時(shí)間：2023-05-30 10:28:33
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(jī)交互，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：安防領(lǐng)域；人機(jī)交互技術(shù)；發(fā)展
前言
自計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之后，關(guān)于“人機(jī)交互”的研究隨之開(kāi)展，并且至今仍在繼續(xù)。從二進(jìn)制大型計(jì)算器開(kāi)始，直至當(dāng)前的虛擬顯示技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的技術(shù)人員無(wú)一不為人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展而努力，時(shí)至今日，人機(jī)交互技術(shù)所具有的發(fā)展空間是十分廣闊的，尤其在安防領(lǐng)域中。安防領(lǐng)域中應(yīng)用人機(jī)交互技術(shù)后，不僅會(huì)促進(jìn)安全防范產(chǎn)品智能化程度的提升，而且安防領(lǐng)域也會(huì)更為繁榮的發(fā)展。
1 人機(jī)交互技術(shù)概述
人機(jī)交互技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備的輔助下，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的技術(shù)，通過(guò)人機(jī)對(duì)話，計(jì)算機(jī)可提供人所需求的信息，如回答問(wèn)題、顯示相關(guān)信息等[1]。在計(jì)算機(jī)用戶界面設(shè)計(jì)工作中，一項(xiàng)重要的內(nèi)容即為人機(jī)交互技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)密切的聯(lián)系著多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，例如認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域、人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域等，同時(shí)，經(jīng)由電極，使神經(jīng)信號(hào)相互聯(lián)系于電子信號(hào)，促進(jìn)人腦、電腦間溝通的開(kāi)展。
學(xué)術(shù)界一直未停止關(guān)于人機(jī)交互技術(shù)的研究，且獲得的研究成果比較多，已經(jīng)問(wèn)世大量的人機(jī)交互產(chǎn)品。現(xiàn)階段，人機(jī)交互技術(shù)研究的側(cè)重點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是側(cè)重多媒體技術(shù)，計(jì)算機(jī)可觸摸式的顯示屏、電子書(shū)顯示屏可隨意折疊、3D顯示器等均屬于研究的重點(diǎn)；另一方面是側(cè)重多通道技術(shù)，手寫(xiě)漢字識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)字墨水技術(shù)、中文語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、手勢(shì)識(shí)別技術(shù)等均屬于多通道技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中的產(chǎn)物[2]。在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中，已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)出人機(jī)交互技術(shù)的重要作用，例如智能手機(jī)領(lǐng)域、游戲領(lǐng)域等，可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展空間將會(huì)十分廣闊。
2 安防領(lǐng)域人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展
2016年，北京舉行了中國(guó)國(guó)際社會(huì)公共安全產(chǎn)品博覽會(huì)，參與企業(yè)包含國(guó)內(nèi)外千余家，將安防領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品全面的展示出來(lái)，人機(jī)交互技術(shù)產(chǎn)品赫然在列，這也表示著人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到安防領(lǐng)域中，并且取得了良好的發(fā)展。
2.1 安防領(lǐng)域人機(jī)交互技術(shù)專利申請(qǐng)?jiān)龆?/p>
近年來(lái)，人機(jī)交互技術(shù)在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷加深，并產(chǎn)生了較多的安防產(chǎn)品，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外，人機(jī)交換技術(shù)產(chǎn)品申請(qǐng)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，全球?qū)＠暾?qǐng)量增多，以年為單位，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析人機(jī)交互技術(shù)點(diǎn)的全球?qū)＠暾?qǐng)量情況看，處于逐年上升的趨勢(shì)，尤其是2001年之后，我國(guó)的申請(qǐng)量大幅度的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出直線上升，至2015年時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)申請(qǐng)量減少的現(xiàn)象，這說(shuō)明，在人機(jī)交互技術(shù)點(diǎn)上，我國(guó)所掌握的技術(shù)逐漸的成熟，而且飽和狀態(tài)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)，再看美國(guó)、日本、德國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣，該項(xiàng)技術(shù)專利申請(qǐng)量并未發(fā)生變化；第二，專利申請(qǐng)國(guó)分布增多，專利申請(qǐng)國(guó)是指專利人申請(qǐng)專利時(shí)想要申請(qǐng)的保護(hù)其專利的國(guó)家或地區(qū)，專利申請(qǐng)國(guó)的分布狀況可將專利可能實(shí)施的國(guó)家或地區(qū)反映出來(lái)，據(jù)調(diào)查可知，人機(jī)交互行業(yè)申請(qǐng)專利時(shí)，重點(diǎn)申請(qǐng)的國(guó)家為中國(guó)、美國(guó)、世界產(chǎn)權(quán)組織，三者共占據(jù)總申請(qǐng)數(shù)量的98%左右，余下2%分布在歐洲、日本、英國(guó)、德國(guó)、加拿大等國(guó)家，由專利申請(qǐng)國(guó)分布情況發(fā)現(xiàn)，受理國(guó)家的數(shù)量不斷增多；第三，專利技術(shù)主要來(lái)源國(guó)增多，以往，美國(guó)為主要的專利權(quán)人來(lái)源家，近年來(lái)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，除美國(guó)外，中國(guó)的專利權(quán)人數(shù)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(qiáng)
ENIAC為世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，問(wèn)世后即開(kāi)始人機(jī)交互，人將相應(yīng)的命令輸入后，操作系統(tǒng)執(zhí)行命令，當(dāng)時(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)與人機(jī)交互，人們更多的神秘感、專業(yè)感。這一時(shí)期，人要主動(dòng)的適應(yīng)計(jì)算機(jī)，才能保證計(jì)算機(jī)操作的正確性，為改變這一現(xiàn)狀，人們開(kāi)始探索更為便利的人機(jī)交互方式。探索發(fā)現(xiàn)，必須要研究人的行為方式，由此，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中開(kāi)始逐步的運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)，人們也越來(lái)越關(guān)注人機(jī)交互的重要性。當(dāng)前，用戶界面的主流為圖像形式，代表為美國(guó)微軟，顯示、傳達(dá)信息的目的均利用創(chuàng)口實(shí)現(xiàn)，人與計(jì)算機(jī)用戶界面交互的方式為鼠標(biāo)、鍵盤(pán)，圖像形式的用戶界面使人機(jī)交互的操作性不斷增強(qiáng)[4]。未出現(xiàn)自然化交互設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)，即已經(jīng)出現(xiàn)多媒體技術(shù)，是一種過(guò)濾技術(shù)，而未產(chǎn)生多媒體用戶界面之前，設(shè)計(jì)用戶界面過(guò)程中，語(yǔ)言轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形已經(jīng)完成。不過(guò)，在多媒體技術(shù)不斷進(jìn)步過(guò)程中，此種技術(shù)中逐漸的加入了動(dòng)畫(huà)、視頻、音頻等，尤其是引入音視頻后，促進(jìn)計(jì)算機(jī)傳達(dá)信息的方式更為豐富，使人們能夠進(jìn)一步的控制、傳達(dá)信息，人機(jī)交互效率大幅度的提升，同時(shí)也提高了用戶界面的立體性。
2.3 向著多通道互動(dòng)及智能互動(dòng)的方向進(jìn)步
現(xiàn)階段，主要通過(guò)鍵盤(pán)與鼠標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，尚不具備普及多通道媒體交互的技術(shù)水平，但在安防領(lǐng)域中，工程師及設(shè)計(jì)師的探索步伐已經(jīng)邁出，自然人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)指日可待。目前，已經(jīng)利用了基于人感覺(jué)的開(kāi)發(fā)效應(yīng)通道，如視線跟蹤系統(tǒng)、三維聽(tīng)覺(jué)定位器、分貝感應(yīng)器、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)等，這些均是利用人的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)，結(jié)合人機(jī)交互技術(shù)后研發(fā)出的產(chǎn)物，而這些產(chǎn)物應(yīng)用安防領(lǐng)域后，可顯著的提升安防效果。在感壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員開(kāi)發(fā)出了觸屏手機(jī)、觸屏電腦，用戶在使用過(guò)程中，能夠極為自然的開(kāi)展人機(jī)交互，而且通道切換也不需要頻繁的開(kāi)展，促使人機(jī)交互效率的提升，而也顯示了多通道互動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用。在人機(jī)大戰(zhàn)中，第一個(gè)勝利的炮彈由深藍(lán)打響，之后技術(shù)人員、研究人員便廣泛的研究智能計(jì)算，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)合奏即興樂(lè)曲，促使人機(jī)交互技術(shù)更為深入的發(fā)展。人工智能技術(shù)出現(xiàn)后，人機(jī)互動(dòng)的發(fā)展步伐明顯加大，尤其在安防領(lǐng)域中，各種人工智能產(chǎn)物基于人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)，很大程度上便利可安防工作的開(kāi)展，例如安放機(jī)器人，通過(guò)安防機(jī)器人的應(yīng)用，安防防護(hù)工作可在機(jī)器人的協(xié)助下開(kāi)展，降低工作人員工作量的同時(shí)，可明顯的提升安防工作效率及工作質(zhì)量。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用于安防領(lǐng)域后，其與安防領(lǐng)域的融合程度不斷的加深，開(kāi)發(fā)出了各種高性能、高質(zhì)量的智能型安全防護(hù)產(chǎn)品，促進(jìn)安防領(lǐng)域工作效率及工作質(zhì)量的提升。鑒于人機(jī)交互技術(shù)自身不斷的發(fā)展與更新，安防領(lǐng)域也會(huì)利用該項(xiàng)技術(shù)不斷的創(chuàng)新，研制出更多的智能化程度高的產(chǎn)品，促進(jìn)安防領(lǐng)域更為繁榮的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]李英.基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的人機(jī)交互應(yīng)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(wù)型人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)中的認(rèn)知技術(shù)――概念、進(jìn)展及其未來(lái)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2015（12）：2333-2348.
隨著技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互界面在不斷改進(jìn)，從最初的命令行、窗口圖形界面再到觸摸屏，人機(jī)交互的方式變得越來(lái)越人性化。觸摸屏之后，又會(huì)有哪種交互方式帶來(lái)新的變革呢？無(wú)疑，語(yǔ)音技術(shù)最令人期待，因?yàn)樗侨祟愖钭匀坏慕涣鞣绞健Ｔ囅耄绻慵业碾娖髟O(shè)備都能像你的朋友一樣聽(tīng)懂你的要求，并按照你的要求做出正確的反應(yīng)，那該是多么美妙的體驗(yàn)。時(shí)下，這種語(yǔ)音交互技術(shù)正越來(lái)越多地應(yīng)用到我們身邊的電子設(shè)備中。
早在2011年，IBM的超級(jí)電腦“沃森”戰(zhàn)勝美國(guó)智力問(wèn)答節(jié)目《危險(xiǎn)邊緣》的兩名冠軍選手，引起極大轟動(dòng)。從某種程度上說(shuō)，沃森已經(jīng)可以和人類實(shí)現(xiàn)自如語(yǔ)音交流，這離不開(kāi)其背后強(qiáng)大的計(jì)算性能。據(jù)介紹，IBM耗費(fèi)數(shù)年才研制出沃森，沃森擁有10組Power750服務(wù)器，運(yùn)行l(wèi)inux操作系統(tǒng)，具有15TB內(nèi)存，2880個(gè)處理器，每秒可進(jìn)行80萬(wàn)億次運(yùn)算，而其體積有10個(gè)冰箱大小。
雖然要實(shí)現(xiàn)像沃森這樣的自如地人機(jī)交互還挑戰(zhàn)重重，但這并沒(méi)有阻止語(yǔ)音技術(shù)在特定環(huán)境特定領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是像車載、移動(dòng)終端這樣的嵌入式設(shè)備中，語(yǔ)音技術(shù)已經(jīng)得到了消費(fèi)者的認(rèn)可。
StrategyAnalytics的統(tǒng)計(jì)表明，2012年，中國(guó)原始設(shè)備制造商（OEM）所提供的具備語(yǔ)音人機(jī)接口的信息娛樂(lè)和車載信息通信系統(tǒng)（telematics）的出貨量達(dá)到300萬(wàn)臺(tái)，并預(yù)期在2018年達(dá)到2000萬(wàn)臺(tái)。在北美和歐洲市場(chǎng)，帶語(yǔ)音交互功能的車載設(shè)備應(yīng)用已很普及。福特SYNC系統(tǒng)，即專為手機(jī)和數(shù)字媒體播放器配備的福特車載多媒體通信娛樂(lè)系統(tǒng)，是目前車載系統(tǒng)中采用語(yǔ)音交互技術(shù)的成功的案例，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在福特多個(gè)系列汽車中。搭載SYNC系統(tǒng)后，配合汽車中控臺(tái)上的顯示屏，可通過(guò)語(yǔ)音控制、兼容并操控便攜式通信/娛樂(lè)設(shè)備等方式，讓駕駛者在開(kāi)車過(guò)程中更輕松，便捷地實(shí)現(xiàn)諸如語(yǔ)音撥號(hào)、語(yǔ)音播出短信內(nèi)容、語(yǔ)音控制音樂(lè)播放等功能。
汽車之外，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端大概是目前最熱衷采用語(yǔ)音交互的另一類產(chǎn)品，自從蘋(píng)果率先在其iPhone4S中推出智能語(yǔ)音助理應(yīng)用Siri后，Google公司也在其安卓智能手機(jī)操作系統(tǒng)中推出了GoogleNow智能語(yǔ)音搜索及問(wèn)答服務(wù)，微軟公司也將語(yǔ)音技術(shù)應(yīng)用于其WindowsPhone。現(xiàn)在，幾乎每一家手機(jī)廠商都試圖將語(yǔ)音技術(shù)融于其移動(dòng)產(chǎn)品、應(yīng)用和服務(wù)中。這其中最主要的一個(gè)原因就是這類終端設(shè)備外型小巧，觸摸輸入很不方便，這種情況下，語(yǔ)音交互就變成了一種非常必要的人機(jī)溝通的補(bǔ)充方式。這一點(diǎn)，筆者深有感觸，自從使用安卓手機(jī)后，筆者一度不再發(fā)短信（太麻煩），現(xiàn)在，安裝了一個(gè)訊飛語(yǔ)音輸入法后，又開(kāi)始和朋友們短信交流了，語(yǔ)音輸入真是又方便又快捷。
雖然語(yǔ)音技術(shù)給我們帶來(lái)了極大的樂(lè)趣和幫助，但要實(shí)現(xiàn)真正流暢自然的語(yǔ)音交互還需要強(qiáng)大的軟硬件技術(shù)協(xié)作。語(yǔ)音技術(shù)牽涉到語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音評(píng)測(cè)、自然語(yǔ)言理解等多個(gè)方面，而語(yǔ)言的復(fù)雜性、多樣性都為語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)多種挑戰(zhàn)。Nuance、科大訊飛、微軟、IBM、Google都在投入力量研發(fā)語(yǔ)音新技術(shù)。其中，作為中文語(yǔ)音技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，科大訊飛已占有中文語(yǔ)音技術(shù)市場(chǎng)70%以上市場(chǎng)份額，其訊飛語(yǔ)音云合作伙伴已經(jīng)超過(guò)了10000家，訊飛輸入法已深入人心。Nuance的語(yǔ)音識(shí)別平臺(tái)在行業(yè)內(nèi)也得到廣泛應(yīng)用，前面提到的福特SYNC系統(tǒng)、蘋(píng)果Siri都采用了Nuance技術(shù)。前不久，微軟宣布研發(fā)出一種新型語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，這項(xiàng)名為“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的技術(shù)，能夠像人類的大腦一樣處理語(yǔ)言行為，據(jù)稱該技術(shù)比目前的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)快2倍。
有了好的語(yǔ)音軟件和算法，還必須要高性能的硬件來(lái)支持。相信，隨著語(yǔ)音技術(shù)的發(fā)展和硬件性能的提高，自然語(yǔ)音將為下一代人機(jī)交互帶來(lái)新的變革。
關(guān)鍵詞單片機(jī)；MSP430；LCD；人機(jī)交互接口
1引言
在當(dāng)今的各種實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分。一般而言，人機(jī)交互是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備來(lái)完成，但其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一種是由MCU力口驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)，如鍵盤(pán)顯示控制芯片SK5279A，串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219等等，這時(shí)顯然MCU沒(méi)有LCD的驅(qū)動(dòng)功能。另一種就是MCU本身具有驅(qū)動(dòng)功能，它通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)形式或I／O設(shè)備訪問(wèn)形式控制鍵盤(pán)和LCD實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。這里的MCU主要有世界各大單片機(jī)生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的各種單片機(jī)，其中TI公司的MSP430系列因其許多獨(dú)特的特性引起許多研究人員的特別關(guān)注，在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展應(yīng)用正逐步走向成熟。
2LCD簡(jiǎn)介
LCD(LiquidCrystalDisplay)，即液晶顯示器。液晶顯示是通過(guò)環(huán)境光來(lái)顯示信息的，它本身并不發(fā)光，因而功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強(qiáng)。LCD是人與機(jī)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(jìn)步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生。LCD由于具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)、平面直角顯示以
及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，逐漸占據(jù)顯示的主流地位。
LCD的類型，根據(jù)其分類方式的不同而不同。如根據(jù)LCD顯示內(nèi)容的不同可以分為段式LCD和點(diǎn)陣LCD。根據(jù)LCD驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和多路驅(qū)動(dòng)。
3MSP430F44X簡(jiǎn)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(jī)[2]。該系列單片機(jī)性價(jià)比相當(dāng)高，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢(shì)。它主要應(yīng)用在各種要求極低功率消耗的場(chǎng)合，特別適合用于智能測(cè)量?jī)x器、各種醫(yī)療器械、智能化家用電器和電池供電便攜設(shè)備產(chǎn)品之中。
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
MSP430F44X的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括：CPU、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、FLL+時(shí)鐘系統(tǒng)(片內(nèi)DCO+晶體振蕩器)、看門(mén)狗定時(shí)器／通用目的定時(shí)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(zhuǎn)換)、復(fù)位電壓控制／電源電壓管理、基本定時(shí)器(BasicTimerl)、定時(shí)器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比較器(多達(dá)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(hào)稍有差別。在本次設(shè)計(jì)中，具體選擇MSP430F449作為人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)具有許多獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。這一點(diǎn)，讀者可以根據(jù)TI公司相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行比較。
3.2片內(nèi)外模塊特性
MSP430F44X具有豐富的片內(nèi)模塊，其明顯的特點(diǎn)是：具有48條I／0口線的6個(gè)并行口P1-P6，其中P1、p2具有中斷能力，同時(shí)具有2個(gè)可用于UART/SPI模式選擇的串行口(USART0和USARTl)；內(nèi)含12位的A／D轉(zhuǎn)換器ADCl2，快速執(zhí)行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到結(jié)果的硬件乘法器；多達(dá)160段的LCD控制器／比較器，可以實(shí)現(xiàn)多種方式的驅(qū)動(dòng)顯示；可以實(shí)現(xiàn)UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)，既可用32768Hz的鐘表晶振產(chǎn)生低頻時(shí)鐘，也可以用450kHz-8MHz的晶體產(chǎn)生高頻時(shí)鐘，同時(shí)還可以使用外部時(shí)鐘源或者用不同控制頻率的DCO；多達(dá)幾十kB的Flash空間，這樣數(shù)據(jù)既可以保存在片內(nèi)的Flash信息存儲(chǔ)器，也可保存在程序的Hash中的剩余空間。
4接口電路設(shè)計(jì)
4.1接口電路簡(jiǎn)圖及說(shuō)明
典型應(yīng)用電路示意圖。在該圖中，LCD類型和鍵盤(pán)種類及數(shù)目的選擇、下拉電阻的數(shù)值大小都必須認(rèn)真考慮，硬件設(shè)計(jì)要滿足一定的工作時(shí)序關(guān)系，復(fù)位時(shí)預(yù)留緩沖時(shí)間和懸空部分引腳，晶振的選擇要在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，必須保證交流驅(qū)動(dòng)的頻率在30Hz-1000Hz范圍內(nèi)，其具體的情況請(qǐng)?jiān)敿?xì)參考TI公司的相關(guān)資料[3]。
4.2段型液晶顯示屏EDS820A簡(jiǎn)介
一般而言，LCD分為筆段型和點(diǎn)陣字符型及點(diǎn)陣圖形型。筆段型主要是顯示數(shù)字，常用于計(jì)數(shù)、計(jì)量和計(jì)時(shí)；點(diǎn)陣字符型用于顯示數(shù)字和西文字符；點(diǎn)陣圖形型用于顯示圖形及字符。本設(shè)計(jì)中用到的EDS820A就是由西安新敏電子科技有限公司生產(chǎn)的筆段型LCD。是該顯示屏的各個(gè)引腳的邏輯功能表。
顯而易見(jiàn)，該產(chǎn)品EDS820A是5位的液晶顯示屏，它只有4個(gè)DP，用于顯示小數(shù)點(diǎn)；COM端也只有一個(gè)，所以該LCD與MSP430F449的管腳連接應(yīng)該引起足夠重視.
