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2017人機交互技術(shù)概論
人機交互技術(shù)(Human-Computer Interaction，HCI)致力于人與計算機的協(xié)調，旨在消融這兩個(gè)智能系統間的通訊和對話(huà)界線(xiàn)，使得人與機器的信息交流便捷而通暢。下面是YJBYS小編整理的人機交互技術(shù)概論，希望對你有幫助!
計算機系統的人機交互是以用戶(hù)界面(User Interface，UI)為中介的人與計算機間信息傳遞和轉換過(guò)程：人向計算機傳達交互意圖 — 用戶(hù)通過(guò)其側重于多媒體信息接受的感覺(jué)通道(包括：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和嗅覺(jué)等)對用戶(hù)界面中諸如語(yǔ)音、圖形和圖像等多媒體信息的感知，先利用邏輯思維和形象思維能力產(chǎn)生對交互意圖的心理描述，再按用戶(hù)界面對交互的輸入要求使用其側重于過(guò)程控制與信息輸入的效應通道為(包括：手、嘴、眼、頭、足及身體等)來(lái)實(shí)施交互行;計算機向人傳遞計算和反饋結果 — 它利用其感知機制從精確的用戶(hù)界面框架結構中獲取用戶(hù)的交互信息，并完成獲取交互行為信息的感知處理、判斷用戶(hù)交互意圖的認知處理和回饋交互結果的響應處理等一系列計算過(guò)程，最終運用其輸出機制以用戶(hù)界面所定義的特定形式輸出其計算結果。
從信息傳遞的角度來(lái)看，用戶(hù)界面的任務(wù)是為人類(lèi)的感覺(jué)和效應通道與計算機的感知和輸出機制提供通信接口，計算機系統的人機交互包含互不可分的兩類(lèi)感知過(guò)程：一類(lèi)是人對計算機所提供信息的感知過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，計算機利用其計算能力和各種媒體處理技術(shù)將計算機可供交互的輸入要求或交互處理結果的反饋以適當形式在用戶(hù)界面上呈現給用戶(hù);而人類(lèi)使用感覺(jué)通道(如：視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué))接受和理解用戶(hù)界面所提供的各種信息。這種感知過(guò)程的關(guān)鍵是用戶(hù)界面所呈現信息的形式和豐富程度，并部分與用戶(hù)的心理因素及其認知能力相關(guān)，這決定了人機交互中計算機與人間通信的輸出帶寬。另一類(lèi)是計算機對人及其所處環(huán)境的感知過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，人類(lèi)按照計算機所要求的輸入事件使用效應通道(如：語(yǔ)音和動(dòng)作等)在用戶(hù)界面中輸入交互操作和指令;計算機則通過(guò)對來(lái)自用戶(hù)界面的用戶(hù)交互媒介信號的處理和分析來(lái)獲取和識別用戶(hù)交互意圖，并以適當形式在用戶(hù)界面上呈現給用戶(hù)。這種感知過(guò)程不僅取決于計算機感知和識別人和物及其檢測用戶(hù)情緒變化或用戶(hù)個(gè)性等信息處理能力，而且取決于用戶(hù)有意識地將交互意圖“分解”和“組織”為計算機所特有輸入事件過(guò)程中所付出的“認知努力”，這決定了人機交互中計算機與人間通信的輸入帶寬。此外，如果計算機是可以感知外部世界的機器，還存在兩種特殊的感知：一種是計算機感知并傳遞人及其環(huán)境信息，人借助于計算機傳遞感知信息，它基本上不屬于人機交互的感知，但可以作為人機交互感知的基礎。例如：在視頻會(huì )議、遠程教學(xué)和遠程醫療等系統中，計算機并不一定需要識別人的交互行為和信息，而只成為兩人或多人之間的相互交流的媒介;另一種是人作為虛擬世界中的成員而從計算機中獲得的感知，這種感知是人機交互的感知，而且人和計算機的感知地位是等同的，其感知信息的形態(tài)不僅內容豐富，而且可以是現實(shí)世界里所看不到的(例如：虛擬的場(chǎng)景、文本和語(yǔ)音等)。
