美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)的CHI 2011 (Conference on Human Factors in Computing Systems)于5月7日至12日在加拿大溫哥華舉辦。作為人機(jī)交互(HCI)領(lǐng)域的頂尖國(guó)際大會(huì)，CHI 2011為人機(jī)交互領(lǐng)域的最新研究提供了一個(gè)展示平臺(tái)。　　

　　本屆CHI 2011大會(huì)主席、微軟雷德蒙研究院高級(jí)研究員Desney S. Tan表示：“如何通過(guò)將技術(shù)無(wú)縫整合到人們的日常工作中使計(jì)算惠及更多人群，以及如何進(jìn)一步理解和改善人類的生存狀態(tài)一直是我們持續(xù)面臨的挑戰(zhàn)。”

　　一直以來(lái)，微軟研究院通過(guò)經(jīng)費(fèi)贊助和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)為CHI提供支持。今年，有40篇由微軟研究人員撰寫或與他人共同撰寫的論文被CHI選中，約占大會(huì)接受論文總數(shù)的10%。

　　對(duì)Tan而言，這絲毫不值得驚奇。“微軟研究院致力于進(jìn)一步推進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。由于人類和技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)愈發(fā)緊密，微軟研究院正將越來(lái)越多的精力集中于人機(jī)交互，這一點(diǎn)從我們研究人員的參與程度上也可見(jiàn)一斑。”

　　微軟研究院首席研究員Bill Buxton對(duì)本次會(huì)議的貢獻(xiàn)不同尋常。在主題為“讓過(guò)去告訴未來(lái)：Bill Buxton交互設(shè)備精選展”上，Buxton收藏的交互設(shè)備令人印象深刻。

　　由微軟雷德蒙研究院的Ryen White和Matthew Richardson以及卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的Yandong Liu聯(lián)合撰寫的論文《社區(qū)規(guī)模和接觸率對(duì)于同步社會(huì)問(wèn)答的影響》（Effects of Community Size and Contact Rate in Synchronous Social Q&A）成為會(huì)議期間獲得最佳論文獎(jiǎng)的13篇論文之一；同時(shí)獲獎(jiǎng)的還有由前微軟研究院實(shí)習(xí)生Gabe Cohn和訪問(wèn)學(xué)者Shwetak Patel（兩人均來(lái)自華盛頓大學(xué)）、微軟雷德蒙研究院的Dan Morris和Tan聯(lián)合撰寫的論文《你的噪聲就是我的命令：以身體作為天線的手勢(shì)遙感》（Your Noise is My Command: Sensing Gestures Using the Body as an Antenna）。由來(lái)自Phillips Exeter學(xué)院（新罕布什爾州埃克塞特的當(dāng)?shù)刂袑W(xué)）的Akash Badshah，來(lái)自華盛頓大學(xué)的Sidhant Gupta、Cohn以及Patel，以及來(lái)自微軟劍橋研究院的Nicolas Villar 和 Steve Hodges共同撰寫的《互動(dòng)發(fā)電機(jī)：自供電觸覺(jué)反饋裝置》（Interactive Generator: A Self-Powered Haptic Feedback Device）成為獲得最佳注釋獎(jiǎng)（Best Notes Awards）的兩篇文章之一。　

　　觸感家庭

　　想象一下，有一天你不再需要物理附件即可操作輸入設(shè)備——因?yàn)槟愕纳眢w本身就是輸入設(shè)備。方法之一是在身體上附加傳感器。我們面臨的挑戰(zhàn)則是將實(shí)際的“信號(hào)（signal）”與“噪音（noise）”分開(kāi)——例如周圍環(huán)境中的電磁干擾，它們會(huì)淹沒(méi)傳感器，導(dǎo)致信號(hào)難以處理。在《你的噪聲就是我的命令：利用身體作為天線的手勢(shì)遙感》這篇論文中，研究人員采用逆向思維解決這個(gè)問(wèn)題。

