虛擬與現(xiàn)實(shí)--以人為中心和自然交互方式將是發(fā)展趨勢(shì)的總特征
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來(lái)源：科報(bào)網(wǎng)
2009-6-4 10:34:02
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現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生大大改變了世界上很大一部分人的生活�，F(xiàn)如今，鍵盤、鼠標(biāo)無(wú)疑是人類用于與計(jì)算機(jī)溝通時(shí)最常見(jiàn)的工具。不可否認(rèn)，這兩個(gè)發(fā)明的確在過(guò)去幾十年里給人類生活帶來(lái)了很大變化。
但是，就這兩個(gè)發(fā)明本身來(lái)說(shuō)，尚有可改進(jìn)的地方，另外還有更多更先進(jìn)的東西可替代或者彌補(bǔ)其固有的缺憾。
自計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，人機(jī)交互技術(shù)經(jīng)歷了穿孔紙帶、批處理、聯(lián)機(jī)終端、多媒體用戶界面等階段。語(yǔ)音識(shí)別是一個(gè)方向，樂(lè)觀地說(shuō)，在不久的將來(lái)人工智能發(fā)展到一定程度的時(shí)候，100%的語(yǔ)音識(shí)別將不是不可能的事情。手寫輸入一直也是研究的熱門話題，美國(guó)麻省理工學(xué)院及其他很多研究機(jī)構(gòu)也一直在研究語(yǔ)義級(jí)別的手寫輸入技術(shù)。手寫輸入也好，語(yǔ)音識(shí)別也好，它們都將是人機(jī)交互的未來(lái)手段。微軟亞洲研究院的TTS技術(shù)則是從另外一個(gè)角度研究人機(jī)交互。TTS是把計(jì)算機(jī)里面的文本變成人們可以識(shí)別的語(yǔ)音,可以說(shuō)這個(gè)技術(shù)拓展了計(jì)算機(jī)的輸出方式。
可以說(shuō)人類的進(jìn)步史是一部工具的進(jìn)化史�！耙匀藶橹行摹焙褪菇换シ绞礁咏谌祟愖匀唤涣餍问剑俏磥�(lái)人機(jī)交互的總體特征�？茖W(xué)家們正在努力使計(jì)算機(jī)能聽(tīng)、能說(shuō)、能看、能感覺(jué)，語(yǔ)音將成為人機(jī)交互的重要通道。虛擬現(xiàn)實(shí)將是徹底實(shí)現(xiàn)和諧、自然、以人為中心的人機(jī)交互方式，為用戶提供了包括光、聲、力、嗅、味等全方位、多角度的真實(shí)感覺(jué)。這些包括虛擬屏幕和非接觸式凌空操作在內(nèi)的新技術(shù)，將徹底改變?nèi)藗兪褂糜?jì)算機(jī)的方式，也將對(duì)計(jì)算機(jī)使用的廣度和深度產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。相信不久的將來(lái)，“懶惰”的人們一定會(huì)很輕松地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。這種人機(jī)交互也許就是一句話、一個(gè)動(dòng)作、一個(gè)眼神或是一行字，甚至只是在你大腦中的一個(gè)想法。
本文通過(guò)簡(jiǎn)要回顧和分析人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展歷程，進(jìn)而展望該技術(shù)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。
命令行
命令行是所有計(jì)算機(jī)接口的老祖宗，它是真正意義上的人機(jī)交互的開(kāi)始。在20世紀(jì)50年代，它以控制計(jì)算機(jī)的更有效方式浮出水面。此時(shí)計(jì)算機(jī)用戶與計(jì)算機(jī)之間可借助一種雙方都能理解的語(yǔ)言進(jìn)行交互式對(duì)話。而此前，命令通常必須通過(guò)打孔卡或紙帶分批輸入。有了命令行，用于電報(bào)傳輸?shù)碾妭鞔蜃蛛妶?bào)機(jī)就能中途改變命令，幾乎實(shí)時(shí)地從計(jì)算機(jī)接收反饋。
視頻顯示器出現(xiàn)后，命令行信息的顯示速度就更快了。1978年，數(shù)字設(shè)備公司（DEC）推出了視頻終端VT100。作為顯示命令行的一種方式，VT100至今仍為一些現(xiàn)代操作系統(tǒng)所效仿。
命令語(yǔ)言要求驚人的記憶和大量的訓(xùn)練，并且容易出錯(cuò)，使入門者望而生畏。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的圖形用戶界面，使大多數(shù)人更易于使用計(jì)算機(jī)，但命令行仍給專家級(jí)用戶提供著相當(dāng)大的靈活性。