5軟件設(shè)計(jì)
硬件連接電路圖為例，編寫(xiě)了鍵盤(pán)控制及顯示程序，程序在IAREmbeddedWorkbench編譯通過(guò)。全部主程序包括詳細(xì)的發(fā)射和接收子程序，及初始化和等待鍵盤(pán)輸入轉(zhuǎn)換、顯示等等，值得注意的是發(fā)射與接收的控制要適當(dāng)。
該程序是用匯編編寫(xiě)的。程序?qū)崿F(xiàn)的是等待按鍵輸入，讀取鍵值，最后進(jìn)行鍵值處理和顯示的功能。
檢測(cè)是否有鍵按下是通過(guò)KEY是否有高電平信號(hào)。平時(shí)，KEY為低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)為高電平，它發(fā)送一個(gè)脈沖給單片機(jī)MSP430F449，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)時(shí)，判斷按鍵的功能，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。
6人機(jī)接口電路在體內(nèi)電刺激器中的應(yīng)用
醫(yī)學(xué)上，在進(jìn)行疾病控制時(shí)，通常可以通過(guò)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(hào)對(duì)神經(jīng)或肌肉進(jìn)行刺激，以使其支配相應(yīng)的功能或肌肉產(chǎn)生收縮／舒張動(dòng)作，從而有利于癥狀的減輕。由于不同部位的神經(jīng)或肌肉對(duì)電刺激發(fā)生的敏感水平不同，不同強(qiáng)弱和不同性質(zhì)的電信號(hào)所產(chǎn)生的刺激效果是不一樣的。我們研制的體內(nèi)電刺激器，可以產(chǎn)生手術(shù)時(shí)所需要的具有不同的頻率、幅度、占空比的不同波形信號(hào)。該儀器幅度、占空比準(zhǔn)確，頻率穩(wěn)定，各參數(shù)均可以精確的調(diào)節(jié)。而且，由于使用了LCD顯示，它與單片機(jī)的連接簡(jiǎn)單。LCD具有質(zhì)量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，其人機(jī)界面相當(dāng)友好。但人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到整臺(tái)儀器的使用效果。
根據(jù)需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了5個(gè)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(guò)54，S5可以調(diào)節(jié)波形的各個(gè)參數(shù)值。其中，振幅可以是在一個(gè)參考值的基礎(chǔ)上的0-99.9％；頻率可以是1Hz-999Hz；占空比調(diào)節(jié)范圍可以為1.0％-99.9％[1]。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；中文信息處理；自動(dòng)分詞；未登錄詞識(shí)別；陌生文本；人機(jī)交互
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 引言
自動(dòng)分詞是中文信息處理的基礎(chǔ)課題之一。隨著中文電子文本數(shù)量的日益增加，文本的領(lǐng)域呈多樣性發(fā)展，語(yǔ)料庫(kù)的加工要求也有所不同。文獻(xiàn)[1]指出，一個(gè)分詞系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠處理不同領(lǐng)域的文本和適應(yīng)不同的分詞標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于以漢語(yǔ)研究為目的的語(yǔ)料庫(kù)建設(shè)而言，如何對(duì)現(xiàn)有的大量古代漢語(yǔ)的電子文獻(xiàn)進(jìn)行分詞，如何對(duì)珍貴的方言語(yǔ)料進(jìn)行處理等等，都是亟需解決的問(wèn)題。在此背景下，本文提出了面對(duì)中文陌生文本的人機(jī)交互式分詞方法。所謂“陌生文本”，即對(duì)于分詞系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有關(guān)于該文本的任何詞匯、句法、語(yǔ)義等先驗(yàn)的語(yǔ)言知識(shí)和資源。所謂“人機(jī)交互”，就是由系統(tǒng)自動(dòng)地從文本中獲取候選字串，由用戶根據(jù)其上下文進(jìn)行篩選，得到適應(yīng)于不同領(lǐng)域的詞語(yǔ)特點(diǎn)和分詞標(biāo)準(zhǔn)的詞表。面向陌生文本的分詞，就是讓系統(tǒng)在沒(méi)有詞表和其他資源的條件下，通過(guò)人機(jī)交互的方式完成對(duì)漢語(yǔ)各種文本的分詞處理。
2 相關(guān)工作
目前，作為主流的基于統(tǒng)計(jì)的分詞方法所關(guān)注的是如何從訓(xùn)練語(yǔ)料中盡可能多地學(xué)習(xí)語(yǔ)言知識(shí)，再對(duì)同質(zhì)文本(“非陌生”文本)進(jìn)行分詞。因此，無(wú)法適用于陌生文本的自動(dòng)分詞。而不需要詞表和訓(xùn)練語(yǔ)料等資源的陌生文本分詞技術(shù)研究較少，還處在實(shí)驗(yàn)階段。文獻(xiàn)[2]使用統(tǒng)計(jì)方法從待切分語(yǔ)料中抽詞，又將所抽取的詞條用于自動(dòng)分詞。文獻(xiàn)[3]利用Y。統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行自動(dòng)分詞。文獻(xiàn)[4]使用了串頻統(tǒng)計(jì)方法，然后通過(guò)長(zhǎng)短串的頻次的比值進(jìn)行過(guò)濾獲得詞表，再進(jìn)行分詞。文獻(xiàn)[5]則建立了一個(gè)文本熵的模型，其原則是文本分詞的結(jié)果越好，則文本的整體熵越低。這些方法是純粹利用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行陌生文本分詞的一個(gè)嘗試，分詞的精度既不高也不夠穩(wěn)定。因此，一些學(xué)者考慮使用人機(jī)交互的方式來(lái)增加系統(tǒng)的語(yǔ)言知識(shí)。文獻(xiàn)[6]利用鄰接漢字的統(tǒng)計(jì)信息，讓機(jī)器自動(dòng)地給出針對(duì)該語(yǔ)料的候選詞表，然后由用戶進(jìn)行篩選。通過(guò)閾值控制，以半自動(dòng)循環(huán)的工作方式，最終得到一個(gè)詞表。該文沒(méi)有進(jìn)一步進(jìn)行全文分詞，但其人機(jī)交互式的方法，可以保證獲取詞表的精確率，缺點(diǎn)是召回率難以保證。
較為實(shí)用的陌生文本分詞方法則是文獻(xiàn)[1]提出的基于句子的人機(jī)交互的增量式學(xué)習(xí)方法。首先，利用串頻統(tǒng)計(jì)獲取文本中的未登錄詞，然后，基于這個(gè)詞表進(jìn)行自動(dòng)分詞，把分詞結(jié)果提交人工判定，利用學(xué)習(xí)到的詞語(yǔ)和優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行下一輪分詞和未登錄詞的提取。在規(guī)模為9萬(wàn)詞的語(yǔ)料上，可以達(dá)到近90％的分詞正確率。然而，其未登錄詞的發(fā)現(xiàn)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(shí)際上還是通過(guò)人工判定來(lái)完成。文獻(xiàn)[7]提出了基于Multigram語(yǔ)言模型的主動(dòng)學(xué)習(xí)方法，首先使用了50M同質(zhì)生語(yǔ)料利用EM算法來(lái)參數(shù)估計(jì)，再依靠對(duì)較為重要的句子提交用戶切分，解決高頻字串的切分問(wèn)題。在開(kāi)放測(cè)試中，分詞F值為77.7％。
總的來(lái)看，在處理陌生文本時(shí)，人機(jī)交互的方式比純統(tǒng)計(jì)方法的效果好。讓用戶來(lái)確定詞，不僅較為準(zhǔn)確，還可讓系統(tǒng)適應(yīng)于不同的分詞標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些方法存在的最大問(wèn)題是未登錄詞發(fā)現(xiàn)的精確率和召回率不高，在人機(jī)交互和機(jī)器自動(dòng)學(xué)習(xí)的機(jī)制上存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致分詞效果不好或代價(jià)過(guò)高。
3 算法
上文介紹了人機(jī)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(yōu)缺點(diǎn)。前者可以得到切分好的句子集合，但對(duì)于用戶而言，切分整個(gè)句子比較困難一些。相當(dāng)數(shù)量的詞會(huì)反復(fù)出現(xiàn)在不同的句子中，造成人工的浪費(fèi)，也容易出現(xiàn)對(duì)同一個(gè)詞切分不一致。同時(shí)，要定義生成候選句子的判別函數(shù)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(yǔ)料的詞表，通過(guò)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(duì)同一個(gè)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(tǒng)流程
圖1給出了系統(tǒng)流程。首先，由機(jī)器從陌生文本中自動(dòng)抽取一個(gè)高精度的候選詞表。接著，由熟悉該文本的專業(yè)人員或用戶進(jìn)行詞條的甄選，得到一個(gè)小規(guī)模詞表。然后，利用這個(gè)詞表進(jìn)行自動(dòng)分詞，在未切分的漢字串中，抽取出更多的候選串，由人工進(jìn)行判定。這樣反復(fù)進(jìn)行人機(jī)交互，最終完成對(duì)文本的分詞。
上述過(guò)程主要分為兩個(gè)問(wèn)題，一是如何自動(dòng)地提取候選字串并進(jìn)行自動(dòng)篩選，保證詞語(yǔ)的精確率和召回率；二是如何通過(guò)人機(jī)交互來(lái)確定詞表，讓詞語(yǔ)符合用戶的分詞標(biāo)準(zhǔn)。本文提出了改進(jìn)的后綴數(shù)組抽詞算法，對(duì)抽取的候選詞語(yǔ)采用互信息(MI)進(jìn)行過(guò)濾，得到了性能較好的自動(dòng)抽詞模塊。同時(shí)，提供較好的人機(jī)交互界面，便于用戶增刪詞語(yǔ)。
3.2 改進(jìn)的后綴數(shù)組自動(dòng)抽詞算法
提取候選字串時(shí)，最大的問(wèn)題是會(huì)產(chǎn)生大量垃圾。例如在一個(gè)文本中，字串“薩達(dá)姆”、“薩達(dá)”和“達(dá)姆”的頻次都為10次。很明顯，“薩達(dá)”和“達(dá)姆”是需要排除的字串。針對(duì)這一問(wèn)題，目前主要有兩種做法：一種是計(jì)算文本中所有的N元字串的頻次，然后使用頻次相減法來(lái)過(guò)濾[8]。另一種是分別建立前綴數(shù)組和后綴數(shù)組。利用排序的后綴數(shù)組，直接把數(shù)組序列中前綴相同的字串提取出來(lái)，這樣可以得到“薩達(dá)姆”，排除“薩達(dá)”。同樣地，建立排序的前綴數(shù)組來(lái)把后綴相同的字串提取出來(lái)，得到“薩達(dá)姆”，排除“達(dá)姆”，最后把兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行交集運(yùn)算，得到“薩達(dá)姆”[9]。這兩種方法，在時(shí)間和空間上開(kāi)銷較大，也無(wú)法提取頻次為1的詞語(yǔ)。
為了解決計(jì)算效率問(wèn)題，我們提出了改進(jìn)算法，只需建立一個(gè)排序的后綴數(shù)組，就可以完成排除子串的過(guò)程。首先，利用排序的后綴數(shù)組的最長(zhǎng)公共前綴(LCP，Longest Common Prefix)，可以排除“薩達(dá)”。同時(shí)，利用上文的后綴信息來(lái)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(dá)姆”所在的后綴數(shù)組，其上文都為“薩”，被排除。通過(guò)計(jì)算它們上文相同的長(zhǎng)度，即上文最長(zhǎng)公共后綴(LLCS，Longest Left Common Suffix)的長(zhǎng)度，就可以跳過(guò)這些被長(zhǎng)串完全覆蓋的子串。在不增加空間 開(kāi)銷的前提下，把算法的時(shí)間復(fù)雜度由原來(lái)的0(N2)降到了0(N*lgN)。由此，利用后綴數(shù)組的LCP、LLCS值，可以從文本中自動(dòng)獲得大量的n元字串。圖2是從1998年1月《人民日?qǐng)?bào)》語(yǔ)料中提取出來(lái)的部分以“薩”和“達(dá)”開(kāi)頭的后綴數(shù)組，左圖中可以直接提取出“薩達(dá)姆”、“薩達(dá)姆總統(tǒng)”等候選串，右圖則顯示出“達(dá)姆”的上文為“薩”或“阿”，可以直接排除掉“達(dá)姆”這個(gè)短串。而“阿達(dá)姆庫(kù)斯”則可以通過(guò)“阿”開(kāi)頭的后綴數(shù)組提取出來(lái)。
對(duì)于頻次為1的字串，本文使用左右擴(kuò)展法來(lái)獲取。方法是利用后綴數(shù)組中頻次為1的二字串進(jìn)行左右擴(kuò)展。每次擴(kuò)展的二字頻需為1，否則后退一字。如“薩達(dá)姆”中，假設(shè)“、訴薩、薩達(dá)、達(dá)姆”的頻次分別為5、1、1、1。以“薩達(dá)”為出發(fā)點(diǎn)向左擴(kuò)展，“訴薩”頻次為1，擴(kuò)展為“訴薩達(dá)”；再往左擴(kuò)展，由于“”的頻次大于1，所以刪除“”，剩下“薩達(dá)”，確定左邊界。以相同的方式可以確定右邊界，同時(shí)屏蔽掉后綴數(shù)組中相應(yīng)的元素“達(dá)姆”。最后得到頻次為1的“薩達(dá)姆”。需要說(shuō)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(nèi)部的所有鄰接二字對(duì)的頻次也為1。
后綴數(shù)組、最長(zhǎng)公共前綴數(shù)組LCP和上文最長(zhǎng)公共后綴LLCS的構(gòu)造算法如下：
設(shè)S=C1C2…Ci…CCN為一個(gè)由N個(gè)字符構(gòu)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(kāi)始的后綴，可以得到{A1，A2，…，AN}。按照字符集∑的順序進(jìn)行排序，得到一個(gè)排序的二維數(shù)組SA，即SA1＜SA2＜…＜SAN，“＜”表示字符集中的先后順序。數(shù)組LCP[1…N]存放SAi與SAi-1或SAi+1的公共最長(zhǎng)前綴的長(zhǎng)度(選擇最大值)，數(shù)組LLCS[1…N]存放SAi與SAi-1或SAi+1的上文公共最長(zhǎng)后綴的長(zhǎng)度(選擇最大值)。
候選字串提取算法如下：
for(int i=1；i＜=N；i++){／／對(duì)于每一個(gè)后綴數(shù)組的元素
if(LLCS[i]＞0)／／如果上文相同的漢字個(gè)數(shù)＞0，則跳過(guò)，不算候選串
break；／／跳出本次循環(huán)
else if(LCP[i]＞1){ ／／如果上文不同，且下文相同的漢字個(gè)數(shù)＞1，則把該串加入Hash表
HashTable-＞insert(SA[i]，LCP[i])；
break；／／跳出本次循環(huán)
}
int m=0，n=0；／／m為向左擴(kuò)展的字?jǐn)?shù)，n為向右擴(kuò)展的字?jǐn)?shù)
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(kuò)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(duì)應(yīng)的SA
m++；／／左擴(kuò)展字?jǐn)?shù)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(kuò)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(duì)應(yīng)的SA
n++；／／左擴(kuò)展字?jǐn)?shù)加1
}
if(m+n＞0)／／如果左右擴(kuò)展過(guò)了
HashTable-＞insert(SA[i]，m+n+1)；／／把該串加入Hash表
}
3.3 互信息過(guò)濾
由后綴數(shù)組得到的字串需要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)濾，以提高精確率。文獻(xiàn)[10]對(duì)9種常用的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行了測(cè)試與分析，指出各統(tǒng)計(jì)量之間互補(bǔ)性不高。通常情況下，建議直接選用單個(gè)效果最好的互信息進(jìn)行二字詞的自動(dòng)抽取。本文對(duì)于二元至四元字串采用條件熵推導(dǎo)出來(lái)的點(diǎn)互信息公式，對(duì)于五元以上的字串，由于公式過(guò)于繁瑣，計(jì)算量過(guò)大，采用另一個(gè)簡(jiǎn)化公式。具體計(jì)算公式如下，
其中，n≥1，f(C1，…，Cn)是n元字串C1，…，Cn在語(yǔ)料中出現(xiàn)的次數(shù)，N是語(yǔ)料規(guī)模(總字?jǐn)?shù))，P(C1，…，Cn)=f(C1，…，Cn)／N，P(ac)則是字符a和c相隔一個(gè)字符時(shí)順序共現(xiàn)的概率。
為了提高自動(dòng)抽詞的性能和效率，我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了識(shí)別兩種特殊字串的獨(dú)立模塊。一種是由漢字構(gòu)成的“AABB”型重疊式，如“風(fēng)風(fēng)火火”等詞語(yǔ)。一種是“簡(jiǎn)單數(shù)詞”，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、漢字?jǐn)?shù)字構(gòu)成的數(shù)詞。如，“3000'’、“20萬(wàn)”、“叁拾”等。這二種字串在漢語(yǔ)文本中經(jīng)常出現(xiàn)，可以作為未登錄詞識(shí)別模塊的補(bǔ)充，用于人工篩選。
3.4 人機(jī)交互
人機(jī)交互是讓用戶借助上下文信息判定一個(gè)候選字串是不是詞，以得到質(zhì)量較高的詞表，進(jìn)行后續(xù)的抽詞和分詞流程。我們規(guī)定，用戶在篩選候選詞時(shí)，只能進(jìn)行三種操作，即“確定”、“刪除”和“添加”。如果候選串是詞，則進(jìn)行“確定”操作；不是詞，則“刪除”；在上下文觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)新的詞，則“添加”到詞庫(kù)中。
