清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院教授徐迎慶：交互設(shè)計(jì)與交叉學(xué)科

徐迎慶：我大學(xué)畢業(yè)之后就開始從事大型機(jī)械強(qiáng)度分析系統(tǒng)有限元計(jì)算與分析的圖形后處理模塊的研發(fā)，盡管當(dāng)時(shí)的人機(jī)交互還很粗糙，給我留下的印象很深刻。后來，我在微軟亞洲研究院工作期間，也圍繞著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人機(jī)交互的研究，在相關(guān)的用戶體驗(yàn)研究、實(shí)體交互設(shè)計(jì)、新一代人機(jī)界面、文化遺產(chǎn)數(shù)字化等開展較為深入的工作；并取得一批具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值的成果。

關(guān)于人機(jī)交互的在中國的發(fā)展，中國科學(xué)院戴國忠老師和田豐老師等人在《中國科學(xué)：信息科學(xué)》等雜志上發(fā)表過一系列文章和論著。在《人機(jī)交互與人工智能:從交替浮沉到協(xié)同共進(jìn)》一文中提到，在早期，我國學(xué)者在人機(jī)交互領(lǐng)域做了許多研究工作，如語音交互、筆/手勢交互、多通道感知、行為理解等，同時(shí)也取得了一定的成果。由北京大學(xué)計(jì)算機(jī)系、杭州大學(xué)工業(yè)心理學(xué)國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院軟件研究所3家單位合作承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“多通道用戶界面研究”(1995~1997)。是我國學(xué)者首次對多通道用戶界面進(jìn)行的系統(tǒng)性研究工作, 對多通道用戶界面的模型、描述方法、整合算法、開發(fā)環(huán)境、評估等方面都進(jìn)行了一定的探索并取得了基礎(chǔ)性的研究成果。除此以外，中國科學(xué)院軟件研究所、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、清華大學(xué)等單位在筆式人機(jī)交互、智能界面、自然語言交互等方向也都做了大量工作。此外，國家還支持了一批包括重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“云端融合的自然交互設(shè)備與工具”和“人機(jī)交互自然性的計(jì)算原理”、自然科學(xué)重點(diǎn)基金“自然人機(jī)交互基礎(chǔ)理論和方法研究”等項(xiàng)目，不斷推動(dòng)人機(jī)交互與人工智能的融合和發(fā)展。在國家科技政策的支持下，中國科學(xué)院軟件研究所、清華大學(xué)等人機(jī)交互團(tuán)隊(duì)在自然人機(jī)交互和智能交互領(lǐng)域取得了一系列突破性進(jìn)展，在筆/手勢、普適計(jì)算、多通道融合、情感計(jì)算、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互等新的領(lǐng)域產(chǎn)生了一系列非常有價(jià)值的成果。放眼未來, 我們有理由相信人機(jī)交互和人工智能將保持當(dāng)下這種相互促進(jìn)、互相驅(qū)動(dòng)的關(guān)系，更加深入地融合并協(xié)同發(fā)展。回顧歷史，人工智能的發(fā)展歷程很大程度反映了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，而計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的最終目的是為人類服務(wù)。為了讓人工智能很好地服務(wù)于人類，我們不僅要不斷突破人工智能技術(shù)瓶頸，還要研究人的特性，以及研究人與人工智能技術(shù)交互過程中出現(xiàn)的實(shí)際問題。而這些同樣也正是人機(jī)交互所研究的問題。因此，人機(jī)交互和人工智能具有相同的研究目標(biāo)和研究對象，是相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系。在人工智能發(fā)展遇到瓶頸之時(shí)，人機(jī)交互往往能夠提供新的研究思路；同時(shí)，人工智能的發(fā)展則會(huì)不斷突破和革新人機(jī)交互的方式并最終驅(qū)動(dòng)人機(jī)交互的發(fā)展。

