未来手机用户界面的发展趋势
当前移动设备已经成为人们生活的必需品之一，移动设备的用户界面及体验将越来越受用户关注。本文介绍了当前手机界面的现状及发展变化的趋势，分析了影响未来手机用户界面的可能技术，并结合未来人机交互技术的走向对未来的手机界面的发展做了展望。文中认为，未来手机的界面将会以自适应的智能界面及多通道的人机界面占据主导地位。
关键词：手机界面 交互技术 移动互联网
1. 手机的发展趋势 2009年全球手机业出现负增长，但是智能手机今年的销售量将超过1.9亿部，比去年增长11.1%。据市场研究公司Strategy Analytics称，在运营商、厂商和开发商推动应用的大力支持下，2009年运行Android操作系统的智能手机出货量将增长900%，苹果iPhone操作系统将是2009年增长速度第二快的智能手机操作系统，增长率将达到79%。从中可以看出，随着智能手机价格的进一步下降，用户将对智能手机的需求大大增强，智能手机将是未来手机发展的主要方向。
未来手机的处理速度将进一步提高，手机的功能更多样化与个性化，手机屏幕将更大、色彩更加炫丽，手机音质也更好。[1]同时，各种不同类型的传感器的使用，手机将会更智能的判断手机的所处的环境信息，所有这些技术的利用都极大的提高了手机的用户体验。
随着移动通信技术的快速发展，无线网络带宽越来越大，通信质量越来越好，安全性得到更大的提高，手机应用将会得到更加蓬勃的发展，移动互联网业务更催生了手机与PC的融合，这也将会影响未来手机界面发展。
2. 当前手机界面的现状 当前的手机根据交互的形式可以分为触摸屏手机与键盘手机。两者在交互和界面设计上存在着较大的差异。
苹果公司于2007年推出的iPhone手机引领了这几年的触摸屏手机市场，当前各大公司推出的手机多在追逐或者延伸iPhone的触摸交互设计方案。
iPhone手机的几个主要特点是：
1） 屏幕足够大。iPhone手机采用了4.8吋的屏幕，分辨率达到了640*480。使手机操作界面与PC显示器界面更加的接近，其单手操作的理念有机会得以实施。
2） 用户易理解的手势操作。双击可以放大或还原图片，手指拨动可以切换图片，双指拉伸可以放大图片，双指收缩可以缩小图片等都是模拟自然的操作方式，用户自然地从现实世界中迁移知识
3） 功能简单。只提供了最简单的功能，在短信中没有转发功能等。
4） 逼真的图标。在iPhone上的图标设计都十分形象，使用户一看就能理解其含义。
5） 超炫的界面转场效果。在iPhone上使用了多种很炫的转场效果，这些效果不仅使界面的过渡更自然，同时也给了用户提供了正确的反馈信息，使用户很容易就理解并记住交互的形式
6） 传感器的使用。在iPhone手机中使用了温度传感器、重力传感器、光感应传感器等，完成了很多界面的自适应操作，对用户更人性化。
从当前的市场反馈信息可以清晰的看出，iPhone在智能手机领域掀起了巨大的风浪，其模仿者不计其数，也朝着iPhone指引的交互道路上前进。
在iPhone推出的同时，Nokia公司推出了N95系列（12键键盘）、E71系列（QWERT键盘），这些手机做为键盘机的标志产品是延续了Nokia的易用性的产品特性，同时在此基础上大大提高了其配置。
它们具有的特性有：
1） 较高的硬件配置
2） 易用性高。延续了N系列产品的特征，用户很容易使用该产品。
3） 功能强。手机中内置的功能很多，当前手机的基本功能在N95中都能找到。
4） 按键操作。延续了当前市场上的键盘手机操作方式，通过手机导航键和软键完成功能的操作。
虽然很多优秀的公司都推出了许多别具特色的手机，如Blackberry系列，oPhone手机等，但所有的手机都是在现有的交互范式内完成所有的功能，即使是即带键盘又是触摸屏的手机也只不过是两种普通交互范式的整合，没有跳出现有的设计思路。
3. 人机界面相关的技术发展趋势 为了更有效地在人机之间传递信息，一些新型的交互技术和设备逐步成熟，如语音、手写、手势、3D交互、鼠标、数据衣、数据手套、头盔以及人机之间的传感设备。这些新的交互技术在手机上的使用发展了手机交互的带宽，突破了人与手机交互的基本障碍，构造了更和谐的人机环境。
由iPhone手机的开发也可以看出，许多新颖的体验是由新的技术创新完成的。在下面内容，我们将讨论几种最有可能影响我们未来手机界面发展的技术。
（1）3D技术
由于人生活在三维空间，习惯于看、听和操纵三维的客观对象，人类都是生活在三维的现实情景中，三维的交互对人类来说是自然的方式。因此，三维的人机交互界面是未来发展界面发展的方向之一。
3D交互技术是为了克服传统交互的2D限制而发展起来的，其目的是在人机之间构造一种自然直观的三维交互环境，将在现实世界中人与环境交互作用的经验尽可能直接移植到人机环境中，并在人机环境中获得类似于或相同于现实世界中交互的真实三维感受，消除人被动地去适应系统界面所带来的认知负担，增加人机交互的整体效率。
（2）各种识别技术
1）手势识别
