時間：2023-01-26 05:40:32
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇人機交互界面，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
引言
據中國交通部公布的白皮書，到2020年，高速鐵路營業里程達到3萬公里，高鐵將覆蓋80%以上的中國大城市。按照當前高速鐵路發展的速度，可以預計，這一計劃將得以實現。作為高鐵三大核心技術之一的列車運行控制系統，在高鐵“一帶一路”走出去的過程中扮演著舉足輕重的作用。列控系y是一個大規模的實時控制系統，主要分為地面設備和車載設備兩大部分，車載設備包含車載安全計算機、軌道電路信息接收器、人機界面（DMI）、GSM-R天線等，其中人機界面是司機與車載設備的交互接口。本文主要簡述了人機交互界面的作用和功能，并在此基礎上對人機交互界面進行了分析與設計，這對于研發人員在人機交互界面的開發過程中具有重要意義。
1 人機交互界面的作用
人機交互界面（DMI）是車載設備中的一個組成部分，在車載設備中位于列車司機與安全計算機之間，是司機與車載設備之間信息交互的一個橋梁，如圖1所示。
車載安全計算機通過制動接口單元、應答器信息接口、軌道電路信息接口、無線信息接口、測速單元等設備獲取列車的運行狀態信息和地面控制信息，經過安全計算機的安全處理后，由MVB總線向人機交互界面（DMI）實時發送列車的速度、模式、位置、等級等重要信息。DMI在界面上以文字、圖形等形式實時的向司機顯示列車的各種運行狀態信息。司機除了能夠從DMI上獲取列車的狀態信息，還能通過DMI的按鍵向車載安全計算機輸入列車數據、下達指令等操作。
2 人機交互界面的功能
列車在運行的過程中，車載安全計算機通過人機交互界面DMI向司機提供列車的運行狀態信息等，同時，司機可以通過人機交互界面向車載安全計算機輸入一些必要信息和操作指令來保證列車安全運行，如圖2所示。因此，人機交互界面主要有兩個方面的功能。第一個方面的對象是列車的司機，主要向列車司機提供列車速度信息、距離監控信息、運行計劃信息、列車制動狀態信息、線路坡度和特殊區段信息等數據的顯示；第二個方面的對象是車載安全計算機（ATP），人機交互界面主要向ATP提供司機輸入的數據與指令。
3 人機交互界面的分析與設計
人機交互界面（DMI）的顯示界面主要分為六個區域，包括A區、B區、C區、D區、E區、F區，在每一個分區里又分為不同的內容顯示區域，具體的劃分如圖3所示。
3.1 A區 距離監控信息
A1制動預警時間區：
A1區以正方形圖標顯示，正方形圖標邊長的大小反應了距離車載安全計算機輸出制動的時間長短，當距離觸發制動的預期時間小于規定的值時，正方形圖標以不同的尺寸和顏色顯示，正方形的顯示條件和顯示顏色對應的關系如表3所示。
A2 目標距離顯示區：
A2區使用兩種方法表示目標距離：柱狀光帶表示法和數字表示法。柱狀光帶左側為刻度，柱狀光帶的高度代表目標距離的值，光帶越高表示目標距離越遠，柱狀光帶上方為目標距離的具體值，如圖4所示。
A2區的顯示條件如表4所示。
3.2 B區 速度顯示信息
B區主要顯示速度信息，列車速度采用雙備份顯示。一種方式是速度表，表盤的刻度為0～450km/h；另一種方式是數字，在速度表的中間區（B1區）顯示列車速度值，如圖5所示。
列車運行過程中的目標速度、允許速度、常用制動干預值、緊急制動干預值等通過環形速度表（CSG， Circle Speed Gauge）來表示，在CSG中以光帶方式顯示各種速度信息。在CSG中，正常情況下，通過亮灰色和暗灰色來區分這些速度信息，在列車超速的情況下，CSG中的常用制動干預限值、緊急制動干預限值通過更加艷麗的顏色來顯示，如圖6所示。
3.3 C區 補充駕駛信息
C區主要顯示內容為補充駕駛信息，包括列車當前運行等級、列控車載設備制動狀態以及下一控制模式。
（1）C1區以帶黃色閃動邊框的模式文本，顯示要確認的各種模式，閃爍頻率為1 Hz，以便司機確認下一有效模式。
（2）C8區以文字的方式顯示列控車載設備的運行等級，字體為幼圓大小為14磅（推薦），顏色為白色。
（3）C9區以圖標的方式顯示列控車載設備制動狀態。DMI根據列控車載設備的制動狀態顯示圖標。如果列控車載設備處于非制動非允許緩解狀態，則該區域不顯示任何圖標其中圖標與制動狀態的對應關系如表5所示。
3.4 D區 運行計劃信息
D區主要顯示內容為運行計劃信息。
（1）D1區，用于顯示位置坐標，位于D區的最下方，坐標系的原點位于D1 區的左下角，始終以列車當前所在位置為參考原點，即列車始終位于坐標系的原點。
（2）D2/D3區，用于顯示預告信息。常見的預告信息有：橋梁、車站、隧道、臨時限速區、分相區。
（3）D4區，用符號顯示速度變化信息，符號左側處在速度發生變化的位置。顯示圖標分為“加速”、“減速”、“減速（目標為0）”。
（4）D5區，用于顯示坡度信息。坡度信息由一系列不同坡度的長方形組成，長方形具有標準高度（10像素點），其寬度取決于到列車前端的距離和坡度延伸的長度。坡度為下坡道時，長方形顯示為暗灰色，數字為灰色；坡度為上坡道或坡度為零時，長方形顯示為灰色，數字為暗灰色。
（5）D6區，用于顯示機車信號圖標，常見的有：L5、L4、L3、L2、L、LU、HU、HB、UUS、UU、U2S、U2、U、LU2。
（6）D7區，顯示列車前方最遠32km范圍內的最限制速度曲線（顯示距離能夠進行8km、16km和32km三級切換）。MRSP信息以圖表的形式顯示，橫軸為距離標尺，縱軸為速度標尺。
（7）D8區，顯示起模點信息，只顯示動態速度遞減的起始點，不涉及速度遞增的情況。起模點用一個黃色的垂直光標在D8和D7的中間顯示，寬2個像素點。
D區的顯示示意圖如圖7所示。
3.5 E區 監控信息
E區主要顯示列車的監控信息，包括26個分區。其中各個分區的顯示內容和可選的顯示狀態如表6所示。
3.6 F區 功能鍵信息
F區為功能鍵區，共有8個功能鍵，通過該區的按鈕，司機可以向車載安全計算機輸入數據以及指令的下達。F區的顯示如圖8所示。
4 結束語
本文對車載設備中的人機交互界面的作用和功能進行了分析，闡述了人機交互界面在車載設備中的重要性，并在此基礎上研究和分析了人機交互界面的六個區域的顯示規則以及各個區域的含義，這對于研發人員在對人機交互界面的軟件開發中具有一定的參考價值。
參考文獻
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[2]宛操慧.車載人機界面可視化開發工具的設計與實現[D].華中科技大學，2012.
關鍵字:業務訪談;人機交互界面設計;需求分析;軟件開發
中圖分類號:TP311.52文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 11-0000-01
Human-Computer Interface Based on Business Interview
Liu Tong
(Beijing Information Science Technology University,Beijing100192,China)
Abstract:The method of researching human-computer from business interview includes plane,item,prototype,catching information,notes for development team.
