时间：2022-09-26 06:15:09
导语：在人机交互技术的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
觉交互设备：力反馈数据手套、可穿戴的通信设备、力反馈游戏设备以及六自由度笔杆式力反馈设备。并介绍了其在不同领域的应用情况，最后展望了其发展趋势，针对力反馈设备未来的研究方向提出了建议。
[关键词]人机交互；力反馈设备；应用领域；发展方向
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0224-02
传统的人机交互技术包括：机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题及提示请示等。信息主要以视觉、听觉的形式存在。如果在系统中加入力觉反馈设备，使用户有触觉的感受，用户不仅能看到屏幕上的物体，听见设备发出的声音，而且能够通过触碰感知、操纵这些虚拟物体，从而产生更真实的沉浸感。力觉在交互过程中有起着至关重要的作用，对人们的信息交流和沟通方式将产生深远的影响。
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力，将虚拟数据通过力反馈设备表现出来，可以让用户身临其境地体验虚拟现实中的各种效果。 力反馈技术能将虚拟现实中的数据转化成用户可以感觉到的效果，例如道路上的颠簸或者转动方向盘感受到的反作用力，这些效果都是力反馈控制芯片传递出来的。本文总结了力觉交互技术的发展历史，列举了几类主要力反馈设备和当前的应用领域，并对未来的发展方向稍加说明。
1.力反馈设备的发展历史
力觉交互设备的研究开始于18 世纪初，起初使用简单的连杆和绳索来传递运动和力，慢慢的发展成机械臂。后来产生的计算机技术和人们对与虚拟世界进行交互的向往，推动了力觉交互设备的产生。20 世纪90 年代初，这些装置还主要用于军事仿真研究，比如训练士兵模拟射击和驾驶作战工具。20 世纪50 年代，R. C. Goertz 在核废料处理主从操作机器人系统中首次提出了力觉主手的概念。1990 年，Masao Inoue 等人设计出一种具有力觉临场感的机器人系统，其力觉主手即力反馈装置采用直角坐标结构，3 个相互垂直的滑轨实现位置运动，3个旋转轴则实现姿态运动，在运动形式上完全解耦。1993 年，麻省理工学院人工智能实验室的Salisbury 等开发了一种装置，它实现了点接触力的传递，可以用来产生指尖与各种物体交互的感觉，给人们提供了前所未有的精确的力觉激励，名为“Phantom 触觉界面”。其后，游戏开发者将其移植到游戏设计中。1997 年，微软公司推出的DirectX5 技术正式将力反馈技术的支持加入到了Windows 程序的开发环境中，标志着力反馈技术趋于成熟和标准化。
2.力反馈设备
2.1 力反馈数据手套
力反馈数据手套四借助数据手套的触觉反馈功能，用户能够用双手亲自“触碰”虚拟世界，并在与计算机制作的三维物体进行互动的过程中真实感受到物体的振动，让用户真实感触到物体的移动和反应，能够营造出更为逼真的使用环境。数据手套中典型代表有：日本庆应义塾大学（Keio？University）的Tatsuya？Koyama设计的Multi-fingered？master？hand力反馈数据手套，重量轻且结构简单[1]；美国Burdea设计了由4个微型气缸作为驱动器的Rutgers master glove[2]；美国Bouzit设计了由力矩电机驱动的外骨架式LRP数据手套[3]，哈尔滨工业大学的孙中圣博士设计的基于气动人工肌肉的外骨架式力反馈数据手套[4]；中科院研制的采用线性电磁铁作为驱动部件的Cas-Grasp力反馈数据手套[5]
2.2 外骨骼交互设备
外骨骼交互设备，即能够为整个胳膊或其他身体部位提供力反馈信息设备，其中爱荷华州的力反馈外骨骼机构利用磁场为使用者提供力信息[6] 。VT公司生产的已经商品化的力反馈机构Cyber Force，将力信息反馈到使用者的臂部[7]。俄亥俄州大学机械工程系1998年研制一个较大的的FRE―FLEX是固定输入设备[8]。 SouthernMethodist大学的系统实验室开发的一种外骨骼气动装置[9]叫“Master Arm”，可以根据操作者的体型而进行自身的尺寸调节，非常人性化。
2.3 可穿戴通信设备
最近，可穿戴设备中也加入了力觉反馈技术，让信息通过触觉传递给人类。现在已经有创新科技公司开始针对触觉进行研发，让智能手环成为更好的交互工具。在今年2月份巴塞罗那举行的世界移动通信大会上，Immersion详细介绍了一款可以利用触觉进行通讯的平台――TouchSense Core 。该平台为电动机创造出了一种语言，并可搭载在智能手表等可穿戴设备中进行触觉通讯。除此之外，它还可以独立完成一些细微信息的传达。
2.4 力反馈游戏设备
力反馈的游戏设备可在游戏动态的实景中提供立即及真实反应。本文主要介绍两种，即力反馈摇杆和力反馈方向盘。
2.4.1力反馈摇杆
力反馈摇杆能带给你什么效果？当你在游戏中与敌人在空中缠斗时，你可以感受到高速转弯时造成的真实的剧烈重力拉扯，也可以感受到坦克大战中爆炸所发出的冲击波，甚至连赛车时车体与车体间碰撞时隐隐的触感都能逼真呈现。罗技新的力反馈摇杆WingMan Force是采用线传动力反馈技术的代表作，从而改善因为齿轮咬合而造成的震动间断，比起传统齿轮机械式震动方式，震动的感觉要来得更加细腻敏锐。采用线传动技术后，其震动频率可高达每秒250次，让玩家在赛车时，能彻底真实地感受到车辆在不同地面的震动质感。
2.4.2力反馈方向盘
力反馈天驹赛车方向盘WingMan Formula Force是赛车方向盘的风头产品，也采用了最新力反馈式线传动技术，独特的线传动技术跳脱原来齿轮传动所造成的不平顺和停顿感，使得选手如真实比赛中的赛车手一般。基于这样的游戏设备，通过网络的远程教育，我们便可以在家上驾校了。
2.5 六自由度力觉交互设备
近几年一种体积小，外观简洁，6自由度力觉交互设备的出现引起了轰动。其中，SensAble科技公司的PHANTOM？系列力觉交互设备能使用户接触并操作虚拟物体，不同的PHANTOM产品系列分别适合于从事不同研究领域或商业需求的用户。PHANTOM Desktop（桌上型PHANTOM） 是一款具有优越性能，符合人体工程学，支持所有常用的软件又同时兼具美感的低价位产品。它专为商业用途而设计，可以经过EPP连接电脑，使用一般的电压 （110/230 VAC）即可。笔尖内的编码器能感应到6自由度左右的范围。产品携带方便，具有设计良好的底座，一般接口以及安装简便的多项优点。
3.力反馈设备的应用领域
随着虚拟现实技术的发展，具有力反馈功能的虚拟现实系统在医学上得到了广泛地应用。例如，外科手术医生的培训、牙科医师的训练和远程遥操作手术等。初出茅庐的医学院新生，必须积累了足够的实践经验才能成为一名技艺高超的牙科医生，而现阶段最佳途径是在病人身上进行若干次的临床磨练。而医疗教学事故引发的医患矛盾近年来越来越突出，医学生临床实践的机会受限成为我国医学教学领域培养合格临床医师的最大障碍。借助显示设备和力反馈设备在虚拟的环境下进行虚拟手术有重要意义。虚拟现实力反馈系统已经成为医学教育和治疗的辅助工具，正被越来越多的人开始关注。虚拟现实力反馈系统能够展现微观世界中物体间的相关作用，让学生亲身操作微观的三维化数据，能帮助学生更好地感知复杂的数据[10]北航的王党校等人针对汉字书法模拟，建立了人的触觉技能表达和逼真度评价模型，能够逼真显示汉字书写过程[11]。华盛顿大学和斯克里普斯研究所共同研制了具有力反馈的分子生物模型来，提供了直观的科研环境[12]。力反馈技术在机器人领域也有重要应用，可以远程医疗机器人、康复机器人、工业机器人使用。
4.力反馈设备未来前景展望
力反馈设备实现了感官中除了视觉、听觉以外的第三种人机交互方式，但是要平衡好实时性和稳定性之间的关系，未来还可以结合DK2，Google glass等装置，实现完全沉浸在虚拟世界的目标。
参考文献：
[1] Tatsuya Koyama，IkuoYamano.Multi一fingered exoskeleton haptic device using passive Force feedbaek for dexterous teleoperation.2002 IEEE conference on Intelligent and Systems，2002，10：2905一2910.
[2] Bouzit M，Burdea G，Popescu G，，et al.The rutgers materⅡ-new design force-feedback glove[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2002，7（2）：256-263
[3] Bouzit M.Design，implementation and testing of a data glove with force feedback for virtual and real objects telema-nipulation[D].Paris：University of Pierre ET Marie Curie，1996.
