the WebGIS-based human-machine communicative system that can monitor, manipulate and administrate devices or infrastructure in the information system by means of using the technology of and GIS and integrating effectively the strategies of client-side and server-side. The purpose of the system is to make it possible to not only realize the functions of resizing the map and navigation but also show the current information of the devices or infrastructure and at the same time monitor them.
Key words: GIS; ; human-machine communicative; monitor; administrate
1 研究背景
在工程信息化建設和管理中，我們需要及時掌握工程所在處的地理信息、工程內部設備位置、工程中攝像頭監控等信息。如果采用C/S技術，則需要客戶機上安裝客戶端應用程序才能夠完成各種功能，這給我們帶來很大的不便。B/S結構最大的優點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件。B/S架構的軟件只需要管理服務器就行了，所有的客戶端只需安裝瀏覽器，根本不需要做任何的維護。只要有一臺能夠上網的電腦或者能連接到網絡的PDA設備甚至手機就能使用，客戶端零維護。系統的擴展非常容易，只要能上網，再由系統管理員分配一個用戶名和密碼，就可以使用了。
WebGIS技術是基于Web的地理信息系統，在實現實時監控和實時道路信息方面有著良好的用戶體驗和可視化效果。用過Goolgle地圖的人就會發現WebGIS的便捷性和有效性。使用B/S策略開發基于Web的GIS系統，使管理者和決策者隨時隨地掌握工程現場的各種道路信息、設備信息、監控信息等，方便其及時做出決策。
2 系統功能設計
WebGIS的開發技術很多，我們用MapInfo公司開發的基于MapXtreme技術來設計WebGIS軟件以完成所需的功能。MapXretme平臺提供了一個高度可視化的、直觀的組件，便于將地圖功能集成到任何Web應用中，可以和.NET平美結合，可以支持在一個集中管理的服務器上運行地圖應用，降低了硬件和管理成本，同時極大地提高了應用性能、可靠性和安全性。
1）地圖
將矢量地圖通過MapXtreme技術轉化成GIF或者其他柵格圖像，使用戶可以通過www瀏覽器訪問地圖。MapXtreme支持java，可以完成多平臺的地圖縮放、平移操作。由于傳遞到客戶端(瀏覽器端)的只是一幅經過高度壓縮的柵格圖像，而真正的矢量圖像仍保留在服務器端，減少了網絡傳輸負擔，并且降低了原始數據被盜用的可能。
2）信息可視化
通過地圖表達聲音、圖像、文字等信息，直觀而且信息量豐富。
3）MapXtreme的地圖化功能
① 專題圖：利用暈渲、等級符號、獨立值、點密度、餅圖、直方圖進行區域值的顯示；
② 對象處理：合并、緩沖、相交、刪除對象（點、線、面）、返回結果數據；
④ 繪制圖層：允許開發人員繪制定制的地圖對象，如尺標、天線傳送方向箭頭；
⑤ 查找：通過州名、ZIP碼、城市名、街道名或客戶名進行查找；
⑥ 廣泛的數據源：使用通用的數據界面，包括ODBC、DAO、ClipBoard和OLE Data界面訪問數據。
通過MapXtreme，用戶可以在Web上基于電子地圖的應用系統。所有的最終用戶只需要安裝瀏覽器即可訪問服務器端的數據，用戶可以很方便的對地圖進行放大、縮小、漫游、查詢、統計等操作。此外，MapXtreme還提供了許多強大的地圖化功能，滿足用戶的不同層次的需要，包括：專題圖、緩沖區分析、對象（地圖）編輯、繪制圖層、查找、直接讀取LotusNotes、圖層控制、空間選擇、訪問各種數據源等。
3 系統實現
單純的服務器策略和客戶端策略都有明顯的局限性。當服務器策略涉及頻繁的數據傳輸時，它們的效率受到網絡寬帶和網絡負荷的嚴重影響。而在客戶端策略中，當處理請求和處理能力不一致時，受計算能力的影響，某些任務可能運行緩慢，甚至根本無法完成。服務器端策略和客戶端策略的有效組合則可以為問題的解決提供一個很好的方案。當涉及大量的數據操作和復雜分析任務時，可以讓計算能力很強的服務器來處理。當涉及用戶交互較多的任務時，可以用客戶機進行處理。在這種情況下，服務器和客戶機可以共享它們的性能和數據處理能力，從而合理的分配數據處理程序，使系統的整體性能最優。
1）地圖制作
將圖片光柵化后作為地圖的底圖。柵格圖像轉化為矢量圖，將柵格圖像進行配準，確定地圖上各點的經緯度。然后根據圖像配準布局地圖，在柵格背景圖的基礎上通過MapInfo的畫圖工具做出各個圖層，如道路，水路，植被等。
2）事件圖層的管理控制
將事件信息寫入地圖的表中，在主程序中通過編寫代碼實現事件信息的查詢、觸發等。
3）優化WebGIS運行速度的方法
① 對每個圖層設置Zoom范圍；
② 啟用COM+的Session池；
③ 啟用Cache；
④ 用文件方式存儲地圖數據，將地圖.tab文件存儲在.mws工作空間當中。
4 關鍵技術
1）地圖加載及放大、縮小、拖動等功能的實現
private Map GetMapObj(string mapAlias)
{ Map map = null;
if (mapAlias == null || mapAlias.Length
{ map = MapInfo.Engine.Session.Current.MapFactory[0];
}else
{ map = MapInfo.Engine.Session.Current.MapFactory[mapAlias];
if (map == null) map = MapInfo.Engine.Session.Current.MapFactory[0];
} return map;
}
private bool IsDirtyMapXtremeSession()
{ return (MapInfo.Engine.Session.Current.CustomProperties["DirtyFlag"] != null);
}
private bool IsUsersFirstTime()
{ return (HttpContext.Current.Session[StateManager.GetKey("Zoom")] == null);
}
public static void BeginRequest(System.Web.SessionState.HttpSessionState session, string mapAlias)
{ if (StateManager.GetStateManagerFromSession() == null)
{
StateManager.PutStateManagerInSession(new AppStateManager());
MapInfo.WebControls.MapControlModel controlModel = MapControlModel.GetModelFromSession();