從信息轉換的角度來(lái)看，用戶(hù)界面的作用是實(shí)現“用戶(hù)認知空間”與“計算機信息處理空間”間信息的雙向映射。由于人類(lèi)的交互意圖通常是一個(gè)涉及人的認知和行為因素的高維復雜信息，且這些信息是非精確的或模糊的;而計算機遵循線(xiàn)性信息表示和存儲模式來(lái)表示和處理交互信息，所能捕獲和處理的必須是形式化的精確信息，且其感知和處理結果不一定能夠依從人的感知規則。兩者間的差異決定了其雙向映射實(shí)現的技術(shù)復雜性和方式多樣性，因此，人機交互技術(shù)的任務(wù)就是要選擇合適的映射方式來(lái)解決其技術(shù)實(shí)現的復雜性與用戶(hù)交互的易用性問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現的復雜性主要體現在如何提升計算機感知和識別用戶(hù)交互行為和狀態(tài)并進(jìn)而理解其交互意圖;用戶(hù)交互的易用性則表現為如何充分利用和協(xié)調人類(lèi)的多個(gè)感覺(jué)和效應通道并進(jìn)而降低其完成交互行為所需付出的“認知努力”。顯然，一個(gè)良好的映射方式將會(huì )極大地提高人機交互的自然性和高效性。在人機交互技術(shù)發(fā)展歷程中，人機交互的界面形式經(jīng)歷了手工作業(yè)、命令接口(作業(yè)控制語(yǔ)言及交互命令語(yǔ)言批處理)、(文本)菜單到多通道、多媒體人機交互和虛擬現實(shí)系統;人機交互的信息載體經(jīng)歷了以文本和符號為主字符用戶(hù)界面(Character UI)、以二維圖形為主的圖形用戶(hù)界面(Graphic UI)、兼顧視聽(tīng)感知的多媒體用戶(hù)界面(Media UI)及綜合運用多種感覺(jué)(包括觸覺(jué)等)的虛擬現實(shí)系統(VR：Virtual Reality);人機交互的信息維度從一維(主要指文本流)、二維(主要是利用色彩、形狀、紋理等維度信息的二維圖形技術(shù))、三維(主要是三維圖形技術(shù)，但圖形顯示仍以二維平面為主)向多維空間(利用人的多個(gè)感覺(jué)通道和效應通道的信息)發(fā)展，計算機與用戶(hù)間的通信帶寬不斷提高。就其技術(shù)機理本質(zhì)而言，這種發(fā)展蘊涵著(zhù)對人機交互中兩個(gè)主體不同側重點(diǎn)的映射方式演化：
一種是以機器為中心的受限方式。這種方式強調將計算機的信息處理需求有效地呈現給用戶(hù)，為用戶(hù)提供一個(gè)形式化、半雙工、串行的低維度信息展現和操作界面，主要表現在兩個(gè)方面：一是人的交互需基于離散事件，用戶(hù)界面等同于一個(gè)解釋器，它接受事件輸入并反饋計算機處理的結果，在此過(guò)程中，多維信息矢量被壓縮為一個(gè)低維矢量，形成一個(gè)串行的輸入流;二是人的交互必須基于精確交互：用戶(hù)在交互中需要把意圖按模型要求“分解”并“組織”為計算機所特有的輸入事件，以完全說(shuō)明用戶(hù)交互目的和意度。用戶(hù)必須面對機器操作定義的限制并付出較多的認知努力來(lái)使用計算機。從用戶(hù)角度來(lái)看，這種方式支持的是受限人機交互(Formal HCI)，用戶(hù)需飽受命令記憶和新功能學(xué)習之苦。例如，用戶(hù)通過(guò)使用鼠標、鍵盤(pán)和顯示器來(lái)與傳統的桌面計算機進(jìn)行交互時(shí)，與計算機及其上運行軟件間的交互存在著(zhù)“受限的”交互次序：完成特定序列的操作來(lái)創(chuàng )建Word文檔、輸入文本并將其打印，等等。這種方式的實(shí)現關(guān)鍵在于計算機及其軟件處理能力展示的有效性和合理性及用戶(hù)操作的簡(jiǎn)便性和易記憶程度，具體表現為兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是如何充分而有效地展示計算機及其軟件的處理能力，即：如何定義操作及其布局，如：彈出菜單、下拉菜單、分層菜單等;二是如何讓用戶(hù)方便地使用和記憶，即：用戶(hù)采用何種方式進(jìn)行操作，如：命令語(yǔ)言、文字菜單和圖標點(diǎn)擊，等等。顯然這種方式限制了人機間的通信帶寬，使得既不能有效地利用當今計算機的強大計算和處理能力，也給用戶(hù)使用電腦有諸多不便。
傳統用戶(hù)界面都是采用了這種映射方式。它主要包括三大類(lèi)：
(1). 命令語(yǔ)言交互(Command HCI)：這種人機交互始于聯(lián)機終端的出現，用戶(hù)與計算機間借助一種雙方都能理解的語(yǔ)言進(jìn)行對話(huà)。根據語(yǔ)言特點(diǎn)可分為：① 形式語(yǔ)言。這是一種人工語(yǔ)言，特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、嚴密、高效，如：應用于數學(xué)、化學(xué)、音樂(lè )、舞蹈等各領(lǐng)域的特殊語(yǔ)言，計算機語(yǔ)言則不僅是操縱計算機的語(yǔ)言，而且是處理語(yǔ)言的語(yǔ)言;② 自然語(yǔ)言。特點(diǎn)是具有多義性、微妙、豐富。③ 類(lèi)自然語(yǔ)言。這是計算機語(yǔ)言的一種特例，命令語(yǔ)言的典型形式是動(dòng)詞后面接一個(gè)名詞賓語(yǔ)，即：“動(dòng)詞+賓語(yǔ)”結構，二者都可帶有限定詞或量詞。命令語(yǔ)言可以具有非常簡(jiǎn)單的形式，也可有非常復雜的語(yǔ)法。它要求驚人的記憶和大量的訓練，且容易出錯，但具有靈活和高效的特點(diǎn)，適合于專(zhuān)業(yè)人員使用。
