人类与机器间如何打交道？这个接口就称为人机接口（Human Machines Interface；HMI），人机接口有许多种，例如人跟电视机打交道，一开始频道数少时只要一个旋钮即可，之后变成按钮，更之后干脆用遥控器。本文将以人与计算机、信息装置、新兴消费性电子等的互动为主来讨论，至于人与其他机器的互动接口，暂不在讨论之列。

《图一 最早的计算机无论执行程序的输入、运算数据的输入、运算结果的输出，都透过打孔纸片进出。》

人机接口的过往发展

在了解新的人机接口前，先让我们了解过往的发展历程，多数计算器概论课本，认定1946年ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）为第一部计算机，这部计算机用打孔卡片输入程序，也用打孔卡片输入数据，之后运算出的结果，也用打孔卡片输出。

之后程序的输入改用磁带，计算机操作与数据输入改用打字机键盘，而运算结果则用打印机印于纸上，60年代的大型主机（Mainframe）多如此运作。而这时，计算机也从批次（Batch）处理执行，改成互动（Interactive）处理，过往用孔卡、磁带的输入运算，运算过程中不容打断，直到一笔结果运算完后，才能进行另一笔新运算。

《图二 打孔纸之后是电传机，称为Electromechanical Teleprinter或TeleTYpewriter（简称：TTY，电传打字机），输入用打字，输出用打印，以此与计算机沟通。》 图片来源：tpsoft.com

相对的，互动处理允许人跟机器用类似人类的对话交谈方式运作，即随时一来一往，人运用键盘向机器发话，机器将其反应与结果打印到纸上，人看了纸张结果后，再次用键盘打字发话，如此往返，比批次执行直觉、便利许多。

更之后，由于每有结果就要打印过于麻烦，而70年代CRT阴极射线管（俗称：映像管）开始普及运用，因此将打印改成屏幕输出，便利性再提升。

《图三 IBM 2260，使用CRT映像管的影像显示终端机（Video display terminal），用屏幕输出取代打印输出。》 图片来源：columbia.edu

在这个阶段，由于运算仍集中在大型主机、迷你计算机（70年代开始发迹）上，键盘、屏幕只是输入、输出工具，自身没有运算力，因此称为终端机（Terminal），一部计算机可连接多部终端机，并可同时服务多台终端机，但同时服务多台终端机，每部终端机的用户会明显感受到计算机反应变慢，因为运算力被瓜分、稀释。

同样是70年代，开始有微计算机的兴起，所谓微计算机是与过往需要整个机房、整个机柜的体积相比，微计算机只占一个桌面的大小，所以相对为「微，Micro」，事实上迷你计算机的「迷你，Mini」也要机柜大的体积。

《图四 1983年推出，具备GUI图形用户界面的个人计算机：Apple Lisa。》 图片来源：wiki.ubuntu.org.cn

微计算机最初的人机接口相当简单，输入透过开关的扳动，输出则透过灯号的亮灭显示，能进行的应用有限，之后开始有人将打字机键盘、电视屏幕与微计算机链接，这个尝试链接中，以Steve Wozniak开发出的Apple II最知名，并造成轰动。

Apple II以大幅提升微计算机的人机接口亲和性而轰动，之后1983年Apple公司的Lisa计算机、1984年的Macintosh麦金塔计算机，更引进全录实验室（Xerox PARC，Palo Alto Research Center）的图形用户界面（Graphics User Interface；GUI）而再造话题。微计算机的操作从纯打字输入、文字输出，变成用鼠标操作画面上的光标，输出也完全改成图形化显示，亲和性再跃进。

在具备鼠标、键盘、图形化接口后，计算机的人机接口已趋向成熟稳定，少有改变，在后续的发展历程中，虽有人提出用滚珠取代鼠标，或提出手写绘图板等，但均未成为主流，或者提出多屏幕输出，或扫瞄器影像输入等，也都限定在特有应用领域，未成主流。

《图五 滚珠球于90年代初开始兴起，但因球缝容易积尘、滚动时手指不易按钮等缺点而无法普及，然在TouchPad未出现前，仍普遍用于笔电上。》 图片来源：hubpages.com

不过，仍有一些强化值得一提，例如过往的笔电多使用滚珠（Scroll Ball）来操控屏幕光标，然1994年Apple推出PowerBook 500型笔电，用触摸板（TouchPad）取代滚珠，成为今日每部笔电的基本配备。