我們?cè)赩C6.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。人機(jī)交互界面如圖3，在pku_test(SIGHAN2005)上，系統(tǒng)第一次自動(dòng)抽詞得到的詞語(yǔ)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(cè)則顯示 出其上下文，用戶可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行增刪詞條。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
我們對(duì)四種規(guī)模、體裁、分詞標(biāo)準(zhǔn)各不相同的語(yǔ)料進(jìn)行測(cè)試，其中包括普通分詞系統(tǒng)難以處理的現(xiàn)代漢語(yǔ)和近代漢語(yǔ)的小說(shuō)語(yǔ)料。
4.1 測(cè)試方法
為了說(shuō)明人機(jī)交互的效果，同時(shí)避免人的主觀操作的不穩(wěn)定性，我們采用與答案詞表(即從分詞語(yǔ)料中提取出來(lái)的詞表)進(jìn)行比對(duì)的方式，模擬用戶的操作過(guò)程。系統(tǒng)模擬用戶進(jìn)行“確定”和“刪除”操作時(shí)，只需通過(guò)查詢答案詞表即可實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于“添加”操作，系統(tǒng)只能在“候選串”的內(nèi)部和外部上下文中進(jìn)行未登錄詞的查找。
內(nèi)部查找：對(duì)于一個(gè)候選字串S，在其內(nèi)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(jiǎn)單模式的詞語(yǔ)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(gè)字，C1、C2為下文的2個(gè)字，5條橫線即為查找未登錄詞的5種模式。
4.2 評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
我們從未登錄詞識(shí)別效果、分詞精度、用戶勞動(dòng)量等三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)測(cè)。對(duì)于用戶勞動(dòng)量，以用戶在進(jìn)行交互時(shí)花費(fèi)的總時(shí)間為依據(jù)，采用加權(quán)的方法進(jìn)行計(jì)算。在用戶對(duì)語(yǔ)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(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值約為1秒、2秒和3秒。因此，工作時(shí)間＝“確定”條數(shù)*1+“刪除”條數(shù)*2+“添加”條數(shù)*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(jì)算都是以答案詞表中的多字詞條數(shù)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(méi)有經(jīng)過(guò)用戶篩選，系統(tǒng)反復(fù)獲取未登錄詞，而后進(jìn)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(jìn)行FMM分詞得到的F值。
4.3 測(cè)試結(jié)果及分析
四個(gè)語(yǔ)料的測(cè)試結(jié)果顯示，未經(jīng)人機(jī)交互時(shí)，系統(tǒng)分詞的F值已經(jīng)可以達(dá)到72％左右。在較少的人工耗費(fèi)下，分詞F值可以達(dá)到84％以上。其中，《紅樓夢(mèng)》語(yǔ)料，由于單字詞出現(xiàn)的比例較大，得到的分詞精度最高(94％)。相對(duì)于Baseline，在花費(fèi)了一定的人力進(jìn)行交互以后，系統(tǒng)的分詞性能確有不小的提升，F(xiàn)值分別提高了12個(gè)百分點(diǎn)以上。而更為重要的是，用戶通過(guò)篩選獲得了一個(gè)符合自己的分詞標(biāo)準(zhǔn)的相當(dāng)規(guī)模的領(lǐng)域詞表。當(dāng)然，相對(duì)于Topline來(lái)說(shuō)，人工交互的分詞效果還有待進(jìn)一步提高。
從未登錄詞的獲取情況來(lái)看，在無(wú)人機(jī)交互條件下，系統(tǒng)的F值已達(dá)到40％以上；人機(jī)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(dòng)量并不是太大。不同的語(yǔ)料在正確率、召回率和用戶添加詞語(yǔ)的比例上有所差異，不過(guò)抽取的候選串的F值基本相近，系統(tǒng)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(yǔ)料的特殊性造成的。然而，文本中依然有50％左右的多字詞沒(méi)有識(shí)別出來(lái)，其中絕大多數(shù)是出現(xiàn)3次以下的詞語(yǔ)，說(shuō)明系統(tǒng)在獲取低頻詞語(yǔ)方面還需要改進(jìn)，分詞錯(cuò)誤也主要是由未登錄詞引起的。
由于在模擬人機(jī)交互時(shí)嚴(yán)格限定了“添加”詞條操作的范圍，使得人機(jī)交互的最后結(jié)果不夠理想。在實(shí)際使用時(shí)，系統(tǒng)還允許用戶使用其他先驗(yàn)詞表，或者自行添加一部分詞語(yǔ)，從而得到更好的分詞精度。
為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，我們還設(shè)計(jì)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(yù)的增加而不斷提高。經(jīng)過(guò)多次人機(jī)交互后，達(dá)到互信息的最低閾值，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)提取候選串的情況。此時(shí)，系統(tǒng)可以把未切分串中的高頻條目進(jìn)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(zhǎng)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(tǒng)詞表。使用這兩個(gè)模塊后，系統(tǒng)的分詞性能會(huì)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(lái)判定和添加到詞表中，因此，該模塊僅作為用戶選用的一項(xiàng)輔助措施，沒(méi)有參與評(píng)測(cè)。
5 結(jié)論與未來(lái)工作
本文提出了面向中文陌生文本的分詞方法，在沒(méi)有分詞底表、訓(xùn)練語(yǔ)料和其他語(yǔ)言知識(shí)的條件下，可以根據(jù)用戶的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分詞。該方法采用人機(jī)交互的方式，不斷擴(kuò)大系統(tǒng)詞表，盡可能地獲取文本中的所有詞語(yǔ)，從而達(dá)到較高的分詞精度。系統(tǒng)以Unicode字符集為內(nèi)核，可以處理不同編碼(繁簡(jiǎn)體)的文本。在文本的通用性上，可以處理不同時(shí)代(現(xiàn)代漢語(yǔ)、近代漢語(yǔ))、不同領(lǐng)域(新聞、文學(xué)等)的漢語(yǔ)文本，從而為特殊語(yǔ)料庫(kù)的加工提供了一個(gè)較為高效的分詞工具。在未登錄詞識(shí)別方面，重點(diǎn)解決了使用后綴數(shù)組時(shí)長(zhǎng)短串覆蓋問(wèn)題和頻次為1的字串的提取問(wèn)題。
文本是對(duì)陌生文本進(jìn)行分詞的一次初步嘗試，還存在一些不足和需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。如：提高低頻詞語(yǔ)的識(shí)別效果；探索更好的人機(jī)交互方式；增強(qiáng)系統(tǒng)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(jìn)一步開(kāi)發(fā)出人機(jī)交互式的詞性標(biāo)注系統(tǒng)、義項(xiàng)標(biāo)注系統(tǒng)，從而使古代漢語(yǔ)文本和漢語(yǔ)的其他特殊文本的深加工能夠在一個(gè)較為高效和智能的平臺(tái)上展開(kāi)。
收稿日期：2006－08－28 定稿日期：2007－02－14
基金項(xiàng)目：南京師范大學(xué)211資助項(xiàng)目(1240702504)
作者簡(jiǎn)介：李斌(1981－)，男，博士生，主要研究方向?yàn)橛?jì)算語(yǔ)言學(xué)。
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關(guān)鍵詞：人機(jī)交互 體感 Kinect
中圖分類號(hào)：TH789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）09-0065-02
1 前言
計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，不僅是處理器速度、存儲(chǔ)器容量飛速提高的歷史，也是不斷改善人機(jī)交互技術(shù)的歷史。ACM圖靈獎(jiǎng)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(jì)的計(jì)算研究”報(bào)告中指出，“計(jì)算機(jī)有三個(gè)作用：第一是模擬；第二是計(jì)算機(jī)可以幫助人們進(jìn)行通信；第三個(gè)是互動(dòng)，也就是與實(shí)際世界的交流”。
人機(jī)交互（Human Computer Interaction，HCI）是研究人、計(jì)算機(jī)以及它們間相互影響的技術(shù)。人機(jī)交互技術(shù)，如鼠標(biāo)器、窗口系統(tǒng)、超文本、多媒體等，已對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，而且還將繼續(xù)影響全人類的生活。人機(jī)交互技術(shù)是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)焦點(diǎn)，世界各國(guó)都將人機(jī)交互技術(shù)作為重點(diǎn)研究的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
2 發(fā)展階段
人機(jī)交互的發(fā)展歷史，是從人適應(yīng)計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)不斷地適應(yīng)人的發(fā)展史。
20世紀(jì)40年代到70年代，人機(jī)交互采用的是命令行方式，用戶采用鍵盤(pán)輸入信息，以文本編輯的形式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流，這是第一代人機(jī)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(duì)交流技術(shù)的要求也較高，使用者需要經(jīng)過(guò)相當(dāng)時(shí)間的學(xué)習(xí)培訓(xùn)。
到20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了圖形用戶界面方式，并直接引發(fā)了桌面式操作系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，引入了鼠標(biāo)這一劃時(shí)代的交互設(shè)備。圖形用戶界面簡(jiǎn)潔而直觀，效率和易用性都有了很大的提高，降低了對(duì)使用者的技術(shù)要求。
進(jìn)入90年代，多媒體技術(shù)的發(fā)展使得人機(jī)交互進(jìn)入了一個(gè)信息量迅速增長(zhǎng)的時(shí)代，計(jì)算機(jī)界面輸出更加動(dòng)態(tài)，二維圖形/圖像及其它多媒體信息的方式，有效增加了計(jì)算機(jī)與使用者溝通的渠道。
圖形技術(shù)的飛速發(fā)展說(shuō)明，對(duì)于終端應(yīng)用層面，使處理的數(shù)據(jù)易于操作并直觀是十分重要的問(wèn)題。人類之間交互的方式都是基于三維空間的，無(wú)論是命令行方式，圖形界面方式還是多媒體方式，它們?cè)趯?shí)質(zhì)上都屬于基于二維空間精確信息的人機(jī)交互模式，不夠自然、形象、直觀。以人為中心、自然、高效將是發(fā)展新一代人機(jī)交互的主要目標(biāo)。
3 新一代人機(jī)交互技術(shù)
多通道交互（Multi-Modal Interaction，MMI）是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種人機(jī)交互技術(shù)，它既適應(yīng)了“以人為中心”的自然交互準(zhǔn)則，也推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息產(chǎn)業(yè)（包括移動(dòng)計(jì)算、移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等）的快速發(fā)展。MMI是指一種使用多種通道與計(jì)算機(jī)通信的人機(jī)交互方式通道（modality）涵蓋了用戶表達(dá)意圖、執(zhí)行動(dòng)作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語(yǔ)、眼神、臉部表情、唇動(dòng)、手動(dòng)、手勢(shì)、頭動(dòng)、肢體姿勢(shì)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)或味覺(jué)等，采用這種方式的計(jì)算機(jī)用戶界面稱為“多通道用戶界面”。
在多通道交互技術(shù)中、發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣的是人體動(dòng)作感應(yīng)技術(shù)，簡(jiǎn)稱體感技術(shù)，包括手勢(shì)識(shí)別，面部識(shí)別，肢體識(shí)別及眼動(dòng)追蹤等。體感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方式主要是以紅外/激光/可見(jiàn)光等方式追蹤使用者的物理特征變化，并轉(zhuǎn)化為響應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。目前發(fā)展較為成熟、應(yīng)用相對(duì)較多的是手勢(shì)及肢體識(shí)別技術(shù)。本文以微軟公司最新推出的民用級(jí)體感設(shè)備Kinect為例，重點(diǎn)探討基于體感技術(shù)的人機(jī)交互環(huán)境。
4 Kinect的技術(shù)特點(diǎn)
Kinect是微軟基于Windows平臺(tái)打造的一款運(yùn)動(dòng)感知輸入設(shè)備，作為一款體感外設(shè)，它實(shí)際上是一個(gè)采用全新空間定位技術(shù)（LightCoding）的3D體感攝像頭，利用即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語(yǔ)音辨識(shí)等功能，允許使用者使用身體姿勢(shì)和語(yǔ)音命令通過(guò)自然用戶界面技術(shù)與計(jì)算機(jī)交互，從而完全擺脫了傳統(tǒng)輸入設(shè)備的束縛。
Kinect的主要配置有：雙RGB攝像頭：提供紅、綠、藍(lán)三顏色通道，主要作用在于動(dòng)作追蹤；深度傳感器：深度傳感器由紅外線投影機(jī)加單色CMOS傳感器組成；多點(diǎn)陣麥克風(fēng)：主要功能是為了聊天以及語(yǔ)音命令識(shí)別，并可以幫助過(guò)濾環(huán)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(shè)計(jì)的軟件控制。
4.1 智能模糊建模
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程基于一系列的規(guī)則，結(jié)果也很簡(jiǎn)單：是與不是，非A即B。在為輸入輸出數(shù)目有限的簡(jiǎn)單系統(tǒng)建模時(shí)，這種方式簡(jiǎn)單而有效。然而真實(shí)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(wú)法用簡(jiǎn)單的二元方式來(lái)定義真實(shí)世界。以揮手為例，這一簡(jiǎn)單動(dòng)作對(duì)計(jì)算機(jī)判定來(lái)說(shuō)，具有非常多的影響因子：手揮動(dòng)的幅度，背景環(huán)境差異，現(xiàn)場(chǎng)光照的明暗，衣服質(zhì)地的不同，體型差異造成的動(dòng)作差異等。為此，我們必須用新的編程方式來(lái)教會(huì)計(jì)算機(jī)以更接近人腦的方式來(lái)解決問(wèn)題，即智能模糊建模。
對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，當(dāng)你遇到一個(gè)人的時(shí)候，你的大腦立即將注意力集中在他身上，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)辨識(shí)出他的身份。這一過(guò)程并不是通過(guò)數(shù)百層的決策樹(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是人腦通過(guò)海量的學(xué)結(jié)推斷出的。Kinect以類似的方法被創(chuàng)造出來(lái)。它觀察身邊的世界，它注意觀察并不停學(xué)習(xí)你的動(dòng)作。即使Kinect從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)你揮過(guò)手，也能很快地從它學(xué)習(xí)過(guò)的TB級(jí)數(shù)據(jù)中猜測(cè)出你所做動(dòng)作的含義。
4.2 傳感方式
Kinect所采用的是光編碼技術(shù)，顧名思義就是用光源照明給需要測(cè)量的空間編上碼，其本質(zhì)仍是結(jié)構(gòu)光技術(shù)。它通過(guò)紅外線投影機(jī)將空間劃分為連續(xù)的的數(shù)百個(gè)約10cmX10cm大小的格子，每個(gè)格子都有其唯一的編碼，當(dāng)人體在空間中移動(dòng)時(shí)，劃過(guò)的相應(yīng)的格子，傳感器就會(huì)捕捉到對(duì)應(yīng)的編碼值，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行插值處理，即可得到相當(dāng)精確的人體移動(dòng)的速度、角度、范圍等三維信息。
與此同時(shí)，Kinect的雙攝像頭會(huì)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，對(duì)得到的圖像進(jìn)行像素級(jí)評(píng)估，來(lái)辨別人體的不同部位。通過(guò)優(yōu)化的智能算法，Kinect將人體從背景環(huán)境中區(qū)分出來(lái)，并最大限度的減少外界環(huán)境的干擾，如光照條件、衣物、發(fā)型、身高體型差異等，從噪音中提取出有用信號(hào)。
