羅德興老師的教學歷程檔案 - 中華科技大學數位化學習歷程

人機介面定義
(資料來源: http://jhudesign.pixnet.net/blog/post/325531078-%5B%E4%BA%BA%E5%9B%A0%E5%B7%A5%E7%A8%8B%5D-%E4%BA%BA%E6%A9%9F%E4%BB%8B%E9%9D%A2%E6%A6%82%E5%BF%B5%E8%88%87%E5%AF%A6%E4%BE%8B%E5%88%86%E4%BA%AB)

人機介面泛指人（User）所“接觸”到機械 (系統)的任何元件，也是人因工程設計上主要關切的部分。
這裡所謂“接觸＂包括實際身體的接觸，或是看、聽、聞等感官接觸，
例如使用者按下開關打開微波爐的電源，燈號亮起顯示“ON”的狀態，
或者騎腳踏車時握住腳踏車把手，讓腳踏車“知道”如何反應，開關、燈號、腳踏車把手便是人機介面。
總而言之，人機介面是人藉以與產品 (外界)互動的所有方式。

人機介面的互動至少包括兩個要素，一個是使用者（User），另一則是系統。

2.
https://classic.csunplugged.org/human-interface-design/

3.
。人機互動研究中，大多探討有效率、簡單、學習的介面系統，讓使用者感到愉快並順利的完成操作工作，達到人、介面和機械溝通的橋樑(吳建和，2002) 。 Winograd(1997) 描述互動設計是「設計各種空間讓人們溝通與互動」，換句話說，互動設計在於尋找支援人們的方式。因此互動設計被公認與許多科學領域有關聯，例如了解使用者的行為、對事件的反應和使用者溝通與互動等都很重要。
互動設計是拉近使用者與設計者距離的最好橋樑，整個設計皆以＂使用者＂為出發點，將焦點環繞在使用者身上，過程中有四大基礎活動：
1. 辨別需求並建立必要條件。
2.發展數個滿足必要條件的可行設計。
3.建立各種版本的互動設計，然後可以進行溝通測試與評估。
4.評估整個過程中的設計結果(Preece,et al., 2002) ，讓使用者參與設計過程，
經由不斷重複四大活動評估已建立的成果，確保產品可與使用者有良好的互動。

人機介面概念及定義分析與基本原則

DIGITIMES企劃
2009-12-22

前言：人機介面或稱為人機互動(Human-Machine Interface；HMI)是一個涵蓋多重科技的領域，包括人因工程、人體工學、電腦科學、人工智慧、認知心理學、哲學、社會學、人類學、設計學與工程學等學門，因此不能完全以IT科技的角度觀察與研究，甚至其中認知心理學的重要性可能比電腦科學重要，但是目前研究人機介面的模式常反其道而行，造成許多有用的程式或是科技在「不好用」的呼聲中被埋沒，殊為可惜。

本文：人機介面最簡單的定義是，在人員與機器之間，透過某種介面，人能夠對機器下達指令，機器則能夠透過此介面，將執行狀況與系統狀況回報給使用者，換言之，正確的在人機之間傳達訊息以及指令，就是人機介面的主要定義。

人機介面設計出來，所需要達成的目標，卻不僅僅是單一的命令與回饋，反而相當複雜，主要分為四個面向：1、發揮機器本身應有的功能。2、提高機器的使用效率與發揮效能。3、確保使用中之機器或系統在對使用者友善的情況下，能更經濟與安全，延長使用週期。4、符合使用者的生理、心理需求，提高使用滿意度。

仔細審查前述的定義與目標，可以發現兩者之間充滿著模糊地帶，如果是一般的IT科技，輸入與輸出即具有絕對性，但是人機介面在使用者與機器之間，卻沒有標準反應模式。以最重要的視覺而論，介面上機器呈現的訊號，讓人正確的看到「那個訊號」，但是這個訊號的意義，觀看者卻需要靠他個人的經驗、知識和周圍的環境，來解釋所看見的影像。