[4] 孙中圣，包钢，李小宁.影响数据手套力反馈的因素分析.机床与液压，2008，10：21一23
[5] 原魁，朱海兵，杜清秀.一种虚拟现实系统接触交互接口.中国体视学与图像分析，2001，9：153一156.
[6] Luecke G R，Chai Y H.Contact Sensation in the SyntheticEnvironment Using the ISU Force Reflecting Exoskeleton[C].IEEE Virtual Reality Annual Symposium，1997.
[7] Immersion Corporation，Cyberforce[OL].http：///products/3d/interaction/cyberforce.shtm1.
[8] Williams II R L，North D Murphy M.Kinesthetic Force/MomentFeedback via Active Exoskeleton[C].Proceedings ofthe Image Society Conference，Scottsdale，AZ，1998.
[9] Hurmuzh Y，Ephanov A，Stoianovici D.Efect of a Pneumatically Driven Haptic Interface on the Perceptional Capabilities of Human Operators[J].Presence，M1T Press，1998，7（3）：290―307.
[10] R. M. Taylor. Haptics for Scientific Visualization. Proceedings of ACM SIGGRAPH2005 Courses， New York USA， 2005：756-764
资料与方法
650例术后病人，其中合并截瘫42例，术后卧床3~12个月，平均6个月；此650例入院前合并褥疮12例，术后3例，并发尿路感染52例；肺内感染28例；肺不张4例，伴有食欲不振、腹胀、便秘等消化系统症状者98例，平均住院1个月左右。
护 理
做好术后一般护理：术后需要密切观察患者生命体征，切口有无渗血、渗液，敷料有无松脱、移位等。因手术多在硬膜外下施行，故术后应去枕平卧6~8小时，且禁食水，直到排气为止。加强晨晚间护理，手术后由于脊柱暴露、椎体和部分椎弓受到破坏，椎体可出现不稳定现象，故术后翻身需平稳，避免脊柱扭曲，以防影响脊髓功能恢复。注意观察肢体功能恢复情况，趾（指）屈伸活动的出现，是截瘫的一种征象，故应指导病人术后自主锻炼。
心理护理：因患者术后需长期卧床休养，身体虚弱，加之对疾病不甚了解，思想顾虑重，情绪低落，对治疗也缺乏信心。因此，在临床护理过程中，要针对病人的特点，做细致耐心的护理，要尊重和关心病人，充分发挥病人的主观能动作用，向病人详细讲解疾病的相关知识，介绍成功治愈的病例，使病人放下思想负担，积极配合治疗。
预防术后并发症的护理：褥疮的预防及护理：褥疮发生的原因：主要是受压的骨突出部分受压时间过长，局部血液循环受阻，营养缺乏，使局部组织坏死、溃疡。脊柱结核病人术后切口疼痛，加之患者害怕脊柱手术翻身影响脊柱稳定性，尤其是截瘫病人，皮肤神经营养障碍。如护理不当，极易发生褥疮。因此，在护理过程中，首先应向患者讲清术后皮肤护理及翻身的重要性，取得家属的配合。皮肤护理要做到“四勤”，即勤翻身、勤按摩、勤擦洗、勤整理床铺。翻身要在家属的协助下，每隔1小时翻身或按摩1次，并交替进行，这样即减少了翻身次数，又减轻了患者的害怕心理，同时，在翻身时采取三点成一线式翻身法（即头、肩、骨盆），在同样受力下翻动病人，以保护脊柱的稳定性，对手术前已发生褥疮的病人，尤其伴有截瘫的病人，外科手术治疗后，伴随截瘫的康复，褥疮往往很快即可愈合，起到事半功倍的作用。对于局部皮肤发红者，可垫软垫或气圈并局部按摩，按摩用50%酒精，以改善局部血液循环。对局部水泡形成者采用无菌注射器抽液，外涂龙胆紫，出现糜烂可用红外线灯照射，褥疮严重、创面深、有炎症时，可用庆大霉素湿敷，或利福平涂于创面，也有利于褥痤的早期愈合。
尿路感染：脊柱结核术后多数病人不习惯卧床排尿，易发生尿潴留，而采取留置导尿，尤其以截瘫病人更需要留置导尿。如处理不当，极易发生尿路感染。为此，术前1~2周指导病人练习床上排尿，术后鼓励病人排尿，对应用热敷、条件反射引导排尿尚不能缓解者，给予导尿。对留置导尿的病人，导尿管应关闭，每2~4小时1次，目的是训练自主膀胱挛缩，隔日用生理盐水加庆大霉素进行膀胱冲洗1次，每周更换1次导尿管，更换时要轻轻按摩病人下腹部，将膀胱内尿液排尽，隔4小时之后重新在无菌条件下插入，目的是使膀胱得到充分休息，同时要教会病人及家属经常做膀胱按摩，促进自主排尿的恢复，定期进行尿液检验或尿培养，如出现感染，应给予抗生素治疗。
肺内感染：长期卧床的病人，由于肺活量减少，排痰不畅易引起肺不张、坠积性肺炎等，为了防止肺内感染，在应用抗菌素治疗的同时，护理方面，我们采取了协助病人排痰的方法，鼓励病人咳嗽，多饮水，翻身时轻扣背部，让病人做深大呼吸、吹气球等以增加肺活量，痰液黏稠不易咯出时用超声波雾化疗法，并随时用吸引器吸出气管内分泌物，降低肺内感染等的发生率。
消化系统症状：长期卧床胃肠蠕动减弱，消化吸收功能也受到不同程度的影响，部分病人伴有食欲减退、腹胀、便秘等消化系统症状。除了应用相应的一些消化系统药物之外，护理方面积极鼓励病人多做一些腹式呼吸、腹部热敷、按摩。饮食上要多食用一些易消化、高蛋白、高营养的软质食物，增加肠蠕动的蔬菜、水果等。在不影响脊柱稳定性的前提下，指导病人多做一些床上运动，如翻身、四肢的屈伸运动等；如便秘严重可用肥皂水灌肠，必要时用手指挖出粪便。
健康教育：健康教育活动已被列为整体护理重要内容之一，在临床护理中，对病人进行健康教育，是护士的重要职能，对象是病人、家属。内容：①入院教育内容教育：本科室医务人员概况、医院环境、住院规则、作息指导。②疾病的健康教育：疾病的诊断、治疗原则、检查项目的目的和意义。药物作用、不良反应、注意事项、心理指导。③特殊教育：凡是需要特殊治疗及护理的病人，如手术病人术前健康指导，术后护理指导，健康指导。④出院指导，病人出院在家休养的注意事项及护理不当易引发的并发症。健康教育的内容越具体，越易于病人理解执行，效果就超好。因此，在健康教育过程中，护士应学会因人、因时、因地施教。
因人：病人因年龄、性别、社会环境、文化程度等诸多因素不周，对疾病的认识程度不同，对健康教育的理解也不同。对文化程度高的病人，扩士不但要讲解疾病的病因、病理、治疗原则、预后，还要讲解心理情绪对疾病的影响，使其对自己的疾病全面了解。对文化程度低或接受能力差的病人，护士不要用医学术语，要用通俗易懂的语言反复讲解，帮助他们树立战胜疾病的信心，逐步建立健康行为。
【关键词】体感交互技术；体感教育；幼儿教育
【中图分类号】G612 【文献标识码】A 【文章编号】1004-4604（2016）01/02-0035-04
近年来，体感交互技术、云计算、大数据、移动互联网等技术飞速发展，不仅推动了社会经济的巨大变革，也为教育的发展带来了重大机遇和挑战。在“互联网+”和信息技术高速发展的时代，幼儿教育如何接受这一轮技术变革浪潮的洗礼，是一个值得深入研究的课题。其中，体感交互技术在幼儿教育中的应用就是一个值得我们深入研究的问题。
一、体感交互技术的概念与发展：以Kinect为例
（一）体感交互技术的概念
体感交互技术（Motion Sensing Interaction Technology）是指人们能够直接运用手势、肢体动作、语音、眼球转动等方式与计算机及其相关设备进行互动的新型自然交互技术。体感交互技术强调创造性地运用手势、肢体动作、语音等方式与计算机进行交互，无需为实现人机互动而额外学习，从而减轻了人们学习鼠标、键盘等非自然操控方式的负担，使用户关注于任务本身。〔1〕体感交互技术的出现在人机交互（Human-computer Interaction，HCI）技术发展进程中具有里程碑意义。继键盘、鼠标和多点触摸人机交互方式之后，体感交互被称为“第三次人机交互革命”。
在体感交互技术发展过程中，Kinect的出现具有十分重要的意义。Kinect是微软公司开发的一款姿态传感输入设备。从词源上看，Kinect一词是Kinectics（动力学）和Connect（连接）的合成。〔2〕Kinect主要由一个彩色摄像头、一对深度传感器、一组麦克风及一个马达构成，作为XBOX360外接的3D体感摄影机和新一代体感设备，它具有即时动态捕捉、影像辨别、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能，能够捕捉使用者的动作、面部表情、语音等，从而让用户摆脱传统输入设备的束缚，实现直接通过自己的身体控制终端的目的。
Kinect体感交互技术是人机自然交互技术的重大发展， Kinect实现的“手势、深度和骨骼追踪”是人机自然交互技术最基础、最实用的内容。“手势、深度和骨骼追踪”的组合，对人体基本姿势进行了定义和匹配，从而实现了通过身体的自然交互控制计算机的目的。〔3〕与传统输入设备如键盘、鼠标等不同，Kinect直接通过用户的身体来控制终端，用一种最自然、最自由也是最柔软的方式与装置和环境产生交互，有效减少了硬件设备对用户的束缚，进而降低了用户的认知负荷，提高了用户的参与度，加深了用户的情感体验等。因此，Kinect具有巨大的应用潜力。〔4〕
