《人机交互》配套教学课件

人机交互

Human-ComputerInteraction主要参考书郭亚军，金先级,《人机交互》,华中科技大学出版社,2005（面向21世纪计算机专业本科系列教材）董士海,王衡,《人机交互》,北京大学出版社，2004（高等院校计算机专业及专业基础课系列教材）孟祥旭，李学庆，《人机交互技术—原理与应用》,清华大学出版社，2004（高等学校教材-计算机科学与技术）教学目标

1.了解人机交互的概念和主要技术

2.增长知识,扩大视野

3.了解人机交互技术的进展和发展趋势

第一章绪论人机交互的概念人机交互的重要性人机交互的发展历史人机交互的发展趋势人机交互的范畴人机交互的研究内容1.1人机交互的概念人机交互是研究人、计算机以及它们相互影响的技术。 狭义的讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。1.1人机交互的概念人→机:人借助键盘、鼠标、操纵杆、数据服装、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等设备，用手、脚、声音、姿势或身体的动作、眼睛甚至脑电波等向计算机传递信息；机→人:计算机通过打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器（HMD）、音箱等输出或显示设备给人提供信息1.1人机交互的概念相关名词:人机界面:计算机与人之间通信和对话的接口，它作为计算机系统的重要组成部分，主要是指人类与计算机系统之间的通信方式，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。HCI(Human-ComputerInteraction)CHI(Computer-HumanInteraction)MMS(Man-MachineStudies)HMI(Human-MachineInterface)1.1人机交互的概念人机交互VS人机界面人机交互是指用户与计算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种符号和动作的双向信息交换。这里的“交互”定义为一种通信，即信息交换，而且是一种双向的信息交换，可由人向计算机输入信息，也可由计算机向使用者反馈信息。这种信息交换的形式可以采用各种方式出现，如键盘上的击键、鼠标的移动、显示屏幕上的符号或图形等，也可以用声音、姿势或身体的动作等。人机界面是指人类用户与计算机系统之间的通信媒体或手段，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。这里“界面”定义为通信的媒体或手段，它的物化体现是有关的支持软件和硬件，如带有鼠标的图形显示终端。人机界面也称用户界面

人机交互是通过一定的人机界面来实现的，在界面开发过程中，有时把它们作为同义词使用。1.1人机交互的概念人机交互技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题:它影响最终用户的使用、计算机的推广、以至人们的工作和生活。掌上设备、娱乐设备、保健医疗设备等新产品新概念层出不穷，这些高科技成果为人们带来便捷、快乐的同时，也促进着人机交互技术的发展。人机交互技术比计算机硬件和软件技术的发展要滞后许多，已成为人类运用信息技术深入探索和认识客观世界的瓶颈。1.2人机交互的重要性人机交互早期(史前期)世界上第一台数字计算机ENIAC在1943-1946年由美国宾州大学摩尔学院开发，1946年用于计算弹道方程的积分。当时计算机的程序采用联线的方法在小接线板上相互连接，后来用穿孔卡片和穿孔纸带，由专门的阅读器输入程序和数据。对计算机的操作和调试，是通过计算机控制面板上的开关、按键和指示灯来进行。1.3人机交互的发展历史作业控制语言及交互命令语言阶段(第一阶段)1963年由美国麻省理工学院成功地开发了第一个分时系统CTSS，并采用多个终端和正文编辑程序，广泛采用了“命令行”作业语言，极大地方便了程序员。这一阶段的人机界面特点是程序员可采用正文和命令的方式和计算机打交道，虽然要记忆许多命令和熟练地敲键盘，但已经可用较多的手段来调试程序，并且了解计算机执行的情况IBM-DOS,MS-DOS,CC-DOS,UC-DOS1.3人机交互的发展历史图形用户界面GUI阶段(第二阶段)1963年美国麻省理工学院I.Sutherland的Sketchpad系统开创了交互计算机图形学的新阶段。70年代Xerox公司在Alto计算机上首先开发了Smalltalk-80的多窗口程序设计环境，它采用高分辨率的图形显示器和新型的鼠标输入设备，应用了重叠型窗口、弹出型菜单、图符和剪贴等功能。80年代至90年代，苹果公司的MacIntosh计算机、微软公司的MS-Windows系统和麻省理工学院X-Window系统，1.3人机交互的发展历史网络用户界面的出现(GUI的一种特例)Internet将世界上各种信息无序地联系起来，形成WWW万维网,成为人们传递、交换信息的媒介和获取信息的宝库。人们怎样才能从这信息的海洋中去浏览和获取所需的信息？新的网络用户界面以超文本标记语言HTML及超文本传输协议HTTP为主要基础的网络浏览器是新的网络用户界面的代表，早期的Mosaic,Netscape公司的Communicator,到微软的IE，目前已经出现了一大批浏览器，它们与各种计算机窗口系统结合，形成了网络用户不可缺少的人机界面1.3人机交互的发展历史多通道智能用户界面阶段(第三阶段)以虚拟现实为代表的计算机系统的拟人化和以掌上电脑为代表的计算机的微型化和随身化，是当前计算机的两个重要的应用趋势。目前以鼠标和键盘为代表的人机界面技术是影响它们发展的瓶颈。利用人的多种感觉通道和动作通道（如语音、手写、表情、姿势、视线等输入），以并行、非精确方式与计算机系统进行交互，可以提高人机交互的自然性和高效性。以三维、沉浸感的逼真输出为标志的虚拟现实技术是多媒体、多通道界面的重要应用目标。多通道人机界面对我们既是一个挑战，也是一个极好的机遇1.3人机交互的发展历史人机界面发展中最有影响的事件和成果1963年发明鼠标器的美国斯坦福研究所的D.Engleberg，他预言鼠标器比其他输入设备都好，并在超文本系统、导航工具方面会有杰出的成果。10年后鼠标器经Xerox研究中心改进后，成为影响当代计算机使用的最重要成果！1963年美国麻省理工学院I.Sutherland开创了计算机图形学的新领域，随后美国布朗大学A.VanDam等人组织了SIGGRAPH,I.Sutherland还在1968年开发了头盔式立体显示器70年代当时在Xerox研究中心的AlanKay发明了重叠式多窗口系统，并提出了Smalltalk面向对象程序设计等思想1989年TimBerners-Lee在日内瓦的CERN用HTML及HTTP开发了WWW网，随后出现了各种浏览器（网络用户界面），使因特网飞速发展起来90年代美国麻省理工学院N.Negroponte（他早在30年前就提出了“交谈式计算机”概念）领导的媒体实验室在新一代多通道人机界面方面（包括语音、手势、智能体等），做了大量开创性的工作1.3人机交互的发展历史在五个发展阶段中，通常强调以下三个命令行界面(CLI)图形用户界面(GUI),也称WIMP界面多通道人机界面(MMI)1.3人机交互的发展历史1.4人机交互的发展趋势发展趋势:在未来的计算机系统中，将更加强调“以人为本”、“自然、和谐”的交互方式，以实现人机高效合作。具体来说，新一代的人机交互技术的发展将主要围绕集成化、网络化、智能化、标准化展开。1.4人机交互的发展趋势1.4人机交互的发展趋势集成化：多样化、多通道交互的集成多样化:桌面和非桌面界面，可见和不可见界面，二维与三维输入，直接与间接操纵.多通道:语音、手势、表情、眼动、唇动、头动、肢体姿势、触觉、嗅觉、味觉以及键盘、鼠标等交互手段将集成在一起.1.4人机交互的发展趋势网络化：无线互联网、移动通信网的快速发展，对人机交互技术提出了新的要求,无处不在的人机交互。新一代的人机交互技术需要考虑在不同设备、不同网络、不同平台之间的无缝过渡和扩展，支持人们通过跨地域的网络（WLAN、GSM/CDMA、PSTN与Internet等）在世界上任何地方用多种简单的自然方式进行人机交互，而且包括支持多个用户之间以协作的方式进行交互。1.4人机交互的发展趋势智能化：目前，用户使用键盘和鼠标等设备进行的交互输入都是精确的输入，但人们的动作或思想等往往并不很精确，人类语言本身也具有高度模糊性，人们在生活中常常习惯于使用大量的非精确的信息交流。因此，在人机交互中，使计算机更好地自动捕捉人的姿态、手势、语音和上下文等信息，了解人的意图，并做出合适的反馈或动作，提高交互活动的自然性和高效性，使人机之间的交互像人与人交互一样自然、方便，是计算机科学家正在积极探索的新一代交互技术的一个重要内容1.4人机交互的发展趋势标准化：目前，在人机交互领域，ISO已正式发布了许多的国际标准，以指导产品设计、测试和可用性评估等。2002年2月，W3C（WorldWideWebConsortium）国际组织成立了“多通道交互”工作小组（MultimodalInteractionWorkingGroup），开发W3C新的一类支持移动设备MMI的协议标准。目前已有42家大型IT企业或单位参加该小组，参与制定相关协议标准。该小组成员覆盖了几乎所有计算机软硬件、移动通信、家电的大型厂商1.5人机交互的范畴认知心理学与人机工程学是人机交互技术的指导哲学多媒体、虚拟现实和人工智能等技术与人机交互技术相互交叉和渗透软件工程是人机交互的实现技术1.5人机交互的范畴1.5人机交互的范畴:多媒体技术多媒体输入:

