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人类与机器的对话——以人为中心和自然交互方式将是发展趋势的总特征  
人类与机器的对话——以人为中心和自然交互方式将是发展趋势的总特征
副标题:人类与机器的对话——以人为中心和自然交互方式将是发展趋势的总特征
日期:2009-6-2     来源:科技日报   编辑:51Touch 

  现代计算机的诞生大大改变了世界上很大一部分人的生活。现如今,键盘、鼠标无疑是人类用于与计算机沟通时最常见的工具。不可否认,这两个发明的确在过去几十年里给人类生活带来了很大变化。    

  但是,就这两个发明本身来说,尚有可改进的地方,另外还有更多更先进的东西可替代或者弥补其固有的缺憾。

  自计算机诞生以来,人机交互技术经历了穿孔纸带、批处理、联机终端、多媒体用户界面等阶段。语音识别是一个方向,乐观地说,在不久的将来人工智能发展到一定程度的时候,100%的语音识别将不是不可能的事情。手写输入一直也是研究的热门话题,美国麻省理工学院及其他很多研究机构也一直在研究语义级别的手写输入技术。手写输入也好,语音识别也好,它们都将是人机交互的未来手段。微软亚洲研究院的TTS技术则是从另外一个角度研究人机交互。TTS是把计算机里面的文本变成人们可以识别的语音,可以说这个技术拓展了计算机的输出方式。   

  可以说人类的进步史是一部工具的进化史。“以人为中心”和使交互方式更接近于人类自然交流形式,是未来人机交互的总体特征。科学家们正在努力使计算机能听、能说、能看、能感觉,语音将成为人机交互的重要通道。虚拟现实将是彻底实现和谐、自然、以人为中心的人机交互方式,为用户提供了包括光、声、力、嗅、味等全方位、多角度的真实感觉。这些包括虚拟屏幕和非接触式凌空操作在内的新技术,将彻底改变人们使用计算机的方式,也将对计算机使用的广度和深度产生深远的影响。相信不久的将来,“懒惰”的人们一定会很轻松地实现人机交互。这种人机交互也许就是一句话、一个动作、一个眼神或是一行字,甚至只是在你大脑中的一个想法。

  本文通过简要回顾和分析人机交互技术的发展历程,进而展望该技术未来发展的趋势。

  命令行

  命令行是所有计算机接口的老祖宗,它是真正意义上的人机交互的开始。在20世纪50年代,它以控制计算机的更有效方式浮出水面。此时计算机用户与计算机之间可借助一种双方都能理解的语言进行交互式对话。而此前,命令通常必须通过打孔卡或纸带分批输入。有了命令行,用于电报传输的电传打字电报机就能中途改变命令,几乎实时地从计算机接收反馈。

  视频显示器出现后,命令行信息的显示速度就更快了。1978年,数字设备公司(DEC)推出了视频终端VT100。作为显示命令行的一种方式,VT100至今仍为一些现代操作系统所效仿。

  命令语言要求惊人的记忆和大量的训练,并且容易出错,使入门者望而生畏。20世纪80年代出现的图形用户界面,使大多数人更易于使用计算机,但命令行仍给专家级用户提供着相当大的灵活性。

  鼠标

  如今,你很难想象一台没有鼠标的台式电脑会是怎样。41年前,美国斯坦福研究所的道格拉斯·恩格巴特发明了鼠标。鼠标的出现,与现代计算机的发展息息相关,对当时处于上升阶段的图形用户界面技术的发展起到了至关重要的作用。此外,恩格尔巴特还带来了一些其他的创新技术,如超文本和共享屏幕合作。

  早期的计算机鼠标形状各异,千奇百怪,许多鼠标现在已很难想象得出来。一直到上世纪80年代鼠标进入商业化应用时,终于有了模具。30年来,尽管鼠标的形状有过一些变化(如抛弃了尾巴),但总体上没什么大的改变。但这并不是说,鼠标的功能没有加以任何的改进。