4.3 動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化
通過(guò)圖像信息和三維空間數(shù)據(jù)的整合處理，使用者圖像的每一個(gè)像素都被傳送進(jìn)一個(gè)辨別人體部位的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中。隨后該系統(tǒng)將給出了某個(gè)特定像素屬于哪個(gè)身體部位的可能性。將所有的這些可能性輸入到接下來(lái)的處理流程中并且等到最后階段進(jìn)行判斷。通過(guò)所有數(shù)據(jù)的全面對(duì)比計(jì)算，Kinect可將人體分為20個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，并依此描繪出骨骼模型，目前其可以主動(dòng)追蹤最多兩名使用者的全身骨架，或者被動(dòng)追蹤最多四名玩家的形體和位置。
5 應(yīng)用前景分析
體感技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的交互手段，交互方式更加自由，而且發(fā)出指令的形式也更多樣，只要在系統(tǒng)中把動(dòng)作與相應(yīng)的計(jì)算機(jī)操作一一對(duì)應(yīng)即可。例如，在演示圖片時(shí)，雙手分開(kāi)視為放大操作，反之，雙手合攏即為縮小操作，同樣，模仿翻書(shū)手勢(shì)的左/右揮手即為翻頁(yè)命令，等等。對(duì)于某些特定場(chǎng)合，如手術(shù)中的醫(yī)生，其非接觸式的操作方式更是非常方便。
體感技術(shù)還具有貼近人類自然行為的操作特點(diǎn)。目前仿真機(jī)器人的發(fā)展非常迅速，但對(duì)于擁有數(shù)個(gè)關(guān)節(jié)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的仿真機(jī)械手臂，傳統(tǒng)的手柄加按鍵的控制方式極為繁瑣，對(duì)于使用者的技術(shù)要求也很高。如采用體感交互技術(shù)，使用者就不是在操作機(jī)械手臂，而是機(jī)械手臂在模仿學(xué)習(xí)人類的行為動(dòng)作，方便程度不言而喻。
體感交互技術(shù)還可與三維顯示技術(shù)結(jié)合，營(yíng)造更加完善的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)環(huán)境，使沉浸感與交互性都進(jìn)一步加深。無(wú)論是三維環(huán)幕立體投影或是頭戴式顯示器，使用者通過(guò)體感技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的操作手段，從而能夠用更貼近現(xiàn)實(shí)世界的方式去控制計(jì)算機(jī)，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用提供了更多的可能性。
6 結(jié)語(yǔ)
本文介紹了人機(jī)交互發(fā)展的過(guò)程，分析了作為新一代的人機(jī)交互方式之一的體感技術(shù)，其自身?yè)碛械莫?dú)特優(yōu)勢(shì)，并以微軟Kinect為例，介紹了基本的技術(shù)原理，認(rèn)為體感技術(shù)具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。目前下一步的研究重點(diǎn)在于如何使用體感技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)命令，以及優(yōu)化動(dòng)作識(shí)別的效率與精確度，從而提高體感技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。
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關(guān)鍵詞：人機(jī)交互 課程教學(xué) 課程情況
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0109-01
在過(guò)去的30年中，人機(jī)交互是個(gè)快速發(fā)展、并飛速進(jìn)步著的研究領(lǐng)域，新式的人機(jī)交互系統(tǒng)已徹底改變了我們使用電腦的方式。人機(jī)互動(dòng)發(fā)生于使用者與電腦之間的使用平臺(tái)上，這種互動(dòng)包括了軟件與硬件兩方面，例如：個(gè)人電腦屏幕上顯示的字體、物件;使用者使用硬件比如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)所發(fā)出的信號(hào)，還有其他大型的電腦人機(jī)交互系統(tǒng)，比如飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室，等等。
電腦機(jī)械聯(lián)盟把“人機(jī)交互”定義為這樣一個(gè)學(xué)科：設(shè)計(jì)、評(píng)估、實(shí)現(xiàn)以人類使用為目標(biāo)的交互電腦系統(tǒng)，以及其相關(guān)的各式主要現(xiàn)象。值得注意的一點(diǎn)是，人機(jī)交互的一個(gè)非常主要的方面便是保證用戶的使用滿意度。正因?yàn)榇耍藱C(jī)交互研究的是一個(gè)人與一個(gè)機(jī)器的溝通，這門(mén)學(xué)科需要機(jī)器與人同時(shí)兩方面的知識(shí)來(lái)支持它。在電腦方面來(lái)說(shuō)，需要的技術(shù)有電腦繪圖、操作系統(tǒng)、電腦編程語(yǔ)言和發(fā)展環(huán)境等相關(guān)知識(shí);而另一方面，從使用者方面來(lái)說(shuō)，需要的學(xué)科有：溝通理論、圖像和產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)理論、語(yǔ)言學(xué)、社會(huì)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、社會(huì)心理學(xué)和其他與人類相關(guān)的理論，比如說(shuō)電腦使用者滿意度等等。除此以外，工程和設(shè)計(jì)手法也都是相關(guān)的。正因?yàn)槿藱C(jī)交互的多樣性與多學(xué)科性，不同背景的不同專家們都對(duì)它的成功有著關(guān)鍵作用，也都作出過(guò)貢獻(xiàn)。
1 美國(guó)大學(xué)《人機(jī)交互》課程教學(xué)情況
當(dāng)今，在歐美電腦發(fā)達(dá)的大學(xué)和研究室里，人機(jī)互動(dòng)都是最熱門(mén)的課題和課程。在此文中，我們將以美國(guó)馬薩諸塞州的威斯利學(xué)院的《人機(jī)交互》課程為例，深入研究探討美國(guó)大學(xué)“人機(jī)交互”（human-computer interaction）的情況。
在威斯利學(xué)院，《人機(jī)交互》是一門(mén)中級(jí)課程，要選該課程的學(xué)生必須上過(guò)初級(jí)的電腦科學(xué)課程，才可選上人機(jī)交互課程。《人機(jī)交互》是一門(mén)非常熱門(mén)的課程，通常只有大三大四學(xué)生才能夠幸運(yùn)選上。
1.1 《人機(jī)交互》課程前期課程要求
由于此項(xiàng)課程是中級(jí)課程，學(xué)生們必須完成了以下四門(mén)課程中的一項(xiàng)才能注冊(cè)：CS110、CS111、CS112或者CS117。CS110是最基礎(chǔ)的電腦入門(mén)課程，介紹了電腦、網(wǎng)絡(luò)、信息顯示和一些簡(jiǎn)單的編程技術(shù)。CS111是電腦編程和問(wèn)題解決，這節(jié)課向?qū)W生們介紹了Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并且為學(xué)生們奠定了整個(gè)大學(xué)電腦課程的基礎(chǔ)。CS112的名稱為“科學(xué)中的電腦運(yùn)算”，這門(mén)課程專為科學(xué)和數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而開(kāi)設(shè)，尤其是需要在科學(xué)研究中運(yùn)用到電腦，例如MATLAB的學(xué)生。CS117則是另一個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，它的全名為發(fā)明移動(dòng)應(yīng)用程序，對(duì)于手機(jī)應(yīng)用程序的編程感興趣的學(xué)生可以考慮以這門(mén)課作為他們電腦專業(yè)的起點(diǎn)。完成過(guò)這四門(mén)課程中的任意一門(mén)的學(xué)生若對(duì)人機(jī)互動(dòng)有興趣，都可以選上《人機(jī)交互》課程。該校的《人機(jī)交互》課程分兩個(gè)級(jí)別：首先是初級(jí)的入門(mén)級(jí)課程，在上完這節(jié)課后，有興趣的同學(xué)還能選擇更高一級(jí)別的同類課程。此處我們研究的是入門(mén)級(jí)的《人機(jī)交互》課程。
1.2 入門(mén)級(jí)的《人機(jī)交互》課程的內(nèi)容
初級(jí)課程包含了基本的手法、理論，和一些適用于設(shè)計(jì)、編碼和試驗(yàn)互動(dòng)系統(tǒng)的工具。課程涵蓋的主題包括了實(shí)用性、可負(fù)擔(dān)性、以人為本的設(shè)計(jì)、人體認(rèn)知和物理工程學(xué)、信息和互動(dòng)基礎(chǔ)、互動(dòng)式樣、互動(dòng)技巧和以移動(dòng)互動(dòng)模式為重點(diǎn)的人機(jī)互動(dòng)軟件工具，除此之外，此課程也回顧了人機(jī)交互的最新發(fā)展?fàn)顩r，包括了新興的互動(dòng)方式（例如移動(dòng)互動(dòng)，真實(shí)感，可觸摸人機(jī)互動(dòng)，和普適計(jì)算等），和多樣化的互動(dòng)技巧（例如利用聲音、手勢(shì)和眼球的移動(dòng)）。
1.3 《人機(jī)交互》課程的教學(xué)安排
《人機(jī)交互》上課的課程內(nèi)容安排是由教授上課、上機(jī)實(shí)踐、課后答疑、學(xué)術(shù)界相關(guān)人士客座講座等形式構(gòu)成。
每周有兩次各70 min的課程，由教授主講，每節(jié)課老師都會(huì)定一個(gè)主題，老師上課用PPT形式展示內(nèi)容，學(xué)生也都會(huì)拿到相對(duì)應(yīng)的講義，便于學(xué)生做筆記。老師上課以講解為主，但是也鼓勵(lì)學(xué)生們?nèi)绻腥魏尾欢伎梢噪S時(shí)打斷老師，問(wèn)問(wèn)題。這每周兩節(jié)課是學(xué)生吸收新知識(shí)的主要來(lái)源，學(xué)生在上課前都應(yīng)讀好相對(duì)應(yīng)的閱讀，做好準(zhǔn)備，這樣老師上課時(shí)能更好得吸收新知識(shí)，而不會(huì)一頭霧水。學(xué)期中也穿插了幾次機(jī)房上課讓學(xué)生實(shí)踐，在機(jī)房課中也會(huì)有兩個(gè)學(xué)生助教來(lái)幫助學(xué)生，因?yàn)閷W(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)大多是第一次接觸，所以有比較多的疑問(wèn)，或是在操作過(guò)程中碰到許多問(wèn)題。課后老師每周有數(shù)小時(shí)的辦公室開(kāi)放時(shí)間，學(xué)生可去問(wèn)問(wèn)題，也可與老師郵件溝通，或另約時(shí)間會(huì)談。
除此之外，一學(xué)期中會(huì)有兩到三次的客座講座，教授會(huì)盡力請(qǐng)來(lái)學(xué)術(shù)界或是業(yè)界相關(guān)人士來(lái)替學(xué)生們演講，學(xué)生們都會(huì)抓緊這個(gè)機(jī)會(huì)去向?qū)I(yè)人士學(xué)習(xí)，也會(huì)向?qū)I(yè)人士展示自己的學(xué)術(shù)課題，征詢專業(yè)人士的建議。這些客座講座對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常珍貴的機(jī)會(huì)，是學(xué)生們拓展交際圈的寶貴機(jī)會(huì)，有的學(xué)生也可由此機(jī)會(huì)拿到暑期實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。
1.4 《人機(jī)交互》課程的閱讀和作業(yè)要求
此課程對(duì)閱讀材料也有相當(dāng)多的需求，不僅有必備的一本課本：《設(shè)計(jì)應(yīng)用界面》，還有許多輔助的閱讀材料。對(duì)于手機(jī)應(yīng)用程序編程不熟悉的學(xué)生需要自行學(xué)習(xí)HTML編程語(yǔ)言。除此之外，在每周兩次的例行課程上，教授都會(huì)布置其他的輔助閱讀。
這門(mén)課程一學(xué)期設(shè)有四個(gè)獨(dú)立的作業(yè)，幫助學(xué)生從概念上、技術(shù)上同時(shí)探索人機(jī)交互系統(tǒng)。除此以外，該課程還有一個(gè)大型的期末項(xiàng)目，需要學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為組織，設(shè)計(jì)、完成并且分析一個(gè)完整的移動(dòng)用戶界面。教授將在學(xué)期初分配好學(xué)生小組。每一個(gè)小組，在完成這個(gè)移動(dòng)用戶界面時(shí)，都要完成以下幾個(gè)重要的要求。首先，找到一個(gè)問(wèn)題，并在后續(xù)編程的過(guò)程中，努力解決這個(gè)問(wèn)題。接下來(lái)進(jìn)行的便是創(chuàng)新移動(dòng)用戶界面的概念性設(shè)計(jì)，在此階段中，學(xué)生們會(huì)借助畫(huà)草圖、情節(jié)串聯(lián)圖版和行為說(shuō)明書(shū)等輔助的設(shè)計(jì)手法來(lái)幫助完善小組的設(shè)計(jì)。第三步，在有了明確的概念后，學(xué)生們便會(huì)使用HTML，CSS和JavaScript來(lái)建造他們的應(yīng)用程序，這個(gè)過(guò)程將會(huì)是比較冗長(zhǎng)、重復(fù)的過(guò)程，因?yàn)閷W(xué)生們將圍繞重復(fù)設(shè)計(jì)、建造、然后評(píng)估這三個(gè)步驟很多次。最后，學(xué)生們需要建立一個(gè)簡(jiǎn)易的網(wǎng)站，在網(wǎng)站中用照片、視頻、示意圖和文字來(lái)展示他們的項(xiàng)目成果。這個(gè)網(wǎng)站會(huì)被收入該校的人機(jī)交互網(wǎng)上集錦。而在學(xué)期的最后一天，老師會(huì)組織一個(gè)開(kāi)放日，歡迎全校各界人士來(lái)聽(tīng)本班學(xué)生匯報(bào)項(xiàng)目成果。除了以上提到的這些作業(yè)、項(xiàng)目，這門(mén)課程還會(huì)有期末考試，期末考試是開(kāi)卷形式，囊括了一學(xué)期課間閱讀材料以及講座中所提到的各個(gè)話題。
關(guān)鍵詞 單片機(jī)；MSP430；LCD；人機(jī)交互接口
1 引言
在當(dāng)今的各種實(shí)時(shí)自動(dòng)控制和智能化儀器儀表中，人機(jī)交互是不可缺少的一部分。一般而言，人機(jī)交互是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備來(lái)完成，但其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一種是由MCU力口驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)，如鍵盤(pán)顯示控制芯片SK5279A，串行數(shù)據(jù)傳輸數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219等等，這時(shí)顯然MCU沒(méi)有LCD的驅(qū)動(dòng)功能。另一種就是MCU本身具有驅(qū)動(dòng)功能，它通過(guò)數(shù)據(jù)總線與控制信號(hào)直接采用存儲(chǔ)器訪問(wèn)形式或I／O設(shè)備訪問(wèn)形式控制鍵盤(pán)和LCD實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。這里的MCU主要有世界各大單片機(jī)生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的各種單片機(jī)，其中TI公司的MSP430系列因其許多獨(dú)特的特性引起許多研究人員的特別關(guān)注，在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展應(yīng)用正逐步走向成熟。
2 LCD簡(jiǎn)介
LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶顯示器。液晶顯示是通過(guò)環(huán)境光來(lái)顯示信息的，它本身并不發(fā)光，因而功耗很低，只要求液晶周圍有足夠的光強(qiáng)。LCD是人與機(jī)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(jìn)步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生。LCD由于具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)、平面直角顯示以
及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，逐漸占據(jù)顯示的主流地位。
LCD的類型，根據(jù)其分類方式的不同而不同。如根據(jù)LCD顯示內(nèi)容的不同可以分為段式LCD和點(diǎn)陣LCD。根據(jù)LCD驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和多路驅(qū)動(dòng)。
3 MSP430F44X簡(jiǎn)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(jī)[2]。該系列單片機(jī)性價(jià)比相當(dāng)高，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢(shì)。它主要應(yīng)用在各種要求極低功率消耗的場(chǎng)合，特別適合用于智能測(cè)量?jī)x器、各種醫(yī)療器械、智能化家用電器和電池供電便攜設(shè)備產(chǎn)品之中。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