将文字、声音、图形、静止图像、动态图像等集成在一起,多模态多通道输入。多媒体输出:

引入动画、音频、视频等动态媒体，丰富了计算机表现信息的形式，提高了用户接受信息的效率，使人们可以得到更直观的信息。多媒体信息处理:

多媒体信息融合,单一媒体的分析处理。目前多媒体技术的研究基本上限于信息的存储和传输方面，而对于媒体信息理解的研究并不充分。与人工智能技术结合，开展媒体理解和推理研究将改变这种现状。1.5人机交互的范畴:多媒体技术多通道人机交互研究的兴起，进一步提高计算机的信息识别、理解能力，提高人机交互的效率和用户友好性，将人机交互技术和用户界面设计引向更高境界,多通道系统力求对语义的理解。从人机交互的角度,应用人工智能对用户的原始输入在较高的层次上进行解释、分析和综合，提取语义内容，达到对用户的某种理解。然后，从较高的表现层次上传达给用户最恰当的反馈，它侧重于信息的理解和解释。1.5人机交互的范畴1.5人机交互的范畴:人工智能1.5人机交互的范畴虚拟现实（VirtualReality，VR）就是借助于计算机技术及硬件设备，建立高度真实感的虚拟环境，使人们通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感官在其中看、听、触、闻起来像真实的，以产生身临其境的感觉的一种技术。虚拟现实技术的特征：真实感、沉浸感和交互性。1.5人机交互的范畴:虚拟现实技术自然和谐的交互方式是虚拟现实技术的一个重要研究内容，其目的是使人能以声音、动作、表情等自然方式与虚拟世界中的对象进行交互。人机交互并不是虚拟现实的全部，复杂场景的建模、绘制等技术，也是虚拟现实非常重要的研究内容。1.5人机交互的范畴1.5人机交互的范畴:虚拟现实技术1.5人机交互的范畴认知心理学（CognitivePsychology）是20世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，在20世纪70年代成为西方心理学的一个主要研究方向。它研究人的高级心理过程，主要是认识过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。1.5人机交互的范畴:认知心理学从心理学的观点研究人机交互的原理，该领域研究包括如何通过视觉、听觉等接受和理解来自周围环境的信息的感知过程，以及通过人脑进行记忆、思维、推理、学习和解决问题等人的心理活动的认识过程。1.5人机交互的范畴:认知心理学1.5人机交互的范畴人机工程学（Ergonomics）是运用生理学、心理学和医学等有关知识，研究人、机器、环境相互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，从而提高整个系统工效的新兴边缘科学。1.5人机交互的范畴:人机工程学经典的人机工程学称为硬件人机工程学，主要集中在对人体能力、人体限制及其他与设计相关的人体特性信息的应用，以满足设计、分析、测试与评价、标准化，以及系统控制的要求。软件人机工程学研究软件和软件界面，侧重于运用和扩充软件工程的理论和原理，对软件人机界面进行分析、描述、设计和评估等。主要解决设计、标准化、增强软件的可用性的方法等，使软件（计算机）与人的对话能够满足人的思维模式与数据处理的要求，实现软件的高可用性。1.5人机交互的范畴:人机工程学1.5人机交互的范畴软件的设计软件的实现软件的测试软件的开发管理1.5人机交互的范畴:软件工程1.6人机交互的研究内容人机交互的三元素人(指导哲学)交互设备交互软件交互的人人机工程学(指导人机系统的硬件与环境设计)认知心理学(指导人机系统的软件设计)交互设备笔式交互设备语音交互设备视觉交互设备虚拟环境中的交互设备

