1人机交互概述

2020/5/191人机交互信息管理学院2020/5/192人机关系无处不在！2020/5/193第1讲：人机交互概述2020/5/194人机交互（HCI）的起源人机交互（HCI）发展历史人机交互发展中的重大事件人机交互（HCI）定义人机交互（HCI）的研究内容人机交互相关学科本课程要学到的内容主要内容2020/5/195人机交互的起源任何事物的发展都取决于事物内部的矛盾。人机交互的起源首先来自于人和机器之间的矛盾，或者说人和“人造物”的矛盾。人类用科学的方法研究人要晚于用科学的方法研究物。由于人的复杂性，对人的研究少于对物的研究。人类文明出现了失衡状态，其特征是：人和机器之间失去了和谐。2020/5/196人机交互的起源著名物理学家牛顿(1642-1727)。（牛顿和第一个建立心理学实验室的冯特大约相差一百年）2020/5/197人机交互的起源人机关系和人机矛盾的演变和发展大体可以分为三个历史时期：第一时期是漫长的石器时代、青铜时代和农耕时代。这一时期，人们使用的工具均属手工工具，人的劳动属手工劳动。因此，人机关系是一种所谓的“柔性”关系，即工具对于使用者而言是一种“器物”，工具对于人没有很大的“约束力”，工具是个体意义的工具或者说“我的工具”。因此，在人机关系中人占主导地位。2020/5/198人机交互的起源2020/5/199人机交互的起源第二时期，工业化时代。工业化使“器物”的工具演变为具有动力和计算能力的机器，形成了社会化的大工业生产方式和组织方式。机器对于人具有强大的“约束力”，人的工作效率和生活素质取决于甚至是依附于机器。人机关系是一种“刚性”人机关系。产生了研究人的需要，导致人机交互学的产生。纺织车间的工人穿梭在纺织机器之间2020/5/1910用户：我又错了？用户必须不断地适应机器人机交互的起源2020/5/1911人机交互的起源第三时期：信息时代这将是人机关系的一次重大演变。机器开始具有智能，如果机器的智能水平达到了一定程度的“自主性”，可以设想人机关系将是一种相互适应的关系，或者说一种“弹性”的人机关系。这一时期研究人机之间的交互成为主流。2020/5/1912人机交互的历史早期历史：文明史人机交互还没有成为一门学科，但在人类文明进程中，体现出重视人的思想。2020/5/1913古代盛水工具古埃及化妆盒古埃及方凳古代镜子人机交互的历史2020/5/1914早期历史：二战前19世纪80年代和90年代的工业运动泰勒------科学管理之父（1856-1915）最早进行人和机器匹配问题研究的学者铁锹实验《科学管理原理》2020/5/1915铁锹实验实验前:干不同的活拿同样的锹铲不同的东西每锹重量不一样，应当有一个效率最高的重量。实验发现22磅时效率最高，铲不同的东西拿不同的锹生产效率得到提高。铲铁试验，使每人每天的搬运量从16吨，提高到50吨。劳动生产率成倍增长。2020/5/1916吉尔伯瑞斯莫斯特伯格这段时期研究特点：主要研究人，通过改变人的活动来提高人机系统的效率。用实验方法进行人员挑选和培训时间和动作研究（砌砖作业试验）手术研究2020/5/1917人机工程学的诞生：1945-1960年间第二次世界大战，统计发现飞机被击落的数量不如因人的操作而发生事故那么多。这表明无论人的能力提高得多高，行为改善得如何，都不可能完全跟上机器。——研究转向如何使机器适应人。2020/5/19181949年英国人机工程学会（ErgonomicsResearchSociety)成立1955年美国人因工程学会（HumanFactorsSociety)成立1959年国际工效学协会（InternationalErgonomicsAssociation)成立这些学科都关注在任何系统，包括计算机、机械、还是手动环境中用户的表现。2020/5/1919人机工程学迅速发展时期（1960-1980）军事领域的继续发展和太空竞赛的促进从军事领域转向民用领域特殊人群受到控制论、信息论和系统论的影响2020/5/19201980年以后向人机交互发展计算机的飞跃发展又引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的研究领域。采用“man-machineinteraction”(个人同机器交互），后来又改为“human-computerinteraction”(人类同计算机交互）更加关注人的价值。2020/5/1921另外一项影响人机交互发展的研究项目是信息科学与信息技术。信息技术的引入对信息的存储、访问以及利用的方式有意义深远的影响，在组织和工作环境中都有显著效果。传统上，系统分析一直集中关注技术在工作场所中的影响，使技术符合工作的需求和限制。这些方面同样是HCI所关心的。2020/5/1922HCI吸引了很多学科，但只是在计算机科学和系统设计中才使其成为一个主要的关注点。这也决定了HCI是一门以计算机科学和系统设计科学为主的跨学科领域，包括计算机科学、系统设计科学、心理学和认知科学等多学科的交叉学科。2020/5/1923人机交互技术是当前信息产业竞争的一个焦点，世界各国都将人机交互技术作为重点研究的一项关键技术。美国总统信息技术顾问委员会的“21世纪的信息技术报告”中将“人机交互和信息管理”列为新世纪4项重点发展的信息技术(还包括软件、可伸缩信息基础设施、高端计算)之一，它的目标是研制“能听、能说、能理解人类语言的计算机”，并指出“现在美国40％以上的家庭拥有计算机，然而，对于大多数美国人来说，计算机仍然难以使用．调查表明，由于不理解计算机正在做什么，用户浪费了12％以上的上机时间．更好的人机交互将使计算机易于使用，并使使用者更愉快，因而可提高生产率。