人與機器的“對話”——人機交互技術步入多領域應用時代
http://www.zouyunfu.com【導讀：計算機被公認為解決醫(yī)療、教育、科研、環(huán)保等各類重大社會問題不可或缺的重要工具。微軟總裁比爾·蓋茨提出“自然用戶界面”（natural user interface）的概念，并預言人機互動模式在未來幾年內(nèi)將會有很大的改觀，電腦的鍵盤和鼠標將會逐步被更為自然、更具直覺性的觸摸式、視覺型以及聲控界面所代替。】
自計算機以一個龐然大物的笨拙體態(tài)出現(xiàn)直到現(xiàn)在，它已經(jīng)越來越緊密地融入了人們的日常生活，并已經(jīng)被公認為解決醫(yī)療、教育、科研、環(huán)保等各類重大社會問題不可或缺的重要工具。在從人逐漸適應計算機再到計算機不斷適應人的互動過程中，人機交互技術也不再局限于鍵盤輸入、手柄操作，而是以更加新奇的方式出現(xiàn)：手指的微小動作、聲波在空氣中的振動、眼珠和舌頭的轉(zhuǎn)動，都可以實現(xiàn)信息傳遞，完成人與機器之間的“對話”。
2008年，微軟總裁比爾·蓋茨提出“自然用戶界面”（natural user interface）的概念，并預言人機互動模式在未來幾年內(nèi)將會有很大的改觀，電腦的鍵盤和鼠標將會逐步被更為自然、更具直覺性的觸摸式、視覺型以及聲控界面所代替。而隨著技術的精進，“有機用戶界面”（organic user interface）也開始悄然興起——生物識別傳感器、皮膚顯示器，乃至大腦與計算機的直接對接，無疑都將給人類的生活帶來重大影響。《未來學家》雜志5/6月號刊登的文章，就對當前正在研發(fā)或者已投入商用的各類人機交互技術進行了盤點。
觸摸式顯示屏
觸摸式顯示屏在很多領域已經(jīng)被廣泛應用，為人熟知的就是安裝在機場或者商場的Kiosk自助服務設備，游客或購物者通過手動觸摸屏幕，就可以查詢相關信息，辦理登機手續(xù)，甚至購買報紙。
2007年，微軟公司推出了“桌面”（Surface）計算機，帶來了全新的觸摸式人機交互模式。這款酷似咖啡桌桌面的平板電腦完全摒棄了鼠標和鍵盤，通過聲音、筆或者觸摸就可以完成編輯、瀏覽圖片或者直接訂餐等操作。其顯示屏隱藏在硬塑料板底下，依靠一套攝像機系統(tǒng)人發(fā)出的指令動作，然后進行分析、理解并加以執(zhí)行。更令人稱奇的是，只要將手機、播放器等物品放到其表面，電腦就能自動識別并進行文件傳輸。由于“桌面”計算機的屏幕可以分割，并且使用了多點觸控技術，可方便多達10個用戶同時使用。
而今年6月，“桌面”將迎來一個強勁對手，索尼公司計劃推出一款名為AtracTable的茶幾電腦與之一較高下。AtracTable也可以與放在它表面的手機等設備進行交流互動。另外，該款電腦中還集成了年齡、性別、情緒等分析系統(tǒng)，可以智能識別使用對象。索尼的目標是將之推廣到各種使用環(huán)境，包括游戲行業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療市場和零售業(yè)等。
柔性顯示屏
薄、輕的柔性顯示屏已經(jīng)走出實驗室，很快就會進入市場“打江山”。很多評論人士認為，使用能夠隨意折疊卷曲的柔性顯示屏制造的電子書就是未來的紙張。
目前電子書閱讀器的柔性顯示屏有多種類型，其中包括可以主動發(fā)光但卻會給讀者的眼睛帶來刺激和傷害的有機發(fā)光二極管（LOED）顯示屏、需要使用背景光的液晶顯示屏（LCD）、以及用在亞馬遜Kindle電子書閱讀器上的由美國E-Ink公司利用電泳顯示技術制造的電子紙。
不同的顯示技術之間各有優(yōu)劣，因而擁有不同的應用市場，比如，LOED顯示屏的刷新率更快，而E-Ink公司的電子紙則更加節(jié)能。在將來，報紙、雜志甚至服裝、墻面都可以變成顯示屏，向我們展示一幅幅動態(tài)畫面。
3D顯示器