  现在,虽说光罗技公司一家卖出的鼠标就超过了10亿个,但很多人仍相信鼠标正在迈上穷途末路,其他技术正在不断崛起,更直观的界面也许终将解放我们紧握着鼠标的手。

  触摸板

  尽管有轨迹球和按键操纵杆的围追堵截,触摸板已成为笔记本电脑当下最流行的接口。对大多数触摸板来说,其可通过探测手指的自然电容对电场的干扰来进行感应。这个原理最早由1953年加拿大电子音乐的先锋休·凯恩采用,他用其早期的音乐合成器(萨布克)来控制音色。

  触摸板也是触摸屏界面的重要前身。现在,许多触摸板都具有多点触摸功能,其用途已得到大大扩展。计算机用的第一个多点触摸板在1984年由比尔·巴克斯顿首次展示,巴克斯顿当时是加拿大多伦多大学的计算机设计教授,现在是微软负责设计原理的研究员。

  多点触摸屏

  提及触摸屏电脑,大多数人马上会想到苹果的iPhone或微软的界面。事实上,该项技术大约在1/4世纪前就已面世了,1983年推出的HP—150电脑就首次使用了这项技术。早在台式电脑普及之前,初始的触摸屏就已在ATM机上出现,以方便那些未经过多少培训的电脑文盲客户。

  然而,公平地说,正是苹果的iPhone将多点触摸屏技术的真正潜力发挥了出来。一些手机制造商现在已能提供多点触摸屏,预计Windows 7和苹果Macbook的下一版本都将能支持此技术。各种技术成就了多点触摸屏,这些技术包括:电容感应、红外、表面声波以及最新的压感技术。

  此技术的快速发展,使我们完全有理由期待将能以全新的“姿态”更简便地处理数据和调用命令。不过,要发现以更直观的方式复制现有命令的方式仍将是一个挑战。

  姿态感应

  紧凑型磁力计、加速度计和陀螺仪使得跟踪设备的运动成为可能。在使用任天堂的Wii和苹果的iPhone时,用户都能在空中通过物理操纵来控制游戏和应用程序。同样,用户也只需轻拍诺基亚6600两下,就可使其暂停或播放音乐。

  新的移动应用模式也开始纳入此趋势,例如,简单地将诺基亚手机的正面朝下摆放,就可使电话保持在静音模式。另外的应用则包括可使用3D姿态密码防止手机被窃,如果用户没有按照事先设定的空中姿态来打开手机,它就会发出尖利的警报声。

  姿态识别的下一步将是使计算机更好地识别手和身体的运动。索尼的摄像头Eye显示出简单的动作相对来说较易识别,但要在不规则光线下识别更为复杂的3D运动则比较困难。以色列的Xtr3D公司和比利时的软动力学公司正在使用红外技术为全身感应游戏开发计算机视觉软件。

  美国洛杉矶的椭圆公司则已开发出“空中操作系统”,该系统可识别用户戴着一对特制手套所发出的手势命令。

  力反馈

  一个称为“Haptics”(源于古希腊的haptein一词,意即捆绑)的研究领域正在探索操纵人类触觉的技术途径。通过利用特殊的计算机输入/输出设备(游戏杆,数码手套或者其他设备),用户可以通过与计算机程序交互来获得真实的触觉感受。

  结合虚拟视觉,Haptics技术可以用来训练人的手眼协调能力,比如说,军人或者宇航员可以采用这种方式进行训练。另外还可以将这两种技术用在电脑游戏上,比如,你可以和计算机对手在一个虚拟世界里打乒乓球。你既能看到球的运动,还能通过Haptics设备,在挥拍击球时感觉到球的撞击。某些游戏控制器已能跟随屏幕上的动作发出震动,类似地,一些手机也能在切换到静音时发出震动。 

  更为专业的Haptics控制器包括美国SensAble公司开发的PHANTOM(意即“幻影”),这个设备可用于三维设计和医疗培训,如允许外科医生不仅通过视觉还有现实感觉的模拟来实施复杂的手术。

