普適計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)交互設(shè)計(jì)的影響

文|劉志趙珣

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普適計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)交互設(shè)計(jì)的影響

文|劉志1趙珣2

隨著計(jì)算模式經(jīng)歷了主機(jī)計(jì)算和桌面計(jì)算兩個(gè)時(shí)代，計(jì)算模式步入普適計(jì)算時(shí)代，普適計(jì)算的本質(zhì)不在于開發(fā)新的計(jì)算設(shè)備，而在于開發(fā)與之相適應(yīng)的人與計(jì)算機(jī)之間新的交互方式，使計(jì)算機(jī)真正進(jìn)入人們的工作和生活，“智能互動(dòng)”是普適計(jì)算時(shí)代的新課題。

計(jì)算模式的發(fā)展

目前，計(jì)算模式已經(jīng)經(jīng)歷了主機(jī)計(jì)算時(shí)代和桌面計(jì)算兩個(gè)時(shí)代。主機(jī)計(jì)算時(shí)代的計(jì)算機(jī)只用于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，安裝在計(jì)算中心，人與計(jì)算機(jī)交流，使用的是生澀的機(jī)器語言。20世紀(jì)80年代，計(jì)算模式跨入桌面計(jì)算時(shí)代，PC開始流行。

隨后，計(jì)算機(jī)使用者的范圍由專業(yè)人員擴(kuò)展到了其他行業(yè)，這得益于圖形用戶界面與多媒體技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)，計(jì)算模式開始跨入普適計(jì)算時(shí)代。

交互設(shè)計(jì)理念下計(jì)算模式發(fā)展

在主機(jī)計(jì)算時(shí)代，計(jì)算機(jī)是貴重的科學(xué)儀器，用戶不會(huì)考慮需不需要交互設(shè)計(jì)。在桌面計(jì)算時(shí)代，計(jì)算機(jī)走進(jìn)了用戶的辦公室和家庭，交互設(shè)計(jì)也隨之迅速發(fā)展。速度更快、體積更小、價(jià)格更低廉的微處理器不斷地生產(chǎn)，使在生存環(huán)境中嵌入“計(jì)算機(jī)”成為可能。人類有限的能力限制了同時(shí)從事的活動(dòng)數(shù)目，桌面計(jì)算的缺點(diǎn)開始慢慢暴露。在桌面計(jì)算模式下，計(jì)算機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位：一是人必須主動(dòng)使用計(jì)算機(jī)才能獲得計(jì)算和信息服務(wù)；二是人機(jī)之間的交互方式更合適機(jī)器而不是人；三是人必須處理各種計(jì)算任務(wù)的細(xì)節(jié)才能獲得所需結(jié)果。

當(dāng)一個(gè)人同時(shí)面對(duì)很多臺(tái)不同的計(jì)算設(shè)備，又處在計(jì)算機(jī)占主導(dǎo)地位的情形下，其注意力就將完全被計(jì)算設(shè)備而不是要完成的任務(wù)所占據(jù)，這時(shí)計(jì)算模式進(jìn)入普適計(jì)算時(shí)代，此時(shí)人的注意力將成為計(jì)算機(jī)科學(xué)需要關(guān)注的稀缺資源。早在1991年，Mark Weiser于在《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century”中提出來了普適計(jì)算的思想[1]，強(qiáng)調(diào)把計(jì)算機(jī)嵌入到環(huán)境或日常工具中去，強(qiáng)調(diào)將人們生活的物理空間和信息空間融和。

普適計(jì)算帶來交互設(shè)計(jì)的變化

主機(jī)計(jì)算時(shí)代人與機(jī)器交流使用艱澀的機(jī)器語言，只有少數(shù)專家懂得。當(dāng)時(shí)專家訪問計(jì)算機(jī)是獲取數(shù)據(jù)；桌面計(jì)算時(shí)代是較為人性的人機(jī)界面，大多數(shù)人能很順利的操作PC機(jī)并獲取語音和圖像等資料；普適環(huán)境下，計(jì)算機(jī)已經(jīng)嵌入了普通事物中，人機(jī)接口設(shè)計(jì)的新挑戰(zhàn)就是交互設(shè)計(jì)。

在普適環(huán)境下，有這樣一個(gè)情景：當(dāng)你從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間時(shí)，你所欣賞的音樂也要跟著你在到達(dá)房間中連續(xù)播放。如果用戶不想再聽音樂，想到安靜的廚房，沖一杯咖啡喝，而這時(shí)音樂暫停播放。在這個(gè)情景中，通過傳感器可以感知到用戶的位置和各種細(xì)微的行為，如眼神的變化，面部表情等，體現(xiàn)了普適計(jì)算的兩個(gè)特性：“無所不在的感知”和“基于上下文的交互” [2]。可以用格式塔心理學(xué)的理論解釋一下這個(gè)設(shè)計(jì)過程。行為環(huán)境是格式塔心理學(xué)的一個(gè)重要概念，設(shè)計(jì)師的行為也是基于行為環(huán)境的。設(shè)計(jì)師基于自己的行為環(huán)境來臆測用戶的行為，再根據(jù)用戶的行為來設(shè)計(jì)設(shè)備的行為，而用戶的行為是基于自己的行為環(huán)境的，由于設(shè)計(jì)師的行為環(huán)境和用戶的行為環(huán)境是不同，所以設(shè)計(jì)師難免會(huì)錯(cuò)誤估計(jì)了用戶行為背后的原因，設(shè)計(jì)師有必要降低這種風(fēng)險(xiǎn)。普適環(huán)境下，設(shè)備已經(jīng)嵌入用戶的物理環(huán)境，設(shè)備外形帶來的影響很小。

