人机交互技术在现代展示设计中的应用.docx

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人机交互技术在现代展示设计中的应用

摘要

以人机交互技术在现代展示设计中的应用为启示，分析了多通道用户界面、计算机支持的协同工作、三维人机交互等实现高效自然人机交互的关键技术，并结合人机交互技术的发展历程，论述了多媒体与超媒体的交互方式对展示设计的意义，进而分析了在展示设计中人机交互技术的应用原则和使用优势。

在此基础上，提出了人机交互是展示设计的发展方向，会展设计师应该基于对展示主客体的正确分析和理解，遵循相应的设计原则，选择恰当的交互实现方式，以达到预期的展示设计效果。

关键词：

人机交互技术展示设计应用

第1章人机交互与展示设计原理简介

1.1人机交互与展示设计原理简介

1.1.1人机交互的概念及意义

交互的意思就是互相交流，人机交互从字面上看便是人与计算机的相互交流。

严格来说，人机交互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，来完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。

人机交互是通过用户和计算机两大主体完成其过程的：

首先用户的各种操作指令先被计算机输入设备接收，然后设备会将这些操作指令转化成自己可识别的专用语言，再输入到计算机当中，之后计算机把自己要传递的信息转化为用户可以理解的形式通过输出设备输出，被用户接受。

这个过程中，计算机系统的状态、行为过程的实现和操作都会被人机界面不断地显示给用户。

可见，人机交互实现了计算机部信息模式与人类可以感知的信息形式之间的转化。

1.1.2展示设计的概念及意义

展示设计是一门综合艺术设计，它的主体为商品。

展示空间是伴随着人类社会政治、经济的阶段性发展逐渐形成的。

在既定的时间和空间围，运用艺术设计语言，通过对空间与平面的精心创造，使其产生独特的空间围，不仅含有解释展品宣传主题的意图，并使观众能参与其中，达到完美沟通的目的，这样的空间形式，我们一般称之为展示空间。

对展示空间的创作过程，我们称之为展示设计。

展示设计具有以下五点作用于意义：

1）展示设计的教育性。

展示活动以其独有的开放性、参与性和直观形象性而成为人们乐于接受的一种教育方式，博物馆展示设计在这方面尤为突出。

人们在参观的过程中，不知不觉地接受着历史、地理、自然、人文、科技等诸多方面的信息，对工作、生活、学习产生积极有益的影响，各大博览会对传播社会文明、人类文明及普及科学知识起到良好的作用，如奥林匹克博物馆入口自行车运动雕塑，象征着奥林匹克运动“更高、更强、更快”的精神。

2）展示设计促进贸易发展。

历届国际与国的博览会、展览会、展销会可以说明，展示活动已经成为，国际贸易的重要组成部分，成为国家之间、企业之间相互沟通的文化桥梁，成为新技术、新产品推广的良好场所。

我国每年举办的两次广交会成交额高达100多亿美元，从中我们不难看到展示设计所起的巨大作用。

3）展示设计促进科技进步。

参加过展示会的人都会有这种感觉，每次展示会展示的都是当今最新科技成果，参展的国家、企业都是以最好最新的产品来展示自己的实力。

许多国家及企业通过展览、参展，互通有无，取长补短，从而推动了人类科技水平的进步。

4）展示设计对外的宣传作品。

展示是国家间、企业间互相了解的一个重要手段，通过各类的成就展、文化艺术展，会大大增加各国之间的了解。

因此，展示是一个国家对外宣传的重要窗口，能促进国家间的合作和友谊，招商引资，以求得共同发展。

5）展示设计促进地方建设和经济发展。

展示活动周期短、利润高，一些城市兴建各类展览馆，吸引世界各地的企业、厂商前来参展，无形中扩大了当地的知名度和影响力，同时带动了相关的行业发展，从而对国家和地方的经济建设起到一定的作用。

1.2影响人机交互的因素

1）用户因素。

它是影响人机交互设计的第一要素，人机交互设计要考虑到用户的感受，不仅包括用户是否易于学习人机交互系统，而且还要高效率、低失误率地掌握这种使用方式，因此人机交互首先要满足用户的需求。

