一种建立离散式人机交互机制的方法

本发明公开了一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征在于关注并解决了一个机器 系统在何种情况下会出现人机交互需求点的问题，以及这些人机交互需求点如何组织以形成 有效的“人机交互机制”的问题。此处所述“人机交互机制”不是一个集中的人机交互界面 或装置，而是分布在人机交互需求点出现的环节，能够让操作者对人机交互请求及时给予应 答的、离散式的人机交互机制；另外，此处所述一个机器系统可以是任意一种人造装置，包 括：纯机械装置，机电装置，或单纯用于数据运算的计算机。

人机交互(Human-Computer Interaction，HCI)是关于设计、评价和实现供人们使用 的交互式计算机系统，且围绕这些方面主要现象进行研究的科学(ACM SIGCHI，1992，第6 页)。

人机交互、人机互动(英文：Human-Computer Interaction或Human-Machine  Interaction，简称HCI或HMI)，是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以 是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部 分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上 的仪表板、或是发电厂的控制室(-人机交互)。

当今，人们通常把人机交互归为人机交互界面，指人机交互技术主要是研究人与计算机 之间的信息交换，它主要包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。人机交互技术涉 及到计算机科学、心理学、认知科学和社会学以及人类学等诸多学科，是信息技术的一个重 要组成部分，并将继续对信息技术的发展产生巨大的影响(《人机交互基础教程：第2版》，清 华大学出版社，2010年11月，作者：孟祥旭，ISBN编号：9787302226529)。

从目前国内外最新的公开文献中，有关人机交互的研究集中在人机交互的具体技术实现 方面，如：

1)人机交互界面表示模型与设计方法(Model and Methodology)。友好人机交互界面的 开发离不开好的交互模型与设计方法。

2)可用性分析与评估(Usability and Evaluation)。可用性关系到人机交互能否达到 用户期待的目标，以及实现这一目标的效率与便捷性。

3)多通道交互技术(Multi-Modal)。在多通道交互中，用户可以使用语音、手势、眼神、 表情等自然的交互方式与计算机系统进行通信。

4)认知与智能用户界面(Recognition and Intelligent User Interface)。智能用户 界面(Intelligent User Interface，IUI)包括上下文感知、眼动跟踪、手势识别、 三维输入、语音识别、表情识别、手写识别、自然语言理解等。

5)虚拟环境(Virtual Environment)中的人机交互。通过研究视觉、听觉、触觉等多 通道信息融合的理论和方法、协同交互技术以及三维交互技术等，建立具有高度真 实感的虚拟环境，使人产生“身临其境”的感觉。

6)Web设计(Web-Interaction)。重点研究Web界面的信息交互模型和结构，Web界面 设计的工具和技术，以及Web界面设计的可用性分析与评估方法等内容。

7)移动界面设计(Mobile and Ubicomp)。移动计算(Mobile Computing)、普适计算 (Ubiquitous Computing)等对人机交互技术提出了更高的要求，面向移动应用的 界面设计问题已成为人机交互技术研究的一个重要应用领域。

8)件(Groupware)。件是指帮助组协同工作的计算机支持的协作环境，主要涉及 个人或组间的信息传递、组中的信息共享、业务过程自动化与协调，以及人和 过程之间的交互活动等。

综上所述，当前人们对人机交互技术的研究，更多关注人机交互界面、人机交互手段的 实现，然而也忽视了一些构成人机交互任务的基本要素，包括：

●人机交互的具体需求是如何产生的，什么情况下需要进行人机交互?

●是否应该将人机交互集中在一个界面?

●人机交互任务的具体目的是什么，提高人机交互可用性的内在机理是什么?

本发明基于“物人合一”的思想和方法论，回答了以上问题。

本发明公开了一种建立离散式人机交互机制的方法，目的是提供一种方法，能够建立有 效的离散式人机交互机制，以提高人机交互的功能性和可用性，并进而提高系统的动态运行 效率。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案包括：

1.本发明公开了一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征在于关注并解决了一个机 器系统在何种情况下会出现人机交互需求点的问题，以及对这些人机交互需求点的集合如何 组织应答以形成有效的“人机交互机制”的问题，它包括：

(1)本发明明确指出了当一个机器系统遇到非结构化信息(不能用该机器系统已有的、 确定的逻辑规则描述的信息)时，即产生一个人机交互需求点；

(2)本发明明确指出了当一个机器系统遇到结构化信息(能够用确定的逻辑规则描述 的信息)，但是在所述该机器系统中没有预设已知的对该信息进行处理的规则时，即产生一个 人机交互需求点；

(3)本发明明确指出了当操作者(或使用者，以下统称为操作者)对所述机器系统的 运行结果或环境状态不满意时，即产生一个人机交互需求点；

(4)本发明明确指出了一个机器系统的所有所述人机交互需求点的集合按照“不引起 操作者的行为流程或思维流程产生中断、跳转，也不导致机器系统的运行流程中断”的原则 进行组织以及设计应答方式，即能形成一个有效的“人机交互机制”；

(5)本发明明确指出了一个所述有效的“人机交互机制”不是一个集中的人机交互界 面或装置，而是分布在人机交互需求点出现的环节，能够让操作者对人机交互请求及时给予 应答的、离散式的人机交互机制。