交互设备举例触觉交互设备交互技术与软件1.多种独立模态的交互技术精确交互:数据交互,键盘,鼠标非精确交互:语音、手势、眼神、表情等自然的交互方式1.6人机交互的研究内容(交互技术)2.智能用户界面(多模态信息融合)智能用户界面的最终目标是使人机交互和人人交互一样自然、方便。上下文感知、眼动跟踪、手势识别、三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言理解等都是智能用户界面需要解决的重要问题。多通道整合是智能用户界面研究的重点,主要研究多通道交互界面的表示模型、多通道交互界面的评估方法以及多通道信息的融合等。3.虚拟现实中的人机交互(3D交互)“以人为本”的、自然和谐的人机交互理论和方法是虚拟现实的主要研究内容之一。通过研究视觉、听觉、触觉等多通道信息融合的理论和方法、协同交互技术以及三维交互技术等，建立具有高度真实感的虚拟环境，使人产生“身临其境”的感觉本章小结人机交互的概念人机交互的重要性人机交互的发展历史人机交互的发展趋势人机交互的范畴人机交互的研究内容第2章人机交互设备45本章主要内容人机工程学输入设备：文本输入设备；语音输入设备；指点输入设备；图像/视频输入设备输出设备：显示器；数字纸/打印机/绘图仪；音响/喇叭虚拟现实交互设备462.1人机工程学

人机工程学是研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。47人机环境人机工程学其它名词人类工程学（HumanEngineering）人因工程学(HumanFactorsEngineering)欧洲称之为人机工程学/人类工效学（Ergonomics），48人机系统组成人子系统包括感觉器官、中枢神经系统及运动器官三大部分;机子系统包括操作器（控制器,键盘）、主机及显示器三大部分;人机界面负责人机子系统之间的信息传递;环境是人机系统运行的外界条件。49人子系统人机界面机子系统环境人机系统设计步骤

(1)

需求分析明确目标，即用户是“谁”，人机系统所应具备的功能、条件，包括可用条件、制约条件及环境条件等。(2)

调查研究包括预测和确定目标，对同类系统的调查研究。(3)

系统分析规划在明确系统目的和条件基础上，分析和规划系统的功能，并按人机两者进行分配。(4)

系统设计这个阶段完成具体的设计，设计中要考虑人的因素，要保证人机的适应性，并制定人机系统操作步骤、方法及制定人员培训计划。(5)

测试对构成系统进行试运行，并评价系统的安全性、可靠性、舒适性等指标，如果获得用户认可则可提交生产。(6)人机系统生产制造及提交使用。

50人机工程学研究内容研究人与机器之间的分工与配合；研究机器如何能更适合人的操作和使用，以提高人的工作效率，减轻人的疲劳和劳动强度；研究人机系统的工作环境对操作者的影响，用以改善工作环境；研究人机之间的界面，信息传递以及控制器和显示器的设计等等。51人机比较与分工5210s内能输出1.5kW,以0.15kW的输出能连续工作一天，并能作精细的调整具有与认知直接联系的高级检测能力，缺少标准，会出偏差，具有味觉、嗅觉、触觉空间自由度高，协调性好，可在三维空间进行多种运动具有特征抽取、综合、归纳、模式识别、联想、发明创造等高级思维能力及丰富的经验比较项目机的特性人的特性物理方面的功率能输出极大和极小的功率，但不能像人手那样精细地调整检测物理量检测范围广，可正确检测像电磁波这样人不易检测的物理量操作在速度、精度、力度、操作范围、耐久性等方面比人优越，能处理液体、气体、粉状体等物信息处理能力在事先编程的情况下可进行高级、准确的数据处理，记忆准确、持久，调出速度快53比较项目机的特性人的特性易疲劳，需要适当休息、保健、娱乐，很难长时间保持紧张状态，不适应从事刺激小、单调乏味的作业容易出差错；如果有时间和精力，可以处理意外事件，自我维护力强单通道耗费能源小，但要吃饭，需要教育和训练，必须采取绝对的安全措施图形识别图形识别能力强耐久性、持续性、可维护性由成本决定；需维护保养，可进行单调的反复作业，不会疲劳可靠性由成本决定；对事先设计的作业有高可靠性，对预料之外的事件无能为力。一个零件的损坏，可导致整机失灵；特性能保持不变通道能够进行多通道的复杂动作效率需外加功率；简单作业速度快、准确，新机械从设计、制造到运转需要时间；即使坏了也不要紧图形识别能力差成本需要购置费，运转、保养费；机械不使用仅失去机械本身的价值需要人工费用、工资等；如果发生意外，会危及生命人机系统设计要求考虑的问题

人机系统应该能满足以下要求：

(1)

达到预定的目的，完成预定的任务。

(2)

人机都能发挥各自的作用并协调一致地工作；

(3)

系统提供接收输入和完成输出的功能，并具备协调功能。

(4)

系统设计应考率环境因素影响，例如厂房结构、工作场地布局、照明、温度、湿度、噪声等。

(5)

人机系统应充分适应人的特性，让人容易学习、操作、使用系统，充分发挥系统效能。54设计时应考虑的问题

(1)

为了满足系统设计目标必须提供什么输入和输出？(2)

为产生系统输出需要什么操作？(3)

人机之间的功能如何分工？(4)

人要完成操作需要什么样的训练和技能？构成的人机系统需要提供哪些方法帮助人接受训练和获得技能？(5)

需要系统完成的任务能否与人的能力相容？要避免人在过负荷状态下的操作；(6)

人要完成作业需要什么样的设备接口？这是考虑人的因素的最重要的问题。(7)

人机子系统工作能否协调？是相互帮助还是相互妨碍？55界面设计中的人机工程学原则在人机界面设计中，根据人接受信息的感觉通道不同，可将显示界面分为视觉显示界面听觉显示界面触觉显示界面其中以视觉和听觉显示界面最为广泛。56视觉显示界面设计原则视觉显示器必须保证三项基本要求：能见性清晰性可识性57视觉显示器的设计须遵循的原则：(1)

选用最适宜的视觉刺激维度作为传递信息的代码，并将视觉代码的数目限制在人的绝对辨识能力允许的范围内。(2)

使显示器精度与人的视觉辨认能力相适应。(3)

尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示格式。(4)

对同时呈现的相互关联的信息尽可能实现综合显示，以提高显示效率。(5)

目标与背景之间要有适宜的对比关系，包括亮度对比、颜色对比和形状对比等。(6)

具有良好的环境照明条件，以保证对目标的准确辨认。(7)

根据任务的性质和使用条件，确定视觉显示器的尺寸和安放位置。(8)

要与系统中其他显示器和控制器在空间关系和运动关系上相兼容。58听觉显示器听觉显示器是利用声音通过人的听觉通道向人传递信息的装置，可分为声音听觉显示器和言语听觉显示器两大类。与视觉通道相比，听觉具有易引起人的随意注意，而且反应速度快和不受照明条件限制等突出的优点。59优化听觉显示器的设计应遵循的原则(1)

听觉刺激所代表的意义一般应与人们已经习惯的或自然的联系相一致。(2)

采用声音的强度、频率、持续时间等维度作信息代码时，应避免使用极端值，而且代码数目不应超过使用者的绝对辨识能力。(3)

信号的强度应高于背景噪声，要保持足够的信噪比，以防止声音掩蔽效应带来的不利影响。(4)