基于Kinect体感交互技术的教育产品是一种情境化的、自然交互的学习工具，可以为学习者提供与现实世界相似的虚拟或仿真情境，让学习者 “身临其境”地获得拟真实的、鲜活的学习体验，真正实现寓教于乐、寓教于动。
（二）体感交互技术的发展和应用前景
2008年，在美国举行的国际消费电子展（CES）上，比尔·盖茨提出了自然用户界面（Natural User Interface，NUI）的概念，并预言人机交互将在未来几年内有很大的发展，键盘和鼠标将逐步被更自然的触摸式、视觉型以及语音控制等技术所代替。与此同时，“有机用户界面”（Organic User Interface）也悄然兴起，主要包括生物识别传感器、皮肤显示器等，实现大脑与计算机的直接对接。这些技术无疑会对人类生活产生重大影响。从比尔·盖茨提出NUI概念到现在不过短短几年，一系列人机交互新技术，包括第六感设备、增强现实、多点触摸、追影技术、虚拟现实、语音识别、体感操作和脑机接口等相继诞生，从二维空间扩展到三维空间，从接触式逐渐转变为非接触式。当前，体感交互（ Gestural Interaction）从众多自然人机交互技术中脱颖而出，成为最前沿的研究领域之一。〔5〕
目前体感交互技术的使用已非常广泛，涉及虚拟应用（如体感试衣）、3D建模、机械控制、虚拟乐器、虚拟娱乐、虚拟实验、游戏操控、康复训练等多个领域。〔6〕Kinect已被广泛用于教育及医疗康复领域。中国台湾地区的Chiang等人运用Kinect体感交互技术训练老年人的手眼协调能力；美国明尼苏达大学儿童发展研究所的研究人员借助Kinect体感交互技术收集和跟踪儿童的语言和行为，协助开展自闭症的相关研究。美国罗彻斯特理工学院的Darren Stanley通过Kinect体感交互技术收集被试在持续性操作测验中肢体和头部的姿势以及动作来测试其注意力水平。体感交互技术在教育上的应用是一个特别值得关注的问题。
二、体感教育：体感交互技术在幼儿教育中的应用
（一）体感教育的概念
体感教育目前还没有统一的定义，本文尝试将其界定为：以体验式学习理论、情境化学习理论和具身认知理论为基础，将体感交互技术以及其他多媒体技术、3D技术和AR增强现实技术等应用于教育的过程。其中，幼儿教育中体感教育通常是指让幼儿通过各种身体动作，如挥手、伸展、奔跑、跳跃等操控三维场景中的人和物，并与三维场景中的人和物进行互动，将学习、体验、探索、运动和游戏融为一体。体感教育有一个特别的优势，它可以通过体感交互技术将幼儿原本无法直接体验的内容，如海底探索、太空旅行、火灾地震防范等，以接近真实的三维场景呈现给幼儿，让幼儿获得拟真实的体验。
体感交互技术给人们带来了全新的体验：拟真实的情境、身体的直接参与等。它有助于学习者（包括幼儿）获得更为丰富的认知和情感体验，帮助学习者开展深度浸入式的学习以及角色扮演式学习等，从而弥补学习者无法在真实情境中体验学习的缺憾。体感教育出现不过短短几年，已经引起了广泛关注。2011年美国弗罗里达科技教育峰会上，来自佐治亚州社区学校的教育学家Janice Sinclair分享了他将AR技术应用于幼儿教育的心得。他认为，在幼儿教育中运用3D产品颇受幼儿的欢迎。幼儿非常喜欢和拟真实的虚拟环境中的动物们交流、玩耍，乐此不疲，原本枯燥的学习变得非常有趣。卡内基梅隆大学人机交互研究所最新的一项研究显示， Kinect游戏是比手机游戏或平板电脑游戏更有效的学习方式。幼儿通过Kinect搭建积木比通过移动平台游戏的效果更好。他们在测试中分别给两组幼儿发放了平板电脑或笔记本电脑以及Kinect体感交互技术装置和专用的投影大屏幕，结果发现，使用Kinect体感交互技术装置的幼儿学习效率更高，搭建的作品更稳固，而且幼儿非常喜欢Kinect游戏。由此可以看到，游戏和拟真实情境的结合对提高幼儿的学习能力具有积极的作用。
（二）体感教育的特点
1.沉浸性
体感交互技术创造的拟真实情境，打破了幼儿和学习对象之间的隔阂， 幼儿被“嵌入”到游戏场景中，“身临其境”地获得真实体验。游戏过程中，幼儿所有的感觉器官和注意力被调动， 通过特定的角色扮演，完全投入到学习活动中，从而进入心理学家米哈里·齐克森米哈里 （Mihaly Csikszentmihalyi） 所说的“心流”状态。
2.交互性
体感交互技术条件下的人机互动，是使用者（幼儿）与计算机产生的3D虚拟环境的实时互动。此外，还包括虚拟环境中多人游戏时自发出现的同伴互动、师幼互动和亲子互动。
3.娱乐性
游戏是体感教育的主要途径，因此，体感教育具有较强的娱乐性和游戏性，对幼儿具有极强的吸引力，可以充分激发幼儿的兴趣并保持幼儿的注意力。
（三）体感教育的作用
首先，体感教育可以拓展幼儿体验和操作的范围。《3～6岁儿童学习与发展指南》指出，幼儿的学习以直接经验为基础，在游戏和日常生活中进行。成人应理解幼儿的学习方式和特点，珍视游戏和生活的独特价值，为幼儿创设丰富的教育环境，最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知、实际操作和亲身体验获取经验的需要。然而，现实生活中，特别是在现代化城市生活条件下，幼儿能够直接感知体验的对象十分有限，而海底世界、航空航天、天文现象、水下探险、史前文明、恐龙时代等更不可能直接感知。体感教育可以创造出接近真实的三维场景，让幼儿化身宇航员遨游浩瀚的宇宙，穿上潜水服畅游神奇的海底世界，还可以用肢体动作操控猎豹在非洲大草原上捕猎。这种情景式、沉浸式的学习方式，打破了时间和空间的限制，能充分满足幼儿的好奇心和求知欲，培养他们的想象力、冒险精神和探索精神。
其次，体感教育可以成为幼儿开展运动、锻炼身体的有效途径。与电脑游戏、手机游戏相比，体感交互技术与运动高度关联。体感教育活动的设计也多将动作和运动嵌入到整个教育活动中。美国田纳西大学的一项研究表明，体感游戏将成为幼儿锻炼身体的绝佳途径。该大学健康饮食和体育实验室的哈利雷纳（Hollie Raynor）博士表示，体感游戏比缺乏科学指导的户外活动的锻炼强度大，锻炼效果也更佳。2010年10月，美国心脏协会对购买体感游戏设备的玩家进行调查后发现，体感游戏不但可以让玩家在游戏的同时进行运动，还能在无意中改变玩家非游戏时间的运动习惯。参加调查的2284名玩家中，有58%表示，他们现在不仅在游戏中运动，在平时生活中也增加了户外运动，例如慢跑、散步或打网球等；68%的玩家认为，他们每天应该进行更多的体力活动。〔7〕此外，体感教育也将改善由传统网络游戏带来的诸多问题，如网瘾、长期保持不变的坐姿和盯着屏幕看可能对躯体和眼睛带来的伤害等。
再次，体感教育可以使幼儿的科学教育“活”起来。体感交互设备可以使幼儿园的科学活动室真正“动”起来。一直以来，科学教育都令幼儿园教师头疼，因为缺乏相应的科学知识、科学教育资源以及专门的培训，幼儿园科学教育活动往往很难有效开展。许多幼儿园的科学活动室装修豪华，却几乎沦为摆设。体感交互设备的引入可以帮助幼儿园教师有效开展科学教育活动，例如，幼儿可以“穿上”潜水服在神奇的海底世界，与海豚、海龟、鲸鱼互动，也可以直观地了解地震、火灾等自然灾害，等等。体感交互设备能够大大提高幼儿园科学活动室的利用率，使幼儿园的科学教育落到实处。
最后，体感教育有助于幼儿园安全教育的有效开展。引入体感交互设备，幼儿园的安全教育不再仅仅停留在书面，教师可以让幼儿在虚拟的真实场景中体验特定的安全情境，自然地形成安全意识。如，“消防安全”体感课程就可以帮助幼儿学习如何灭火及逃离火场，“地震逃生”课程则可以帮助幼儿了解地震时正确的应对方法。
三、体感交互技术应用于幼儿教育的问题与展望
毫无疑问，和任何新生事物一样，体感交互技术应用于幼儿教育面临诸多质疑和挑战。“我们之所以需要人工物，是因为自然物不能满足我们的需要，人工情感的制造也是基于同样的理由。由此我们可以持这样一种态度，即人工情感如果实在对我们有用，能用它来解决我们的困难，产生出真实的人性的效果，其真假问题也就退居其次了。”〔8〕体感教育也同样如此。
体感交互技术不仅可以应用于幼儿教育，还可以广泛用于基础教育、特殊教育、职业教育以及康复训练等诸多领域。值得注意的是，体感交互技术仍处于发展初期，存在诸多有待解决的问题，如动作错误识别、过度识别、输入延迟等，这些都严重影响着人机交互的流畅性。〔9〕同时，现有的体感交互技术平台普遍缺乏触觉反馈体验，这是一个比较大的体验黑洞。〔10〕此外，现有的体感交互设备缺乏生理疲劳监测与反馈，〔11〕教师和家长无法有效监控幼儿的运动量。如何增强体感交互设备对幼儿动作敏感性的促进作用，如何让幼儿在利用体感交互设备游戏时实现钻、爬等复杂动作，如何增强体感教育活动的粘性，如何在同一时间增加更多玩家或满足多人操作需求等等，都是需要进一步探索的问题。体感教育活动的设计也面临实际困难和伦理风险，特别是在如何将教育、游戏和运动加以有机整合等方面仍面临诸多困难和挑战。
总之，体感交互技术以及体感教育还是刚刚出现的新生事物，它不是要取代幼儿在真实情境中的体验和操作，而是起到拓展、丰富和补充作用。我们相信，随着体感交互技术的进一步发展，体感教育将呈现出更大的活力和更为广阔的发展前景。
参考文献：
〔1〕〔10〕李青，王青.体感交互技术在教育中的应用现状述评〔J〕.远程教育研究，2015，（1）：48-56.