換言之，設計再精良的機器，如果沒有考慮到使用者對象的需求，往往也被歸類為失敗的人機介面，例如將一台顯示許多數學符號的工程計算機給剛學會基本運算的幼童使用，原本設計精良的功能反而成為干擾幼童找到正確數字的障礙，結果其計算速度還不如交給幼童一台陽春計算機。

此一淺顯的道理放在前述的例子相當明顯，但是當使用者背景與機器本身功能開始複雜化後，許多可笑的例子即出現，故人機介面的設計，很明顯不能只從機器的功能面發想構思。

解構人機介面第一步了解使用者：人

「了解人」是設計人機介面的第一個步驟，看似簡單以懂，卻知易行難，因為這個概念卻違背很多正在設計人機介面的「科技人」的直覺，因為科技人從小到大接受的訓練，都是人可以被且必須被訓練來配合工作以及任務。實際上「訓練有素」的概念在二次大戰就證明漏洞百出，即使是經過特殊訓練的人，還是無法操作一些複雜的機器或勝任一些看似已熟練的工作，因為這些機器或工作本身已經超出人類的能力極限。

二戰著名例子之一，即1940年納粹德軍入侵法國，法國戰車無論裝甲與火力都遠勝德軍，但是交戰卻以慘敗收場。經過檢討才發現法國戰車(如SOMUA S35)幾乎把所有功能都設計給車長，以致於車長必須觀察戰場，研判戰況，下命令給其他成員，注意敵軍和友軍的動靜，還必須親手裝填砲彈、瞄準、發射。相對的，德軍戰車(如III號戰車)把這些任務分別分散在車長，炮手、裝填手、無線電手的身上，各司其職，效率遠遠壓過車長一人忙不過來的法國戰車。

換成IT術語，就是能多工的德軍戰車擊敗了只能單工的法國戰車，當然原因即是法國戰車人機介面設計不良，研發者忘了考量車長這個人，就算訓練有素，也有其生理上與心理上的極限。從此，「了解人類極限而不是考驗人類極限」的觀念誕生，成為了二戰後人機介面設計的基本守則。

了解作為使用者的人，基本上由生理結構與人體計測方法開始，首先為了解人體骨骼生理結構、活動方式與測量標準、測量方法等，接著為認識神經系統、骨骼與肌肉、運動控制、反應時間的測量與模型等，了解運動與體力活動在不同情境下的極限。

再者為人類感官能力，即視、聽、觸、嗅、味、本體覺、運動覺、平衡覺的生理運作特徵，其中視覺最為重要，主要就是指視覺的認知能力，包括視距長短、視野大小、變色能力、明暗適應力、視覺暫留、閱讀與感知速度…等的了解。次要的為聽覺，亦需了解聽覺系統的生理運作特徵，包括音響度、音高、音色的知覺現象等與語音介面的關係。

接著探究人類認知能力，了解「認知心理學」的研究理論與成果。包括記憶、注意力、思考、問題解決、知識表徵的議題與訊息處理論，這個部分看似艱澀，實際上認知心理學可說是大腦思考的逆向工程(reverse engineering)：用以實驗為主方法，嘗試大腦之算法(algorithms）與資料結構(data structures)。認知心理學習慣用歷程(processes)與表徵(representations)指涉演算法與資料結構。以IT工程師學術訓練而言，把名詞代換即可看出兩者的關聯性。

除了一般人外，現在的人機介面越來越講求針對特殊使用者，例如孕婦、兒童、老人、殘障者的問題與設計考量。此外，有些法令規範會進一步限制人體所能承受的物理化學限制，例如車輛的撞擊規範，都需要一併了解。