鼠標(biāo)
如今，你很難想象一臺(tái)沒(méi)有鼠標(biāo)的臺(tái)式電腦會(huì)是怎樣。41年前，美國(guó)斯坦福研究所的道格拉斯·恩格巴特發(fā)明了鼠標(biāo)。鼠標(biāo)的出現(xiàn)，與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展息息相關(guān)，對(duì)當(dāng)時(shí)處于上升階段的圖形用戶界面技術(shù)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。此外，恩格爾巴特還帶來(lái)了一些其他的創(chuàng)新技術(shù)，如超文本和共享屏幕合作。
早期的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)形狀各異，千奇百怪，許多鼠標(biāo)現(xiàn)在已很難想象得出來(lái)。一直到上世紀(jì)80年代鼠標(biāo)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用時(shí)，終于有了模具。30年來(lái)，盡管鼠標(biāo)的形狀有過(guò)一些變化（如拋棄了尾巴），但總體上沒(méi)什么大的改變。但這并不是說(shuō)，鼠標(biāo)的功能沒(méi)有加以任何的改進(jìn)。
現(xiàn)在，雖說(shuō)光羅技公司一家賣出的鼠標(biāo)就超過(guò)了10億個(gè)，但很多人仍相信鼠標(biāo)正在邁上窮途末路，其他技術(shù)正在不斷崛起，更直觀的界面也許終將解放我們緊握著鼠標(biāo)的手。
觸摸板
盡管有軌跡球和按鍵操縱桿的圍追堵截，觸摸板已成為筆記本電腦當(dāng)下最流行的接口。對(duì)大多數(shù)觸摸板來(lái)說(shuō)，其可通過(guò)探測(cè)手指的自然電容對(duì)電場(chǎng)的干擾來(lái)進(jìn)行感應(yīng)。這個(gè)原理最早由1953年加拿大電子音樂(lè)的先鋒休·凱恩采用，他用其早期的音樂(lè)合成器（薩布克）來(lái)控制音色。
觸摸板也是觸摸屏界面的重要前身�，F(xiàn)在，許多觸摸板都具有多點(diǎn)觸摸功能，其用途已得到大大擴(kuò)展。計(jì)算機(jī)用的第一個(gè)多點(diǎn)觸摸板在1984年由比爾·巴克斯頓首次展示，巴克斯頓當(dāng)時(shí)是加拿大多倫多大學(xué)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)教授，現(xiàn)在是微軟負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)原理的研究員。
多點(diǎn)觸摸屏
提及觸摸屏電腦，大多數(shù)人馬上會(huì)想到蘋果的iPhone或微軟的界面。事實(shí)上，該項(xiàng)技術(shù)大約在1/4世紀(jì)前就已面世了，1983年推出的HP—150電腦就首次使用了這項(xiàng)技術(shù)。早在臺(tái)式電腦普及之前，初始的觸摸屏就已在ATM機(jī)上出現(xiàn)，以方便那些未經(jīng)過(guò)多少培訓(xùn)的電腦文盲客戶。
然而，公平地說(shuō)，正是蘋果的iPhone將多點(diǎn)觸摸屏技術(shù)的真正潛力發(fā)揮了出來(lái)。一些手機(jī)制造商現(xiàn)在已能提供多點(diǎn)觸摸屏，預(yù)計(jì)Windows 7和蘋果Macbook的下一版本都將能支持此技術(shù)。各種技術(shù)成就了多點(diǎn)觸摸屏，這些技術(shù)包括：電容感應(yīng)、紅外、表面聲波以及最新的壓感技術(shù)。
此技術(shù)的快速發(fā)展，使我們完全有理由期待將能以全新的“姿態(tài)”更簡(jiǎn)便地處理數(shù)據(jù)和調(diào)用命令。不過(guò)，要發(fā)現(xiàn)以更直觀的方式復(fù)制現(xiàn)有命令的方式仍將是一個(gè)挑戰(zhàn)。
姿態(tài)感應(yīng)
緊湊型磁力計(jì)、加速度計(jì)和陀螺儀使得跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)成為可能。在使用任天堂的Wii和蘋果的iPhone時(shí)，用戶都能在空中通過(guò)物理操縱來(lái)控制游戲和應(yīng)用程序。同樣，用戶也只需輕拍諾基亞6600兩下，就可使其暫�；虿シ乓魳�(lè)。
新的移動(dòng)應(yīng)用模式也開(kāi)始納入此趨勢(shì)，例如，簡(jiǎn)單地將諾基亞手機(jī)的正面朝下擺放，就可使電話保持在靜音模式。另外的應(yīng)用則包括可使用3D姿態(tài)密碼防止手機(jī)被竊，如果用戶沒(méi)有按照事先設(shè)定的空中姿態(tài)來(lái)打開(kāi)手機(jī)，它就會(huì)發(fā)出尖利的警報(bào)聲。