}
StateManager.GetStateManagerFromSession().ParamsDictionary [StateManager.ActiveMapAliasKey] = mapAlias;
StateManager.GetStateManagerFromSession().RestoreState();
} public static void EndRequest()
{
StateManager.GetStateManagerFromSession().SaveState();
} #endregion
}
2）基于MapXtreme的鷹眼技術
鷹眼是除了主視圖外的一個小視圖窗口，用來顯示全圖，并用1個矩形表示大圖的地圖邊界。點擊鷹眼窗口時，地圖自動定位到相應位置，當地圖視圖（包括縮放比例和中心）發生變化時，鷹眼上的導航矩形框相應變化，以指示用戶當前所處的位置。
鷹眼的實現思路：在同一頁面表單上放置2個MapControl控件,分別為地圖主窗口(mainMapControl)和鷹眼窗口(overviewMapControl)，地圖主窗口用于顯示實際的地圖，鷹眼窗口則需要將地圖按合適的比例尺顯示，然后在鷹眼窗口上創建1個圖層，在該圖層上添加1個矩形對象FeatureGeometry，該矩形的大小隨著主圖邊界而變化。由于兩個窗口的大小不同，需要經過1次比例轉換，因此首先定義1個setView( )方法，該方法用于實現地圖數據自適應任意大小地圖窗口。當地圖主窗口中的圖形被縮放或者平移之后，在鷹眼窗口已有圖層中加入1個臨時層，在臨時層上動態生成1個藍色矩形，顯示地圖主窗口中顯示的圖形在整體地圖中所處的位置。
系統中鷹眼功能的具體實現步驟如下：
① 判斷用戶是否對主地圖窗口進行了縮放或平移操作，若沒有變換則鷹眼窗口內容不變，若有變換則獲取主地圖窗口顯示的地圖范圍。然后創建1個矩形對象并設置其顏色和寬度屬性，創建窗口樣式并設置樣式屬性；
② 判斷鷹眼窗口的圖層中是否已經存在臨時圖層，若存在則先清空臨時圖層中的所有對象；若不存在則創建1個臨時圖層并將臨時圖層加入到鷹眼窗口圖層中；
③ 將矩形對象插入臨時圖層。到此系統即完成了鷹眼窗口的地圖視圖變換。
④ 通過讓 Overview（概覽圖）和主地圖使用相同的地圖，我們可以將服務器上的計算負載降低到最低限度；僅在內存中保存一個地圖可以降低應用程序的內存占用率，只有在地圖發生更改時才需要渲染兩次，一次用于渲染主地圖，一次用于渲染概覽圖。
3）鼠標中鍵縮放功能的實現
MapXtreme 2008中，在Windows應用程序中自帶鼠標中鍵縮放的功能，而在Web應用程序中卻沒有，如果能夠實現會顯得更加人性化。根據MapXtreme平臺的組件開發技術原理，編寫代碼如下：
① 在頁面的之前添加如下JavaScript代碼：
function map_image()
{ var Img = document.getElementById("MapControl1_Image");
if (Img != null)
{ Img.attachEvent('onmousewheel', GetMouseWheelEvent());
}
}function GetMouseWheelEvent()
{ var mapImage = document.getElementById("MapControl1_Image");
var url = "MapController.ashx?Command=WheelZoom&Width=" + mapImage.width + "&Height=" + mapImage.height+ "&ExportFormat=" + mapImage.exportFormat + "&Ran=" + Math.random() + "&wheelvalue=" + event.wheelDelta;
if (mapImage.mapAlias)
url += "&MapAlias=" + mapImage.mapAlias;
try
{mapImage.src = url;
}
catch (e)
{ alert("Error!");
}}
② 在自定義的后臺代碼文件EagleEyes.cs中添加如下類：
[Serializable]
public class WheelZoom : MapBaseCommand
{ public WheelZoom()
{
Name = "WheelZoom";
} public override void Process()
{ int wheelvalue = int.Parse(System.Convert.ToString (HttpContext. Current.Request["wheelvalue"]));
MapControlModel model = MapControlModel. GetModelFromSession();
model.SetMapSize(MapAlias, MapWidth, MapHeight);
try
{MapInfo.Mapping.Map map = model.GetMapObj(MapAlias);
MapInfo.Geometry.Distance d;
if (wheelvalue > 0)
{d = new MapInfo.Geometry.Distance(map.Zoom.Value * 0.9, map.Zoom.Unit);
}else
{d = new MapInfo.Geometry.Distance(map.Zoom.Value * 1.1, map.Zoom.Unit);
}map.Zoom = d;
}
finally
{ System.IO.MemoryStream ms = model.GetMap(MapAlias, MapWidth, MapHeight, ExportFormat);
StreamImageToClient(ms);
}} }
③ 在頁面加載處注冊Command：
if (Session.IsNewSession)
{MapInfo.WebControls.MapControlModel controlModel = MapControlModel.GetModelFromSession();
mands.Add(new GetOverviewMapCommand());
mands.Add(new Info());
mands.Add(new WheelZoom());
}
4）地圖視頻監視事件的實現
將設備信息寫入到地圖文件中，自定義信息查詢組件，當鼠標單擊信息工具時獲取圖元的各種信息并顯示。信息查詢組件的開發技術原理與鼠標中鍵縮放功能的組件開發技術原理大體一致，這里不再贅述。
5 總結
本文介紹了利用MapXtreme技術和.NET平臺開發信息化WebGIS系統的流程，實現了地圖鷹眼、鼠標中鍵縮放、實時監控、設備信息監控等功能，詳細闡述了實現過程中的關鍵技術，所開發的系統為管理和決策者提供了實時信息，方便其快速準確地做出決策。
參考文獻：
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[5] Karli.C#入門經典[M].3版.北京:清華大學出版社,2006.
[6] 哈特 2.0經典教程[M].北京:人民郵電出版社,2007.