MSP430F44X的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括：CPU、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、FLL+時(shí)鐘系統(tǒng)(片內(nèi)DCO+晶體振蕩器)、看門(mén)狗定時(shí)器／通用目的定時(shí)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(zhuǎn)換)、復(fù)位電壓控制／電源電壓管理、基本定時(shí)器(Basic Timerl)、定時(shí)器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比較器(多達(dá)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(hào)稍有差別。在本次設(shè)計(jì)中，具體選擇MSP430F449作為人機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)具有許多獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。這一點(diǎn)，讀者可以根據(jù)TI公司相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行比較。
3.2 片內(nèi)外模塊特性
MSP430F44X具有豐富的片內(nèi)外圍模塊，其明顯的特點(diǎn)是：具有48條I／0口線的6個(gè)并行口P1-P6，其中P1、p2具有中斷能力，同時(shí)具有2個(gè)可用于UART/SPI模式選擇的串 行口 (USART0和USARTl)； 內(nèi)含12位的A／D轉(zhuǎn)換器ADCl2，快速執(zhí)行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到結(jié)果的硬件乘法器；多達(dá)160段的LCD控制器／比較器，可以實(shí)現(xiàn)多種方式的驅(qū)動(dòng)顯示；可以實(shí)現(xiàn)UART、PWM、斜坡ADC的16位Timer-A和16位Timer-B；非常靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)，既可用32768Hz的鐘表晶振產(chǎn)生低頻時(shí)鐘，也可以用450kHz-8MHz的晶體產(chǎn)生高頻時(shí)鐘，同時(shí)還可以使用外部時(shí)鐘源或者用不同控制頻率的DCO；多達(dá)幾十kB的Flash空間，這樣數(shù)據(jù)既可以保存在片內(nèi)的Flash信息存儲(chǔ)器，也可保存在程序的Hash中的剩余空間。
4 接口電路設(shè)計(jì)
4.1 接口電路簡(jiǎn)圖及說(shuō)明
典型應(yīng)用電路示意圖。在該圖中，LCD類型和鍵盤(pán)種類及數(shù)目的選擇、下拉電阻的數(shù)值大小都必須認(rèn)真考慮，硬件設(shè)計(jì)要滿足一定的工作時(shí)序關(guān)系，復(fù)位時(shí)預(yù)留緩沖時(shí)間和懸空部分引腳，晶振的選擇要在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，必須保證交流驅(qū)動(dòng)的頻率在30Hz-1000Hz范圍內(nèi)，其具體的情況請(qǐng)?jiān)敿?xì)參考TI公司的相關(guān)資料[3]。
4.2 段型液晶顯示屏EDS820A簡(jiǎn)介
一般而言，LCD分為筆段型和點(diǎn)陣字符型及點(diǎn)陣圖形型。筆段型主要是顯示數(shù)字，常用于計(jì)數(shù)、計(jì)量和計(jì)時(shí)；點(diǎn)陣字符型用于顯示數(shù)字和西文字符；點(diǎn)陣圖形型用于顯示圖形及字符。本設(shè)計(jì)中用到的EDS820A就是由西安新敏電子科技有限公司生產(chǎn)的筆段型LCD。是該顯示屏的各個(gè)引腳的邏輯功能表。
顯而易見(jiàn)，該產(chǎn)品EDS820A是5位的液晶顯示屏，它只有4個(gè)DP，用于顯示小數(shù)點(diǎn)；COM端也只有一個(gè)，所以該LCD與MSP430F449的管腳連接應(yīng)該引起足夠重視.
5 軟件設(shè)計(jì)
硬件連接電路圖為例，編寫(xiě)了鍵盤(pán)控制及顯示程序，程序在IAR Embedded Workbench編譯通過(guò)。全部主程序包括詳細(xì)的發(fā)射和接收子程序，及初始化和等待鍵盤(pán)輸入轉(zhuǎn)換、顯示等等，值得注意的是發(fā)射與接收的控制要適當(dāng)。
該程序是用匯編編寫(xiě)的。程序?qū)崿F(xiàn)的是等待按鍵輸入，讀取鍵值，最后進(jìn)行鍵值處理和顯示的功能。
檢測(cè)是否有鍵按下是通過(guò)KEY是否有高電平信號(hào)。平時(shí)，KEY為低電平，當(dāng)有鍵按下時(shí)為高電平，它發(fā)送一個(gè)脈沖給單片機(jī)MSP430F449，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)時(shí)，判斷按鍵的功能，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。
6 人機(jī)接口電路在體內(nèi)電刺激器中的應(yīng)用
醫(yī)學(xué)上，在進(jìn)行疾病控制時(shí)，通常可以通過(guò)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(hào)對(duì)神經(jīng)或肌肉進(jìn)行刺激，以使其支配相應(yīng)的功能或肌肉產(chǎn)生收縮／舒張動(dòng)作，從而有利于癥狀的減輕。由于不同部位的神經(jīng)或肌肉對(duì)電刺激發(fā)生的敏感水平不同，不同強(qiáng)弱和不同性質(zhì)的電信號(hào)所產(chǎn)生的刺激效果是不一樣的。我們研制的體內(nèi)電刺激器，可以產(chǎn)生手術(shù)時(shí)所需要的具有不同的頻率、幅度、占空比的不同波形信號(hào)。該儀器幅度、占空比準(zhǔn)確，頻率穩(wěn)定，各參數(shù)均可以精確的調(diào)節(jié)。而且，由于使用了LCD顯示，它與單片機(jī)的連接簡(jiǎn)單。LCD具有質(zhì)量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，其人機(jī)界面相當(dāng)友好。但人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到整臺(tái)儀器的使用效果。
根據(jù)需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了5個(gè)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(guò)54，S5可以調(diào)節(jié)波形的各個(gè)參數(shù)值。其中，振幅可以是在一個(gè)參考值的基礎(chǔ)上的0-99.9％；頻率可以是1Hz-999Hz；占空比調(diào)節(jié)范圍可以為1.0％-99.9％[1]。
關(guān)鍵詞：GIS；；人機(jī)交互；監(jiān)控；管理
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(shè)和管理中，我們需要及時(shí)掌握工程所在處的地理信息、工程內(nèi)部設(shè)備位置、工程中攝像頭監(jiān)控等信息。如果采用C/S技術(shù)，則需要客戶機(jī)上安裝客戶端應(yīng)用程序才能夠完成各種功能，這給我們帶來(lái)很大的不便。B/S結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝任何專門(mén)的軟件。B/S架構(gòu)的軟件只需要管理服務(wù)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(hù)。只要有一臺(tái)能夠上網(wǎng)的電腦或者能連接到網(wǎng)絡(luò)的PDA設(shè)備甚至手機(jī)就能使用，客戶端零維護(hù)。系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易，只要能上網(wǎng)，再由系統(tǒng)管理員分配一個(gè)用戶名和密碼，就可以使用了。
WebGIS技術(shù)是基于Web的地理信息系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)道路信息方面有著良好的用戶體驗(yàn)和可視化效果。用過(guò)Goolgle地圖的人就會(huì)發(fā)現(xiàn)WebGIS的便捷性和有效性。使用B/S策略開(kāi)發(fā)基于Web的GIS系統(tǒng)，使管理者和決策者隨時(shí)隨地掌握工程現(xiàn)場(chǎng)的各種道路信息、設(shè)備信息、監(jiān)控信息等，方便其及時(shí)做出決策。
2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
WebGIS的開(kāi)發(fā)技術(shù)很多，我們用MapInfo公司開(kāi)發(fā)的基于MapXtreme技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)WebGIS軟件以完成所需的功能。MapXretme平臺(tái)提供了一個(gè)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(yīng)用中，可以和.NET平美結(jié)合，可以支持在一個(gè)集中管理的服務(wù)器上運(yùn)行地圖應(yīng)用，降低了硬件和管理成本，同時(shí)極大地提高了應(yīng)用性能、可靠性和安全性。
1）地圖
將矢量地圖通過(guò)MapXtreme技術(shù)轉(zhuǎn)化成GIF或者其他柵格圖像，使用戶可以通過(guò)www瀏覽器訪問(wèn)地圖。MapXtreme支持java，可以完成多平臺(tái)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(jīng)過(guò)高度壓縮的柵格圖像，而真正的矢量圖像仍保留在服務(wù)器端，減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)，并且降低了原始數(shù)據(jù)被盜用的可能。
2）信息可視化
通過(guò)地圖表達(dá)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(jí)符號(hào)、獨(dú)立值、點(diǎn)密度、餅圖、直方圖進(jìn)行區(qū)域值的顯示；
② 對(duì)象處理：合并、緩沖、相交、刪除對(duì)象（點(diǎn)、線、面）、返回結(jié)果數(shù)據(jù)；
④ 繪制圖層：允許開(kāi)發(fā)人員繪制定制的地圖對(duì)象，如尺標(biāo)、天線傳送方向箭頭；
⑤ 查找：通過(guò)州名、ZIP碼、城市名、街道名或客戶名進(jìn)行查找；
⑥ 廣泛的數(shù)據(jù)源：使用通用的數(shù)據(jù)界面，包括ODBC、DAO、ClipBoard和OLE Data界面訪問(wèn)數(shù)據(jù)。
通過(guò)MapXtreme，用戶可以在Web上基于電子地圖的應(yīng)用系統(tǒng)。所有的最終用戶只需要安裝瀏覽器即可訪問(wèn)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，用戶可以很方便的對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、漫游、查詢、統(tǒng)計(jì)等操作。此外，MapXtreme還提供了許多強(qiáng)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(qū)分析、對(duì)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(wèn)各種數(shù)據(jù)源等。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
單純的服務(wù)器策略和客戶端策略都有明顯的局限性。當(dāng)服務(wù)器策略涉及頻繁的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它們的效率受到網(wǎng)絡(luò)寬帶和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的嚴(yán)重影響。而在客戶端策略中，當(dāng)處理請(qǐng)求和處理能力不一致時(shí)，受計(jì)算能力的影響，某些任務(wù)可能運(yùn)行緩慢，甚至根本無(wú)法完成。服務(wù)器端策略和客戶端策略的有效組合則可以為問(wèn)題的解決提供一個(gè)很好的方案。當(dāng)涉及大量的數(shù)據(jù)操作和復(fù)雜分析任務(wù)時(shí)，可以讓計(jì)算能力很強(qiáng)的服務(wù)器來(lái)處理。當(dāng)涉及用戶交互較多的任務(wù)時(shí)，可以用客戶機(jī)進(jìn)行處理。在這種情況下，服務(wù)器和客戶機(jī)可以共享它們的性能和數(shù)據(jù)處理能力，從而合理的分配數(shù)據(jù)處理程序，使系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。
1）地圖制作
將圖片光柵化后作為地圖的底圖。柵格圖像轉(zhuǎn)化為矢量圖，將柵格圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，確定地圖上各點(diǎn)的經(jīng)緯度。然后根據(jù)圖像配準(zhǔn)布局地圖，在柵格背景圖的基礎(chǔ)上通過(guò)MapInfo的畫(huà)圖工具做出各個(gè)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(xiě)入地圖的表中，在主程序中通過(guò)編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)事件信息的查詢、觸發(fā)等。
3）優(yōu)化WebGIS運(yùn)行速度的方法
① 對(duì)每個(gè)圖層設(shè)置Zoom范圍；
② 啟用COM+的Session池；
③ 啟用Cache；
④ 用文件方式存儲(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，將地圖.tab文件存儲(chǔ)在.mws工作空間當(dāng)中。
4 關(guān)鍵技術(shù)
1）地圖加載及放大、縮小、拖動(dòng)等功能的實(shí)現(xiàn)
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(shù)
鷹眼是除了主視圖外的一個(gè)小視圖窗口，用來(lái)顯示全圖，并用1個(gè)矩形表示大圖的地圖邊界。點(diǎn)擊鷹眼窗口時(shí)，地圖自動(dòng)定位到相應(yīng)位置，當(dāng)?shù)貓D視圖（包括縮放比例和中心）發(fā)生變化時(shí)，鷹眼上的導(dǎo)航矩形框相應(yīng)變化，以指示用戶當(dāng)前所處的位置。
鷹眼的實(shí)現(xiàn)思路：在同一頁(yè)面表單上放置2個(gè)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(shí)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(chuàng)建1個(gè)圖層，在該圖層上添加1個(gè)矩形對(duì)象FeatureGeometry，該矩形的大小隨著主圖邊界而變化。由于兩個(gè)窗口的大小不同，需要經(jīng)過(guò)1次比例轉(zhuǎn)換，因此首先定義1個(gè)setView( )方法，該方法用于實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)自適應(yīng)任意大小地圖窗口。當(dāng)?shù)貓D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(gè)臨時(shí)層，在臨時(shí)層上動(dòng)態(tài)生成1個(gè)藍(lán)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(tǒng)中鷹眼功能的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
① 判斷用戶是否對(duì)主地圖窗口進(jìn)行了縮放或平移操作，若沒(méi)有變換則鷹眼窗口內(nèi)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(chuàng)建1個(gè)矩形對(duì)象并設(shè)置其顏色和寬度屬性，創(chuàng)建窗口樣式并設(shè)置樣式屬性；
② 判斷鷹眼窗口的圖層中是否已經(jīng)存在臨時(shí)圖層，若存在則先清空臨時(shí)圖層中的所有對(duì)象；若不存在則創(chuàng)建1個(gè)臨時(shí)圖層并將臨時(shí)圖層加入到鷹眼窗口圖層中；
③ 將矩形對(duì)象插入臨時(shí)圖層。到此系統(tǒng)即完成了鷹眼窗口的地圖視圖變換。
④ 通過(guò)讓 Overview（概覽圖）和主地圖使用相同的地圖，我們可以將服務(wù)器上的計(jì)算負(fù)載降低到最低限度；僅在內(nèi)存中保存一個(gè)地圖可以降低應(yīng)用程序的內(nèi)存占用率，只有在地圖發(fā)生更改時(shí)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(biāo)中鍵縮放功能的實(shí)現(xiàn)
MapXtreme 2008中，在Windows應(yīng)用程序中自帶鼠標(biāo)中鍵縮放的功能，而在Web應(yīng)用程序中卻沒(méi)有，如果能夠?qū)崿F(xiàn)會(huì)顯得更加人性化。根據(jù)MapXtreme平臺(tái)的組件開(kāi)發(fā)技術(shù)原理，編寫(xiě)代碼如下：
① 在頁(yè)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(tái)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(yè)面加載處注冊(cè)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(jiān)視事件的實(shí)現(xiàn)
將設(shè)備信息寫(xiě)入到地圖文件中，自定義信息查詢組件，當(dāng)鼠標(biāo)單擊信息工具時(shí)獲取圖元的各種信息并顯示。信息查詢組件的開(kāi)發(fā)技術(shù)原理與鼠標(biāo)中鍵縮放功能的組件開(kāi)發(fā)技術(shù)原理大體一致，這里不再贅述。
5 總結(jié)
本文介紹了利用MapXtreme技術(shù)和.NET平臺(tái)開(kāi)發(fā)信息化WebGIS系統(tǒng)的流程，實(shí)現(xiàn)了地圖鷹眼、鼠標(biāo)中鍵縮放、實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備信息監(jiān)控等功能，詳細(xì)闡述了實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)為管理和決策者提供了實(shí)時(shí)信息，方便其快速準(zhǔn)確地做出決策。
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[6] 哈特 2.0經(jīng)典教程[M].北京:人民郵電出版社,2007.
