人機交互技術(shù)（Human-Computer Interaction, HCI）是指人與計算機之間以特定的方式，為完成確定任務(wù)人與計算機之間的信息交換過程。人類在許多方面與計算機進行交互，并且為了促進這種交互，人類和計算機之間的接口是非常重要的。

隨著圖形用戶界面（Graphical User Interface, GUI）的不斷發(fā)展，各種桌面應(yīng)用軟件、網(wǎng)頁、移動端軟件等已經(jīng)融入到我們生活中。

語音識別和語音合成的語音用戶界面（Voice User Interface, VUI）也逐漸被廣泛應(yīng)用。

近些年，隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展，對人機交互提出了更高的要求：不僅讓用戶更好地控制設(shè)備，也需要讓設(shè)備更懂用戶。

01眼控交互技術(shù)

眼控（Eye control）又稱視線追蹤、眼動追蹤。

眼控技術(shù)原理：

當人的眼睛看向不同方向時，眼部會有細微的變化，這些變化會產(chǎn)生可以提取的特征，計算機通過圖像捕捉或掃描等提取這些特征，從而實時追蹤眼睛的變化，預(yù)測用戶的狀態(tài)和需求，并進行響應(yīng)，達到用眼睛控制設(shè)備的目的。

眼控技術(shù)通常有三種追蹤方式：一是根據(jù)眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤；二是根據(jù)虹膜角度變化進行跟蹤；三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。

以第三種方式為例：如下圖，首先圖中位置1所示的眼控儀發(fā)出近紅外光束投射到人眼上，根據(jù)發(fā)射光束和從人眼反射回的紅外光計算得到參考點，當人眼注視屏幕上不同位置時，眼球會相應(yīng)地發(fā)生轉(zhuǎn)動，此時反射回的光就會產(chǎn)生一定的偏移，根據(jù)偏移方向、偏移量大小等信息計算得到眼球運動軌跡和狀態(tài)，結(jié)合眼周的圖像信息可進一步計算得到眼睛注視點的位置。眼控技術(shù)含量最高的是自動校正系統(tǒng)，避免人工調(diào)節(jié)的繁瑣，通過算法優(yōu)化，提升光學(xué)采集精度，還要實現(xiàn)視線追蹤，判別眼睛睜、閉狀態(tài)等。

看到這，你想到了什么？

也許……還真能實現(xiàn)……

02體感交互技術(shù)

體感交互技術(shù)是指將肢體語言，轉(zhuǎn)化為計算機可理解的操作命令來操作設(shè)備。

其中手勢交互最具代表性，各類傳感器對手部形態(tài)、位移等進行持續(xù)采集，每隔一段時間完成一次建模，形成一個模型信息的序列幀，再將這些信息序列轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的指令，用來控制實現(xiàn)某些操作。

例如最近火熱的游戲，健身環(huán)大冒險

體感交互技術(shù)原理：

主要可分為三大類：慣性感測、光學(xué)感測、慣性和光學(xué)聯(lián)合感測：

（1）慣性感測：主要是以慣性傳感器為主，例如用重力傳感器、陀螺儀以及磁傳感器等來感測使用者肢體動作的物理參數(shù)，再根據(jù)這些物理參數(shù)來分析出使用者在空間中的各種動作。

（2）光學(xué)感測：主要是通過光學(xué)傳感器、或者使用激光及攝像頭來獲取人體影像信息，可捕捉人體3D全身影像。

（3）聯(lián)合感測：代表廠商為Nintendo及Sony。主要是在手柄上放置重力傳感器、陀螺儀、磁傳感器等，結(jié)合攝像頭，攝像頭用于捕捉人體影像，結(jié)合這傳感器，便可偵測人體手部在空間中的移動及轉(zhuǎn)動。

03VR/AR交互技術(shù)

VR（Virtual Reality），即虛擬現(xiàn)實技術(shù)。是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