盡管3D電影早在90年前就已經(jīng)問世，但2010年才算是真正的“3D元年”，索尼、松下和其他廠商紛紛宣布自己生產(chǎn)的3D電視機年內(nèi)即可上市銷售，將3D影像從電影院搬進客廳已是指日可待。
目前的3D電視機仍然需要觀眾佩戴特制的眼鏡才可以收看節(jié)目。眼鏡的規(guī)格大致分為主動式快門3D眼鏡和偏光3D眼鏡兩種，并且沒有通用的工業(yè)標準，由各廠商自行研制。
雖然產(chǎn)業(yè)界認為，近期3D電影在全球票房大賣，預示著家庭市場已經(jīng)做好了迎接3D的準備，不過，普通觀眾是否能夠忍受連續(xù)好幾個小時戴著特制眼鏡看電視還是個未知數(shù)。而據(jù)專家預測，無需佩戴眼鏡就可收看節(jié)目的3D電視機大概還要再等10年左右才會推向市場。
視網(wǎng)膜顯示器
視網(wǎng)膜顯示器能夠通過低強度激光或者發(fā)光二極管直接將影像投射到使用者的視網(wǎng)膜上，具有不遮擋視野的特點。
這一概念是在20多年前提出的，但直到近些年來技術進步才讓各種不同的視網(wǎng)膜顯示變得可行。比如邊發(fā)射發(fā)光二極管，其比面發(fā)射發(fā)光二極管的光輸出功率大，但比激光的功率要求低，將其應用于視網(wǎng)膜顯示器，可提供一個亮度更高而成本更低的選擇。與傳統(tǒng)顯示器相比，視網(wǎng)膜顯示器的亮度-功率比更高，能耗也會相應地大幅降低。
視網(wǎng)膜成像的應用前景非常廣闊，比如車載平視顯示器，可將重要的駕駛信息投射在汽車的前風擋玻璃上，司機平視就可以看到，從而可以提高行車安全；此外還可為執(zhí)行軍事任務的士兵提供優(yōu)路徑和戰(zhàn)術信息，并且在醫(yī)療手術、浸入式游戲行業(yè)也大有作為。日本兄弟公司曾在2005年的日本“愛知世博會”上展示了全球視網(wǎng)膜顯示器。該公司近宣布，計劃于今年發(fā)布一款使用紅光、綠光和藍光激光二極管的商用視網(wǎng)膜成像顯示器。
地理空間跟蹤
地理空間跟蹤的應用潛力才剛剛開始展現(xiàn)，在未來幾年中有望取得巨大的技術進步。智能手機配備的全球定位系統(tǒng)、定向儀和加速度計可以提供足夠多的信息，來幫助使用者確定大概地點和方向。而技術的改進將有可能使跟蹤的精度提高到誤差不出1毫米。
很多針對手機開發(fā)的現(xiàn)實增強應用，如基于位置的營銷、旅游幫助和社交網(wǎng)絡等，都使用了地理空間數(shù)據(jù)，可以提供基于使用者所處方位的關聯(lián)信息。在未來幾年內(nèi)，隨著跟蹤定位精度進一步提高以及無線網(wǎng)絡進一步提速，這塊市場將會大幅增長。
動作識別
動作識別是一項正在發(fā)展中的技術，在很多方面都可得到應用，如可穿戴式計算機、隱身技術、浸入式游戲以及情感計算（一種可對人類的情感進行偵測、分類、組織和回應的系統(tǒng)或應用，可以幫助使用者獲得而又親切的感覺）等。過去大部分動作識別系統(tǒng)重點分析的是臉部和手部的動作，不過現(xiàn)在，研發(fā)人員也開始將關注點轉(zhuǎn)移到身體姿勢、步態(tài)和其他行為舉止上來。
一些具有動作識別能力的控制設備已經(jīng)達到了消費者水平，比如任天堂的游戲主機Wii，其主要控制器Wii Remote作為單手操作的遙控器主要的特色就是其配備了運動傳感器，可以對移動和傾斜動作作出判斷，將玩家手臂、手腕以及手的動作真實地反映在游戲中，從而與電視熒幕上的虛擬物件產(chǎn)生互動。
與此同時，動作識別系統(tǒng)也開始進入醫(yī)療領域，醫(yī)生無需觸碰鍵盤或者屏幕就可以操控數(shù)字影像。
觸覺交互
觸覺交互已成為人機交互領域的新技術，其可借助人的觸感，產(chǎn)生一種虛擬現(xiàn)實的效果。觸碰可以產(chǎn)生多種不同的感受，包括輕碰、重碰、壓力、疼痛、顫動、熱和冷，因此人工模擬這些感受的方式也各異。