尽量使用间隔或可变的声音信号，要避免使用稳定信号，使对声音信号的听觉适应减至最小。(5)

不同声音信号应尽量分时段呈现，其时间间隔不易短于1s。(6)

显示复杂的信息时，可采用两级信号。第一级为引起注意的信号，第二级为精确指示的信号。(7)

对不同场合使用的听觉信号尽可能标准化。60触觉/控制界面设计

控制界面主要指各种操作装置，包括手动操纵装置和脚动操纵装置。常见的有旋钮、摇柄、按钮、手柄按键等。在这些界面设计中需要人给予一定力的作用，并且这些力都需要一定的信息反馈。61显控协调性设计

显控协调性是指显示和控制的关系与人们的期望的一致性。对于显示与控制的协调性设计，应根据人机工程学原理和人的习惯定式等生理、心理特点，并遵循以下的原则：62显示与控制的协调性设计原则1.空间协调性

显示与控制在空间位置上的关系与人的期望的一致性。

2.运动协调性

显示指示部分的运动、所控制变量的增减方向是决定关系协调性的重要因素。3.概念协调性概念协调性是指显示与控制在概念上与人的期望的一致性。例如绿色通常表示安全，黄色表示警戒，红色表示危险。4.习惯模式

习惯模式是下意识和“自动”的行为，是一种条件反射。63数字化人机工程

数字化人机工程主要包括：人机工程咨询人机工程仿真人机工程评价64人机工程咨询目前，基于人体测量等技术而建立起来的人体数据咨询系统软件较多，系统包括各种国别、年龄、性别的人体测量学数据。如英国OpenErgonomics公司开发的PeopleSize2000人体数据咨询系统。它包括英国儿童（从出生起）、成年人的尺寸以及其他一些国家人的尺寸，其中包括部分中国人人体尺寸（18～45岁）。基本覆盖了英国的各个阶层，并同时包括人体全身尺寸、人体头部尺寸、手部尺寸、足部尺寸等。利用这些人体测量数据库，他们进行了一些人体姿势分析，座椅等的设计，为民航、铁路、汽车、国防、劳动安全等服务。

65人机工程仿真通过虚拟环境，分别从生理学、运动学等对人体的各种工作方式进行仿真。虚拟人体最基本的动作包括：头部运动、抓举、行走、坐姿、弯腰、后倾、搬运、负荷、视域等。仿真与评价往往是结合在一起的。

66人机工程评价Delima公司（国际上较早的数字化企业）已经将3D虚拟人体融入到从过程计划、成本预算、质量控制、人机分析到数字化制造中；另外，基于开放的C商业平台(openc-commerceplatformOCP)，EDSUnigraphics公司提出了e-Factory概念，也将虚拟人作为咨询、仿真、评价的一个重要因素。Transom公司开发的TransomJACK人机工程软件可以评价安全姿势、举手与能量消耗、疲劳与体力恢复、静态受力、人体关节移动范围等人机工程性能指标。由于JACK具有的优势，已经在航空、车辆、船舶、工厂规划、维修、产品设计等领域广泛应用。67输入设备682.2文本输入设备文本输入是人机交互输入的重要组成部分;键盘输入是最常见、最主要的文本输入方式;手写、语音是更自然的文本输入方式。691.键盘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。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了更多人性化的人机工程学考虑。70键盘的布局QWERTY键盘布局19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。DUORAK键盘布局20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。71人性化设计的多功能集成键盘

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。键盘正上方设计的快捷键，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。

72人机工程学键盘是在标准键盘基础上将指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（NaturalKeyboard）。732.手写设备74(手写板+手写笔+手写汉字识别软件)手写板电阻式压力手写板：几乎已经被淘汰电磁式感应手写板：目前市场主流产品电容式触控手写板：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。75手写板的评测指标压感级数：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。精度：精度又称分辨率，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书写面积：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：76mm×51mm、76mm×114mm、10mm×13mm和11mm×15mm76手写笔有线笔: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。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，同时也较少出现故障。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。77手写汉字识别软件除了硬件外，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。783.语音文本输入设备

(麦克风+声卡+语音识别软件)

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”;语音录入并不限于输入文本,其中还有身份,情绪,健康状况等多种信息。793.语音文本输入设备

麦克风+声卡+语音识别情感分析身份认证软件在语音录入过程中所涉及的设备主要是麦克风和声卡语音识别、情感分析、身份认证是语音输入的核心技术80麦克风/话筒对于语音的输入，麦克风/话筒是最基本的设备。81麦克风技术为了过滤背景杂音，达到更好的识别效果，许多麦克风采用了NCAT（NoiseCancelingAmplificationTechnology）专利技术。NCAT技术结合特殊机构及电子回路设计以达到消除背景噪音，强化单一方向声音（只从配戴者嘴部方向）的收录效果，是专为各种语音识别和语音交互软件设计的，提供精确音频输入的技术，采用NCAT/NCAT2技术的麦克风会着重采集处于正常语音频段（介于350Hz---7000Hz）的音频信号，从而降低环境噪音的干扰。82声卡

声卡的功能是一种安装在计算机中的最基本的声音设备，是实现声波／数字信号相互转换的硬件:可把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，完成对声音信息进行录制与回放。声卡的结构声卡可分为模数、数模转换电路两部分:模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采集到的模拟声音信号转换为计算机能处理的数字信号；而数模转换电路负责将计算机使用的数字声音信号转换为耳机、音箱等设备能使用的模拟信号。

83声卡拥有的接口：LINEOUT（或者SPKOUT）用于连接音箱耳机等外部扬声设备，实现声音回放；MICINOUTMICIN用于连接麦克风，实现录音功能；LINEINLINEIN则是把外部设备的声音输入到声卡中游戏杆（外部MIDI设备接口）84与声卡相关的重要概念

声音的采样采样的位数决定了声音采集的质量。采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度，这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音也越真实16位声卡能将声音分为64K个精度单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，造成较大的信号损失采样的频率采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高则声音的还原就越真实越自然。在当今的主流声卡上，采样频率一般分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级85声道数声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果，用户可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向，从而使音乐更富想象力，更加接近于临场感受。四声道环绕音频技术较好实现了三维音效，四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。862.3图像/视频输入设备

图像输入是人与计算机交互的另外一个重要组成部分;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；而摄像头则是捕捉动态场景最常用的工具。871.扫描仪光电、机械一体化的高科技产品独特的数字化“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应用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。88扫描仪的性能指标(1)分辨率: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。DPI是指用扫描仪输入图像时，在每英寸上得到的像素点个数。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;分辨率为1200DPI的扫描仪，往往其光学部分的分辨率只占400～600DPI。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;89扫描仪的性能指标(2)扫描速度:扫描速度决定了扫描仪的工作效率.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2~3分钟。90平板式扫描仪的结构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。912.摄像头数码摄像头的用途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。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。922.衡量数码摄像头的关键因素感光元器件大多为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,价格高附加金属氧化物半导体组件（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，CMOS）大多应用在一些低端视频应用中，价格低像素数：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，目前则以百万像素为主932.衡量数码摄像头的关键因素解析度：分为照像解析度和视频解析度