例：VR游戲設(shè)備

VR實現(xiàn)原理：

（1）三維圖像。利用計算機建模產(chǎn)生立體的圖形圖像，比如駕駛模擬系統(tǒng)中模擬的周圍公路、建筑物等圖像。

（2）顯示。人看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個關(guān)于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同即視差就產(chǎn)生了立體感。

（3）用戶（頭、眼）跟蹤。通過用戶頭戴設(shè)備內(nèi)的陀螺儀，當人轉(zhuǎn)動頭部時，陀螺儀能夠及時感知人頭部的變化情況，此信息傳遞給圖像生成引擎，及時更新畫面，從而使人感覺到，自己是在看一個環(huán)繞的虛擬空間，從而產(chǎn)生360°的三維空間感。

（4）聲音。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感。利用該原理，VR系統(tǒng)通過給兩只耳機傳輸有差異化的聲音，從而讓耳朵感受到身臨其境的立體聲效果。

（5）觸覺。在一個VR系統(tǒng)中，用戶佩戴的手套內(nèi)層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。用戶可以看到一些虛擬的物體（比如杯子）。你可以設(shè)法去抓住它。

AR（Augmented Reality），即增強現(xiàn)實，也被稱為混合現(xiàn)實。是通過計算機系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。AR通常是以透過式頭盔顯示系統(tǒng)和注冊（AR系統(tǒng)中用戶觀察點和計算機生成的虛擬物體的定位）系統(tǒng)相結(jié)合的形式來實現(xiàn)的。

例：馬里奧AR賽車

AR實現(xiàn)原理：

通過計算機技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。它不僅展現(xiàn)了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現(xiàn)實中，用戶利用顯示設(shè)備，把真實世界與計算機圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。增強現(xiàn)實借助計算機圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實環(huán)境中不存在的虛擬對象，并通過傳感技術(shù)將虛擬對象準確“放置”在真實環(huán)境中，借助顯示設(shè)備將虛擬對象與真實環(huán)境融為一體，并呈現(xiàn)給使用者一個感官效果真實的新環(huán)境。

04骨傳導(dǎo)交互技術(shù)

骨傳導(dǎo)交互技術(shù)主要是一種針對于聲音的交互技術(shù)，將聲音信號通過振動顱骨，不通過外耳和中耳而直接傳輸?shù)絻?nèi)耳的一種技術(shù)。骨傳導(dǎo)振動并不直接刺激聽覺神經(jīng)，但它激起的耳蝸內(nèi)基底膜的振動卻和空氣傳導(dǎo)聲音的作用完全相同，只是靈敏度較低而已。

骨傳導(dǎo)技術(shù)優(yōu)勢：

無輻射危害，由于骨傳導(dǎo)設(shè)備的主要部件骨振器是一個純機械的振動部件，因此不存在電磁波對人腦的潛在輻射危害。

抗干擾，由于骨傳導(dǎo)不需要空氣作為媒介，因此在強烈噪聲環(huán)境下仍會有較高的清晰度。

不損傷聽力，骨傳導(dǎo)不是直接通過音量放大來提高收聽效果，因此不會對聽力造成損傷。

不影響接收環(huán)境中其他聲音，骨傳導(dǎo)收聽方式不占用耳道，使用者在收聽骨傳導(dǎo)聲音的同時，還可以聽到周圍環(huán)境的聲音，既安全又舒適，更適用于一些特殊的場合。

05腦波交互技術(shù)

腦波交互技術(shù)主要是通過對人的腦電圖（Electroencephalograph, EEG）進行采集和預(yù)處理（濾波等）、特征提取以及模式識別之后判斷出人當前的意圖，并將識別結(jié)果發(fā)送給計算機進而控制計算機本身的軟件（比如游戲）或者外部的硬件設(shè)備（比如電視機）。

腦波技術(shù)作為一種探索中的技術(shù)，因為信號轉(zhuǎn)換和信號傳輸效率問題，還有很長一段路要走，期待未來可以更多應(yīng)用于殘疾人的輔助控制。