除这些基本需求外，还必须有更高层次的设计，比如用户的满意度、情绪等方面，终极目标是实现直观、自然、准确、快速进行人机交互。

由此可见，用户因素在人机交互设计中的作用是十分重要的。

2）环境因素。

这个因素同样在人机交互设计中占据了重要的位置。

环境因素又可以分为直接和间接两种途径。

直接影响指的是系统或物理的环境方面，其中硬件指标（如计算机的存储能力、传输速度等方面）以及设备更新等方面的情况属于系统环境方面；而人机交互发生时所处的温度、湿度、噪音等方面的情况则属于物理环境方面。

这两种直接影响因素都会影响人机交互的质量和效果。

另外，人作为人机交互的主体，特征诸如语言习惯、行为方式、文字表达、文化背景和认知水平等都不相同，生活环境、地域特点、气候变化等对于用户都有着巨大的影响，这便是间接影响，这些方面的差异正是人机交互设计必须要考虑的问题。

可以看出，人机交互作为人类与计算机的交流媒介，必须能使绝大多数人接受计算机所输出的指令。

1.3人机交互的主要方式

传统的人机交互方式是精确的交互方式，这类交互方式需要有足够的空间来摆放计算机的显示器、键盘、鼠标等输入输出设备，用户必须先对这种环境进行适应，然后才能进行交互操作。

随着科技的进步，越来越多的非精确交互方式（语音识别、手势识别等）被大量用户普遍认可，这是因为非精确的交互方式更符合人们的习惯。

这些非精确的交互行为、交互环境和传统计算机完全不同，因此在交互设计上就要有所创新，以便更好地适应人的习惯。

目前最主要的非精确交互方式有以下几种。

1）触摸显示屏手势交互。

这是目前智能手机等设备最主流的输入交互方式。

它之所以能够被广大用户接受，是因为它与键盘输入方式相比，大大降低了操作难度，人们很容易掌握，而且符合用户的生活习惯。

用户利用简单的手势就可以直观、轻松地完成操作。

触摸显示屏手势交互见图1.1（图片摘自XX），可以看出，用户只需要轻轻一划，便可得到想要的结果，且触摸显示屏可以通过软件编程随时更新显示的容，任意改变键盘的排列组合，用户可以拥有更加个性化的功能。

2）语音交互。

它是用户通过讲话、收听语音来直接操作计算机的交互方式。

语言的输入比键盘的输入更快速、更有效、更便捷。

当有多个任务需要同时处理时，语音输入可以作为除键盘输入以外的另一通道，大大提高了操作效率。

例如车载导航系统，它同时提供语音输入和输出，驾驶员只需通过语言及听觉就可以完成整个导航，非常便捷。

语音交互见图1.2（图片摘自XX）。

图1.1触摸显示屏手势交互[15]

图1.2语音交互[15]

3）脸部识别。

它是人脸识别，根据人的脸部特征发出的信号通过清晰度高的摄像机、超声波等设备进行的一种准确度高、性好的交互方式。

脸部识别见图1.3（图片摘自XX）。

图1.3脸部识别交互[15]

第2章人机交互技术的发展历程

计算机硬件技术近20年来以突飞猛进的速度发展，其发展的历史，不仅是处理器速度、存储器容量飞速提高的历史，也是不断改善人机交互技术的历史。

人机交互技术，如鼠标器、窗口系统、超文本、浏览器等，已对计算机的发展产生了巨大的影响，而且还将继续影响全人类的生活。

多通道用户界面、计算机支持的协同工作、三维人机交互等是实现高效自然的人机交互的关键。

人机交互技术的发展经历了以下几个阶段。

2.1计算机发展早期的非交互批处理方式

在计算机诞生与发展的早期，人与计算机的交互很费劲，使用穿孔卡片或纸带输入设备将程序与数据输入，控制面板上的指示灯显示寄存器容，并且只能用二进制的机器语言编程，调试起来也相当繁琐。

2.220世纪50年代中期至60年代的汇编语言方式

人可以用汇编语言、高级程序设计语言来编程，并用作业控制语言进行操作，以后又出现了交互终端、键盘、单色显示器、光笔等。

命令语言与功能键是主要的输入方式，它们的表达功能强，至今仍是专业工作者不可舍弃的交互方式，但是人的记忆负荷重，且敲键难免出错，普通人感到不便。

图2.1汇编语言方式[15]

2.320世纪70年代后期以来的“直接操纵界面”

“直接操纵界面”受到了用户的普遍欢迎，要控制的对象在屏幕上有一个代表（仿真表示），人用鼠标或键盘对它操作，即以动作代替了复杂的语法，且可立即看到作用的效果（反馈信息），因而也称为“直接操纵界面”。

