美國計算機協會的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。作為人機交互(HCI)領域的頂尖國際大會，CHI 2011為人機交互領域的最新研究提供了一個展示平臺。　　

　　本屆CHI 2011大會主席、微軟雷德蒙研究院高級研究員Desney S. Tan表示：“如何通過將技術無縫整合到人們的日常工作中使計算惠及更多人群，以及如何進一步理解和改善人類的生存狀態一直是我們持續面臨的挑戰。”

　　一直以來，微軟研究院通過經費贊助和學術貢獻為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，約占大會接受論文總數的10%。

　　對Tan而言，這絲毫不值得驚奇。“微軟研究院致力于進一步推進計算機科學與技術的發展。由于人類和技術之間的關聯愈發緊密，微軟研究院正將越來越多的精力集中于人機交互，這一點從我們研究人員的參與程度上也可見一斑。”

　　微軟研究院首席研究員Bill Buxton對本次會議的貢獻不同尋常。在主題為“讓過去告訴未來：Bill Buxton交互設備精選展”上，Buxton收藏的交互設備令人印象深刻。

　　由微軟雷德蒙研究院的Ryen White和Matthew Richardson以及卡內基-梅隆大學的Yandong Liu聯合撰寫的論文《社區規模和接觸率對于同步社會問答的影響》（Effects of Community Size and Contact Rate in Synchronous Social Q&A）成為會議期間獲得最佳論文獎的13篇論文之一；同時獲獎的還有由前微軟研究院實習生Gabe Cohn和訪問學者Shwetak Patel（兩人均來自華盛頓大學）、微軟雷德蒙研究院的Dan Morris和Tan聯合撰寫的論文《你的噪聲就是我的命令：以身體作為天線的手勢遙感》（Your Noise is My Command: Sensing Gestures Using the Body as an Antenna）。由來自Phillips Exeter學院（新罕布什爾州埃克塞特的當地中學）的Akash Badshah，來自華盛頓大學的Sidhant Gupta、Cohn以及Patel，以及來自微軟劍橋研究院的Nicolas Villar 和 Steve Hodges共同撰寫的《互動發電機：自供電觸覺反饋裝置》（Interactive Generator: A Self-Powered Haptic Feedback Device）成為獲得最佳注釋獎（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備——因為你的身體本身就是輸入設備。方法之一是在身體上附加傳感器。我們面臨的挑戰則是將實際的“信號（signal）”與“噪音（noise）”分開——例如周圍環境中的電磁干擾，它們會淹沒傳感器，導致信號難以處理。在《你的噪聲就是我的命令：利用身體作為天線的手勢遙感》這篇論文中，研究人員采用逆向思維解決這個問題。

　　“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，“這是第一次對可行性加以評估的試驗。”

存在電力線路和電器噪聲輻射的場合，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境中走動時就會感應到這些信號。研究人員嘗試是否能夠識別出足夠精確信號，告訴系統用戶在觸摸什么、身在何處。為了測量這些信號，研究人員在每個研究參與者身上放置了一個簡單的傳感器，并記錄這些傳感器捕捉到的電信號。參與者做出各種“手勢”時，他們背包內放置的筆記本電腦就會不斷收集這些數據，例如觸摸墻壁上的特定點和電器，或者在不同的房間內走動等。 

　　接下來，是確定對這些數據加以分析能否足以區分這些手勢和位置。在很多情況下，只憑借參與者身體所感應到的環境噪聲即可識別他們的行為了。例如，參與者可以通過示范操作開關的動作，將特定電燈開關周圍的環境噪聲“教給”算法語言，它就能確定用戶在觸摸開關附近五個點中的哪一個，精度在90%以上。同樣，研究人員可以識別參加者在任何給定時刻身處哪個房間，其精度可達99%以上，因為每個房間的電氣噪聲環境是迥然相異的。 

　　“這是一系列相當可喜的成果，”Morris說：“現在，我們正在考慮如何把它打包成為一個實時交互的系統(a real-time, interactive system) ，以及當我們把你的整個住所都變成觸感平面時，會有哪些創新情境。”

　　把患者當作醫療顯示平面

　　來自世界衛生組織和美國醫學協會(the American Medical Association)的報告證實，病人不遵守醫囑是成功治療慢性疾病的主要障礙之一。有證據表明，醫患溝通是改善患者遵守醫囑的最重要因素之一。研究論文《AnatOnMe：利用基于投影技術的手持設備促進醫患溝通》(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面交流和臨床環境下使用輕便的手持投影技術，改善醫患溝通。

三個演示屏幕：a）身體；b）模型；c）墻面。

　　論文作者弗吉尼亞理工大學的Tao Ni（微軟雷德蒙研究院的前實習生）,微軟雷德蒙研究院的Amy k. Karlson以及微軟研究院前研究員、目前在多倫多大學任職的Daniel Wigdor，以物理治療(physical therapy)為重點，聯合訪問了多名醫生，了解到常見的溝通挑戰和設計要求，而后制作并研究了手持式投影系統(handheld projection system)，使其能夠靈活地為信息交流提供支持。醫生可以將手持投影儀對準墻面或窗簾，使之成為“無處不在”的顯示器，也可以對準病人，將有用的醫療信息直接疊加在解剖圖的特定部分上，形成“強化現實（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評和正規的實驗室研究表明，與傳統方法相比，手持投影儀能夠創造很高的價值，提供更加令人投入的認知體驗。