：有352×288、320×240、176×144、160×120等规格目前一般产品的解析度是640×480视频速度：视频速度和视频解析度是直接相关的，基本成反比关系如640×480解析度可达12.5帧／秒（FramesPerSecond，FPS），

352×288的解析度可得到30FPS，真正获取流畅的视频

镜头：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942.4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。鼠标是最常用的一种指点输入设备,另外还有触摸板、控制杆、光笔、触摸屏、手写液晶屏、眼动跟踪系统等。951.鼠标1963年，美国DouglasEnglebart发明了鼠标器。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。96鼠标的分类1）机械式鼠标工作原理：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。

972）光电式鼠标

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。

98鼠标与其接口的发展串行接口设计(梯形9针接口)；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)；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；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;BlueTooth无线鼠标.99鼠标的按键发展从按键而言，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，目前的鼠标以三键滚轮鼠标为主。虽然鼠标的发展速度和其他输入设备相比似乎慢了许多，但是鼠标对计算机操作带来的巨大便利，决定了其在短时间内是难以被完全替代的。1002.触摸板（Touchpad）

触摸板能够在一定的区域内（通常是50~75毫米长度）感应接触，将这种接触信号转发给计算机处理。目前，触摸板已应用到笔记本电脑上，可以替代鼠标。触摸板通过电容感应来获知用户的手指移动情况，对手指热量并不敏感。

同鼠标相比，触摸板的使用更加灵活，在使用过程中，通过更多的配置，可以得到更强的功能。

1013.控制杆

控制杆很适宜于跟踪目的（即追随屏幕上一个移动的目标）的原因是移动对应的光标所需的位移相对较小，同时易于变换方向。

控制杆的移动导致屏幕上光标的移动。根据两者移动的关系，可以将其分为两大类：位移定位和压力定位。对于位移定位的游戏杆，屏幕上的光标依据游戏杆的位移而移动

1024.光笔

光笔是一种较早用于绘图系统的交互输入设备，它能使用户在屏幕上指点某个点以执行选择、定位或其他任务。光笔和图形软件相配合，可以在显示器上完成绘图，修改图形和变换图形等复杂功能。光笔的形状和普通钢笔相似，它由透镜、光导纤维、光电元件、放大整形电路和接触开关组成。103光笔的优缺点

光笔的优点不需要特殊的显示屏幕，与触摸屏的设备相比较，价格便宜许多；在一些不适宜使用鼠标的地方，可以起到替代作用。光笔的缺点手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分；会造成手腕的疲劳；光笔不能检测黑暗区域内的位置；会因房间背景光的影响，光笔产生误读现象。1045.触摸屏

触摸屏作为一种特殊的计算机外设，提供了一种简单、方便、自然的人机交互方式，在某些应用中，可以代替鼠标或键盘。触摸屏目前主要应用于公共信息的查询，如电信、税务、银行、电力等部门的业务查询，城市街头的信息查询。此外还可以应用于工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学等方面。105触摸屏的分类可以把触摸屏分为四种：电阻式电容感应式红外线式表面声波式每一类触摸屏都有其各自的优缺点。

1066.手写液晶屏

手写液晶屏是液晶矩阵显示技术和高灵敏度电磁压感技术的完美结合，可以在屏幕上直接用压感笔实现高精度的选取、绘图、设计制作。液晶屏幕上除了具备一般的液晶显示屏的特征以外，在最上面还附有一层特制保护层，确保在书写过程中，屏幕保持平整不变形，液晶原来的画质毫不受损，同时具有高耐久性。

1077.眼动跟踪系统

眼动跟踪系统允许用户仅仅通过凝视的手段来控制计算机选择物体。眼动跟踪系统需要利用较为复杂的硬件设备以及软件算法。

108眼动跟踪系统工作原理首先，用四个L形的红外线发光器，在眼睛里产生一些亮点；然后利用一个广角摄像头获取脸部图像，快速确定眼睛的位置，再利用一个视野较小，分辨率较高的摄像头拍摄眼睛的高分辨率图像；最后，分析眼睛的图像,计算瞳孔中心和亮点的位置，通过计算瞳孔中心和亮点确定的矢量，确定视线方向。109输出设备

1102.5显示设备

显示器是计算机的重要输出设备，是人机对话的重要工具。它的主要功能是接收主机发出的信息，经过一系列的变换，最后以光的形式将文字和图形显示出来。常用的显示设备如显示器、数字纸/打印机/绘图仪。1111.显示器

光栅扫描型（Rasterscan）显示器，以点阵形式表示图形，采用专门的帧缓冲区存放点阵，缓冲区按照矩形网格排列，每个网格点对应显示器上的一个象素。由视频控制器负责刷新扫描，当扫描到显像管表面时，根据对应的缓冲区中的值，显示不同的灰度和颜色，此类显示技术称为位图（Bitmap）显示。112液晶显示器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113等离子显示器等离子显示器诞生于二十世纪60年代，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。1142.数字纸

数字纸是一种仍处于试验阶段的显示技术。数字纸是一种薄的，柔软的介质，如同一般的计算机屏幕一样，可以利用电子仪器在上面书写，不同的是，即使没有了能量，它也能保存已经书写的内容。

有若干技术应用于数字纸的研究。其中之一是将介质的表面布满小的球体，一面是黑色的，另一面是白色的。电子进入介质后，会使得小球旋转，呈现出黑色或白色。当电子信号消失后，小球保持其最后的朝向。目前的数字纸的分辨率可以到达100dpi，并可以显示不同的灰度和颜色。

1152.6语音输出设备

语音作为一种重要的交互手段，日益受到人们的重视。对于语音的输出，耳机/音响/喇叭以及声卡是最基本的设备。1161.耳机

耳机结构：耳机结构可以分为封闭式、开放式、半开放式三种频响范围：耳机能够放送出的频带的宽度，国际电工委员会IEC581-10标准中高保真耳机的频响范围应当能够包括50Hz到12500Hz之间灵敏度指在同样响度的情况下，需要输入功率的大小，灵敏度越高所需要的输入功率越小117阻抗是耳机交流阻抗的简称，台式机或功放、VCD、DVD、电视等器械上，常用到的是高阻抗耳机，各种便携式随身听，例如CD、MD或MP3，一般会使用低阻抗耳机