摘要： 介紹了自20世紀90年代以來，科學技術蓬勃發展，國際交流頻繁，全球經濟文化相互依賴增強。多媒體人機交互技術發展迅速。同時，在產品設計領域以及產品展示和銷售方面也起到了很大的作用。針對產品設計中的多媒體人機交互的主要交互方式，包括了網絡虛擬的交互方式和多媒體、多通道的智能人機交互方式。以及這些交互方式中所存在問題做了詳細分析。通過現有的這些人機交互技術的分析研究，提出了多媒體人機交互技術在產品設計領域未來的發展方向及發展趨勢。
關鍵詞： 多媒體；人機交互；產品設計；網絡虛擬；多通道
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）22-0185-031 概述
人機交互技術，又稱為人機互動技術（Interaction Design），它為人類與計算機之間的信息交流開辟了一條新的溝通渠道，從計算機技術的出現到今天數字媒體技術普及盛行。人機交互技術已經發生了質的飛躍。盡管仍在廣泛使用的圖形圖像用戶界面，在操作直觀性上有了顯著提升，但用戶仍是在外部觀察和操作。以計算機為中心，讓用戶適應計算機的這種傳統的交互模式并沒有改變。多媒體技術被認為是在智能用戶界面和自然交互技術取得突破之前的一種過渡技術。在人機交互過程中，多媒體的強大主要體現在它能提高用戶對信息表現形式的選擇和控制能力，同時，在表現形式與人的邏輯創造能力上高度結合。因此，多媒體人機交互技術是多媒體技術和人機交互技術的完美結合，傳達信息的多樣化和通過多種輸出、輸入設備與計算機進行交互是多媒體人機交互技術的所要解決的問題。早在多媒體人機交互設計這個概念被提出之前，產品設計在企業品牌爭奪產品市場的競爭中已經發揮著不可替代的作用。隨著計算機技術的應用和普及，市場上的產品也越來越智能化、復雜化，功能不斷的累加和集成，消費者因此產生了很多認知上不必要的錯誤，當人們感覺到簡單的界面不能滿足人的消費需求的時候，多媒體人機交互技術作為一個獨立的設計階段出現。早期的多媒體人機界面主要是通過豐富的信息表現形式拓寬計算機到用戶的通信帶寬，在此之后，人機交互設計開始備受關注。人機交互技術既可以理解為人與計算機的交互，也可以理解為人與包含計算機的產品之間的交互?，F在，視線跟蹤、語音識別、手勢輸入、感覺反饋等新的交互技術直接影響著產品和用戶的交互方式，有助于提高人機交互的效率和用戶友好性，將產品設計和產品展示引向更高的境界。
2 產品設計領域中人機交互的主要方式
多媒體人機交互的過程是用戶通過人機界面向計算機輸入指令，計算機經過處理后再把結果反饋給用戶的過程。為了使人機交互變得更方便，更快捷，更人性化，滿足不同消費人群的需求，發展出了多種不同的輸出、輸入形式，這也大大地豐富了人機交互的方式。從早期的面板開關、顯示燈和穿孔紙袋等交互裝置，到今天的視線跟蹤、語音識別、手勢輸入、感覺反饋等具有多種感知能力的交互裝置，從發展史的角度上來說，多媒體人機交互技術的發展經歷了五種交互方式，它們分別是：手工操作、命令語言、圖形用戶界面、網絡虛擬的人機交互、多媒體（多通道）的智能人機交互，但從介入產品設計的領域來說，在其中起著輔助設計和產品展示作用的是網絡虛擬的人機交互方式和多媒體（多通道）的智能人機交互方式。
2.1 網絡虛擬的交互方式 目前，在網絡上廣泛應用的虛擬交互方式就是廣告和網上購物，通過網絡上提品信息，可花費很少的額外投資，加強現有廣告的功效。向在線的產品目錄和產品介紹中添加一些多媒體內容，可以使用戶對產品產生興趣，從而增加銷售量和產品知名度。[1]
以超文本標記語言（HTML）及超文本傳輸協議（HTTP）為主要基礎的網絡瀏覽器是網絡用戶界面的代表。這類人機交互技術有著發展快，新技術不斷出現的特點，如搜索引擎、網絡加速、網絡動畫，產品的Web3D等。網絡虛擬的交互方式可以表現出產品的形態、顏色、材質、功能信息和操作等方面的詳細信息，還具有實時交互的特征。用戶可以從多種視角來觀察產品的三維圖像，并且有選擇性的篩選產品的設計款式，獲得需要的產品信息。網絡虛擬的交互方式支持三維顯示時，可以實現多種的交互行為，例如消費者可以通過網絡界面的選項給產品更換顏色、材質、配件等，還可以模擬產品的操作，如旋轉按鈕、放大、打開或組合部分結構等，能體驗到產品設計中的很多細節。例如通用汽車的網絡虛擬展示，用戶可以操作按鈕進行360度旋轉，觀看汽車的設計模型。還能為汽車更換自己想要的顏色，打開車門，進入到車廂的內部，全方位的體驗駕駛的視野、駕乘的空間等。網絡產品虛擬展示技術是運用網絡3DVR技術而實現的，一些相關軟件可以支持3D模型的實時顯示，如Cult3D、ViewPoint、Live3D、Viscape等。通過這些軟件進行交互行為的設定。總的來說，網絡虛擬展示仍是一種平面的3D顯示。要想使產品達到可使用、觸摸、感覺的真實虛擬人機交互效果，需要使用價格較高的立體投影儀、傳感器等。
2.2 多媒體（多通道）的智能人機交互方式 產品設計通常會運用到多種表達方法，多通道的智能人機交互方式把產品設計不同的表達形式結合起來，將產品設計的大量信息凝聚在一起，利用多媒體的人機交互優勢，用戶可以依照自己的需求，選擇自己關注的內容進行瀏覽?；谔摂M現實技術基礎上的計算機擬人化和以手持電腦、智能手機為代表的微型化、隨身化、嵌入化，是當前計算機的主要發展趨勢。多媒體可以集成文字、圖形、圖像、動畫、視頻、聲音等多種元素，用戶通過一定的人機交互界面進行與產品的溝通，如何將豐富的多媒體信息組織并結合在一起，通過設計合理的交互方式，使人們便于使用和溝通，是多媒體智能人機交互的表達重點。這種表達方式可用于產品設計投標、產品廣告、產品展示等。對于不同的表達對象，要有選擇性的采取不同的多媒體人機交互方式，例如制作產品設計投標用的多媒體人機交互方案，面對的對象是產品企業投資者，在投資者的角度來說，他們更關注產品的市場前景、投入與回報、高科技含量、文化價值等問題，而不希望過多的目錄選擇，那么在進行多媒體人機交互界面設計時，就要簡潔大方的對關注的問題進行闡述；如果是面向消費者的產品設計展示宣傳，所交互的對象是廣大的消費者，從消費者的角度來說，他們更關注產品的造型、顏色、功能、質量、價格等。消費者可能來自不同的地區、有著不同的文化背景，那么他們有興趣的問題也不盡相同，為了適合大多數人的需求，在多媒體人機交互界面上要把消費者普遍關心的問題放在顯眼位置，并重點介紹。[2]除此之外，還應該提供更多可選擇性的交互信息，以便消費者交互閱讀。在交互界面設計上要注重趣味性和娛樂性，以引起消費者的關注。利用人的多種感覺通道，以并行、非精確的方式與計算機環境進行交互，可提高人機交互的自然性和高效性。
