人机交互的未来123

计算机网络新技术专题

虚拟的现实

序言: 回顾人类的历史,人类生存空间中的信息最开始是存贮在纸张、大脑、物体等介质上。

是计算机构建了一个01空间，它像一个有强大引力的黑洞，将人类生存空间中的各式各样的信息都逐渐吸进去变成010101，黑洞用这些010101通过一些基本运算产生新的010101, 并可将这些010101组成一些虚构的图象呈现在人们面前,甚至将人类生存的世界也开始建成010101的代码.

人机交互研究已经历了两个界限分明的时代，第一代是以文本为基础的交互, 如菜单、命令、对话等，难用且不灵活。第二代则是直接操作界面，它引出更自然的视觉通信交互。是交互多媒体集成方法，需要大量使用语言，自然语言和高级图形，也可使用其它交互媒体，如人的动作、手势和三维图像等.

随着虚拟技术的发展,在某一天图形用户界面也会被新的虚拟界面淘汰,新一代的用户界面将向用户提供身临其境和多感觉通道体验,在你烦恼的时候，想吹海风、听海浪、看雪山、小桥流水、将卧室的窗户推开，而不论你在哪里！计算机都将会为你完成这一切，计算机模拟人类感觉的世界而生成一种世界，这里的“世界”是指具有真实感的立体图形，它既可以是某种特定现实世界的真实再现，也可以是纯粹构想的世界。操作者可以通过视觉、听觉、触觉、力觉等与之交互，从而能产生“身临其境”场景.

简介: 这种虚拟的现实是以用户对界面的需求变化为出发点，使用户界面的外在形式和内

部机制能符合不同用户的需要，这就是以用户为中心的设计思想。非特定人的连续语音识别技术将使计算机能理解人们的要求，是一种重要的输入界面和手段。现在我们已经有的鱼眼技术使屏幕观察（或光标）位置附近的内容被放大，便于用户观察。在传统的人机系统中，人被认为是操作者，人去适应机器；在一般的人机系统中，人被称为用户，能与机器对话，但无主动控制能力；而在虚拟现实系统中，人才是主动的参与者，机器将对人的各种动作做出反应。 另外计算机可以充分利用它的感觉和运动通道的互补特性来捕捉用户的意向，从而增进人机交互中的自然性。人的感觉通道有视觉、听觉、触觉、嗅觉和平衡等；人的运动通道有手、嘴、眼、头、足及身体等。现在，计算机操作时，人的眼和手十分累，效率也不高。若将听、说和手、眼等协同动作，采用多通道、以自然方式交互，可以实现高效人机通信，也可以由人或机器选择最佳反应通道，从而不会使某一通道负担过重。并且由于人们的动作或思想往往并不很精确，计算机应该理解人的要求，甚至于纠正人的错误，而不需要人通过键盘或者鼠标做出精确的操作.

实现: 一个未来的界面能使最终用户能完全投入于自己要完成的工作，无需耗费精力于界

面操作，甚至进入一个同现实完全一样的虚拟世界，为此模型的建立至关重要。需要利用虚拟现实系统及人机界面的基本理论知识、多通道用户界面的关键技术、VRML、软件工程，知识工程的原型方法及其它相关知识来进行。

角色模型的建立: 角色模型包括用户的重要特征.一般情况下，很难将每个用户模型化，但通过引入“角色”，可将不同的用户的重要特征集中于其一身。我们可用每个角色代表一类

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用户。一般情况下，很难用一个角色代表所有的用户。为便于区别每个角色，应给每个角色起个适当的名字，然后加上适当的描述。

目标模型的建立: 目标模型是要完成的任务的优先级别列表，每个工作都有自己的目标，工作目标包括多个方面，每个方面的优先级别各不一样。设计用户界面就是在不同的设计方案中进行选择，如知道用户的最重要的任务，将会使这种选择变得容易一些.为了确定每个角色的最重要任务，我们可将角色的每一种任务的优先级数赋予一个权值，一般可选2一3种优先级别最高的任务，用户的界面应能使用户方便地完成这些任务。但是各种角色的任务优先级别可能会发生严重的冲突，这时，可将各个角色的使用计算机及相关平台的总时间及角色的重要性等作为判断标准，以决定哪个任务是最重要的任务。

