第6講人機(jī)交互：提升人類智能【注釋】“人機(jī)交互”總計(jì)2學(xué)時(shí)。一、教學(xué)內(nèi)容本次課（2學(xué)時(shí)）主要講授以下內(nèi)容：圖形交互觸控交互人機(jī)交互自然交互二、教學(xué)目標(biāo)1)知識(shí)層面 了解圖形用戶界面的發(fā)展歷程和普及。學(xué)習(xí)從按鍵觸控到多點(diǎn)觸控的轉(zhuǎn)變，觸控交互的發(fā)展，突破了智能手機(jī)人機(jī)交互的瓶頸。最后進(jìn)一步介紹人機(jī)交互中的各種傳感器以及微電子微機(jī)械MEMS技術(shù)。2)能力層面 講述圖形用戶界面的發(fā)展和普及的故事，引導(dǎo)學(xué)生分析體會(huì)分析施樂、微軟、蘋果等公司在圖形用戶界面普及過程中發(fā)揮的作用，理解創(chuàng)新與市場(chǎng)的關(guān)系。并從施樂公司Alto商業(yè)化失敗的故事中，理解比爾·蓋茨所說的“把偉大的研究成果轉(zhuǎn)化到銷售好看的產(chǎn)品中去，對(duì)許多公司來說仍然是一個(gè)頗為棘手的問題”中蘊(yùn)含的能力問題。設(shè)計(jì)感的重要性：華為EMUI，華為成立法國巴黎美學(xué)研究中心、意大利米蘭設(shè)計(jì)研發(fā)中心，讓學(xué)生體會(huì)“交互設(shè)計(jì)”“外觀設(shè)計(jì)”中技術(shù)與人文藝術(shù)交融的魅力，進(jìn)一步領(lǐng)悟“人文藝術(shù)的重要性”。3)價(jià)值層面 我們遵循的準(zhǔn)則影響著我們的所作所為。以施樂公司創(chuàng)始人兼董事長約瑟夫·威爾遜在對(duì)卡爾森貢獻(xiàn)的評(píng)論中指出，‘人’是一切創(chuàng)造的原動(dòng)力，只有那些能體察到他人未曾注意過的需求，并生產(chǎn)相應(yīng)的產(chǎn)品和服務(wù)，從而滿足這些需求的人，才會(huì)贏得巨大的回報(bào)。要堅(jiān)持閱讀學(xué)習(xí)，從而獲得創(chuàng)意。從卡爾森談復(fù)印機(jī)發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)中領(lǐng)悟?qū)W習(xí)的重要性，他說：“創(chuàng)意并不會(huì)像魔術(shù)一樣從天而降，你必須從其他地方獲得靈感，而通常閱讀其他領(lǐng)域的相關(guān)書籍會(huì)幫助你獲得這種靈感?！敝挥胁粩鄬W(xué)習(xí)，不斷積累，才有可能將設(shè)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，不切實(shí)際的幻想只能是空想。人工智能技術(shù)輔助人機(jī)交互，華為在影像系統(tǒng)中引入MasterAI，期望達(dá)到“知你”“懂你”和“幫你”的目標(biāo)。體現(xiàn)華為追趕并引領(lǐng)的腳步，科技與人文藝術(shù)相互支持。三、本節(jié)概要本章以蘋果發(fā)明智能手機(jī)iPhone所形成的觸控交互方式為核心，追溯人機(jī)交互的發(fā)展歷程，展望未來發(fā)展趨勢(shì)。首先，回顧了鼠標(biāo)與計(jì)算機(jī)圖形用戶界面的發(fā)展歷程，從恩格爾巴特的鼠標(biāo)器構(gòu)想與圖形用戶界面NLS的首秀，施樂Alto實(shí)現(xiàn)了圖形用戶界面的雛形，蘋果Macintosh達(dá)到了商業(yè)化新高度，而普及工作則由微軟Windows系列軟件來完成。21世紀(jì)初，PC的圖形交互與手機(jī)的按鍵交互形成了鮮明對(duì)比，如何突破手機(jī)的交互瓶頸，讓手機(jī)也能做到甚至超越PC的圖形交互？在喬布斯的領(lǐng)導(dǎo)下iPhone誕生了，他們將多點(diǎn)觸控技術(shù)轉(zhuǎn)化為觸控交互方式，再加上AppStore平臺(tái)引爆了應(yīng)用軟件的開發(fā)熱情，有力地推動(dòng)了智能手機(jī)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展。同時(shí)，我國的小米與華為等企業(yè)，基于安卓操作系統(tǒng)深度定制，開啟了我國智能手機(jī)操作系統(tǒng)自主研發(fā)的新征程。智能手機(jī)操控的簡潔性，不能忘記幕后功臣——“傳感器”，它們通過感知外部環(huán)境及自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，支持手機(jī)“搖一搖”“掃一掃”等功能。