Keywords:Business interviews;Man-machine interface design;Needs
analysis;Software development
人機界面(Human-Computer Interface,HCI)是指人與機器間相互施加影響的區域凡參與人機信息交流的一切領域都屬于人機界面。
業務訪談,又稱需求分析訪談,是軟件項目開發需求分析階段重要、高效的調查客戶、用戶需求的手段。
隨著Windows 7的問世,iPhone手機的普及,從操作系統到移動平臺,從PC廠商到軟件企業,人性化的IT產品正在不斷地沖擊著消費者的購買欲,“以市場為導向,以用戶為中心”的原則也得到了IT業界的廣泛共識。無論是基于.NET的應用開發平臺、基于J2EE的開發平臺、協同開發平臺抑或是Web應用開發平臺等諸多平臺下開發的應用軟件,良好的、人性化的人機交互特性在開發中也被提到了重要的位置。良好的界面是用戶的需求,就要從業務訪談起對其進行調查。
一、業務訪談策劃
策劃是業務訪談的基本,在進行各項訪談之前,完備、詳盡、有條理的計劃是做好業務訪談的前提條件。在啟動訪談之前,不妨讓你的客戶看看這份策劃,詳細的策劃會給訪談者、受訪者帶來宏觀上的整體感覺。這樣方便你的客戶在百忙之中安排好時間,對整個的項目開發進度提供了極大的幫助。在這份策劃中,我們應該囊括訪談中的進度安排,組織好向受訪者提出的問題,預計問題的答案,印制好調查問卷。這有助于在訪談中高效地捕捉有效信息,合理組織時間等。值得注意的是,在訪談中應當進行完整的筆錄。業務訪談中訪談者要做到的就是傾聽,聽清楚別人在說什么,在記錄信息時,高效的記錄工具就是筆,起碼在業務訪談中是這樣的,當然,在訪談中使用錄音筆記錄下整個訪談過程也是很有必要的,方便于在日后進行整理中使用。
二、展示快速原型
用戶對專業的詞匯很生澀,甚至形容不出他所要的感覺,這時候我們在訪談時可以把快速原型展示給用戶,用戶指著圖形用戶界面跟訪談者講他對于界面設計的需求,總比對著文字強。甚至我們能夠利用.NET平臺現場“拖拽”出一個GUI來讓用戶看。這樣才能形象地反應出用戶內心世界中真實的想法,訪談者與受訪者不會因為“隔行如隔山”而產生溝通上的障礙。“軟件”的概念對于用戶是非常虛的一個概念。然而系統功能與用戶的接口就是界面。標簽的字體、大小,選項卡的位置等,這些細節,我們不僅僅要根據人機界面設計標準進行專業的設計,也要參考到用戶的想法。“陽春白雪與下里巴人”的完美組合才是設計的精品。快速原型就是要求程序員、設計師按照業界的標準與自我的理解,先期進行設計,之后在訪談中給客戶展現一個愿景。客戶根據愿景與自身的實際情況,提出進一步需求。方便了訪談者與受訪者之間的溝通,節省了大量時間與人力資源。
三、在迭代中前進
客戶往往很難用言語表述“我想要什么”,甚至展示了快速原型,也未必能讓你的客戶說出“好”與“不好”。真正的答案在于用戶的體驗。我們不妨使用敏捷開發,敏捷開發是一種以人為核心、迭代、循序漸進的開發方法。無論采用何種方法,Scrum、XP、CrystalClear、態系統開發方法(Dynamic Systems Development Method,DSMD),每次迭代都會給用戶帶來新的體驗,在不斷地迭代中修改用戶的不良感受,并即時回饋給用戶,在一次次的迭代中,完善用戶需求。
四、捕捉需求
如果把業務訪談比做try語句里的執行動作,那么我們現在要談的就是catch。所不同的是,我們既要捕捉到異常,也要捕捉到正常。也許我們會從紛繁復雜,字跡潦草的訪談記錄中以及我們的調查問卷中提取的很多信息。但那些信息只是簡單的羅列罷了。我們要從這些復雜信息中提取到我們所需要的內容。捕獲需求本就不是技術層面的事情,理解客戶的真正需求不光適用于人機界面訪談,也適用于整個需求分析。通常情況下,客戶是不知道自己的需求的,他們想要什么樣的界面,什么具體的人性化功能,他們是不甚了解的,他們只知道某某軟件使用的是舒服的,用著是方便的。這對訪談者與需求分析師的要求就很高了。客戶的需求往往就是我要使用的方便、我要實現我的功能。他們往往不會主動提出他希望軟件在界面上的細節。那么這個時候我們的訪談者、需求分析師就要主動捕捉到客戶潛在的需求。
五、寫給開發團隊
筆者認為,好的軟件是讓用戶使用得淋漓盡致的軟件,能夠把硬件資源發揮到極致的軟件。在面對標準化與用戶個性化的抉擇時,用戶的意見是重要的。而開發團隊不應以自己的審美角度和思維方式來構思界面設計。要從訪談的策劃起就要拋開所謂的“專業”的想法,這是對以用戶為本的生動體現,訪談結束后,抽象出種種需求后,再結合認知心理學、美學等專業領域,升華用戶的需求,人性化的軟件產品也就應運而生了。
參考文獻:
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如今，人們在選擇智能化的產品的時更喜歡觸控類的多功能產品。這種最直接的觸控方式符合人們探索虛擬世界的最直接的需求。人們從剛出生開始，為了認識外界的事物都是通過觸摸的方式。對于人們而言，觸控已經變成了最直接的人機交互的方式。隨著觸控技術的不斷發展，以后可以實現人和機器的直接對話，這種變革也是消費者對于未來需求和自己內心需求的一種更深層次的解讀和挖掘。對目前市場上的電子產品進行調查會發現，最受用戶歡迎的還是智能手機和平板電腦。消費者在使用的過程中可以直接進行觸控，操作十分簡單，同時還能滿足消費的心理需求。現在市場上的手機大部分都是多點觸屏手機，硬件設計也逐漸提高，整體產品更加人性化。
2虛擬界面的設計在產品創意中的應用
虛擬界面與傳統的對于信息傳遞的介質存在很大的區別，虛擬界面使得以前不可能實現的東西變成了現實，擴大了人們獲取信息的渠道。
2.1虛擬現實技術
相對于傳統的在圖紙上進行畫圖來進行產品創意的設計而言，虛擬界面的設計理念主要是實現沉浸或者非沉浸環境中的交互，實時地對原來的模型進行修改，并且在修改之后能夠及時地得到修改的結果。虛擬現實技術是進行電子產品創意設計中最重要也是最關鍵的一項技術，掌握這項技術后設計師可以更好地進行產品的創意設計。虛擬現實技術主要是指可以體驗虛擬世界的計算機系統。這種虛擬的世界可以根據現實生活中的事跡在計算機中形成并反映現實的世界，而人們可以通過各種感覺器官在虛擬的世界中對現實的事跡進行感知，進而實現虛擬世界和真實世界的交流，這也是一種新型的計算機技術。同時這種虛擬現實的技術也可以幫助人們更好地理解現實世界，也有助于實現人機交互在產品創意設計中的應用。
2.2虛擬界面在產品創意中的應用
了解到虛擬現實技術在產品創意設計中的重要性，那么如何利用虛擬界面進行產品創意的設計就變成了設計者師最關心的問題。虛擬界面的設計不僅繼承了CAD設計的各種優點，而且在使用的過程別便利，能夠給使用者最直觀的感受，讓使用者在虛擬的世界中感受到現實的生活，可視化的特點為設計師進行虛擬界面的修改提供了很大的便利。虛擬界面最大的優點就是可以進行遠程操作，這也就實現了資源的共享和優勢互補。在產品的創意設計中，人機交互已經開始向虛擬界面進行轉化，這也為設計師進行產品的創意設計提供了很好的發展方向。在這種技術發展的大環境下，虛擬界面中的很多技術還沒有普及，而且很多人對于這些技術還不是十分的接受。如今虛擬界面也只是在大型的設備上實現了應用。
3人機交互對產品的創意設計影響
