人機交互的商業應用研究★

楊林嵐，林昭文

（1.湖北省宜昌市夷陵中學，湖北　宜昌　443000；2.北京郵電大學網絡技術研究院，北京　100107）

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人機交互的商業應用研究★

楊林嵐1，林昭文2

（1.湖北省宜昌市夷陵中學，湖北宜昌443000；2.北京郵電大學網絡技術研究院，北京100107）

摘要：人機交互是計算機科學技術中非常重要的一個部分，其發展歷史貫穿于計算機科學技術的整個發展過程中。首先，對人機交互的概念、原理及其發展過程進行了簡單的介紹；然后，應用實例，對人機交互技術在商業發展中的具體運用進行了說明。結果表明，與傳統的商業模式相比，人機交互式商業具有明顯的優勢，通過人機交互式的商業活動，商家可以準確地獲得顧客的感知信息，從而更好地滿足顧客的需求，讓顧客獲得更好的購買體驗，因此，該商業模式具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：人機交互；發展；客戶需求；商業應用

0　引言

在以計算機或類計算機為核心的電子產品時代，人機交互技術正在成為研究的重點之一。其發展的速度非常快，并且和計算機的發展緊密相關。不管是在科技領域還是在日常生活中，人機交互技術都已經得到了越來越多的應用。首先，我們分析了人機交互的發展及其核心思想；然后，利用已有的相關技術，虛擬了一個應用的場景，即高端展銷會和品牌專柜，對其商業應用模式進行了實例研究。

1　研究基礎

1.1理論基礎

1.1.1人機交互的概念

人機交互（HCI：Human-Computer Interaction）是指人與計算機之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程[1]。其中的用戶界面是用戶與計算機的對話接口，可以傳遞和交換信息，是計算機系統的重要組成部分。人機交互和用戶界面之間的聯系非常緊密，但是他們是兩個完全不同的概念，前者強調的是技術和模型，后者則是計算機的關鍵組成部分。計算機可以說是20世紀最偉大的一項發明，它對21世紀的人類生活的各個方面都有著深遠的影響。回顧人類計算機的發展史可以發現，計算機硬件已經取得了飛速的發展，例如：處理器的處理速度飛速地增長、存儲器的存儲容量爆炸式地劇增，與此同時，人機交互技術也取得了迅速的發展。已有的人機交互技術，例如：用戶們非常熟悉的鼠標、窗口、超文本和瀏覽器等，都已對計算機的發展和人類的生活產生了巨大的影響，而且還將繼續影響著全人類的未來。人機交互技術是現在信息產業競爭的重中之重，世界各國都已經意識到，人機交互技術是需要重點研究的一項關鍵技術，其關系到國家信息產業的未來。微軟中國（后改為亞洲研究院）從成立之初，就已經將現代化的人機交互技術列為了其主要的研究方向。1992年圖靈獎獲得者、微軟研究院軟件總工程師Butler Lampson在題為“二十一世紀的計算研究”報告中指出“計算機有3個作用：1）是模擬，即模擬各種模型來幫助人類理解和計算；2）是幫助人們進行通信；3）是互動，也就是與實際世界的交流，人們希望計算機能夠看、聽、講，甚至比人做得更好，并且能夠進行實時處理”[2]。人機交互技術，正是幫助計算機實現其與人類互動功能的重要技術。

人機交互研究的歷史，可以分為兩個界限分明的時代：第一代人機交互技術是以文本為基礎、機器為核心的交互，其特征是菜單、命令和對話等。這一代的人機交互技術，非常難以使用戶適應，并且不靈活、不自然。第二代人機交互技術則是以用戶為主，給用戶直接的操作界面，能夠引出更自然的視覺通信交互。這種交互是通過多媒體的集成方法，計算機大量地處理自然語言和高級圖形，也可以處理其他的交互媒體，例如：人的動作、手勢和三維圖像等。這些通信交互的方式，目的都只有一個，就是讓人和計算機更加自然地進行交流。

隨著互聯網、虛擬現實和移動計算等領域的飛速發展，人機交互技術也面臨著全新的挑戰和機遇。以現在的大熱門——虛擬現實為代表的計算機系統的擬人化技術，以筆記本電腦、智能移動終端為代表的計算機的微型化、隨身化和嵌入化，將是計算機的兩個重要的應用趨勢，而人機交互技術則是這兩個應用趨勢中的瓶頸技術。為擬人化的計算機系統提供更加擬人化的交互式體驗，為筆記本電腦、智能移動終端提供更加微型化、智能化的交互式系統，這是人機交互新時代的要求[3]。