谐波失真是一种波形失真，在耳机指标中有标示，失真越小，音质也就越好。一般的耳机应当小于或略等于0.5%。1182.声卡-声音合成设备声卡的功能是一种安装在计算机中的最基本的声音合成设备，是实现声波／数字信号相互转换的硬件，可把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，完成对声音信息进行录制与回放。声卡的结构声卡可分为模数、数模转换电路两部分:模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采集到的模拟声音信号转换为计算机能处理的数字信号；而数模转换电路负责将计算机使用的数字声音信号转换为耳机、音箱等设备能使用的模拟信号。

119波表合成波表（WAVETABLE）将各种真实乐器所能发出的所有声音（包括各个音域、声调）录制下来，存贮为一个波表文件。播放时，根据MIDI文件记录的乐曲信息向波表发出指令，从“表格

”中逐一找出对应的声音信息，经过合成、加工后回放出来。采用真实乐器的采样，所以效果较好。一般波表的乐器声音信息都以44.1KHz、16Bit的精度录制，以达到最真实回放效果。理论上，波表容量越大合成效果越好。

120虚拟现实交互设备

1212.7虚拟现实交互设备

虚拟现实系统要求计算机可以实时显示一个三维场景，用户可以在其中自由的漫游，并能操纵虚拟世界中一些虚拟物体。除了一些传统的控制和显示设备，虚拟现实系统还需要一些特殊的设备和交互手段，来满足虚拟系统中的显示、漫游以及物体操纵等任务。1221.三维空间定位设备(输入设备)

三维交互设备最基本的特点是具有六个自由度。常见的三维输入设备主要有以下几种：1.空间跟踪定位器2.数据手套（DataGlove）3.三维鼠标4.触觉和力反馈器

123(1)空间跟踪定位器空间跟踪定位器或称三维空间传感器是一种能实时地检测物体空间运动的装置可以得到物体在六个自由度上相对于某个固定物体的位移，包括：X、Y、Z坐标上的位置值，以及围绕X、Y、Z轴的旋转值（转动，俯仰、摇摆）。124空间跟踪定位器的主要性能指标定位精度：指传感器所测出的位置与实际位置的差异位置修改速率：指传感器在一秒钟内所能完成的测量次数延时：指被检测物体的某个动作与传感器测出该动作时间的间隔125(2)数据手套（DataGlove）数据手套一般由很轻的弹性材料构成，紧贴在手上。整个系统包括位置、方向传感器和沿每个手指背部安装的一组有保护套的光纤导线，它们检测手指和手的运动。数据手套将人手的各种姿势、动作通过手套上所带的光导纤维传感器，输入计算机中进行分析。这种手势可以是一些符号表示或命令，也可以是动作。手势所表示的含义可由用户加以定义。在虚拟环境中，操作者通过数据手套可以用手去抓或推动虚拟物体，以及做出各种手势命令。

126(3)三维鼠标三维鼠标能够感受用户在六个自由度的运动，包括三个平移参数和三个旋转参数。其装置比较简单：一个盖帽放在带有一系列开关的底座上。转动这个小球或侧方向推动这个小球时，如向上拉它、向下压它，使它向前或向后等。三维鼠标将用户的这些动作传送给计算机，从而进一步控制虚拟环境中的物体的运动。127128Logitech公司的Magellan3DController，它可提供x,y,z,a,b,c六个自由度，并附有九个按钮。Magellan的外观设计充分考虑了功效学的原则，用户长时间操作不容易感到疲劳，用户只要轻轻搓动其上的盖帽便可在屏幕上平移和旋转三维物体，松手后盖帽会自动恢复到初始位置。(4)触觉和力反馈器(振动触感式反馈器)129虚拟现实系统必须提供触觉反馈，以便使用户感觉到仿佛真的摸到了物体。但是由于人的触觉非常敏感，精度一般的装置根本无法满足要求。

另外，对于触觉和力反馈器，还要考虑到模拟力的真实性、施加到人手上是否安全以及装置是否便于携带并让用户感到舒适等问题。目前已经有一些关于力学反馈手套、力学反馈操纵杆、力学反馈笔、力学反馈表面等装置的研究

1302.沉浸感显示设备

立体视觉技术是虚拟现实的一种极重要的支撑技术。人是通过右眼和左眼所看到物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像。立体影像生成技术主要有两种：主动式立体模式和被动式立体模式。131显示模式主动式模式用户的左右眼影像将按照顺序交替显示，用户使用LCD立体眼镜保持与立体影像的同步，这种模式可以产生高质量的立体效果。HMD被动式模式需要使用两套显示设备以及投影设备分别生成左右眼影像并进行投影，不同的投影分别使用不同角度的偏振光来区别左右眼影像，用户使用偏振光眼镜保持立体影像的同步。132虚拟现实立体显示系统(1)头盔式立体显示系统（HeadMountedDisplay，HMD）是一种立体图形显示设备，可单独与主机相连以接受来自主机的三维虚拟现实场景信息。

目前最常用的头盔显示器是基于液晶显示原理的，最早如美国VPL公司于1992年推出的Eyephone，它在头上装有一个分辨率为360×240象素的液晶显示器，其视野为水平100度。

133头盔分单通道和双通道两种:单通道的头盔显示器上装有一个液晶显示器并显示同一幅图像；双通道的头盔显示器上装有两个液晶显示器，左边的液晶屏显示来自主控计算机生成的左眼图像，右边的液晶显示屏显示来自主控计算机生成的右眼图像，每一幅的图像的显示刷新速度都在60Hz以上，两幅图像在两个液晶屏之间快速切换显示，根据立体成像原理，观察者就可以看到立体图像

134头盔式显示器使用方式为头戴式，辅以空间跟踪定位器可进行虚拟场景输出效果的观察，同时观察者可做空间上的移动，如自由行走、旋转等。两个显示屏幕处于用户佩戴的头盔中，分别覆盖用户双眼的视野，使得用户只能够感知来自计算机所生成的图像，沉浸感极强。135(2)吊杆式双筒虚拟现实显示系统（BinocularOmni-OrientationMonitor，BOOM）BOOM把两个独立的显示器捆绑在一起，用户可以用手操纵显示器的位置，以观察一个可移动、宽视角的虚拟空间。BOOM的显著优点是分辨率较高，高端产品的分辨率是1280×1024像素。BOOM的另外优点包括：没有延迟和噪声，对用户无佩戴重量方面的负担。136(3)洞穴式显示环境

（CaveAutomaticVirtualEnvironment，CAVE）它可提供180o的宽视域和2000×2000以上的高分辨率,给用户提供了前所未有的，带有震撼性的沉浸感；它允许用户在虚拟空间中走动，而不用佩戴笨重的设备；它允许在同一个环境中存在多个用户，而且用户间可以自然地交互；一次能显示大型模型，如汽车、房屋等，而HMD则需要头部运动才能看到完整的模型。137四面的洞穴式虚拟现实环境对于处在系统内的用户来说，投影屏幕将分别覆盖用户的正面、左右以及底面视野。系统支持多用户可以允许多人走进CAVE中，用户戴上立体眼镜便能从空间中任何方向看到立体的图像。CAVE实现了大视角、全景、立体、且支持多人共享的一个虚拟环境。

