虛擬與現實--以人為中心和自然交互方式將是發展趨勢的總特征
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來源：科報網
2009-6-4 10:34:02
編輯：非凡
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現代計算機的誕生大大改變了世界上很大一部分人的生活。現如今，鍵盤、鼠標無疑是人類用于與計算機溝通時最常見的工具。不可否認，這兩個發明的確在過去幾十年里給人類生活帶來了很大變化。
但是，就這兩個發明本身來說，尚有可改進的地方，另外還有更多更先進的東西可替代或者彌補其固有的缺憾。
自計算機誕生以來，人機交互技術經歷了穿孔紙帶、批處理、聯機終端、多媒體用戶界面等階段。語音識別是一個方向，樂觀地說，在不久的將來人工智能發展到一定程度的時候，100%的語音識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，美國麻省理工學院及其他很多研究機構也一直在研究語義級別的手寫輸入技術。手寫輸入也好，語音識別也好，它們都將是人機交互的未來手段。微軟亞洲研究院的TTS技術則是從另外一個角度研究人機交互。TTS是把計算機里面的文本變成人們可以識別的語音,可以說這個技術拓展了計算機的輸出方式。
可以說人類的進步史是一部工具的進化史。“以人為中心”和使交互方式更接近于人類自然交流形式，是未來人機交互的總體特征。科學家們正在努力使計算機能聽、能說、能看、能感覺，語音將成為人機交互的重要通道。虛擬現實將是徹底實現和諧、自然、以人為中心的人機交互方式，為用戶提供了包括光、聲、力、嗅、味等全方位、多角度的真實感覺。這些包括虛擬屏幕和非接觸式凌空操作在內的新技術，將徹底改變人們使用計算機的方式，也將對計算機使用的廣度和深度產生深遠的影響。相信不久的將來，“懶惰”的人們一定會很輕松地實現人機交互。這種人機交互也許就是一句話、一個動作、一個眼神或是一行字，甚至只是在你大腦中的一個想法。
本文通過簡要回顧和分析人機交互技術的發展歷程，進而展望該技術未來發展的趨勢。
命令行
命令行是所有計算機接口的老祖宗，它是真正意義上的人機交互的開始。在20世紀50年代，它以控制計算機的更有效方式浮出水面。此時計算機用戶與計算機之間可借助一種雙方都能理解的語言進行交互式對話。而此前，命令通常必須通過打孔卡或紙帶分批輸入。有了命令行，用于電報傳輸的電傳打字電報機就能中途改變命令，幾乎實時地從計算機接收反饋。
視頻顯示器出現后，命令行信息的顯示速度就更快了。1978年，數字設備公司（DEC）推出了視頻終端VT100。作為顯示命令行的一種方式，VT100至今仍為一些現代操作系統所效仿。
命令語言要求驚人的記憶和大量的訓練，并且容易出錯，使入門者望而生畏。20世紀80年代出現的圖形用戶界面，使大多數人更易于使用計算機，但命令行仍給專家級用戶提供著相當大的靈活性。
鼠標
如今，你很難想象一臺沒有鼠標的臺式電腦會是怎樣。41年前，美國斯坦福研究所的道格拉斯·恩格巴特發明了鼠標。鼠標的出現，與現代計算機的發展息息相關，對當時處于上升階段的圖形用戶界面技術的發展起到了至關重要的作用。此外，恩格爾巴特還帶來了一些其他的創新技術，如超文本和共享屏幕合作。
早期的計算機鼠標形狀各異，千奇百怪，許多鼠標現在已很難想象得出來。一直到上世紀80年代鼠標進入商業化應用時，終于有了模具。30年來，盡管鼠標的形狀有過一些變化（如拋棄了尾巴），但總體上沒什么大的改變。但這并不是說，鼠標的功能沒有加以任何的改進。
