人機交互技術(HumanComputer Interaction，HCI)是21世紀信息領域需要發展的重大課題。例如，美國21世紀信息技術計劃中的基礎研究內容定為四項，即軟件、人機交互、網絡、高性能計算。其目標就是要開發21世紀個性化的信息環境。其中，人機交互在信息技術中被列為與軟件技術和計算機技術等并列的六項國家關鍵技術之一，并被認為“對計算機工業有著突出的重要性，對其他工業也很重要”。美國國防關鍵技術計劃不僅把人機交互列為軟件技術發展的重要內容之一，還專門增加了與軟件技術并列的人機界面這項內容。

01、人機交互的發展歷史

1959年，美國學者B.Shackel從人在操作計算機時如何才能減輕疲勞的角度出發，發表了被認為是人機界面的第一篇關于計算機控制臺設計的人機工程學的論文。1960年，J.C.R.Licklider首次提出人機緊密共棲(HumanComputer Close Symbiosis)的概念，被視為人機界面學的啟蒙觀點。1969年，在英國劍橋大學召開了第一次人機系統國際大會，同年第一份專業《國際人機研究雜志》(IJMMS)創刊。可以說，1969年是人機界面學發展史的里程碑。

1970年，成立了兩個HCI研究中心： 一個是英國Loughbocough大學的HUSAT研究中心； 另一個是美國施樂（Xerox）公司的Palo Alto研究中心。

1970—1973年，學術界出版了四本與計算機相關的人機工程學專著，為人機交互界面的發展指明了方向。

20世紀80年代初期，學術界相繼出版了六本專著，對最新的人機交互研究成果進行了總結。人機交互學科逐漸形成了自己的理論體系和實踐范疇的架構。在理論體系方面，人機交互學從人機工程學獨立出來，更加強調認知心理學、行為學和社會學的某些人文科學的理論指導； 在實踐范疇方面，從人機界面(人機接口)拓延開來，強調計算機對于人的反饋交互作用。“人機界面”一詞被“人機交互”取代。HCI中的“I”，也由“Interface”(界面/接口)變成了“Interactive”(交互)。

自20世紀90年代后期以來，隨著高速處理芯片、多媒體技術和Internet Web技術的迅速發展和普及，人機交互的研究重點放在了智能化交互、多模態(多通道)—多媒體交互、虛擬交互以及人機協同交互等方面，也就是放在以人為中心的人機交互技術方面。

人機交互的發展歷史，是從人適應計算機到計算機不斷地適應人的發展史。它經歷了以下幾個階段。

1. 早期的手工作業階段

當時交互的特點是由設計者本人(或本部門同事)來使用計算機，他們采用手工操作和依賴機器(二進制機器代碼)的方法去適應現在看來十分笨拙的計算機。

2. 作業控制語言及交互命令語言階段

這一階段的特點是計算機的主要使用者——程序員，他們可采用批處理操作或交互命令語言的方式與計算機打交道，雖然要記憶許多命令和熟練地使用鍵盤，但已可用較方便的手段來調試程序、了解計算機執行情況。

3. 圖形用戶界面階段

圖形用戶界面(Graphical User Interface，GUI)的主要特點是桌面隱喻、WIMP技術、直接操作和“所見即所得”。由于GUI簡明易學減少了使用鍵盤，實現了“事實上的標準化”，因而使不懂計算機的普通用戶也可以熟練地使用，開拓了用戶人群，它的出現使信息產業得到了空前發展。

4. 網絡用戶界面的出現

以超文本標記語言(Hyper Text Markup Language，HTML)及超文本傳輸協議(HTTP)為主要基礎的網絡瀏覽器是網絡用戶界面的代表。由它形成的WWW已經成為當今Internet的支柱。這類人機交互技術的特點是發展快，新的技術不斷出現，如搜索引擎、網絡加速、多媒體動畫、聊天工具等。

5. 多通道、多媒體的智能人機交互階段

以虛擬現實為代表的計算機系統的擬人化和以手持計算機、智能手機為代表的計算機的微型化、隨身化、嵌入化，是當前計算機的兩個重要的發展趨勢，而以鼠標和鍵盤為代表的GUI技術是影響它們發展的“瓶頸”。

利用人的多種感覺通道和動作通道(如語音、手寫、姿勢、視線、表情等輸入)，以并行、非精確的方式與(可見或不可見的)計算機環境進行交互，可以提高人機交互的自然性和高效性。多通道、多媒體的智能人機交互對我們來說既是一個挑戰，也是一個極好的機遇。