　　“我們能不能把電噪聲 (electrical noise) 看作一種信息源？它們能告訴我們，用戶在哪里以及他在干什么。”Morris回憶道，“這是第一次對(duì)可行性加以評(píng)估的試驗(yàn)。”

存在電力線路和電器噪聲輻射的場(chǎng)合，人體就像一根天線。

　　人體是真正的天線，在典型家庭的嘈雜用電環(huán)境中走動(dòng)時(shí)就會(huì)感應(yīng)到這些信號(hào)。研究人員嘗試是否能夠識(shí)別出足夠精確信號(hào)，告訴系統(tǒng)用戶在觸摸什么、身在何處。為了測(cè)量這些信號(hào)，研究人員在每個(gè)研究參與者身上放置了一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，并記錄這些傳感器捕捉到的電信號(hào)。參與者做出各種“手勢(shì)”時(shí)，他們背包內(nèi)放置的筆記本電腦就會(huì)不斷收集這些數(shù)據(jù)，例如觸摸墻壁上的特定點(diǎn)和電器，或者在不同的房間內(nèi)走動(dòng)等。

　　接下來(lái)，是確定對(duì)這些數(shù)據(jù)加以分析能否足以區(qū)分這些手勢(shì)和位置。在很多情況下，只憑借參與者身體所感應(yīng)到的環(huán)境噪聲即可識(shí)別他們的行為了。例如，參與者可以通過(guò)示范操作開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，將特定電燈開(kāi)關(guān)周圍的環(huán)境噪聲“教給”算法語(yǔ)言，它就能確定用戶在觸摸開(kāi)關(guān)附近五個(gè)點(diǎn)中的哪一個(gè)，精度在90%以上。同樣，研究人員可以識(shí)別參加者在任何給定時(shí)刻身處哪個(gè)房間，其精度可達(dá)99%以上，因?yàn)槊總€(gè)房間的電氣噪聲環(huán)境是迥然相異的。

　　“這是一系列相當(dāng)可喜的成果，”Morris說(shuō)：“現(xiàn)在，我們正在考慮如何把它打包成為一個(gè)實(shí)時(shí)交互的系統(tǒng)(a real-time, interactive system) ，以及當(dāng)我們把你的整個(gè)住所都變成觸感平面時(shí)，會(huì)有哪些創(chuàng)新情境。”

　　把患者當(dāng)作醫(yī)療顯示平面

　　來(lái)自世界衛(wèi)生組織和美國(guó)醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)(the American Medical Association)的報(bào)告證實(shí)，病人不遵守醫(yī)囑是成功治療慢性疾病的主要障礙之一。有證據(jù)表明，醫(yī)患溝通是改善患者遵守醫(yī)囑的最重要因素之一。研究論文《AnatOnMe：利用基于投影技術(shù)的手持設(shè)備促進(jìn)醫(yī)患溝通》(AnatOnMe: Facilitating Doctor-Patient Communication Using a Projection-Based Handheld Devicei)主要是幫助我們理解如何在面對(duì)面交流和臨床環(huán)境下使用輕便的手持投影技術(shù)，改善醫(yī)患溝通。

三個(gè)演示屏幕：a）身體；b）模型；c）墻面。

　　論文作者弗吉尼亞理工大學(xué)的Tao Ni（微軟雷德蒙研究院的前實(shí)習(xí)生）,微軟雷德蒙研究院的Amy k. Karlson以及微軟研究院前研究員、目前在多倫多大學(xué)任職的Daniel Wigdor，以物理治療(physical therapy)為重點(diǎn)，聯(lián)合訪問(wèn)了多名醫(yī)生，了解到常見(jiàn)的溝通挑戰(zhàn)和設(shè)計(jì)要求，而后制作并研究了手持式投影系統(tǒng)(handheld projection system)，使其能夠靈活地為信息交流提供支持。醫(yī)生可以將手持投影儀對(duì)準(zhǔn)墻面或窗簾，使之成為“無(wú)處不在”的顯示器，也可以對(duì)準(zhǔn)病人，將有用的醫(yī)療信息直接疊加在解剖圖的特定部分上，形成“強(qiáng)化現(xiàn)實(shí)（augmented-reality）”影響，或稱之為“虛擬X射線(virtual X-ray)”。