摘要： 介紹了自20世紀(jì)90年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，國(guó)際交流頻繁，全球經(jīng)濟(jì)文化相互依賴增強(qiáng)。多媒體人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展迅速。同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域以及產(chǎn)品展示和銷售方面也起到了很大的作用。針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的多媒體人機(jī)交互的主要交互方式，包括了網(wǎng)絡(luò)虛擬的交互方式和多媒體、多通道的智能人機(jī)交互方式。以及這些交互方式中所存在問(wèn)題做了詳細(xì)分析。通過(guò)現(xiàn)有的這些人機(jī)交互技術(shù)的分析研究，提出了多媒體人機(jī)交互技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向及發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞： 多媒體；人機(jī)交互；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)虛擬；多通道
中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2012）22-0185-031 概述
人機(jī)交互技術(shù)，又稱為人機(jī)互動(dòng)技術(shù)（Interaction Design），它為人類與計(jì)算機(jī)之間的信息交流開(kāi)辟了一條新的溝通渠道，從計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)到今天數(shù)字媒體技術(shù)普及盛行。人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)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(jì)算機(jī)為中心，讓用戶適應(yīng)計(jì)算機(jī)的這種傳統(tǒng)的交互模式并沒(méi)有改變。多媒體技術(shù)被認(rèn)為是在智能用戶界面和自然交互技術(shù)取得突破之前的一種過(guò)渡技術(shù)。在人機(jī)交互過(guò)程中，多媒體的強(qiáng)大主要體現(xiàn)在它能提高用戶對(duì)信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，同時(shí)，在表現(xiàn)形式與人的邏輯創(chuàng)造能力上高度結(jié)合。因此，多媒體人機(jī)交互技術(shù)是多媒體技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)的完美結(jié)合，傳達(dá)信息的多樣化和通過(guò)多種輸出、輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互是多媒體人機(jī)交互技術(shù)的所要解決的問(wèn)題。早在多媒體人機(jī)交互設(shè)計(jì)這個(gè)概念被提出之前，產(chǎn)品設(shè)計(jì)在企業(yè)品牌爭(zhēng)奪產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)發(fā)揮著不可替代的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和普及，市場(chǎng)上的產(chǎn)品也越來(lái)越智能化、復(fù)雜化，功能不斷的累加和集成，消費(fèi)者因此產(chǎn)生了很多認(rèn)知上不必要的錯(cuò)誤，當(dāng)人們感覺(jué)到簡(jiǎn)單的界面不能滿足人的消費(fèi)需求的時(shí)候，多媒體人機(jī)交互技術(shù)作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)。早期的多媒體人機(jī)界面主要是通過(guò)豐富的信息表現(xiàn)形式拓寬計(jì)算機(jī)到用戶的通信帶寬，在此之后，人機(jī)交互設(shè)計(jì)開(kāi)始備受關(guān)注。人機(jī)交互技術(shù)既可以理解為人與計(jì)算機(jī)的交互，也可以理解為人與包含計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品之間的交互。現(xiàn)在，視線跟蹤、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)輸入、感覺(jué)反饋等新的交互技術(shù)直接影響著產(chǎn)品和用戶的交互方式，有助于提高人機(jī)交互的效率和用戶友好性，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品展示引向更高的境界。
2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中人機(jī)交互的主要方式
多媒體人機(jī)交互的過(guò)程是用戶通過(guò)人機(jī)界面向計(jì)算機(jī)輸入指令，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)處理后再把結(jié)果反饋給用戶的過(guò)程。為了使人機(jī)交互變得更方便，更快捷，更人性化，滿足不同消費(fèi)人群的需求，發(fā)展出了多種不同的輸出、輸入形式，這也大大地豐富了人機(jī)交互的方式。從早期的面板開(kāi)關(guān)、顯示燈和穿孔紙袋等交互裝置，到今天的視線跟蹤、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)輸入、感覺(jué)反饋等具有多種感知能力的交互裝置，從發(fā)展史的角度上來(lái)說(shuō)，多媒體人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五種交互方式，它們分別是：手工操作、命令語(yǔ)言、圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)虛擬的人機(jī)交互、多媒體（多通道）的智能人機(jī)交互，但從介入產(chǎn)品設(shè)計(jì)的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，在其中起著輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品展示作用的是網(wǎng)絡(luò)虛擬的人機(jī)交互方式和多媒體（多通道）的智能人機(jī)交互方式。
2.1 網(wǎng)絡(luò)虛擬的交互方式 目前，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛應(yīng)用的虛擬交互方式就是廣告和網(wǎng)上購(gòu)物，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上提品信息，可花費(fèi)很少的額外投資，加強(qiáng)現(xiàn)有廣告的功效。向在線的產(chǎn)品目錄和產(chǎn)品介紹中添加一些多媒體內(nèi)容，可以使用戶對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生興趣，從而增加銷售量和產(chǎn)品知名度。[1]
以超文本標(biāo)記語(yǔ)言（HTML）及超文本傳輸協(xié)議（HTTP）為主要基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是網(wǎng)絡(luò)用戶界面的代表。這類人機(jī)交互技術(shù)有著發(fā)展快，新技術(shù)不斷出現(xiàn)的特點(diǎn)，如搜索引擎、網(wǎng)絡(luò)加速、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫(huà)，產(chǎn)品的Web3D等。網(wǎng)絡(luò)虛擬的交互方式可以表現(xiàn)出產(chǎn)品的形態(tài)、顏色、材質(zhì)、功能信息和操作等方面的詳細(xì)信息，還具有實(shí)時(shí)交互的特征。用戶可以從多種視角來(lái)觀察產(chǎn)品的三維圖像，并且有選擇性的篩選產(chǎn)品的設(shè)計(jì)款式，獲得需要的產(chǎn)品信息。網(wǎng)絡(luò)虛擬的交互方式支持三維顯示時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多種的交互行為，例如消費(fèi)者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)界面的選項(xiàng)給產(chǎn)品更換顏色、材質(zhì)、配件等，還可以模擬產(chǎn)品的操作，如旋轉(zhuǎn)按鈕、放大、打開(kāi)或組合部分結(jié)構(gòu)等，能體驗(yàn)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的很多細(xì)節(jié)。例如通用汽車的網(wǎng)絡(luò)虛擬展示，用戶可以操作按鈕進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，觀看汽車的設(shè)計(jì)模型。還能為汽車更換自己想要的顏色，打開(kāi)車門(mén)，進(jìn)入到車廂的內(nèi)部，全方位的體驗(yàn)駕駛的視野、駕乘的空間等。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)3DVR技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，一些相關(guān)軟件可以支持3D模型的實(shí)時(shí)顯示，如Cult3D、ViewPoint、Live3D、Viscape等。通過(guò)這些軟件進(jìn)行交互行為的設(shè)定。總的來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)虛擬展示仍是一種平面的3D顯示。要想使產(chǎn)品達(dá)到可使用、觸摸、感覺(jué)的真實(shí)虛擬人機(jī)交互效果，需要使用價(jià)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(jī)交互方式 產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常會(huì)運(yùn)用到多種表達(dá)方法，多通道的智能人機(jī)交互方式把產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同的表達(dá)形式結(jié)合起來(lái)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的大量信息凝聚在一起，利用多媒體的人機(jī)交互優(yōu)勢(shì)，用戶可以依照自己的需求，選擇自己關(guān)注的內(nèi)容進(jìn)行瀏覽。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)擬人化和以手持電腦、智能手機(jī)為代表的微型化、隨身化、嵌入化，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。多媒體可以集成文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻、聲音等多種元素，用戶通過(guò)一定的人機(jī)交互界面進(jìn)行與產(chǎn)品的溝通，如何將豐富的多媒體信息組織并結(jié)合在一起，通過(guò)設(shè)計(jì)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(jī)交互的表達(dá)重點(diǎn)。這種表達(dá)方式可用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)投標(biāo)、產(chǎn)品廣告、產(chǎn)品展示等。對(duì)于不同的表達(dá)對(duì)象，要有選擇性的采取不同的多媒體人機(jī)交互方式，例如制作產(chǎn)品設(shè)計(jì)投標(biāo)用的多媒體人機(jī)交互方案，面對(duì)的對(duì)象是產(chǎn)品企業(yè)投資者，在投資者的角度來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)注產(chǎn)品的市場(chǎng)前景、投入與回報(bào)、高科技含量、文化價(jià)值等問(wèn)題，而不希望過(guò)多的目錄選擇，那么在進(jìn)行多媒體人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)時(shí)，就要簡(jiǎn)潔大方的對(duì)關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行闡述；如果是面向消費(fèi)者的產(chǎn)品設(shè)計(jì)展示宣傳，所交互的對(duì)象是廣大的消費(fèi)者，從消費(fèi)者的角度來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)注產(chǎn)品的造型、顏色、功能、質(zhì)量、價(jià)格等。消費(fèi)者可能來(lái)自不同的地區(qū)、有著不同的文化背景，那么他們有興趣的問(wèn)題也不盡相同，為了適合大多數(shù)人的需求，在多媒體人機(jī)交互界面上要把消費(fèi)者普遍關(guān)心的問(wèn)題放在顯眼位置，并重點(diǎn)介紹。[2]除此之外，還應(yīng)該提供更多可選擇性的交互信息，以便消費(fèi)者交互閱讀。在交互界面設(shè)計(jì)上要注重趣味性和娛樂(lè)性，以引起消費(fèi)者的關(guān)注。利用人的多種感覺(jué)通道，以并行、非精確的方式與計(jì)算機(jī)環(huán)境進(jìn)行交互，可提高人機(jī)交互的自然性和高效性。
（華南理工大學(xué)工商管理學(xué)院工業(yè)工程系，廣州 510640）
摘要：工程師在設(shè)計(jì)電梯等復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)時(shí)，很難準(zhǔn)確全面地確定各種利益相關(guān)者的不同需求，而最終客戶需求的全面分析對(duì)于開(kāi)發(fā)高附加值的、界面友好的、實(shí)用的產(chǎn)品至關(guān)重要。面向電梯產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，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(jī)交互密集的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，將多種用戶多種角色納入到分析對(duì)象中，并進(jìn)行了三維虛擬人體的分析，將這些角色的偏好及能力轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品概念，增強(qiáng)了產(chǎn)品的適用面、舒適性與創(chuàng)新性。
關(guān)鍵詞 ：以人為中心；復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)；電梯；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）24-0219-05
基金項(xiàng)目：廣東省創(chuàng)新方法工作項(xiàng)目（2013B061000004）；廣東省創(chuàng)新方法與決策管理系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金。
作者簡(jiǎn)介：賴朝安（1973－），男，廣西欽州人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品創(chuàng)新、人因工程等。
0 引言
在復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程中，各種利益相關(guān)者的需求都應(yīng)被充分考慮。特別是對(duì)于存在密切人機(jī)交互的系統(tǒng)，人應(yīng)該處于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心位置，以保證系統(tǒng)可以滿足各種使用情況下的需求。在設(shè)計(jì)界，以人為中心的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為主流的觀點(diǎn)，以至于設(shè)計(jì)人員經(jīng)常不加思考地采用。本文基于以人為中心的設(shè)計(jì)（human-centered design，HCD）進(jìn)行擴(kuò)展，引入行為圖、基于情景的設(shè)計(jì)（scenario-based design，SBD）準(zhǔn)則，提出一種適合復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。
HCD是指在設(shè)計(jì)產(chǎn)品或系統(tǒng)時(shí)，將客戶置于設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程的中心[1]。HCD在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。HCD方法使產(chǎn)品設(shè)計(jì)與客戶需求匹配[2]，通過(guò)這種匹配提高產(chǎn)品質(zhì)量、客戶滿意度與產(chǎn)品成功率。然而，設(shè)計(jì)與需求的匹配是困難的、不準(zhǔn)確的[3]。客戶通過(guò)使用非技術(shù)語(yǔ)言來(lái)描述他們的需求。HCD方法需要將技術(shù)設(shè)計(jì)與非技術(shù)語(yǔ)言匹配，這種匹配準(zhǔn)確度通常比較低。因此，大部份產(chǎn)品并沒(méi)有與客戶需求相匹配。
HCD的缺陷在于，HCD以已經(jīng)作好技術(shù)準(zhǔn)備為前提，一旦明確客戶需求，可以迅速地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)并推出市場(chǎng)。另外，以人為中心還缺乏明確的實(shí)現(xiàn)途徑。Don Norman在ACM通信雜志“交互設(shè)計(jì)”專欄中寫(xiě)道：“這個(gè)世界上的大多數(shù)東西都是在沒(méi)有得益于以人為中心的設(shè)計(jì)方法的情況下被設(shè)計(jì)出來(lái)的，不過(guò)這些東西仍然工作得很好。...最基本的原因就是，在它們被設(shè)計(jì)時(shí)，這些物品所被用來(lái)從事的活動(dòng)是經(jīng)過(guò)深入理解的，這就是以行為為中心的設(shè)計(jì)”。人的行為才應(yīng)該是設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。
HCD已經(jīng)納入到ISO標(biāo)準(zhǔn)中。ISO 13407明確定義了HCD的4種主要活動(dòng)[4]：理解并定義使用情景，定義客戶及組織的需求，制訂設(shè)計(jì)方案，并依據(jù)需求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估。
本文的主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種新型的電梯產(chǎn)品，以支持老人、病人的特殊需求，滿足老齡化社會(huì)的需要，而相關(guān)的支撐技術(shù)并未完全具備。
基于以人為中心的啟發(fā)，具有特殊需要的人群，包括制造商、老人、病人，以及他們的護(hù)士等各種人群及其行為過(guò)程，被納入到電梯系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的每一步驟中：從電梯系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最早的概念階段，進(jìn)行用戶的行為分析，直至電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終評(píng)價(jià)。
以行為為中心以及SBD是本文依據(jù)的另一方法準(zhǔn)則。在人機(jī)交互領(lǐng)域中，場(chǎng)景已經(jīng)被作為一種多個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段使用的工具，它能幫助所有的利益相關(guān)者貢獻(xiàn)自己的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)意見(jiàn)。
設(shè)計(jì)師通常使用情景來(lái)組織、論證和交流思想。情景作為語(yǔ)言的輔助，描述人的行為，使客戶可以融入到設(shè)計(jì)流程中，并幫助他們確定需求。通過(guò)描述多種情景下的各種行為過(guò)程，可展現(xiàn)出序列性的需求。在整個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)中，描述行為的工具可首先用于描述產(chǎn)品當(dāng)前使用的目標(biāo)與需求，然后通過(guò)迭代的設(shè)計(jì)與評(píng)估過(guò)程轉(zhuǎn)換、提煉設(shè)計(jì)目標(biāo)與需求。多情景下的行為描述有助于檢驗(yàn)、仿真分析、展示各種可能的設(shè)計(jì)方案結(jié)果。
1 設(shè)計(jì)流程的思考
通常，客戶需求空間向產(chǎn)品設(shè)計(jì)空間轉(zhuǎn)換的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致信息的丟失。一些產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的機(jī)制，例如質(zhì)量功能展開(kāi)（QFD）關(guān)注產(chǎn)品的性能、可靠性、壽命等因素在后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的貫徹，但與情感有關(guān)的因素由于較難獲取與描述，因而在質(zhì)量功能展開(kāi)過(guò)程中易于被忽略、丟失[5]。
關(guān)于開(kāi)發(fā)流程，學(xué)術(shù)界及管理實(shí)踐逐漸形成了如下四種觀點(diǎn)[6]：門(mén)徑管理；管道管理；功能-作用原理-結(jié)構(gòu)的映射過(guò)程；風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。
管道管理模型[7]為最主流的觀點(diǎn)，它將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程定義為：產(chǎn)品規(guī)劃－概念開(kāi)發(fā)－系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)－詳細(xì)設(shè)計(jì)－測(cè)試糾正及生產(chǎn)起步。這一流程類似一條不斷縮窄的管道，在這一喇叭形態(tài)的“管道”中，流動(dòng)著的新產(chǎn)品可選方案及對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目數(shù)量越來(lái)越少，而新產(chǎn)品方案的信息卻越來(lái)越豐富、具體。