姿態(tài)識(shí)別的下一步將是使計(jì)算機(jī)更好地識(shí)別手和身體的運(yùn)動(dòng)。索尼的攝像頭Eye顯示出簡(jiǎn)單的動(dòng)作相對(duì)來(lái)說(shuō)較易識(shí)別，但要在不規(guī)則光線下識(shí)別更為復(fù)雜的3D運(yùn)動(dòng)則比較困難。以色列的Xtr3D公司和比利時(shí)的軟動(dòng)力學(xué)公司正在使用紅外技術(shù)為全身感應(yīng)游戲開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件。
美國(guó)洛杉磯的橢圓公司則已開(kāi)發(fā)出“空中操作系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可識(shí)別用戶戴著一對(duì)特制手套所發(fā)出的手勢(shì)命令。
力反饋
一個(gè)稱為“Haptics”（源于古希臘的haptein一詞，意即捆綁）的研究領(lǐng)域正在探索操縱人類觸覺(jué)的技術(shù)途徑。通過(guò)利用特殊的計(jì)算機(jī)輸入/輸出設(shè)備（游戲桿，數(shù)碼手套或者其他設(shè)備），用戶可以通過(guò)與計(jì)算機(jī)程序交互來(lái)獲得真實(shí)的觸覺(jué)感受。
結(jié)合虛擬視覺(jué)，Haptics技術(shù)可以用來(lái)訓(xùn)練人的手眼協(xié)調(diào)能力，比如說(shuō)，軍人或者宇航員可以采用這種方式進(jìn)行訓(xùn)練。另外還可以將這兩種技術(shù)用在電腦游戲上，比如，你可以和計(jì)算機(jī)對(duì)手在一個(gè)虛擬世界里打乒乓球。你既能看到球的運(yùn)動(dòng)，還能通過(guò)Haptics設(shè)備，在揮拍擊球時(shí)感覺(jué)到球的撞擊。某些游戲控制器已能跟隨屏幕上的動(dòng)作發(fā)出震動(dòng)，類似地，一些手機(jī)也能在切換到靜音時(shí)發(fā)出震動(dòng)。
更為專業(yè)的Haptics控制器包括美國(guó)SensAble公司開(kāi)發(fā)的PHANTOM（意即“幻影”），這個(gè)設(shè)備可用于三維設(shè)計(jì)和醫(yī)療培訓(xùn)，如允許外科醫(yī)生不僅通過(guò)視覺(jué)還有現(xiàn)實(shí)感覺(jué)的模擬來(lái)實(shí)施復(fù)雜的手術(shù)。
Haptics也許很快就能給觸摸屏增加一個(gè)新功能：在按一個(gè)圖標(biāo)時(shí)可更好地模擬出接觸一個(gè)按鍵的感覺(jué)。加拿大麥吉爾大學(xué)已開(kāi)發(fā)出了這樣的“觸覺(jué)按鈕”，在按不同的圖標(biāo)時(shí)可產(chǎn)生不同的觸覺(jué)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Haptics技術(shù)也許將可模擬出屏幕上的紋理感。
語(yǔ)音識(shí)別
語(yǔ)音識(shí)別一直在竭力擺脫其緩慢、笨拙和錯(cuò)誤百出的惡名。這項(xiàng)技術(shù)目前只在專業(yè)領(lǐng)域獲得了真正意義上的起飛，它采用的是有限的、狹隘的語(yǔ)言子集，用戶必須愿意花時(shí)間來(lái)訓(xùn)練以使系統(tǒng)能識(shí)別自己的語(yǔ)音。
當(dāng)然這一情況也正在發(fā)生改變。隨著電腦更強(qiáng)大、算法更聰明，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)已得到了改進(jìn)。去年，谷歌公司為iPhone推出了語(yǔ)音搜索程序，允許用戶不用觸碰任何按鈕即可進(jìn)行搜索。iPhone的另一個(gè)應(yīng)用程序Vlingo則以另一種方式來(lái)控制設(shè)備：除了搜索之外，用戶可利用一些簡(jiǎn)單的命令來(lái)發(fā)送短信和電子郵件，亦或是更新其在“臉譜”上的狀態(tài)。這些技術(shù)已使手機(jī)增加了足夠的處理能力，但現(xiàn)在更快的傳輸要求則意味著將使用遠(yuǎn)程服務(wù)器來(lái)無(wú)縫地處理大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一個(gè)正在浮現(xiàn)的令人興奮的接口技術(shù)，它可將虛擬信息引入到現(xiàn)實(shí)世界中來(lái)。