　　由物理治療師和病人參與的測(cè)評(píng)和正規(guī)的實(shí)驗(yàn)室研究表明，與傳統(tǒng)方法相比，手持投影儀能夠創(chuàng)造很高的價(jià)值，提供更加令人投入的認(rèn)知體驗(yàn)。

　　“這是一個(gè)有趣的新領(lǐng)域，”Karlson說(shuō)：“因?yàn)椋M管在許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)里，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普及，但是在醫(yī)患面對(duì)面溝通和教育的環(huán)節(jié)上，技術(shù)仍然相對(duì)缺失。

　　“最酷的部分，是當(dāng)我們把醫(yī)療圖像直接投射到研究對(duì)象的胳膊和腿上時(shí)，聽(tīng)到了他們的積極反應(yīng)。他們說(shuō)，‘哇！酷！’‘我感覺(jué)好像看透了自己的皮膚！’似乎在自己的身體上看到醫(yī)療影像，是一件相當(dāng)引人注意和獨(dú)特的體驗(yàn)。”

　　手術(shù)室的非接觸型交互

　　隨著影像引導(dǎo)型流程在手術(shù)室里的普及，醫(yī)師對(duì)與數(shù)字影像之間互動(dòng)的需要也越來(lái)越多。在由微軟研究院學(xué)術(shù)合作部（Microsoft Research Connections）資助，與蘭卡斯特大學(xué)的一個(gè)合作項(xiàng)目中，英國(guó)米爾頓·凱恩斯開(kāi)放大學(xué)的Rose Johnson，微軟劍橋研究院的Kenton O’Hara、Abigail Sellen和 Antonio Criminisi，以及英國(guó)劍橋阿登布魯克醫(yī)院的Claire Cousins，他們合作來(lái)實(shí)現(xiàn)在手術(shù)室環(huán)境中豐富、靈活且非接觸型的患者數(shù)據(jù)交互。由此產(chǎn)生的論文《探索非接觸型互動(dòng)在影像引導(dǎo)型介入放射學(xué)中的應(yīng)用潛力》（Exploring the Potential for Touchless Interaction in Image-Guided Interventional Radiology）獲得了CHI 2011榮譽(yù)提名論文獎(jiǎng)。

　　在介入放射學(xué)（the interventional radiology）等治療中，影像引導(dǎo)在外科醫(yī)生的工作中起著關(guān)鍵作用，然而由于消毒問(wèn)題，外科醫(yī)生必須避免接觸鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備。并且不得不借助“代理（proxy）”來(lái)瀏覽數(shù)字影像，也就是通過(guò)手術(shù)小組的其他成員找到合適的影像、平移或縮放。這非常枯燥而且浪費(fèi)時(shí)間。

　　 這張圖片是從計(jì)算機(jī)區(qū)域向X射線臺(tái)拍攝的情景，表現(xiàn)了外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)以及復(fù)雜的協(xié)作環(huán)境，這正是非接觸型互動(dòng)所必須解決的問(wèn)題。

　　研究小組開(kāi)始了實(shí)地考察，目標(biāo)是了解醫(yī)生的工作實(shí)踐。研究人員與外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)協(xié)作進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和評(píng)估。針對(duì)Xbox 360設(shè)計(jì)的Kinect等非接觸型互動(dòng)解決方案為外科醫(yī)生提供了重新掌握數(shù)據(jù)導(dǎo)航控制權(quán)的可能。但是，在實(shí)現(xiàn)界面的協(xié)同控制，以及實(shí)現(xiàn)流暢的系統(tǒng)介入與脫離上，他們?nèi)悦媾R很多挑戰(zhàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)需要知道哪些動(dòng)作是“針對(duì)系統(tǒng)的”，哪些則不是。

