普适计算对计算机交互设计的影响

　　随着计算模式经历了主机计算和桌面计算两个时代，计算模式步入普适计算时代，普适计算的本质不在于开发新的计算设备，而在于开发与之相适应的人与计算机之间新的交互方式，使计算机真正进入人们的工作和生活，“智能互动”是普适计算时代的新课题。

　　计算模式的发展

　　目前，计算模式已经经历了主机计算时代和桌面计算两个时代。主机计算时代的计算机只用于科学计算领域，安装在计算中心，人与计算机交流，使用的是生涩的机器语言。20世纪80年代，计算模式跨入桌面计算时代，PC开始流行。

　　随后，计算机使用者的范围由专业人员扩展到了其他行业，这得益于图形用户界面与多媒体技术的发展。21世纪，计算模式开始跨入普适计算时代。

　　交互设计理念下计算模式发展

　　在主机计算时代，计算机是贵重的科学仪器，用户不会考虑需不需要交互设计。在桌面计算时代，计算机走进了用户的办公室和家庭，交互设计也随之迅速发展。速度更快、体积更小、价格更低廉的微处理器不断地生产，使在生存环境中嵌入“计算机”成为可能。人类有限的能力限制了同时从事的活动数目，桌面计算的缺点开始慢慢暴露。在桌面计算模式下，计算机占据主导地位：一是人必须主动使用计算机才能获得计算和信息服务；二是人机之间的交互方式更合适机器而不是人；三是人必须处理各种计算任务的细节才能获得所需结果。

　　当一个人同时面对很多台不同的计算设备，又处在计算机占主导地位的情形下，其注意力就将完全被计算设备而不是要完成的任务所占据，这时计算模式进入普适计算时代，此时人的注意力将成为计算机科学需要关注的稀缺资源。早在1991年， Mark Weiser于在《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century”中提出来了普适计算的思想[1]，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，强调将人们生活的物理空间和信息空间融和。

　　普适计算带来交互设计的变化

　　主机计算时代人与机器交流使用艰涩的机器语言，只有少数专家懂得。当时专家访问计算机是获取数据；桌面计算时代是较为人性的人机界面，大多数人能很顺利的操作PC机并获取语音和图像等资料；普适环境下，计算机已经嵌入了普通事物中，人机接口设计的新挑战就是交互设计。

　　在普适环境下，有这样一个情景：当你从一个房间走到另一个房间时，你所欣赏的音乐也要跟着你在到达房间中连续播放。如果用户不想再听音乐，想到安静的厨房，冲一杯咖啡喝，而这时音乐暂停播放。在这个情景中，通过传感器可以感知到用户的位置和各种细微的行为，如眼神的变化，面部表情等，体现了普适计算的两个特性：“无所不在的感知”和“基于上下文的交互” [2]。可以用格式塔心理学的理论解释一下这个设计过程。行为环境是格式塔心理学的一个重要概念，设计师的行为也是基于行为环境的。设计师基于自己的行为环境来臆测用户的行为，再根据用户的行为来设计设备的行为，而用户的行为是基于自己的行为环境的，由于设计师的行为环境和用户的行为环境是不同，所以设计师难免会错误估计了用户行为背后的原因，设计师有必要降低这种风险。普适环境下，设备已经嵌入用户的物理环境，设备外形带来的影响很小。

　　普适计算时代的“智能交互”

　　普适计算的本质不在于开发新的计算设备，而在于开发与之相适应的人与计算机之间新的交互方式，使计算机成为工作、生活必需品，并像笔纸、刀叉一样使用方便。“智能互动”是普适计算时代给我们提出的新的课题，智能家居将为人类的生活带来新的变化。早期，智能家居主要是指“家庭自动化”，包括使用各种家庭自动化产品和配件。目前，通常把智能家居定义为利用电脑、网络和综合布线技术，应用家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机结合。

　　设备间通信。设备间能够进行有效的通信意味着一个设备能够在其他设备所需的特定条件发生时指示其完成相应的功能，初始设备可以是房间里的任何设备。设备间通信的基础是智能家电具有联网能力，这里的“联网能力”并不是指Internet接入能力，而是指能连接家电设备的任何接口，它保证各设备间能交换数据。家庭网络是信息高速公路进入家庭的产物，是家庭信息基础设施的组成部分。家庭网络可同时支持话音、数据、电视、保安及家电自动化，通过电力线、电话线、电视电缆、光纤、无线电、红外线等多种方式，将家庭中的多台电脑与其外围设备、多种数字设备以及数码家电互联成网络，实现资源共享。

　　设备服务抽象。由于智能家居必须支持不断变化的智能家电及服务，因而必须解决服务发现问题。首先，系统必须能够发现存在的可用设备和服务，继而确定新发现设备及其服务的能力。为了通过单一控制器控制众多的动态智能家电，就必须使智能家电的硬件设备控制、内部计算逻辑和用户接口相分离，灵活地改变智能家电的交互机制而无须改变底层应用。对智能设备提供的服务进行抽象描述就能实现上述分离，这种抽象服务描述允许每一种服务对外公布其所具有的一组属性，使其他服务能够自动地与其进行交互。

　　感知无所不在。对用户的感知是智能家电为用户提供智能交互操作的基础，它包括以下方面：用户识别、用户方位感知、用户行为感知、用户表情感知、感知设备分布、感知设备能力、感知环境变化。在智能家居环境中，用户可以随时随地与智能家电交互，走到特定地方的要求、穿戴特殊的设备或标志都已不再需要，无论你在哪，智能家电都能感受到你。

　　基于上下文的交互。任何能够用来刻画实体状况的信息称为上下文，实体可以是与用户和应用建立交互相关的用户、地点或物体。上下文在交互中的重要性表现在以下方面：一是同样的输入，不同的上下文可能具有不同的语义。二是在人与人的交谈中运用蕴含的状态信息，可提高信息的效率。三是在普适计算环境下，在交互过程中实现接口和服务的个性化也需要上下文信息，物理上的接口不是个人专有，而是由多人共享。四是智能家居环境是一个上下文感知的智能环境，其中，智能家电能够为用户提供一致性的基于上下文的交互。如果用户因为移动而改变其状态，那么系统必须知道怎样在新的位置维持一致的用户交互行为或操作。

　　随着计算机更加普及，结合了普适计算技术的智能家电也将得到广泛应用。将来的电视、电话、电子书、电子记事本等都会配置微处理器和软件，都会拥有计算机的功能。目前，以智能家电为基础，把医疗监护与住宅建设和管理相结合的“智能住宅”已经初现端倪，包括微软的Easy Living、MIT 开发的House_n等研究项目、新加坡的“未来之家”、美国的X-10等实验应用系统。随着经济的发展和社会信息化程度不断提高，人类将对智能家居的功能提出更高层次的要求。毫无疑问，智能家电已经成为未来家电发展的趋势，前途将无限光明。

　　文|刘志1 赵珣2