手势是人手或者手和臂结合所产生的各种姿势，手势蕴含着丰富的信息，通过手势可以传达大量的信息，实现高速通信。大部分的任务利用手势可以很自然地实现,提供一种可视化的交互方式.但是对某些命令还是难以用手势的形式来表达,使得手势和目标语义表达之间存在差距,并且语义表达是否真正符合用户的意图也不容易判断,设计不好手势的往往会误导用户,影响了功能和可用性。[2][3]触屏手机通过对手指划动屏幕的手势进行识别，来完成与手机的交互。但是由于识别技术的限制，可用的手势种类不多，随着其他计算视觉等技术在手机上的成熟运用，则手势识别会有更大的发展。
2）语音识别
语音识别是较早就进行的一种自然交互技术，语音拨号、语音命令控制、简单的数据输入等工具已经开始在手机中使用。利用语音识别技术，用户通过语音输入来拓宽手机输入的窄道，而语音的信息反馈则使用户可以使用除视觉之外的第二感觉通道来接收信息。但是由于手机使用场景非常复杂，而语音识别的性能受到说话方式、环境噪音、不同的说话人同时在场等因素的显著影响，因此语音识别技术在手机中的广泛使用还有需要技术问题需要解决。
3）表情识别
人的各种情绪变化以及对冷热的感觉都是非常复杂的高级神经运动，如何感知、记录、识别这些变化过程是表情识别的关键。产品或者计算机对于面部表情的识别主要体现在跟踪面部表情、对不同的表情进行编码以及识别面部表情。未来在手机中使用表情识别技术，使手机能更进一步了解人的情绪状态，从而能更和谐的完成与人的交互。
（3）各种传感器技术
MEMS（Micro Electrical Mechanical System）微电子机械系统技术的发展将使传感器的使用变得无处不在[4]。同时，集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，不仅可以帮助手机检测手机所处的各种状态，同时可以和其他设备进行交互，极大的拓展相关的业务。
（4）虚拟现实技术
虚拟现实交互技术融合了数字图像处理、多媒体技术、计算机图形学、传感器技术等多方面信息技术，它是利用计算机生成一种虚拟环境，通过各种传感设备使操作者“沉浸”到该环境中，实现操作者和该环境直接进行自然交互。[5]它是以计算机技术为核心的技术，生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交换作用、相互影响，从而产生等同于真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术将在未来的3D手机游戏、3D场景中浏览信息时，表现的更真实、有更好的用户体验。[6]
（5）计算视觉
随着处理器速度和内存容量的指数级增长，计算机视觉的研究和应用得到迅速的发展。[7]它的发展将对手势识别、表情识别等交互范式的应用有着重要的意义。如果在手机中使用计算机视觉技术，将能让手机更自然的进行交互，同时也能更好的方便以手势交流的盲人等残疾人士更好的使用手机。
（6）无线通信技术本身的助力
3G、LTE等更高级的技术将会使未来的无线带宽达到甚至超过现有的固网带宽，这将使手机的应用进一步多样化。同时，机器对机器的交互在不久的将来会给交互的范式带来更大的影响。NFC等近距离通讯方式的普及使用，都将要求手机能有更自然的人机交互方式，未来的手机概念也因此得到改变，无处不在的计算将使得界面无处不在。无处不在的界面将会是未来的发展方向之一。
4. 移动互联网对手持界面设计的影响 移动互联网是当前的热点话题，它是指通过手机、PDA等手持设备来访问Internet 网络的。然而通过移动设备来访问互联网与传统互联网有很大的不同，不仅可以处在安静环境也可能在嘈杂的环境中；用户周边的环境（包括其他的人员）都会极大的干扰用户，使用户随时转移注意力；与PC相比，还有屏幕大小及输入功能的限制。
在移动互联网中，不仅包括在手机设备上的浏览内容，也包括物理浏览，即通过物理世界中的对象来访问Internet内容，例如像RFID、NFC等，不仅仅局限于当前的屏幕界面交互。
随着无线带宽的加大，手持设备性能进一步的增强，都会无线互联网业务的发展提供了硬件条件。苹果App Store、谷歌的application market等为代表的手机应用平台更将无线应用的爆发创造了最有利用的条件。五花八门的应用和有创造力的程序员也为创新界面带来了新的活力，他们必然会突破各个平台的基本框架，开发出超想象的应用界面，这也会引领界面的新变革。
从各平台的应用界面可以看出，未来的手机界面将会朝着更智能、更逼真、更灵活的方式设计。
5. 手机界面发展的未来 不管未来手机的外观形态如何，手机的交互界面将会朝着以下的几个方面前进。
（1）自适应的人机界面
随着技术的进一步发展，未来的手机将可以判断用户使用它的各种场景，并针对场景进行自然的反馈。手机定位信息、传感器技术、无处不在的计算等技术的发展，使我们能对手机当前的使用环境有更精确的认识。
