基于5G時代人機交互技術的科學傳播模型建構

李佳柔

（中國科學技術大學人文與社會科學學院，安徽 合肥 230026）

一、引言

人機交互技術屬于一種前沿科學技術，在5G、云計算、大數據、邊緣計算、物聯網等越來越成熟的信息通信技術（Information and Communication Technology，ICT）支持下，趨向重視感官與直覺的多模態交互、自然交互方向發展，凸顯智慧化、人性化的技術優勢。5G時代，新一代智能人機交互、自然人機交互技術向科學傳播領域融合滲透，用戶通過多感官、多模態的智能人機界面方案參與科學、感悟科學、體驗科學，助力科學傳播解放人力，降低成本，提高傳播效率，因而成為科學傳播演進發展的重要動力。根據自然人機交互技術和體系的發展趨勢，及其在科學傳播領域中日益廣泛的應用態勢，文章認為，新一代人機交互傳播有望成為未來科學傳播的重要模式。因此，以簡化模型建構的方法來闡釋人機交互傳播的結構、過程和關系。研究旨在對傳播者開發5G信息環境下科學傳播的新服務、新產品、新場景、新模式的決策和行為提供參考價值。

二、5G時代的新型人機交互技術

（一）人機交互技術概說

人機交互技術（Human-Computer Interaction，HCI）就是通過計算機輸入輸出設備，以語音、動作、情緒等有效方式實現人與計算機之間信息交換的技術。人機交互技術是人機界面設計中的重要內容，包括交互的輸入設備和輸出設備的硬件技術，對人機界面進行分析、描述、設計和評估的軟件工程技術，以及數據庫技術、多媒體技術等等。人機界面（也稱為用戶界面）作為計算機系統的重要組成部分，是人與計算機之間雙向信息交互的媒介和對話接口。通過人機界面，人對計算機系統的狀態和運行過程進行理解和操作。從實質上看，人機交互技術的應用減輕了人的記憶能力、理解能力和認知能力，增強了人的感官能力和動作能力。

人機交互的發展始終與計算機發展緊密相連，經歷了以機器為中心到以人為中心的人機交互轉變過程。從最早的命令語言用戶界面到圖形用戶界面、直接操縱用戶界面、多媒體用戶界面，到現階段計算機科學家追求的多通道多媒體用戶界面，數字界面強勢取代人機硬件界面，成為信息智能系統人機交互的主要載體。

（二）5G時代人機交互技術的發展趨向

5G時代的到來使社會生產中有形產品與數字產品之間的邊界越來越消弭，產品創新的重點從技術向用戶體驗和人機交互遷移。5G與云計算、大數據、人工智能、物聯網等協同構建的新技術格局和萬物互聯新環境，為新一代人機交互技術的跨越式提升提供了重要保障和動力，使產品和服務創新的重點落實在個性化人機交互和自然、智能、高效的人機交互技術之上。

智能空間和智能人機界面是計算機科學家和工程師的關注焦點和研究熱點。智能空間是一個嵌入了計算、信息設備和多通道傳感器的工作空間，如智能教室、智能影院、智能汽車座艙等。在這些智能空間，人們可以自然地訪問所需信息和獲得計算機的各種服務。智能人機界面的核心是智能技術，“運用多感官、多模態的界面方案來理解周圍環境和相互交流，讓用戶獲得自然、本真和沉浸式的互動體驗是人機交互發展的最終目標”。

