1 智能人机界面概述
在计算机的专业词汇里,计算机系统被定义为由计算机硬件、软件和人共同构成的人机系统(见图1).人机界面就是在计算机系统中处于人、硬件及软件交叉的那一部分,是由人、硬件和软件三者组合而成.人机界面是一个综合的操作环境,它介于用户与计算机之间,从中传递和交换信息.对于人机界面来说,它的核心内容包括外部的显示风格以及用户进行具体操作的方式.具体地,人机界面集中体现在计算机系统的输入输出功能和用户对系统的各个部分进行操作的控制功能.一个好的人机界面,应该具有一致、友好、简单、自然的特点.
随着人工智能的迅速发展,智能技术与人机界面相互融合,产生了智能人机界面.智能人机界面与一般的人机界面的区别在于:前者是以人与机器共同协作完成任务为先决条件的,可使计算机更加人性化,更友好,更亲切,它具有三个显着特点:1)在操作风格上鼓励实践,能把界面中的错误减少到最低限度,尽可能减少人工干预;2)提供自动完成常规任务的服务方式和联机帮助系统,调用工具更加方便、简洁;3)具有容易理解和使用概念模型进行学习的能力,并且能更广泛地适应不同层次的用户.
2 智能人机界面的作用
2.1 在用户与机器语言之间建立桥梁
在通常的情况下,用户在向界面发出命令过程时会发生机器理解上的错误.这种错误反映出用户语言与机器语言的差距.智能人机界面最大限度地避免了此类错误,提供对用户所使用的自然语言的理解.
2.2 能够完成复杂的任务
对于较复杂的任务,使用一般性界面系统,必须对用户进行大量的训练,而在训练之后仍不能避免错误的发生.在智能人机界面中,由于联机帮助和多种工具的提供,使得复杂的任务变的简单易行.
2.3 可作为训练用户机能的有效工具
智能人机界面可以与任务相联系,从而被开发成一个合适、实用的用户模型,为用户提供一个可以进行训练、学习操作技能和了解掌握系统功能的工具.
2.4 具有人机共享任务并协作完成任务的功能
任务共享有两种形式,其一是机器主动请求用户提供机器所需要的信息输入,另一种是机器反过来影响用户指令,并向用户提供信息,告知用户正在做什么等等.
3 智能人机界面的相关技术
3.1 自然语言界面技术
在智能人机界面中,最佳设计方案是使用自然语言进行输入输出,但是以下两个原因妨碍了自然语言在界面技术中的应用.一是由于语音识别技术尚处于不完全可靠及价格过贵的状况.二是由于自然语言本身的不确定性,必须利用上下文才能正确表达和理解.但是随着技术的发展和研究的深入会使得机器越来越多地理解自然语言.在界面中自然语言的成分越高,智能的成分也越多.
3.2 多媒体技术
应用多媒体计算机技术使计算机能同时扑获和处理图像、声音、视频、文字等多种媒体.在多媒体计算机系统中,充分调动人们的听觉、视觉和触觉与计算机进行交互,使人机界面更加友好、自然.在多媒体技术中,超文本和超媒体是其关键技术.这种技术改变了线性组织文字内容的传统,将要表达的内容分割成节点,节点之间通过链进行连接,其组织形式很接近于人类联想式的思维方式,以立体的网络结构将内容呈现在人们的面前.但是超文本和超媒体的形式也存在某些不足,比如节点的分割困难和阅读过程中的“迷失”问题等等.但是,多媒体技术毕竟使计算机更加接近人类,并且,这种技术将越来越多地应用于计算机.
3.3 专家系统技术
专家系统技术主要包含专家系统的知识表示、专门知识的应用和知识获取技术三个方面.知识表示是研究如何把人类的专家知识加以抽象并逻辑地表示出来,最终转换为适合于机器表示的形式.专门知识的应用主要研究规则事实和表示知识结构的方法,并且将规则用于事实与知识结构的机理结合,从而组成一个专家系统.知识的获取在专家系统中是最难解决的问题.目前已经建立了许多知识获取技术,例如,归纳式知识获取,是采用归纳推理的方法获取新知识.但总的说来,知识获取的研究至今仍是初步的,离问题的真正解决尚有距离.
