GIS人机交互的进展与挑战
摘 要：人机交互研究旨在提供一种高效的人机通信方式，使用户操作更加便捷。随着计算机软、硬件技术与地理信息技术的发展，公众参与型gis成为gis发展的趋势和潮流。总结了gis人机交互的发展过程与现状，论述了gis人机交互涉及的主要问题，指出了其中存在的不足，并提出了一些解决思路。在此基础上，结合当前技术现状对gis人机交互的发展趋势进行了展望。
关键词：地理信息系统；人机交互；可视化
中国分类号：p208 文献标识码 ：a 文章编号：10053824（2013）01000604
1 引 言
人机交互（humancomputer interaction， hci）是研究人、计算机以及他们之间相互影响的技术[1]；而人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是人机交互系统中的重要组成部分。在计算机软硬件技术快速发展的同时，人机交互方式也产生了巨大的飞跃。人机界面从早期的命令行界面，到图形用户界面（graphical user interface，gui），再发展到自
然用户界面（nature user interface， nui）。在此过程中，随着触摸屏、语音等更加人性化交互方式的兴起，逐步缩小了用户与计算机之间的距离。
地理信息系统（gis）是在计算机系统的支持下对空间信息进行采集与分析的交叉学科。随着web2.0的普及，公众参与型gis逐渐成为gis的发展潮流和趋势，对于交互性的要求不断提高。在这种背景下，人机交互的重要性日益显现。对于个人用户而言，文本等非可视化的空间数据交互性较差，难以快速获取有效的空间信息。为此，人们希望通过更好的交互方式来充实可视化的数据集。此外，更丰富的交互方式可以弥补视觉中的模糊区域，对视觉信息进行增强。
1 人机接口概述
1.1 gis的可视化
可视化是一个使信息更易于被用户直观感受的过程，更有利于表现空间信息，通常与空间数据、空间过程、分析结果或者分析模型相关联，使空间分析技术与空间数据能够更好地结合，实现以用户为中心的目标。电子地图是地理空间数据可视化的最主要形式，它具有纸质地图易于使用的优点，同时具有动态化和可交互的特点[2]，如图1。
电子地图可视化技术使人们能够利用视觉来直观地获取海量信息，使地理空间数据库、地理制图等抽象的空间数据存储与处理过程形象化（monmonier，1982）。从20世纪80年代以来，可视化工具逐渐丰富，一些常用的可视化工具有esri公司的arcgis、mathworks公司的matlab等。与此同时，桌面文字处理和电子表格系统也增加了可视化元素，基于web的可视化和动画程序macromedia mlash和adobe svg日益普及。maceachren （1990）形容可视化是“首要的也是最重要的一种认知行为，是人类发展意念上表示的能力，有助于辨别模式，创造和发现新秩序”[3]。shiffer （1995， 1999）认为，产生gis地图和地形的可视化设备是用来参与规划活动并且有利于提高公众关注度。tufte （1983， 1997）收集了许多数据，通过分析证明公众在做决定时往往使用可视化作为工具。 tukey （1977） 和cleveland （1993） 利用定量分析方法，分析了在私人和公共场合下可视化的不同影响。总之，可视化作为一种有效的手段，具有通过视觉刺激以及它本身的科学性、艺术性而获得支持公众参与的能力，正受到越来越多的关注。
1.2 人机接口
人们对环境的体验中，视觉和听觉起着相互补充的作用。自然环境和社会环境充斥着各种声
音。因此，人们往往习惯于这些声音并在潜意识中觉得其存在是理所当然的，所以对于常规的声音很少有人会做出特别的反应。但是一个常规的声音突然缺失或者扭曲常常会非常引人注意，例如音量的突然增大或者音调的明显改变。人们通常都具备对声音的合理性的理解能力，声音可以被用来表示静态或动态特性，例如，不同的音调可以分配给不同的特定事物，也可以通过音调的改变来说明事物的变化过程。 声音可以作为输入接口，通过语音识别软件理解关键短语，最终让系统执行命令。目前有些公司已经开发了用于手持设备的语音导航和语言翻译产品，例如dragon的naturally speaking，ibm的viavoice，微软的sdk等。如今手持/可穿戴设备的语音输入需求不断增大，带来了巨大的商业前景。
此外，触控技术的出现让用户的双手从图形用户界面的鼠标和键盘中解脱出来，提供一种让用户直接操纵数据的方式，使得用户的参与程度和积极性有所增加。触摸屏的用途非常广泛，从常见的提款机、pda、到工业用的触控电脑，因为触摸屏是亲切且生动的人机界面。近年来，日益普及的智能手机也采用了触控式荧幕，典型的例子如iphone。触控技术利用人的触觉感官，弥补视觉信息的不足。通常，看一个物体的外形轮廓和纹理往往没有触摸到这个物体表面的印象深刻。触觉界面更便于机器理解人类的操作命令，并且促进了触觉图像的创作，尤其利于具有视觉障碍的用户。
2 输入界面
2.1 键盘输入
svg交互是什么传统的访问地理空间信息的主要设备是键盘和鼠标。现代计算机的键盘发明可以追溯到1867年由christopher latham sholes 发明的打字机，随后的众多键盘布局中最引人注目的是20世纪30年代由人体工程学研究者 august dvorak的dvorak布局，他力求高效的输入，将最常用的键放在最方便的地点。随着不断的改进，鼠标和键盘才得以成为常见的计算机用户输入设备，并控制着大部分人机交互的任务。并且它们对于二维和三维的信息输入都同样适用。随后出现了人体工程学的键盘设计，调整键盘布局让手、手腕、手臂的位置更加自然，如图2。
人体工程学键盘键盘是输入地理空间信息的有效工具，不仅可以用来输入坐标数据和指定属性的地理空间数据，创建、编辑、显示和存储地理空间数据的程序也通常使用键盘来编写。不依赖鼠标，键盘可以把每一个可以形象表达的地理空间数据交互任务分解为一系列的输入命令。在上世纪70年代和80年代，很大一部分gis用户交互通过键盘实现。即使在交互环境由窗口、图标、菜单和指点设备占主导地位的今天，键盘仍然是gis开发过程的主要交互方式。
然而，键盘虽然适合文本类型的地理空间数据的输入工作，包括地理坐标、对象的属性、公式以及标注等，但是长时间使用键盘类型的计算机输入设备会造成大量的重复性劳损，此外，一些空间数据如果使用二维的制图等可视化方法显示将会让输入任务更加有效，这些都将促使新的人机交互方式产生。

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