(2). 圖形交互(Graphic HCI)：圖形用戶(hù)界面(Graphics UI，GUI)是當前人機交互的主流，成熟的商品化系統有Apple的Macintosh、IBM的PM(Presentation Manager)、Microsoft的Windows和運行于Unix環(huán)境的X-Window、OpenLook和OSF/Motif等。這種界面包含三個(gè)重要思想：① 桌面隱喻(Desktop Metaphor)，即在用戶(hù)界面中用人們所熟悉的桌面上的物品來(lái)清楚地表現計算機可處理的能力;② WIMP(Windows、Icons、Menu and Pointer)是組成圖形用戶(hù)界面的基本單元，以可重疊多窗口管理的窗口管理系統為核心，使用鍵盤(pán)和鼠標器作為輸入設備，并廣泛采用事件驅動(dòng)(Event-Driven)技術(shù);③ 直接操作及所見(jiàn)即所得(What You See is What You Get)的界面，交互過(guò)程極大地依賴(lài)用戶(hù)視覺(jué)和手動(dòng)控制的參與，具有強烈的直接操作特點(diǎn)。菜單(Menu)本身與圖形人機交互并沒(méi)有必然聯(lián)系，在圖形用戶(hù)界面出現前，字符型菜單已經(jīng)在用戶(hù)界面中得到了廣泛應用。但圖形人機交互中菜單的表現形式比字符人機交互更為豐富，在菜單項中可以顯示不同的字體、圖標甚至產(chǎn)生三維效果，同時(shí)，還可以諸如層疊式(Hierarchy)、彈出式(PopUp)、下拉式(PullDown)和滾動(dòng)式(scrolling)及其組合等多種形式出現，菜單式人機交互與命令語(yǔ)言人機交互相比，用戶(hù)只需確認而不需回憶系統命令，從而大大降低記憶負荷，其缺點(diǎn)是靈活性和效率較差，可能不適合于專(zhuān)家用戶(hù)。圖形人機交互具有一定的文化和語(yǔ)言獨立性，并可提高視覺(jué)目標搜索的效率;其主要缺點(diǎn)是需要占用較多的屏幕空間，并且難以表達和支持非空間性的抽象信息的交互。
(3). 直接操縱(Direct-manipulation HCI)：直接操縱更多地借助物理的、空間的或形象的表示，而不是單純的文字或數字表示。前者已為心理學(xué)證明有利于“問(wèn)題解決”和“學(xué)習”。視覺(jué)的、形象的(藝術(shù)的、右腦的、整體的、直覺(jué)的)人機交互對于邏輯的、直接性的、面向文本的、左腦的、強迫性的、推理的人機交互是一個(gè)挑戰。直接操縱人機交互的操縱模式采用“賓語(yǔ)+動(dòng)詞”結構，Windows 95設計者稱(chēng)之為“以文檔為中心”，用戶(hù)最終關(guān)心的是其欲控制和操作的對象，即：只關(guān)心任務(wù)語(yǔ)義，而不用過(guò)多為計算機語(yǔ)義和句法而分心。對于大量物理、幾何空間及形象的任務(wù)，直接操縱表現出巨大的優(yōu)越性，但它在抽象而復雜的應用中具有局限性。對于用戶(hù)界面設計者來(lái)說(shuō)，圖形的設計比較因難，需大量測試和實(shí)驗;而復雜和抽象語(yǔ)義的表示比較困難，不容易實(shí)現交互與應用程序的獨立設計。
另一種是以用戶(hù)為中心的非受限方式。這種方式強調將對人類(lèi)自然能力(尤其交流、運動(dòng)和感知能力)與計算設備及其感知和推理結合起來(lái)，通過(guò)采用多種模態(tài)(Multimodal)感知人類(lèi)的自然行為，并以易理解的多媒體(Multimedia)形式實(shí)現多通道(Multichannel)通信，建立“以人為中心”的感知用戶(hù)界面(Perceptive User Interface，PUI)[10]。這種界面旨在充分使用人類(lèi)諸如語(yǔ)音、手勢、視線(xiàn)及頭部跟蹤等多個(gè)感覺(jué)和效應通道，并使之可選擇地并行和協(xié)作來(lái)實(shí)現多通道、非精確、高帶寬、高效及不限制地點(diǎn)的人機通信[11]，以拓展人機間信息通信的“帶寬”，減少人類(lèi)的交互認知努力，提高人機交互的自然性和高效性。從用戶(hù)角度來(lái)看，這種方式支持的是非受限人機交互(Informal HCI)[12][13]，其主要出發(fā)點(diǎn)是借助于媒體感知技術(shù)獲取并理解用戶(hù)動(dòng)作、行為、習慣、偏好及其它相關(guān)交互信息，來(lái)緩解以至于消除計算機和用戶(hù)對交互意圖的認識和描述存在的精確信息(人機系統的內部表示)和非精確信息(人機系統的外部表示)間的“鴻溝”;其實(shí)現的關(guān)鍵在于計算設備對人的動(dòng)作和行為識別的有效性，因此，支持這種交互方式的用戶(hù)界面又稱(chēng)為基于識別的用戶(hù)界面(Recognition-based User Interface)。
