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摘要《少数派报告》、《钢铁侠》、《全面回忆》……好莱坞大片里的角色在生活中似乎并不需要鼠标、键盘、遥控器的帮助就能够操作电器设备，电影中舒适便捷的生活离我们有多远？本文将多种输入和感知技术运用到人机交互系统中去，研究如何将家用电器与人机交互系统结合起来，探讨在自家客厅中运用人机交互技术的可行性。
关键词：数字家庭 多媒体 Kinect 人机交互系统
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：
1、绪论
1．1 研究背景
1984年，美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
如今的数字家庭指的是以计算机技术和网络技术为基础，各种家电间通过不同的互连方式进行通信及数据交换，实现家用电器之间的“互联互通”；同时采用多种感知技术捕捉人的活动，使人们在家中可以实现与各种家电“互动”，从而极大提高居住的舒适性和娱乐性。
互联网数据中心（IDC）将数字家庭定义为，可以实现家庭内部所有设施控制并可得到反馈信息；声音、文字、图像信息可以在不同家用设备上共享，并随时随地实现控制与信息分享。数字家庭并不止出现在科幻电影和人们对未来家居生活的憧憬中，在我们家庭中或多或少都能找到数字家庭的影子，比如机顶盒、有线数字电视、次世代娱乐设备、网络电话等，都是数字家庭的应用。
1．2 研究目的与意义
数字家庭的发展到目前为止可以概括为两个阶段，即“电器——电器”阶段和“电器——人”阶段，为顺应这一趋势，有必要进一步深入发掘人机交互潜力，大胆地将其运用到数字家庭中去，提高电器智能化水平，更好的为用户服务。
1．3 研究内容与方法
本文通过对人机交互系统的研究，将多种输入和感知技术运用到人机交互系统中去。在客厅范围内对几种家用电器进行“智能化”升级。
2、人机交互系统研究
2．1 人机交互概述
为了减轻人在操作计算机时的疲劳，美国学者B.Shackel在1959年撰写了一篇关于计算机控制台设计的人机工程学的论文，这篇论文被认为是计算机人机交互的第一篇文献。
人机交互概念的提出，改变了计算机发展史上人主动适应计算机的历史，开创了计算机适应人类活动的先河。
2．2 人机交互的发展趋势
人机交互经历了早期的手工作业阶段、交互命令语言阶段、图形用户界面（GUI）阶段。20世纪末，随着CPU的处理速度的进一步提升、多媒体技术和Internet技术的迅速发展，人机交互的研究向网络化、智能化、多媒体交互、虚拟交互等方向发展。
2．3 人机交互系统的基本组成
人机交互普遍由感知——理解——反馈三个基本构架组成。如：按下收音机播放键即感知，收音机电路闭合即理解，扬声器扬声即反馈。再如：与日本近年研发的“表情机器人”互动时，用户语言上的责骂被机器人捕捉即感知，机器人内置软件对用户声音的分析即理解，机器人做出悲伤地表情即反馈。
3、多种输入和感知技术
人机交互技术首先依赖计算机对人的活动的捕捉和感知，本章介绍几种不同的输入和感知技术。
3.1 电容触屏技术
电容触屏就是俗称的“硬屏”，在生活中的应用已经十分普遍，尤其在手机、平板电脑上得到了广泛的应用，除了诺基亚等少数品牌为了产品耐摔和争夺触笔用户仍在采用电阻触屏外，大多数手机、平板电脑厂商已经用电容触屏代替了电阻触屏。电容触屏支持多点触控技术，防尘、防水较好，出厂免维护。
电容触屏是一块四层结构的复合玻璃屏幕，在表面玻璃保护层和最底层之间夹着两层氧化铟（ITO）涂层。当手指按压到屏幕时，手指和屏幕之间形成了一个耦合电容，电流在屏幕的四角形成耦合电容的另一极，通过对四个角上的电极电流比例的计算，控制器得出手指按压的位置。