隨著相關技術穩定性、準確性的提升，研究者普遍看好利用人體多種感知通道（視覺、聽覺、肢體及手勢等）的融合技術或多模態交互技術（不同形式的輸入組合）。有研究者開展多模態觸覺再現系統的實驗證明，“相比單一視覺再現模式，視覺和觸覺再現融合模式完成相同任務的時間能節省47．7%”?？臻g增強現實環境中的許多應用都使用了多模態交互技術，“以并行的方式與計算機系統進行交互，發揮了各個模態獨特的優勢，利用模態之間的互補，帶來了交互的自然性和高效性”。自然多模態交互技術建立的人機界面具有優化用戶體驗、提高沉浸感的優勢，“一方面，智能多模態人機界面融合了語音、手勢、注視、觸摸屏等多種交互輸入接口，結合行為（表情、眼動、姿態）和生理信號等意圖信息實現多模態交互輸入；另一方面，通過觸覺、聽覺、嗅覺、平衡感和溫度等建立多模態交互反饋”。計算機專家指出：“未來的人機交互將更重視用戶的直覺與感官，產品將允許用戶利用自身固有的認知習慣及其所熟知的生活化行為方式進行的交互動作，旨在提高交互的自然性和高效性”，并斷言“未來人機交互的四個發展趨勢：自然交互、多模態顯示、虛擬身份和云數據”。

三、新一代人機交互技術對科學傳播的促進作用

現階段，語音、動作、表情、腦控、眼控、體感等多種高效、自然、智能的交互方式成為信息產業競爭的焦點，并對5G通信、智能機器人、航空航天裝備、智能汽車、電力裝備等行業產業起到革命性變革作用，為實體經濟賦能。同樣，新一代人機交互技術在科學傳播領域的融合滲透，也能夠對其產生積極的影響。最近幾年，AI和VR／AR技術在科學傳播場館中的應用實踐越來越多，對促進科學傳播走向多元化和情境化發揮了重要作用。當科學傳播類專屬的人機交互系統設計能夠落地應用時，這種促進作用將更加凸顯。

（一）智能終端設備成為傳播過程的重要組成部分

強大的5G網絡覆蓋之下，萬物互聯環境使智能手機、智能電視、VR眼鏡、觸摸屏等各種傳感設備和通信設備都具有自動生成信息、自主傳播信息的服務功能。信息生產和傳播的整個運作流程中，智能終端設備和自然人性化的人機界面將承擔科學家、科技傳播工作者等傳播主體的部分工作，在控制傳播內容和終止信息傳遞等方面發揮主動作用。因此，“人—機”信息交換技術顛覆了傳統的人際傳播和大眾傳播的“人—人”科學傳播模式，為用戶提供自助式、點單式科學傳播服務，既能解放人力——科學傳播工作者的勞動付出，又能打破傳統科學傳播的時空壁壘，以遠程、多方協作的方式解決科學傳播內容資源和設施資源在地區、人群上的不均衡問題。這些效用凸顯了智能、自然人機交互技術作為人體的延伸在科學傳播中的使用價值。

（二）新一代人機交互使科學信息觸達用戶的能力更強

智能人機交互、自然人機交互通過觸摸、手勢、表情、姿勢等指令識別和多模態交互輸入，以及觸覺、聽覺、嗅覺等多模態交互反饋，共同打造出人機一體的智慧傳播環境和智慧學習環境，從而使科學信息觸達用戶的能力更強，科學傳播的廣度、深度和時效性都將得到極大提高。

1．實現科學信息的全覆蓋式傳播。在科學傳播過程中，智能人機界面就是“自然流動的科普設施”，輔助科普場館發揮科學宣傳和教育的功能，通過多模態技術實現科學教育的超時空覆蓋，提供泛在式的學習環境和學習場景。如智能網聯汽車產出和使用之后，汽車內部空間的信息系統、車載應用和軟件功能更加強大，人與各種設備和應用程序構建“人—車—路—云”協同的智能出行場景和智慧傳播場景。高精地圖、感知算法以及全場景數據計算、分析和反饋技術，把行駛中自然風景和天氣信息實時更新上傳，同時又自動生成為地理環境、氣候成因等自然奧秘的相關知識，以音頻、視頻、語音、動作、表情等多模態交互方式即時觸達乘車人員，使其感知超時空信息傳遞。這樣，伴隨一場極具科技感和舒適感的智能交通體驗，同時收獲一種自然、沉浸式的科學傳播體驗。新一代人機交互實現信息傳播的全覆蓋，為用戶的非正式學習、移動式學習或泛在式學習提供了強大的技術支持和環境再造。