進(jìn)一步地，傳感器與人工智能相結(jié)合，使得智能手機(jī)在理解人的意圖方面得以提高，人們可以用最自然的方式，如自然語言、手勢(shì)、姿態(tài)等，與智能手機(jī)交流，讓機(jī)器理解人的意思，也就是成為人格化的機(jī)器。人機(jī)之間自然交互將逐步走向人機(jī)融合。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1）觸控交互的應(yīng)用：安卓、小米、華為的UI設(shè)計(jì)以觸控交互為代表，以簡單圖形為主要交互手段，與按鍵交互模式相比，可交互信息復(fù)雜度更低，易用性得到提升，學(xué)習(xí)成本大大降低。以觸控交互為核心的智能手機(jī)，是由喬布斯主導(dǎo)下的第一款iPhone最先突破的。在2003年的時(shí)候，蘋果公司就已經(jīng)意識(shí)到要利用多點(diǎn)觸控技術(shù)，直到2005年，喬布斯才真正開始推動(dòng)這個(gè)想法。2007年蘋果首款iPhone的推出，開創(chuàng)了智能手機(jī)新時(shí)代，不只是靚麗的外形設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的處理器，同時(shí)打破了移動(dòng)手機(jī)按鍵交互的瓶頸，迎來了全新的觸控交互時(shí)代。MIUI團(tuán)隊(duì)一直引領(lǐng)國內(nèi)深度定制安卓操作系統(tǒng)，借助互聯(lián)網(wǎng)吸引用戶參與UI設(shè)計(jì)，及時(shí)把握用戶體驗(yàn)的變化。長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，他們總結(jié)出評(píng)價(jià)UI設(shè)計(jì)的五個(gè)維度，即視覺、動(dòng)效、交互、字體、音效。他們不滿足于做出某個(gè)漂亮的頁面或者交互，而是追求整個(gè)體驗(yàn)層面的飽滿。此外，華為的情感化操作系統(tǒng)EMUI（EmotionUI），也是基于安卓開發(fā)的，在近幾年獲得了快速發(fā)展。觸控技術(shù)能夠流行起來，不是靠一個(gè)人甚至幾個(gè)人的努力就能完成的，而是眾多公司經(jīng)過二十多年的努力逐漸實(shí)現(xiàn)的。隨著硬件功能的提升、軟件功能的豐富，智能手機(jī)的人機(jī)交互技術(shù)必將持續(xù)發(fā)展。4.2智能系統(tǒng)感知外部世界的窗口：傳感器傳感器被認(rèn)為是萬物互聯(lián)的“五官”，是智能系統(tǒng)感知外部世界的窗口。如今手機(jī)功能越來越豐富，除了屏幕、處理器、攝像頭等能直接感受到的器件，那些并不為人知曉的隱性功能與日益豐富的傳感器有很大關(guān)系。如果說多點(diǎn)觸控技術(shù)成就了智能手機(jī)便捷的人機(jī)交互方式，那么在人機(jī)交互自動(dòng)化方面，傳感器是功不可沒的。如陀螺儀、加速度計(jì)、重力感應(yīng)等傳感器，它們可以使智能手機(jī)具備類似于游戲機(jī)手柄的功能，在手機(jī)方向發(fā)生改變時(shí)，橫屏與豎屏自動(dòng)切換；微信中的搖一搖功能，也是歸功于這些傳感器。微信“掃一掃”是攝像與二維碼的結(jié)合，使得手機(jī)支付非常簡便。傳感器加入智能手機(jī)，不僅使其人機(jī)交互體驗(yàn)更好，而且給應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)提供了很大的想象空間。簡單地說，傳感器是一種檢測(cè)裝置，它能感受到被測(cè)量，并能將這些信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。智能手機(jī)中常見的傳感器有：加速度傳感器、角速度傳感器、方位傳感器、環(huán)境傳感器等。4.3自然交互技術(shù)從按鍵交互發(fā)展到觸控交互，智能手機(jī)的用戶體驗(yàn)越來越好。2018年，華為CEO任正非在內(nèi)部講話中提到：“未來的勝利是極簡的勝利，外部極簡單，內(nèi)部極復(fù)雜，復(fù)雜留給自己，極簡對(duì)準(zhǔn)客戶?！痹谟?jì)算機(jī)、智能手機(jī)發(fā)展初期，由于技術(shù)的限制，人機(jī)交互是讓“人”適應(yīng)“機(jī)器”。隨著技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互不斷改善，甚至追求“自然交互”，即讓“機(jī)器”適應(yīng)“人”。