直接操纵界面是人机交互技术中的重大进步，使得外行也更容易与计算机进行对话。

2.4当代多媒体与超媒体的交互方式

多媒体技术被认为是在智能用户界面和自然交互技术取得突破之前的一种过渡技术。

在多媒体用户界面出现之前，用户界面经过了从文本向图形的过渡，特别是引入了音频媒体，大大丰富了计算机表现信息的形式，提高了用户接受信息的效率。

超媒体技术即计算机的输出形式不再限于单一的文本，而是文本、图形、图像、声音、动画或影视等多种媒体的集成。

超媒体打破了传统的单一媒体界限和传统思维，将平面媒体、电波媒体、网络媒体整合形成能够左右一个区域乃至整个社会的超级力量。

图2.2直接操控技术[15]

图2.3超媒体交互技术[15]

第3章展示设计中的人机交互技术应用原则

3.1以真实反映展品为宗旨

随着展示设计电子技术和信息技术的发展，使得人与展品之间能够更方便的沟通。

由于展示设计宗旨是以体现展品为本位，展品及其相关信息应当具有真实性，信息的传播应围绕展品而展开。

展示设计中的人机交互技术应避免歪曲展品的真实性而引起观众的反感。

3.2合理安排动态展示形式

展示设计需要传达的信息必须通过空间向公众展现。

人机交互技术与展示设计的结合，作为技术和艺术紧密结合的典，将“空间”语汇进一步延伸，观众可以合理安排自己的参观流线，在流动中合理、经济的介入展示活动，以避免观展中的重点区域重复。

3.3保证展示主体的安全性

人机交互的展示设计是在传统的展示设计基础上，以新材料、新技术和新工艺作为物质基础，以网络技术、多媒体技术、虚拟现实技术等高技术作为信息传达的手段，以人为主体，采用动态、有节奏的空间组织形式，借助相关的道具和设施，对展示空间进行合理创造。

设计中必须高度重视展示空间的安全性，通过数字媒体和网络技术对配电室、消防通道等加强监控。

3.4构建和谐的展示空间环境

人机交互的展示设计应从人性化和个性化的双重角度出发，创构舒适和谐的展示环境，声色俱全的展示效果。

在空间设计中必须考虑心理学的功效，组织良好的交通景观。

同时，又必须考虑空间物理环境的舒适性，如对室温度、通风、声音、光亮度的舒适要求等。

从“以人为本”的设计角度出发，将空间载体的形状、尺寸与人体尺度优先协调，以达到展示空间的合情、和谐与合理。

第4章现代展示设计中人机交互技术的优越性

4.1人机交互中的触摸在展示设计中的应用

隔空翻书亦称互动翻书、空中翻书、虚拟电子书、魔幻翻书等，它是利用红外感应技术以及计算机多媒体技术实现的一种虚拟翻书的视觉效果。

参观者只需要站在展台前方，伸出手在空中做出左右挥动手臂的动作，则计算机就能识别出参观者的动作，并将该动作传输给计算机进行处理，计算机的应用程序则根据所捕捉的信号，驱动多媒体动画进行翻书的效果表现。

这种虚拟翻书形式新颖，视觉冲击力强，很多展览展示都有它的身影。

例如：

中华人民国成立60周年成就展、第二届全国地理测绘展等。

触摸式人机交互在世博会的加拿大馆、城市生命馆、馆等也有应用。

通过LCD或PDP显示，可以将虚拟书籍的分辨率大大提高，清晰度、色彩对比度的大幅提升，将文字、图片等资料高度还原，其色彩与灰度不差于印刷品，并可嵌入动画、视频等资料。

图4.1隔空翻书设备[15]

4.2人机交互中的声控在展示设计中的应用

世博会德国馆的“动力之源”是人机交互技术在展示设计中的创新应用。

1.3吨重，装有40万根LED发光二极管（主要用来显示图像）的互动金属球，设置于德国馆参观路径终点的3层大厅里，见图1。

互动开始时，观众被分成2批跟着解说员的指令呼喊，听到喊声后，金属球上首先会闪现一只眼睛，自动找到声音最响亮的那个方向，哪边的呼喊声大，互动球向那一边的摇摆也更为剧烈，通过在场所有人的高声呐喊，金属球渐渐开始来回摆动，呈圆周状转动，球面的色彩影像越来越浓，随机地播放“城市建筑”、“和睦家庭”等不同宣传主题的画面。