人機交互界面的設計是使用者和產品之間進行交流的最主要的語言形式。現在人機交互已經變成了產品設計中要考慮的一個很重要的因素。人機交互的特點主要有以下幾個，首先是人機交互可以很好地實現界面之間的對話設計。人們可以使用智能化的產品，利用觸控的方式獲取信息，同時也可以對其進行遠程操作和控制。其次是人機交互的輸入方式十分便捷。現在隨著人們對產品要求的逐漸提高，人們開始選擇觸控類的產品，這類產品在使用的過程中也更加方便，同時也能滿足人們最本質的需求。最后是人機交互控制界面的合理設計。在人機交互的界面中使用者可以很好地觀察出設備的使用情況，從而利用視覺和觸覺給使用者帶來最直接的體驗，滿足使用者的心理效應。如人機交互設計的使用。
人機交互在人們選擇產品中扮演著很重要的作用，同時人機交互也是設計師進行產品創意時要考慮的很重要的一個因素。現在人機交互在產品的創意設計中得到了廣泛的應用。如設計師將人機交互很好地應用到了手機、平板電腦的設計中，使得它們可以很好地與人進行互動，這也就增加了人們在使用過程中的趣味性。隨著人機交互在產品創意中應用范圍的逐漸擴大，人機交互對于產品的創意設計的影響也就越來越大，人們對產品智能化和多功能的要求也越來越普遍，所以人機交互在其中扮演著很重要的作用，并不斷地影響著產品設計的發展方向。現在人機交互的技術不僅反映這個社會財富的積累，更顯示出了人們對于社會最本質東西的一種心理的追求。
4結語
1交互設計在人機界面設計中的重要性
一般來說，人機界面的設計是隸屬于人機交互界面的設計的，只有完整的人機交互界面才是最終滿足用戶需求的設計。在人機界面的設計中，交互設計是必不可少的，只有人機界面而沒有交互功能的設計是不切實際的，也根本滿足不了用戶的需求。人機界面功能的實現是需要依托交互才能完成的，因此，在人機界面的設計中，需要將交互設計科學合理地運用起來，才能滿足人機交互界面的設計需求，也能達到既滿足用戶視覺上的需求、又滿足他們操作功能方面的需求的良好效果。
2如何將交互設計有效地運用在人機界面的設計中
通過對交互設計與人機界面設計的簡要分析，我們已經明確了交互設計對人機界面設計的重要性。因此，如何將交互設計有效地運用到人機界面的設計中也成為IT人的工作任務，以下就該問題闡述了自己的觀點：
2.1以用戶為中心進行設計在人機界面的設計中，我們要讓整個設計都圍繞著用戶，實現以用戶為中心的界面設計，最大限度地提高用戶對所設計界面的滿意程度。一方面，在設計人機界面時，我們要結合使用該產品的用戶群體，了解他們的普遍需求，再分析不同用戶群體的個體差異性，分析他們的心理特征、行為活動等，然后把所獲取的信息結合到界面的設計中，才能有效地完善人機交互界面的設計。例如：對于兒童用戶，他們的思維模式還比較單純、調皮、天真，我們設計的界面要通俗、易懂，色彩要鮮艷、亮麗、有生機，而且貼近孩子的生活（如：動畫片），符合他們的天性，在實現交互時操作要簡單，這樣才能吸引他們使用所設計的產品，提高產品的受歡迎程度。另一方面，我們需要對用戶的獨特的需求進行耐心地解讀，與用戶積極地溝通，讓用戶適當地參與到設計環節中，以便于能夠及時明確用戶需要的交互功能、人機界面，也能讓他們真實地體會到自己的需求在逐漸被滿足。當然，我們也需要不斷地把交互的理念融入到人機界面的設計中，這也能有效提高用戶對所設計產品的滿意度。所以，在人機界面的設計中，以用戶為中心、融入交互理念是必不可少的，只有結合完善的交互功能，以及具有美感的人機界面，才能最大限度地滿足用戶的需求，最好地實現人機交互。
2.2科學合理地將情感因素融入界面設計中所有用戶在使用設計的產品時，都會融入個人的情感，在設計的過程中，設計者不僅要實現界面上的視覺美感，還要實現交互過程中的美感，給用戶創造更加舒適的使用環境，才能激發他們使用該產品的興趣。例如：用戶使用所設計的產品時，肯定需要事先下載，我們除了設計出一個很美觀、布局合適的下載界面，還需要設計部分交互的功能，免去用戶在下載過程中可能出現的枯燥的等待，從而為設計的產品加分。當然，對于某些交互式的按鈕，我們也可以采用漂亮的圖標等顯示，增強用戶舒適的情感因素。所以，在設計的過程中，要科學合理地將用戶的情感因素融入進來，提高用戶對產品的滿意度。
3結束語
總之，計算機要滿足更廣大用戶的需求，交互設計與人機界面的設計是非常重要的一部分，相關的工作者一定要深入地研究，將交互設計科學合理地應用于人機界面的設計中，從而有效地完善人機交互界面的設計，促進計算機技術的更新換代、不斷發展。同時，我們需要盡快地將其應用策略落實到人機界面的設計實踐中，不僅滿足用戶視覺上的享受需求，也能幫助他們最快地將自己的操作指令傳給計算機，有效地提高工作效率，也為我國科學技術的發展做貢獻，讓我國的經濟水平更上一層樓，也能有效實現社會主義市場經濟的可持續發展。
作者：劉麗娟單位：保定哈弗汽車銷售有限公司互聯網支持部
【關鍵詞】MVC人機交互框架
人機交互軟件需要向用戶提供顯示界面，展示數據，并對用戶在界面的操作給出回應。很多用戶也希望在保持功能不變的基礎上，可以方便快捷地調整操作界面，這也是提高軟件可擴展性和可復用性的要求。MVC模式將軟件的操作界面和數據模型獨立出來，對顯示界面的調整不會影響數據模型，降低了軟件模塊之間的耦合性，是比較適合用來開發人機交互框架的設計模式。
1 MVC模式
MVC是一種很流行的設計模式，在人機交互類的系統中被廣泛應用。它把一個系統分為三個部分：模型（Model）、視圖（View）和控制器（Controller）。 模型用來管理數據，它封裝了系統使用的數據，提供了操作這些數據的接口， 視圖用來提供給用戶界面，定義了需要顯示的數據以及數據顯示的方式， 控制器用于處理用戶對視圖的操作，并傳遞給數據模型。
MVC模式的核心思想就是功能分離。圖1表示了MVC模式三個部分的功能和相互之間的關系，實線代表調用了接口，虛線代表返回了結果。
2 軟件架構設計與實現
人機交互框架的架構如圖2所示。整體的框架采用了MVC模式。
整個框架的界面顯示部分在View類中實現，在具體實現中使用了工廠模式，把所有的界面控件元素全部抽取出來，提供了統一的顯示風格，提高了代碼的復用性，這些控件元素包括Button（按鈕）、SoftKey（軟鍵盤）、TableWidget（表格）、LineEdit（輸入框）等，這樣以來即便把界面部分剝離出去，那么這些控件仍可以被復用，不受影響。所有的屏幕顯示是由不同的控件來組成，而View來負責不同控件顯示之間的切換以及整個界面的布局。
框架的設計遵循了“界面和數據高度分離”的原則，實現系統各部分之間的模塊化，盡量保證界面和數據兩個模塊之間的耦合性降到最低，模塊內部的內聚性達到最高。用戶界面的呈現由View類來負責，數據的存儲和處理由Model類來負責。這兩個類之間需要進行交互，因為用戶對界面進行操作后需要將操作過程傳遞給數據模型，數據模型根據操作的類型做出處理，數據處理結束后給用戶界面返回一個結果，結果需要呈現在界面上。
Observer（監聽者）模式可以用來實現View類和Model類之間交互的功能。具體實現的方法如下：首先，Control實現Observer的接口，對用戶界面的更新及顯示進行一定程度的封裝。然后Control通過變量m_Model傳遞一個Observer給Model，從而實現對Model部分的監聽，當Model中的數據發生改變時，會通知Observer。這樣Control就建立起了View和Model之間的聯系。
View類和Model類里分別實現了一個ControlQueue隊列和一個EventQueue隊列。ControlQueue隊列運行在前臺，負責維護View上所有的控件以及控制控件的顯示，它對用戶的輸入進行解析，包括應該顯示哪些控件，以及處理這些控件相對應的消息。EventQueue隊列在后臺運行，它負責對消息的維護。它在Model類中的監聽線程中被監聽，一旦Model中的數據發生了變化，就會發送一定格式的數據包，一旦監聽到了數據包，就會按照約定的解包規則解析這個數據包的具體含義，解析完成以后調Observer把數據的狀態變化反映到View類里，View類將變化后的數據展示給用戶。這樣就能實現了界面和數據的分離，界面和數據模塊之間不需要實現相互之間的調用，耦合度很低。
