清華大學美術學院教授徐迎慶：交互設計與交叉學科

徐迎慶：我大學畢業之后就開始從事大型機械強度分析系統有限元計算與分析的圖形后處理模塊的研發，盡管當時的人機交互還很粗糙，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，也圍繞著計算機圖形學和人機交互的研究，在相關的用戶體驗研究、實體交互設計、新一代人機界面、文化遺產數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用價值的成果。

關于人機交互的在中國的發展，中國科學院戴國忠老師和田豐老師等人在《中國科學：信息科學》等雜志上發表過一系列文章和論著。在《人機交互與人工智能:從交替浮沉到協同共進》一文中提到，在早期，我國學者在人機交互領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，同時也取得了一定的成果。由北京大學計算機系、杭州大學工業心理學國家專業實驗室和中國科學院軟件研究所3家單位合作承擔的國家自然科學基金重點項目“多通道用戶界面研究”(1995~1997)。是我國學者首次對多通道用戶界面進行的系統性研究工作, 對多通道用戶界面的模型、描述方法、整合算法、開發環境、評估等方面都進行了一定的探索并取得了基礎性的研究成果。除此以外，中國科學院軟件研究所、中國科學院計算技術研究所、清華大學等單位在筆式人機交互、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研發計劃“云端融合的自然交互設備與工具”和“人機交互自然性的計算原理”、自然科學重點基金“自然人機交互基礎理論和方法研究”等項目，不斷推動人機交互與人工智能的融合和發展。在國家科技政策的支持下，中國科學院軟件研究所、清華大學等人機交互團隊在自然人機交互和智能交互領域取得了一系列突破性進展，在筆/手勢、普適計算、多通道融合、情感計算、增強現實中的人機交互等新的領域產生了一系列非常有價值的成果。放眼未來, 我們有理由相信人機交互和人工智能將保持當下這種相互促進、互相驅動的關系，更加深入地融合并協同發展。回顧歷史，人工智能的發展歷程很大程度反映了計算機技術的發展歷程，而計算機技術發展的最終目的是為人類服務。為了讓人工智能很好地服務于人類，我們不僅要不斷突破人工智能技術瓶頸，還要研究人的特性，以及研究人與人工智能技術交互過程中出現的實際問題。而這些同樣也正是人機交互所研究的問題。因此，人機交互和人工智能具有相同的研究目標和研究對象，是相輔相成、相互促進的關系。在人工智能發展遇到瓶頸之時，人機交互往往能夠提供新的研究思路；同時，人工智能的發展則會不斷突破和革新人機交互的方式并最終驅動人機交互的發展。

《智能時代人機交互的一些思考》一文中提到，人機交互是一個不斷變化的領域，這種變化是為了響應技術革新以及滿足隨之而來的、新用戶的需求。從應用場景來看，人機交互從圖形用戶界面過渡到自然用戶界面，發展更人性化的交互界面成為人機交互進一步發展迫在眉睫的任務；從研究層面來看，人機交互從微觀上升到宏觀，使用計算機技術使個人參與到社會管理活動中的方法成為人機交互關注的重點；從研究重心來看，人機交互從交互導向轉移到實踐導向，其分析單元由個體交互行為上升到日常的社會實踐活動；從研究范圍來看，人機交互由人類、計算機的二元空間擴展到人類、計算機和環境組成的三元空間，人類自身所在的環境也成為了人機交互研究重點關注的一部分。1997年, 電腦“深藍”戰勝國際象棋冠軍.這場“人機大戰”是人機競爭的序幕, 展現了一個新時代的來臨, 一個我們稱之為“智能時代”的時代。隨著深度學習方法成功應用于多個領域，人工智能迎來了第3個發展高潮。在最新的一場的“人機大戰”中，Google的人工智能Alpha Go打敗了曾獲得多項世界冠軍的圍棋高手李世石，再次揭開人們對“智能革命”的關注。另一方面，可穿戴設備等新的交互設備的出現使得人機交互空間發生了極大變化，與此同時，語音分析、手勢識別、運動跟蹤、凝視控制等技術不斷進步，使用心電圖、聲音、面部特征等獨特個人特征的安全認證技術的發展，都在引導著人機交互技術的發展軌跡和范圍。在計算機技術迅速發展之際，人機交互卻沒有取得應有的成果，因此需要從計算機科學角度，探討人機交互的發展。