工作模型的建立: 工作模型是对用户工作的描述及所需信息和操作等。

工作集:工作集是指由一系列相关联且没有顺序要求的由一个角色所需完成的任务的总和。在一个组织内的每位员工总是负责一定的事务，职责在这里被描述为工作集.如售货员的职责可描述为由售货和结帐组成的工作集。售货员工作集内的任务属于日常事务类型。 信息对象和方法:每个角色的工作集都与信息密切相关，在设计界面时，应时刻牢记:使用户能方便地使用所需信息.可把用户对信息的需求及期望的功能定义为信息对象和方法。为了能确保用户要求的信息不致漏掉，应以用户的工作术语来描述信息对象和方法而非用计算机术语。

为了定义信息对象，需要相对完整的数据模型，可将工作集内的每个实例定义为若干个信息对象，信息对象间可有继承和关联关系。而对信息处理的功能要求可用任务集实例与信息对象相关联的方法来描述。 对象的数目属性和操作

在VRML中，类模型定义了每个类的所具有的属性和方法（同面向对象语言有相似之处），但有些与界面设计相关联的属性并没有在数据模型中得以完整地描述，为了设计让用户满意，应给予详细地描述。我们知道有时用户需要同时对同一信息从不同的方面来观察，为此，设计界面时，应对完成某一任务所牵涉到的信息对象做到一清二楚。

对信息对象的操作特征的了解也很重要，如能知道用户经常使用哪些操作，便可对此类操作安排捷径键，这样便可节省用户的操作时间，使界面更真实。 协调好相关人员

用户、交互设备设计人员和软件工程师在界面设计中所起的作用各不相同，交互设备设计人员是用户和软件工程师沟通的桥梁，应负责协调好3者的关系，只有这样才能决定人机对话的类型，设计出真实的虚拟世界。

用户精通自己的行业，交互设备设计人员应多与用户接触，最好能在用户工作时了

解任务特点，理解用户的心理特征，这样更有利于抓住重点，并用真实实用的方法体现于界面设计之中。软件工程师是人机界面的最终实现者，大都有丰富的编程经验，但往往缺乏与用户的沟通，缺乏人机界面设计的经验和生活常识。交互设备设计人员应与软件工程师经常交流，确保界面整体的真实性得以最终实现。

使用:虚拟现实是针对某一类型的人而设计的,计算机预先记录了用户需要进行的操作,并

且在人活动的空间自动感应,接受用户发出的命令,人不再需要对着电脑屏幕,用鼠标键盘等工具发出命令.只需要一个手势甚至只是脑子里面形成这个命令,计算机就可以智能的作出准确的操作,随着技术的发展,电脑甚至可以直接从人的大脑提取命令信息,不需要任何介质,计算机通过检测人的脑波等信号,形成命令,完成操作,并且将结果反馈到人的大脑.

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技术基础: 多通道环幕（立体）投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。该系统可以应用于教学、视频播放、电影播放（现在好多影视院采用这种方式）等。

多通道环幕（立体）投影系统由于其技术含量高、价格昂贵，以前一般用于虚拟仿真、系统控制和科学研究，近来开始向科博馆、展览展示、工业设计、教育培训、会议中心等专业领域发展。其中，院校和科博馆是该技术的最大应用场所。这种全新的视觉展示技术更能彰显科博馆的先进性和创新性，在今后若干年内不会被淘汰。

结论:虚拟实境属于未来的人机界面。通过虚拟现实系统及人机界面的基本理论知识、多通道用户界面的关键技术、虚拟现实建模语言VRML,软件工程、知识工程的原型方法及其它相关知识，提出了虚拟现实系统人机界面模型的建立。这种模型建立方法的特点在于将整体架构一分为三，模块化后使其各司其职，大大提高了设计速度和实际应用的效率 虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。由于它生成的环境是类似现实的、逼真的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术将一改人机之间枯燥、生硬和被动的现状，将人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛，几乎到了无所不包、无孔不入的地步，虚拟现实在诸多方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和强大的技术驱动。它的发展，将从根本上改变人们的工作方式和生活方式