3 結論
本文首先對MVC模式各部分的功能和關系進行了簡單介紹，然后提出了一個基于MVC模式的人機交互軟件框架模型。在此模型的基礎上進行了人機交互框架的架構設計和實現。采用本文提出的設計方法，該框架不僅能夠滿足當前人機交互框架的實際應用需求，而且具有以下三個突出的優點：
（1）界面和數據的低耦合性，即把界面顯示和數據的處理完全分離開來，界面和數據分別為獨立的模塊，把它們之間的交互減少到了最低。
（2）在設計中主要采用MVC、工廠模式和Observer模式等流行設計模式，程序結構清晰，容易理解。
（3）模塊內部有很強的內聚性，任何一個模塊都實現了獨立的功能，對其他模塊依賴很小，一個模塊的修改并不會對其它模塊產生大的影響，有利于協同開發。
參考文獻
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關鍵詞：界面；普適計算；自然用戶界面
中圖分類號：TP302文獻標識碼：A文章編號：1672-8122（2011）07-0117-02
一、什么是界面
界面的范圍十分廣闊，但凡人與對象相互接觸即構成一個界面。它的定義也是在不斷發展的。廣義層面上它指的是一種信息處理關系發生的介質或者是一種操作的交互產生的介質。界面的定義，應該從現今人與機器的交互所形成的人機界面追溯到古代人與自然的交互所形成的界面。因此，界面應該是人與自然，人與機器進行交互的操作方式，即用戶與自然或者機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。
如今的信息時代，我們講的界面大多是狹義界面，即計算機系統中的人機界面。人機界面，又稱人機接口、用戶界面或者人機交互。它是指人與機之間存在一個相互作用的媒介，人通過視覺和聽覺等感官接受來自機器的信息，經過腦的加工、決策，然后做出反應，實現人――機的信息傳遞。
二、界面的發展階段
從文化的發展角度，我們可以將信息的傳播與交流分為四個不同階段：口傳文化階段、印刷文化階段、機械電子文化階段和信息文化階段。界面在每個文化階段有著不同的表現形式。
（一）口傳文化階段
自然社會條件下，生產力水平低下，人類的社會活動是為了尋求生命和種族的延續。那時所謂的“界面”，其形式是多介質和全方位的，如：人的語言、手勢等肢體語言。這些手段的應用確保信息能夠順暢的交流，但是這種界面受到時間和空間的限制，必須是“在場”的交流，大大降低了時效性。
（二）印刷文化階段
隨著文字系統的不斷完善和發展以及印刷術的發明，人類可以高效地復制信息。信息的傳播媒介依賴于印刷物，使得“不在場”交流成為可能。同時，社會分工使得生產力得到一定程度的解放，社會上建立的一些行業確保了信息的快速傳播，如：驛站。這種人與物的交互即產生了我們今天所說的“人機界面”，這時的界面實現了時間與空間的跨越。
（三）機械電子文化階段
幾乎所有的領域在科學指引下的機械電子文化階段都有了更深程度的發展。在充滿技術、機械的社會中，如何實現人機交互，成為設計師研究的中心。由于空間的限制，機器操作者與設計者不會面對面交流，而在使用過程中，操作者大有改寫設計者原本意圖的傾向。因此我們認為：人機界面的設計，要實現產品設計者與使用者間的“在場”交流。
（四）信息文化階段
如今，個人計算機已經普及應用，虛擬化的信息技術使我們的生產、生活脫離了物質化的層面，進入了虛擬的信息網絡空間。在信息載體方面，圖形用戶界面是當前用戶界面的主流，廣泛應用于各種計算機和圖形工作站。多媒體技術引入了動畫、音頻、視頻等動態媒體，特別是引入了音頻媒體，從而大大豐富了計算機表現信息的形式，提高了用戶接受信息的效率。
由此可見，信息文化階段的界面作為人機交互的媒介，不再只是人作為主體單方面的輸入和輸出，人類語言、肢體動作等自然溝通方式已經應用到計算機技術中。此時的界面，正向觸覺、視覺、味覺等多感官、多維度、智能化的自然界面發展。
三、普適計算環境下的界面
（一）普適計算思想
普適計算思想最早為Mark Weiser于1991年在Scientific American發表的“The Computer for the 21st Century”一文中提出，他認為人們的注意力應該集中在完成任務上，計算機不應分散人們的精力，它應該嵌入到人們的生活環境和工作中。它的目標是實現任何地點、任何時間、任何人都能與任何信息進行交互。普適計算的理念一經推出，即受到廣泛關注，并引發了科技界的研究熱潮，盡管我們距離未來的目標――“計算機的不可見”還有很長的路要走，然而信息科技的快速發展已經在逐漸縮短這一理想到現實的距離。
普適計算環境中的界面是消失了的界面，計算機能夠通過智能分析了解人們所要表達的意圖，并根據人們的語言和行為，幫人們完成各項任務。
（二）自然用戶界面的提出
在普適計算理論的指引下，計算機在人們生活中的角色被重新思考和定位。伴隨計算技術的革新，網絡時代的發展以及多通道技術地不斷創新，自然用戶界面作為人機界面新的發展趨勢被提出。
比爾•蓋茨在一次接受英國廣播公司（BBC）采訪時曾預言說，未來五年人機交互的狀況將有很大改變，電腦的鍵盤和鼠標將會在未來逐步被更為自然、更具直覺性的科技手段所代替，像觸摸式、視覺型以及聲控界面都將會被廣泛應用。這種技術即被蓋茨稱為將給人們生活帶來全新體驗的自然用戶界面。現今主流的操作系統是間接的、非自然狀態的交互模式，這類模式雖然高效，但并不能滿足人們日益增長的信息交流的需要。而蓋茨所講的自然用戶界面是直接的、自然狀態的交互模式。自然用戶界面，代表了計算機技術未來的發展戰略和設計思想，是科技人性化的體現。目前市場上蘋果公司的I Phone手機（圖1）、I pad平板電腦以及任天堂的W ii游戲機（圖2）等都處于熱銷狀態，這也證明了自然用戶界面已經吸引了廣大消費者的注意力。
四、自然用戶界面的特點
在信息文化階段，在普適計算環境下，自然用戶界面的特點主要體現在多感官、多維度、智能化這幾個方面。
（一）多感官
表情、語言、動作是人類最基本的溝通方式，視覺、聽覺、觸覺、味覺等是人類用以溝通的多種感官系統。普適計算環境下，硬件界面設備的創新是多感官界面發展的基礎。
近幾年圖像識別技術被應用到很多的多媒體交互藝術作品當中，投影、大屏幕等媒介得到了充分的利用，用戶在融入藝術作品的同時能夠獲得真實的參與感。圖像識別技術也被應用到了計算機中，計算機能辨認主人的面容，也能根據人類的肢體動作做出一定的反應。另外，觸摸屏作為頗受歡迎人機交互設備，在I pad以及筆記本電腦上已經有了廣泛應用。如今，觸摸屏技術已經發展到了“多點觸摸”。
總之，多感官通道的人機交互系統能夠使人們更具參與感、認同感與真實感，產品能夠在各種感官上刺激用戶，以實現打動用戶的目的。多感官即是自然用戶界面的一個顯著特點。
（二）多維度
通過維度觀念看人機交互界面發展，整個過程就是維度不斷增加的過程。一維形態階段，輸出方面指的是早期單一排列的字符信息，輸入的設備就只有鍵盤。二維形態階段，輸出方面是指圖形用戶界面的出現允許能夠在屏幕上運用圖形、色彩、動畫等二維平面形態進行展現信息內容，另一方面是指現在所使用的鼠標只輸出二維數據。
我們現在已經處于三維形態的發展階段，這其中主要指計算機系統中三維圖形技術的不斷創新、發展。但是，目前的發展還存在一定局限，三維圖形的計算結果主要還是通過只有二維顯示能力的顯示器呈現。
2010年上海世博會中很多場館已經引入三維全息影像，如印度館、臺北案例館等。這些影像就像是現實的物體，人們可以從正面、側面、后面等所有視角去觀看它，無論哪個角度都能看到立體的影像。