現在，雖說光羅技公司一家賣出的鼠標就超過了10億個，但很多人仍相信鼠標正在邁上窮途末路，其他技術正在不斷崛起，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下最流行的接口。對大多數觸摸板來說，其可通過探測手指的自然電容對電場的干擾來進行感應。這個原理最早由1953年加拿大電子音樂的先鋒休·凱恩采用，他用其早期的音樂合成器（薩布克）來控制音色。
觸摸板也是觸摸屏界面的重要前身。現在，許多觸摸板都具有多點觸摸功能，其用途已得到大大擴展。計算機用的第一個多點觸摸板在1984年由比爾·巴克斯頓首次展示，巴克斯頓當時是加拿大多倫多大學的計算機設計教授，現在是微軟負責設計原理的研究員。
多點觸摸屏
提及觸摸屏電腦，大多數人馬上會想到蘋果的iPhone或微軟的界面。事實上，該項技術大約在1/4世紀前就已面世了，1983年推出的HP—150電腦就首次使用了這項技術。早在臺式電腦普及之前，初始的觸摸屏就已在ATM機上出現，以方便那些未經過多少培訓的電腦文盲客戶。
然而，公平地說，正是蘋果的iPhone將多點觸摸屏技術的真正潛力發揮了出來。一些手機制造商現在已能提供多點觸摸屏，預計Windows 7和蘋果Macbook的下一版本都將能支持此技術。各種技術成就了多點觸摸屏，這些技術包括：電容感應、紅外、表面聲波以及最新的壓感技術。
此技術的快速發展，使我們完全有理由期待將能以全新的“姿態”更簡便地處理數據和調用命令。不過，要發現以更直觀的方式復制現有命令的方式仍將是一個挑戰。
姿態感應
緊湊型磁力計、加速度計和陀螺儀使得跟蹤設備的運動成為可能。在使用任天堂的Wii和蘋果的iPhone時，用戶都能在空中通過物理操縱來控制游戲和應用程序。同樣，用戶也只需輕拍諾基亞6600兩下，就可使其暫停或播放音樂。
新的移動應用模式也開始納入此趨勢，例如，簡單地將諾基亞手機的正面朝下擺放，就可使電話保持在靜音模式。另外的應用則包括可使用3D姿態密碼防止手機被竊，如果用戶沒有按照事先設定的空中姿態來打開手機，它就會發出尖利的警報聲。
姿態識別的下一步將是使計算機更好地識別手和身體的運動。索尼的攝像頭Eye顯示出簡單的動作相對來說較易識別，但要在不規則光線下識別更為復雜的3D運動則比較困難。以色列的Xtr3D公司和比利時的軟動力學公司正在使用紅外技術為全身感應游戲開發計算機視覺軟件。
美國洛杉磯的橢圓公司則已開發出“空中操作系統”，該系統可識別用戶戴著一對特制手套所發出的手勢命令。
力反饋
一個稱為“Haptics”（源于古希臘的haptein一詞，意即捆綁）的研究領域正在探索操縱人類觸覺的技術途徑。通過利用特殊的計算機輸入/輸出設備（游戲桿，數碼手套或者其他設備），用戶可以通過與計算機程序交互來獲得真實的觸覺感受。
結合虛擬視覺，Haptics技術可以用來訓練人的手眼協調能力，比如說，軍人或者宇航員可以采用這種方式進行訓練。另外還可以將這兩種技術用在電腦游戲上，比如，你可以和計算機對手在一個虛擬世界里打乒乓球。你既能看到球的運動，還能通過Haptics設備，在揮拍擊球時感覺到球的撞擊。某些游戲控制器已能跟隨屏幕上的動作發出震動，類似地，一些手機也能在切換到靜音時發出震動。
更為專業的Haptics控制器包括美國SensAble公司開發的PHANTOM（意即“幻影”），這個設備可用于三維設計和醫療培訓，如允許外科醫生不僅通過視覺還有現實感覺的模擬來實施復雜的手術。