〔2〕 余涛.Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话〔M〕.北京：机械工业出版社，2012. [本文由WWw. dYlW.nEt提供，第 一专业教学论文，欢迎光临dYLW.neT]
〔3〕张诗潮，钱冬明.体感技术现状和发展研究〔J〕.华东师范大学学报：自然科学版，2014，（2）：40-49.
〔4〕赵洋帆，杜娜，等.用户运动信息反馈形式对体感操作用户体验的影响：一项基于Kinect的可用性研究〔J〕.应用心理学，2014，20（4）：367-374.
当人机互动技术遭遇云计算、遭遇移动互联网，或许还有新材料、新能源时，会迸发出什么样的精彩呢？
据悉，在微软的“未来之家”的体验屋里有一个特殊的角落：看似普通的厨房墙面，可以变成电脑屏幕，上面有天气预报、日程提醒等重要事项。当房屋的主人收到别人的派对邀请函时，他可以很简单地选择接受或者拒绝，他的朋友可以从这个“墙面”上接到回复，同时，日程表也会自动生成，如果主人开口问，例如，今天我需要做什么？会有一个发声动听的机器人随时回答他的各种问题。
而微软2010年底推出的kinect也开创了游戏的新模式。借助kinect，玩家不需要使用任何手柄、摇杆、鼠标或者其他遥控器，即可用身体直接控制游戏。比如在玩体育游戏的时候，你只需要接通电源，不管是乒乓球的挥拍还是保龄球的击打，你只需要像现实中那样摆出动作即可指挥屏幕里的游戏。
不难理解kinect推出的两个月就破了销售800万台的纪录的奇迹。它也被赋予了一个更高层次的意义：第三次人机交互革命的原点。
人机交互（hci，human-computer interaction）是一个跨学科的技术领域，从广义上理解就是用户体验，在直观意义上理解是指人与机器之间的互动方式。
眼下，在人逐渐适应计算机再到计算机不断适应人的互动过程中，人机交互技术已不再局限于键盘输入、手柄操作，而是以更加新奇的方式出现：手指的微小动作、声波在空气中的振动、眼珠和舌头的转动，都可以实现信息传递，完成人与机器之间的“对话”。而随着技术的精进，“有机用户界面”（organic user interface）也开始悄然兴起——生物识别传感器、皮肤显示器，乃至大脑与计算机的直接对接，无疑都将给人类的生活带来重大影响。
“灵云”推出为哪般？
和美国等先进国家相比，中国的hci技术主要应用在语言文字领域。但不管怎么说，hci“中国军团”也在行动。2011年12月8日，北京捷通华声语音技术有限公司在2011中国手机产业发展大会上宣布：在全球范围内首个推出全方位、个性化的人机交互感知云—灵云。该公司董事长张连毅称，灵云是一种可以用语音、手写、拍照，手势，将来甚至可使用脑波识别等智能手段来操作、感知手机、计算机等数字设备的网络云服务，让人机交互象人与人沟通一样的简单自然。
据称，灵云可通过移动互联网、互联网等网络提供全方位、个性化智能人机交互技术的云服务，目前可提供语音识别、语音合成、手写识别、扫描识别、即时翻译等多种hci应用服务。灵云，简单的说就是让手机、电脑等数字设备在与人的交互过程中，实现能说会听、能写能识，感知并完成人们过去通过键盘、鼠标发出的操作要求，从而使机器设备具有全方位、多样的人机交互能力，与用户之间的交互变得更轻松、简单、自然，更回归人性，促进人与机器之间的和谐互动。
现在，捷通公司以hcicloud为域名的灵云平台已经上线。在上面，人们可以体验语音合成、手写识别、文字识别等人机交互技术应用。同时，2012年1月16日，捷通华声宣布推出名为“小唐龙”的软件——这是一款基于手机（或者pad）的智能助手，为手机主人“提供工作、学习、生活、娱乐、交友等各个方面的助理服务。”
显然这家已在人机交互技术领域耕耘、积累多年的企业已经意识到了产业变革的气息以及国内外hci行业的激烈竞争态势，正试图以一种综合和集成占领产业优势地位。
在国内，除捷通华声外，人机交互技术产品供应商中还有汉王、科大讯飞等实力强劲的上市企业。其中汉王以手写技术闻名，科大讯飞在语音技术方面发展势头迅猛，而捷通华声在hci的各个技术方面的发展相对较为均衡，由于一直没有上市，而且客户以行业用户居多，市场占有率不小却大众知名度不大。然而，这个企业最近却动作频频，曝光率颇高。张连毅告诉本刊记者，继不久前引入华软战略投资之后，捷
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通也将在产品升级和品牌运作方面加大力度，进一步挺进个人用户市场。
激动人心的行业变革
显然捷通在加紧hci整合的努力。其背景正是hci技术展现出广阔前景：国内外企业的人际交互技术已经成熟起来了，伴随着移动智能终端的到来，它呈加速度方式走向每一个人。这个市场实在是太大太诱人了。而且，正如捷通所意识到的，hci加上云计算，再加上移动互联网，早已不是传统意义上的语音合成、手写识别这样简单的应用。
过去的两年，毫无疑问，众多hci产品的革新令人叹为观止。神话般的苹果ceo乔布斯仙去后，苹果的第一款重量级产品iphone4s让许多消费者失望，但同时的语音助理siri软件却越来越得到业内人士的高度评价。siri 能做的，听起来相当不一般，使用者可透过声控、文字输入的方式，来搜寻餐厅、电影院等生活信息，同时也可以直接收看各项相关评论，甚至是直接订位、订票；另外其适地性（location based）服务的能力也相当强悍，能够依据用户默认的居家地址或是所在位置来判断、过滤搜寻的结果。
不过siri最大的特色，则是人机互动方面产生了突破，不仅有十分生动的对话接口，其针对用户询问所给予的回答，非但不至于答非所问，有时候还让人意想不到的惊喜，例如使用者如果在说出、输入的内容包括了“drunk”、“home”这些词（甚至不需要符合语法，相当人性化），siri 会判断为喝醉酒了、要回家，并自动建议是否要帮忙叫出租车。
siri展示出的是在准确语音识别的基础之上，进行语义的智能分析判断，并且实现系统功能和后代数据(包括个人偏好和历史记录)的调用，实现所答即所问与服务即所想——真正实现助理的功能，从识别，执行，再到互动之间的飞跃，这就是siri的革命性所在。捷通推出“小唐龙|，显然是受到了siri的启发。而siri目前对中文语音尚无能为力，这就给了中国厂商以很大的机会。
而2010年11月4日正式的微软kinect体感游戏设备，也在人机互动的市场化应用领域带来了突破性的进展。在这一设备中，玩家可以不通过任何控制器，单凭自己的动作和手势就能指挥电脑中的游戏。这个游戏系统也辨识人脸，让玩家自动连上游戏。它还可辨认声音和接受命令。在游戏示范中，玩家们可以用脚踢仅存在于屏幕中的足球，并可用伸手设法拦阻进球。在驾驶游戏中，玩家可以转动想像中的方向盘来操控电视游戏中的赛车。这种神奇的效果也属于hci的一项应用，里面用到了动作感应、语音识别等，这些技术使人和机器之间更加亲密无间了。
kinect确实成了微软征战家庭娱乐市场的一把利器，但微软的目的显然并不想仅仅借此赢得“电子游戏的未来”。kinect的真正潜力，将在电脑、手机乃至军队和医疗卫生事业上得到更加充分的发挥，从而创造更为可观的经济利益和社会效应。微软kinect技术总监alex kipman曾强调说：“人们不喜欢手里总是握着个东西，比如鼠标和键盘。而kinect还只是旅程的起点。” 果然，2012年1月10日，有消息传出，微软的体感游戏控制系统kinect将在数周后登录windows pc，而且其功能不仅仅局限于游戏。
中国的奋斗者们
以中国的hci军团的整体实力而言，目前尚未能推出像siri和kinect这样的重量级产品，暂时也很难充当hci创新潮流的领头羊。但是，国内的企业也有自己的优势，那就是，基于中国本土文字、语言的特性，中国企业可以在汉语的语音和文字识别等hci应用方面做得更好。甚至，在此基础上，在一些项目上进行突破，获得世界性的“单项奖”。转贴于