定位信息使我们能知道用户当前的位置，通过位置信息将可以得到用户的基本场景。再通过各种传感器信息，读取当时环境的声音、温度、湿度、亮度等各种环境信息，手机将能精确的判断所处的环境，然后针对当前的环境信息，进行自动的情景适应；在通过对各种情景的判断，提出适当的用户想要的服务，满足用户的需求。无处不在的计算网络使手机作为整个网络上的一个节点，可以和其他的设备进行自动交互，未来的很多交互都是有手机自动发起，但又是用户正需要做这些操作。
（2）自然的人机的界面
未来的手机界面将不再局限于几吋的设备屏幕中，无处不在的计算概念将会引发界面的新革命。界面的高级形式将是用户在完成任务的过程中，只是体验到完成任务的美好感觉，而不需要感知到界面的存在，界面只是一个完成任务的载体。设备或者界面存在的主要功能是延展人的认知局限性（如计算速度、记忆能力与容量等），并在不增加人的认知负荷的基础上，协助人们完成各种任务。
当前的许多研究人员都在尝试着最新的界面形式，例如，Paul Holleis等人就服饰的电容触摸输入展开了研究，认为这将是未来移动用户界面的发展方向之一，并在各种服饰上开展了电容触摸输入的可行性研究，并模拟测试这种交互形式的可用性，提出了用户体验设计的指南。各种快捷的移动搜索技术及云的概念，都增加了未来用户使用的方便性。
（3）基于多通道的手机交互界面
在日常生活，与只通过电话的交流相比，用户喜欢表现更丰富的面对面交流。[8]因为在面对面的交流中，除了语音的信息，还传递了各种不同的感觉通道的信息，如面部表情所带的各种情绪信息等。
多通道交互模式是指在界面中使用两种或者多种的输入、输出模式，如语音、笔、触摸、手势、注视等结合的交互形式。[9]
由于手持设备屏幕小、输入效率低下、精确选择困难等固有问题的存在，使用户在操作的过程中严重增加了其认知负荷，从而容易导致用户的急躁、厌烦心理。当手持设备的交互模式采用多通道的方式时，可以弥补手持设备的缺陷，提高交互的效率和自然性。Sharon Oviatt等在手持设备上采用了基于自适应听觉界面的多通道的交互模式，发现它将能更有效、更灵活的与用户进行交互，它将是为了移动设备交互设计的重要方向。
（4）其他一些传统界面的延伸创新
1）双屏幕手持设备
早在1987年，DynaBook就展望了未来的双屏幕的技术，但是后续的研究者没有进行更多的实用性的开发。Ken Hinckley等在09年的研究中，让我们又看到了双屏显示的新型交互方式，它的实行可对当前的交互方式产生较大的影响。
在他们的研究中，提出通过双屏幕可以支持信息显示与任务操作明确分工的交互技术，它将能更流畅的体验交互的乐趣而不被来回切换所打断。他们把双屏幕隐喻成 “书”，根据“书”的日常使用情况，设计了双屏幕的手势交互方式，根据双屏幕的空间关系，特别是双屏幕夹角分为凸的手势、凹的手势及平面手势三类。具体参见下图。
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6. 总结 未来手机界面的发展将受到无线通信技术、人机界面技术及移动互联网技术的快速发展而产生广泛影响，且由于上网本、智能手机的发展，手机界面与其它手持设备的融合趋势更加明显，手机的概念进一步模糊。手机界面的发展趋势将会以更加自然、多通道结合的方式展现出来。
[2] Holzman TG.Computer-Human interface solutions for emergency medical care. Interactions, 1999,6(3):13~24.
[3] Leclercq P. Invisible sketch interface in architectural engineering. LNCS 3088, 2004. 353?363.
[4]王坚，无处不在的人机交互——下一代可见和不可见的用户界面，中国计算机世界，2001 12：92~93
[5]Earnshaw R A,etal.(Eds)Virtual Reality Systems. Academic press,1994
[6]Fadi Chehimi. Evolution of 3D mobile games development, Pers Ubiuit Comput,2008,12:19-25
[7]李清水等，手势识别技术及其在人机交互中的应用，人类工效学，2003，8（1）27~31
[8]SPA Ringland, etal. Multimodality — the future of the wireless user interface BT Technology Journal ,2003,Vol 21 No 3 181-191
[9]Sharon Oviatt, etal., Multimodal interfaces for cell phones and mobile technology, International journal of speech technology 8,2005,127-132