由以機器為中心轉變為以人為中心，自然、高效將是新一代人機交互的主要發展方向[4]。人類與生俱來最自然的認知習慣和形式也必將成為人機交互的發展方向，人與計算機的溝通，將和人與自然的溝通一樣順暢。因此，工程師們的目標是，讓未來的計算機和人類一樣能聽、能看、能說、能感覺。在計算機的發展史上，一直都是人類去適應計算機的邏輯方式，去學習計算機語言，而在未來，計算機將朝著適應人類的思維、人類的邏輯方向發展，計算機將能夠理解人類的語言、動作甚至情緒[5]。

1.1.2人機交互技術的原理

a）人機交互的過程

人機交互的過程，可分為4步：首先，通過各式各樣的傳感器，直接或者間接地接觸人，以獲得人的感知信息，這些信息包括聲音、圖像和手勢動作等；其次，通過系統地重建人體模型，對感知信息進行分析；然后，在數據庫中進行匹配識別；最后，對分析結果進行計算，得出對人的感性的理解，并將理解結果通過合理的方式表達出來[6]。

b）人機交互的功能

從功能實現來看，人機交互是一個閉環的模式識別系統，具備人類感知信息的獲取、感知信息的分析、數據匹配識別、感知信息的計算理解和信息表達等功能[7]。在人機交互的4個環節中，人類感知信息的獲取、識別和感知信息的計算理解是關鍵，也是難點。如何準確、完整地獲取人類的感知信息，并將這些信息計算加以識別，最后得出對人類感知信息的理解，這些都是需要不斷研究的方向。

c）人機交互的實現

感知信息的獲取和識別環節屬于感知層的范疇[8]，而感知信息的理解和表達則屬于應用層的范疇。人機交互的具體實現過程為：首先，通過現代體感設備來實現信息的獲取；其次，通過嵌入式芯片來實現體感信號的模式識別；然后，通過后臺計算機或分布式計算平臺來建立相應的數學模型，實現強大的運算過程，從而得出對感知信息的理解；最后，將這些信息轉入應用層，系統地調用相關的應用程序并對用戶進行響應，滿足用戶的最終需求。

1.1.3人機交互的發展

a）人機交互發展的早期

這個時期人機交互的主要特點是以計算機為主，人需要去適應現在看來十分笨拙的計算機。這個過程緩慢而繁雜，因為這一時期多數計算機是二進制機器，技術人員必須使用二進制的機器語言來編寫程序，通過各種開關、指示燈和卡片上的孔這些最簡單的元素來表示復雜的數據或指令進行人機交互。這種方式，雖然過程非常繁雜，但當時計算機尚未流行，只是在國家軍事或研究部門單獨地研制使用，而且，當時大多數情況下計算機往往都只供設計者本人或者僅在設計者的單位內部使用，因而，對于使用方式的理解并沒有那么困難。然而，自1946年世界上第一臺數字計算機ENIAC誕生后，計算機技術取得了驚人的發展。計算機已不僅僅作為一種重要的計算工具為人們所使用，在新的產業革命中，其還將與現代通信技術和新材料技術等結合在一起，發揮更大的作用。因此，計算機的交互技術，也急切地需要進一步的發展[9]。

b）人機交互目前的狀況

現代計算機幾乎在社會生活的每個領域中都擔當了重要的角色，人們利用計算機來做大量的重復性的工作，因為計算機在這方面的能力，已大大地超過了人。雖然計算機的能力越來越強，但是它仍然只是一種工具，就算是一種高級的工具，也只是人腦、手和眼等器官的擴展，因此它仍必須在人的支配、控制、操縱和管理下才能正常地工作。所以，計算機和人的交互技術，仍然是永遠值得研究的方向。現在各式各樣的令人眼花繚亂的技術和產品在不斷地更新換代，總結它們盛衰的緣由，可以得出一個規律，即：凡有助于減少人類和機器之間的溝通溝壑的，有助于建立人機友好交互環境的理論、方法、技術和產品等都具有強大的生命力。例如：觸控的智能終端、多媒體、開放系統、面向對象的編程、網絡計算和嵌入式計算等，均因為其注重機器和人的友好交互而日益被大眾所接受，并逐漸地成為了主流的技術。