指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、語音交互、手勢(shì)交互等都是人類自然的交流方式，在這些技術(shù)的發(fā)展過程中需要人工智能技術(shù)的幫助，人工智能技術(shù)輔助人機(jī)交互，就像華為在影像系統(tǒng)中引入MasterAI，期望達(dá)到“知你”“懂你”和“幫你”的目標(biāo)。五、教學(xué)思路與進(jìn)程1）課程教學(xué)設(shè)計(jì)思路本科一年級(jí)學(xué)生對(duì)于電子信息工程專業(yè)的認(rèn)知不足，也缺乏相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)。而且由于剛經(jīng)歷大量的考試，難免會(huì)帶有應(yīng)試的習(xí)慣。然而，這正是為專業(yè)發(fā)展打基礎(chǔ)、強(qiáng)根本的雛形時(shí)期，應(yīng)最大程度上激發(fā)學(xué)生的好奇心、學(xué)習(xí)興趣和科研潛力，讓他們意識(shí)到所學(xué)內(nèi)容的重要意義，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因此，在教學(xué)過程中不能簡單的說教，而是通過以歷史的脈絡(luò)串聯(lián)起故事，并在講述故事的過程中將道理蘊(yùn)含其中，注重培養(yǎng)思維，進(jìn)而達(dá)到趣味性與專業(yè)性和系統(tǒng)性的相統(tǒng)一。本節(jié)課故事很多，還包括恩格爾巴特與鼠標(biāo)，施樂公司與Alto，蘋果公司Macintosh，微軟Windows，諾基亞與摩托羅拉，iPhone的故事，安卓、小米、華為，皮特森與MEMS等。下面以3個(gè)課程重點(diǎn)為例介紹教學(xué)設(shè)計(jì)，具體描述如下：智能手機(jī)的觸控交互方式，以其簡潔性、易用性，已經(jīng)達(dá)到甚至超越PC的圖形交互方式了。圖形交互，以鼠標(biāo)為特征，以圖形為主要交互手段，易學(xué)易用，它的誕生為計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的大眾化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2007年，喬布斯發(fā)布的智能手機(jī)，其最大亮點(diǎn)就是突破了人機(jī)交互的瓶頸，首次將觸控交互引入移動(dòng)手機(jī)中。觸控交互使各個(gè)年齡段的人都可以無障礙地使用智能手機(jī)，由此移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)走向融合，推動(dòng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，2010年以后，智能手機(jī)成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎。在課后思考題中，追問觸控交互為什么能讓智能手機(jī)的人機(jī)交互超越PC的圖形交互，從而讓同學(xué)們體會(huì)觸控技術(shù)相較于圖形交互的優(yōu)勢(shì)之處。除多點(diǎn)觸控技術(shù)外，傳感器在智能手機(jī)的人機(jī)交互中功不可沒，同時(shí)傳感器也是物聯(lián)網(wǎng)的重要基石。簡要介紹傳感器及其微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，最后介紹人工智能與傳感器的結(jié)合，讓智能手機(jī)“知你”“懂你”和“幫你”，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器間的自然交互。在課后思考題中，請(qǐng)同學(xué)們選擇一種傳感器，分析其在人機(jī)交互中的作用，讓同學(xué)們進(jìn)一步了解傳感器的工作原理和重要意義。通過任正非在內(nèi)部講話的發(fā)言，指出隨著技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互會(huì)不斷改善，甚至追求“自然交互”，即讓“機(jī)器”適應(yīng)“人”。指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、語音交互、手勢(shì)交互等都是人類自然的交流方式，將人與人之間的溝通方式移植到人機(jī)交互之中，在人機(jī)之間建立溝通的橋梁，實(shí)現(xiàn)“自然交互”，是人機(jī)交互的重中之重。在這些技術(shù)的發(fā)展過程中需要人工智能技術(shù)的幫助，人工智能技術(shù)輔助人機(jī)交互，