《智能時(shí)代人機(jī)交互的一些思考》一文中提到，人機(jī)交互是一個(gè)不斷變化的領(lǐng)域，這種變化是為了響應(yīng)技術(shù)革新以及滿足隨之而來的、新用戶的需求。從應(yīng)用場景來看，人機(jī)交互從圖形用戶界面過渡到自然用戶界面，發(fā)展更人性化的交互界面成為人機(jī)交互進(jìn)一步發(fā)展迫在眉睫的任務(wù)；從研究層面來看，人機(jī)交互從微觀上升到宏觀，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)使個(gè)人參與到社會(huì)管理活動(dòng)中的方法成為人機(jī)交互關(guān)注的重點(diǎn)；從研究重心來看，人機(jī)交互從交互導(dǎo)向轉(zhuǎn)移到實(shí)踐導(dǎo)向，其分析單元由個(gè)體交互行為上升到日常的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)；從研究范圍來看，人機(jī)交互由人類、計(jì)算機(jī)的二元空間擴(kuò)展到人類、計(jì)算機(jī)和環(huán)境組成的三元空間，人類自身所在的環(huán)境也成為了人機(jī)交互研究重點(diǎn)關(guān)注的一部分。1997年, 電腦“深藍(lán)”戰(zhàn)勝國際象棋冠軍.這場“人機(jī)大戰(zhàn)”是人機(jī)競爭的序幕, 展現(xiàn)了一個(gè)新時(shí)代的來臨, 一個(gè)我們稱之為“智能時(shí)代”的時(shí)代。隨著深度學(xué)習(xí)方法成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，人工智能迎來了第3個(gè)發(fā)展高潮。在最新的一場的“人機(jī)大戰(zhàn)”中，Google的人工智能Alpha Go打敗了曾獲得多項(xiàng)世界冠軍的圍棋高手李世石，再次揭開人們對“智能革命”的關(guān)注。另一方面，可穿戴設(shè)備等新的交互設(shè)備的出現(xiàn)使得人機(jī)交互空間發(fā)生了極大變化，與此同時(shí)，語音分析、手勢識(shí)別、運(yùn)動(dòng)跟蹤、凝視控制等技術(shù)不斷進(jìn)步，使用心電圖、聲音、面部特征等獨(dú)特個(gè)人特征的安全認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展，都在引導(dǎo)著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展軌跡和范圍。在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展之際，人機(jī)交互卻沒有取得應(yīng)有的成果，因此需要從計(jì)算機(jī)科學(xué)角度，探討人機(jī)交互的發(fā)展。

清華大學(xué)史元春教授在她主編的中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊“人機(jī)交互專刊”上（中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊，第14卷，第5期，2018年5月），發(fā)表題為“自然人機(jī)交互”的綜述文章，介紹了人機(jī)交互基礎(chǔ)理論（主要包括交互評價(jià)體系、交互認(rèn)知機(jī)理、可計(jì)算的交互模型、交互情境感知等），以及人機(jī)交互自然性的核心問題。該專刊還發(fā)表了一組與人機(jī)交互有關(guān)的文章，供有興趣的讀者參考。史元春教授在文中提到，人機(jī)交互是人與計(jì)算機(jī)之間為完成某項(xiàng)任務(wù)所進(jìn)行的信息交換過程。計(jì)算機(jī)形態(tài)和使用情境 (context) 日益復(fù)雜多樣，交互技術(shù)已經(jīng)成為終端和應(yīng)用創(chuàng)新的核心競爭力，自然交互是發(fā)展趨勢。我們希望，人們與手持設(shè)備、家居設(shè)備、穿戴設(shè)備、機(jī)器人、無人車，在很多場景中以更自然的模態(tài)（比如用語音，用語義豐富的手勢，甚至是我們?nèi)粘５男袨椋┌l(fā)生互動(dòng)，人們能獲得可理解性與感受效果俱佳的信息反饋。傳統(tǒng)的圖形用戶界面的交互理論主要面向桌面計(jì)算環(huán)境，交互信道有限，交互接口和交互情境固定，刻畫范圍窄，難以支持普適計(jì)算環(huán)境中通道綜合多樣化、環(huán)境云端融合化的自然交互。而人機(jī)交互自然性的核心科學(xué)問題體現(xiàn)在人的基本交互信息處理能力、人機(jī)交互信道和交互情境三個(gè)遞進(jìn)層次上。

徐迎慶：當(dāng)我們談到交互設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般是指人機(jī)交互設(shè)計(jì)。通俗的講，也就是當(dāng)人與機(jī)器作為一個(gè)完整系統(tǒng)協(xié)同工作的時(shí)候，對系統(tǒng)行為的設(shè)計(jì)。它定義了在一個(gè)協(xié)同工作環(huán)境中，兩個(gè)或多個(gè)互動(dòng)的個(gè)體之間交流的內(nèi)容和行為，使之互相配合、協(xié)同工作，共同達(dá)成某種目的或者完成某個(gè)任務(wù)。