2010年10月28日，“科大讯飞‘语音云’会暨移动互联网语音创新论坛”在北京香格里拉饭店隆重举行。科大讯飞董事长兼总裁刘庆峰介绍了“讯飞语音云”的总体框架和主要构成，及其作为语音服务平台的特性，并现场演示了手机语音搜索、短信随意说等基于“讯飞语音云”的典型应用。此外，刘庆峰也介绍了科大讯飞公司的语音合成技术、发音模拟技术、口语评测技术，有些技术在世界性的比赛中获得领先的名次。
据悉，“讯飞语音云”是基于云计算技术基础，为各类移动互联网创业者和创新性企业提供低门槛的语音合成及语音识别服务，合作伙伴可以像使用水、电那样“即开即有、按需取用”，在很短时间内构建出支持自然语音交互功能的特色移动互联网应用。
眼下，讯飞旗下的讯飞语音输入法软件正在智能手机用户中传播。该输入法让人印象深刻的是它的识别率相当高。科大讯飞副总裁江涛表示，讯飞语音输入法的识别率已经接近90%。记者尝试了这个软件，感觉其确已具备应用价值。
其实在以前，ibm 也推出过viavoice等语音识别产品，但那时的语音识别的准确率不高，很难替代键盘输入。现在，借助于云计算等手段，在智能手机上用语音输入代替键盘输入，已经有了应用的可能。据专家称，新旧两代语音识别技术之所以差别巨大，在于其不同的工作方式。语音识别从本质上来说，是一个基于统计模型的人工识别问题，数据对于语音识别是非常重要的，另一方面是算法，需要不断改进和提高。
软件大鳄腾讯也出手了。2011年9月，腾讯研究院人机交互中心研究员刘海龙透露，云手写和云语音识别将登陆qq，云手写对工整字符的识别率将达到99%以上，云语音更将挑战“发音习惯，用词习惯”等传统技术难以解决的技术难点，为用户带来全新的，极简的沟通体验。、人机交互中心模式识别组项目负责人陈波表示，基于云计算的移动通讯，在通话、短信这两大主流功能的主要部件中，将实现单独部件的“全能化”。如：用户对麦克风应用使用需求将全面覆盖至语音登陆、语音认证、语音识别、语音搜索、听歌搜歌、哼唱搜歌、制作歌曲、音乐类游戏等功能，在功能覆盖最大化的同时，必须简化用户在切换操作中的时间和过程。又如：在短信使用时，被云计算覆盖的手写识别、手势应用、语音输入，将为用户带来最为便利的输入体验。
而捷通华声公司，早在2008年就已经与金山公司合作，将手写云服务嵌入到爱词霸网站中。2011年6月28日，由捷通华声倾力打造的云手写官方网站正式上线，并开始全方位地为用户提供各种手写产品体验及技术服务。此次推出灵云平台，显然是试图超越单项的hci技术，以综合性、一站式的hci云服务占领行业制高点。而各项hci单项技术如何协同成为一个整体，以及如何应用并给用户带来更要效率，则是下一步面临的挑战。
会是一场产业革命吗？
2008年7月1日，微软主席比尔·盖茨将退出微软日常管理工作。他在佛罗里达州奥兰多市召开的tech-ed大会上发表了最后一次在职演说。在演讲中主要谈到交互技术问题。在过去几年里，pc用户主要通过鼠标和键盘进行界面交互。未来十年的重点，将会更加强调连结人与人的关盖，人与计算机的交互变得越来越像人与人之间的互动。
盖茨没有说错，不管是苹果的siri、微软的surface和kinect，科大讯飞的语音云，还有捷通华声的灵云，都已经昭示了一个人机交互新的时代的到来。
在cnn预测的2012年十大科技趋势中，新的人机交互方式——比如通过触摸屏和声控等——也列在其中。
张连毅认为：在苹果的触控技术出现之前，人与机器的交互手段已走过两个阶段：50年代ibm这个蓝色巨人，把人类社会带进计算机时代，键盘一直成为人们操作计算机的一个非常关键性的、代表性的交互手段，这是第一阶段。第二阶段中的典型代表是鼠标。微软是这个阶段中很强大的推动者。第三个阶段是苹果所推动的触控时代。而下一个阶段，则将是一个更自然、更人性化的人机交互体系时代，即智能人机交互（hci）技术时代。显然，在张连毅的计划里，灵云是为了这个时代而准备的。事实上，灵云正是被设计成拥有一个完整的自学习系统，在人们通过灵云实现人机交互过程中，记录、分析每个用户的使用习惯，不断提升为每个用户提供个性化服务的能力和水平，从而不断提升更好、更确准的智能服务效果。灵转贴于
云将同时提供完整的云端组合式解决策略，用户使用起来更流畅自然，在各种带宽条件下都享有良好用户体验。
智能人机交互的时代，我们将享受多少科技带来的便利和快乐？委实引人遐想。当人机互动技术遭遇云计算、遭遇移动互联网，或许还有新材料、新能源时，会迸发出什么样的精彩呢？其实美国《未来学家》杂志早在2010年中刊登的文章，就已对当前正在研发或者已投入商用的各类人机交互技术进行了盘点。这里列举一部分：无声语音（默读）识别：通过默读识别，使用者不需要发出声音，系统就可以将喉部声带动作发出的电信号转换成语音，从而破译人想说的话；电触觉刺激：通过电刺激实现触觉再现，可以让盲人“看见”周围的世界；仿生隐形眼镜：科学家希望将电路集成在镜片上，打造出功能更强大的超级隐形眼镜，它既可以让佩戴者拥有将远处物体“拉近放大”的超级视力，显示出全息图像和各种立体影像，甚至还可以取代电脑屏幕，让人们随时享受无线上网的乐趣。人机界面：也被称为“脑机接口”，它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备之间建立的直接连接通路，即使不通过直接的语言和行动，大脑的所思所想也可以借由这条通路向外界传达。
二者均较著名。
1、深圳市大疆创新科技有限公司是中国一家无人飞行器控制系统及无人机解决方案的研发和生产商，成立于2006年。公司致力于为无人机工业、行业用户以及专业航拍应用提供智能飞控产品和解决方案，目前市场占有率为较高。
2、汇顶科技成立于2002年，经过持续的努力和技术积累，已经成为人机交互技术领域可靠的提供商。秉承“创新技术，丰富生活”的使命，致力于开拓探索，在人机交互技术领域不断取得新进展，陆续推出了一批较为先进的技术。
（来源：文章屋网 ）
关键词：信息技术；工业设计；教学模式
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）01-0066-02
当今信息技术的爆发式发展给工业设计教育带来了长远而深刻的影响。信息科学使工业设计的教育理念、教育行为出现了新的变化。许多授课的新概念、新方法应运而生。教学辅助工具，更需要与工业设计学科特点融合为一体来推进工业设计学科的教育改革。从而提高教育质量，适应现代社会对教育的需求。信息技术增加了学生接触外界的机会，为学生开启了知识之门。熟悉电子媒体的学生可以利用网络了解世上的各种事物，使信息时代学生具有全球意识。由于网络信息渠道多、流通快，在数字环境熏陶的学生有很强的怀疑精神和创造力。在产品设计的课堂上，要让学生利用信息技术为人们找出生活中的实物。
一、运用信息技术在产品设计课程中进行人机交互的教学研究
要让计算机完成指定任务，就需要建立一种平台能够与计算机进行交流。人机交互技术（Human-Machine Interaction）是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。人机交互界面在我们的生活中随处可见，如：汽车操作系统、自动取款机、地铁自动售票系统等。完善的人机界面设计可以使用户更迅速、更简便、更舒适地操作机器，也可以使机器功能得到最大的发挥。在过去工业设计的教学课堂上，由于条件限制，人机交互设计只能通过教材口述的方式进行，学生不能亲身体验，进行相关信息化的产品设计不很理想。进入信息时代，学生大量地使用智能化手机、平板电脑、电子游戏机等人机交互频繁的电子产品，为人机交互设计教学带来了便捷。在计算机和游戏机上，过时的鼠标和键盘点击的输入方式现在已逐渐被另一种使用体验——手指触控代替。输入手机、电脑、游戏机的指令都采用屏幕触控来进行。在交互产品设计课程中，相应的设计问题被提出来让学生思考。未来的人机交互方式将会是怎样的呢？如何创造新的人机交互方式？根据这种人机交互方式应该设计出怎样的产品？亲身体验过人机交互的学生会根据设计要求，思索、想象和创造未来更自然、更友好的人机交互方式，他们追求一种类似人与人之间交流的计算机操纵方式。比如：采用语音识别的方式、肢体动作识别的方式、对用户面部表情识别的人机交互方式等。然后，再对人机交互技术的相应学科——计算机视觉及多媒体信息处理、模式识别、人工智能等相关领域进行深入研究，并设计相应的交互产品。