然而這一流程模型對(duì)人機(jī)交互的需求缺乏足夠的考慮與重視。為此，文獻(xiàn)[8]提出，具有復(fù)雜人機(jī)交互的系統(tǒng)的研發(fā)流程應(yīng)具有如下步驟：焦點(diǎn)開(kāi)發(fā)－創(chuàng)建當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用的工作流－問(wèn)題定義及確定設(shè)計(jì)目標(biāo)－創(chuàng)建未來(lái)系統(tǒng)應(yīng)用的工作流－創(chuàng)建功能概要－創(chuàng)建物理概要－將物理概要分解至可管理的模塊。通過(guò)對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用工作流的分析，存在的問(wèn)題得到全面的展示；通過(guò)對(duì)未來(lái)系統(tǒng)應(yīng)用工作流的規(guī)劃，引導(dǎo)思維邊界的突破及全新觀念的產(chǎn)生。
基于以上研究可以設(shè)想，構(gòu)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(shè)計(jì)中來(lái)，也使設(shè)計(jì)工程師能更好地理解電梯行業(yè)、護(hù)理行業(yè)等多個(gè)不同領(lǐng)域的背景與技術(shù)，以更有效地利用所有利益相關(guān)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中達(dá)成的共識(shí)。俗話說(shuō)：一圖勝千言，在開(kāi)發(fā)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)時(shí)特別如此。下文以電梯為例說(shuō)明。（圖2）
2 電梯實(shí)例
隨著老齡化社會(huì)的臨近，越來(lái)越多地需要在公共設(shè)施設(shè)計(jì)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(shè)施，需要重視這一趨勢(shì)。
為此，首先在設(shè)計(jì)其轎廂內(nèi)部裝潢時(shí)，應(yīng)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(diào)，避免冰冷暗淡的色調(diào)；其次，需要考慮病人以及各種醫(yī)療設(shè)備，例如病床、吊瓶架、氧氣瓶等搶救設(shè)備所需要的大尺寸空間，以及殺菌化學(xué)制劑的使用；最后，適當(dāng)考慮防撞緩沖的需求，減輕相撞時(shí)的沖擊保護(hù)病床上的病人。
目前，還沒(méi)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(yùn)送病床及醫(yī)療設(shè)備，同時(shí)需要考慮這些特殊情況發(fā)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(chǎn)品成本與能量消耗，并具有較高水平的人機(jī)交互界面與可操作性。
2.1 步驟1：產(chǎn)品規(guī)劃
產(chǎn)品規(guī)劃環(huán)節(jié)由開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行，其目的是制定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)。團(tuán)隊(duì)包括如下成員：工業(yè)設(shè)計(jì)師1人，電梯設(shè)計(jì)工程師5人，制造工程師1人，醫(yī)護(hù)人員1人，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員1人，電梯維護(hù)人員1人。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的細(xì)分與分析、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析、企業(yè)戰(zhàn)略分析三者的匹配，最后經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴會(huì)議來(lái)完成產(chǎn)品規(guī)劃。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)任務(wù)書(shū)的研究對(duì)象是：明確設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)；定義新產(chǎn)品的概念；確認(rèn)目標(biāo)客戶；確認(rèn)安全有效使用電梯的障礙；搜集對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征的意見(jiàn)。
通過(guò)產(chǎn)品規(guī)劃，認(rèn)為新型電梯的焦點(diǎn)是感性設(shè)計(jì)、人機(jī)交互，在有限的空間內(nèi)需要容納擔(dān)架、輪椅及病人，減少碰撞振動(dòng)與不適，并進(jìn)行安全高效的電梯控制操作，同時(shí)又要滿足節(jié)能環(huán)保的要求。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期階段確定產(chǎn)品的焦點(diǎn)是一項(xiàng)困難的工作。通過(guò)這一階段，潛在的設(shè)計(jì)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(dāng)前使用情景
通過(guò)歸納客戶操作電梯的行為習(xí)慣和固有特性，創(chuàng)建當(dāng)前系統(tǒng)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(lái)自醫(yī)院的醫(yī)護(hù)人員，以及家有老人病人的普遍電梯客戶共50人，為訪談對(duì)象，基于步驟1確定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)焦點(diǎn)與概念，進(jìn)行面對(duì)面的半結(jié)構(gòu)化的訪談（interview）。該步驟主要用于明確如下問(wèn)題：需要用擔(dān)架、輪椅搬運(yùn)病人時(shí)電梯的操作過(guò)程；在這過(guò)程中所遇到哪些問(wèn)題，以及這些問(wèn)題的條件、過(guò)程與后果；對(duì)于電梯設(shè)施有何感性需求；任何影響在執(zhí)行醫(yī)護(hù)任務(wù)時(shí)安全高效使用電梯的因素。
對(duì)系統(tǒng)實(shí)際操作環(huán)境及客戶的全面且精確的洞察，對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及客戶需求的滿足至關(guān)重要。為了確認(rèn)當(dāng)前實(shí)踐的問(wèn)題，設(shè)計(jì)者應(yīng)首先將總結(jié)所獲得的設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為行為圖，以描述當(dāng)前系統(tǒng)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(yùn)輸、安裝維護(hù)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(xì)表示該方向所指的行為的頻率，線越粗表示該行為越常見(jiàn)；箭頭的方向表示行為的串行關(guān)系。
2.2.2 確認(rèn)存在問(wèn)題及設(shè)計(jì)目標(biāo)
2.2.2.1 訪談與數(shù)據(jù)收集
基于當(dāng)前使用行為圖指出的每一使用模式，圍繞如下問(wèn)題進(jìn)行訪談并收集數(shù)據(jù)：
①客戶在與電梯交互過(guò)程中遇到的問(wèn)題，以及這些問(wèn)題如何隨著客戶屬性的變化而變化；
②這些問(wèn)題發(fā)生的頻率，以及對(duì)不同客戶產(chǎn)生的后果；
③新型電梯應(yīng)如何克服這些問(wèn)題；
④安全高效使用電梯的障礙；
⑤新型電梯對(duì)病人、普通用戶、電梯安裝維護(hù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)護(hù)人員等各種客戶有何益處；
⑥新型電梯的設(shè)計(jì)偏好。
2.2.2.2 數(shù)據(jù)組織與分析
在上述步驟系統(tǒng)性地收集資料的基礎(chǔ)上，基于質(zhì)性分析的方法，尋找反映客戶需求本質(zhì)的核心概念，然后通過(guò)這些概念之間的聯(lián)系建構(gòu)完整的需求模型。訪談?wù){(diào)研數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為如下三個(gè)類別：需求；障礙；設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)潔地展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如表1所示。
對(duì)原始資料進(jìn)行進(jìn)一步的定性分析以后，明確存在的問(wèn)題及設(shè)計(jì)目標(biāo)：
①電梯生產(chǎn)與運(yùn)輸。
電梯包裝箱在很長(zhǎng)一段時(shí)間不能引起廠商及設(shè)計(jì)人員的重視，只是簡(jiǎn)單給以部件包裹，這才很大程度上違背了人性化的設(shè)計(jì)原則。電梯包裝箱存在如下問(wèn)題：裸包裝部件遇潮濕后易生銹，不便于運(yùn)輸；紙箱包裝，易損壞，不便運(yùn)輸，零散易丟件。應(yīng)考慮新型的包裝箱，以達(dá)到方便搬運(yùn)、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(jìn)入轎廂后同樣需要操控電梯內(nèi)部的操縱顯示器，進(jìn)行樓層選擇。色彩搭配以及按鈕布局排布是其感性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。當(dāng)人在受到色彩的刺激后，會(huì)產(chǎn)生心理暗示，色彩搭配必須尊重這種因果關(guān)系。
③電梯的空間。
常用的電梯長(zhǎng)度從1.3米到1.6米不等，而一部急救擔(dān)架的長(zhǎng)度超過(guò)1.8米。狹小的電梯放不下?lián)堋Ｓ捎诨颊卟荒茴嶔せ蝿?dòng)，醫(yī)護(hù)人員（或家屬）常常只能將擔(dān)架半豎著放進(jìn)電梯，讓患者斜躺在擔(dān)架上，容易使病情加重。《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50096-1999)規(guī)定：“十二層及以上的高層住宅，每棟樓不能少于兩臺(tái)電梯，其中一臺(tái)電梯應(yīng)該能容納擔(dān)架。”然而，開(kāi)發(fā)商從成本的角度考慮，在不少的電梯上沒(méi)有執(zhí)行這一規(guī)定。
④不適合行動(dòng)不便人員使用。
目前電梯按鈕主要采用亮光來(lái)顯示樓層，并不適合于盲人使用。盲人進(jìn)入電梯時(shí)，不便于方便的找到希望到達(dá)的樓層，所以對(duì)于盲人來(lái)說(shuō)，單獨(dú)乘坐電梯很不方便。
扶手在安裝時(shí)往往有螺釘突出，行動(dòng)不便人員往往難以避開(kāi)，并且不美觀。
電梯震動(dòng)或墜落時(shí)，電梯無(wú)適當(dāng)?shù)闹挝铮饎?dòng)或墜落會(huì)造成傷害，對(duì)行動(dòng)不便人員的傷害特別大。
⑤電梯環(huán)境。
傳統(tǒng)的通風(fēng)裝置是電力驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇，購(gòu)置成本與使用成本較高。
2.2.3 設(shè)計(jì)未來(lái)的使用情景
在這一步驟中，將當(dāng)前的使用情景轉(zhuǎn)換為未來(lái)的使用情景，如圖3所示。在未來(lái)的使用情景中，當(dāng)前問(wèn)題被消除，產(chǎn)品愿景得以實(shí)現(xiàn)。未來(lái)的使用情景是一種對(duì)人機(jī)交互過(guò)程的高度概括，有助于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及設(shè)計(jì)參與者理解電梯使用的環(huán)境，顯示關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問(wèn)題。
在未來(lái)的使用情景中，不需擴(kuò)大轎廂的整體尺寸而低成本地實(shí)現(xiàn)大尺寸的空間，保證擔(dān)架可以進(jìn)入并平放；行動(dòng)不便的人可以舒適地保持平衡；視覺(jué)不良的人可以方便地進(jìn)行目的地樓層設(shè)置，并可修正錯(cuò)誤的設(shè)置；等等。生產(chǎn)安裝情景分析在此省略。
2.3 步驟3：系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
2.3.1 功能分析
功能分析的結(jié)果展示系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)，將功能分析為多項(xiàng)子功能十分必要，它可以闡明問(wèn)題，使設(shè)計(jì)師可以聚焦到最關(guān)鍵、最有可能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的子功能上。
在檢修運(yùn)行、（自動(dòng)）開(kāi)門(mén)、（自動(dòng)）關(guān)門(mén)、自動(dòng)返回基站、滿載直駛、司機(jī)操作、獨(dú)立運(yùn)行、通風(fēng)等基本功能，使用溫和的工業(yè)設(shè)計(jì)風(fēng)格，并增加如下功能：遠(yuǎn)程監(jiān)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(cuò)誤修正。需要在成本得到控制的情況下，在傳統(tǒng)的電梯上增加以上功能。
具體的功能描述在此不表，它應(yīng)提供詳細(xì)的使用背景信息，以及明確的、定量的功能目標(biāo)。例如，可變的空間尺寸的需求項(xiàng)中指出：擴(kuò)大后的空間尺寸應(yīng)能容納1.8米長(zhǎng)的擔(dān)架。
通過(guò)達(dá)到以上產(chǎn)品功能，電梯將能更高效迅速地安裝維護(hù)，更安全、舒適地使用，減少碰撞、震動(dòng)、壓力與不適。這時(shí)，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)信，這一電梯的市場(chǎng)需求是廣闊的、迫切的。
在以上需求實(shí)現(xiàn)之前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)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(tǒng)解決方案
在這一步驟中，依據(jù)“功能—作用原理（效應(yīng)）——物理結(jié)構(gòu)”的映射過(guò)程，將產(chǎn)品的功能要求轉(zhuǎn)化為解決方案。解決方案是具體物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，它指出每一主要功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，以及主要部件的空間及結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。
解決方案應(yīng)遵守功能及技術(shù)需求的約束，并基于最終用戶的需求進(jìn)行評(píng)估，選擇最佳的解決方案。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，知識(shí)會(huì)不斷進(jìn)化，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的部件也隨之進(jìn)化。解決方案可用于修正未來(lái)的使用情景，使設(shè)計(jì)意圖進(jìn)一步明確。
以幾個(gè)主要的子功能為例，說(shuō)明其解決方案：
①根據(jù)發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ），使用“基于條件的分離”這一分離原理，以及“動(dòng)態(tài)化”這一發(fā)明原理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的轎廂深度。解決方案為：轎廂下后壁可以向背離轎廂門(mén)的方向打開(kāi)、折疊，充分利用井道空間，在需要運(yùn)輸擔(dān)架時(shí)，通過(guò)折疊，動(dòng)態(tài)產(chǎn)生額外的空間，提高了擔(dān)架出入時(shí)的安全性，并增加載重的均勻性。其平時(shí)可充當(dāng)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(dān)架上的長(zhǎng)度要求，充當(dāng)救援用的擔(dān)架電梯。因此，這一功能可增大深度卻不增加土建面積，達(dá)到節(jié)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(dòng)不靈活的人在轎廂內(nèi)轉(zhuǎn)身時(shí)劃傷，同時(shí)保持轎廂內(nèi)美觀。轎廂頂部安裝有吊環(huán)，在震動(dòng)特別是墜落時(shí)，抓住吊環(huán)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(shè)有凸起的盲人數(shù)字，按鍵連接有發(fā)聲話筒，開(kāi)關(guān)、發(fā)聲話筒均與用于樓層登記的電路連接。
④通風(fēng)的解決方案為：通過(guò)轎廂上的風(fēng)滯壓力產(chǎn)生電梯轎廂中的豎直的氣流，實(shí)現(xiàn)免電力的通風(fēng)。風(fēng)扇僅在需要時(shí)打開(kāi)，減少了電力消耗與使用成本。
電梯作為一種成熟產(chǎn)品，目前已經(jīng)存在海量專利。以上的構(gòu)思可能與已有專利沖突，需要進(jìn)行查詢分析，避開(kāi)已有的相似專利，同時(shí)基于專利挖掘，進(jìn)行技術(shù)成熟度分析。對(duì)關(guān)于轎廂的專利進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：在轎廂深度調(diào)整、碰撞緩沖、盲文及聲控、通風(fēng)等方面的技術(shù)都仍處于成長(zhǎng)期，值得加大投入進(jìn)行研發(fā)。
2.3.3 系統(tǒng)級(jí)的參數(shù)分配至模塊
通過(guò)以上步驟，從轎廂空間調(diào)整裝置、碰撞緩沖與支撐裝置、盲文及聲控裝置、通風(fēng)等方面實(shí)現(xiàn)了電梯系統(tǒng)人性化創(chuàng)新及改良設(shè)計(jì)。
在上述步驟中，系統(tǒng)作為一個(gè)集成的解決方案進(jìn)行思考。在模塊化的設(shè)計(jì)方案中，需將設(shè)計(jì)需要分配至模塊，是最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能需要的必然的步驟。然而，將技術(shù)參數(shù)分配至模塊具有很高的復(fù)雜性，它需要依據(jù)兩個(gè)準(zhǔn)則：一是保證系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)與模塊的技術(shù)參數(shù)的一致性，也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)模塊的技術(shù)參數(shù)后，能保證系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)得到保證；二是各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)難度保持相近，不能讓某些模塊很難實(shí)現(xiàn)，否則會(huì)使成本不必要地上升。系統(tǒng)的模塊化的好處是：使得最終客戶可以按其需求定制產(chǎn)品。
通過(guò)對(duì)電梯的模塊化劃分，使得功能與模塊近似地具有一對(duì)一的關(guān)系。在這一設(shè)計(jì)方案中，如下5個(gè)模塊被定義：廂體、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)、無(wú)線通訊、轎廂空間尺寸調(diào)整、碰撞緩沖與支撐、控制與顯示、通風(fēng)與照明。其設(shè)計(jì)方案如圖4所示。
2.4 步驟4與5：詳細(xì)設(shè)計(jì)與測(cè)試糾正
方案的產(chǎn)生與方案評(píng)估密不可分。在跨功能的研發(fā)團(tuán)隊(duì)組建開(kāi)始，各個(gè)團(tuán)隊(duì)人員以及參與設(shè)計(jì)的多種角色，都從一開(kāi)始就貢獻(xiàn)其知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，以驗(yàn)證提出來(lái)的各種新構(gòu)想，使得最終的解決方案更具市場(chǎng)可行性與可用性。在開(kāi)發(fā)的后期階段，解決方案逐漸具體與可視化，設(shè)備供應(yīng)商開(kāi)始參與設(shè)計(jì)，以確認(rèn)方案的技術(shù)可行性。由于方案表達(dá)為易于理解的形式，包括三維虛擬人體的應(yīng)用情景展示，團(tuán)隊(duì)可以在早期的設(shè)計(jì)階段，向商業(yè)合作伙伴證明新型電梯的高附加值。
經(jīng)過(guò)可用性評(píng)估，最終的設(shè)計(jì)方案得到了較高的評(píng)價(jià)。
3 結(jié)論
本研究基于以人為中心設(shè)計(jì)的理念，提出了一種適用于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)的、以人為中心的設(shè)計(jì)流程，并進(jìn)行電梯系統(tǒng)的創(chuàng)新優(yōu)化與改良設(shè)計(jì)，解決了電梯系統(tǒng)中幾個(gè)非人性化設(shè)計(jì)缺陷，規(guī)劃、定義了電梯的主要模塊，并進(jìn)行了三維虛擬人體的分析，提出一種具有良好人機(jī)操作界面的綠色電梯系統(tǒng)。經(jīng)評(píng)估認(rèn)為，這一新型電梯具有較廣闊的市場(chǎng)需求。本文提出通過(guò)行為圖的引入，擴(kuò)展了以人為中心設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，有助于將各種利益相關(guān)者的需求融合到一個(gè)框架內(nèi)，并清晰展現(xiàn)。
本研究所提出的方法適用于電梯之外其它類型的、存在復(fù)雜人機(jī)交互的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
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[6]賴朝安著.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014，2.
