一、人機(jī)界面簡(jiǎn)介

　　人機(jī)界面(Human Machine InteracTIon，簡(jiǎn)稱(chēng)HMI)，又稱(chēng)用戶界面或使用者界面，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類(lèi)可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。

　　二、人機(jī)界面的發(fā)展歷程

　　1.命令語(yǔ)言用戶界面

　　早期的人機(jī)界面是命令語(yǔ)言人機(jī)界面，人機(jī)對(duì)話都是機(jī)器語(yǔ)言。人機(jī)交互方式只能是命令和詢問(wèn)，通信完全以正文形式通過(guò)用戶命令和用戶對(duì)系統(tǒng)詢問(wèn)的方式來(lái)完成。這要求驚人的記憶和大量的訓(xùn)練，要求操作者有較高的專(zhuān)業(yè)水平。對(duì)一般用戶來(lái)說(shuō)，命令語(yǔ)言用戶界面易出錯(cuò)，不友善且難學(xué)習(xí)錯(cuò)誤處理能力也較弱。因此，這一時(shí)期被認(rèn)為是人機(jī)對(duì)峙時(shí)期。

　　2.圖形用戶界面

　　隨著硬件技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進(jìn)步，圖形用戶界面(GraphicUserInterface)產(chǎn)生并得到廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)前人機(jī)界面的主流。比較成熟的商品化系統(tǒng)有Apple的Macintosh、IBM的PM(PresentaTIonManag2er)、Microsoft的Windows和運(yùn)行于Unix環(huán)境的X2Window等。圖形用戶界面也被稱(chēng)為WIMP界面，即窗口(Windows)、圖標(biāo)(Icons)、菜單(Menus)、指示器(PoinTIngDevice)四位一體形成桌面(Desktop)。其中，窗口是交互的基礎(chǔ)區(qū)域，主要包括標(biāo)題欄、支持移動(dòng)和大小縮放、菜單欄、工具欄以及操作區(qū)。窗口通常是矩形，但現(xiàn)在很多軟件把它做成不規(guī)則形，以便看上去會(huì)更有活力和個(gè)性。圖標(biāo)是用于標(biāo)識(shí)某個(gè)對(duì)象的圖形標(biāo)志，很大一部分來(lái)源于術(shù)語(yǔ)符號(hào)，初次接觸時(shí)需要記憶，例如最小化、關(guān)閉等;還有一部分圖標(biāo)來(lái)源于生活，比較象形而不必記憶，比如喇叭就是調(diào)節(jié)音量，房子表示HOME，信封表示郵件等等。菜單是供用戶選擇的動(dòng)作命令，在一個(gè)軟件中所有的用戶命令都包含在菜單中。菜單通常要通過(guò)窗口來(lái)顯示，常見(jiàn)類(lèi)型有工具欄(包括圖形工具欄)、下拉式、彈出式(右鍵菜單)和級(jí)聯(lián)式(多層次的菜單)等。指針是一個(gè)圖形，用以對(duì)指點(diǎn)設(shè)備(鼠標(biāo)或軌跡球)輸入到系統(tǒng)的位置進(jìn)行可視化描述，圖形界面指針常用的有箭頭、十字、文本輸入I、等待沙漏等等。圖形用戶界面能同時(shí)顯示不同種類(lèi)的信息，使用戶在幾個(gè)環(huán)境中切換而不失去工作之間的聯(lián)系，用戶可通過(guò)下拉式菜單方便地執(zhí)行任務(wù)，在減少鍵盤(pán)輸入的情形下，大大提高交互效率。這一時(shí)期被認(rèn)為是人機(jī)協(xié)調(diào)期。