　　Sellen說(shuō)：“這個(gè)項(xiàng)目最有趣的看點(diǎn)是，我們有可能通過(guò)減少?gòu)?fù)雜操作所花費(fèi)的時(shí)間，并讓外科醫(yī)生對(duì)他們所依賴的關(guān)鍵數(shù)據(jù)掌握更大的主動(dòng)權(quán)，來(lái)真正改善病人護(hù)理和臨床治療效果。從技術(shù)的角度看，能夠讓Kinect等技術(shù)在游戲領(lǐng)域之外實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，是十分令人欣喜的。”

　　雙手并用

　　觸摸界面十分適用于即興隨意的互動(dòng)，但用手指精確地選擇一個(gè)點(diǎn)，或移動(dòng)影像而不至于發(fā)生旋轉(zhuǎn)，是不容易做到的，除非屏幕上有菜單或把手。不過(guò)，在觸摸控制的世界里，這樣的選項(xiàng)是不受歡迎的，因?yàn)樗鼈儠?huì)引發(fā)混亂。《巖石和軌道：擴(kuò)展帶有形狀手勢(shì)的多點(diǎn)觸控互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的空間操作》（Rock & Rails: Extending Multi-touch Interactions with Shape Gestures to Enable Precise Spatial Manipulations），合作者包括來(lái)自微軟雷德蒙研究院的Wigdor,、Hrvoje Benko，來(lái)自微軟公司的John Pella、Jarrod Lombardo和 Sarah Williams，他們提出了一項(xiàng)解決方案，在平面上結(jié)合運(yùn)用可識(shí)別的手型和觸控。

　　“巖石和軌道”是對(duì)觸控交互詞匯的擴(kuò)展。它保留了直接觸控輸入模式（the direct-touch input paradigm），但允許用戶使用流暢、高度自由的操作，同時(shí)提供簡(jiǎn)單的機(jī)制以提高精確度、指定操作限制以及避免遮擋。這套工具提供了用于定位、分離、縮放以及使用系統(tǒng)可識(shí)別的手型操作的機(jī)制，同時(shí)也保留了傳統(tǒng)、簡(jiǎn)單、直接觸控的操作。

　　《巖石和軌道》這篇論文認(rèn)為，a）傳統(tǒng)、獨(dú)立識(shí)別手型的直接操控通常限制了用另一只手進(jìn)行的操作：b）旋轉(zhuǎn)；c）調(diào)整；以及d）單維度縮放。這樣實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)角度的流暢，因而可對(duì)屏幕內(nèi)容進(jìn)行迅速而高精度的操作。

　　該項(xiàng)目是微軟研究院和Microsoft Surface團(tuán)隊(duì)協(xié)作的成果。為此，研究人員就能夠在現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)計(jì)師（項(xiàng)目的目標(biāo)受眾）身上驗(yàn)證他們的成果。

　　Benko回憶說(shuō)：“該項(xiàng)目最值得銘記的時(shí)刻之一，是當(dāng)我們意識(shí)到我們可以的手勢(shì)可以在屏幕上‘常駐（persistent）’。按照從前的模式，你必須保持手的姿勢(shì)，才能發(fā)出特定選項(xiàng)的信號(hào)；而現(xiàn)在用戶可以‘創(chuàng)建（create）’或‘固定（pin）’某些特定手勢(shì)的替代符號(hào)，這讓操作更加輕松。這樣用戶就可以執(zhí)行各種千奇百怪的組合操作，而無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間保持特定的手勢(shì)了。”

　　在微軟研究院針對(duì)如何加強(qiáng)人際互動(dòng)而展開(kāi)的調(diào)查研究中，上面只是很少一部分例子。

　　“人機(jī)交互的意義在于發(fā)現(xiàn)和發(fā)明能深刻改變?nèi)藗兩畹募夹g(shù)，”Tan總結(jié)道：“微軟研究院致力于推進(jìn)人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展。”