二、运用信息技术构建产品设计模型课程的新方式——虚拟模型
过去的产品设计模型课，学生只有用油泥、石膏、ABS板等材料手工制作可以看得见和触摸的具体实物模型。教师通过实物模型来全方位观察和评估设计方案。但这样手工制作模型，耗时长、修改困难、模型精确度低。受材料和加工工艺的影响，一些造型无法做出来，对学生的形态创意思维的限制较大。信息时代的产品设计模型有别于传统意义上的实物模型。计算机辅助设计促进了工业设计方式的革新。现在学生制作实物模型前，可以用一系列数字化工业设计辅助工具来构建创意产品的模型数字结构。在计算机中用曲面、实体、线框将产品设计构想转化为三维虚拟模型。然后赋予数字模型以材质、光效，并在一定的场景中渲染来进行产品的仿真演示。数字化模型为学生提供了全新的表达形式，能方便地对构思中的产品各个侧面进行修改和评价；对产品的材质、色彩可以快速更换和评估效果；可以在不同的环境中为模型渲染各个角度效果。这样使师生对产品进行全方位观察和思考的手段又得到了丰富和完善。确定了满意的方案后，学生可以打印出产品的三维图纸，再根据图纸准确地制作实物模型。这样的虚拟模型不受时间、材料和加工手段的限制，大大地提高了模型的精确度，降低了返修率，给学生提供了更广阔的创意空间。
三、在新产品的设计中，运用信息技术调查产品市场需求以及产品适用人群等
学生建立了设计目标以后，可以通过计算机在互联网上针对特定环境进行调查设计、收集资料和初步分析：了解是否有同类型的设计已经实现？现有设计的优缺点是什么？产品针对什么样的使用人群？使用者的心理特点、生活特点和工作特点是什么？等等。他们可以通过问卷调查方式在网络上直接收集关于设计选题的第一手资料，或者利用互联网的媒体功能收集二手资料。网络调查的效率很高，只要建好平台，自动生成数据库，再用统计软件分析整理反馈回来的信息，就可以得出有价值的结论。然后有针对性地进行产品设计。
四、在工业设计课程中引导学生深入研究和运用3D打印技术来生成概念产品，促进制造业发生重大变革
工业设计是综合性学科，需要不断地吸收科技的最新成果。当前已经成熟的计算机辅助设计技术使工业设计产生了质的飞跃，未来具有广泛发展前景的3D打印技术会促进工业设计的又一次飞跃。它通过电子制图、数据传输、激光扫描、材料熔化，按照电子模型图纸层层重叠成型。3D打印常用于产品制造领域的设计阶段，这种技术可以打印精细复杂的产品，减少了工业样品制作耗时，提高原料和燃料的使用效率，降低生产成本，能够根据客户的个性量身定制产品，引领制造业发展的新趋势。3D打印技术让工业设计的课程更接近实战。在产品设计课程中，一些小产品，如手机、音乐播放器、剃须刀等只需要一台小打印机就可以快速成型。大型的产品也可以按比例缩小成型。学生在电脑屏幕上设计出所要打印概念产品的图纸，然后确定形状以及颜色，控制特定的材料以及精密度，最后按下打印按钮，旁边一台带有喷嘴的机器，将学生设计的概念产品迅速地打印出来。教师和学生可以面对实物去进行评估和修改，而不需要面对书本和图纸去夸夸其谈地空想。这种技术使工业设计的课堂更加接近生产化，同时培养出大批熟悉3D打印技术的人才，促进该技术的成熟和完善，为中国制造业的变革打下基础。
五、让学生利用信息技术环境设计更具亲和力的产品
产品设计的亲和性成为信息时代产品设计的重要特征。人类进入信息时代，新的生活方式和新的文化背景影响着人们对产品的需求。人们除了通过信息技术为自己量身定做产品以外，还可以无休止地选择产品，只要轻按鼠标，就能随时改变心意。因此，个性化、亲和力强的产品常常受到青睐。产品是通过形态、结构、色彩、材质等设计语言传达给大众的。学生在信息时代的产品设计中，采用多色彩的造型组合方式，半透明时尚感、卡通化的生活用品，金属质感的电子产品，便捷化的电脑产品等方式以及个性化的生活空间，宠物化的个人产品，颇具儿童化的时尚用品，返璞归真等亲和性因素，不仅仅表现为柔和的色彩与拟人化的外形设计，同时还体现着一种特有的功能实现。它将满足信息时代的特征与消费观念，从而使亲和性的功能与造型结合在一起，真正满足信息时代的需要。具有亲和力的产品设计将成为网络时尚的扩展方向。以计算机为代表的信息技术开辟了工业设计教学的崭新领域。信息技术提供形象直观的交互式学习环境使学生获得更大的视野、更多的设计信息和创意思维。信息技术的优势必须融入到工业设计学科特色中来，才能真正服务于学生，推动中国工业设计教育的发展！
参考文献：
[1]人机交互技术，人机交互技术概况[DB/OL].百度百科.
[2]改造效果评价，3D打印机——制造业发展新趋势[DB/OL].中国科技网.
关键词：工业设计；计算机；人机交互；未来
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)17-4244-02
Computer-aided Industrial Design of Human Interaction
HUI Qi-xun
(Wuxi Travel and Trade Higher Vocational Technical School,Wuxi 214000,China)
Abstract: With the development of science and technology, industrial design industry also in development, and at the same time, the industrial market in the design of the products of industry, the species diversity of interest requirement also become increasingly strict. In order to ensure that the industrial design in terms of quality and quantity can better development, computer aided design of the industry establish human-computer interaction, become the key factors of industry design. This paper put forward based on computer aided the origin of the industrial design, and then puts forward computer-aided industrial design of man-machine interaction of the concept and characteristic, and human-computer interaction application in industrial design, and finally to the future development of human-computer interaction made planning and prospected.