3.2 Optical Touch触点捕捉技术
光学触摸（Optical Touch）技术指的是采用红外探测器对接触屏幕（或不用接触屏幕，能被探测器感知到即可）的物体进行定位的技术。
光学触摸技术的主要研究方向有两个。一是采用X、Y方向上密布的红外线矩阵发射与屏幕平行的红外线来探测核定用户的触点，但缺点在于红外线矩阵屏幕不可能达到电容屏、电阻屏的精度，同时红外线发射管的密度越高成本就会相应成倍的增加。二是采用双摄像头定位触点，在屏幕上不在对角线上的两个角上各安装一台摄像头，同时在屏幕的三个边上安装条状的白光灯，当用户接触屏幕时，两台摄像头各自捕捉到一个黑点，根据光的直线传播原理，采用线性插值方法可得触点，标定触点为触点A并跟踪。
3.3 Kinect应用
Kinect不同于前面提到的一些技术，它是微软公司于2010年6月14日推出的一款XBOX360体感周边外设，它彻底颠覆了家用游戏机单一的单一操作，是人机交互理念的体现。Kinect用数字方式学习我们生活的模拟世界，用接近人脑的方式来观察世界和游戏者的动作，它可以从学习过的TB级数据中猜测出游戏者所做动作的含义。Kinect for Windows SDK可以使用 C# 与.NET Framework 4.0 来进行开发，因此我们能够灵活运用Kinect实现更自然的人机交互体验。
在科幻电影《钢铁侠2》中，男主人公史塔克工作室中种种带有科幻色彩的奇思妙想让观众眼花缭乱，本文试分析应用Kinect模拟其中一项功能：
（1）Kinect红外传感器记录环境，用黑白光谱表示景深并形成景深图像。
（2）接下来Kinect寻找图像中较可能是人体的移动物体， Kinect会对景深图像进行像素级评估，来辨别人体的不同部位。识别人体后，Kinect采用分割策略将人体从背景中区分出来。
（3）Kinect采用多点探测的方法分析人体的动作，形成人体骨骼模型，将模型与系统内的人体模型进行比对和匹配，最终与系统内的呈十字型的模型相关联。
（4）按照程式，程序做出“开启电源和计算机”的动作。
4、客厅人机交互系统
4.1 用户市场分析
对人机交互系统的研究有两种不同的出发点：一种是让更多的用户能享受计算技术带来的好处；另一种是让现有的计算设备被用户更方便的使用。关注用户的体验是人机交互系统成败的关键。
4.2 客厅人机交互系统的构成
本文中的客厅人机交互系统主要由智能云冰箱和智能云电视组成，辅以智能电源控制器、红外摄像头、Kinect、无线路由器等设备。
4.3 客厅人机交互系统案例分析
4.3.1 智能云冰箱
智能云冰箱在传统冰箱的基础上集成了数字化保鲜技术、云技术和触屏技术，合理的利用了目前冰箱面板上“荒废”的空间进行智能化升级，使客厅人机交互系统中的冰箱具备了记录内置食品保质期、留言、查询菜谱、查询当日天气预告甚至浏览时事新闻的功能，极大地方便了用户的生活，改变了冰箱在家庭中的传统地位。
4.3.2 影音
家庭影音方面结合智能云电视和Kinect，使即时可视通讯、电视办公、电视在線教育、电视医疗救助、电视娱乐等功能得到实现。
5、结论
本文对人机交互系统的前沿进行了探究，对人机交互系统将来的发展方向进行了展望，并在客厅范围内具体举例证明了客厅人机交互系统发展的可行性，期望人机交互技术能够越来越多的运用到我们的中。参考文献
[1] 百度百科，http://baike.baidu.com/view/18668.htm；
[2] 余涛，Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话，机械工业出版社，2013；
参考文献
[1] 百度百科，http://baike.baidu.com/view/18668.htm；
