人与机器的“对话”——人机交互技术步入多领域应用时代 人机界面 触摸屏

   【导读：计算机被公认为解决医疗、教育、科研、环保等各类重大社会问题不可或缺的重要工具。微软总裁比尔·盖茨提出“自然用户界面”（natural user interface）的概念，并预言人机互动模式在未来几年内将会有很大的改观，电脑的键盘和鼠标将会逐步被更为自然、更具直觉性的触摸式、视觉型以及声控界面所代替。】乐利网 www.6li.com

    自计算机以一个庞然大物的笨拙体态出现直到现在，它已经越来越紧密地融入了人们的日常生活，并已经被公认为解决医疗、教育、科研、环保等各类重大社会问题不可或缺的重要工具。在从人逐渐适应计算机再到计算机不断适应人的互动过程中，人机交互技术也不再局限于键盘输入、手柄操作，而是以更加新奇的方式出现：手指的微小动作、声波在空气中的振动、眼珠和舌头的转动，都可以实现信息传递，完成人与机器之间的“对话”。

  2008年，微软总裁比尔·盖茨提出“自然用户界面”（natural user interface）的概念，并预言人机互动模式在未来几年内将会有很大的改观，电脑的键盘和鼠标将会逐步被更为自然、更具直觉性的触摸式、视觉型以及声控界面所代替。而随着技术的精进，“有机用户界面”（organic user interface）也开始悄然兴起——生物识别传感器、皮肤显示器，乃至大脑与计算机的直接对接，无疑都将给人类的生活带来重大影响。《未来学家》杂志5/6月号刊登的文章，就对当前正在研发或者已投入商用的各类人机交互技术进行了盘点。 

  触摸式显示屏

    触摸式显示屏在很多领域已经被广泛应用，最为人熟知的就是安装在机场或者商场的Kiosk自助服务设备，游客或购物者通过手动触摸屏幕，就可以查询相关信息，办理登机手续，甚至购买报纸。

  2007年，微软公司推出了“桌面”（Surface）计算机，带来了全新的触摸式人机交互模式。这款酷似咖啡桌桌面的平板电脑完全摒弃了鼠标和键盘，通过声音、笔或者触摸就可以完成编辑、浏览图片或者直接订餐等操作。其显示屏隐藏在硬塑料板底下，依靠一套摄像机系统捕捉人发出的指令动作，然后进行分析、理解并加以执行。更令人称奇的是，只要将手机、播放器等物品放到其表面，电脑就能自动识别并进行文件传输。由于“桌面”计算机的屏幕可以分割，并且使用了多点触控技术，可方便多达10个用户同时使用。

  而今年6月，“桌面”将迎来一个强劲对手，索尼公司计划推出一款名为AtracTable的茶几电脑与之一较高下。AtracTable也可以与放在它表面的手机等设备进行交流互动。另外，该款电脑中还集成了年龄、性别、情绪等分析系统，可以智能识别使用对象。索尼的目标是将之推广到各种使用环境，包括游戏行业、工业、医疗市场和零售业等。

  柔性显示屏

    超薄、超轻的柔性显示屏已经走出实验室，很快就会进入市场“打江山”。很多评论人士认为，使用能够随意折叠卷曲的柔性显示屏制造的电子书就是未来的纸张。

  目前电子书阅读器的柔性显示屏有多种类型，其中包括可以主动发光但却会给读者的眼睛带来刺激和伤害的有机发光二极管（LOED）显示屏、需要使用背景光的液晶显示屏（LCD）、以及用在亚马逊Kindle电子书阅读器上的由美国E-Ink公司利用电泳显示技术制造的电子纸。

  不同的显示技术之间各有优劣，因而拥有不同的应用市场，比如，LOED显示屏的刷新率更快，而E-Ink公司的电子纸则更加节能。在将来，报纸、杂志甚至服装、墙面都可以变成显示屏，向我们展示一幅幅动态画面。

  3D显示器

    尽管3D电影早在90年前就已经问世，但2010年才算是真正的“3D元年”，索尼、松下和其他厂商纷纷宣布自己生产的3D电视机年内即可上市销售，将3D影像从电影院搬进客厅已是指日可待。

  目前的3D电视机仍然需要观众佩戴特制的眼镜才可以收看节目。眼镜的规格大致分为主动式快门3D眼镜和偏光3D眼镜两种，并且没有通用的工业标准，由各厂商自行研制。

  虽然产业界认为，近期3D电影在全球票房大卖，预示着家庭市场已经做好了迎接3D的准备，不过，普通观众是否能够忍受连续好几个小时戴着特制眼镜看电视还是个未知数。而据专家预测，无需佩戴眼镜就可收看节目的3D电视机大概还要再等10年左右才会推向市场。 

  视网膜显示器

    视网膜显示器能够通过低强度激光或者发光二极管直接将影像投射到使用者的视网膜上，具有不遮挡视野的特点。

  这一概念是在20多年前提出的，但直到近些年来技术进步才让各种不同的视网膜显示变得可行。比如边发射发光二极管，其比面发射发光二极管的光输出功率大，但比激光的功率要求低，将其应用于视网膜显示器，可提供一个亮度更高而成本更低的选择。与传统显示器相比，视网膜显示器的亮度-功率比更高，能耗也会相应地大幅降低。

  视网膜成像的应用前景非常广阔，比如车载平视显示器，可将重要的驾驶信息投射在汽车的前风挡玻璃上，司机平视就可以看到，从而可以提高行车安全；此外还可为执行军事任务的士兵提供最优路径和战术信息，并且在医疗手术、浸入式游戏行业也大有作为。日本兄弟公司曾在2005年的日本“爱知世博会”上展示了全球首款视网膜显示器。该公司最近宣布，计划于今年发布一款使用红光、绿光和蓝光激光二极管的商用视网膜成像显示器。

