人机交互的商业应用研究★

杨林岚，林昭文

（1.湖北省宜昌市夷陵中学，湖北　宜昌　443000；2.北京邮电大学网络技术研究院，北京　100107）



人机交互的商业应用研究★

杨林岚1，林昭文2

（1.湖北省宜昌市夷陵中学，湖北宜昌443000；2.北京邮电大学网络技术研究院，北京100107）

摘要：人机交互是计算机科学技术中非常重要的一个部分，其发展历史贯穿于计算机科学技术的整个发展过程中。首先，对人机交互的概念、原理及其发展过程进行了简单的介绍；然后，应用实例，对人机交互技术在商业发展中的具体运用进行了说明。结果表明，与传统的商业模式相比，人机交互式商业具有明显的优势，通过人机交互式的商业活动，商家可以准确地获得顾客的感知信息，从而更好地满足顾客的需求，让顾客获得更好的购买体验，因此，该商业模式具有广阔的应用前景。

关键词：人机交互；发展；客户需求；商业应用

0　引言

在以计算机或类计算机为核心的电子产品时代，人机交互技术正在成为研究的重点之一。其发展的速度非常快，并且和计算机的发展紧密相关。不管是在科技领域还是在日常生活中，人机交互技术都已经得到了越来越多的应用。首先，我们分析了人机交互的发展及其核心思想；然后，利用已有的相关技术，虚拟了一个应用的场景，即高端展销会和品牌专柜，对其商业应用模式进行了实例研究。

1　研究基础

1.1理论基础

1.1.1人机交互的概念

人机交互（HCI：Human-Computer Interaction）是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程[1]。其中的用户界面是用户与计算机的对话接口，可以传递和交换信息，是计算机系统的重要组成部分。人机交互和用户界面之间的联系非常紧密，但是他们是两个完全不同的概念，前者强调的是技术和模型，后者则是计算机的关键组成部分。计算机可以说是20世纪最伟大的一项发明，它对21世纪的人类生活的各个方面都有着深远的影响。回顾人类计算机的发展史可以发现，计算机硬件已经取得了飞速的发展，例如：处理器的处理速度飞速地增长、存储器的存储容量爆炸式地剧增，与此同时，人机交互技术也取得了迅速的发展。已有的人机交互技术，例如：用户们非常熟悉的鼠标、窗口、超文本和浏览器等，都已对计算机的发展和人类的生活产生了巨大的影响，而且还将继续影响着全人类的未来。人机交互技术是现在信息产业竞争的重中之重，世界各国都已经意识到，人机交互技术是需要重点研究的一项关键技术，其关系到国家信息产业的未来。微软中国（后改为亚洲研究院）从成立之初，就已经将现代化的人机交互技术列为了其主要的研究方向。1992年图灵奖获得者、微软研究院软件总工程师Butler Lampson在题为“二十一世纪的计算研究”报告中指出“计算机有3个作用：1）是模拟，即模拟各种模型来帮助人类理解和计算；2）是帮助人们进行通信；3）是互动，也就是与实际世界的交流，人们希望计算机能够看、听、讲，甚至比人做得更好，并且能够进行实时处理”[2]。人机交互技术，正是帮助计算机实现其与人类互动功能的重要技术。

人机交互研究的历史，可以分为两个界限分明的时代：第一代人机交互技术是以文本为基础、机器为核心的交互，其特征是菜单、命令和对话等。这一代的人机交互技术，非常难以使用户适应，并且不灵活、不自然。第二代人机交互技术则是以用户为主，给用户直接的操作界面，能够引出更自然的视觉通信交互。这种交互是通过多媒体的集成方法，计算机大量地处理自然语言和高级图形，也可以处理其他的交互媒体，例如：人的动作、手势和三维图像等。这些通信交互的方式，目的都只有一个，就是让人和计算机更加自然地进行交流。