觸覺交互技術已經(jīng)開辟了多種可能的應用領域，包括虛擬現(xiàn)實、遙控機器人、遠程醫(yī)療、工作培訓、基于觸覺的三維模型設計等。而在電子商務方面，觸覺交互也能夠發(fā)揮重要作用。比如，顧客在網(wǎng)上購買服裝之前，可以先感知一下衣料的質(zhì)地，然后再做決定。
日本東京大學的研究人員正在開發(fā)一個被稱為“觸覺雷達”（Haptic Radar）的項目，通過對使用者周圍幾米內(nèi)的環(huán)境進行探測，然后將相關信息轉(zhuǎn)換成顫動或者其他感官刺激傳達給使用者，從而提高其對空間的感知能力。對于失明的人來說，這種觸覺雷達可以讓他們在行走過程中避免與身邊的人或者物體相撞。
隨著技術進步，觸覺交互終或許可以讓我們擁有之前從未曾體會過的一些感受。
可觸式（實體）用戶界面
可觸式（實體）用戶界面是自然用戶界面的一種，這種設備的奇妙之處在于，它集合了多種功能于一體，比如手機、照相機、遙控器等，并且會隨時“變身”，而這完全取決于用戶抓握它的方式。
麻省理工學院媒體實驗室去年推出了一個名為“肥皂塊”（bar of soap）的裝置，其外形與一塊洗衣皂相差無幾，但是，如果用戶像拿手機一樣拿著它，它就會變換出一個帶健區(qū)的觸摸屏；如果像拿照相機一樣拿著它，它又會自動轉(zhuǎn)為液晶取景器。其中的奧秘就是“肥皂塊”帶有的一個三軸加速計和72個表面?zhèn)鞲衅鳎梢杂脩羰种肝恢靡约白约核幍奈恢茫缓笈袛鄳摗白兩怼睘槭謾C、照相機、遙控器、掌上電腦還是游戲機。
而麻省理工學院媒體實驗室的另一個發(fā)明，是一款與曲奇餅差不多大的計算機，被稱為Siftable。其雖然個頭小，卻同樣擁有圖形顯示、鄰域檢測、運動感應和無線通信功能。如果將多個Siftable排列組裝，就可以實現(xiàn)多種不同的交互應用，比如數(shù)學游戲、音樂創(chuàng)作、色彩混合、圖片整理或者情節(jié)串聯(lián)圖板游戲等，這對激發(fā)孩子的學習熱情大有幫助。
語音識別
能夠直接與機器交談的能力在很多領域都會具有巨大的應用潛力。如果雙手可以因語音識別系統(tǒng)得到“解放”，開車，修理發(fā)動機，烹飪一道美餐，或者實施一臺手術，這些活動都能夠從中獲益。
目前，語音識別技術已經(jīng)被應用于呼叫路由、家庭自動化、語音撥號以及數(shù)據(jù)錄入等服務。針對國際旅行者的語言對語言翻譯器已經(jīng)開始進入市場，大概再過幾年，人們就能買到全球通用的實時翻譯器了。
無聲語音（默讀）識別
通過默讀識別，使用者不需要發(fā)出聲音，系統(tǒng)就可以將喉部聲帶動作發(fā)出的電信號轉(zhuǎn)換成語音，從而破譯人想說的話。但該技術目前尚處于初級研發(fā)階段。
在嘈雜喧鬧的環(huán)境里、水下或者太空中，無聲語音識別是一種有效地輸入手段，有朝一日可被飛行員、救火隊員、特警以及執(zhí)行特殊任務的部隊所運用。研究人員也在嘗試利用無聲語音識別系統(tǒng)來控制機動輪椅車。對于有語言障礙的人士，無聲語音識別技術還可以通過的語音合成，幫助他們同外界交流。如果這項技術發(fā)展成熟，將來人們網(wǎng)上聊天時就可以不必再敲鍵盤。
美國宇航局艾姆斯研究中心正在開發(fā)一套無聲語音識別系統(tǒng)。研究人員表示，當一個人默念或者低語時，不論有沒有實際的唇部和臉部動作，都會產(chǎn)生相應的生物學信號。他們開發(fā)的這套識別系統(tǒng)在人體下巴和喉結兩側(cè)固定鈕扣大小的特殊傳感器，可以捕獲大腦向發(fā)聲器官發(fā)出的指令并將這些信號“閱讀”出來。這套系統(tǒng)終將會整合進宇航員的艙外活動航天服上，宇航員可以通過它向儀器或機器人發(fā)送無聲指令。該項目首席科學家恰克·喬金森表示，幾年之后，無聲語音識別技術就能夠進入商業(yè)應用。
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