以声控为代表的人机交互技术在生活中也得到越来越广泛的应用。

比如语音识别技术、语音拨号以及数据录入等服务。

人能够直接与机器交谈，双手可以因此而得到解放。

世博会德国馆的“动力之源”金属球是全世界独一无二的，人机互动技术与现代展示技术的结合，使得现场所有的观众能够在同一时间亲身参与其中形成互动，并领悟到彼此每一个人都是创造“和谐都市”的动力来源。

图4.2动力之源[15]

4.3人机交互中的动作采集在展示设计中的应用

动作采集技术涉及尺寸测量、空间定位及方位测定等，可以由计算机直接处理数据，在运动物体的关键部位设置跟踪器，由Motioncapture系统捕捉跟踪器位置，当数据被计算机识别后，即可以在计算机产生的镜头中调整、控制运动的物体。

科技馆的“虚拟赛场”，见图2，正是把足球竞技与人机交互相结合，综合了虚拟现实、影视合成、视频姿态控制等技术，使展示过程更加互动，比赛更具挑战性。

该动作采集装置可以在小型展馆实时采集足球运动的轨迹，它包括对称设在足球运动轨迹上方的光耦合检测器、传感器，以及与光耦合检测器和传感器的输出端同步电连接的球运动检测装置。

光耦合检测器用于检测足球经过光耦合检测器之间的夹角，及足球从起始信号点到光耦合检测器检测面的飞行时间；传感器用于输出发球的信号；球运动检测装置用于将2种信号采集并储存在存储器，根据计算机读取的需要实时输出到计算机中进行数据图像处理。

图4.3虚拟赛场[15]

4.4人机交互中的全息技术在展示设计中的应用

在2010年世博会国家馆的观展过程中，许多观众都会在“国宝”级艺术品--《清明上河图》前驻足。

互动版“清明上河图”震撼了所有参观者。

互动版“清明上河图”分白天和黑夜2个版本，共有1068个人物，其中白天的时候691人，晚上377人，表现的是北宋宣和年间世界最大城市汴京的繁盛景象。

为了让人能够更仔细看清楚“清明上河图”中众多人物，领略其中的意境，市科委专设了“大尺寸屏幕人机互动”项目，由水晶石数字科技开发完成。

运用LED技术的《清明上河图》有如电影画面，人物、景致栩栩如生。

用计算机科技结合人物对白，把清明上河图变成了能够身临其境的人机交互媒体。

在微软公司的ICE，Silverlight技术的基础上，针对《清明上河图》散点透视的空间造型特点，研发了独创性的三维布局恢复算法和虚拟环境组织方法。

通过使用“横向分块”和“纵向分层”的数据管理策略，实现了超大量数据的合理组织和无缝拼接，配合5.1声道的立体声效果，使得参观者醉于北宋东京、汴梁的繁荣中。

图4.4清明上河图[15]

第5章展示设计中人机交互技术的新发展

多通道交互（Multi-ModalInteraction，MMI）、三维空间动态成像、虚拟现实技术（virtualReality，简称VR），可穿戴计算机和移动手持设备的交互等为展示设计中的人机互动提供了有利条件，它们代表了未来人机互动的发展方向。

MMI是指一种使用多种通道与计算机通信的人机交互方式。

通道涵盖了用户表达意图、执行动作或感知反馈信息的各种通信方法，如言语、眼神、脸部表情、唇动、手动、手势、头动、肢体姿势、触觉、嗅觉或味觉等。

3D-vision（三维空间动态成像技术）是近年来在国际上兴起的一种新型展示技术，该技术可以使立体影像不借助任何屏幕或介质，而直接悬浮在设备外的自由空间，观众可以不佩戴任何辅助工具，接用裸眼观看立体影像，还可以用手操作让它旋转，从任意角度观看（电影“阿凡达”里就有这样的展示）。

虚拟现实的目标是用计算机技术生成一个虚拟的模拟真实世界的环境，使操作者产生身临其境的感觉。

可穿戴计算机和移动手持设备的交互，使得身着可穿戴计算机的用户在身处复杂的展示空间的时候，可以找到展品、路径等相关信息。

图5.1VR眼镜及手持设备[15]

图5.2三维空间动态成像技术（电影）[15]

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致