Key words: industrial design; the computer; human interaction; future
工业设计在近五十年内得到了飞跃的发展，随着计算机和通信技术为代表的数字化信息时代的快速到来，工业设计行业得到了飞跃的发展，由此新生的计算机辅助工业设计以一种崭新的面貌进入企业，企业传统的产品研发过程也在被不断的改变。为了能够使工业产品的质量得到质的飞跃，缩短研发的时间，更多的工业设计员发现，在计算机辅助工业设计的同时，不仅仅需要计算机软件上不断的革新，“人”的作用在工业设计中也日益突显出来。如何将“人机交互”完美的运用到计算机辅助工业设计中，成为了当前计算机辅助工业设计的一项重大的项目。
1计算机辅助工业设计出现
伴随着历史的发展，设计内涵的发展也趋于更加广泛和深入。现在，人类社会的发展已进入了现代工业社会，设计所带来的物质成就及其对人类生存状态和生活方式的影响是过去任何时代所无法比拟的，而工业设计业较之其他工业领域的特殊性也突显了出来。首先工业设计的用途是决定工业设计优劣的最主要因素，此为与美工设计或美术设计上最大的差异处。其次由于工业产品是为供人使用的，所以要讲求能配合人体，如适当的大小、操作的便利，与使用的舒适等。并且在设计出来的产业要能表现材料的特质：同样的产品，采用不同的材料来制造时，应该根据其材料的特质，而赋予不同的设计造型与结构。最后在产品完成后，还必须要考虑生产程序：因为工业生产讲求大量化，所以设计时对加工程序上亦应力求经济。
计算机辅助工业设计是指以计算机硬件、软件、信息存储、通讯协议、周边设备和互连网等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息离散化表述、扫描、处理、存储、传递、传感、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。与传统的工业设计相比，计算机辅助工业设计在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。计算机辅助工业设计以工业设计知识为主体，以计算机和网络等信息技术为辅助工具，实现产品形态、色彩、宜人性设计和美学原则的量化描述，从而设计出更加实用、经济、美观、宜人和创新的新产品。
2计算机辅助工业设计中人机交互的含义及特点
2.1计算机辅助工业设计中人机交互的含义
计算机辅助工业设计的人机交互是指人使用某种对话语言与计算机以一定的交互方式进行交流，为完成确定工业设计任务，人与计算机之间的信息交换过程。人机交互或人机互动，是一门研究系统与用户之间交互关系的学问。系统可以是各式各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。用户通过人机交互界面与系统进行交流，并进行操作。
2.2计算机辅助工业设计中人机交互的特点
1）计算机辅助工业设计中的人机交互功能减轻工作人员的劳动强度。人机交互功能主要凭借可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。计算机辅助工业设计人机交互的主要作用是控制有关计算机辅助设计中相关软件的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关各种命令和要求，这样人机交互才能完善地结合，并有助于操作员进行实质性的操控。在计算机辅助工业设计中，人机交互设施有键盘显示器、语言识别、图形识别等。这样一方面能够将计算机充分的利用到工业设计中，另一方面，工业设计的工作人员可以再操控软件的同时，减轻工作的压力，方便修改产品的尺寸、线型，以获得良好的产品形态。
2）计算机辅助工业设计中人机交互是提高产品质量的重要环节。计算机辅助工业设计中人机交互有利于产品性能的最佳发挥，提高生产的效率。它将设计人员的创造性思维、经验知识、综合判断，最佳的思维特性和审美创意与计算机强大的信息检索能力、海量信息高速计算的处理能力，虚拟真实的突显和艺术感染加上人工处理相结合，从而提高了工业设计中的速度和办事效率，大大缩短了工业设计的周期，保证了工业设计的质量，降低了工业设计的成本。
3）计算机辅助工业设计中人机交互有利于提高产品的市场竞争力。“人机交互技术无论发展到什么程度，都必须围绕以用户为中心的宗旨”。利用人机交互在工业设计中广泛的应用，强调以客户为中心，加强产品的独创性，将人机交互在工业中发展到极致，满足客户人性化的需求，给客户带来持续良好的体验，提高效率。自然能够提高产品在市场上的竞争力，使得产品在创意、设计和质量上高于其他同类产品，从而使本企业在商业竞争的过程中立于不败之地。
3人机交互在计算机辅助工业设计中的应用
计算机信息网络全球化在人们生活和工作中早已占据了不可动摇的地位。而现代化社会也从“技术为根本”变为了“信心技术为根本”，这一方面预示着社会的与时俱进，同时也给工业设计者们带来了一定的难题。如何将证明的工业信息准确无疑的转达给客户，这就必须需要客户与工业产品之间必须无障碍的沟通交互，因此人机交互才在工业设计中显得格外的重要。目前，在计算机辅助工业设计中，人机交互主要体现在虚拟装配、人机界面、产品设计，产品虚拟仿真技术上。
3.1虚拟装配
工业产品的可维修性、可装配性和配合性是设计人员经常出错的关键，在过去在产品最后的装配过程里，一直到等到很长的时间段后才能发现到装配中零件出错报废或工期耽搁的情况。而虚拟装配就是在工业产品设计的阶段中就能利用人机交互的方式，设计者通过三维输入设备，直接对工业零件进行三维装配的操作，使在装配的过程中将设计者的创造能力发挥到最大限度。同时在这种三维的立体效果里，设计者如同在现实生活中观察工业产品，从而能以最快的速度准确的发现产品在工艺设计中出现的纰漏。
3.2人机界面
在人机的大前提下，人与计算机之间所有的关联都需要依靠人机界面来维持，人机界面是人与计算机相互作用的操作方法和联系的纽带。它是以研究处理“人与物”之间的信息传统为主，既研究了计算机的用途，同时也重视了人的重要性。而人机界面的用途在于，它处理了工业设计师与计算机软件、硬件的关系，研究了人机界面模型的设计，虚拟界面的设计、多用户与多感官界面的设计等等，从而更好的为工业设计提供良好的技术基础。
3.3产品设计
德国研究人员正在开发一种全新的可移动交互系统，此系统能够通过视觉存贮设备将视觉信号转换为命令，有望全面代替键盘和显示器。这种设备是一个小型的能够放在胸前的电脑，其摄像头能捕捉到手部运动，根据手部运动传达的信息转换成对应的命令以方便执行。而在工业设计中，人机交互最大的好处莫过于在产品的设计上，计算机技术可以根据人的行为，去理解图像，然后根据设计师概念从而做出反映。主要是在设计师进行产品设计师，运用一系列的现代化计算机的手段，从而去配合操作员的设计理念，提高产品的外形、结构、色彩、材质，达到减少产品成本，提高劳动效率的效果。
3.4虚拟仿真
产品虚拟仿真技术在工业设计中的应用指的是，通过计机算机的系统中的虚拟仿真的技术，对人机交互进行准确无误的判断、设计。这种虚拟的仿真技术是一种相当逼真地去模仿人在大自然的环境里看和听等主观动作的人机界面手段。当下，在工业设计领域，已经有很多的产品运用到了虚拟的仿真技术。如三维空间交互球、数据手套、头盔显示器、力反馈器等等。但是比起虚拟仿真技术在军事上的应用，前者运用的并不算多。因此，虚拟仿真技术在工业上的运用无可厚非的，成为了工业设计未来的一个主要方向。通过虚拟仿真技术可以实现工业设计过程中每一个设计过程的操作与检验，能够帮助设计师更快，更准确的完成或修改设计方案，减少设计师无必要的时间和脑力劳动。加强与设计团员之间技术上的沟通与交流，资源的共同探讨，提高工业产品的设计速度，准备的抓住工业市场的机遇，提供企业在市场上的地位，获得更多的经济收益。
4计算机辅助工业设计中人机交互的前景
在计算机技术中，人机交互的范畴里，更多大胆创新的概念不断的被提出。语言的识别、红外线遥感、视频的扑捉等等，必定会给人机交互技术带来更多技术上的提高。新的人机交互技术不断涌现，它能给人们带来的是更多科学技术上的革新和期待。
而在未来的计算机工业设计中，人机交互应当加强“以人为中心”，“和谐”“统一”的交互模式，从而提高人机交互的工作效率。
4.1集合化
人机交互的特点是多样化，多渠道的。将非桌面和桌面，二维和三维，可见与不见，与手语、口唇、肢体语言、味、嗅、触等知觉以及计算机的鼠标、键盘集合在一起，使计算机技术能以各方位，更全面的为工业设计服务，是新一代计算机辅助工业设计中人机交互的一个新的发展方向。
4.2智能化
当下，计算机使用者都是运用的鼠标、键盘灯设备进行精确的交互输入，但使用者的动作和思维却是模糊的。可在工业设计中，却常常使用的大量的非精确性的模糊信息。在人机交互中，如若能够提高计算机的使用，使计算机可以自动扑捉使用者的姿态、手势等模糊信息，了解到使用者的意识，并随之做出适当的反映，提高人机之间的交互效率，使交互间能够更好的服务于工业设计。
5结束语
总之，微软创始者比尔盖茨曾说过，计算机毫无表情的时代终将结束。即将迎接人们的是富有感情的计算机的时代。虽然当下的计算机还不能够拥有人一般的喜怒哀乐，但做到计算机与人之间的情感交互是人机交互的发展趋势。把握“以人为本”人机交互的根本理念，做到计算机与人类的完美配合，共同创造更为和谐的科技化社会让计算机能够去理解和模仿人类情感特征的能力，以提高计算机辅助人类工业、商业中的工作效率，这才是人机相互最需要注意的宗旨。
参考文献：
[1]汪海波.浅析计算机辅助工业设计[J].安徽工业大学学报:自然科学版,2005(2).
[2]许为.人-计算机交互作用研究和应用新思路的探讨[J].人类工效学;2005(4).