随着互联网、虚拟现实和移动计算等领域的飞速发展，人机交互技术也面临着全新的挑战和机遇。以现在的大热门——虚拟现实为代表的计算机系统的拟人化技术，以笔记本电脑、智能移动终端为代表的计算机的微型化、随身化和嵌入化，将是计算机的两个重要的应用趋势，而人机交互技术则是这两个应用趋势中的瓶颈技术。为拟人化的计算机系统提供更加拟人化的交互式体验，为笔记本电脑、智能移动终端提供更加微型化、智能化的交互式系统，这是人机交互新时代的要求[3]。

由以机器为中心转变为以人为中心，自然、高效将是新一代人机交互的主要发展方向[4]。人类与生俱来最自然的认知习惯和形式也必将成为人机交互的发展方向，人与计算机的沟通，将和人与自然的沟通一样顺畅。因此，工程师们的目标是，让未来的计算机和人类一样能听、能看、能说、能感觉。在计算机的发展史上，一直都是人类去适应计算机的逻辑方式，去学习计算机语言，而在未来，计算机将朝着适应人类的思维、人类的逻辑方向发展，计算机将能够理解人类的语言、动作甚至情绪[5]。

1.1.2人机交互技术的原理

a）人机交互的过程

人机交互的过程，可分为4步：首先，通过各式各样的传感器，直接或者间接地接触人，以获得人的感知信息，这些信息包括声音、图像和手势动作等；其次，通过系统地重建人体模型，对感知信息进行分析；然后，在数据库中进行匹配识别；最后，对分析结果进行计算，得出对人的感性的理解，并将理解结果通过合理的方式表达出来[6]。

b）人机交互的功能

从功能实现来看，人机交互是一个闭环的模式识别系统，具备人类感知信息的获取、感知信息的分析、数据匹配识别、感知信息的计算理解和信息表达等功能[7]。在人机交互的4个环节中，人类感知信息的获取、识别和感知信息的计算理解是关键，也是难点。如何准确、完整地获取人类的感知信息，并将这些信息计算加以识别，最后得出对人类感知信息的理解，这些都是需要不断研究的方向。

c）人机交互的实现

感知信息的获取和识别环节属于感知层的范畴[8]，而感知信息的理解和表达则属于应用层的范畴。人机交互的具体实现过程为：首先，通过现代体感设备来实现信息的获取；其次，通过嵌入式芯片来实现体感信号的模式识别；然后，通过后台计算机或分布式计算平台来建立相应的数学模型，实现强大的运算过程，从而得出对感知信息的理解；最后，将这些信息转入应用层，系统地调用相关的应用程序并对用户进行响应，满足用户的最终需求。

1.1.3人机交互的发展

a）人机交互发展的早期

这个时期人机交互的主要特点是以计算机为主，人需要去适应现在看来十分笨拙的计算机。这个过程缓慢而繁杂，因为这一时期多数计算机是二进制机器，技术人员必须使用二进制的机器语言来编写程序，通过各种开关、指示灯和卡片上的孔这些最简单的元素来表示复杂的数据或指令进行人机交互。这种方式，虽然过程非常繁杂，但当时计算机尚未流行，只是在国家军事或研究部门单独地研制使用，而且，当时大多数情况下计算机往往都只供设计者本人或者仅在设计者的单位内部使用，因而，对于使用方式的理解并没有那么困难。然而，自1946年世界上第一台数字计算机ENIAC诞生后，计算机技术取得了惊人的发展。计算机已不仅仅作为一种重要的计算工具为人们所使用，在新的产业革命中，其还将与现代通信技术和新材料技术等结合在一起，发挥更大的作用。因此，计算机的交互技术，也急切地需要进一步的发展[9]。

b）人机交互目前的状况

现代计算机几乎在社会生活的每个领域中都担当了重要的角色，人们利用计算机来做大量的重复性的工作，因为计算机在这方面的能力，已大大地超过了人。虽然计算机的能力越来越强，但是它仍然只是一种工具，就算是一种高级的工具，也只是人脑、手和眼等器官的扩展，因此它仍必须在人的支配、控制、操纵和管理下才能正常地工作。所以，计算机和人的交互技术，仍然是永远值得研究的方向。现在各式各样的令人眼花缭乱的技术和产品在不断地更新换代，总结它们盛衰的缘由，可以得出一个规律，即：凡有助于减少人类和机器之间的沟通沟壑的，有助于建立人机友好交互环境的理论、方法、技术和产品等都具有强大的生命力。例如：触控的智能终端、多媒体、开放系统、面向对象的编程、网络计算和嵌入式计算等，均因为其注重机器和人的友好交互而日益被大众所接受，并逐渐地成为了主流的技术。