普適計(jì)算時(shí)代的“智能交互”

普適計(jì)算的本質(zhì)不在于開發(fā)新的計(jì)算設(shè)備，而在于開發(fā)與之相適應(yīng)的人與計(jì)算機(jī)之間新的交互方式，使計(jì)算機(jī)成為工作、生活必需品，并像筆紙、刀叉一樣使用方便。“智能互動(dòng)”是普適計(jì)算時(shí)代給我們提出的新的課題，智能家居將為人類的生活帶來新的變化。早期，智能家居主要是指“家庭自動(dòng)化”，包括使用各種家庭自動(dòng)化產(chǎn)品和配件。目前，通常把智能家居定義為利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，應(yīng)用家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。

設(shè)備間通信。設(shè)備間能夠進(jìn)行有效的通信意味著一個(gè)設(shè)備能夠在其他設(shè)備所需的特定條件發(fā)生時(shí)指示其完成相應(yīng)的功能，初始設(shè)備可以是房間里的任何設(shè)備。設(shè)備間通信的基礎(chǔ)是智能家電具有聯(lián)網(wǎng)能力，這里的“聯(lián)網(wǎng)能力”并不是指Internet接入能力，而是指能連接家電設(shè)備的任何接口，它保證各設(shè)備間能交換數(shù)據(jù)。家庭網(wǎng)絡(luò)是信息高速公路進(jìn)入家庭的產(chǎn)物，是家庭信息基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分。家庭網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)、電視、保安及家電自動(dòng)化，通過電力線、電話線、電視電纜、光纖、無線電、紅外線等多種方式，將家庭中的多臺(tái)電腦與其外圍設(shè)備、多種數(shù)字設(shè)備以及數(shù)碼家電互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享。

設(shè)備服務(wù)抽象。由于智能家居必須支持不斷變化的智能家電及服務(wù)，因而必須解決服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題。首先，系統(tǒng)必須能夠發(fā)現(xiàn)存在的可用設(shè)備和服務(wù)，繼而確定新發(fā)現(xiàn)設(shè)備及其服務(wù)的能力。為了通過單一控制器控制眾多的動(dòng)態(tài)智能家電，就必須使智能家電的硬件設(shè)備控制、內(nèi)部計(jì)算邏輯和用戶接口相分離，靈活地改變智能家電的交互機(jī)制而無須改變底層應(yīng)用。對(duì)智能設(shè)備提供的服務(wù)進(jìn)行抽象描述就能實(shí)現(xiàn)上述分離，這種抽象服務(wù)描述允許每一種服務(wù)對(duì)外公布其所具有的一組屬性，使其他服務(wù)能夠自動(dòng)地與其進(jìn)行交互。

感知無所不在。對(duì)用戶的感知是智能家電為用戶提供智能交互操作的基礎(chǔ)，它包括以下方面：用戶識(shí)別、用戶方位感知、用戶行為感知、用戶表情感知、感知設(shè)備分布、感知設(shè)備能力、感知環(huán)境變化。在智能家居環(huán)境中，用戶可以隨時(shí)隨地與智能家電交互，走到特定地方的要求、穿戴特殊的設(shè)備或標(biāo)志都已不再需要，無論你在哪，智能家電都能感受到你。

基于上下文的交互。任何能夠用來刻畫實(shí)體狀況的信息稱為上下文，實(shí)體可以是與用戶和應(yīng)用建立交互相關(guān)的用戶、地點(diǎn)或物體。上下文在交互中的重要性表現(xiàn)在以下方面：一是同樣的輸入，不同的上下文可能具有不同的語義。二是在人與人的交談中運(yùn)用蘊(yùn)含的狀態(tài)信息，可提高信息的效率。三是在普適計(jì)算環(huán)境下，在交互過程中實(shí)現(xiàn)接口和服務(wù)的個(gè)性化也需要上下文信息，物理上的接口不是個(gè)人專有，而是由多人共享。四是智能家居環(huán)境是一個(gè)上下文感知的智能環(huán)境，其中，智能家電能夠?yàn)橛脩籼峁┮恢滦缘幕谏舷挛牡慕换ァＨ绻脩粢驗(yàn)橐苿?dòng)而改變其狀態(tài)，那么系統(tǒng)必須知道怎樣在新的位置維持一致的用戶交互行為或操作。

隨著計(jì)算機(jī)更加普及，結(jié)合了普適計(jì)算技術(shù)的智能家電也將得到廣泛應(yīng)用。將來的電視、電話、電子書、電子記事本等都會(huì)配置微處理器和軟件，都會(huì)擁有計(jì)算機(jī)的功能。目前，以智能家電為基礎(chǔ)，把醫(yī)療監(jiān)護(hù)與住宅建設(shè)和管理相結(jié)合的“智能住宅”已經(jīng)初現(xiàn)端倪，包括微軟的Easy Living、MIT 開發(fā)的House_n等研究項(xiàng)目、新加坡的“未來之家”、美國的X-10等實(shí)驗(yàn)應(yīng)用系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)信息化程度不斷提高，人類將對(duì)智能家居的功能提出更高層次的要求。毫無疑問，智能家電已經(jīng)成為未來家電發(fā)展的趨勢，前途將無限光明。

（作者單位：1.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.湖北省疾病預(yù)防控制中心）