02、人機交互的研究內容

1. 人機交互界面表示模型與設計方法

一個交互界面的好壞，直接影響到軟件開發的成敗。友好人機交互界面的開發離不開好的交互模型與設計方法(Model and Methodology)。因此，研究人機交互界面的交互模型與設計方法，是人機交互的重要研究內容之一。

2. 可用性分析與評估

可用性是人機交互系統的重要內容，它關系到人機交互能否達到用戶期待的目標，以及實現這一目標的效率與便捷性。人機交互系統的可用性分析與評估(Usability and Evaluation)的研究，主要涉及支持可用性的設計原則與可用性的評估方法等。

3. 多通道交互技術

多通道交互(MultiModal Interaction，MMI)是近年來迅速發展的一種人機交互技術，它既適應了“以人為中心”的自然交互準則，也推動了互聯網時代信息產業(包括移動計算、移動通信、網絡服務器等)的快速發展。

MMI是一種使用多種通道與計算機通信的人機交互方式。通道(Modality)涵蓋了用戶表達意圖、執行動作或感知反饋信息的各種通信方法，如語音、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺、味覺等。采用這種方式的計算機用戶界面稱為多通道用戶界面。MMI的各類通道(界面)技術中，有不少已經實用化、產品化、商品化。其中，我國科技人員做出了不少優異的工作。

多通道交互主要研究多通道交互界面的交互模型、多通道交互界面的評估方法以及多通道信息的融合等。多通道信息整合是多通道用戶界面研究的重點和難點。

4. 智能用戶界面

智能用戶界面(Intelligent User Interface，IUI)的最終目標是使人機交互像人人交互一樣自然、方便。上下文感知、眼動跟蹤、手勢識別、三維輸入、語音識別、表情識別、手寫識別、自然語言理解等都是認知與智能用戶界面需要解決的重要問題。

5. 群件

群件(Groupware)是指幫助群組協同工作的計算機支持的協作環境，主要涉及個人或群組間的信息傳遞、群組中的信息共享、業務過程自動化與協調，以及人和過程之間的交互活動等。目前與人機交互技術相關的研究主要包括群件系統的體系結構、計算機支持交流與共享信息的方式、交流中的決策支持工具、應用程序共享以及同步實現方法等內容。

6. Web交互

Web交互(Webinteraction)重點研究Web界面的信息交互模型和結構、Web界面設計的基本思想和原則、Web界面設計的工具和技術，以及Web界面設計的可用性分析與評估方法等內容。

7. 移動界面設計

移動計算(Mobile Computing)、無處不在計算(Ubiquitous Computing)等對人機交互技術提出了更高的要求，面向移動應用的界面設計問題已成為人機交互技術研究的一個重要應用領域。針對移動設備的便攜性、位置不固定性和計算能力有限性以及無線網絡的低帶寬/高延遲等諸多的限制，研究移動界面的設計方法、移動界面可用性與評估原則、移動界面導航技術，以及移動界面的實現技術和開發工具，是當前的人機交互技術的研究熱點之一。

隨著計算機技術的發展，計算機功能也越來越強。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設備的發展，操作員與計算機在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進行交互成為可能。此外，通過圖形和數據可視化進行人機交互也吸引著人們去進行研究。這些人機交互可稱為智能化的人機交互。這方面的研究工作正在積極開展。

03、人機交互的前景

人機交互技術領域熱點技術的應用潛力已經開始展現，如智能手機配備的地理空間跟蹤技術，應用于可穿戴式計算機、隱身技術、浸入式游戲等的動作識別技術，應用于虛擬現實、遙控機器人及遠程醫療等的觸覺交互技術，應用于呼叫路由、家庭自動化及語音撥號等場合的語音識別技術，對于有語言障礙的人士的無聲語音識別，應用于廣告、網站、產品目錄、雜志效用測試的眼動跟蹤技術，針對有語言和行動障礙人士開發的“意念輪椅”采用的基于腦電波的人機界面技術等。人機交互解決方案的供應商不斷地推出各種創新技術，如指紋識別技術、側邊滑動指紋識別技術、壓力觸控技術等。熱點技術的應用開發既是機遇也是挑戰。基于視覺的手勢識別率低、實時性差，需要研究各種算法來改善識別的精度和速度，眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態、語音、唇讀、人臉、DNA等人類特征的研發、應用也正受到關注，多通道的整合也是人機交互的熱點，另外，與“無所不在計算”“云計算”等相關技術的融合與促進也需要繼續探索。