（華南理工大學工商管理學院工業工程系，廣州 510640）
摘要：工程師在設計電梯等復雜產品系統時，很難準確全面地確定各種利益相關者的不同需求，而最終客戶需求的全面分析對于開發高附加值的、界面友好的、實用的產品至關重要。面向電梯產品的設計，基于管道管理模型以及圖形工具的引入，本文提出一種以人為中心的、面向人機交互密集的復雜產品系統的設計方法，將多種用戶多種角色納入到分析對象中，并進行了三維虛擬人體的分析，將這些角色的偏好及能力轉化為產品概念，增強了產品的適用面、舒適性與創新性。
關鍵詞 ：以人為中心；復雜產品系統；電梯；設計
中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0219-05
基金項目：廣東省創新方法工作項目（2013B061000004）；廣東省創新方法與決策管理系統重點實驗室開放課題基金。
作者簡介：賴朝安（1973－），男，廣西欽州人，副教授，博士，主要研究方向為產品創新、人因工程等。
0 引言
在復雜產品系統的開發流程中，各種利益相關者的需求都應被充分考慮。特別是對于存在密切人機交互的系統，人應該處于系統設計的核心位置，以保證系統可以滿足各種使用情況下的需求。在設計界，以人為中心的設計已經成為主流的觀點，以至于設計人員經常不加思考地采用。本文基于以人為中心的設計（human-centered design，HCD）進行擴展，引入行為圖、基于情景的設計（scenario-based design，SBD）準則，提出一種適合復雜產品系統的設計流程。
HCD是指在設計產品或系統時，將客戶置于設計與開發過程的中心[1]。HCD在產品開發過程中發揮重要指導作用。在激烈的市場競爭中，產品成功由客戶是否滿意決定，而客戶滿意由客戶需求的滿足來實現。HCD方法使產品設計與客戶需求匹配[2]，通過這種匹配提高產品質量、客戶滿意度與產品成功率。然而，設計與需求的匹配是困難的、不準確的[3]。客戶通過使用非技術語言來描述他們的需求。HCD方法需要將技術設計與非技術語言匹配，這種匹配準確度通常比較低。因此，大部份產品并沒有與客戶需求相匹配。
HCD的缺陷在于，HCD以已經作好技術準備為前提，一旦明確客戶需求，可以迅速地完成產品設計并推出市場。另外，以人為中心還缺乏明確的實現途徑。Don Norman在ACM通信雜志“交互設計”專欄中寫道：“這個世界上的大多數東西都是在沒有得益于以人為中心的設計方法的情況下被設計出來的，不過這些東西仍然工作得很好。...最基本的原因就是，在它們被設計時，這些物品所被用來從事的活動是經過深入理解的，這就是以行為為中心的設計”。人的行為才應該是設計的焦點。
HCD已經納入到ISO標準中。ISO 13407明確定義了HCD的4種主要活動[4]：理解并定義使用情景，定義客戶及組織的需求，制訂設計方案，并依據需求對設計進行評估。
本文的主要目標是設計一種新型的電梯產品，以支持老人、病人的特殊需求，滿足老齡化社會的需要，而相關的支撐技術并未完全具備。
基于以人為中心的啟發，具有特殊需要的人群，包括制造商、老人、病人，以及他們的護士等各種人群及其行為過程，被納入到電梯系統開發的每一步驟中：從電梯系統開發的最早的概念階段，進行用戶的行為分析，直至電梯系統設計的最終評價。
以行為為中心以及SBD是本文依據的另一方法準則。在人機交互領域中，場景已經被作為一種多個系統開發階段使用的工具，它能幫助所有的利益相關者貢獻自己的系統分析、設計與評價意見。
設計師通常使用情景來組織、論證和交流思想。情景作為語言的輔助，描述人的行為，使客戶可以融入到設計流程中，并幫助他們確定需求。通過描述多種情景下的各種行為過程，可展現出序列性的需求。在整個設計循環中，描述行為的工具可首先用于描述產品當前使用的目標與需求，然后通過迭代的設計與評估過程轉換、提煉設計目標與需求。多情景下的行為描述有助于檢驗、仿真分析、展示各種可能的設計方案結果。
1 設計流程的思考
通常，客戶需求空間向產品設計空間轉換的過程會導致信息的丟失。一些產品開發的機制，例如質量功能展開（QFD）關注產品的性能、可靠性、壽命等因素在后續開發過程中的貫徹，但與情感有關的因素由于較難獲取與描述，因而在質量功能展開過程中易于被忽略、丟失[5]。
關于開發流程，學術界及管理實踐逐漸形成了如下四種觀點[6]：門徑管理；管道管理；功能-作用原理-結構的映射過程；風險管理系統。
管道管理模型[7]為最主流的觀點，它將產品開發流程定義為：產品規劃－概念開發－系統級設計－詳細設計－測試糾正及生產起步。這一流程類似一條不斷縮窄的管道，在這一喇叭形態的“管道”中，流動著的新產品可選方案及對應的開發項目數量越來越少，而新產品方案的信息卻越來越豐富、具體。
然而這一流程模型對人機交互的需求缺乏足夠的考慮與重視。為此，文獻[8]提出，具有復雜人機交互的系統的研發流程應具有如下步驟：焦點開發－創建當前系統應用的工作流－問題定義及確定設計目標－創建未來系統應用的工作流－創建功能概要－創建物理概要－將物理概要分解至可管理的模塊。通過對當前系統應用工作流的分析，存在的問題得到全面的展示；通過對未來系統應用工作流的規劃，引導思維邊界的突破及全新觀念的產生。