  地理空间跟踪

    地理空间跟踪的应用潜力才刚刚开始展现，在未来几年中有望取得巨大的技术进步。智能手机配备的全球定位系统、定向仪和加速度计可以提供足够多的信息，来帮助使用者确定大概地点和方向。而技术的改进将有可能使跟踪的精度提高到误差不超出1毫米。

  很多针对手机开发的现实增强应用，如基于位置的营销、旅游帮助和社交网络等，都使用了地理空间数据，可以提供基于使用者所处方位的关联信息。在未来几年内，随着跟踪定位精度进一步提高以及无线网络进一步提速，这块市场将会大幅增长。

  动作识别

     动作识别是一项正在发展中的技术，在很多方面都可得到应用，如可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏以及情感计算（一种可对人类的情感进行侦测、分类、组织和回应的系统或应用，可以帮助使用者获得高效而又亲切的感觉）等。过去大部分动作识别系统重点分析的是脸部和手部的动作，不过现在，研发人员也开始将关注点转移到身体姿势、步态和其他行为举止上来。

  一些具有动作识别能力的控制设备已经达到了消费者水平，比如任天堂的游戏主机Wii，其主要控制器Wii Remote作为单手操作的遥控器最主要的特色就是其配备了运动传感器，可以对移动和倾斜动作作出判断，将玩家手臂、手腕以及手的动作真实地反映在游戏中，从而与电视荧幕上的虚拟物件产生互动。

  与此同时，动作识别系统也开始进入医疗领域，医生无需触碰键盘或者屏幕就可以操控数字影像。 

  触觉交互

    触觉交互已成为人机交互领域的最新技术，其可借助人的触感，产生一种虚拟现实的效果。触碰可以产生多种不同的感受，包括轻碰、重碰、压力、疼痛、颤动、热和冷，因此人工模拟这些感受的方式也各异。

  触觉交互技术已经开辟了多种可能的应用领域，包括虚拟现实、遥控机器人、远程医疗、工作培训、基于触觉的三维模型设计等。而在电子商务方面，触觉交互也能够发挥重要作用。比如，顾客在网上购买服装之前，可以先感知一下衣料的质地，然后再做决定。

  日本东京大学的研究人员正在开发一个被称为“触觉雷达”（Haptic Radar）的项目，通过对使用者周围几米内的环境进行探测，然后将相关信息转换成颤动或者其他感官刺激传达给使用者，从而提高其对空间的感知能力。对于失明的人来说，这种触觉雷达可以让他们在行走过程中避免与身边的人或者物体相撞。

  随着技术进步，触觉交互最终或许可以让我们拥有之前从未曾体会过的一些感受。

  可触式（实体）用户界面

    可触式（实体）用户界面是自然用户界面的一种，这种设备的奇妙之处在于，它集合了多种功能于一体，比如手机、照相机、遥控器等，并且会随时“变身”，而这完全取决于用户抓握它的方式。

  麻省理工学院媒体实验室去年推出了一个名为“肥皂块”（bar of soap）的装置，其外形与一块洗衣皂相差无几，但是，如果用户像拿手机一样拿着它，它就会变换出一个带健区的触摸屏；如果像拿照相机一样拿着它，它又会自动转为液晶取景器。其中的奥秘就是“肥皂块”带有的一个三轴加速计和72个表面传感器，可以追踪用户手指位置以及自己所处的位置，然后判断应该“变身”为手机、照相机、遥控器、掌上电脑还是游戏机。

  而麻省理工学院媒体实验室的另一个发明，是一款与曲奇饼差不多大的计算机，被称为Siftable。其虽然个头小，却同样拥有图形显示、邻域检测、运动感应和无线通信功能。如果将多个Siftable排列组装，就可以实现多种不同的交互应用，比如数学游戏、音乐创作、色彩混合、图片整理或者情节串联图板游戏等，这对激发孩子的学习热情大有帮助。

  语音识别

     能够直接与机器交谈的能力在很多领域都会具有巨大的应用潜力。如果双手可以因语音识别系统得到“解放”，开车，修理发动机，烹饪一道美餐，或者实施一台手术，这些活动都能够从中获益。

  目前，语音识别技术已经被应用于呼叫路由、家庭自动化、语音拨号以及数据录入等服务。针对国际旅行者的语言对语言翻译器已经开始进入市场，大概再过几年，人们就能买到全球通用的实时翻译器了。

  无声语音（默读）识别

    通过默读识别，使用者不需要发出声音，系统就可以将喉部声带动作发出的电信号转换成语音，从而破译人想说的话。但该技术目前尚处于初级研发阶段。

  在嘈杂喧闹的环境里、水下或者太空中，无声语音识别是一种有效地输入手段，有朝一日可被飞行员、救火队员、特警以及执行特殊任务的部队所运用。研究人员也在尝试利用无声语音识别系统来控制机动轮椅车。对于有语言障碍的人士，无声语音识别技术还可以通过高效的语音合成，帮助他们同外界交流。如果这项技术发展成熟，将来人们网上聊天时就可以不必再敲键盘。

  美国宇航局艾姆斯研究中心正在开发一套无声语音识别系统。研究人员表示，当一个人默念或者低语时，不论有没有实际的唇部和脸部动作，都会产生相应的生物学信号。他们开发的这套识别系统在人体下巴和喉结两侧固定钮扣大小的特殊传感器，可以捕获大脑向发声器官发出的指令并将这些信号“阅读”出来。这套系统最终将会整合进宇航员的舱外活动航天服上，宇航员可以通过它向仪器或机器人发送无声指令。该项目首席科学家恰克·乔金森表示，几年之后，无声语音识别技术就能够进入商业应用。乐利网 www.6li.com