又如90年代中期Internet开始兴起，人们开始频繁浏览网页，因而要大量垂直移动页面，这时鼠标加设一个上下滚动的滚轮（Scroll Wheel），以便加速浏览，今日也为基本配备。

值得一提的是，鼠标之后又有许多创新用法，例如Apple于2005年推出Mighty Mouse，将过往的滚珠缩小、放置于鼠标的滚轮位置，使滚动从垂直向变成全向，但因故障率过高与少有应用支持，而未能普及，之后2009年推出触控按钮式的鼠标Magic Mouse，以取代Mighty Mouse，也未能普及。

由此可知，Apple自发迹来的传统与方向，即是积极革新信息产品的人机接口技术，但并不表示次次都成功。类似的，IBM特别为其ThinkPad系列笔电发展的指向装置：轨迹点（Track Point，俗称：中原一点红），也仅限IBM或Toshiba等笔电使用，未能普及。

另外，随着网页浏览的增多，人们发创鼠标的新操作法，称为「鼠标手势，Mouse Gesture」，例如按着鼠标右钮进行拖曳，即代表浏览上一页或下一页，加速浏览速度，此用法虽有趣，但普及性仍待提升。

《图六 因GUI而让PC普遍使用鼠标；因Web而让鼠标普遍具有滚轮。》 图片来源：totalofficesupplies.co.uk

游乐器互动的创新

了解计算机的人机互动接口后，近年来电视游乐器（Game Console，或称：游戏主机）的人机互动方式也大幅改变，若以1983年任天堂FC（Family Computer，俗称：红白机）起算，一直到2006年任天堂Wii出现，至少20年以上的时间，游乐器都是以游戏板（Gamepad）来游玩，只有赛车游戏、战机游戏，为求玩乐逼真性，而用方向盘、游戏杆（Joystick）游玩。

在长达20年以上的日子中，虽在90年代后期开始提倡动强制反馈（Force Feedback）的Gamepad、方向盘，但未能兴盛。而Wii出现后，用手握着Wii Remote手把，做出各种手势就能游玩，以及2007年推出踏板游玩的Wii Fit，使游乐器玩法产生重大变革、激荡。

更之后，2010年Microsoft推出供Xbox 360游乐器扩充的Kinect套件，用视讯摄影机镜头辨识玩家的肢体动作就可进行游玩，让人机接口技术再提升。除游乐器外，如Panasonic也发展手势操作的电视遥控器，Hitachi也发展用光学、影像辨识观赏者手势，就可以调整电视音量、切换电视频道的技术。

《图七 今日笔电上普遍使用的坐标指向装置：TouchPad。》 图片来源：t-x-2.com

手持式装置的互动创新

如前所述，Apple向来积极于人机接口的互动创新，因此在iPod、iPhone等产品上，均有提出新颖性的互动作法。

例如一般MP3随身听多使用按钮，而iPod则使用自创的点按式选盘（Click Wheel），可让选曲格外方便。又如iPhone使用投射式电容触控技术，可用多点触控（Multi-Touch）方式，让智能型手机的画面缩放格外方便，此一操作方式一经展示，即造成业界话题。

《图八 IBM专利指向装置：TrackPoint。》 图片来源：codinghorror.com

此外，iPhone内建加速度传感器，在iPhone的X、Y轴角度变化时，显示画面的角度也会因应变化，此点一样带来新奇。iPhone带来的新奇性，造成iPhone的畅销，也使产业开始正视触控技术、加速度感测控制技术的发展，新款的智能型手机均以支持多点触控、加速度感测为基本设定。

除了多点触控、加速度传感器等新奇操控外，后续的新款iPhone也加入了与Android手机相同的数字指南针（磁阻传感器）技术，或陀螺仪等，让方位感测更灵敏。

《图九 今日多数Web Brower均支持鼠标手势好加速浏览速度，按住鼠标右钮后，依据红色箭头方向拖曳出轨迹，即功效等同于往常一般的网页浏览操作。》 图片来源：wiki.maxthon.com

新人机接口所用的技术

了解近年来的人机互动技术发展后，其主要构成技术如下：

触控屏幕技术

触控技术实现方式众多，如电阻式触控、电容式触控、电感式（亦称：电磁式）触控、光学式触控、声波式触控等，各类型的触控又有更多细分，如4线式电阻式触控、5线式电阻式触控，电容也有投射式电容、表面式电容，光学触控亦有红外线触控，或影像感测式触控。