基于以上研究可以設想，構建一種圖形化的、易于理解的多層次行為視圖，使非專家的普遍客戶也能參與到設計中來，也使設計工程師能更好地理解電梯行業、護理行業等多個不同領域的背景與技術，以更有效地利用所有利益相關者在設計過程中達成的共識。俗話說：一圖勝千言，在開發復雜產品系統時特別如此。下文以電梯為例說明。（圖2）
2 電梯實例
隨著老齡化社會的臨近，越來越多地需要在公共設施設計中考慮老年人、病人的需要，電梯作為一種垂直升降的公共交通設施，需要重視這一趨勢。
為此，首先在設計其轎廂內部裝潢時，應考慮到人的情感因素，盡量使電梯給人一種舒適溫馨的感受，多使用溫暖色調，避免冰冷暗淡的色調；其次，需要考慮病人以及各種醫療設備，例如病床、吊瓶架、氧氣瓶等搶救設備所需要的大尺寸空間，以及殺菌化學制劑的使用；最后，適當考慮防撞緩沖的需求，減輕相撞時的沖擊保護病床上的病人。
目前，還沒有一種電梯能滿足這一需要：不只需要考慮正常人的使用，還要考慮承載病人，運送病床及醫療設備，同時需要考慮這些特殊情況發生的偶然性，考慮電梯的可制造性、可裝配性，以盡可能降低產品成本與能量消耗，并具有較高水平的人機交互界面與可操作性。
2.1 步驟1：產品規劃
產品規劃環節由開發團隊執行，其目的是制定產品開發任務書。團隊包括如下成員：工業設計師1人，電梯設計工程師5人，制造工程師1人，醫護人員1人，醫學專業人員1人，電梯維護人員1人。經過市場的細分與分析、技術發展趨勢分析、企業戰略分析三者的匹配，最后經過頭腦風暴會議來完成產品規劃。
產品開發任務書的研究對象是：明確設計的焦點；定義新產品的概念；確認目標客戶；確認安全有效使用電梯的障礙；搜集對產品設計特征的意見。
通過產品規劃，認為新型電梯的焦點是感性設計、人機交互，在有限的空間內需要容納擔架、輪椅及病人，減少碰撞振動與不適，并進行安全高效的電梯控制操作，同時又要滿足節能環保的要求。
在開發過程的早期階段確定產品的焦點是一項困難的工作。通過這一階段，潛在的設計意圖逐漸變得清晰。
2.2 步驟2：客戶需求獲取
2.2.1 理解當前使用情景
通過歸納客戶操作電梯的行為習慣和固有特性，創建當前系統的行為圖，形成獲取多層次客戶需求的框架，這是多層次信息視圖的重要組成部份。步驟如下：
首先，以來自醫院的醫護人員，以及家有老人病人的普遍電梯客戶共50人，為訪談對象，基于步驟1確定的產品設計焦點與概念，進行面對面的半結構化的訪談（interview）。該步驟主要用于明確如下問題：需要用擔架、輪椅搬運病人時電梯的操作過程；在這過程中所遇到哪些問題，以及這些問題的條件、過程與后果；對于電梯設施有何感性需求；任何影響在執行醫護任務時安全高效使用電梯的因素。
對系統實際操作環境及客戶的全面且精確的洞察，對于系統的設計以及客戶需求的滿足至關重要。為了確認當前實踐的問題，設計者應首先將總結所獲得的設計信息轉換為行為圖，以描述當前系統的作用。僅作為示意，如圖2所示，該行為圖顯示了電梯從制造裝配、運輸、安裝維護到客戶使用的全生命周期的行為，以圖形化的直觀方式使得全面的客戶需求，且不易遺漏。圖中，方向線的粗細表示該方向所指的行為的頻率，線越粗表示該行為越常見；箭頭的方向表示行為的串行關系。
2.2.2 確認存在問題及設計目標
2.2.2.1 訪談與數據收集
基于當前使用行為圖指出的每一使用模式，圍繞如下問題進行訪談并收集數據：
①客戶在與電梯交互過程中遇到的問題，以及這些問題如何隨著客戶屬性的變化而變化；
②這些問題發生的頻率，以及對不同客戶產生的后果；
③新型電梯應如何克服這些問題；
④安全高效使用電梯的障礙；
⑤新型電梯對病人、普通用戶、電梯安裝維護人員、醫療機構、醫護人員等各種客戶有何益處；
⑥新型電梯的設計偏好。
2.2.2.2 數據組織與分析
在上述步驟系統性地收集資料的基礎上，基于質性分析的方法，尋找反映客戶需求本質的核心概念，然后通過這些概念之間的聯系建構完整的需求模型。訪談調研數據轉換為如下三個類別：需求；障礙；設計，簡潔地展示數據分析結果，如表1所示。
對原始資料進行進一步的定性分析以后，明確存在的問題及設計目標：
①電梯生產與運輸。
電梯包裝箱在很長一段時間不能引起廠商及設計人員的重視，只是簡單給以部件包裹，這才很大程度上違背了人性化的設計原則。電梯包裝箱存在如下問題：裸包裝部件遇潮濕后易生銹，不便于運輸；紙箱包裝，易損壞，不便運輸，零散易丟件。應考慮新型的包裝箱，以達到方便搬運、整齊美觀的目的。
②電梯操縱顯示器。
電梯操縱顯示器在感性需求上尤為重要。乘客首先接觸的是電梯的外部操縱顯示器，進入轎廂后同樣需要操控電梯內部的操縱顯示器，進行樓層選擇。色彩搭配以及按鈕布局排布是其感性設計的關鍵。當人在受到色彩的刺激后，會產生心理暗示，色彩搭配必須尊重這種因果關系。
③電梯的空間。
常用的電梯長度從1.3米到1.6米不等，而一部急救擔架的長度超過1.8米。狹小的電梯放不下擔架。由于患者不能顛簸晃動，醫護人員（或家屬）常常只能將擔架半豎著放進電梯，讓患者斜躺在擔架上，容易使病情加重?！蹲≌O計規范》(GB50096-1999)規定：“十二層及以上的高層住宅，每棟樓不能少于兩臺電梯，其中一臺電梯應該能容納擔架?！比欢_發商從成本的角度考慮，在不少的電梯上沒有執行這一規定。
④不適合行動不便人員使用。
目前電梯按鈕主要采用亮光來顯示樓層，并不適合于盲人使用。盲人進入電梯時，不便于方便的找到希望到達的樓層，所以對于盲人來說，單獨乘坐電梯很不方便。
扶手在安裝時往往有螺釘突出，行動不便人員往往難以避開，并且不美觀。
電梯震動或墜落時，電梯無適當的支撐物，震動或墜落會造成傷害，對行動不便人員的傷害特別大。
⑤電梯環境。
傳統的通風裝置是電力驅動的風扇，購置成本與使用成本較高。
2.2.3 設計未來的使用情景
在這一步驟中，將當前的使用情景轉換為未來的使用情景，如圖3所示。在未來的使用情景中，當前問題被消除，產品愿景得以實現。未來的使用情景是一種對人機交互過程的高度概括，有助于設計團隊及設計參與者理解電梯使用的環境，顯示關鍵的設計問題。