2.根据本发明所述的一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征是将所述机器系统与 操作人员作为一个整体对待，通过两者共同构成的流程模型来完成所述人机交互需求点的辨 识以及人机交互需求点产生的位置及其原因、目的，它包括：

(1)本发明明确指出了通过将一个机器系统的运行流程与该机器系统的操作者的行为 流程或思维流程相互衔接、交互，形成一个完整的“人机互补运行流程模型”，此图客观真实 地反映了一个机器系统在有人操作时的真实运行轨迹，包括不同的操作者基于其知识、经验 的不同而做出不同的响应后，可能导致该机器系统不同的运行轨迹，这也是实施本发明方案 时需要考虑的一个因素；

(2)通过上述“人机互补运行流程模型”，可以实现所述人机交互需求点的辨识，包括 人机交互需求点的原因、目的及出现的位置或环节。

3.根据本发明所述的一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征是全面、即时响应人 机交互需求点，不使所述“人机互补运行流程模型”发生中断、跳转，则，即可形成有效的 离散式人机交互机制。

4.根据本发明所述的一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征是所述有效的离散式 人机交互机制是一系列无处不在的(Ubiquitous)人机交互需求点及其响应方式的集合。

5.根据本发明所述的一种建立离散式人机交互机制的方法，其特征是所述机器系统可以 是任意一种人造装置，它包括：

(1)纯机械装置，机械运动(如齿轮运动、杠杆运动)也是一种运算过程，有输入、 有输出，当输入超出该机器已知的设计范围时，即产生一个人机交互需求点；

(2)机电装置，其中电气部分可以包含计算机或微处理器程序，也可以是由电路开关、 继电器为主构成而不包含程序；

(3)电子数据处理装置，可以是单纯用于数据运算的计算机。

图1为本发明技术方案的人机互补运行流程模型图

以下通过附图说明本发明技术方案的实施方式：

图1为本发明技术方案的人机互补运行流程模型图，说明了本发明技术方案实施构建的 方式。其中，该方法包括：

(1)所述人机互补运行流程模型由操作人员的行为流程或思维流程1，以及机器系统的 运行流程2共同衔接、互补构成，是一个整体；

(2)步骤3操作人员开始工作，同时启动机器系统开始运行步骤4；

(3)步骤5机器系统循环获取信息Mi，该信息已经由机器系统中的信息采集模块完成 系统的状态信息采集，并存储为信息集合Mx；

(4)机器系统通过步骤6判断所获取的信息Mi是否是已知结构化信息；

(5)如步骤6的结果为否，则产生一个所述的人机交互需求点，并通过步骤7向操作 人员发出人机交互请求信息Mi；

(6)操作人员在步骤8如果获取人机交互请求信息Mi(非已知结构化信息)，则在步骤 9判断是否已经完成了人机交互请求的应答，如为否，则通过步骤10向机器系统回复请求信 息Mi(此时已经过操作人员处理为已知结构化信息)；如果步骤8没有获取到人机交互请求 信息Mi，或者步骤9的结果为是，则继续；

(7)机器系统在步骤6的判断结果如果为是，在通过步骤11对信息Mi进行处理；

(8)在步骤12，操作人员通过对环境和机器系统的状态信息的感知形成的信息集合Hx， 从中循环获取一个信息Hi；再经过步骤13判断是否对当前的状态信息Hi满意；

(9)如果操作人员在步骤13的判断结果为否，则产生一个所述的人机交互需求点，并 通过步骤14向机器系统发出人机交互需求指令HComi；

(10)机器系统在步骤15获取操作人员发来的人机交互需求指令HComi(如果有该指令 存在，否则继续)；

(11)机器系统将本循环通过处理信息Mi得出的结论以及人机交互需求指令HComi进 行综合，通过步骤16输出控制结论；

(12)此后，机器系统返回步骤5继续下一个循环流程，操作人员则返回步骤8继续下 一个循环流程；

(13)操作人员需要停止机器系统运行时，通过步骤17向机器系统发出结束指令18。 通过以上人机互补运行流程的实施可以得出如下结论：

1)所述的人机交互需求点出现在步骤7和步骤10，以及步骤14；

2)通过上述人机互补运行流程模型对信息集合Mx、以及对信息集合Hx进行循环遍历， 则可以得出全部的所述人机交互需求点；

3)根据人机互补运行流程模型，按照“不引起操作者的行为流程或思维流程产生中断、 跳转，也不导致机器系统的运行流程中断”的原则，组织所有所述的人机交互需求 点，以及设计应答方式，即能形成一个有效的“人机交互机制”；

4)前述有效的“人机交互机制”将是离散式的，其特征是有效的离散式人机交互机制是 一系列契合人机互补运行流程模型的、无处不在的人机交互需求点及其响应方式的 集合。

需要说明的是，以上实施例是用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。

综上所述，本发明具有如下优点：

●本发明通过人机互补运行流程模型的提出，解决了一个机器系统在何种情况下会 出现人机交互需求点的问题，以及对这些人机交互需求点的集合如何组织应答 以形成有效的“人机交互机制”的问题；

●本发明也给出了一种通过人机互补运行流程模型进行系统动态运行性能的评估 方法。

本发明方法已经用于申请人的实际工程项目中，并经过了至少2年的运行检验。