導入人性的人機介面設計 5方法破閉門造車困境

在實務上，有許多方法可以突破人機介面設計閉門造車的窘境，讓設計出來的介面符合前述的以人為本之概念。不過單一方法因各有優缺點，故通常必須以3個以上的方式交叉評估。

1、啟發式評估(Heuristic Evaluation)：
啟發式評估可以讓研發團隊簡單快速地在產品的人機介面中找出使用性問題。在啟發式評估的過程中，評估人員對照研究人員提供的使用性準則清單，以檢視產品的人機介面形式與操作流程，並找出其中違反使用性準則的項目。優點為可發現個別的使用性問題，可以列出專家使用者的需求，缺點是因為並未包括真正的使用者來思考，所以無法發現令專家意想不到的需求。

2、觀察法(Observation)：
適用於操作分析及追根究底的研究階段，通常需要3 位或更多的使用者，優點是具有生態學之效力且可明確的指示使用者的工作，缺點是如果沒有實驗者在掌控，則結果將難以控制。

3、訪談(Interviews)與問卷調查(Questionnaires)法：訪談適用於操作分析階段，一般需要5 位受測者，優點為這是一種柔性的、深入的看法與經驗調查，缺點是需花費相當長的時間且結果非常難分析比較。問卷適用於操作分析及事後檢討的研究，最少要有30 位受測者，優點為可發現受測者的主觀偏好，且容易反覆進行，缺點是為了避免誤解，需要先前測試工作。

4、記錄實際使用法(Logging actual use)：需20位以上受測者，記錄完整使用結果，以鏈結分析(Link analysis)、佈局分析 (Layout analysis)、工作層級分析(Hierarchical task analysis)等方式，優點為可發現高的慣用性或不慣用的型態，缺點為分析內容需大量資料，也許侵犯到使用者的隱私。

5、使用者直接回饋法(User feedback)：
需要上百受測者長時間的參與，適用於事後檢討的研究，優點為可持續追蹤使用者的要求與觀點是否改變，缺點是需要特定組織固定性的執行發問與回收資料等工作。
人機介面要考量人性需求，例如將複雜的各種門禁與管理訊號，濃縮到一個10吋螢幕成淺顯易懂的資訊即是一例。(研華)

4.
Careers
介面設計師
使用者體驗工程師

Haptic Turk: a Motion Platform Based on People (05'58")

What is an (HMI) Human Machine Interface? - A Galco TV Tech Tip (02'19")

The Evolution of the Human Machine Interface (01'12")

Ford Human Machine Interface Lab | Ford Canada (02'35") - designer

Ford's New Human Machine Interface (HMI) for SYNC (02'06") - real demo

21: What is HMI || Human Machine Interface ||? (03'22")

What is an HMI? (06'45") Animation

ANDRITZ AUTOMATION – Human machine interface for tissue production (02'24")

Awayr - Human Machine Interface Reimagined (00'40")

Smart Force Sensor Human-Machine Interface (HMI) Demo (02'58")

四種實境 - VR、AR、SR、MR

虛擬實境VR的的定義就是模擬出一個真實感很高的空間，要讓使用者感覺產生好像處在現實中一般的錯覺，這是最基礎的用法，也就是VR的精隨，而現行技術還不夠理想，尤其是觸覺方面還有待加強，最完美的虛擬實境大概像駭客任務那樣，它是把人的腦波跟電腦結合，用數位資料來刺激腦波以達到五感體驗，想要達到這種境界上有許多技術層面要克服。

AR是由VR所衍生出來的一種技術，它是一種將虛擬資訊擴增到現實空間中的技術，它所強調的不是要取代現實空間，而是在現實空間中添加一個虛擬物件，藉由攝影機的辨識技術與電腦程式的結合，當設定好的圖片出現在鏡頭裡面，就會出現對應的虛擬物件。

廣義上來講，所謂的AR〈Augmented Reality 擴增實境〉，是將電腦的資訊疊合到現實世界，讓我們在正確的時間正確的地點取得〈感官的〉正確資訊，而VR〈Virtual Reality 虛擬實境〉，企圖取代真實世界，以往通常就是在電腦裡面製作產生一個虛擬的環境，將資訊放置在裡面，而操作者可以藉由控制器或鍵盤在這個虛擬的環境下穿梭或互動，相對之下AR則是在現實中擴增資訊。