　　“這是一個有趣的新領域，”Karlson說：“因為，盡管在許多醫療機構里，技術已經相當普及，但是在醫患面對面溝通和教育的環節上，技術仍然相對缺失。

　　“最酷的部分，是當我們把醫療圖像直接投射到研究對象的胳膊和腿上時，聽到了他們的積極反應。他們說，‘哇！酷！’‘我感覺好像看透了自己的皮膚！’似乎在自己的身體上看到醫療影像，是一件相當引人注意和獨特的體驗。”

　　手術室的非接觸型交互

　　隨著影像引導型流程在手術室里的普及，醫師對與數字影像之間互動的需要也越來越多。在由微軟研究院學術合作部（Microsoft Research Connections）資助，與蘭卡斯特大學的一個合作項目中，英國米爾頓·凱恩斯開放大學的Rose Johnson，微軟劍橋研究院的Kenton O’Hara、Abigail Sellen和 Antonio Criminisi，以及英國劍橋阿登布魯克醫院的Claire Cousins，他們合作來實現在手術室環境中豐富、靈活且非接觸型的患者數據交互。由此產生的論文《探索非接觸型互動在影像引導型介入放射學中的應用潛力》（Exploring the Potential for Touchless Interaction in Image-Guided Interventional Radiology）獲得了CHI 2011榮譽提名論文獎。

　　在介入放射學（the interventional radiology）等治療中，影像引導在外科醫生的工作中起著關鍵作用，然而由于消毒問題，外科醫生必須避免接觸鼠標、鍵盤等輸入設備。并且不得不借助“代理（proxy）”來瀏覽數字影像，也就是通過手術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時間。

　　 這張圖片是從計算機區域向X射線臺拍攝的情景，表現了外科手術團隊以及復雜的協作環境，這正是非接觸型互動所必須解決的問題。

　　研究小組開始了實地考察，目標是了解醫生的工作實踐。研究人員與外科手術團隊協作進行系統的開發和評估。針對Xbox 360設計的Kinect等非接觸型互動解決方案為外科醫生提供了重新掌握數據導航控制權的可能。但是，在實現界面的協同控制，以及實現流暢的系統介入與脫離上，他們仍面臨很多挑戰，因為系統需要知道哪些動作是“針對系統的”，哪些則不是。

　　Sellen說：“這個項目最有趣的看點是，我們有可能通過減少復雜操作所花費的時間，并讓外科醫生對他們所依賴的關鍵數據掌握更大的主動權，來真正改善病人護理和臨床治療效果。從技術的角度看，能夠讓Kinect等技術在游戲領域之外實現其價值，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，但用手指精確地選擇一個點，或移動影像而不至于發生旋轉，是不容易做到的，除非屏幕上有菜單或把手。不過，在觸摸控制的世界里，這樣的選項是不受歡迎的，因為它們會引發混亂。《巖石和軌道：擴展帶有形狀手勢的多點觸控互動，實現精確的空間操作》（Rock & Rails: Extending Multi-touch Interactions with Shape Gestures to Enable Precise Spatial Manipulations），合作者包括來自微軟雷德蒙研究院的Wigdor,、Hrvoje Benko，來自微軟公司的John Pella、Jarrod Lombardo和 Sarah Williams，他們提出了一項解決方案，在平面上結合運用可識別的手型和觸控。

　　“巖石和軌道”是對觸控交互詞匯的擴展。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，同時提供簡單的機制以提高精確度、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、縮放以及使用系統可識別的手型操作的機制，同時也保留了傳統、簡單、直接觸控的操作。

　　《巖石和軌道》這篇論文認為，a）傳統、獨立識別手型的直接操控通常限制了用另一只手進行的操作：b）旋轉；c）調整；以及d）單維度縮放。這樣實現了旋轉角度的流暢，因而可對屏幕內容進行迅速而高精度的操作。

　　該項目是微軟研究院和Microsoft Surface團隊協作的成果。為此，研究人員就能夠在現實世界的設計師（項目的目標受眾）身上驗證他們的成果。

　　Benko回憶說：“該項目最值得銘記的時刻之一，是當我們意識到我們可以的手勢可以在屏幕上‘常駐（persistent）’。按照從前的模式，你必須保持手的姿勢，才能發出特定選項的信號；而現在用戶可以‘創建（create）’或‘固定（pin）’某些特定手勢的替代符號，這讓操作更加輕松。這樣用戶就可以執行各種千奇百怪的組合操作，而無需長時間保持特定的手勢了。”

　　在微軟研究院針對如何加強人際互動而展開的調查研究中，上面只是很少一部分例子。

　　“人機交互的意義在于發現和發明能深刻改變人們生活的技術，”Tan總結道：“微軟研究院致力于推進人機交互技術的不斷發展。”