這種方式的用戶(hù)界面則代表著(zhù)人機交互技術(shù)的發(fā)展方向，體現了對人的因素的重視，標志著(zhù)人機交互技術(shù)從“人適應計算機”向“計算機不斷地適應人”方向發(fā)展，就是要給用戶(hù)“充分的自由”，使得人類(lèi)不再需要按機器的要求扭曲自己最自然的思維和行為方式，而可以像在電腦出現前人類(lèi)那樣自由地工作和生活。傳統的界面事實(shí)上成為隔離物質(zhì)世界和信息世界之間的屏障，虛擬現實(shí)、網(wǎng)絡(luò )計算、智能代理和軟件機器人、計算機支持的協(xié)同工作等技術(shù)的應用，將實(shí)現“虛物實(shí)化”和“實(shí)物虛化”，消除物理對象和抽象對象、輸入裝置和輸出裝置在交互空間中的差別，并為人提供多感覺(jué)通道的自然臨境體驗;語(yǔ)音及文字識別和自然語(yǔ)言理解等言語(yǔ)計算，手寫(xiě)體和手繪草圖識別等筆式計算及手勢和表情識別、視覺(jué)-目標拾取認知技術(shù)等視覺(jué)計算等技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將不斷提高人機交互的智能化程度，使機器能夠根據上下文及使用者的特點(diǎn)主動(dòng)識別人的身體姿態(tài)、手勢、語(yǔ)音和表情等各種自然行為，進(jìn)而判斷出人的意圖。同時(shí)，機器的功能齊全、高效，既適于人的操作使用，也能滿(mǎn)足人的審美和認知需要，機器的操控和使用將更加符合人的習慣，并具備聽(tīng)、看和說(shuō)的能力，人可以語(yǔ)言、文字、圖像、手勢、表情等自然方式與機器打交道，恰如與他人交流一樣自然。因此，用戶(hù)界面是能模擬多種智能和真實(shí)環(huán)境的虛擬空間，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何需要的環(huán)境(包括人)以最自然和“身臨其境”的方式來(lái)完成所需要完成的工作;實(shí)現“無(wú)形而又無(wú)處不在，有形而又自然和諧”的普適交互(Ubiquitous/Pervasive HCI)模式，這種方式的特性體現在以下三個(gè)方面：
以用戶(hù)為中心(Human-Centered)：以用戶(hù)對人機交互的需求變化為出發(fā)點(diǎn)，使人機交互的外在形式和內部機制能符合不同用戶(hù)的需要。人類(lèi)的交互行為是自然的，用戶(hù)將可利用語(yǔ)音、手勢、筆劃等自然方式，不受地點(diǎn)限制地與計算機進(jìn)行交互，既能滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化的需要，又使得用戶(hù)不脫離自然社會(huì )關(guān)系(包括社會(huì )經(jīng)濟環(huán)境和人類(lèi)溝通交流)。
多模態(tài)(Multimodal)交互：充分利用人類(lèi)多種感覺(jué)和效應通道的互補特性，并使之可選擇地、充分地并行和協(xié)作來(lái)捕捉用戶(hù)的交互意圖，從而增進(jìn)用戶(hù)交互的自然性。模態(tài)(modal)和通道(Channel)間的聯(lián)系和區別主要在于：人類(lèi)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)這五種感官的信息發(fā)送和接收來(lái)實(shí)現與世界交互的，一種模態(tài)對應一種官能;而通道是指信息傳遞的過(guò)程或途徑。在人機交互應用中，通道描述一種交互技術(shù)，這種技術(shù)可基于某種特殊設備，如：鍵盤(pán)或鼠標，也可基于某種特殊行為，如口語(yǔ)、書(shū)面語(yǔ)或手勢。如：命令語(yǔ)言用戶(hù)界面中的每個(gè)命令都會(huì )使用視覺(jué)和觸覺(jué)等多種模態(tài);而圖形用戶(hù)交互既使用了視覺(jué)和觸覺(jué)等多種模態(tài)，又用到了諸如鍵盤(pán)、鼠標和聲音及圖像等多種通道。