第2章 人机交互设备

1第3章人机交互主要设备2本章主要内容输入设备：文本输入设备；语音输入设备；图像/视频输入设备；指点输入设备输出设备：显示器；数字纸/打印机/绘图仪；音响/喇叭虚拟现实交互设备3输入设备43.1文本输入设备文本输入是人机交互输入的重要组成部分;键盘输入是最常见、最主要的文本输入方式;手写、语音是更自然的文本输入方式。51.键盘键盘是文本输入的最重要手段，而键盘布局对于文本输入的速度和准确性至关重要。为了提高键盘在某些场合下的使用舒适度，许多键盘在设计的过程中还加入了更多人性化的人机工程学考虑。6键盘的布局QWERTY键盘布局19世纪70年代，Sholes发明了QWERTY键盘布局，其名称来源于该布局方式最上行前6个英文字母，最常用的几个字母安置在相反方向，最大限度放慢敲键速度以避免卡键。这种布局方式依然是今天最为常见的排列方式，成为一种事实上的标准。DUORAK键盘布局20世纪20年代的DUORAK键盘布局，据推测可以大大减少手指移动距离，从而大大提高输入速度，但由于受到传统QWERTY布局的影响，没有成为主流的键盘布局。7人性化设计的多功能集成键盘这类键盘集成了鼠标、无线等功能，在键盘布局以及外观设计方面，针对游戏、上网浏览等常用娱乐功能做了改进。键盘正上方设计的快捷键，包括“IE主页”、“打开文件夹”、“查找文件”和“进入信箱”等12个，许多操作可以一键完成。键盘的无线接收器采用USB接口，安装使用也非常方便。8人机工程学键盘是在标准键盘基础上将指法规定的左手键区和右手键区这两大板块左右分开，并形成一定角度，这样可使操作者不必有意识的夹紧双臂，从而保持一种比较自然的形态，这种设计的键盘被微软公司命名为自然键盘（NaturalKeyboard）。9(手写板+手写笔+手写汉字识别软件)2.手写设备10手写板电阻式压力手写板：几乎已经被淘汰电磁式感应手写板：目前市场主流产品电容式触控手写板：市场的新生力量，具有耐磨损、使用简便、敏感度高等优点，是今后手写板的发展趋势。11手写板的评测指标压感级数：手写板可以感应到笔在手写板上的力度的级别，最高为512级。精度：精度又称分辨率，指的是单位长度上所分布的感应点数，精度越高对手写的反映越灵敏，对手写板的要求也越高书写面积：是手写板一个很直观的指标，手写板区域越大，书写的回旋余地就越大，运笔也就更加灵活方便，输入速度往往会更快，当然其价格也相应更高。书写面板的尺寸大体有以下几种：76mm×51mm、76mm×114mm、10mm×13mm和11mm×15mm12手写笔有线笔:手写笔尾部均有一根电缆与手写板相连，从手写板上输入电源。无线笔:借助于一些特殊技术而不需要任何电源。无线笔的优点是携带和使用起来非常方便，同时也较少出现故障。手写笔一般还带有两个或三个按键，其功能相当于鼠标按键，这样在操作时不需要在手写笔和鼠标之间来回切换。13手写汉字识别软件除了硬件外，手写笔和手写板的另一项核心技术是手写汉字识别软件;目前各类手写笔的识别技术都已相当成熟，识别率和识别速度也能够满足实际应用的要求。143.语音文本输入设备(麦克风+声卡+语音识别软件)语音输入为文本输入提供了更加自然的交互手段，也许在将来，我们能够真正抛弃键盘，实现和计算机的“对话”;语音录入并不限于输入文本,其中还有身份,情绪,健康状况等多种信息。153.2语音输入设备(麦克风+声卡+语音识别情感分析身份认证软件)在语音录入过程中所涉及的设备主要是麦克风和声卡语音识别、情感分析、身份认证是语音输入的核心技术161.麦克风/话筒对于语音的输入，麦克风/话筒是最基本的设备。17麦克风技术为了过滤背景杂音，达到更好的识别效果，许多麦克风采用了NCAT（NoiseCancelingAmplificationTechnology）专利技术。NCAT技术结合特殊机构及电子回路设计以达到消除背景噪音，强化单一方向声音（只从配戴者嘴部方向）的收录效果，是专为各种语音识别和语音交互软件设计的，提供精确音频输入的技术，采用NCAT/NCAT2技术的麦克风会着重采集处于正常语音频段（介于350Hz---7000Hz）的音频信号，从而降低环境噪音的干扰。