混合實境 (MR) ( 也被稱作是擴增實境或是擴增虛擬)，也就是把現實世界與虛擬世界合併在一起，從而建立出一個新的環境以及符合一般視覺上所認知的虛擬影像，在這之中現實世界中的物件能夠與數位世界中的物件共同存在並且即時的產生互動。也就是真實環境、擴增實境、擴增虛擬、與虛擬真實環境的混合。

替代實境 Substitutional Reality (SR)

以科技跨越真實與虛擬：淺談VR、AR、MR

【VR：Virtual Reality 虛擬實境】

VR 是 Virtual Reality 的縮寫，中文稱做虛擬實境，即透過電腦創造出一個虛擬的 3D 空間，並以各種技術「欺騙」人類的感官讓它們產生錯覺，使用者將如身歷其境般地進入一個完全人造的 3D 世界，並在裡面做各式各樣的事情。通常，要達到 VR 的效果，必須提供視覺、聽覺、互動、以及其他感官的模擬元素，上述項目做得越好，虛擬環境越「以假亂真」，使用者也更容易「信以為真」。我們通常將這種「信以為真」的感覺稱做「沉浸式體驗」；越優秀的 VR 效果，其提供的「沉浸式體驗」更佳。

眼見、聽見不為憑：VR 虛擬實境的視覺與聽覺體驗
視覺方面多半是透過一個頭戴式的 VR 顯示器播放各種 3D 擬真場景，無論是 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR，甚至手機用的 SAMSUNG Gear VR 等，都是使用這類的解決方案。這些裝置裡面有兩個畫面分別對應左右眼，兩個畫面的內容相同但角度略有差異，來模擬人眼的視差，因此當使用者戴上 VR 顯示器後，就可以獲得逼真的立體感與空間感，搭配環繞感明確的音源與耳機，使用者無論看到的、聽到的都是來自虛擬環境的感官刺激，自然就會感覺好像真的置身其中。

影響 VR 虛擬實境沉浸式體驗的另一重點：互動性
視覺與聽覺的模擬將用戶帶入了虛擬的世界，但如果無法在裡面做點什麼事情，還不算是完整的 VR 體驗。一個基本完善的 VR 體驗除了看得到聽得到，還必須有互動。VR 裝置的互動類型，目前的主流大概有三種：「體感」、「控制器」、「動態偵測」。

【MR：Mixed Reality 混合實境】

MR 的全名為 Mixed Reality 混合實境，是介於 AR 與 VR 之間的一種綜合狀態。AR 擴增實境在本質上還是現實，只是加入了一些虛擬的元素；VR 虛擬實境的目標則是全面的虛擬。MR 綜合實境的則是將虛擬的場景與現實進行更高程度的結合。具體的實例像是 Microsoft HoloLens，使用者可以透過半透明的顯示器看到真實的世界，但畫面中也會有許多人造的 3D 影像，創造一種似真似假、有真有假、亦真亦假使用體驗。

【總結 VR、AR 以及 MR】

總結來說，VR 虛擬實境將在 2016 年全面開跑，無論 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR 都預計在 2016 上半年發售，到時候除了各平台的功能與使用者體驗，能否在第一波推出好的內容陣容，同時取得足夠的通路資源、適當銷售方式的與可令人接受的終端售價，將是 VR 能否成功打響第一砲的重要因素。至於 AR 與 MR 短期內發展可能不會像 VR 那麼快速，但等到技術進一步突破，或是有新的需求出現時，AR 與 MR 才能可會迎來下一波高速成長。

Reference: http://www.sogi.com.tw/articles/ar_vr_mr/6245558http://www.linkbcit.ca/virtual-reality-for-business/

教學資源