　　3.多媒體用戶界面

　　多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展為人機(jī)界面的進(jìn)步提供了契機(jī)，在原來(lái)只有靜態(tài)媒體的用戶界面中，多媒體技術(shù)引入了動(dòng)畫(huà)、音頻、視頻等動(dòng)態(tài)媒體，特別是引入了音頻媒體，大大豐富了計(jì)算機(jī)表現(xiàn)信息的形式，拓寬了計(jì)算機(jī)輸出的帶寬。同時(shí)，多媒體技術(shù)的引入也提高了人對(duì)信息表現(xiàn)形式的選擇、控制能力，增強(qiáng)了信息表現(xiàn)與人的邏輯、創(chuàng)造能力的結(jié)合，擴(kuò)展了人的信息處理能力。借助多媒體用戶能提高接受信息的效率，所以，多媒體信息比單一媒體信息具有更大的吸引力，它更有利于人對(duì)信息的主動(dòng)探索。

　　令人遺憾的是，多媒體用戶界面雖然在信息輸出方面變得更加豐富，但它在信息輸入方面仍迫使用戶使用常規(guī)的輸入設(shè)備(鍵盤(pán)，鼠標(biāo)器和觸摸屏)，即輸入是單通道的，輸入輸出表現(xiàn)出極大的不平衡，這種不足限制了它的應(yīng)用。雖然多媒體與人工智能技術(shù)的結(jié)合將改變這種狀況，但今天的多媒體用戶界面仍處于探索和改進(jìn)中。此時(shí)，多通道用戶界面研究的興起，無(wú)疑給解決人機(jī)界面的輸入輸出不平衡帶來(lái)了更大的希望。

　　4.多通道用戶界面

　　20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，多通道用戶界面(MulTImodalUserInterface)成為人機(jī)交互技術(shù)研究的嶄新領(lǐng)域，在國(guó)際上受到高度重視。多通道用戶界面的研究正是為了消除當(dāng)前圖形用戶界面———WIMP/GUI、多媒體用戶界面通信帶寬不平衡的弊病而興起的。在多通道用戶界面中，綜合采用視線、語(yǔ)音、手勢(shì)等新的交互通道、設(shè)備和技術(shù)，使用戶利用多個(gè)通道以自然、并行、協(xié)作的方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，而機(jī)器則通過(guò)整合來(lái)自多個(gè)通道的精確的和不精確的輸入來(lái)捕捉用戶的交互意圖，提高交互的自然性和高效性。研究中涉及鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器之外的輸入通道主要是語(yǔ)音和自然語(yǔ)言、手勢(shì)、書(shū)寫(xiě)及眼部運(yùn)動(dòng)，并以具體系統(tǒng)研究為主。

　　多通道用戶界面與多媒體用戶界面一道共同提高人機(jī)交互的自然性和效率。其中，多媒體用戶界面主要關(guān)注用戶對(duì)計(jì)算機(jī)輸出信息的理解與接受的效率問(wèn)題，而多通道用戶界面主要關(guān)注用戶輸入信息的方式及計(jì)算機(jī)對(duì)用戶輸入信息的理解問(wèn)題，今天所研究的多通道人機(jī)界面所要達(dá)到的目標(biāo)可歸納為：使用戶盡可能多地利用已有的日常技能與計(jì)算機(jī)交互;使人機(jī)通訊信息吞吐量更大、形式更豐富，發(fā)揮人機(jī)彼此不同的認(rèn)知潛力;吸取已有人機(jī)交互技術(shù)的成果，與傳統(tǒng)的用戶界面特別是廣泛流行的GUI兼容，使老用戶、專(zhuān)家用戶的知識(shí)和技能得以利用。

　　在人機(jī)交互過(guò)程中，人不滿足于通過(guò)屏幕顯示或打印輸出信息，進(jìn)一步要求能夠通過(guò)視、聽(tīng)覺(jué)等器官交互，于是有了多媒體用戶界面。人們不滿足于單通道的輸入，要更多的利用嗅覺(jué)、觸覺(jué)以及形體、手勢(shì)或口令交互，于是有了多通道用戶界面。人們還要更自然地“進(jìn)入”到環(huán)境空間中去，形成人機(jī)“直接對(duì)話”，取得“身臨其境”的體驗(yàn)，為此，又有了虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)界面