多模態(tài)人機交互是使用同等方式將兩種或兩種以上輸入模態(tài)相結合的技術(shù)，其重點(diǎn)是將基于諸如語(yǔ)音識別、筆形手勢識別、計算機視覺(jué)等傳感識別的輸入技術(shù)集成到用戶(hù)界面中。也就是說(shuō)，多模態(tài)人機交互使用多種模態(tài)來(lái)實(shí)現多種通道通信。使用多種模態(tài)生成單獨的通道，如：利用視覺(jué)和聲音進(jìn)行三維用戶(hù)定位，屬多傳感器融合(Multisensor Fusion);類(lèi)似地，使用一種模態(tài)生成多種通道，如：左手鼠標指示，右手鼠標選擇，則屬于多通道或多設備(Multichannel or multi-device)人機交互。
多媒體感知((Multimdia Perceptive)：機器利用其感知及推理能力對來(lái)自用戶(hù)感覺(jué)和效應通道的交互信號進(jìn)行識別、集成和協(xié)調，并獲取用戶(hù)動(dòng)作和行為習慣、偏好及其它相關(guān)信息，并以人類(lèi)易理解的多媒體信息方式為用戶(hù)提供輸出信息，從而提供不受時(shí)空限制而又效能最大化的個(gè)性化計算服務(wù)。這種人機交互方式的雙向信息流動(dòng)是以多媒體感知和處理為核心的：用戶(hù)通過(guò)其感覺(jué)和效應通道傳遞的交互意圖在計算機內表示為文本、語(yǔ)音、圖形和圖像等多媒體信息，人到機(Human to Compute)信息流動(dòng)是多媒體信息的獲取及識別過(guò)程;計算機經(jīng)過(guò)處理的信息需要以文本、語(yǔ)音、圖形和圖像等用戶(hù)理解概念所需的多媒體信息形式展現出來(lái)，機到人(Computer to Human)的信息展流動(dòng)是多媒體信息的合成和呈現過(guò)程。
自Weiser博士提出普適計算(Ubiquitous/Pervasive Computing)以來(lái)，人類(lèi)開(kāi)始向未來(lái)計算探索的進(jìn)程，也催生了以網(wǎng)格計算(Grid Computing)和云計算(Cloud Computing)為代表的計算分布化(Distribution)、以嵌入式計算(Embed Computing)為代表的計算透明化(Transparent)、以虛擬現實(shí)(Virtual Reality)和可穿戴計算機(Wearable Computer)為代表的計算機系統擬人化(Personate)和有形化(Tangible)、以手持電腦(PDA)和智能手機(Smart Phone)為代表的計算機系統微型化(Micromation)和隨身化(Mobile)及以智能空間(Smart Space)和環(huán)境智能(Ambient Intelligence)為代表的計算機系統嵌入化(Embeded)和無(wú)形化(Invisible)等眾多新型計算技術(shù)，推動(dòng)著(zhù)“機箱時(shí)代”邁向一個(gè)嶄新時(shí)代：計算設備將從人類(lèi)視野中“消失”，那些裝在機箱中的聲音、視頻和通信等將“游蕩”于我們周?chē)h(huán)境中而變得“無(wú)處不在”。這個(gè)時(shí)代具有兩個(gè)重要特征：一方面，小型化嵌入式計算設備將使得人類(lèi)生活的自然環(huán)境“具有”計算能力，它能自主感知人的存在，并在人類(lèi)需要時(shí)出現和對其行為作出反應;另一方面，計算將日常生活化，能幫助人類(lèi)安排、構造和控制日常生活，人類(lèi)將能享受的計算服務(wù)，人類(lèi)能以最自然的方式、在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、通過(guò)任何設備從環(huán)境中“無(wú)意識地”獲取“有感覺(jué)”的計算資源和計算服務(wù)。概括地講，在這個(gè)時(shí)代，人類(lèi)生活將片刻離不開(kāi)機器，人與機器間的交流更加自然和沒(méi)有阻礙，人和計算間將是非侵入且不可見(jiàn)的交互，現實(shí)世界就成為用戶(hù)界面，用戶(hù)只需運用其日常技能來(lái)操作和使用計算設備，而不再關(guān)注交互媒體形式，也無(wú)需特定的用戶(hù)界面，即：Idea Interface is no interface。這既對人機交互技術(shù)提出了更高的要求和新的挑戰，也為人機交互技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力，因此，自然、高效、無(wú)障礙的新型人機交互技術(shù)成為該領(lǐng)域發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。