  Haptics也许很快就能给触摸屏增加一个新功能:在按一个图标时可更好地模拟出接触一个按键的感觉。加拿大麦吉尔大学已开发出了这样的“触觉按钮”,在按不同的图标时可产生不同的触觉。从长远来看,Haptics技术也许将可模拟出屏幕上的纹理感。

  语音识别

  语音识别一直在竭力摆脱其缓慢、笨拙和错误百出的恶名。这项技术目前只在专业领域获得了真正意义上的起飞,它采用的是有限的、狭隘的语言子集,用户必须愿意花时间来训练以使系统能识别自己的语音。

  当然这一情况也正在发生改变。随着电脑更强大、算法更聪明,语音识别技术已得到了改进。去年,谷歌公司为iPhone推出了语音搜索程序,允许用户不用触碰任何按钮即可进行搜索。iPhone的另一个应用程序Vlingo则以另一种方式来控制设备:除了搜索之外,用户可利用一些简单的命令来发送短信和电子邮件,亦或是更新其在“脸谱”上的状态。这些技术已使手机增加了足够的处理能力,但现在更快的传输要求则意味着将使用远程服务器来无缝地处理大量的数据运算。

  增强现实

  增强现实是一个正在浮现的令人兴奋的接口技术,它可将虚拟信息引入到现实世界中来。

  最早的增强现实接口需要复杂和笨重的动作感应及计算机绘图设备。最近,带有强大处理能力芯片和传感器的手机,在到达普通用户手中时都必带该项技术。

  诺基亚的增强现实应用程序(MARA)和为谷歌Android手机操作系统开发的Wikitude就是移动增强现实技术的两个典型应用。两者均允许用户通过顶端带有虚拟说明和标签的相机屏幕来观察现实世界。在MARA中,这些虚拟数据可从存储在NavTeq卫星导航应用程序中的兴趣点来获得。Wikitude,顾名思义,其数据来自Wikipedia。

  这些应用程序可监测一系列传感器的数据:这些应用程序的工作监测数据从阿森纳传感器:全球定位系统接收器提供精确的定位信息,数字罗盘确定设备的指向,磁力计和加速度则计算其方向。一个称为“诺基亚图形空间”的项目则在此基础上又向前迈出了一大步,可允许人们存储一个特殊地点的图片、视频和音频,以便其他人可在相同的地点调用这些资料。

  空中接口

  除了增强现实外,现在已配置在许多手机中的GPS接收器也能跟踪用户的地理位置,由此也孵化出一系列新的游戏和应用程序,可让用户将自己的位置信息作为一种输入形式。

  例如,谷歌的Latitude系统可通过在具有GPS功能的手机上安装软件,让用户查看其在地图上的位置。截至2008年10月,已有3000个iPhone应用程序具备了地址服务功能。其中的一个iPhone应用程序就是iNap,它可监测一个人的位置,并在其错过地铁或公车站点前发出警报。该应用程序可连接至公共交通调度程序,并基于用户以前的旅行路程来自动确定其下车站。

  SafetyNet是为谷歌的Android平台开发的一个位置提醒程序,它可让用户定义部分其认为不安全的城镇。一旦用户无意中游历到这些不该去的地方,该程序就会激活,发出告警音,并自动打开扬声器拨打紧急救援电话以便得到快速的帮助。

  脑机接口

  虽然还有些遥远,但意念控制也许将成为最后的计算机接口。

  外科植入物或脑电图(EEG)传感器已可用来监测严重瘫痪人群的脑部活动。经过培训,该技术可允许病人控制电脑图标来读取信息或是操纵轮椅。一些公司希望此类脑机接口(BCI)技术能渐成主流。最近,美国Neurosky公司推出了其设计的蓝牙游戏耳机,该耳机可监测简单的EEG活动,设计细想是游戏玩家根据其平静度获得额外的威力。

  除了游戏之外,BCI技术也许可用来帮助缓解压力和信息过载。一个称为认知座舱(CogPit)的BCI项目可利用EEG信息来试图降低飞行员体验到的信息过载。

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