2020/5/1924I-SchoolsProject(ISP)的讲程指出：I-Schools是由对信息、技术和人之间的关系有兴趣的学院组成的，以承诺探讨与理解在人类所有活动中信息的作用为特点。iSchool的研究领域涉及信息组织、检索与利用、信息系统和人机交互的设计等日本提出FPIEND21计划（FuturePersonalizedInformationEnvironmentDevelopment），其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。我国973，S-863，十五计划均将人机交互列为主要内容。2020/5/1925人机交互发展中的重大事件人机交互技术与计算机始终相伴发展计算机的发展历史，不仅是处理器速度、存储器容量飞速提高的历史，也是不断改善人机交互技术的历史。人机交互技术,如鼠标器、窗口系统、超文本、浏览器等等，已对计算机的发展产生了巨大的影响，而且还将继续影响整个人类的生活。2020/5/1926回溯数字计算机的概念在18世纪提出在20世纪40年代技术上成为现实早期模拟计算机1943年1月:MarkI，自动顺序控制计算机在美国研制成功，被用来为美国海军计算弹道火力表1943年12月:AlanTuring参与设计制造的最早的可编程计算机Colossus在英国推出，目的是为了破译德国的密码，每秒能翻译大约5000个字符。计算机的诞生2020/5/1927ENIAC，1946开始研制于1943年，完成于1946年2月15日。ElectronicNumericalIntegratorAndComputer电子数字积分计算机——第一台真正意义上的数字电子计算机。占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。负责人是JohnW.Mauchly和J.PresperEckert。2020/5/1928ENIAC两位发明人莫奇来和爱克特ENIAC使用的电子管工作中的ENIAC2020/5/1929P1:V.Bush&Memex1945促成了美国NSF,ARPA等的创立“AsWeMayThink”–1945年Memexdevice理论模型/概念能够存储所有记录、文件和通信内存巨大按索引,关键词,相互参照获取信息相互连接管理(提出的概念非常类似于Hypertext)将传统的图书馆馆藏文献的储存、查找机制与计算机结合起来台式个人文献工作系统，能存贮书、记录和通讯的装置。2020/5/1930Memex19452020/5/1931P2:J.R.Licklider心理学家--计算机科学家1960年,发表了“人机共生”(“man-computersymbiosis”)论文计算机如何更好帮助人做事情1962年，J.C.R.Licklider和W.Clark发表论文《On－LineManComputerCommunication》，讨论分布式社交行为的全球网络概念Batchprocessing批处理--time-sharing分时系统Internet先驱人物之一2020/5/1932SketchPad“编程”系统信息论先驱Shannon的学生1963PhDthesisatMIT1988TuringAward可以通过使用手持物体（如光笔）直接在显示屏幕上创建图形图像。可视的图样随即被存入计算机内存，它们可以被重新调用，并同其他数据一样可以进行后期的处理。CAD先驱，后期致力于设计头盔式3D显示器（1967年开始）P3:I.Sutherland&SketchPad19632020/5/1933P3:IvanSutherlandSketchpad是第一个可以在显示屏幕上直接构造图形图像的系统，不用再通过键盘向计算机输入代码和公式更具革命性的是，它考虑到了在显示屏幕上作某些改动后，存储在计算机中的信息可以被改变和更新。Sketchpad开创了计算机辅助设计的一个新领域，即我们所熟知的CAD2020/5/1934新的范式：VideoDisplayUnits视频显示部件VDUSutherland’sSketchpad是里程碑式的系统计算机从此可以用于信息可视化和数据操作之前：主要用于数据计算2020/5/1935P4:DouglasEngelbart道格拉斯·恩格尔巴特——“人机交互”大师因发明鼠标而闻名，鼠标最初的名字：显示系统的X-Y位置指示器（1963~1965）被科学界公认为20世纪最重要的发明之一IEEE列为计算机诞生50年以来世界计算机界最重大的事件之一。2020/5/1936P4:DouglasEngelbart鼠标器只不过是他所有成果中的一个小发明。但他提出的那些气魄辉宏的计算机理论却远远不及他发明的鼠标器广为世人所知晓。发明涉及视窗、文字处理系统、在线呼叫集成系统、共享屏幕的远程会议、超媒体、电脑交互输入设备、群件，层次超文本,多媒体,鼠标。20世纪60年代初，他就发表了一篇题为《放大人类智力》(AugmentingtheHumanIntellect)的文讲，提出了把计算机作为人类智慧放大器的观点。1997年，ACM图灵奖。2020/5/1937P5:AlanKay最早的图形用户界面(GUI)电脑Alto在施乐PARC，与同事构建了Alto,成为Macintosh和Windows的先驱。2003年度图灵奖得主(forOOP)发明了“ObjectOriented”这个术语，第一个完全面向对象的动态计算机程序设计语言Smalltalk的发明者。Smalltalk源自AlanKay“使用一组独立的互相通信的对象来解决问题”的思想，它可以说是目前主流语言C++，Java和C#的前身。1972年，他来到施乐PARC，开始将Smalltalk作为一种儿童教育工具。2020/5/1938P5:AlanKay个人计算之父1968年，提出Dynabook设想“Notebooksizedcomputerlo