新型人機交互技術(shù)的最主要特性就在于用戶(hù)交互的“非受限性(Informaity)”：機器給人以最小的限制并對人的各種動(dòng)作做出反應，人是主動(dòng)參與者，可以最大的自由度操作機器，如日常生活中人與人間的交流一樣自然、高效和無(wú)障礙。這種人機交互技術(shù)強調兩個(gè)關(guān)鍵特征：一是交互隱含性。理想的人機交互應當使用戶(hù)把所有注意力集中于完成任務(wù)而無(wú)需為交互操作分心，且應允許使用模糊表達手段來(lái)避免不必要的認識負荷，有利于提高交互活動(dòng)的自然性和高效性。傳統用戶(hù)界面都是等待用戶(hù)輸入命令才開(kāi)始采取行動(dòng)，而新穎人機交互技術(shù)的用戶(hù)界面則應是積極地感覺(jué)和理解世界，并讓用戶(hù)在各個(gè)層次上根據目標和已有知識采取行動(dòng)，并以充分性代替精確性。理想地，這是一個(gè)使用“被動(dòng)”或“非侵入性”感知的“主動(dòng)”交互方式，無(wú)需用戶(hù)顯式說(shuō)明交互成分，僅在交互過(guò)程中隱含地表現而允許非精確的交互，如：用戶(hù)視線(xiàn)自然地落在所感興趣的對象上;用戶(hù)的手自然地握住操縱的目標;等等。二是交互多模態(tài)性和雙向性。允許使用多種感知模態(tài)(如：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等)或多個(gè)感覺(jué)和效應通道，突破了模態(tài)和鼠標鍵盤(pán)顯示器通信通道的限制，使用連續形式和并行形式在內的多種模態(tài)。盡管感覺(jué)通道側重于多媒體信息的接受，效應通道側重于交互控制與信息輸入，但兩者是密不可分、相互配合：只用一種通道不能充分表達意圖，就需要其它通道信息輔助。有時(shí)，使用輔助通道僅為增強表達力，否則，就必須允許充分地并行和協(xié)作的通道配合關(guān)系。此外，人的感覺(jué)和效應通道通常具有雙向性特點(diǎn)，如：視覺(jué)可看又可注視;手可控制又可觸及;等，新穎人機交互技術(shù)讓用戶(hù)避免生硬、頻繁或耗時(shí)的通道切換，從而提高自然性和效率。如：視線(xiàn)跟蹤系統可促成視覺(jué)交互雙向性;聽(tīng)覺(jué)通道在利用三維聽(tīng)覺(jué)定位器實(shí)現交互雙向性;等等。
新型人機交互技術(shù)的核心問(wèn)題在于如何確保計算設備對人的動(dòng)作和行為識別的有效性并實(shí)現人機的和諧共處。計算設備及其傳感器是透明和被動(dòng)的，但可以主動(dòng)感知人類(lèi)相關(guān)通信通道并輸出人類(lèi)可理解的結果。這就需要不同類(lèi)型和層面技術(shù)的集成，并隨著(zhù)關(guān)鍵維度或特征發(fā)生變化，包括：輸入模態(tài)的數目和類(lèi)型;通信通道的數目和類(lèi)型;使用并行模式、串行模式或同時(shí)使用并行和串行模式的能力;識別模式的大小和類(lèi)型;傳感器和通道的集成方法及支持的應用種類(lèi)，等等。依據充分利用人類(lèi)感覺(jué)和效應通道并使得人機交互更加自然的目標，新型人機交互的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個(gè)方面：
(1). 支持語(yǔ)音交互(Speech-Based HCI)的言語(yǔ)計算(Speech Computing)：語(yǔ)音是人類(lèi)一種重要而靈活的通信模態(tài)，言語(yǔ)交互的核心是語(yǔ)音識別，其任務(wù)就是利用語(yǔ)音學(xué)和語(yǔ)言學(xué)知識，先對語(yǔ)音信號進(jìn)行基于信號特征的模式分類(lèi)(這是語(yǔ)音信號處理的范疇)得到拼音串，再利用語(yǔ)言學(xué)知識對拼音串進(jìn)一步處理，得到一個(gè)符合語(yǔ)法和語(yǔ)義的句子。簡(jiǎn)單地說(shuō)，語(yǔ)音識別就是讓計算機能聽(tīng)懂人說(shuō)話(huà)，將人說(shuō)的話(huà)轉換成計算機文本。