而且，建立和谐的人机环境，也不仅仅局限于设计并实现一个友好的人机界面和灵活的交互功能。人机交互的最终目的是：从人在使用计算机的过程中增长了知识，发展到计算机在被人使用的过程中优化了自身。在计算机初步发展的时代，用户都在极力地追求“更快、更高和更安全”的计算机，但是，随着信息技术发展到了一定的程度，以及信息应用系统的普及，用户现在更多地在致力于寻求更为“好用、适用、想用用”的计算机[10]，这种结果是计算机技术和人工智能技术发展到一个新的阶段的重要标志之一。

c）人机交互的发展趋势

人机交互的基本发展过程，是从最开始的以设备为主，人去适应设备，到现在的忽略设备的存在，完全以人为主。从交互建立初始，其最大的变化是由按键到触控屏的转变；技术的重点是提高触控性能和扩大触控范围，同时将显示质量从VGA提升至UHD（4 K）；工业设计方面则是实现更加清晰、更加纤薄的曲面显示。之后，专注于用户的个性化交互将被广泛地应用，这一变革的标志是文本类密码的使用范围正在减少，取而代之的是更加独特、更加简单自然的生物识别（用户独有的特征）。这一技术的普及将极大地推动移动支付，但仍需要协调银行、支付机构、商家和技术提供商等各个环节，因此需要线上快速身份验证（FIDO）联盟来制定标准，这个过程正在逐步地实现。接下来，专注于人类生活环境的情景识别交互是必然趋势，这个阶段的目标是让设备能够完全地了解环境情况并且适应环境，系统能够预知用户的潜在需求。这需要不同类型的传感器联合工作，处理器进行大量的计算，增强感知数据的现实感。系统发展的最终目的是，个人设备彻底地消失，取而代之的是尺寸纤巧的传感器，最重要的是这些传感器将无处不在，任何地方，例如：桌面、扶手、玻璃和墙壁等都有可能成为人机交互的媒介。这是通过全方位感知来获得终极用户体验的阶段。

触控技术是目前发展最成熟，也是最为成功的人机交互技术。现在热门的可穿戴设备、物联网和车联网等概念，都涉及到了人对设备的控制，以及人和设备之间的交互，从而为触控技术提供了很大的发挥空间，让触控技术拥有了更广泛的应用领域。但是，目前市场的竞争非常激烈，对技术更新换代的要求也是日新月异。因此，触控技术的发展仍面临着不小的挑战。另外，移动设备主要的增长潜力目前集中在对成本更加敏感的中低端市场，因此研发触控技术的企业面临的问题是，如何既攻克技术的难题、提高客户的操控体验，又有效地降低技术的成本。市场的需求是，不断地用性价比更高的方式来实施触控技术。从这个方面来讲，触控技术虽然取得了巨大的成功，但是人机交互新技术的研发仍然非常有必要。

在人机交互技术未来发展方面，目前业界仍在进行多方面的探索和尝试。其中，生物识别技术和手势控制技术是目前最有前景的技术。生物识别是以人的基本生命体征作为识别依据，特点是方便、独特。指纹、虹膜、面部，乃至眼睛当中的血管都可以被用来让智能终端设备验证用户的身份。随着云服务的普及，生物识别技术将帮助我们更方便、更安全地登录到云端账号。在不久的将来，生物识别技术将使钱包、现金等彻底地消失，所有的信息都将与我们自身的生命体征绑定，既独一无二又无比安全。除此之外，结合高保真影像技术的使用，手势控制技术同样具有非常好的应用前景。这种技术的特点是非常方便，因而深受用户的喜爱。