Haptics也許很快就能給觸摸屏增加一個新功能：在按一個圖標時可更好地模擬出接觸一個按鍵的感覺。加拿大麥吉爾大學已開發出了這樣的“觸覺按鈕”，在按不同的圖標時可產生不同的觸覺。從長遠來看，Haptics技術也許將可模擬出屏幕上的紋理感。
語音識別
語音識別一直在竭力擺脫其緩慢、笨拙和錯誤百出的惡名。這項技術目前只在專業領域獲得了真正意義上的起飛，它采用的是有限的、狹隘的語言子集，用戶必須愿意花時間來訓練以使系統能識別自己的語音。
當然這一情況也正在發生改變。隨著電腦更強大、算法更聰明，語音識別技術已得到了改進。去年，谷歌公司為iPhone推出了語音搜索程序，允許用戶不用觸碰任何按鈕即可進行搜索。iPhone的另一個應用程序Vlingo則以另一種方式來控制設備：除了搜索之外，用戶可利用一些簡單的命令來發送短信和電子郵件，亦或是更新其在“臉譜”上的狀態。這些技術已使手機增加了足夠的處理能力，但現在更快的傳輸要求則意味著將使用遠程服務器來無縫地處理大量的數據運算。
增強現實
增強現實是一個正在浮現的令人興奮的接口技術，它可將虛擬信息引入到現實世界中來。
最早的增強現實接口需要復雜和笨重的動作感應及計算機繪圖設備。最近，帶有強大處理能力芯片和傳感器的手機，在到達普通用戶手中時都必帶該項技術。
諾基亞的增強現實應用程序（MARA）和為谷歌Android手機操作系統開發的Wikitude就是移動增強現實技術的兩個典型應用。兩者均允許用戶通過頂端帶有虛擬說明和標簽的相機屏幕來觀察現實世界。在MARA中，這些虛擬數據可從存儲在NavTeq衛星導航應用程序中的興趣點來獲得。Wikitude，顧名思義，其數據來自Wikipedia。
這些應用程序可監測一系列傳感器的數據：這些應用程序的工作監測數據從阿森納傳感器：全球定位系統接收器提供精確的定位信息，數字羅盤確定設備的指向，磁力計和加速度則計算其方向。一個稱為“諾基亞圖形空間”的項目則在此基礎上又向前邁出了一大步，可允許人們存儲一個特殊地點的圖片、視頻和音頻，以便其他人可在相同的地點調用這些資料。
空中接口
除了增強現實外，現在已配置在許多手機中的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系統可通過在具有GPS功能的手機上安裝軟件，讓用戶查看其在地圖上的位置。截至2008年10月，已有3000個iPhone應用程序具備了地址服務功能。其中的一個iPhone應用程序就是iNap，它可監測一個人的位置，并在其錯過地鐵或公車站點前發出警報。該應用程序可連接至公共交通調度程序，并基于用戶以前的旅行路程來自動確定其下車站。
SafetyNet是為谷歌的Android平臺開發的一個位置提醒程序，它可讓用戶定義部分其認為不安全的城鎮。一旦用戶無意中游歷到這些不該去的地方，該程序就會激活，發出告警音，并自動打開揚聲器撥打緊急救援電話以便得到快速的幫助。
腦機接口
雖然還有些遙遠，但意念控制也許將成為最后的計算機接口。
外科植入物或腦電圖（EEG）傳感器已可用來監測嚴重癱瘓人群的腦部活動。經過培訓，該技術可允許病人控制電腦圖標來讀取信息或是操縱輪椅。一些公司希望此類腦機接口（BCI）技術能漸成主流。最近，美國Neurosky公司推出了其設計的藍牙游戲耳機，該耳機可監測簡單的EEG活動，設計細想是游戲玩家根據其平靜度獲得額外的威力。
除了游戲之外，BCI技術也許可用來幫助緩解壓力和信息過載。一個稱為認知座艙（CogPit）的BCI項目可利用EEG信息來試圖降低飛行員體驗到的信息過載。
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