（三）智能化
人工智能也是自然用戶界面發展的一個趨勢。人工智能是計算機科學的一個分支，它試圖理解智能的實質，并制造出一種能夠獨立思考，并根據不同的情況做出自主判斷的智能機器。人機交互過程對于計算機來說就是一個接受指令，進行運算，最后輸出結果的過程。但目前來看，計算機基本僅處于數學邏輯運算階段，對于意識、情感等生物性的活動還不能做出判斷和處理。
隨著科學技術地不斷發展，計算機的運算能力將逐步強大，它所能做的邏輯運算也會越來越復雜。無論如何，計算機會越來越像生物，智能化會使計算機對外部條件做出更加人性化的判斷和交流。從設計角度講，自然用戶界面的目標不是對高科技的片面追求，而是普適應用態度決定一切，人們要有正確的心態來看待和使用科技，設計首要考慮的是人，而不是技術。自然界面的設計，應該以人的需要為出發點，以科學技術為基礎，不斷發掘和發展各類應用系統。從技術角度講，自然界面的藝術表現形式必須以計算機軟件及硬件技術的平臺為基礎。新技術正日新月異的發展，這些必然會對下一代的用戶界面產生影響。新技術為多感官、多維度、智能化的自然界面發展提供了廣闊的創新空間。這也為設計師和從事數碼藝術創作的藝術家提供了更多的應用手段。
界面的發展經歷了改變自我，又尋找真我的過程，是一種自然形態的回歸。身心和諧的體驗是自然用戶界面追求的境界，自然用戶界面的實現需要借助藝術與科學的合力，藝術設計應發揮對科技的引導作用，使人們未來的數字化生活和諧美滿。
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關鍵詞：人機交互 體感 Kinect
中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）09-0065-02
1 前言
計算機的發展歷史，不僅是處理器速度、存儲器容量飛速提高的歷史，也是不斷改善人機交互技術的歷史。ACM圖靈獎1992年獲得者、微軟研究院軟件總工程師ButlerLampson在題為“二十一世紀的計算研究”報告中指出，“計算機有三個作用：第一是模擬；第二是計算機可以幫助人們進行通信；第三個是互動，也就是與實際世界的交流”。
人機交互（Human Computer Interaction，HCI）是研究人、計算機以及它們間相互影響的技術。人機交互技術，如鼠標器、窗口系統、超文本、多媒體等，已對計算機的發展產生了巨大的影響，而且還將繼續影響全人類的生活。人機交互技術是當前信息產業競爭的一個焦點，世界各國都將人機交互技術作為重點研究的一項關鍵技術。
2 發展階段
人機交互的發展歷史，是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史。
20世紀40年代到70年代，人機交互采用的是命令行方式，用戶采用鍵盤輸入信息，以文本編輯的形式與計算機進行交流，這是第一代人機交互。這種交互方式的信息量十分有限，效率與易用性都比較低，而且對交流技術的要求也較高，使用者需要經過相當時間的學習培訓。
到20世紀80年代初，出現了圖形用戶界面方式，并直接引發了桌面式操作系統的蓬勃發展，引入了鼠標這一劃時代的交互設備。圖形用戶界面簡潔而直觀，效率和易用性都有了很大的提高，降低了對使用者的技術要求。
進入90年代，多媒體技術的發展使得人機交互進入了一個信息量迅速增長的時代，計算機界面輸出更加動態，二維圖形/圖像及其它多媒體信息的方式，有效增加了計算機與使用者溝通的渠道。
圖形技術的飛速發展說明，對于終端應用層面，使處理的數據易于操作并直觀是十分重要的問題。人類之間交互的方式都是基于三維空間的，無論是命令行方式，圖形界面方式還是多媒體方式，它們在實質上都屬于基于二維空間精確信息的人機交互模式，不夠自然、形象、直觀。以人為中心、自然、高效將是發展新一代人機交互的主要目標。
3 新一代人機交互技術
多通道交互（Multi-Modal Interaction，MMI）是近年來迅速發展的一種人機交互技術，它既適應了“以人為中心”的自然交互準則，也推動了互聯網時代信息產業（包括移動計算、移動通信、網絡服務器等）的快速發展。MMI是指一種使用多種通道與計算機通信的人機交互方式通道（modality）涵蓋了用戶表達意圖、執行動作或感知反饋信息的各種通信方法，如言語、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺或味覺等，采用這種方式的計算機用戶界面稱為“多通道用戶界面”。
在多通道交互技術中、發展最快、應用前景最廣的是人體動作感應技術，簡稱體感技術，包括手勢識別，面部識別，肢體識別及眼動追蹤等。體感技術實現的方式主要是以紅外/激光/可見光等方式追蹤使用者的物理特征變化，并轉化為響應的數字信號。目前發展較為成熟、應用相對較多的是手勢及肢體識別技術。本文以微軟公司最新推出的民用級體感設備Kinect為例，重點探討基于體感技術的人機交互環境。
4 Kinect的技術特點
Kinect是微軟基于Windows平臺打造的一款運動感知輸入設備，作為一款體感外設，它實際上是一個采用全新空間定位技術（LightCoding）的3D體感攝像頭，利用即時動態捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識等功能，允許使用者使用身體姿勢和語音命令通過自然用戶界面技術與計算機交互，從而完全擺脫了傳統輸入設備的束縛。
Kinect的主要配置有：雙RGB攝像頭：提供紅、綠、藍三顏色通道，主要作用在于動作追蹤；深度傳感器：深度傳感器由紅外線投影機加單色CMOS傳感器組成；多點陣麥克風：主要功能是為了聊天以及語音命令識別，并可以幫助過濾環境噪聲；定制處理器和微軟的定制軟件：所有硬件都由微軟設計的軟件控制。
4.1 智能模糊建模
傳統計算機編程基于一系列的規則，結果也很簡單：是與不是，非A即B。在為輸入輸出數目有限的簡單系統建模時，這種方式簡單而有效。然而真實世界并不僅僅有“是”與“不是（非）”，還有“似是而非”，有“也許是”，還有“也許不是”，我們無法用簡單的二元方式來定義真實世界。以揮手為例，這一簡單動作對計算機判定來說，具有非常多的影響因子：手揮動的幅度，背景環境差異，現場光照的明暗，衣服質地的不同，體型差異造成的動作差異等。為此，我們必須用新的編程方式來教會計算機以更接近人腦的方式來解決問題，即智能模糊建模。
對于人類來說，當你遇到一個人的時候，你的大腦立即將注意力集中在他身上，并根據經驗辨識出他的身份。這一過程并不是通過數百層的決策樹來實現，而是人腦通過海量的學結推斷出的。Kinect以類似的方法被創造出來。它觀察身邊的世界，它注意觀察并不停學習你的動作。即使Kinect從來沒見過你揮過手，也能很快地從它學習過的TB級數據中猜測出你所做動作的含義。
4.2 傳感方式
Kinect所采用的是光編碼技術，顧名思義就是用光源照明給需要測量的空間編上碼，其本質仍是結構光技術。它通過紅外線投影機將空間劃分為連續的的數百個約10cmX10cm大小的格子，每個格子都有其唯一的編碼，當人體在空間中移動時，劃過的相應的格子，傳感器就會捕捉到對應的編碼值，將這些數據導入計算機中進行插值處理，即可得到相當精確的人體移動的速度、角度、范圍等三維信息。
與此同時，Kinect的雙攝像頭會對場景進行實時記錄，對得到的圖像進行像素級評估，來辨別人體的不同部位。通過優化的智能算法，Kinect將人體從背景環境中區分出來，并最大限度的減少外界環境的干擾，如光照條件、衣物、發型、身高體型差異等，從噪音中提取出有用信號。
4.3 動作數據轉化