4 智能人机界面的构成
智能人机界面包括四个部分:1)用户;2)与用户进行交互的会话机;3)与任务交互的任务机;4)任务本身.用户会话机与任务机联合起来组成智能界面.在构造智能人机界面时,一般可以从任务模型、用户模型和翻译器三方面入手考虑.
4.1 任务模型
用结构分析的方法,把任务分解成层次结构和与任务相关的操作分类,最后归结为当前任务的描述.一种较合适的方法是对任务的组成进行分解和在人机之间进行动态分配,也可以将任务视为子过程,为其提供从初始状态到最终状态的转变.
4.2 用户模型
人机界面本身可以理解为一组概念和关系.良好的用户模型将帮助设计者设计出良好的人机界面.真实性是用户模型最重要的特征.常用的有用户概念模型、设计者模型和系统映像.
4.3 翻译器
在人机交互中,由于人们对机器推理过程和数据结构的生疏,以及自然语言和机器语言之间的差距而常常引起错误.机器翻译器是将机器的输出转化成用户可理解的形式,即把任务的机器表示转化为界面中表示的中间功能模型;用户翻译器是把用户的指令、应答和命令转换为机器的操作语言.因此,我们可以用中间媒体作为会话的主动体,它既懂得用户的语言,又懂得机器执行的任务语言.让中间媒体既担当起用户翻译器的作用,把用户指令转换为机器操作,同时又作为机器翻译器,把计算机的输出转换为用户可理解的形式.
5 建立智能人机界面的过程
智能人机界面是一个功能复杂的计算机软件,它的开发过程也应遵循一般的软件生命周期;另一方面,它又是一种特殊的人机界面和专家系统软件,所以又具有自己独特的开发特点.
总的说来,一般可以按照以下步骤进行智能人机界面的开发.
5.1 对智能界面要完成的功能和环境进行详细的了解
与一般的人机界面相比,智能人机界面要采用许多新概念、新技术和全新的结构形式,因此,要充分研究和了解现有的智能人机界面所达到的技术指标,还需借鉴与智能界面有关领域的研究成果和经验,确定一条比较合理的研制思路.
5.2 充分研究界面设计方法
知识库中所搜集界面设计知识的多少对智能人机界面的设计质量起着决定性的作用.对于各类界面设计概念、规则、方法以及有代表性的软件系统进行广泛的搜集,并根据使用范围和用户要求,定义出一个适当的知识范围.
5.3 建立任务模型和用户模型
建立正确有效的任务模型和用户模型是开发智能界面成败的关键.一般是采用实验和原型的方法,反复对模型进行建立、测试、修改,并将模型变成智能界面.
5.4 建立公共界面
公共界面是任务模型和用户模型的集成.通常使用实体关系模型来建立(E-R图).实体关系模型是由概念及其关系所组成的基本结构,很容易转化为上述两个模型中的等价结构.
5.5 概念、功能和结构设计
根据系统规格说明书的要求,阐明智能界面设计过程所需的各种概念、实体及相互间的关系;划分功能,确定操作的内容和形式,明确界面与各类环境的接口.同时,还要根据功能要求进行模块划分,确定各模块的功能和模块间的相互关系.
5.6 知识表示模式设计
在界面设计和知识获取的基础上,采用适当的知识表示方法,建立最佳的知识表示模式,组成高效知识库.
5.7 任务机设计
任务机主要由专家系统的知识库和推理机组成,因此要具体设计出知识库和推理机的结构形式及工作机制.
5.8 用户会话机设计
用户会话机设计包括人机界面、解释模块、知识获取模块等的设计工作,此外,还需实现输入输出之间的各种翻译功能.
5.9 测试与评估
由于智能人机界面技术至今尚未成熟,因此更需要使用原型化技术,反复进行实践、测试、修改或者重新设计.
6 结论
智能人机界面是近年来计算机行业研究的热点之一.目前,尽管智能人机界面的设计仍处于初级阶段,但随着计算机硬件、软件及其相关学科的发展,智能人机界面的设计将日趋成熟,它将使计算机与人的距离进一步缩短,使计算机更多地融入我们的生活.