1386个投影面的CAVE系统能够完全覆盖用户的视野范围，使用户能够完全沉浸于所生成的虚拟环境。另外，也有投影到圆柱状或环绕投影面的系统，主要应用于虚拟剧场，提供对多用户的支持。1393.协同工作的虚拟现实场景支持异地用户协同工作的虚拟现实场景:

多种显示环境，三个网络用户分别使用BOOM（左上），CAVE（右上），以及HMD（右下）系统在同一个场景中进行交互，每个用户看到的虚拟场景都是根据自己的视点计算得到的，用户通过自己在虚拟环境中的替身(avatar)同其他用户交互。每个用户同时可以使用不同的交互设备同其他用户自由的交流与协作。140141输入设备：文本输入设备；语音输入设备；图像输入设备；指点输入设备等输出设备：显示器；数字纸/打印机；声音的输出等虚拟现实系统中的交互设备

本章小结第3章交互的人本章提要认知心理学介绍:感觉／感知，知觉／认知感知对交互界面设计的要求认知对交互界面设计的要求(指导人机系统的软件设计)一.认知心理学介绍认知心理学研究人们如何获得外部世界信息，信息在人脑内如何表示并转化为知识，知识怎样存储又如何用来指导人们的注意和行为。

1.认知过程

认知心理学涉及从感觉到知觉的心理活动的全部过程感知--感觉、注意/关注认知--识别、记忆、想象、表象/回忆、概念/知识表征与组织、思维推理、规划决策、语言(阅读、说话和聆听)、情绪、性格、气质、学习和发展等。认知心理学物质基础—神经系统神经系统的组成1.中枢神经系统:脑,脊髓2.周围神经系统脑和脊髓发出的末梢,分布于身体各器官的组织神经系统，包括脊神经、脑神经和植物性神经2.感觉刺激作用于感觉器官，经过神经系统的信息加工所产生的对该刺激物个别属性的反映。客观事物具有许多个别属性，这些个别属性在人脑中的反映就是感觉。2.1感觉的作用感觉是人们认识世界的开端感觉是维持正常心理活动的保障2.2感觉的类别外部感觉:

由机体以外的客观刺激引起、反映外界事物个别属性的感觉,。内部感觉:

由机体内部的客观刺激引起、反映机体自身状态的感觉。2.2.1外部感觉的类别视觉听觉嗅觉味觉肤觉/触觉2.2.2内部感觉的类别运动觉/动觉平衡觉/静觉机体觉/内脏觉2.3感觉特性（1）感觉的适应性（2）感觉对比

（3）不同感觉的相互作用（4）联觉（5）感受性的补偿与发展3.知觉知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的各个部分和属性的整体反映，在感觉的基础上产生，是对感觉信息整合后的反映，是对感觉信息组织和解释的过程。知觉是根据感觉和个体主观状态所提供的补充经验，对感觉信息加工、推论和理解的过程。感觉是知觉的基础，知觉是感觉的深入，感觉和知觉是紧密联系的心理活动过程。3.1知觉类别(1)空间知觉--对物体形状、大小、远近、方位等空间特性获得的知觉(2)时间知觉--在不使用任何计时工具情况下，对时间长短、快慢等变化的感受与判断。(3)运动知觉--对空间物体运动特性的知觉。依赖于对象运行的速度、距离以及观察者本身所处的状态。(4)错觉--对不符合刺激本身特征的失真的或扭曲事实的知觉经验明暗错觉颜色错觉大小错觉形状错觉运动错觉似动现象空间错觉直线透视

重叠

明暗3.2知觉特性(1)知觉的相对性(2)知觉的选择性(3)知觉的整体性

(4)知觉的恒常性

(5)知觉的组织性

(6)知觉的理解性

(7)知觉定势二.感知对人机交互界面设计的要求视觉---视觉感知/视觉关注听觉---听觉感知/听觉关注触觉---触觉感知/触觉关注关注关注就是在某个时刻，从众多可能的事物中选择一个，并把精力集中在这个事物上。举例：彩民对彩票中奖号码的关注，如果通过收听广播来获得号码，这就是一个“听觉关注”；如果通过查找报刊来获得号码，这就是一个“视觉关注”。从这里也可以看出，关注这一过程主要与两个方面有关：目标和信息表示。

关注的不同类型视觉关注：查找报刊来获得号码

听觉关注：收听广播来获得号码

触觉关注：关注相关的因素目标：确切知道需要找什么，人们就可以把获得的信息与目标相比较。关注信息的表示形式：信息的显示方式对于人们能否快速捕捉到所需的信息片断有很大的影响。视觉视觉是人与周围世界发生联系的最重要的感觉通道。视觉显示是人机交互系统中用的最多的人机界面，外界80%的信息都是通过视觉得到的。视觉视觉感知可以分为两个阶段：受到外部刺激接收信息阶段和解释信息阶段。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,但视觉系统进行解释处理信息时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。

视角和视敏度

视角视角和视敏度视敏度指人眼对细节的感知能力，通常用被辨别物体最小间距所对应的视角的倒数表示。

一般人能够在2m分辨2mm-20mm的细节，为我们设计界面时字符大小和间距提供了依据。

感知亮度亮度是光线明亮程度的主观反映

增强亮度可以提高视敏度

随着亮度的增加，闪烁感也会增强。在高亮度时，光线变化低于50Hz，视觉系统就会感到闪烁

在设计交互界面时，要考虑使用者对亮度和闪烁的感知，尽量避免使人疲劳的因素，创造一个舒适的交互环境。

感知色彩

人能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受不同波长的光的结果。

颜色通常用三种属性表示：色度、强度和饱和度。色度是由光的波长决定的，正常的眼睛可感受到的光谱波长为400μm-700μm。

对设计交互界面有何指导作用？感知物体大小、相对距离和深度利用视觉影像中的线索：覆盖关系：被覆盖的物体相对较远；大小比例：一般来讲，较大的物体距离较近；对物体的熟悉度：对非常熟悉物体，人们对物体的大小在头脑中事先有一个期望和预测，因此在判断物体距离时很容易和他看到的物体的大小联系起来