清華大學史元春教授在她主編的中國計算機學會通訊“人機交互專刊”上（中國計算機學會通訊，第14卷，第5期，2018年5月），發表題為“自然人機交互”的綜述文章，介紹了人機交互基礎理論（主要包括交互評價體系、交互認知機理、可計算的交互模型、交互情境感知等），以及人機交互自然性的核心問題。該專刊還發表了一組與人機交互有關的文章，供有興趣的讀者參考。史元春教授在文中提到，人機交互是人與計算機之間為完成某項任務所進行的信息交換過程。計算機形態和使用情境 (context) 日益復雜多樣，交互技術已經成為終端和應用創新的核心競爭力，自然交互是發展趨勢。我們希望，人們與手持設備、家居設備、穿戴設備、機器人、無人車，在很多場景中以更自然的模態（比如用語音，用語義豐富的手勢，甚至是我們日常的行為）發生互動，人們能獲得可理解性與感受效果俱佳的信息反饋。傳統的圖形用戶界面的交互理論主要面向桌面計算環境，交互信道有限，交互接口和交互情境固定，刻畫范圍窄，難以支持普適計算環境中通道綜合多樣化、環境云端融合化的自然交互。而人機交互自然性的核心科學問題體現在人的基本交互信息處理能力、人機交互信道和交互情境三個遞進層次上。

徐迎慶：當我們談到交互設計的時候，一般是指人機交互設計。通俗的講，也就是當人與機器作為一個完整系統協同工作的時候，對系統行為的設計。它定義了在一個協同工作環境中，兩個或多個互動的個體之間交流的內容和行為，使之互相配合、協同工作，共同達成某種目的或者完成某個任務。

交互設計實際上是一個非常復雜但是非常重要的交叉學科。因為交互設計涉及到許多學科的知識，例如：人因工程學、心理學、界面設計、哲學、設計學、藝術學、物理、美學、計算機軟硬件、機械學、電子技術，等等。

絕大多數情況下，一個優秀的交互設計團隊，應該具備多學科融合的設計能力，而不單純是靠單打獨斗的孤膽英雄。

徐迎慶：清華大學對學科交叉非常重視，我們從不同的角度和層次開展了一系列的學科交叉教學與研究工作。例如：魯曉波教授等人在2005年就創建了清華大學美術學院信息藝術設計系（以下簡稱：信息藝術設計系），當時魯老師他們就看到了藝術設計與信息技術應用之間的密切關系，經過十幾年的發展，信息藝術設計系不僅在藝術設計領域，而且在科學研究領域都取得了長足的進步。

此后在2009年，清華大學美術學院、計算機系、新聞與傳播學院聯合成立“信息藝術設計交叉學科研究生項目”，該項目以三院聯合的雄厚的師資力量和優秀科研平臺為依托,不斷更新教學理念，創新人才培養模式，探索新型的、藝術與科學相結合的、交叉學科的教學與科研模式，在交叉學科人才培養過程中發揮著十分重要的作用。

信息藝術設計交叉學科研究生項目是清華大學重點建設的學科，倡導前沿性、交叉性、高起點和開放式、國際化的辦學思想。將從科學技術與藝術人文的綜合視角，在藝術與信息科學的交叉領域，發展學生的原創能力、整合能力和策劃能力，培養面向信息時代，具有新的人文、藝術、科技觀念和素質的綜合型人材。信息藝術設計交叉學科研究生來自多種學科背景，例如：既有來自信息藝術設計、產品設計、平面設計、視覺傳達、哲學、歷史、傳媒等專業，也有來自數學、物理、計算機、電子工程、機械、化工、軟件、精密儀器、通訊、測控等專業；十年來培養了一大批優秀的創新人才。