182.声卡声卡的功能是一种安装在计算机中的最基本的声音设备，是实现声波／数字信号相互转换的硬件:可把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，完成对声音信息进行录制与回放。声卡的结构声卡可分为模数、数模转换电路两部分:模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采集到的模拟声音信号转换为计算机能处理的数字信号；而数模转换电路负责将计算机使用的数字声音信号转换为耳机、音箱等设备能使用的模拟信号。19声卡拥有的接口：LINEOUT（或者SPKOUT）用于连接音箱耳机等外部扬声设备，实现声音回放；MICINOUTMICIN用于连接麦克风，实现录音功能；LINEINLINEIN则是把外部设备的声音输入到声卡中游戏杆（外部MIDI设备接口）20与声卡相关的重要概念声音的采样采样的位数决定了声音采集的质量。采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度，这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音也越真实16位声卡能将声音分为64K个精度单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，造成较大的信号损失采样的频率采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高则声音的还原就越真实越自然。在当今的主流声卡上，采样频率一般分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级21声道数声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果，用户可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向，从而使音乐更富想象力，更加接近于临场感受。四声道环绕音频技术较好实现了三维音效，四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。223.3图像/视频输入设备图像输入是人与计算机交互的另外一个重要组成部分;扫描仪可以快速地实现图像输入，且经过对图像的分析与识别，可以得到文字、图形等内容；而摄像头则是捕捉动态场景最常用的工具。231.扫描仪光电、机械一体化的高科技产品独特的数字化“图像”采集能力，低廉的价格以及优良的性能，得到了迅速的发展和应用目前已成为计算机不可缺少的图文输入工具之一，被广泛地应用于图形、图像处理的各个领域。24扫描仪的性能指标(1)分辨率:扫描仪的分辨率决定了最高扫描精度;在扫描图像时，扫描分辨率设得越高，生成的图像的效果就越精细，生成的图像文件也越大。DPI是指用扫描仪输入图像时，在每英寸上得到的像素点个数。扫描仪的分辨率等于其光学部件的分辨率加上其自身通过硬件及软件进行处理分析所得到的分辨率;分辨率为1200DPI的扫描仪，往往其光学部分的分辨率只占400～600DPI。扩充部分的分辨率由硬件和软件联合生成，这个过程是通过计算机对图像进行分析，对空白部分进行插值处理所产生的;25扫描仪的性能指标(2)扫描速度:扫描速度决定了扫描仪的工作效率.一般而言，以300DPI的分辨率扫描一幅A4幅面的黑白二值图像，时间少于10秒钟，相同情况下，扫描灰度图，约需10秒左右，而如果使用三次扫描成像的彩色扫描仪，则要2~3分钟。26平板式扫描仪的结构目前大部分的扫描仪都属于平板式扫描仪，主要由上盖、原稿台、光学成像部分、光电转换部分、机械传动部分组成。272.摄像头数码摄像头的用途数码摄像头可以直接捕捉影像，然后通过计算机的串口、并口或者USB接口传送到计算机里。数码摄像头没有存储装置和其他附加控制装置，只有一个感光部件、简单的镜头和不太复杂的数据传输线路，造价低廉。282.