交互設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)非常復(fù)雜但是非常重要的交叉學(xué)科。因?yàn)榻换ピO(shè)計(jì)涉及到許多學(xué)科的知識(shí)，例如：人因工程學(xué)、心理學(xué)、界面設(shè)計(jì)、哲學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、藝術(shù)學(xué)、物理、美學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件、機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)，等等。

絕大多數(shù)情況下，一個(gè)優(yōu)秀的交互設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，應(yīng)該具備多學(xué)科融合的設(shè)計(jì)能力，而不單純是靠單打獨(dú)斗的孤膽英雄。

徐迎慶：清華大學(xué)對學(xué)科交叉非常重視，我們從不同的角度和層次開展了一系列的學(xué)科交叉教學(xué)與研究工作。例如：魯曉波教授等人在2005年就創(chuàng)建了清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院信息藝術(shù)設(shè)計(jì)系（以下簡稱：信息藝術(shù)設(shè)計(jì)系），當(dāng)時(shí)魯老師他們就看到了藝術(shù)設(shè)計(jì)與信息技術(shù)應(yīng)用之間的密切關(guān)系，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，信息藝術(shù)設(shè)計(jì)系不僅在藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，而且在科學(xué)研究領(lǐng)域都取得了長足的進(jìn)步。

此后在2009年，清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院、計(jì)算機(jī)系、新聞與傳播學(xué)院聯(lián)合成立“信息藝術(shù)設(shè)計(jì)交叉學(xué)科研究生項(xiàng)目”，該項(xiàng)目以三院聯(lián)合的雄厚的師資力量和優(yōu)秀科研平臺(tái)為依托,不斷更新教學(xué)理念，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，探索新型的、藝術(shù)與科學(xué)相結(jié)合的、交叉學(xué)科的教學(xué)與科研模式，在交叉學(xué)科人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。

信息藝術(shù)設(shè)計(jì)交叉學(xué)科研究生項(xiàng)目是清華大學(xué)重點(diǎn)建設(shè)的學(xué)科，倡導(dǎo)前沿性、交叉性、高起點(diǎn)和開放式、國際化的辦學(xué)思想。將從科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)人文的綜合視角，在藝術(shù)與信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域，發(fā)展學(xué)生的原創(chuàng)能力、整合能力和策劃能力，培養(yǎng)面向信息時(shí)代，具有新的人文、藝術(shù)、科技觀念和素質(zhì)的綜合型人材。信息藝術(shù)設(shè)計(jì)交叉學(xué)科研究生來自多種學(xué)科背景，例如：既有來自信息藝術(shù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)、視覺傳達(dá)、哲學(xué)、歷史、傳媒等專業(yè)，也有來自數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、電子工程、機(jī)械、化工、軟件、精密儀器、通訊、測控等專業(yè)；十年來培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的創(chuàng)新人才。

該學(xué)科也取得了一系列的教學(xué)和科研成果。例如：信息藝術(shù)設(shè)計(jì)被評選為北京市重點(diǎn)學(xué)科，信息藝術(shù)設(shè)計(jì)跨學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索獲得清華大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。

信息藝術(shù)設(shè)計(jì)及其交叉學(xué)科的發(fā)展，有助于推動(dòng)我國文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、有助于推動(dòng)科學(xué)與藝術(shù)的交融、有助于推動(dòng)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的、能夠承擔(dān)發(fā)展我國軟實(shí)力重任的棟梁之才。交叉學(xué)科不僅在教學(xué)上取得突出成績，而且還產(chǎn)生了一系列具有重大影響的成果。例如；通過該學(xué)科的不斷發(fā)展和完善，我們不僅承擔(dān)國家重點(diǎn)研究計(jì)劃、國家973計(jì)劃、國家863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃、國家社會(huì)科學(xué)基金等多項(xiàng)科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合的研究課題；而且完成許多創(chuàng)新產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)與開發(fā)。此外，每年都有許多來自清華大學(xué)其他院系、以及全球高校的同學(xué)在這個(gè)平臺(tái)參加實(shí)踐與學(xué)習(xí)。