該學科也取得了一系列的教學和科研成果。例如：信息藝術設計被評選為北京市重點學科，信息藝術設計跨學科創新人才培養探索獲得清華大學教學成果一等獎。

信息藝術設計及其交叉學科的發展，有助于推動我國文化創意產業的發展、有助于推動科學與藝術的交融、有助于推動培養具有綜合素質的、能夠承擔發展我國軟實力重任的棟梁之才。交叉學科不僅在教學上取得突出成績，而且還產生了一系列具有重大影響的成果。例如；通過該學科的不斷發展和完善，我們不僅承擔國家重點研究計劃、國家973計劃、國家863計劃、國家自然科學基金、國家科技支撐計劃、國家社會科學基金等多項科學與藝術相結合的研究課題；而且完成許多創新產品原型的設計與開發。此外，每年都有許多來自清華大學其他院系、以及全球高校的同學在這個平臺參加實踐與學習。

信息藝術設計把藝術設計與科學技術相結合，肩負著培養具有創新發展潛力棟梁人才的重任，對于國家創新的長遠發展具有重要的作用和積極意義。

為開展新工科教育與實踐，探索具有中國特色的創新教育，探索如何推進傳統的工科教學與其他學科相融合，培養新一代具有綜合素質的、復合型的創新人才；清華大學新雅書院開設了“智能工程與創意設計”本科專業。該專業由清華大學自動化系、清華大學美術學院、清華大學機械學院、清華大學新雅書院等聯合發起和共建。根據培養計劃，五年制的本科學習中，學生可以在自動化和機械工程這兩個學科方向中，任意選擇一個工科主修專業，和設計學輔修專業；學生畢業時將被授予工學學士（第一學位：自動化或者機械工程）和藝術學學士（第二學位：設計學）。我們根據當前機器人、人工智能、智能制造、創意設計等新興技術和產業的發展趨勢，把智能工程與創意設計相融合，促進學科交叉與跨界整合，目標是培養具有扎實的理工基礎和優秀設計能力的復合型人才。我們希望通過本項目的開展來推動工科與其他學科專業交叉融合、促進計算機、自動化、機械工程、產品設計、信息藝術設計等學科的交叉發展，探索如何培育建設新興工科專業。具體來說，我們希望基于學科交叉融合促進整合創新的理念，在培養環節上注重工程與設計、科學與藝術相結合，實施了多學科融合教學的創新模式，搭建新工科多方協同育人模式改革與實踐的平臺。從智能與創意設計的綜合視角，研究多學科交叉融合的工程人才培養模式，并付之實踐。特別是培養學生具備不同知識領域中相互溝通和交融的能力，以及進行跨領域團隊協同創新的能力。該項目也成為教育部首批“新工科”研究與實踐項目。

另外，對于清華大學的創新發展而言，我們希望有這樣一個平臺，集中一批優秀的人才，在同一物理空間下，從不同的學術角度，多學科交叉、保持彼此密切溝通與合作，不受任何條條框框限制、去開展對未來學術思想、科學技術、設計概念等等進行深入研究；在創造力和創新精神方面做出貢獻。為此，清華大學成立了未來實驗室，并任命美術學院的徐迎慶教授擔任實驗室主任。

清華大學未來實驗室將發揮清華大學理、工、醫、文、史、哲、藝的綜合優勢，以學科交叉和融合為基礎，以重大創新為導向，以具有全球影響力的創新成果和創新人才的培養為目標，營造創新合作、激發創意思維的工作環境和創新平臺。

我們期望清華大學未來實驗室通過交叉創新促進工科、理科與文科多學科的協同發展，著力培育新的學科增長點，提升學科發展的交叉性、前瞻性和引領性，形成具有國際重大影響力的創新平臺。