通過圖像信息和三維空間數據的整合處理，使用者圖像的每一個像素都被傳送進一個辨別人體部位的機器學習系統中。隨后該系統將給出了某個特定像素屬于哪個身體部位的可能性。將所有的這些可能性輸入到接下來的處理流程中并且等到最后階段進行判斷。通過所有數據的全面對比計算，Kinect可將人體分為20個主要節點，并依此描繪出骨骼模型，目前其可以主動追蹤最多兩名使用者的全身骨架，或者被動追蹤最多四名玩家的形體和位置。
5 應用前景分析
體感技術相對于傳統的交互手段，交互方式更加自由，而且發出指令的形式也更多樣，只要在系統中把動作與相應的計算機操作一一對應即可。例如，在演示圖片時，雙手分開視為放大操作，反之，雙手合攏即為縮小操作，同樣，模仿翻書手勢的左/右揮手即為翻頁命令，等等。對于某些特定場合，如手術中的醫生，其非接觸式的操作方式更是非常方便。
體感技術還具有貼近人類自然行為的操作特點。目前仿真機器人的發展非常迅速，但對于擁有數個關節和驅動電機的仿真機械手臂，傳統的手柄加按鍵的控制方式極為繁瑣，對于使用者的技術要求也很高。如采用體感交互技術，使用者就不是在操作機械手臂，而是機械手臂在模仿學習人類的行為動作，方便程度不言而喻。
體感交互技術還可與三維顯示技術結合，營造更加完善的虛擬現實體驗環境，使沉浸感與交互性都進一步加深。無論是三維環幕立體投影或是頭戴式顯示器，使用者通過體感技術擺脫了傳統的操作手段，從而能夠用更貼近現實世界的方式去控制計算機，為虛擬現實技術的應用提供了更多的可能性。
6 結語
本文介紹了人機交互發展的過程，分析了作為新一代的人機交互方式之一的體感技術，其自身擁有的獨特優勢，并以微軟Kinect為例，介紹了基本的技術原理，認為體感技術具有良好的應用和發展前景。目前下一步的研究重點在于如何使用體感技術實現復雜的計算機命令，以及優化動作識別的效率與精確度，從而提高體感技術的實用價值。
參考文獻
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【關鍵詞】人機交互 兒童 智能玩具 應用
兒童智能玩具設計是指以語言識別、肢體碰觸、圖像交互為手段，充分發揮智能玩具在兒童成長過程中的作用，潛移默化的影響兒童，促使兒童健康成長。而人機交互設計目的就是為了實現兒童與智能玩具之間的互動，為兒童的健康成長奠定堅實的基礎。
1 人機交互設計概述
人機交互設計的本質就是通過實現人與機器的交流，改善用戶對產品的體驗結果，讓用戶更加便捷的體驗產品中蘊含的科技。人機交互設計主要起源于美國，并且在社會經濟快速發展的形勢下，通過全新人機交互界面的設計為用戶帶來了新的產品體驗。人機交互設計的主要目的就是最大限度的增加人們在日常生活、生產及通信中的方式。并且在計算機網絡技術、電子技術不斷發展與進步的今天，人們對人機交互技術提出了新的要求，用戶越來越重視人機交互在產品設計中的應用。在應用人機交互的時候，主要分為四個階段：對象識別、理解、把握與信息反饋。
2 交互設計準則
在兒童智能玩具中應用交互設計的時候，必須遵守以下準則：一是，倫理的，不傷害、改善人的狀況。也就是說，兒童智能玩具不能傷害兒童，并且沒有其他副作用，對兒童發展是有助益的。二是，有意圖的，即幫助用戶實現其目標與渴望。也就是說，在兒童智能玩具中，其設計可以激發兒童的興趣，從而渴望擁有。三是，重視實效，也就是產品設計后可以達到預期的目標。四是，優雅，最簡單的完整方案、擁有合適的容納與情感。
3 人機交互設計在兒童智能玩具中的具體應用
3.1 語音控制的具體應用
語音控制技術主要包括兩個方向：其一，計算機平臺系統，借助計算機聽說讀寫的功能進行語音識別，或利用網絡、電話相結合的形式予以語音查詢，以此完成任務；其二，利用小型語音產品完成任務，如家電遙控、智能玩具等。在設計兒童智能玩具的時候，因為性別、年齡等方面的差異，使得設計形式多種多樣。所以，在設計兒童智能玩具的時候，需要對玩具的適齡性、安全性予以考慮。在兒童智能玩具設計中，為了更好的發揮玩具的教育性與娛樂性，語音控制技術得到了廣泛應用。
以“會說話的湯姆貓”為例，探討語音控制在兒童智能玩具中的具體應用。針對“會說話的湯姆貓”而言，兒童可以隨意說話，之后“湯姆貓”就會將兒童說的話復述出來，并且聲音非常滑稽，聽起來十分好玩。此類智能玩具十分有趣，可以在最大程度上激發兒童的興趣，達到交互設計目的。
3.2 肢體碰觸的具體應用
肢體碰觸是交互設計的重要創新點，交互式玩具在很大程度上拓展了人機界面設計的范圍。在人機設計、界面設計、功能設計、情感設計等方面，人機交互原理應用前景非常廣闊。在此設計中，不需要語音控制，智能玩具上設有觸屏，只要在人機互動的時候，兒童用手碰觸玩具，玩具就會發出禮貌聲音或一些機械似的動作。比如，一些智能玩具娃娃，兒童在碰觸玩具手臂的時候，玩具具有發出“你好，見到你很高興”等禮貌語句，這樣不僅可以提高兒童的語句認知水平，還可以讓兒童學會禮貌，極大的實現了人機交互的目的。
交互益智兒童玩具的科技含量比較高，其主要是運用光感應與紅外線技術結合進行設計的，玩具身體分布著7個感應器（見圖1所示），不同位置的感應器會做出不同的反應。交互益智兒童玩具主要是根據兒童成長心理與思想設計的，能夠更好的滿足兒童成長的需求，有效解決了人-機-環境之間的關系。
3.3 圖像交互的具體應用
同傳統普通玩具相較而言，兒童智能玩具主要就是對兒童進行智力、語言表達能力、記憶力的鍛煉。大多數兒童都對拼圖游戲非常感興趣，并且通過拼圖游戲的展開，可以有效培養兒童的邏輯思維能力，對兒童的全面成長有著積極意義。一般而言，在兒童智能玩具開發的過程中，主要就是對多種交互形式的融合過程，以此來最大限度的提高智能玩具的體驗效果。所以，在兒童智能玩具中應用圖像交互可以更好的提高兒童的思維能力與智力，并且增強兒童的思維能力與動手動腦能力，有助于兒童的全面發展。除此之外，圖像交互還可以培養兒童對色彩與事物的辨別能力，對提高兒童智力發育水平有著積極作用。
以老虎拼圖為例，闡述圖像交互的具體應用，見圖2所示。通過拼圖，兒童可以從圖中知道老虎長什么樣。將圖拆開，讓兒童自己進行拼裝，這樣不僅可以讓兒童對老虎有所認知，還可以充分鍛煉兒童的動手動腦能力，有效開發了兒童智力，并且成為了兒童的好伙伴，對兒童的未來發展有著積極意義。
4 結束語
綜上所述，兒童智能玩具的功能非常多，其能夠充分開發兒童的智力、增強兒童的思維能力。在兒童智能玩具設計中充分運用人機交互，可以將其有效區別于普通玩具，重點強調了兒童與智能玩具之間的交流互動。通過人機交互的運用，可以在一定程度上改變兒童的思維方式，對兒童發展的益處非常大，能夠全面增強兒童的思維能力、創造能力與審美能力等，為兒童的健康、全面發展提供了可靠依據。
參考文獻
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作者簡介
于龍飛（1989-），黑龍江省哈爾濱市人。碩士研究生學歷。現為西南科技大學助教，主要從事工業設計教學科研方面工作。
關鍵詞： VPR；虛擬技術；培訓系統
中圖分類號：TM246文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2012）0320042－01
虛擬現實是人類利用知覺能力和操作能力的新方法。它是一種高逼真度地模擬人在自然環境中的視覺、聽覺、動感等行為的人機界面技術，它涉及計算機圖形學、人機接口技術、傳感技術及人工智能技術等。這種模擬給用戶提供了一種身臨其境的體驗，通過視覺、聽覺、動感等多感通道，進行人機交互，為用戶提供最佳的人機通信方式。排爆培訓一直是一個高危培訓，如果采用能夠實現人機交互的虛擬軟件，則可以在實際操作爆炸裝置前對學員進行基礎知識和基本技術要領的培訓，消除學員的陌生感和恐懼感，提高學習效率，消除很多潛在危險，提高培訓質量，降低培訓成本。