[2] 余涛，Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话，机械工业出版社，2013；
[3] 施玉海 王丰 冯海亮，数字家庭智能终端设计及应用开发实践，中国广播电视出版社，2012；
关键词：数字家庭 多媒体 Kinect 人机交互系统
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：
1、绪论
1．1 研究背景
1984年，美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
如今的数字家庭指的是以计算机技术和网络技术为基础，各种家电间通过不同的互连方式进行通信及数据交换，实现家用电器之间的“互联互通”；同时采用多种感知技术捕捉人的活动，使人们在家中可以实现与各种家电“互动”，从而极大提高居住的舒适性和娱乐性。
互联网数据中心（IDC）将数字家庭定义为，可以实现家庭内部所有设施控制并可得到反馈信息；声音、文字、图像信息可以在不同家用设备上共享，并随时随地实现控制与信息分享。数字家庭并不止出现在科幻电影和人们对未来家居生活的憧憬中，在我们家庭中或多或少都能找到数字家庭的影子，比如机顶盒、有线数字电视、次世代娱乐设备、网络电话等，都是数字家庭的应用。
1．2 研究目的与意义
数字家庭的发展到目前为止可以概括为两个阶段，即“电器——电器”阶段和“电器——人”阶段，为顺应这一趋势，有必要进一步深入发掘人机交互潜力，大胆地将其运用到数字家庭中去，提高电器智能化水平，更好的为用户服务。
1．3 研究内容与方法
本文通过对人机交互系统的研究，将多种输入和感知技术运用到人机交互系统中去。在客厅范围内对几种家用电器进行“智能化”升级。
2、人机交互系统研究
2．1 人机交互概述
为了减轻人在操作计算机时的疲劳，美国学者B.Shackel在1959年撰写了一篇关于计算机控制台设计的人机工程学的论文，这篇论文被认为是计算机人机交互的第一篇文献。
人机交互概念的提出，改变了计算机发展史上人主动适应计算机的历史，开创了计算机适应人类活动的先河。
2．2 人机交互的发展趋势
人机交互经历了早期的手工作业阶段、交互命令语言阶段、图形用户界面（GUI）阶段。20世纪末，随着CPU的处理速度的进一步提升、多媒体技术和Internet技术的迅速发展，人机交互的研究向网络化、智能化、多媒体交互、虚拟交互等方向发展。
2．3 人机交互系统的基本组成
人机交互普遍由感知——理解——反馈三个基本构架组成。如：按下收音机播放键即感知，收音机电路闭合即理解，扬声器扬声即反馈。再如：与日本近年研发的“表情机器人”互动时，用户语言上的责骂被机器人捕捉即感知，机器人内置软件对用户声音的分析即理解，机器人做出悲伤地表情即反馈。
3、多种输入和感知技术
人机交互技术首先依赖计算机对人的活动的捕捉和感知，本章介绍几种不同的输入和感知技术。
3.1 电容触屏技术
电容触屏就是俗称的“硬屏”，在生活中的应用已经十分普遍，尤其在手机、平板电脑上得到了广泛的应用，除了诺基亚等少数品牌为了产品耐摔和争夺触笔用户仍在采用电阻触屏外，大多数手机、平板电脑厂商已经用电容触屏代替了电阻触屏。电容触屏支持多点触控技术，防尘、防水较好，出厂免维护。
电容触屏是一块四层结构的复合玻璃屏幕，在表面玻璃保护层和最底层之间夹着两层氧化铟（ITO）涂层。当手指按压到屏幕时，手指和屏幕之间形成了一个耦合电容，电流在屏幕的四角形成耦合电容的另一极，通过对四个角上的电极电流比例的计算，控制器得出手指按压的位置。
3.2 Optical Touch触点捕捉技术
光学触摸（Optical Touch）技术指的是采用红外探测器对接触屏幕（或不用接触屏幕，能被探测器感知到即可）的物体进行定位的技术。