随着虚拟技术的发展，现在流行的图形用户界面在某一天也会被新的虚拟界面淘汰。新一代的交互用户界面将追求身临其境的体验，为用户提供多感觉通道的交互。例如：在你烦恼的时候，如果想看布拉格的落日，或者想坐在塞纳河畔的微风里喝最地道的手磨咖啡，这些都可以通过虚拟现实技术而得到即时的实现。计算机可模拟人类感觉的世界而生成一种完全仿真的世界，这里的“世界”是指具有真实感的立体图形，包括气味、声音和温度等人类的感官信息，它既可以来自于某处真实的世界，也可以是纯粹构想的世界。操作者可以通过视觉、听觉、触觉和力觉等多通道与之交互，从而获得彻底“身临其境”的体验。

2　应用实例设计

2.1实例场景

众所周知，在商业活动中，顾客的购买行为受很多因素的影响，而商家都会努力地迎合顾客的需求以促成顾客的购买行为。以展销会、高端专柜等销售场景为例，除了产品本身的性能、价格和质量等客观因素外，另外一个非常重要的影响因素就是在消费过程中客户的购买体验。经常存在这种情况，顾客因为某些和产品无关的因素，而失去了在某柜台购物的兴趣，商家都会希望避免这种情况发生，那么如何才能让顾客在商家的购买体验中更好地贴合其实际的需求呢？

随着计算机技术的发展，日益完善的人机交互技术为在未来的商业活动中实现完全的人机交互式体验提供了可能。

2.2系统设计的原理

该系统的设计完全按照人机交互理论体系进行。从人机交互过程来讲，商场系统的作用可分为4步：首先，通过商场中的各种传感器来直接或间接地与顾客接触，获得顾客的感知信息；其次，通过系统重建人体模型，对顾客的感知信息进行分析；然后，利用后台计算机或分布式计算平台建立数学模型、实现强大的运算功能，实现感知信息的理解（理解顾客的姿态或手势所代表的含义）；最后，调用相关的应用程序，满足顾客的最终需求。当然，在实现感知信息的理解过程中，需要通过机器学习技术，不断地提高系统理解的准确度，最终达到完美地满足顾客需求的目的，这也就完成了商铺与顾客的人机交互的全过程。

2.3系统优势

这种人机交互式商业比起传统的人工服务具有明显的优势，在这些销售场景中，如果想要完美地满足客户的需求，销售人员或者工作人员就必须具有较高的销售技能，要能够准确地判断客户的喜好甚至心情，然后根据客户的喜好来进行适当的推销，但这往往需要多年的经验，而这样的销售人员非常少有。而且，即使是最优秀的销售人员，当其准确地捕捉到了客户的需求后，其促销手段也非常单一，通常都是通过语言进行推销，但是过多的语言常常会打扰到客户自由的购买体验。

而通过人机交互式商业，商家可以通过现代体感设备来准确地获取顾客的感知信息，对比得出此时顾客可能的身心状态信息，然后根据这些信息，综合系统的各种交互式通道响应来更好地满足客户的要求。响应的方式包括调节商家的灯光明暗色彩、背景音乐的内容与旋律、暖气和冷气等。

2.4相关技术

在这个过程中，商家的交互式系统能够准确地获取顾客信息的过程是非常重要的。人体运动跟踪技术是计算机视觉和人机交互融合的一个重要研究方向，从视频中跟踪、获取人体数据，重建人体的三维运动。该技术提出一种基于人体运动跟踪并结合面部表情图像，以及支持向量机的多分级融合的识别方法，把语音识别的输出结果和图像识别的输出结果进行融合，最终产生带情感标记的识别结果，可以准确地分析人体的身体基本情况和情绪状况。虽然基于人体运动进行情感识别的工作基础薄弱，但是发展前景巨大，特别是随着机器学习技术的发展，只要在人类情绪的描述中引入可量化的特征，则我们便可以通过机器学习技术不断地提高识别的效率。