在未來的使用情景中，不需擴大轎廂的整體尺寸而低成本地實現大尺寸的空間，保證擔架可以進入并平放；行動不便的人可以舒適地保持平衡；視覺不良的人可以方便地進行目的地樓層設置，并可修正錯誤的設置；等等。生產安裝情景分析在此省略。
2.3 步驟3：系統級設計
2.3.1 功能分析
功能分析的結果展示系統功能的實現目標。對于復雜產品系統，將功能分析為多項子功能十分必要，它可以闡明問題，使設計師可以聚焦到最關鍵、最有可能實現創新的子功能上。
在檢修運行、（自動）開門、（自動）關門、自動返回基站、滿載直駛、司機操作、獨立運行、通風等基本功能，使用溫和的工業設計風格，并增加如下功能：遠程監控；PDA在線交互；可變的空間尺寸；碰撞緩沖與支撐；盲文及聲控；錯誤修正。需要在成本得到控制的情況下，在傳統的電梯上增加以上功能。
具體的功能描述在此不表，它應提供詳細的使用背景信息，以及明確的、定量的功能目標。例如，可變的空間尺寸的需求項中指出：擴大后的空間尺寸應能容納1.8米長的擔架。
通過達到以上產品功能，電梯將能更高效迅速地安裝維護，更安全、舒適地使用，減少碰撞、震動、壓力與不適。這時，開發團隊堅信，這一電梯的市場需求是廣闊的、迫切的。
在以上需求實現之前，研發團隊認識到，以上功能最困難的部份是可變的空間尺寸、碰撞緩沖與支撐、盲文及聲控等需求。
2.3.2 制定系統解決方案
在這一步驟中，依據“功能—作用原理（效應）——物理結構”的映射過程，將產品的功能要求轉化為解決方案。解決方案是具體物理結構設計的要點，它指出每一主要功能實現的關鍵點，以及主要部件的空間及結構上的關系。
解決方案應遵守功能及技術需求的約束，并基于最終用戶的需求進行評估，選擇最佳的解決方案。
在設計過程中，知識會不斷進化，因此系統結構的部件也隨之進化。解決方案可用于修正未來的使用情景，使設計意圖進一步明確。
以幾個主要的子功能為例，說明其解決方案：
①根據發明問題解決理論（TRIZ），使用“基于條件的分離”這一分離原理，以及“動態化”這一發明原理，實現動態的轎廂深度。解決方案為：轎廂下后壁可以向背離轎廂門的方向打開、折疊，充分利用井道空間，在需要運輸擔架時，通過折疊，動態產生額外的空間，提高了擔架出入時的安全性，并增加載重的均勻性。其平時可充當普通載客電梯，具備普通電梯轎廂的寬度與深度；在特殊情況下，延展電梯轎廂的深度，滿足普通人平躺在擔架上的長度要求，充當救援用的擔架電梯。因此，這一功能可增大深度卻不增加土建面積，達到節省成本與能量消耗的目的。
②碰撞緩沖與支撐功能的解決方案為：扶手連桿上套有端座外套，將扶手端座表面覆蓋，遮蓋螺釘，防止行動不靈活的人在轎廂內轉身時劃傷，同時保持轎廂內美觀。轎廂頂部安裝有吊環，在震動特別是墜落時，抓住吊環可顯著減少傷害。
③盲文及聲控功能的解決方案為：按鍵的按壓位置處設有凸起的盲人數字，按鍵連接有發聲話筒，開關、發聲話筒均與用于樓層登記的電路連接。
④通風的解決方案為：通過轎廂上的風滯壓力產生電梯轎廂中的豎直的氣流，實現免電力的通風。風扇僅在需要時打開，減少了電力消耗與使用成本。
電梯作為一種成熟產品，目前已經存在海量專利。以上的構思可能與已有專利沖突，需要進行查詢分析，避開已有的相似專利，同時基于專利挖掘，進行技術成熟度分析。對關于轎廂的專利進行分析發現：在轎廂深度調整、碰撞緩沖、盲文及聲控、通風等方面的技術都仍處于成長期，值得加大投入進行研發。
2.3.3 系統級的參數分配至模塊
通過以上步驟，從轎廂空間調整裝置、碰撞緩沖與支撐裝置、盲文及聲控裝置、通風等方面實現了電梯系統人性化創新及改良設計。
在上述步驟中，系統作為一個集成的解決方案進行思考。在模塊化的設計方案中，需將設計需要分配至模塊，是最終實現產品功能需要的必然的步驟。然而，將技術參數分配至模塊具有很高的復雜性，它需要依據兩個準則：一是保證系統的技術參數與模塊的技術參數的一致性，也就是說，實現模塊的技術參數后，能保證系統的技術參數得到保證；二是各個模塊的實現難度保持相近，不能讓某些模塊很難實現，否則會使成本不必要地上升。系統的模塊化的好處是：使得最終客戶可以按其需求定制產品。
通過對電梯的模塊化劃分，使得功能與模塊近似地具有一對一的關系。在這一設計方案中，如下5個模塊被定義：廂體、導軌、驅動、無線通訊、轎廂空間尺寸調整、碰撞緩沖與支撐、控制與顯示、通風與照明。其設計方案如圖4所示。
2.4 步驟4與5：詳細設計與測試糾正
方案的產生與方案評估密不可分。在跨功能的研發團隊組建開始，各個團隊人員以及參與設計的多種角色，都從一開始就貢獻其知識經驗，以驗證提出來的各種新構想，使得最終的解決方案更具市場可行性與可用性。在開發的后期階段，解決方案逐漸具體與可視化，設備供應商開始參與設計，以確認方案的技術可行性。由于方案表達為易于理解的形式，包括三維虛擬人體的應用情景展示，團隊可以在早期的設計階段，向商業合作伙伴證明新型電梯的高附加值。
經過可用性評估，最終的設計方案得到了較高的評價。
3 結論
本研究基于以人為中心設計的理念，提出了一種適用于復雜產品系統設計的、以人為中心的設計流程，并進行電梯系統的創新優化與改良設計，解決了電梯系統中幾個非人性化設計缺陷，規劃、定義了電梯的主要模塊，并進行了三維虛擬人體的分析，提出一種具有良好人機操作界面的綠色電梯系統。經評估認為，這一新型電梯具有較廣闊的市場需求。本文提出通過行為圖的引入，擴展了以人為中心設計的觀點，有助于將各種利益相關者的需求融合到一個框架內，并清晰展現。
本研究所提出的方法適用于電梯之外其它類型的、存在復雜人機交互的復雜產品系統的設計。
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關鍵詞：觸摸屏；顯示屏；交互技術；Move&Touch
中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)08-1893-02
The Research of Human-computer Interaction Based on Touch-screen Technology of Move & Touch