(2). 支持筆跡交互(Pen-Based/Calligraphic HCI)的筆跡計算(Calligraphic Computing)：筆跡交互是通過(guò)計算機軟硬件技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域的研究，模擬人類(lèi)“筆錄紙現”這一日常技能的一種人機交互方式。在這種用戶(hù)界面中，用戶(hù)借助鼠標、筆跡交互器及觸摸屏等設備用手自由地書(shū)寫(xiě)或繪制各種文字和圖形，計算機通過(guò)對這些輸入對象的識別和理解獲得執行某種任務(wù)所需要的信息。它充分利用書(shū)寫(xiě)的自然性和墨水豐富的表達能力，從而拓寬了人機交互的頻帶，使人們通過(guò)筆跡交互自然地使用計算機的高性能計算能力：從計算機處理角度看，筆跡交互可以在一個(gè)或多個(gè)連續的筆畫(huà)中自然地提交計算任務(wù)所需要的命令和參數;從人機交互角度來(lái)看，它通過(guò)將用戶(hù)的交互意圖映射為由壓力、方向、位置和旋轉等信息共同構成的多維矢量序列[11][2];從認知心理學(xué)角度看，用戶(hù)的交互意圖通過(guò)幾個(gè)效應和感知通道提交。與言語(yǔ)交互相比，筆跡交互以視覺(jué)形象表達和傳遞概念，既有抽象、隱喻等特點(diǎn)，還具有形象、直觀(guān)等特征，易于理解和記憶，更適于推論和構思;與傳統圖形圖像工具相比，它具有自然、簡(jiǎn)便，可表達不完備模糊概念，擁有強大的信息表達能力，有利于創(chuàng )造性思想的快速表達、抽象思維的外化和自然交流。
(3). 支持視覺(jué)交互(Vision-based HCI)的視覺(jué)計算(Vision Computing)：在人類(lèi)日常面對面交互中，除使用語(yǔ)音和文字外，還可利用身體各部位的姿態(tài)和動(dòng)作(即所謂身體語(yǔ)言)來(lái)表達自己的意思。視覺(jué)和言語(yǔ)是聯(lián)合表達、相互補充的通道，諸如臉部表情、注視焦點(diǎn)、肢體動(dòng)作及其它活動(dòng)等行為線(xiàn)索能為交流提供相關(guān)上下文信息，這些信息不僅能加強語(yǔ)音的表達能力，還能起到語(yǔ)音交互所不能起到的作用，并影響交談的內容和進(jìn)程，如：頭部動(dòng)作可能是“否定”或“肯定”的信號，臉部表情可能是“無(wú)奈”或“贊許”的表式，注視角度可能可消除“這邊”或“那邊”等語(yǔ)言中指代不明的問(wèn)題。視覺(jué)交互技術(shù)(Vision-based Interaction)的目標就是在人機交互中采用計算機視覺(jué)作為有效的輸入模態(tài)，探測、定位、跟蹤和識別用戶(hù)交互中有價(jià)值的行為視覺(jué)線(xiàn)索，進(jìn)而預測和理解用戶(hù)交互意圖并做出響應。這種技術(shù)可以支持人機交互中的一系列的功能，如：人臉檢測、定位和識別(確定場(chǎng)景中的人數、位置和身份等);頭和臉部的跟蹤(用戶(hù)的頭部、臉部的位置和方向);臉部表情分析(用戶(hù)表情狀態(tài)：微笑、大笑、皺眉、說(shuō)話(huà)、困乏等);視聽(tīng)語(yǔ)音識別(協(xié)助判斷用戶(hù)說(shuō)話(huà)內容);眼睛注視跟蹤(用戶(hù)的眼睛朝向);身體跟蹤(用戶(hù)身體的位置，身體的動(dòng)作等);手跟蹤(確定用戶(hù)手的位置，二維或三維模型、手的結構等);步態(tài)識別(識別人的走路/跑步的風(fēng)格);姿勢、手勢和活動(dòng)識別等，最終實(shí)現人與機器的“行為交互(Behaviour Interaction)”。
(4). 支持情感交互(Affective-based HCI)的情感計算(Affective Computing)：眾所周知，人類(lèi)相互之間的溝通與交流是自然而富有感情的，計算機沒(méi)有情感能力，就很難指望它具有類(lèi)似人一樣的智能，也很難期望人機交互真正實(shí)現和諧與自然。因此，人們在與計算機交互的過(guò)程中，也期望計算機具有情感和自然和諧的交互能力[14]。而情感交互就是要賦予計算機類(lèi)似于人一樣的觀(guān)察、理解和生成各種情感特征的能力，它是通過(guò)各種傳感器獲取由人的情感所引起的表情及其生理變化信號，利用“情感模型”對這些信號進(jìn)行識別，從而理解人的情感并做出適當的響應。其重點(diǎn)就在于創(chuàng )建一個(gè)能感知、識別和理解人類(lèi)情感的能力，并能針對用戶(hù)的情感做出智能、靈敏、友好反應的個(gè)人計算系統[14]。擁有情感能力的計算機能夠對人類(lèi)的情感進(jìn)行獲取、分類(lèi)、識別和響應，進(jìn)而幫助使用者獲得高效而又親切的感覺(jué)，并有效減輕人們使用電腦的挫敗感，甚至幫助人們便于理解自己和他人的情感世界。情感交互還能幫助我們增加使用設備的安全性、使經(jīng)驗人性化、使計算機作為媒介進(jìn)行學(xué)習的功能達到最佳化。