衡量数码摄像头的关键因素感光元器件大多为CCD,CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确;应用在摄像、图像扫描等对于图像质量要求较高的应用中,价格高附加金属氧化物半导体组件（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，CMOS）大多应用在一些低端视频应用中，价格低像素数：像素数是影响图像质量的重要指标，也是判断摄像头性能优劣的重要条件。早期产品以10万像素的居多，目前则以百万像素为主292.衡量数码摄像头的关键因素解析度：分为照像解析度和视频解析度：有352×288、320×240、176×144、160×120等规格目前一般产品的解析度是640×480视频速度：视频速度和视频解析度是直接相关的，基本成反比关系如640×480解析度可达12.5帧／秒（FramesPerSecond，FPS），352×288的解析度可得到30FPS，真正获取流畅的视频镜头：镜头性能的重要条件是它的调焦范围以及灵敏性等因素，好的摄像头，应该有较为宽广的调焦范围和较高的灵敏性303.4指点输入设备指点设备常用于完成一些定位和选择物体的交互任务。鼠标是最常用的一种指点输入设备,另外还有触摸板、控制杆、光笔、触摸屏、手写液晶屏、眼动跟踪系统等。311.鼠标1963年，美国DouglasEnglebart发明了鼠标器。他最初的想法是为了让计算机输入操作变得更简单、容易。第一只鼠标器的外壳是用木头精心雕刻而成的，整个鼠标器只有一个按键，在底部安装有金属滚轮，用以控制光标的移动。1984年，苹果公司把经过改进的鼠标器安装在Lisa微电脑上，从而使鼠标器声名显赫，它与键盘一道成为电脑系统中必备的输入装置。32鼠标的分类1）机械式鼠标工作原理：在机械式鼠标底部有一个可以自由滚动的球，在球的前方及右方装置两个支成90度角的编码器滚轴，移动鼠标时小球随之滚动，便会带动旁边的滚轴，前方的滚轴记录前后滑动，右方的滚轴记录左右滑动，两轴一起移动则代表非垂直及水平方向的滑动。编码器由此识别鼠标移动的距离和方位，产生相应的电信号传给电脑，以确定光标在屏幕上的正确位置。332）光电式鼠标工作原理:利用一块特制的光栅板作为位移检测元件，光栅板上方格之间的距离为0.5mm。鼠标器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，发射光经过透镜聚焦后从底部的小孔向下射出，照在鼠标器下面的光栅板上，再反射回鼠标器内。当在光栅板上移动鼠标器时，由于光栅板上明暗相间的条纹反射光有强弱变化，鼠标器内部将强弱变化的反射光变成电脉冲，对电脉冲进行计数即可测出鼠标器移动的距离。34鼠标与其接口的发展串行接口设计(梯形9针接口)；随着PC机器上串口设备的逐渐增多，串口鼠标逐渐被采用新技术的PS/2接口鼠标所取代(小圆形接口)；随着即插即用概念的提出，使得采用USB接口的鼠标成为主流；而对于一些有专业要求的用户而言，采用红外线信号来与电脑传递信息的无线鼠标也成为一种专业时尚;BlueTooth无线鼠标.35鼠标的按键发展从按键而言，依次经历了两键、三键时代。随着INTERNET的普及，人们发现，在鼠标上加上一个小小的轮轴更便于浏览网页，这样，又出现了滚轮鼠标，目前的鼠标以三键滚轮鼠标为主。虽然鼠标的发展速度和其他输入设备相比似乎慢了许多，但是鼠标对计算机操作带来的巨大便利，决定了其在短时间内是难以被完全替代的。362.触摸板（Touchpad）触摸板能够在一定的区域内（通常是50~75毫米长度）感应接触，将这种接触信号转发给计算机处理。目前，触摸板已应用到笔记本电脑上，可以替代鼠标。触摸板通过电容感应来获知用户的手指移动情况，对手指热量并不敏感。同鼠标相比，触摸板的使用更加灵活，在使用过程中，通过更多的配置，可以得到更强的功能。373.控制杆控制杆很适宜于跟踪目的（即追随屏幕上一个移动的目标）的原因是移动对应的光标所需的位移相对较小，同时易于变换方向。控制杆的移动导致屏幕上光标的移动。根据两者移动的关系，可以将其分为两大类：位移定位和压力定位。对于位移定位的游戏杆，屏