而且，建立和諧的人機環境，也不僅僅局限于設計并實現一個友好的人機界面和靈活的交互功能。人機交互的最終目的是：從人在使用計算機的過程中增長了知識，發展到計算機在被人使用的過程中優化了自身。在計算機初步發展的時代，用戶都在極力地追求“更快、更高和更安全”的計算機，但是，隨著信息技術發展到了一定的程度，以及信息應用系統的普及，用戶現在更多地在致力于尋求更為“好用、適用、想用用”的計算機[10]，這種結果是計算機技術和人工智能技術發展到一個新的階段的重要標志之一。

c）人機交互的發展趨勢

人機交互的基本發展過程，是從最開始的以設備為主，人去適應設備，到現在的忽略設備的存在，完全以人為主。從交互建立初始，其最大的變化是由按鍵到觸控屏的轉變；技術的重點是提高觸控性能和擴大觸控范圍，同時將顯示質量從VGA提升至UHD（4 K）；工業設計方面則是實現更加清晰、更加纖薄的曲面顯示。之后，專注于用戶的個性化交互將被廣泛地應用，這一變革的標志是文本類密碼的使用范圍正在減少，取而代之的是更加獨特、更加簡單自然的生物識別（用戶獨有的特征）。這一技術的普及將極大地推動移動支付，但仍需要協調銀行、支付機構、商家和技術提供商等各個環節，因此需要線上快速身份驗證（FIDO）聯盟來制定標準，這個過程正在逐步地實現。接下來，專注于人類生活環境的情景識別交互是必然趨勢，這個階段的目標是讓設備能夠完全地了解環境情況并且適應環境，系統能夠預知用戶的潛在需求。這需要不同類型的傳感器聯合工作，處理器進行大量的計算，增強感知數據的現實感。系統發展的最終目的是，個人設備徹底地消失，取而代之的是尺寸纖巧的傳感器，最重要的是這些傳感器將無處不在，任何地方，例如：桌面、扶手、玻璃和墻壁等都有可能成為人機交互的媒介。這是通過全方位感知來獲得終極用戶體驗的階段。

觸控技術是目前發展最成熟，也是最為成功的人機交互技術。現在熱門的可穿戴設備、物聯網和車聯網等概念，都涉及到了人對設備的控制，以及人和設備之間的交互，從而為觸控技術提供了很大的發揮空間，讓觸控技術擁有了更廣泛的應用領域。但是，目前市場的競爭非常激烈，對技術更新換代的要求也是日新月異。因此，觸控技術的發展仍面臨著不小的挑戰。另外，移動設備主要的增長潛力目前集中在對成本更加敏感的中低端市場，因此研發觸控技術的企業面臨的問題是，如何既攻克技術的難題、提高客戶的操控體驗，又有效地降低技術的成本。市場的需求是，不斷地用性價比更高的方式來實施觸控技術。從這個方面來講，觸控技術雖然取得了巨大的成功，但是人機交互新技術的研發仍然非常有必要。

在人機交互技術未來發展方面，目前業界仍在進行多方面的探索和嘗試。其中，生物識別技術和手勢控制技術是目前最有前景的技術。生物識別是以人的基本生命體征作為識別依據，特點是方便、獨特。指紋、虹膜、面部，乃至眼睛當中的血管都可以被用來讓智能終端設備驗證用戶的身份。隨著云服務的普及，生物識別技術將幫助我們更方便、更安全地登錄到云端賬號。在不久的將來，生物識別技術將使錢包、現金等徹底地消失，所有的信息都將與我們自身的生命體征綁定，既獨一無二又無比安全。除此之外，結合高保真影像技術的使用，手勢控制技術同樣具有非常好的應用前景。這種技術的特點是非常方便，因而深受用戶的喜愛。

隨著虛擬技術的發展，現在流行的圖形用戶界面在某一天也會被新的虛擬界面淘汰。新一代的交互用戶界面將追求身臨其境的體驗，為用戶提供多感覺通道的交互。例如：在你煩惱的時候，如果想看布拉格的落日，或者想坐在塞納河畔的微風里喝最地道的手磨咖啡，這些都可以通過虛擬現實技術而得到即時的實現。計算機可模擬人類感覺的世界而生成一種完全仿真的世界，這里的“世界”是指具有真實感的立體圖形，包括氣味、聲音和溫度等人類的感官信息，它既可以來自于某處真實的世界，也可以是純粹構想的世界。操作者可以通過視覺、聽覺、觸覺和力覺等多通道與之交互，從而獲得徹底“身臨其境”的體驗。

2　應用實例設計

2.1實例場景

眾所周知，在商業活動中，顧客的購買行為受很多因素的影響，而商家都會努力地迎合顧客的需求以促成顧客的購買行為。以展銷會、高端專柜等銷售場景為例，除了產品本身的性能、價格和質量等客觀因素外，另外一個非常重要的影響因素就是在消費過程中客戶的購買體驗。經常存在這種情況，顧客因為某些和產品無關的因素，而失去了在某柜臺購物的興趣，商家都會希望避免這種情況發生，那么如何才能讓顧客在商家的購買體驗中更好地貼合其實際的需求呢？