WANG Hui, YAO Xiao-hui, JI Bo, RUAN Han-qing
(Information and Control Institute, Xi'an University of Architecture & Technology, Xi'an 710055, China)
Abstract: In recent years, the touchscreen-phone is becoming increasing popularity.The interactive technology based on touch-screen has been penetrated into every aspect of people's lives because of it's natural and comfortable. Based on the research of primary interaction techniques for displays, the thesis present Move&Touch: a novel interaction technique for displays based on touchscreen-phone. Move & Touch use touchscreen-phone as an interaction device, users achieve the remote control and manipulation of large displays through operations such as sliding and tapping on mobile phone's touchscreen, the control and manipulation they can achieve including cursor position, object selection and scrolling. Move&Touch is a natural and intuitive interaction technique for displays, it has the features of well-use, universality and extensibility.
Key words: Touchscreen; Display; Interaction techniques; Move&Touch
隨著科學技術的進步，在許多公共和非公共場所，隨處可見顯示屏的應用，顯示屏的尺寸變得越來越大，而分辨率也越來越高，顯示效果越來越好，社會的發展使得顯示屏深入到了人們生活的方方面面。與此同時，針對顯示屏的交互技術也被眾多的國內外學者所關注，各種不同的交互技術相繼出現，如何使顯示屏和用戶之間的交互更加穩定、方便、直觀和自然是當前顯示屏交互技術的重點研究方向。
對于當前存在的許多顯示屏交互技術，或多或少都存著一些不足之處，有些交互方式不夠自然，有些交互方式不夠精確穩定，還有些嚴重缺少便攜性等。雖然有著各式各樣的缺點，但是在各自適合的場景，都可以發揮技術本身的優勢來實現人機交互。新的人機交互技術的出現可以補充當前顯示屏交互技術的不足，豐富顯示屏交互技術的特性，在越來越多的場合提供更為便利的交互方式，以滿足社會不斷發展的需要。
國內在顯示屏遠程交互方面的研究比較少，與國外的差距也比較大。清華大學計算機系媒體所提出了一種基于激光筆的遠程人機交互技術[4]。該系統只需要添加一個攝像機和視頻采集卡就可以實現遠程的人機交互。
國外的HCI學者在這方面的研究比較多，其中，Sweep and Point & Shoot[5]是一種基于手機相機的顯示屏交互技術，該技術利用手機拍照功能完成顯示屏上指針的控制以及對象的選擇和操作。
C-blink[6]通過將手機的彩色液晶顯示屏作為一種可見光源可以產生光信號，然后利用安裝在顯示屏上方的攝像頭不斷地檢測和接收光信號，通過處理光信號產生相應的控制信息，從而實現對顯示屏的操作和控制。SnapAndGrab[7]提出了一種新穎的大型公共數字顯示屏交互技術。該系統允許用戶通過帶有藍牙和照相功能的手機來訪問和共享公共多媒體信息系統的豐富的多媒體信息，例如上傳和下載圖片。該系統的易用性在于不需要在手機上安裝任何軟件即可訪問顯示屏。
1 Move&Touch技術的功能設計
1.1 指針定位
在指針定位是指遠距離控制顯示屏光標的移動。用戶通過在手機觸摸屏上移動手指，來相應地控制顯示屏光標的移動，顯示屏光標的移動方向與用戶手指的移動方向相同，同時光標的移動距離與手指的移動距離成比例。
1.2 對象選取
通過對象選取功能，我們可以對顯示屏端的圖標，菜單等進行直接操作，這是通過模擬鼠標左鍵單擊和雙擊操作以及右鍵單擊操作來實現的，用戶使用觸摸屏與顯示屏交互時，必須能實現傳統的鼠標所能實現的基本操作。
1.3 滑動滾屏
在與顯示屏進行交互的過程中，有時需要對顯示屏當前窗口內容進行滾屏操作，Move&Touch技術允許用戶在特定區域滑動手指來實現類似鼠標滾輪的操作，從而達到翻頁的效果。通過記錄手指滑動時的軌跡坐標，來判斷當前是否需要進行滾屏操作，以及滾動的行數或列數。滑動滾屏功能類似于筆記本觸摸板的滾動翻頁操作，通過統計實驗結果，電容屏上實現的滑動滾屏功能在效果上優于筆記本觸摸板。
2 Move&Touch技術原型的實現
2.1 坐標映射算法
通當手指在觸摸屏上進行滑動時，顯示屏上的指針移動速率需要適應不同的場景。例如在像素面積較小的區域進行最小化，關閉的操作，或者在播放器中調節音量時，指針的移動要做到精確、平穩，而當我們需要將光標從顯示屏的一端移動到另一段時，受到觸摸屏面積小的限制，要想以較少的滑動次數達到長距離移動的效果就必須設置相應的加速系數。因此，手指移動軌跡和顯示屏光標移動軌跡的映射關系需要設計相應的坐標轉換算法來實現。