1 虛擬現實廣泛應用于教學培訓
進入21世紀，虛擬現實技術在教學培訓領域逐漸得到了廣泛的應用，使得傳統的教學模式發生了巨大的變革，其中最大的體現就是多媒體技術在教學中的應用。特別是在教育領域，應用前景極為廣闊。目前，多媒體技術不僅在國外民航教育培訓領域被廣泛使用，而且在我國民航教育培訓中也得以推廣。例如，在飛行訓練中，飛行模擬器、桌面飛行訓練器和飛行模擬系統的使用使得飛行員在進行真機訓練之前就熟悉了各型飛機的操作程序及各種復雜氣候和緊急狀態下的應急處置程序；在空管培訓中，基于計算機的培訓（Computer-Based Training，CBT）在整個培訓過程中起到承上啟下的作用，它既能幫助學員進行理論知識的學習，深入理解學習中的難點，檢查學習效果，又能幫助學員在進行模擬訓練前建立調配、引導飛機的感性認識，訓練標準的管制用語，熟悉管制環境等，以便更有效地進行模擬實驗；在航空維修領域，多媒體技術應用于航空維修現場，改革維修手段，提高維修效率，進而提高飛機的出動率。
2 培訓系統的軟硬件平臺
2.1 硬件平臺。爆炸裝置虛擬培訓系統作為低成本的桌面式培訓系統，采用目前廣泛使用的PC機平臺，通過服務器、局域網、校園網和互聯網實現培訓機構或院校內部電腦和遠程電腦實時訪問，并可以進行單機操作。
圖1爆炸裝置虛擬培訓系統單機版硬件圖
單機版培訓系統（圖1）利用普及的個人電腦平臺，在培訓機構或院校內部多媒體教室進行培訓。主要利用鍵盤和鼠標查看爆炸裝置的結構、功能介紹和操作說明，并通過系統中不同爆炸裝置的各種關鍵元器件的操作來完成模擬拆除爆炸裝置的工作任務。
網絡版培訓系統利用培訓機構或學校的多媒體教室局域網、校園網絡和互聯網，可以實現對遠程認證學員進行培訓，其操作和培訓內容與單機版相同，并且可以進一步降低培訓費用，節省實際培訓時間。
2.2 軟件平臺。爆炸裝置虛擬培訓系統采用基于windows的平臺進行開發，主要利用三維建模軟件進行模型的搭建，利用三維交互引擎完成虛擬現實系統的構成，并通過Java程序編寫部分關鍵交互程序。
3 虛擬培訓系統制作過程
3.1 基礎3D模型建構。首先，爆炸裝置的初始設計要求，利用3dmax軟件完成各爆炸裝置模型的初級建模工作，主要通過車削、放樣、布爾等手段完成基礎模型構建，總共完成模型零部件約1400個，完成繪圖面140萬個。
3.2 UI二維交互圖片的制作。由于人機交互中有很多必須的按鈕和標識來作為人機交互界面的媒介，所以需要利用Photoshop軟件完成各種相關的UI二維交互圖片的制作。
3.3 模型導入和交互實現。完成后的三維爆炸裝置模型和相關環境模型一并導入到VPR中，并對模型比例、光源、環境光等進行調節，并且將整體框架設為背景、對象物體和人機交互界面等三個層次。對于特殊的交互元件，需要利用腳本編輯器對其動作進行編輯。一些特殊動作，則利用Java編寫交互代碼。然后利用Photoshop完成的圖片，構建人機交互的UI界面，并根據交互需求完成相關布置。最后，利用腳本工具，完成交互界面和被控物體件的控制鏈接，以完成人機交互。
4 爆炸裝置虛擬培訓系統的積極意義
1）通過人機交互訓練，提升學員準確識別與處置爆炸裝置的能力。使用本爆炸裝置虛擬培訓系統，可以強化學員對爆炸裝置的原理掌握、模式識別和處置能力，達到多模式、多感官、反復性和針對性的培訓要求，切實地提高學員的反劫制爆能力。
2）使用虛擬培訓系統，解決無法使用真實爆炸裝置的困境。對于普通高等院校和培訓機構，要獲得真實爆炸裝置的合法使用權是非常困難的。但同時，對于一些特種專業又需要了解和掌握各種爆炸裝置的基本結構、爆炸原理和拆除方法等知識，如果不能直觀的操作爆炸裝置，將很難通過簡單的理論講解掌握以上知識，更談不上能夠正確的處置爆炸裝置。使用本爆炸裝置虛擬培訓系統則可以很好的解決這一難題，讓學員能夠“親手操作”各種基本形式的爆炸裝置，加深對爆炸裝置的了解。
3）合理分配責任，降低教學風險。利用爆炸裝置虛擬培訓系統代替各種爆炸裝置實物進行教學，可以有效規避真實爆炸裝置儲存和使用中可能發生被盜、丟失、爆炸事故等各種風險，同時爆炸模擬裝置和培訓系統的可重復使用性還可以有效降低爆炸裝置實驗和教學投入。
5 結束語
本培訓系統是基于虛擬現實技術開發的三維立體人機交互系統，可以很好地滿足爆炸裝置教學需要。學員通過鼠標和鍵盤實現對各種爆炸裝置的操作，直觀地了解和掌握各種爆炸裝置的基本結構組成、工作原理和排除方法，切實提高處爆排爆能力。同時，爆炸裝置虛擬培訓系統很好地解決了爆炸裝置教學中實物難以獲取和使用危險的難題。
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【關鍵詞】自調光;零點檢測模塊;光照強度采集模塊
1.引言
隨著能源問題越來越引起人們的重視，節能已經成為生產應用中不可忽視的一方面，自調光路燈控制器主要用于安裝在道路兩旁與公共場所的路燈上，隨環境光照強度的變化而自動調節路燈亮度，在滿足人們需要的同時，達到節能的目的，具有一定的現實意義。
2.系統結構
自調光路燈控制器主要由單片機控制模塊、人機交互界面、零點檢測模塊、光強度采集模塊與脈沖觸發模塊五部分構成，圖1為自調光路燈控制器系統框圖。利用光強度采集模塊完成對環境光照強度的參數采集，利用零點檢測模塊完成市電220V單相電零點檢測，利用人機交互界面完成系統參數的設置，在單片機控制模塊中進行數據處理，通過脈沖觸發模塊實現路燈亮度調節。
圖1 自調光路燈控制器系統框圖
3.系統硬件設計
單片機控制模塊完成光強度信號的采集、零點檢測信號的處理，根據人機交互界面的設定完成計算，通過脈沖觸發模塊輸出控制信號。控制模塊采用深圳宏晶科技有限公司出產的STC15F2K60S2芯片，指令代碼兼容傳統8051，內部集成高精度時鐘。光強度采集模塊采用光敏電阻與高精度電阻分壓構成，STC15F2K60S2芯片自帶8路高速10位A/D轉換功能，可滿足光強度信號的采集。
圖2 零點檢測模塊原理圖
零點檢測電路為控制模塊提供同步信號，如圖2所示，市電L/N通過同步變壓器T0.5-06與光電耦合器TLP521-2實現同步信號獲取，該信號通過引腳P32輸入到控制芯片，通過實際測試，該電路可有效去除強電干擾并保護控制芯片。
圖3 脈沖觸發模塊原理圖
脈沖觸發模塊原理圖如圖3所示，由控制引腳P10給出的脈沖信號通過三極管Q1放大與脈沖變壓器T2，控制雙向晶閘管Q2的開啟，實現臺燈的點亮與光線調節，脈沖變壓器T2還起到了強電與弱電的隔離作用。
4.系統軟件設計
主程序包括初始化、中斷服務子程序、人機交互子程序、脈沖觸發子程序等，程序流程如圖2所示。
初始化程序包括外部中斷初始化、顯示初始化、AD轉換初始化等，信號采集每1秒執行一次，根據檢測到的電信號，轉換為光強度信號，與人機交互界面設定值進行比較處理，調整導通角，發出脈沖觸發信號，通過脈沖觸發模塊實現路燈亮度調節。
圖4 程序流程圖
5.結論
本次設計切實考慮了路燈節能環保的需求，針對路燈照明而設計的一款自調光路燈控制器。該系統操作簡單、方便，經過一定時間軟硬件實時檢測，可靠性較高。
參考文獻
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云計算被認為是下一代計算的核心技術。通過云計算，終端的計算能力和功能被無限放大，用戶的終端設備不必再具有復雜的計算性能，就能夠滿足用戶多種多樣的個性化需求。
在工業設計界，云計算的影響也日益深入。第四屆昆山杯筆記本·平板電腦設計大賽評委、湖南大學藝術學院院長何人可認為：“云計算大大降低了終端設備軟硬件對工業設計的限制，對工業設計起到了巨大的促進作用。”