(5). 支持可穿戴交互(Wearable HCI)的穿戴計算(Wearable Computing)：可穿戴計算機是一類(lèi)超微型、可穿戴、人機“最佳結合與協(xié)同”的移動(dòng)信息系統�？纱┐饔嬎銠C在體系結構、功能、形態(tài)、用途及使用方式上與現在流行的筆記本電腦、掌上電腦(HPC)、個(gè)人數字助理(PDA)等移動(dòng)計算裝置迥然不同：可穿戴計算機不只是將計算機微型化和穿戴在身上，它還實(shí)現了人機的緊密結合，使人腦得到“直接”和有效的擴充與延伸，增強了人的智能。這種交互方式由微型的、附在人體上的計算機系統來(lái)實(shí)現，該系統總是處在工作、待用和可存取狀態(tài)，使人的感知能力得以增強，并主動(dòng)感知穿戴者的狀況、環(huán)境和需求，自主地做出適當響應，從而弱化了“人操作機器”，而強化了“機器輔助人”。
上述技術(shù)都是利用人與人及人與世界間口頭或非口頭的交互方式，使用各種模態(tài)來(lái)實(shí)現多通道通信，本質(zhì)上都屬于支持感知交互的感知計算(Sentient Computing)。
(6). 支持虛擬交互(VR HCI)的虛擬現實(shí)(Virtual Reality)：虛擬現實(shí)的基本原理是采用攝像或掃描的手段(而不是傳統的建模手段)來(lái)創(chuàng )建虛擬環(huán)境中的事件和對象，生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶(hù)可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。其特點(diǎn)包括：逼真的感覺(jué)(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等)、自然的交互(運動(dòng)、姿勢、語(yǔ)言、身體跟蹤等)、個(gè)人的視點(diǎn)(用戶(hù)的眼、耳、身所感到的感覺(jué)信息)和迅速的響應(感覺(jué)信息根據視點(diǎn)變化和用戶(hù)輸入及時(shí)更新)。這些特點(diǎn)可概括為三大特征：沉浸感(Iimmersion)：是指用戶(hù)作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度;交互性(Iinteraction)：指用戶(hù)對虛擬環(huán)境內的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實(shí)時(shí)性);想象力(Imagination )：指用戶(hù)沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，尋求解答，形成新的概念。
(7). 支持人腦交互(Brain-Computer Interaction)的腦計算(Brain Computing)：最理想的人機交互形式是直接將計算機與用戶(hù)思想和目的進(jìn)行連接，無(wú)需再包括任何類(lèi)型的物理動(dòng)作或解釋?zhuān)瑢?shí)現“Your wish is my command”的交互模式[15]。雖然在可預見(jiàn)的未來(lái)這種思想不太可能實(shí)現，但對“人腦計算機界面(Brain-Computer Interface，BCI)”的初步研究可能是邁向這個(gè)方向的一步，它試圖通過(guò)測量頭皮或者大腦皮層的電信號來(lái)感知用戶(hù)相關(guān)的大腦活動(dòng)，從而獲取命令或控制參數。人腦交互不是簡(jiǎn)單的“思想讀取”或“偷聽(tīng)”大腦，而是通過(guò)監聽(tīng)大腦行為決定一個(gè)人的想法和目的，是一種新的大腦輸出通道，一個(gè)可能需要訓練和掌握技巧的通道。
當前，采用第一種方式的圖形用戶(hù)界面仍是應用的主流，尤其是以超文本標記語(yǔ)言(HTML)及超文本傳輸協(xié)議(HTTP)為基礎的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器和搜索引擎的桌面網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)界面最為普遍，包含了適應不同帶寬(從高速視頻點(diǎn)播到低速移動(dòng)電話(huà))、不同尺寸(從手表、掌上電腦到墻壁大小)的各種用戶(hù)界面;而采用第二種方式的語(yǔ)音、手寫(xiě)等易用而方便的界面也正逐步普及，多通道、多媒體的自然、高效、智能化用戶(hù)界面正得到快速發(fā)展和應用。
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