圖1為手機和顯示屏的坐標系統。當手指在觸摸屏上滑動時，將會產生連續的指針拖動事件，手指接觸點的坐標值也在不斷變化，相鄰兩次事件間的坐標變化值記為ΔX、ΔY。顯示屏原坐標值為Xprev、Yprev，新坐標值為Xnew、Ynew，則新坐標值Xnew、Ynew由以下公式計算：
ST為轉換系數， ST的大小主要與手機屏幕分辨率和顯示屏的分辨率，以及需要的精確度和移動效率有關。
當手指滑動時，產生連續的MT_MOUSEMOVE事件，手指接觸點的坐標值也在不斷變化，相鄰兩次事件間的坐標變化值記為ΔX、ΔY。顯示屏指針原坐標值為Xprev、Yprev，新坐標值為Xnew、Ynew，則新坐標值Xnew、Ynew由公式（1）和（2）計算：
（1）
（2）
SV為加速系數，SV的大小決定了手指滑動速度對顯示屏指針移動速度的影響。SV的大小是由相鄰兩次事件間的坐標變化值ΔX、ΔY決定的，ΔX、ΔY的絕對值越大，表示手指滑動速度越快。因此，SV的大小可由公式（3）和（4）計算：
（3）
（4）
SV'為常量，其大小依賴于特定設備上ΔX、ΔY的大小。最終，新坐標值Xnew、Ynew由公式（5）和（6）計算：
（5）
（6）
2.2Move&Touch的標準輸入事件流
Move&Touch標準輸入事件流作為一種中間性的數據結構存在，使得Move&Touch在不同的操作系統之間具有好的可移植性，所有基于Move&Touch技術的系統平臺只要能夠處理標準的事件結構就能夠很好的響應用戶的操作。我們定義的Move&Touch標準輸入事件流的數據結構包含五個數據項：事件類型EventType、橫坐標x、豎坐標y、加速系數SV以及轉換系數ST。下面是每個數據項對應的鼠標動作：
事件類型EventType的數據類型為整形，包括五種值：MT_LBUTTONDOWN（按下左按鍵事件）、MT_RBUTTONDOWN（按下右按鍵事件）、MT_MOUSEMOVE（鼠標移動事件）、MT_LBUTTONDBLCLK（鼠標左鍵雙擊）、MT_MOUSEWHEEL（滑動滾輪）。
3 功能性測試
指針定位和對象選取的性能對系統的可用性有重要影響,具體測試方法如下：
測試任務為分別使用Move&Touch技術、筆記本觸摸板、藍牙鼠標進行對象選取操作。實驗對象要求完成一個基于ISO 9241-9標準的多方向點擊測試，此標準用于測試操作可視顯示終端的無鍵盤輸入設備的性能。如圖2所示，多方向點擊測試程序在窗口中顯示一系列小圓圈，這些小圓圈均勻排列成圓形，圓圈之間的距離相等。圓圈大小、數量、圓圈之間的距離、點擊順序都可以由程序控制，以改變任務的復雜度。若小圓圈被點擊中，則變成灰色。
在本系統的測試中，圓圈數量為19個，圓圈直徑為60像素，圓圈中心之間的距離為600像素，實驗對象要求按圖中所示順序依次點擊小圓圈，直到所有小圓圈都變成紅色即完成任務，指針初始位置在圓形中心。
4 結論與展望
本文研究了Move&Touch這種新穎自然的觸摸屏交互技術，為用戶提供了一種新得人機交互設備，系統具有較好的可用性，但尚需就以下問題進行進一步的研究：
1) 安全性。當前顯示屏交互技術存在的一個重要問題就是安全性。如果用戶可以隨意控制公共顯示屏，那么某些用戶可能會惡意修改顯示屏的信息和數據，因此，應建立一個完善的安全機制來約束用戶的使用權限。
2) 多點觸摸功能。多點觸摸功能的應用可以讓用戶直接對顯示屏端的對象進行放大、縮小、旋轉等操作，將極大地提高用戶的操作體驗。
3) 多用戶同時交互。目前該技術只支持單用戶交互，基于藍牙支持多個設備同時通信的特點和共享顯示屏的多用戶交互技術，將來的系統可以擴展為多用戶交互系統。
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(訊)BOTs時代即將到來，我們預計未來三到五年內，BOTs應用將滲透到各行各業，新的入口——工具——應用——平臺——生態格局將重構。
在計算機智能化，操作方式便捷化的人機交互進化方向上，虛擬機器人(BOTs)必將成為高級別人機交互的必經通道。App已經過多，長尾應用泛濫+用戶時間稀缺，導致大部分App被束之高閣，甚至成為僵尸應用。
據Gartner數據顯示，目前大約有38%的美國消費者習慣使用他們智能手機上的虛擬助理服務。據估計，截止到2016年底，這一數字在發達國家消費市場將會達到三分之二。所有的跡象都指向了一個人工智能帶來的變革：改變我們與一切事物的互動。
行業驅動因素，引發虛擬機器人爆發有3大因素：(1)硬件層面，移動終端的大規模普及是BOTs爆發的必要條件；(2)軟件層面，移動App數量繁多催生行業新痛點亟待解決，聊天軟件的高使用率使其成為人機交互通道的最佳入口；(3)技術層面，自然語言處理等人工智能技術發展速度加快，足夠支撐BOTs開發，巨頭的布局將加快工具和應用的迭代速度。
BOTs將滲透到各行各業中，形成新的行業生態。目前國際各IT巨頭爭相布局BOTs領域，國內BAT也不甘落后，BOTs進入蓬勃發展的階段。從鍵盤到圖形界面再到觸屏，每一次人機交互的變革都成就了一家巨無霸級別IT公司。
“BOTs經濟”可分為2B和2C兩大方向，整體來看BOTs市場會呈現出與當下App市場類似的格局，但技術成熟度、先發優勢、市場推廣等多方因素將導致市場新一輪洗牌。1、2B端，寡頭型平臺公司將瓜分聚合分發市場，同時，提供行業專屬智能解決方案的公司將會蓬勃發展；
2、2C端，新的平臺將有望異軍突起，針對不同的智能終端(手機、車載屏、智能家居等)的良好用戶體驗將重洗“入口”格局。3、從應用形式來看，BOTs未來將由純軟件向軟硬件結合的實體機器人發展；文字會先于語音被BOTs大規模應用。
作為“智能化的App”，BOTs盈利模式與移動App高度相似，總的說來仍然為產品、廣告、增值服務這3大類。
風險因素：技術成熟度及市場推廣低于預期。(來源：中銀國際證券 文/吳硯靖 編選：中國電子商務研究中心）