在這種情況下，工業設計的價值如何體現？何人可告訴《中國計算機報》記者，人機交互正變得越來越簡單。在云計算環境下，工業設計需要做好兩件事情：一是將人機交互的界面做好，二是通過云計算為用戶提供更好的服務和內容，滿足用戶多樣化的需求。在他看來，如今工業設計的重點已經不是在產品設計即硬件設計上，而是放在人機交互背后云計算能夠提供的內容和服務上，工業設計的領域也因此而大大拓展了。
在人機交互界面的設計上，從鼠標加鍵盤的傳統設計，到手寫、觸摸屏，再到語音交互，人類和機器的交互正變得越來越簡單，越來越便捷。現在，你只要打開手機Siri或掌上百度并且輸入一段語音，就可以得到自己想要的內容。“我們已經進入到自然交互的新階段。”何人可表示，“所謂自然交互是指人機交互像人與人之間的交互一樣，用眼神、肢體語言等人性化的手段實現人機交互。例如通過谷歌眼鏡，你只要眨一下眼鏡，就能將看到的物體拍攝下來并且上傳到云端。而這些功能，如果沒有云計算是很難實現的。”在何人可的眼里，有了云計算，未來更加豐富的人機交互設計還會出現。
從表面上看，既然技術的發展對于工業設計的影響如此深入，工業設計受到技術的約束似乎比較大，可以發揮的空間較小。但事實上并非如此。何人可認為：“越是看起來高不可攀的技術，越讓人感覺到望而生畏。工業設計的價值就是要讓任何人都能夠輕松地利用這些技術。”何人可表示，隨著技術的發展，設計的作用將變得更加重要，“因為工業設計能夠給新技術以魂——人性化的體驗”。
為了實現人性化的體驗，工業設計要建立在對用戶的充分了解上。這不僅需要設計者利用科學的方法對用戶需求進行調研，還要求他們必須了解當地的產品市場、社會文化情況。“現有的手機輸入方法在一些少數民族地區并不實用，因為很多當地人并不會使用漢語拼音。”何人可表示，科學的研究方法，能夠讓工業設計者更能夠貼近用戶需求。
昆山杯筆記本·平板電腦設計大賽連續舉辦四屆，也是希望搭建一個設計界、產業界和用戶需求相溝通的平臺，對產業鏈上的各方都能有所裨益。對于本屆大賽拓展了云電視和一體機設計比賽項目的做法，作為大賽評委，何人可非常贊賞。在他看來，隨著云計算的發展，移動終端及其服務將變得越來越豐富。
【關鍵詞】人機交互；用戶界面；圖形用戶界面；用戶研究
1 人機交互界面
UI的本意是用戶界面，是英文User和Interface的縮寫。從字面上看是用戶與界面2個組成部分，但實際上還包括用戶與界面之間的交互關系，所以這樣可分為3個方向，它們分別是：用戶研究、交互設計、界面設計。UI實際上是體現在我們生活中的每一個環節，例如我們切菜的時候刀把手是這個界面，開車時候方向盤和儀表盤是這個界面，看電視的時候遙控器和屏幕就也這個界面，用電腦的時候鍵盤和顯示器還是這個界面。于是我們可以把UI可以分成兩大類：硬件界面和軟件界面。
UI也可以被看作是一個系統，在這個系統中用戶可以和機器（軟件）進行良好的交互。用戶界面包括硬件部分（物理因素）和軟件部分（邏輯因素）兩個元素，它存在于各種各樣的系統當中，它的存在主要有這兩方面的意義：1）輸入――允許用戶對系統進行操控。2）輸出――允許操作系統顯示用戶操作之后的效果。
對于工業設計領域中的人機交互設計就是指人和機器之間發生交互的時候能夠高效率、舒適的對機器進行操控，在操作者需要對機器的操作做出決定的同時也能夠幫助機器快速的給用戶以反饋。當我們設計一個用戶界面的時候一定要考慮到用戶界面的適用性，同時也會運用到人機工程學以及設計心理學等學科的內容。界面設計不是單純的美術繪畫，它需要考慮使用者、使用環境、使用方式，并且最終實現為用戶而設計，是純粹的科學性的藝術設計。檢驗一個界面的標準既不是某個項目開發組領導的意見也不是項目成員投票的結果，而是最終用戶的感受。所以界面設計要和用戶研究緊密結合，最終為用戶設計出一個高效、舒適人性化的交互界面。
2 圖形化交互界面（GUI）
2.1 GUI定義及各組成元素
GUI（GraphicalUserInterface）是一種結合計算機科學、美學、心理學、行為學，及各商業領域需求分析的人機系統工程，強調“人――機――環境”三者作為一個系統進行總體設計。GUI是人機交互圖形化用戶界面設計，準確說就是屏幕產品的視覺體驗和互動操作部分。GUI的出現則是意味著更加的用戶友好型界面。這種面向客戶的系統工程設計其目的是優化產品的性能，使操作更人性化，減輕使用者的認知負擔，使其更適合用戶的操作需求，直接提升產品的市場競爭力。GUI結合了各種科技和設備來為用戶提供一個可以交互的平臺，這個平臺的目的就是收集和產生信息。一系列的GUI元素構成了一種可視性語言，在GUI中最常用的元素就是“WIMP”：窗口、標志、菜單和指針。WIMP元素在個人電腦上的使用尤為突出。
2.2 GUI用戶界面和交互設計
設計這些視覺元素和GUI的時序行為是軟件應用程序的很重要的一部分。設計的目標是提高使用效率和使以邏輯設計為基礎的儲存程序更加容易使用，這就是我們所熟知的設計原則可用性設計。以用戶為中心的設計可以確保將視覺語言元素很好的引入到界面當中，并且能夠使得操作任務更加高效、準確、舒適的完成。通常情況下，用戶通過操控可視性控件來對信息進行交換。一個精心設計的交互控件能夠高效的支持用戶去實現自己的目標任務。一個模型化的圖標可以有靈活的構成形式，在結構當中控件界面是一個獨立的形式并且間接的與應用的功能性相連接。所以，GUI可以很容易為用戶專門定制。這樣可以允許用戶去選擇或自己設定不同的皮膚，而且更加方便設計師去改變界面以適應用戶需要。
3 UI與GUI的關系
在人和機器的互動過程中，有一個層面，即我們所說的界面。從心理學意義來分，界面可分為感覺（視覺、觸覺、聽覺等）和情感兩個層次。用戶界面設計是屏幕產品的重要組成部分。界面設計是一個復雜的有不同學科參與的工程，認知心理學、設計學、語言學等在此都扮演著重要的角色。用戶界面設計的三大原則是：置界面于用戶的控制之下；減少用戶的記憶負擔；保持界面的一致性。UI設計從工作內容上來說分為3個方向，它主要是由UI研究的3個因素決定的，其分別是研究工具、研究人與界面的關系、研究人。
GUI的廣泛應用是當今計算機發展的重大成就之一，它極大地方便了非專業用戶的使用，人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進行操作。準確來說GUI就是屏幕產品的視覺體驗和互動操作部分，是在圖形環境下控制機器的部分。通常情況下，控制計算機是通過鍵盤鼠標，所有輸入和輸出的信息都會通過GUI在屏幕上顯示。通過GUI實現控制并不局限于個人電腦，GUI已經被用在了越來越大的機器上了。這些機器都有一個共同點就是它們是被可編程邏輯控制器所控制或驅動。像這類自動化操作的機器都非常的適合應用GUI。UI是一個集合，而GUI就是UI里的一個子集，即UI的“研究工具”方向。用戶界面不僅指的是某種特定的機器、網站或應用，它可以被描述成任何形式的一個平臺，通過這個平臺用戶可以為執行特定的任務與其進行交互。UI可以分為好多種：CLI―命令行界面，VUI―語音用戶界面，GUI―圖形用戶界面等等。其它的界面還包括一些硬件，比如機器、鍵盤、顯示屏等等。所以任何幫助用戶去完成某項目標的實施行動都可以被當作是用戶界面。這可以適用與任何物體。
現在人們經常把UI和GUI當作同一種東西。但實際上，UI指的是用戶界面設計，GUI指的是圖形化用戶界面設計。GUI在圖形可用性方面已經劃分的非常具體，（圖片、圖標、色彩、按鍵、滾動條、菜單等等）去幫助用戶去完成目標任務。在早期，電腦軟件上的許多應用根本沒有GUI，僅僅是有一些簡單的文本化的UI設計。