2．以情景式、沉浸式學習方式，提升用戶的具身認知能力。技術現象學的代表人物唐·伊德在 《技術中的身體》一書中提出了“技術具身”的觀點。他認為，技術與人融為一體，人的知覺和身體經驗通過技術中介而發生改變。根據心理學研究中的具身認知理論，認知來自于身體對客觀世界的體驗，在感官、身體和所處環境三個層面影響人的認知。體驗式、沉浸式傳播就是對技術具身的一種展示，是對具身認知理論的實踐。比如，目前大型科學傳播博物館、科技館中已經應用具有具身性的VR設備進行科學傳播，游覽者戴上頭顯、3D眼鏡或虛擬耳機，便可以體驗VR技術建立的虛擬世界。未來，AR、MR技術的發展和普遍應用，還可以給用戶帶來更為直觀的視覺感受和更強的感官體驗，比如，雙手和雙眼之外的觸覺、嗅覺等體感回饋，以更強的臨場感和沉浸感收獲更客觀真實的科學知識。Google Expeditions（谷歌探險）是一款利用VR技術帶領學生環球旅行的教學工具。依托三維模型，利用360度照片、聲音和視頻，學生想去哪里就去哪里，信息知識活靈活現地呈現，既生動有趣，又能提升學生的知覺、記憶、注意、思維和想象能力。新一代人機交互創造了具身的科學傳播環境，增強了科學信息觸達用戶的能力，并通過拓展用戶的感知范圍和感知層次，提升了用戶的具身認知能力。

3．實現“人—機”之間信息的雙向精準傳達。以用戶為中心的人機交互，通過人和計算機之間的多模態輸入和輸出，人的意圖信息、需求信息被準確捕捉、識別、同步記錄，并利用計算機超強的計算能力，為用戶自動過濾、篩選、生成、傳輸更具精準性、邏輯性的信息。同時，又通過用戶的感知、認知和反饋對界面設計方案進行實時驗證、優化。人機互動交互提升了數字生活場景中信息傳遞的可靠性和精準性。

（三）以多模態交互技術打造探究式學習過程

新一代數字交互形式多樣化、智能化、人性化，帶給用戶自然、沉浸式的傳播過程。利用360度全息顯示屏技術、空氣投影技術營造三維圖形用戶界面，使用戶在現實世界中與計算機所建立的三維模型進行交互操作，便可以360度觀看立體影像的不同方位，獲得難以在真實世界中實現的觀察方式、觀察角度和觀察效果。通過多感官體驗形成對外部世界直觀、具體的認知，能夠加深對科學信息知識的多元化、多層次理解。比如以互動視頻為傳播媒介的傳播活動，用戶在與互動視頻播放系統的互動操作中擁有自主選擇權，能夠決定視頻內容的走向。如果多路視頻流同時傳輸，還能夠支持多視角靈活組合，促進視頻內容的深度和表現力。另外，在互動操作中還可以靈活加入知識問答、問卷調查之類的互動選項，使用戶目標信息的呈現更具場景化，知識理解更深入透徹。

從實質上看，新一代人機交互給用戶提供了一個探究式的知識學習平臺。通過人機交互操作，達成用戶對科學真相的感官體驗式理解，并整合用戶面對科學知識時的觀察、想象、推理、論證、質疑和批判等各種能力，形成集體驗、思考、檢驗于一體的探究式學習過程。

四、新一代人機交互式科學傳播模型建構

在傳播學領域，傳播學家利用簡化模型的方法來闡釋傳播現象的結構、過程和關系，對信息傳播模式進行描述。如早期以哈德羅·拉斯韋爾和香農·韋弗為代表建立的線性傳播模式。在線性傳播模式中，科學傳播最具有代表性的傳播模型是“缺失模型”和“權威解說模型”，二者都把科學傳播視為單向的、自上而下的傳播過程。而現實傳播中的反饋、互動行為卻印證了科學傳播并非單向而是雙向互動的。所以，一些非線性科學傳播模式的模型紛紛被建構，如布萊恩·溫的內省模型、約翰·杜蘭特的民主模型等。隨著網絡媒介技術的發展在科學傳播中的地位日益突顯，基于人和新媒介環境復雜關系的傳播模式應運而生，如布魯斯·賴溫斯坦的網絡模式。如今，迭代更新的媒介技術給傳播帶來機遇和挑戰，引起學者們的重點關注，有學者將當下媒介融合時代科技傳播的模式概括為“互動循環模式”，即結合線上和線下展開互動循環模式的全方位傳播。