但人机交互最终是为了达到有人所谓“人机合一”的境界与目的吗？近日微软在预热全新一代操作系统Windows10时强调了一点，“技术应当退居其次，用户与技术的互动，应该像人与人的沟通交流一样自然”。这也正是笔者想要类似表达的。用眼、音、意念控制设备的方式无可厚非，但如此花样繁多的形式很容易忽视交互的根本目的即——实现用户的根本需求。
我们是否太过于强调技术的推动作用了？
在正式展开问题之前，首先界定一下交互思维同传统思维的差异性。传统思维更多的是强调目的性，这是一种非常简单的单向性思维。而交互思维则注重过程，它需要设计师在产品上多下功夫思考“为什么”，“怎么做”，少些匠气，从“术”的层面逐步转化为“道”的层面，最终能使产品到达用户手中可以隐性地对话、交流。
可是，为了达到这样的双向性，现实往往存在这样一种误区：过分突出技术在人机交互中的推动作用。以笔者此前从事的媒体行业打个比方，很多人近年来唱衰纸媒，该论调不是没有道理的，毕竟同电脑和手机相比，你不能指望从一张纸上能“链接”出更多的相关信息。但是在多媒体中，人机交互有时会过度，陷入这样一种尴尬境况：无穷尽的链接，界面不断噼里啪啦地弹出提示框……过多的交互，不但不利于深度阅读，反而会影响读者对内容本身的消化，这使得技术流于形式。
早在智能手表刚问世时，一个朋友在饭桌上对某大牌的手表曾大倒苦水：“你对着手表叽里呱啦说了一大通，结果，‘啪’地一边的手机却亮了。”她抱怨的是时下被誉为‘或将革了人机交互的命’的语音控制技术。”多傻啊！我的对话对象明明是手表啊。”她评价道。
上述的例子实际上可以暗示我们：一、人机交互的内容和形式必须匹配；二、人机交互的价值在于让用户有一种参与感，但倘若融入过多的技术，用户并不买账。TA只是需要一种参与，而非过度的参与。
用户究竟要什么？
说到底，人机交互技术无论发展到什么程度，都必须坚持一个底线——以用户为中心。相信吧，当“交互”这个用来传递“平等”意义的词汇运用到人及其创造的物件时，永远都不会成立！
人，需要的不是自己像个傻瓜一样被动地去过度参与人机交互中，TA只不过需要一种服从自己、让自己更免于肉体劳作的工具，尽管这种工具经常被打上“智能”的美丽标签。
明白这样一种潜在的心理暗示，设计大师越到后面越容易走密斯·凡德罗(德国建筑师)那样的路——Lessismore。所以，你看到的苹果系产品在不断地砍掉功能上的枝枝丫丫，逾来逾“傻瓜”。当然，做完这样的“减法”之后，重点的将会变得更重点，需要突出的也会因而变得更突出。这也借鉴了经济学里资源的稀缺性假设或者鲁迅在仙台说的“大概物以稀为贵”之论。否则，当所有的重点成筐成筐地倒在台面上，你反而都找不到重点了。
SurfaceRT为何卖不过iPad？其中一个原因便在于它的繁琐：额外端口、SD卡插槽、允许用笔在SurfacePro上完成操作，以及内置的翻转支架……鉴于用户的认知空间和认知能力和人类本身的惰性，真的难以量化说，有多少用户的精力就在这些功能的抉择中一点点损耗掉。当有一条路摆在你面前，你知道怎么走。可当几条路同时出现时，你是不是会停下来思考——究竟，要选择哪个呢？
关于3.5个改进原则和建议
暂请忘了那些诸如“人机合一”的美梦吧！刘慈欣《三体》描述的世界离你还远着呢，“以用户为中心的人机交互设计”还面临诸多问题呢，比如从经济学的角度来说，目前最大的挑战是如何降低人机交互过程中的成本，还有后续如何给用户带来持续的、良好的体验，提高交互效率的问题。对此，笔者认为还有以下几点的改进以提升交互体验：
1、反馈。人机交互背后，其实很多需要运用认知心理学的知识。人是需要反馈的：当我快乐，我需要分享；当我悲伤，我需要安慰，在交互过程中，用户的操作需要在机器上及时得到反馈效果。比如我们玩《神庙逃亡》游戏撞墙时手机发出的震动，就是一种及时的触摸震动反馈。这样的反馈设计还应更多。
2、限制。除了上述所讲的机器“做减法”。鉴于人类认知与技术发展过程中呈现的不协调性，你永远无法保证用户在操作过程中会出现哪些问题，所以要提前预设一系列状况，需要有相应的提示来限制用户某些操作不能做的，不希望那个用户做的，做了会有严重后果的等。
教学内容：小学数学一年级下册
教学目标：1、以组的计数方法构造一个数；
2、用几个几的形式表示一个数；
3、通过圈一圈、比一比、说一说激发学生的学习热情，渗透集合思想和乘法知识。
教学重点：用几个几的形式表达一个数。
教学难点：几个几的意义。
教学过程：
一、复习导入
1、出示一组图形
一共有多少个图形？数一数，算一算。
算式________________
①
师：你能根据这张图编应用题吗？
②
生编应用题，列式计算、交流汇报。
③
为什么会有两种方法呢？
④
师：观察的角度不一样，得到的结果也不一样。
二、探究过程
1、师：其实生活中还有很多这样的情况——（出示图：4人观察鸡蛋）
看，小胖和他的小伙伴们正在观察一盒鸡蛋，一共有几个鸡蛋？（板书：20）
2、师：他们眼中看到的鸡蛋就不一样。小胖是这样看的，他2个一圈，圈了一个圈、二个圈……十个圈，他发现20里面一共有10个2。用算式可以怎么表示呢？（10个2连加，2+2+2+2+2+2+2+2+2+2=20。）
3、谁再来说说小胖是怎么圈的？
4小胖的伙伴们都说他们看到的鸡蛋和小胖不一样，他们各人眼中的20又是多少个几呢？（出示课题：各人眼中的20）
5、请你拿出练习单做第2题，圈一圈，看看20可以圈出多少个几？
①.学生独立尝试，师巡视指导。
②．交流，展示各种圈法：
2个10
4个5
5个4
10个2
③．说一说每种圈法表示什么意思呢？用算式怎么表示呢？
④．（出示学生不是平均分的作业）这样圈是几个几吗？
⑤．圈的时候要注意什么？（每次圈的个数要一样多，要圈完。）
6、师小结：刚才我们圈出了各人眼中的20，知道了20里面有2个10、10个2、4个5和5个4，并且知道了圈的时候要注意每次圈都要一样多，要圈完。
三、巩固练习
1、圈一圈，填一填（练习单第3题）
（
）个4=（
）
（
）个5=（
）
（
）个10=（
）
（
）个2=（
）
2、按要求圈一圈（练习单第4题）
3个4
4个3
2个6
6个2
3、圈一圈，填一填
（
）个（
）
（
）个（
）
（
）个（
）
4、选择题
5、判断（机动题）
四、总结
今天我们学会了什么新知识？
设计说明：
《各人眼中的20》是上海市二期课改和小学一年级数学新教材下册P69页的内容，要求学生学会各种方法分割20的集合，为今后的乘法学习作铺垫准备。《数学课程标准》指出：“重视学生的学习经历和经验，关注学生体验、感悟和实践的过程，通过学习情境的创设、实践环节的开发和学习渠道的拓宽，丰富学生的经历和经验，改变学生的学习方式，实现知识传承、能力发展、态度与价值观形成的统一。”根据新课标的要求，我把教学目标定为：
1、以组的计数方式构造一个数；
2、用几个几的形式表示一个数；
3、通过圈一圈、比一比、说一说激发学生的学习激情，渗透集合思想和乘法知识。
教学重点为：用几个几的形式表达一个数；
教学难点为：几个几的意义。
在导入中，我加了一个图形题的练习，虽然与教学内容关系不大，但是我想让学生知道，同一个题目可以从不同的角度观察，从而得到不同的解答方式，同样的，一盒鸡蛋也可以有不同的观察结果，鼓动学生积极创新，寻求不同的答案。在观察鸡蛋时，为了让学生沿着教学内容的主线探究下去，我首先展示了小胖的观察结果，先圈一个2，再圈一个2，以此类推，再结合学生手部的动作边圈边数，得出20里面有10个2的结论，由此鼓励学生沿着这一方向自主探究，得出各种结果。教学内容20的组成是重点，所以在学生探索出20所有的集合后，再进行一次巩固的练习，包括整理和练习单，加深学生的印象。在之后的练习中，分别设计一些各人眼中的12、10、15等练习，让学生学习的知识拓展开来，掌握各种集合，锻炼他们圈一圈的熟练程度。由于学生对“5个4”和“4个5”之类的相近的结果容易混淆，所以要特别引导学生的圈法，“4个5”就从“1个5”开始圈，“5个4”就从“1个4”开始圈，或者一边圈，一边数出几个几来帮助提高学生的正确率。
反思：
1、教学内容和练习比较多，所以时间安排有些紧张，环节不够紧凑；
2、练习设计缺乏挑战性的题目；
3、在交流过程中没有对小胖的10个2分析透彻，可以让学生在这个环节中掌握更扎实点再进行探究；
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