光学触摸技术的主要研究方向有两个。一是采用X、Y方向上密布的红外线矩阵发射与屏幕平行的红外线来探测核定用户的触点，但缺点在于红外线矩阵屏幕不可能达到电容屏、电阻屏的精度，同时红外线发射管的密度越高成本就会相应成倍的增加。二是采用双摄像头定位触点，在屏幕上不在对角线上的两个角上各安装一台摄像头，同时在屏幕的三个边上安装条状的白光灯，当用户接触屏幕时，两台摄像头各自捕捉到一个黑点，根据光的直线传播原理，采用线性插值方法可得触点，标定触点为触点A并跟踪。
3.3 Kinect应用
Kinect不同于前面提到的一些技术，它是微软公司于2010年6月14日推出的一款XBOX360体感周边外设，它彻底颠覆了家用游戏机单一的单一操作，是人机交互理念的体现。Kinect用数字方式学习我们生活的模拟世界，用接近人脑的方式来观察世界和游戏者的动作，它可以从学习过的TB级数据中猜测出游戏者所做动作的含义。Kinect for Windows SDK可以使用 C# 与.NET Framework 4.0 来进行开发，因此我们能够灵活运用Kinect实现更自然的人机交互体验。
在科幻电影《钢铁侠2》中，男主人公史塔克工作室中种种带有科幻色彩的奇思妙想让观众眼花缭乱，本文试分析应用Kinect模拟其中一项功能：
（1）Kinect红外传感器记录环境，用黑白光谱表示景深并形成景深图像。
（2）接下来Kinect寻找图像中较可能是人体的移动物体， Kinect会对景深图像进行像素级评估，来辨别人体的不同部位。识别人体后，Kinect采用分割策略将人体从背景中区分出来。
（3）Kinect采用多点探测的方法分析人体的动作，形成人体骨骼模型，将模型与系统内的人体模型进行比对和匹配，最终与系统内的呈十字型的模型相关联。
（4）按照程式，程序做出“开启电源和计算机”的动作。
4、客厅人机交互系统
4.1 用户市场分析
对人机交互系统的研究有两种不同的出发点：一种是让更多的用户能享受计算技术带来的好处；另一种是让现有的计算设备被用户更方便的使用。关注用户的体验是人机交互系统成败的关键。
4.2 客厅人机交互系统的构成
本文中的客厅人机交互系统主要由智能云冰箱和智能云电视组成，辅以智能电源控制器、红外摄像头、Kinect、无线路由器等设备。
4.3 客厅人机交互系统案例分析
4.3.1 智能云冰箱
智能云冰箱在传统冰箱的基础上集成了数字化保鲜技术、云技术和触屏技术，合理的利用了目前冰箱面板上“荒废”的空间进行智能化升级，使客厅人机交互系统中的冰箱具备了记录内置食品保质期、留言、查询菜谱、查询当日天气预告甚至浏览时事新闻的功能，极大地方便了用户的生活，改变了冰箱在家庭中的传统地位。
4.3.2 影音
家庭影音方面结合智能云电视和Kinect，使即时可视通讯、电视办公、电视在線教育、电视医疗救助、电视娱乐等功能得到实现。
5、结论
本文对人机交互系统的前沿进行了探究，对人机交互系统将来的发展方向进行了展望，并在客厅范围内具体举例证明了客厅人机交互系统发展的可行性，期望人机交互技术能够越来越多的运用到我们的中。参考文献
[1] 百度百科，http://baike.baidu.com/view/18668.htm；
[2] 余涛，Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话，机械工业出版社，2013；
参考文献
[1] 百度百科，http://baike.baidu.com/view/18668.htm；
[2] 余涛，Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话，机械工业出版社，2013；
[3] 施玉海 王丰 冯海亮，数字家庭智能终端设计及应用开发实践，中国广播电视出版社，2012；