而在5G移動化、數字化、智能化時代，當傳播實踐上智能移動終端、上“云端”之后，傳播現象的結構、過程和關系也隨之發生變革，傳統的人際傳播、大眾傳播模式被顛覆，形成“人—機—網絡—云端”的信息交互和共享系統，智能、自然的人機交互新模式有望成為未來科學傳播的重要模式。因此，著眼于5G時代人機交換技術對科學傳播系統的變革，本研究嘗試搭建新一代人機交互科學傳播模型，對人與計算機的新型互動傳播行為進行設計和闡釋。如下圖。

新一代人機交互科學傳播模型

在新一代人機交互的科學傳播模型中，主要包含5G網絡、科普云、人、計算機四個關鍵元素，協同構建“人—機—網絡—云端”系統的信息交互和共享局面。

其中，具備增強移動寬帶、海量機器類通信、超高可靠超低時延通信三大特征的5G網絡，以及5G與云計算、邊緣計算、網絡切片等技術相互嵌套的信息環境，能夠保障各種輸入和輸出設備所需要的大量數據傳輸、存儲和高速計算。

隨著終端設備更加移動化、智能化、小型化，人們對桌面主機和筆記本的使用逐漸減少，繼而轉移到連接云端的各種智能人機界面。人機交互產生的海量數據和科學傳播資源都存儲在云端數據中心，云采編、云存儲、云編輯、云出版發行等傳播服務也運行在云端。依托于科普資源云平臺，實現人機界面的個性化定制應用，有效解決了科學知識傳播中的時空障礙、資源不均衡、成本高等現實問題，賦能傳播實踐的全域、智能和精準等特征。

以人為中心的傳播模式重視技術必須適應人的發展，同時也強調人（用戶）的自主性和選擇性，突出人的自由參與、具身學習、交流共享等存在價值。協調處理交互需求、交互場景、交互方式之間的關系，把握自然交互技術的具身特點，在虛擬場景中多感官并用，以自主式、探索式、合作式等學習形式尋求并獲取科學知識。

計算機元素包括計算機和各種智能終端，具備優越性能的硬件和軟件將為用戶提供更自然、更智慧的人機界面，通過眼控、腦控、聲音、身姿、表情乃至感官融合的多模態交互形式，構建“人—機”融合為一體的信息傳播模式。

全新傳播模式打造全新的科學傳播場景。以中小學的一堂課外遠程科學教育課程為案例，教師可以利用人機交互技術開展教學。如將VR／AR教學內容上云端，利用云端超強計算能力實現VR／AR應用的運行、渲染、展現和控制，并將VR／AR聲音、畫面高效編碼成音視頻流，便可通過5G網絡實時傳輸至學生們使用的各種移動終端上，如智能手機、電子書包、交互式智能白板等，從而打造便捷、愉快的交互性學習情境和學習體驗。開展VR／AR云應用，包括學生的虛擬實驗課、虛擬科普課等，實現遠程人機交互式學習的知識建構和意義理解。

五、結 語

研究新一代人機交互技術與科學傳播的融合模式，本意是通過自然、智能的機器應用，延伸并增強人類的科學傳播能力和傳播效率。但是，這一切終歸是建立在人機交互科學傳播產品和服務的系統設計之上，包括系統和界面構架、人機界面和交互設計、科學信息內容開發、信息結構設計、視覺傳達設計等一系列復雜工程。沒有科學傳播類人機交互系統的設計和實施，此模型只會停留在理論的抽象描述和技術的邏輯想象之上。希望在不遠的將來，如同人機交互技術在制造、電力、交通、醫療等行業領域中的廣泛應用一樣，人機交互傳播能在科學傳播領域有更豐富的實踐場景，也使此模型能在多樣化場景應用中得到檢驗和優化。