人机交互：让电脑“读”懂你的心

打开电脑，轻敲键盘，微点鼠标，如今已是不能称为“高科技”的寻常生活和办公方式；触摸屏，二维码，语音操作，也应用得越来越广泛。然而，轻松享受这一切的现代人，是否想过这些技术是如何发明出来的，未来的电子设备又将带来哪些便利？

4月21日，在中国科学院国家科学图书馆“科学人讲坛”系列讲座之“人机交互的技术”再次唤起人们对人机交互的好奇与期待，未来，人机交互又会给人类带来哪些新的体验呢？

过去： 计算机在“傻瓜化”中走向成熟

人机交互（Human Computer Interaction，简称HCI），指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。

计算机的发展历程在一定程度上也反映了早期人机交互的特性。当大型计算机刚研制出来的时候，很少有人会关注使用者的感觉，一切都围绕机器的需要来组织，程序员通过打孔卡片来输入机器语言，输出结果也是机器语言，那个时候同计算机交互的重心是机器本身。

17世纪欧洲数学家帕斯卡发明了最早的“计算机”——机械式计算机，通过转动大大小小的齿轮实现计算功能。1946年，第一台电子计算机的诞生拉开了计算机成长的序幕，它不仅是个占地170平方米的庞然大物，而且人们当时只能通过穿孔机对计算机进行信息的输入和输出。“最早期的计算机都是没有显示器的，把显示器结合到计算机当中是一项重要革新。”

现代电脑键盘的布局来源于打字机，也就是现在全世界普遍使用的“QWERTY键盘”：第一行开头6个字母是Q、W、E、R、T、Y的键盘布局。其实，打字机的键盘最初是按照26个英文字母顺序排列的，但如果打字速度过快，某些键的组合就很容易出现卡键故障，于是后来的打字机就将常用的键位尽可能远的分开，有效避免了卡键问题。

从50年代到70年代，计算机变得体积更小、功能更强、可靠性更高，期间也伴随着鼠标的发明、从字符向图形用户界面转换的革命性突破。

到了80年代，计算机的魅力开始无限生长，一系列新突破接踵而至。笔记本电脑的雏形于1968年由个人计算机之父阿伦·凯设计出来；1981年第一台为商务应用设计的PC电脑已具有了桌面电脑的主要特征，却因为造价高昂而失败，将个人电脑市场让给了紧随其后的IBM和苹果。

1984年，苹果公司推出了采用图形用户界面的个人电脑Macintosh（苹果机）。图形用户界面和鼠标的结合，让电脑首次成为一种“所见即所得”的视觉化设备，使用者不用面对一行行冰冷枯燥的字符即可操作，带来了全新的使用体验，个人电脑的时代由此拉开帷幕。

现在： 计算机开始不断适应人类需求

尽管至今仍然没有一台计算机能像人类一样思考，但早在第一台电子计算机诞生之前，工程师与科学家们就已经开始研制新的智能交互模式，让人与计算机的互动更加适应人类的需求。

如今，新的科学技术的冲击，使得个人电脑正在平板电脑、智能手机等新型终端设备面前不断败退。采用语音、手势、表情等方式让普通人更加自然地与计算机进行交互已经成为可能。

当你拿起手机或平板电脑的一刻，已经开始了人机交互，带有触控效果的显示屏幕、触摸面板则能够让你体现手写触控的美妙。而原理很直接，就是将在手写设备上书写时产生的手写轨迹有效地被识别成汉字。

此外，语音交互则是人机交互中最直接的一种方式，正在被越来越多的用户接受和使用，苹果、谷歌、微软等国际IT巨头都把语音作为新一代产品的重要竞争特性。

目前苹果智能手机的最新版本iPhone4S，其中一大亮点就是推出了基于语音技术的Siri功能，它可以令iPhone4S变身为一台智能化设备，利用Siri用户可以通过手机读短信、介绍餐厅、询问天气、语音设置闹钟等。Siri支持自然语言输入，并且可以调用系统自带的天气预报、日程安排、搜索资料等应用，还能够不断学习新的声音和语调，提供对话式的应答。

中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室研究员陶建华指出：“虽然Siri所使用的语音交互技术在上个世纪90年代就不断有人尝试，但Siri还是在应用模式和商业模式上有很多新的突破。”

再想想电子游戏厅的跳舞机、用手柄操作的拳击比赛等游戏，可以直接通过语音、手势、身体动作方式来让跳舞机和比赛中的“你”接收到指令，这会使人和计算机的交互变得更加友好。现在的计算机技术，还能让电脑确定“面前”使用者的更多特征，包括身份、大致年龄、注意力的焦点、脸部表情、姿势、手势和一般的活动，并作出相应的反馈。

未来： 计算机慢慢隐到后台

毫无疑问，计算机的每一个创造都是以人类自身需求为出发点，每一个小小的改进都会带来一场创新的革命。从用户角度来说，人机交互就是一种如何让产品易用、有效而让人愉悦的技术。

虚拟的“奥巴马”可以替你说出你想说的话，你会感到惊奇吗？人机交互技术和虚拟现实技术已经让这成为现实。未来，人机交互能否带来更多意想不到的体验？

随着物联网、云计算等新一代信息技术投入使用，“计算机”可以不再是一台台大大小小的机器，而会变得“无处不在”，人与电脑正在共同进入一个相互依存的时代。

“计算机正在慢慢隐入后台，人可以以更自然的方式与其对话，甚至可以直接与一个智能空间进行交互。比如，当你说‘能不能把灯光调暗一些？’的时候，后台的电脑就会根据这个指令控制灯光开关。”陶建华说，这里面很多技术的雏形已经实现并产生了实际应用，当然，完全自然的人机交互方式还需要很长的路要走。

未来，人类将可以使用多模态方式与计算机进行交流，即多种模态同时使用共同协作完成输入/输出功能。未来人机交互的模式有可能是现有模式的集大成者并逐步完善，给用户一种完美体验。

还记得《钢铁侠2》里的托尼-斯达克在自己实验室里挥动手笔便能操作电脑吗？这些情景在科幻大片中再常见不过了。不久的将来，你在空中画几个数字就能表示在拨打电话，或许和机器人谈场恋爱的设想也会成为现实，就像《机器管家》中的安德鲁不只是会做家务的机器人，他还会和主人一起欢笑，懂得人类的习俗，体会人类的情感，并与人类谈恋爱。

■延伸阅读

人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现。比如可穿戴式计算机、普适计算等技术，这些技术应用于虚拟现实、浸入式游戏、远程医疗等交互环境中，有效的改善了人们的生活。热点技术的应用开发是机遇也是挑战，目前在计算机视觉、语音识别、自然语言理解等方面仍有许多重要的课题还没有很好的解决，仍将是人机交互的重要研究工作，多通道的整合也是人机交互的热点，另外，与“无所不在的计算”“云计算”等相关技术的融合与促进也需要继续探索。

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