信息藝術(shù)設(shè)計(jì)把藝術(shù)設(shè)計(jì)與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，肩負(fù)著培養(yǎng)具有創(chuàng)新發(fā)展?jié)摿澚喝瞬诺闹厝危瑢τ趪覄?chuàng)新的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的作用和積極意義。

為開展新工科教育與實(shí)踐，探索具有中國特色的創(chuàng)新教育，探索如何推進(jìn)傳統(tǒng)的工科教學(xué)與其他學(xué)科相融合，培養(yǎng)新一代具有綜合素質(zhì)的、復(fù)合型的創(chuàng)新人才；清華大學(xué)新雅書院開設(shè)了“智能工程與創(chuàng)意設(shè)計(jì)”本科專業(yè)。該專業(yè)由清華大學(xué)自動(dòng)化系、清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院、清華大學(xué)機(jī)械學(xué)院、清華大學(xué)新雅書院等聯(lián)合發(fā)起和共建。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃，五年制的本科學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以在自動(dòng)化和機(jī)械工程這兩個(gè)學(xué)科方向中，任意選擇一個(gè)工科主修專業(yè)，和設(shè)計(jì)學(xué)輔修專業(yè)；學(xué)生畢業(yè)時(shí)將被授予工學(xué)學(xué)士（第一學(xué)位：自動(dòng)化或者機(jī)械工程）和藝術(shù)學(xué)學(xué)士（第二學(xué)位：設(shè)計(jì)學(xué)）。我們根據(jù)當(dāng)前機(jī)器人、人工智能、智能制造、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，把智能工程與創(chuàng)意設(shè)計(jì)相融合，促進(jìn)學(xué)科交叉與跨界整合，目標(biāo)是培養(yǎng)具有扎實(shí)的理工基礎(chǔ)和優(yōu)秀設(shè)計(jì)能力的復(fù)合型人才。我們希望通過本項(xiàng)目的開展來推動(dòng)工科與其他學(xué)科專業(yè)交叉融合、促進(jìn)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、機(jī)械工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、信息藝術(shù)設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉發(fā)展，探索如何培育建設(shè)新興工科專業(yè)。具體來說，我們希望基于學(xué)科交叉融合促進(jìn)整合創(chuàng)新的理念，在培養(yǎng)環(huán)節(jié)上注重工程與設(shè)計(jì)、科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合，實(shí)施了多學(xué)科融合教學(xué)的創(chuàng)新模式，搭建新工科多方協(xié)同育人模式改革與實(shí)踐的平臺(tái)。從智能與創(chuàng)意設(shè)計(jì)的綜合視角，研究多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式，并付之實(shí)踐。特別是培養(yǎng)學(xué)生具備不同知識(shí)領(lǐng)域中相互溝通和交融的能力，以及進(jìn)行跨領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)協(xié)同創(chuàng)新的能力。該項(xiàng)目也成為教育部首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目。

另外，對于清華大學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展而言，我們希望有這樣一個(gè)平臺(tái)，集中一批優(yōu)秀的人才，在同一物理空間下，從不同的學(xué)術(shù)角度，多學(xué)科交叉、保持彼此密切溝通與合作，不受任何條條框框限制、去開展對未來學(xué)術(shù)思想、科學(xué)技術(shù)、設(shè)計(jì)概念等等進(jìn)行深入研究；在創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神方面做出貢獻(xiàn)。為此，清華大學(xué)成立了未來實(shí)驗(yàn)室，并任命美術(shù)學(xué)院的徐迎慶教授擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任。

清華大學(xué)未來實(shí)驗(yàn)室將發(fā)揮清華大學(xué)理、工、醫(yī)、文、史、哲、藝的綜合優(yōu)勢，以學(xué)科交叉和融合為基礎(chǔ)，以重大創(chuàng)新為導(dǎo)向，以具有全球影響力的創(chuàng)新成果和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)為目標(biāo)，營造創(chuàng)新合作、激發(fā)創(chuàng)意思維的工作環(huán)境和創(chuàng)新平臺(tái)。

我們期望清華大學(xué)未來實(shí)驗(yàn)室通過交叉創(chuàng)新促進(jìn)工科、理科與文科多學(xué)科的協(xié)同發(fā)展，著力培育新的學(xué)科增長點(diǎn)，提升學(xué)科發(fā)展的交叉性、前瞻性和引領(lǐng)性，形成具有國際重大影響力的創(chuàng)新平臺(tái)。