最早的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)接口需要復(fù)雜和笨重的動(dòng)作感應(yīng)及計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備。最近，帶有強(qiáng)大處理能力芯片和傳感器的手機(jī)，在到達(dá)普通用戶手中時(shí)都必帶該項(xiàng)技術(shù)。
諾基亞的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序（MARA）和為谷歌Android手機(jī)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的Wikitude就是移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兩個(gè)典型應(yīng)用。兩者均允許用戶通過(guò)頂端帶有虛擬說(shuō)明和標(biāo)簽的相機(jī)屏幕來(lái)觀察現(xiàn)實(shí)世界。在MARA中，這些虛擬數(shù)據(jù)可從存儲(chǔ)在NavTeq衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用程序中的興趣點(diǎn)來(lái)獲得。Wikitude，顧名思義，其數(shù)據(jù)來(lái)自Wikipedia。
這些應(yīng)用程序可監(jiān)測(cè)一系列傳感器的數(shù)據(jù)：這些應(yīng)用程序的工作監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從阿森納傳感器：全球定位系統(tǒng)接收器提供精確的定位信息，數(shù)字羅盤確定設(shè)備的指向，磁力計(jì)和加速度則計(jì)算其方向。一個(gè)稱為“諾基亞圖形空間”的項(xiàng)目則在此基礎(chǔ)上又向前邁出了一大步，可允許人們存儲(chǔ)一個(gè)特殊地點(diǎn)的圖片、視頻和音頻，以便其他人可在相同的地點(diǎn)調(diào)用這些資料。
空中接口
除了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)外，現(xiàn)在已配置在許多手機(jī)中的GPS接收器也能跟蹤用戶的地理位置，由此也孵化出一系列新的游戲和應(yīng)用程序，可讓用戶將自己的位置信息作為一種輸入形式。
例如，谷歌的Latitude系統(tǒng)可通過(guò)在具有GPS功能的手機(jī)上安裝軟件，讓用戶查看其在地圖上的位置。截至2008年10月，已有3000個(gè)iPhone應(yīng)用程序具備了地址服務(wù)功能。其中的一個(gè)iPhone應(yīng)用程序就是iNap，它可監(jiān)測(cè)一個(gè)人的位置，并在其錯(cuò)過(guò)地鐵或公車站點(diǎn)前發(fā)出警報(bào)。該應(yīng)用程序可連接至公共交通調(diào)度程序，并基于用戶以前的旅行路程來(lái)自動(dòng)確定其下車站。
SafetyNet是為谷歌的Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一個(gè)位置提醒程序，它可讓用戶定義部分其認(rèn)為不安全的城鎮(zhèn)。一旦用戶無(wú)意中游歷到這些不該去的地方，該程序就會(huì)激活，發(fā)出告警音，并自動(dòng)打開(kāi)揚(yáng)聲器撥打緊急救援電話以便得到快速的幫助。
腦機(jī)接口
雖然還有些遙遠(yuǎn)，但意念控制也許將成為最后的計(jì)算機(jī)接口。
外科植入物或腦電圖（EEG）傳感器已可用來(lái)監(jiān)測(cè)嚴(yán)重癱瘓人群的腦部活動(dòng)。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，該技術(shù)可允許病人控制電腦圖標(biāo)來(lái)讀取信息或是操縱輪椅。一些公司希望此類腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)能漸成主流。最近，美國(guó)Neurosky公司推出了其設(shè)計(jì)的藍(lán)牙游戲耳機(jī)，該耳機(jī)可監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)單的EEG活動(dòng)，設(shè)計(jì)細(xì)想是游戲玩家根據(jù)其平靜度獲得額外的威力。
除了游戲之外，BCI技術(shù)也許可用來(lái)幫助緩解壓力和信息過(guò)載。一個(gè)稱為認(rèn)知座艙（CogPit）的BCI項(xiàng)目可利用EEG信息來(lái)試圖降低飛行員體驗(yàn)到的信息過(guò)載。
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