由于电容式感应的寿命较电阻式为长，在价差逐渐拉近下，未来趋势为电容式，而为了实现多点触控，亦多使用投射式电容，而非表面式电容，然中大尺寸仍以表面式电容，或光学、声波为多，原因是投射式电容因现今技术之限（线路阻值因素致噪声过大，SNR噪讯比不佳），难用于大尺寸屏幕上。

《图十 Nintendo Wii之前，多数游乐器均实行Gamepad为游戏操控工具。》 图片来源：imperioomega.com

微机电系统（MEMS）技术

Wii Remote手把内的加速度传感器、iPhone机内的加速度传感器等，今日多以微机电系统技术生产。另外Wintel于2005年提出HD Audio技术时，顺带提出运用数组式麦克风（Array MIC，MIC=Microphone）技术来提升录音质量，进而增强语音识别能力。

之后Apple于第3代iPod shuffle上也实行语音识别技术，以及iPhone 4手机也跟进实行数组式麦克风，数组式麦克风可用传统电子技术实现，然未来趋势上也倾向用MEMS技术实现。此外同样具方位感应效果的陀螺仪，也同样倾向用MEMS技术实现。

光电半导体技术

在此主要指影像传感器（Image Sensor），今日鼠标多已扬弃滚珠感测，而改采光学式感测，另外Wii Remote手把内不仅用加速度传感器感应方位变化，也用光学传感器感测来自Wii主机扫描条（Scan Bar）所送出的红外线，使方位感应更准确。

此外，也有以光学感测为主的触控技术，或诸多手机以光学感测来调整屏幕背光亮度，或用光学感测来实现Xbox 360 Kinect的游玩方式，Hitachi的手势操控电视亦需用及光学感测技术。

《图十一 Hitachi展示只要在影像传感器前挥舞手，就可以切换电视频道、调整电视机音量的技术。》 图片来源：techtree.com

传统传感器技术

一般驻极式麦克风、磁阻式传感器（感应地磁，即：数字化指南针效果）等，仍属传统电子技术制造出的传感器，在新的人机互动接口上亦有运用、发挥空间。

软件开发也不容小觑

上述所言，多为实体互动性的接口，但其实有部份人机互动属偏重于软件面，如语音识别、手写识别，在今日的诸多电子产品运用中也逐渐普及，例如车内导航机直接透过语音识别来输入路名，进而导航，或多数的手持式装置均已具备手写识别功效，且辨识成功率已达高水平。这些辨识的更前端倚赖麦克风、手写触控，但后端则需要软件辨识引擎。

除手写识别、语音识别外，近年来也开始提倡扩展实境（Augmented Reality；AR，日本称为：扩张现实），此为另一种人机互动方式，最初用在战机、战车等军事用途，即是屏幕投射出实景实地画面，但除此之外屏幕上还额外显现出对该景该地的相关解说信息，如显示一座山时，顺便加注该山的方位与高度等。类似的技术，也用于博物馆的文物导览、户外名胜导览等。

上述的AR应用属只读性质，更进一步的也发展出互动性质的AR游戏，如屏幕上出现一个实景钟塔，只要用手指触碰该钟塔的尖端，就可以得分500，时限内达到目标积分即可过关，或要求时间内到达定点等。

《图十二 Microsoft Xbox 360 Kinect影像传感器，可感应玩家肢体动作，再经辨识运算，进而操控游戏中的主人翁。》 图片来源：guardian.co.uk

未来的新发展

人机互动的未来，必然朝更直觉方便的路线发展，在Wii推出用手把玩游戏后，Xbox则推出连手把都不需要的肢体辨识，未来则可能直接辨识眼球移动来进行各种操控。

不过，随着信息、电子装置从「固接，Fixed」往「移携，Mobile」路线发展，单纯的「人机互动外」技术已渐显不足，逐渐的，人们将加强对适地（Location Based）、适境技术的技术，例如在户外使用液晶屏幕会自动关闭背光亮度，或在暗处会自动增强亮度，以及到某处会自动提示附近店家有优惠活动等。在机器与人的互动外，机器与环境的自动感测因应，以及人、机、地三者的串连，将是新方向所在。