对设计交互界面有何指导作用？视错觉

物体的组合方式将影响观察者的感知方式：人们总会夸大水平线而缩短垂直线。视错觉会影响到显示页面的对称性。人们经常把对称页面的中心看得稍微偏上些，如果页面以实际中心为基准排版设计，人们就会感到页面上部比下部分要短，影响视觉效果。在实际设计过程中，设计者就会以视觉中心为基准设计图形界面。文字视觉感知进行交互界面设计时，文字符号的处理，特别是文字的排版和显示，要根据人们的视觉感知特点，找出其中一些规律。成年人阅读是通过字的特征（如字的形状）加以识别。改变字的显示方式（如用大写字母，改变字体等），会影响到阅读的速度和准确性。9～12号的标准字体（英文）更易于识别，页面的宽度在58～132mm之间阅读效果最佳。在明亮的背景下显示灰暗的文字比在灰暗的背景下显示明亮的文字更能提高人的视敏度，增强文字的可读性。感知形状人能感觉到不同的形状关注对视觉界面设计的要求关注信息的显示应醒目：可使用动画图形、彩色、下划线，对条目及不同的信息进行排序，在条目之间使用间隔符等。避免在界面上安排过多的关注信息：尤其要谨慎使用色彩、声音和图像，人们倾向于使用过多的这类表示，而导致界面混杂，分散用户的注意力，让用户反感。听觉感知听觉感知传递的信息仅次于视觉，人的听觉可以感知大量的信息，人们一般都低估了这些信息。听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行加工，然后传递到大脑。声音特性音调与声波的频率有关，低频能产生低调的声音，高频能产生高调的声音。音响指在频率一定的情况下声波的振幅。音色与发声的材料有关，不同的乐器可以产生相同频率和振幅的声波，但音色不同。声音的感知--音调人类能够听到频率在20Hz~20kHz之间的声音，其中在1000Hz~4000Hz范围内听觉的感受性最高。500Hz以下和5000Hz以上的声音，强度很大时才能被听到。人可以辨认的语音频率范围是260~5600Hz。声音的感知--音响音频超过140dB时，所引起的不再是听觉而是痛觉。声音的感知--音色？？关注对听觉界面设计的要求

触觉感知触觉在交互中的作用是不可低估的，尤其对有能力缺陷的人，如盲人，是至关重要的.触觉感知与视觉和听觉的最大不同在于它的非局部性,全身皮肤都是感知器官.温度感受器-冷热伤害感受器-疼痛机械刺激感受器-压力

触觉感知实验表明，人的手指的触觉敏感度是前臂的触觉敏感度的10倍。对人身体各部位触觉敏感程度的了解有助于基于触觉的交互设备的设计。(有的笔记本电脑Touchpad感觉不好)关注对触觉界面设计的要求

三.认知对交互界面设计的要求认知:人们在进行日常活动时发生于头脑中的事情，它涉及识别、记忆、学习、决策、幻想等认知分为经验认知和思维认知

认知行为识别记忆概念/知识表征与组织学习/发展思维/推理表象/回忆想象规划/决策语言(阅读、说话和聆听)情绪、性格、气质等认知过程许多认知过程是相互依赖的，一个活动可同时涉及多个不同的过程，只涉及一个过程的情况非常罕见，例如人们在选购商品时就涉及感知、识别、语言、思维/推理、规划/决策等过程。

***识别***应确保用户和机器能够理解不同媒体表示的信息。设计虚拟人物时，应该使其唇形与所说的话同步，确保用户识别理解。用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含义。模式识别的理论模型模板匹配模型原型匹配模型特征分析模型成分识别模型拓扑知觉理论模型识别对设计的要求声音应足够响亮而且可辨识；文字应清晰易读，且不受背景干扰如可以在黑色或蓝色背景上使用黄色文字，但不能在白色或绿色背景上使用黄色文字。在虚拟环境中使用触觉反馈时，用户应能识别各种触觉表示的含义。例如“紧握”的触感与“按下”的触感不同。记忆

记忆就是回忆各种知识以便采取适当的行动记忆过程的三个环节：识记：相当于信息的输入和编码过程，也就是使不同感官输入的信息，经过编码而成为头脑可接受的形式；保持：相当于信息的贮存，即信息在头脑中被再加工整理，使其成为有序地组织结构，以便贮存；再认和回忆：再认和回忆相当于信息的提取，编码越完善、组织越有序，提取也就越容易，反之，提取越困难。人的记忆特点忘，忘，忘人的识别能力大于回忆能力记忆对交互界面的要求尽量减轻记忆负担

勿使用过于复杂的执行步骤

具体办法人的识别能力大于回忆能力图文界面GUI替代命令界面安装过程的wizard回忆提示密码的提示语句信息检索的两大过程：定向回忆：记忆的信息尽可能贴切地描述所需检索的信息,并在界面显示检索空间

;扫描识别：即浏览各个文件目录

;Windowxp搜索界面知识表征与组织分类显示的信息就比较便于人们查找。学习我们学习包括两个方面：学习使用某个计算机应用程序借助于计算机应用程序，学习特定知识。机器学习人的学习特点人们不喜欢按部就班式的学习方式，喜欢“边学习边实践”的方式。学习GUI能很好地支持边学习边实践学习方式，它们不但能提供交互式讲解，还允许用户“撤销”自己的操作学习对交互设计的要求

界面设计应能激发对用户界面使用的探索。设计界面应限制可选项，并引导用户选择合适的动作。使用动态链接把具体表示与待学习的抽象表示相联系。信息加工与模式识别Wickens信息加工模型

推理决策这些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。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。例如，人们在互联网上查找信息时，往往会比较不同的信息来源。正如人们买东西时会多方询问价格，也可以使用不同的搜索引擎，找出最价格最合适或提供了最佳信息的网站。语言(阅读、写作、说话和聆听)听要比读和说容易。儿童尤其喜欢观看基于多媒体或Web的叙述性学习材料，而不喜欢阅读在线文字材料。说要比读和写容易。儿童尤其喜欢观看基于多媒体或Web的叙述性学习材料，而不喜欢阅读在线文字材料。书面语言是永久性的，而聆听是暂时性的。若第一次阅读不理解，可以再读一遍，但对于广播消息，人们则无法做到这一点。阅读比听、说更快。人们可以快速扫描书面文字，但只能逐字听取其他人所说的词语。口头语言常常不符合语法，书面语言往往是合乎语法。语言对交互设计的影响为了弥补人在某些方面的不足，开发了易于使用的系统。语音输出系统，如适合盲人使用的文－语转换系统，可输出人工合成的语音。语音指令识别系统，如听写式字处理系统、声控家电产品等；认知辅助系统，用于帮助有阅读、书写和语言障碍的人。研究人员已开发了许多特殊的界面以帮助这些人员。帮助人们学习外语的交互式课本和基于Web的材料；各种输入、输出设备，用于协助残疾人士浏览互联网、使用文字处理器和其他软件包。语言对交互设计的要求从方便用户阅读、说话和聆听的角度，在人机界面设计时应注意：尽量减少语音菜单、命令的数目。研究表明：人们很难掌握超过三