比如在某个场景中，当顾客走进店铺时，利用人体运动跟踪技术，若系统检测到顾客的步幅减小、表情疲惫和声音虚浮等信息，则系统将这些信息综合处理后便可进行响应，通知工作人员为顾客提供休息、喝水等服务。若检测到顾客身体肌肉颤栗或者表情僵硬等信息，综合分析后发现顾客可能处于寒冷状态，则系统综合处理后可响应，通知工作人员适当地增加该顾客周围展柜的暖气温度，让顾客更加舒适地购物。若检测到顾客的体温升高、体表排汗增加，则系统可以响应，通知工作人员适当地降低柜台的冷气温度。当利用情绪识别技术监测到顾客情绪低迷时，则可综合色彩心理学数据库的数据来调整展柜灯光，综合音乐理论来调整背景音乐，将顾客的情绪微调到更加适合购物的状态。

3　结束语

人机交互技术一直在伴随着计算机的发展而不断地进步，未来会更加深入地改变我们的生活。笔者设计的这个商业应用实例仅仅是人机交互技术广阔的应用领域中的一个方向。这些微小而贴心的交互式体验都是传统的人工服务难以提供的。而在未来的交互式商业区，这些可能还只是最基本的构成。随着未来的发展，所有的商铺都将实现信息联合、响应联合，从而使整个商圈，乃至整个城市都变成一个有机的整体，让城市中的每一个人都可以友好地与城市进行交互，智慧城市的理想也就更加容易、尽快地实现了。

参考文献：

[1]董士海，王衡.人机交互[M] .北京：北京大学出版社，2010.

[2]董士海.人机交互的进展及面临的挑战[J] .计算机辅助设计与图形学学报，2004，16（1）：2-14.

[3]董士海.计算机用户界面及其工具[M] .北京：科学出版社，1994.

[4]黄艳群，李荣丽.人机界面[M] .北京：北京理工大学出版社，2007.

[5]董建明.人机交互：用户为中心的设计[M] .北京：清华大学出版社，2007.

[6]罗仕鉴，朱上上.人机界面设计[M] .北京：电子工业出版社，2002.

[7]张亮.细节决定交互设计的成败[M] .北京：中国水利水电出版社，2009.

[8] JENNIFER Preece，YVONNE Rogers，HELEN Sharp.交互设计：超越人机交互[M] .刘晓辉，张景，麦中凡，等译.北京：电子工业出版社，2003.

[9]陈幸.基于高斯特征的人体运动情感识别研究[D] .武汉：华中科技大学，2011.

[10]王玉. SUI：新一代用户界面技术[J] .微电脑世界，2002（5）：19-20.

The Commercial Application of Human-computer Interaction

YANG Lin-lan1，LIN Zhao-wen2
（1. Yiling High School of Yichang Citt of Hubei Province，Yichang 443000，China；2. Network Techrologt Research Institute of Beijing Universitt of Posts and Telecommunications，Beijing 100107，China）

Abstract：Human -computer interaction is a vert important part of computer science and technologt，whose histort throughouts the whole development process of computer science and technologt. Firstlt，the concept，principle and development process of human -computer interaction are introduced brieflt. And then，the specific application of human -computer interaction technology in the commercial development is described with an example. The results show that comparing with traditional business model，human-computer interactive business has obvious advantages，through which businesses can accuratelt obtain customers’perceptual information，so as to better meet customers’meeds，and make them acquire better buting experience. Therefore，the business model has a broad application prospect.

Key words：human-computer interaction；development；customer demand；commercial application

通信作者：林照文（1979-），男，广东揭阳人，北京邮电大学网络技术研究院教授，从事计算机科学研究与教学工作。

作者简介：杨林岚（1998-），女，湖北宜昌人，湖北省宜昌市夷陵中学，研究方向为计算机科学。

收稿日期：2015-12-20修回日期：2016-03-07

基金项目：★国家高技术研究发展计划（863计划）（2013AA014702）项目资助

doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2016.02.014

中图分类号：TP 11

文献标志码：A

文章编号：1672-5468（2016）02-0071-05