隨著計算機技術的發展，日益完善的人機交互技術為在未來的商業活動中實現完全的人機交互式體驗提供了可能。

2.2系統設計的原理

該系統的設計完全按照人機交互理論體系進行。從人機交互過程來講，商場系統的作用可分為4步：首先，通過商場中的各種傳感器來直接或間接地與顧客接觸，獲得顧客的感知信息；其次，通過系統重建人體模型，對顧客的感知信息進行分析；然后，利用后臺計算機或分布式計算平臺建立數學模型、實現強大的運算功能，實現感知信息的理解（理解顧客的姿態或手勢所代表的含義）；最后，調用相關的應用程序，滿足顧客的最終需求。當然，在實現感知信息的理解過程中，需要通過機器學習技術，不斷地提高系統理解的準確度，最終達到完美地滿足顧客需求的目的，這也就完成了商鋪與顧客的人機交互的全過程。

2.3系統優勢

這種人機交互式商業比起傳統的人工服務具有明顯的優勢，在這些銷售場景中，如果想要完美地滿足客戶的需求，銷售人員或者工作人員就必須具有較高的銷售技能，要能夠準確地判斷客戶的喜好甚至心情，然后根據客戶的喜好來進行適當的推銷，但這往往需要多年的經驗，而這樣的銷售人員非常少有。而且，即使是最優秀的銷售人員，當其準確地捕捉到了客戶的需求后，其促銷手段也非常單一，通常都是通過語言進行推銷，但是過多的語言常常會打擾到客戶自由的購買體驗。

而通過人機交互式商業，商家可以通過現代體感設備來準確地獲取顧客的感知信息，對比得出此時顧客可能的身心狀態信息，然后根據這些信息，綜合系統的各種交互式通道響應來更好地滿足客戶的要求。響應的方式包括調節商家的燈光明暗色彩、背景音樂的內容與旋律、暖氣和冷氣等。

2.4相關技術

在這個過程中，商家的交互式系統能夠準確地獲取顧客信息的過程是非常重要的。人體運動跟蹤技術是計算機視覺和人機交互融合的一個重要研究方向，從視頻中跟蹤、獲取人體數據，重建人體的三維運動。該技術提出一種基于人體運動跟蹤并結合面部表情圖像，以及支持向量機的多分級融合的識別方法，把語音識別的輸出結果和圖像識別的輸出結果進行融合，最終產生帶情感標記的識別結果，可以準確地分析人體的身體基本情況和情緒狀況。雖然基于人體運動進行情感識別的工作基礎薄弱，但是發展前景巨大，特別是隨著機器學習技術的發展，只要在人類情緒的描述中引入可量化的特征，則我們便可以通過機器學習技術不斷地提高識別的效率。

比如在某個場景中，當顧客走進店鋪時，利用人體運動跟蹤技術，若系統檢測到顧客的步幅減小、表情疲憊和聲音虛浮等信息，則系統將這些信息綜合處理后便可進行響應，通知工作人員為顧客提供休息、喝水等服務。若檢測到顧客身體肌肉顫栗或者表情僵硬等信息，綜合分析后發現顧客可能處于寒冷狀態，則系統綜合處理后可響應，通知工作人員適當地增加該顧客周圍展柜的暖氣溫度，讓顧客更加舒適地購物。若檢測到顧客的體溫升高、體表排汗增加，則系統可以響應，通知工作人員適當地降低柜臺的冷氣溫度。當利用情緒識別技術監測到顧客情緒低迷時，則可綜合色彩心理學數據庫的數據來調整展柜燈光，綜合音樂理論來調整背景音樂，將顧客的情緒微調到更加適合購物的狀態。

3　結束語

人機交互技術一直在伴隨著計算機的發展而不斷地進步，未來會更加深入地改變我們的生活。筆者設計的這個商業應用實例僅僅是人機交互技術廣闊的應用領域中的一個方向。這些微小而貼心的交互式體驗都是傳統的人工服務難以提供的。而在未來的交互式商業區，這些可能還只是最基本的構成。隨著未來的發展，所有的商鋪都將實現信息聯合、響應聯合，從而使整個商圈，乃至整個城市都變成一個有機的整體，讓城市中的每一個人都可以友好地與城市進行交互，智慧城市的理想也就更加容易、盡快地實現了。

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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，廣東揭陽人，北京郵電大學網絡技術研究院教授，從事計算機科學研究與教學工作。

作者簡介：楊林嵐（1998-），女，湖北宜昌人，湖北省宜昌市夷陵中學，研究方向為計算機科學。

收稿日期：2015-12-20修回日期：2016-03-07

基金項目：★國家高技術研究發展計劃（863計劃）（2013AA014702）項目資助

doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2016.02.014

中圖分類號：TP 11

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5468（2016）02-0071-05