關(guān)鍵詞：觸摸屏；顯示屏；交互技術(shù)；Move&Touch
中圖分類號(hào)：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在許多公共和非公共場(chǎng)所，隨處可見(jiàn)顯示屏的應(yīng)用，顯示屏的尺寸變得越來(lái)越大，而分辨率也越來(lái)越高，顯示效果越來(lái)越好，社會(huì)的發(fā)展使得顯示屏深入到了人們生活的方方面面。與此同時(shí)，針對(duì)顯示屏的交互技術(shù)也被眾多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注，各種不同的交互技術(shù)相繼出現(xiàn)，如何使顯示屏和用戶之間的交互更加穩(wěn)定、方便、直觀和自然是當(dāng)前顯示屏交互技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。
對(duì)于當(dāng)前存在的許多顯示屏交互技術(shù)，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(wěn)定，還有些嚴(yán)重缺少便攜性等。雖然有著各式各樣的缺點(diǎn)，但是在各自適合的場(chǎng)景，都可以發(fā)揮技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。新的人機(jī)交互技術(shù)的出現(xiàn)可以補(bǔ)充當(dāng)前顯示屏交互技術(shù)的不足，豐富顯示屏交互技術(shù)的特性，在越來(lái)越多的場(chǎng)合提供更為便利的交互方式，以滿足社會(huì)不斷發(fā)展的需要。
國(guó)內(nèi)在顯示屏遠(yuǎn)程交互方面的研究比較少，與國(guó)外的差距也比較大。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系媒體所提出了一種基于激光筆的遠(yuǎn)程人機(jī)交互技術(shù)[4]。該系統(tǒng)只需要添加一個(gè)攝像機(jī)和視頻采集卡就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的人機(jī)交互。
國(guó)外的HCI學(xué)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(jī)相機(jī)的顯示屏交互技術(shù)，該技術(shù)利用手機(jī)拍照功能完成顯示屏上指針的控制以及對(duì)象的選擇和操作。
C-blink[6]通過(guò)將手機(jī)的彩色液晶顯示屏作為一種可見(jiàn)光源可以產(chǎn)生光信號(hào)，然后利用安裝在顯示屏上方的攝像頭不斷地檢測(cè)和接收光信號(hào)，通過(guò)處理光信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的操作和控制。SnapAndGrab[7]提出了一種新穎的大型公共數(shù)字顯示屏交互技術(shù)。該系統(tǒng)允許用戶通過(guò)帶有藍(lán)牙和照相功能的手機(jī)來(lái)訪問(wèn)和共享公共多媒體信息系統(tǒng)的豐富的多媒體信息，例如上傳和下載圖片。該系統(tǒng)的易用性在于不需要在手機(jī)上安裝任何軟件即可訪問(wèn)顯示屏。
1 Move&Touch技術(shù)的功能設(shè)計(jì)
1.1 指針定位
在指針定位是指遠(yuǎn)距離控制顯示屏光標(biāo)的移動(dòng)。用戶通過(guò)在手機(jī)觸摸屏上移動(dòng)手指，來(lái)相應(yīng)地控制顯示屏光標(biāo)的移動(dòng)，顯示屏光標(biāo)的移動(dòng)方向與用戶手指的移動(dòng)方向相同，同時(shí)光標(biāo)的移動(dòng)距離與手指的移動(dòng)距離成比例。
1.2 對(duì)象選取
通過(guò)對(duì)象選取功能，我們可以對(duì)顯示屏端的圖標(biāo)，菜單等進(jìn)行直接操作，這是通過(guò)模擬鼠標(biāo)左鍵單擊和雙擊操作以及右鍵單擊操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶使用觸摸屏與顯示屏交互時(shí)，必須能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的鼠標(biāo)所能實(shí)現(xiàn)的基本操作。
1.3 滑動(dòng)滾屏
在與顯示屏進(jìn)行交互的過(guò)程中，有時(shí)需要對(duì)顯示屏當(dāng)前窗口內(nèi)容進(jìn)行滾屏操作，Move&Touch技術(shù)允許用戶在特定區(qū)域滑動(dòng)手指來(lái)實(shí)現(xiàn)類似鼠標(biāo)滾輪的操作，從而達(dá)到翻頁(yè)的效果。通過(guò)記錄手指滑動(dòng)時(shí)的軌跡坐標(biāo)，來(lái)判斷當(dāng)前是否需要進(jìn)行滾屏操作，以及滾動(dòng)的行數(shù)或列數(shù)。滑動(dòng)滾屏功能類似于筆記本觸摸板的滾動(dòng)翻頁(yè)操作，通過(guò)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，電容屏上實(shí)現(xiàn)的滑動(dòng)滾屏功能在效果上優(yōu)于筆記本觸摸板。
2 Move&Touch技術(shù)原型的實(shí)現(xiàn)
2.1 坐標(biāo)映射算法
通當(dāng)手指在觸摸屏上進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，顯示屏上的指針移動(dòng)速率需要適應(yīng)不同的場(chǎng)景。例如在像素面積較小的區(qū)域進(jìn)行最小化，關(guān)閉的操作，或者在播放器中調(diào)節(jié)音量時(shí)，指針的移動(dòng)要做到精確、平穩(wěn)，而當(dāng)我們需要將光標(biāo)從顯示屏的一端移動(dòng)到另一段時(shí)，受到觸摸屏面積小的限制，要想以較少的滑動(dòng)次數(shù)達(dá)到長(zhǎng)距離移動(dòng)的效果就必須設(shè)置相應(yīng)的加速系數(shù)。因此，手指移動(dòng)軌跡和顯示屏光標(biāo)移動(dòng)軌跡的映射關(guān)系需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1為手機(jī)和顯示屏的坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)手指在觸摸屏上滑動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的指針拖動(dòng)事件，手指接觸點(diǎn)的坐標(biāo)值也在不斷變化，相鄰兩次事件間的坐標(biāo)變化值記為ΔX、ΔY。顯示屏原坐標(biāo)值為Xprev、Yprev，新坐標(biāo)值為Xnew、Ynew，則新坐標(biāo)值Xnew、Ynew由以下公式計(jì)算：
ST為轉(zhuǎn)換系數(shù)， ST的大小主要與手機(jī)屏幕分辨率和顯示屏的分辨率，以及需要的精確度和移動(dòng)效率有關(guān)。
當(dāng)手指滑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生連續(xù)的MT_MOUSEMOVE事件，手指接觸點(diǎn)的坐標(biāo)值也在不斷變化，相鄰兩次事件間的坐標(biāo)變化值記為ΔX、ΔY。顯示屏指針原坐標(biāo)值為Xprev、Yprev，新坐標(biāo)值為Xnew、Ynew，則新坐標(biāo)值Xnew、Ynew由公式（1）和（2）計(jì)算：
（1）
（2）
SV為加速系數(shù)，SV的大小決定了手指滑動(dòng)速度對(duì)顯示屏指針移動(dòng)速度的影響。SV的大小是由相鄰兩次事件間的坐標(biāo)變化值ΔX、ΔY決定的，ΔX、ΔY的絕對(duì)值越大，表示手指滑動(dòng)速度越快。因此，SV的大小可由公式（3）和（4）計(jì)算：
（3）
（4）
SV'為常量，其大小依賴于特定設(shè)備上ΔX、ΔY的大小。最終，新坐標(biāo)值Xnew、Ynew由公式（5）和（6）計(jì)算：
（5）
（6）
2.2Move&Touch的標(biāo)準(zhǔn)輸入事件流
Move&Touch標(biāo)準(zhǔn)輸入事件流作為一種中間性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在，使得Move&Touch在不同的操作系統(tǒng)之間具有好的可移植性，所有基于Move&Touch技術(shù)的系統(tǒng)平臺(tái)只要能夠處理標(biāo)準(zhǔn)的事件結(jié)構(gòu)就能夠很好的響應(yīng)用戶的操作。我們定義的Move&Touch標(biāo)準(zhǔn)輸入事件流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含五個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)：事件類型EventType、橫坐標(biāo)x、豎坐標(biāo)y、加速系數(shù)SV以及轉(zhuǎn)換系數(shù)ST。下面是每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)應(yīng)的鼠標(biāo)動(dòng)作：
事件類型EventType的數(shù)據(jù)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(biāo)移動(dòng)事件）、MT_LBUTTONDBLCLK（鼠標(biāo)左鍵雙擊）、MT_MOUSEWHEEL（滑動(dòng)滾輪）。
3 功能性測(cè)試
指針定位和對(duì)象選取的性能對(duì)系統(tǒng)的可用性有重要影響,具體測(cè)試方法如下：
測(cè)試任務(wù)為分別使用Move&Touch技術(shù)、筆記本觸摸板、藍(lán)牙鼠標(biāo)進(jìn)行對(duì)象選取操作。實(shí)驗(yàn)對(duì)象要求完成一個(gè)基于ISO 9241-9標(biāo)準(zhǔn)的多方向點(diǎn)擊測(cè)試，此標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)試操作可視顯示終端的無(wú)鍵盤(pán)輸入設(shè)備的性能。如圖2所示，多方向點(diǎn)擊測(cè)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(shù)量、圓圈之間的距離、點(diǎn)擊順序都可以由程序控制，以改變?nèi)蝿?wù)的復(fù)雜度。若小圓圈被點(diǎn)擊中，則變成灰色。
在本系統(tǒng)的測(cè)試中，圓圈數(shù)量為19個(gè)，圓圈直徑為60像素，圓圈中心之間的距離為600像素，實(shí)驗(yàn)對(duì)象要求按圖中所示順序依次點(diǎn)擊小圓圈，直到所有小圓圈都變成紅色即完成任務(wù)，指針初始位置在圓形中心。
4 結(jié)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(shù)，為用戶提供了一種新得人機(jī)交互設(shè)備，系統(tǒng)具有較好的可用性，但尚需就以下問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的研究：
1) 安全性。當(dāng)前顯示屏交互技術(shù)存在的一個(gè)重要問(wèn)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(huì)惡意修改顯示屏的信息和數(shù)據(jù)，因此，應(yīng)建立一個(gè)完善的安全機(jī)制來(lái)約束用戶的使用權(quán)限。
2) 多點(diǎn)觸摸功能。多點(diǎn)觸摸功能的應(yīng)用可以讓用戶直接對(duì)顯示屏端的對(duì)象進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作，將極大地提高用戶的操作體驗(yàn)。
3) 多用戶同時(shí)交互。目前該技術(shù)只支持單用戶交互，基于藍(lán)牙支持多個(gè)設(shè)備同時(shí)通信的特點(diǎn)和共享顯示屏的多用戶交互技術(shù)，將來(lái)的系統(tǒng)可以擴(kuò)展為多用戶交互系統(tǒng)。
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(訊)BOTs時(shí)代即將到來(lái)，我們預(yù)計(jì)未來(lái)三到五年內(nèi)，BOTs應(yīng)用將滲透到各行各業(yè)，新的入口——工具——應(yīng)用——平臺(tái)——生態(tài)格局將重構(gòu)。
在計(jì)算機(jī)智能化，操作方式便捷化的人機(jī)交互進(jìn)化方向上，虛擬機(jī)器人(BOTs)必將成為高級(jí)別人機(jī)交互的必經(jīng)通道。App已經(jīng)過(guò)多，長(zhǎng)尾應(yīng)用泛濫+用戶時(shí)間稀缺，導(dǎo)致大部分App被束之高閣，甚至成為僵尸應(yīng)用。
據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示，目前大約有38%的美國(guó)消費(fèi)者習(xí)慣使用他們智能手機(jī)上的虛擬助理服務(wù)。據(jù)估計(jì)，截止到2016年底，這一數(shù)字在發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)市場(chǎng)將會(huì)達(dá)到三分之二。所有的跡象都指向了一個(gè)人工智能帶來(lái)的變革：改變我們與一切事物的互動(dòng)。
行業(yè)驅(qū)動(dòng)因素，引發(fā)虛擬機(jī)器人爆發(fā)有3大因素：(1)硬件層面，移動(dòng)終端的大規(guī)模普及是BOTs爆發(fā)的必要條件；(2)軟件層面，移動(dòng)App數(shù)量繁多催生行業(yè)新痛點(diǎn)亟待解決，聊天軟件的高使用率使其成為人機(jī)交互通道的最佳入口；(3)技術(shù)層面，自然語(yǔ)言處理等人工智能技術(shù)發(fā)展速度加快，足夠支撐BOTs開(kāi)發(fā)，巨頭的布局將加快工具和應(yīng)用的迭代速度。
BOTs將滲透到各行各業(yè)中，形成新的行業(yè)生態(tài)。目前國(guó)際各IT巨頭爭(zhēng)相布局BOTs領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)BAT也不甘落后，BOTs進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段。從鍵盤(pán)到圖形界面再到觸屏，每一次人機(jī)交互的變革都成就了一家巨無(wú)霸級(jí)別IT公司。
“BOTs經(jīng)濟(jì)”可分為2B和2C兩大方向，整體來(lái)看BOTs市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)出與當(dāng)下App市場(chǎng)類似的格局，但技術(shù)成熟度、先發(fā)優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)推廣等多方因素將導(dǎo)致市場(chǎng)新一輪洗牌。1、2B端，寡頭型平臺(tái)公司將瓜分聚合分發(fā)市場(chǎng)，同時(shí)，提供行業(yè)專屬智能解決方案的公司將會(huì)蓬勃發(fā)展；
2、2C端，新的平臺(tái)將有望異軍突起，針對(duì)不同的智能終端(手機(jī)、車載屏、智能家居等)的良好用戶體驗(yàn)將重洗“入口”格局。3、從應(yīng)用形式來(lái)看，BOTs未來(lái)將由純軟件向軟硬件結(jié)合的實(shí)體機(jī)器人發(fā)展；文字會(huì)先于語(yǔ)音被BOTs大規(guī)模應(yīng)用。
作為“智能化的App”，BOTs盈利模式與移動(dòng)App高度相似，總的說(shuō)來(lái)仍然為產(chǎn)品、廣告、增值服務(wù)這3大類。
風(fēng)險(xiǎn)因素：技術(shù)成熟度及市場(chǎng)推廣低于預(yù)期。(來(lái)源：中銀國(guó)際證券 文/吳硯靖 編選：中國(guó)電子商務(wù)研究中心）
