清華大學美術(shù)學院教授徐迎慶：交互設(shè)計與交叉學科

徐迎慶：我大學畢業(yè)之后就開始從事大型機械強度分析系統(tǒng)有限元計算與分析的圖形后處理模塊的研發(fā)，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(guān)的用戶體驗研究、實體交互設(shè)計、新一代人機界面、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)用價值的成果。

關(guān)于人機交互的在中國的發(fā)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(fā)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(xié)同共進》一文中提到，在早期，我國學者在人機交互領(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，同時也取得了一定的成果。由北京大學計算機系、杭州大學工業(yè)心理學國家專業(yè)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(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，中國科學院軟件研究所、中國科學院計算技術(shù)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(fā)計劃“云端融合的自然交互設(shè)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(chǔ)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(fā)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(lǐng)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(xiàn)實中的人機交互等新的領(lǐng)域產(chǎn)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(qū)動的關(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算機技術(shù)的發(fā)展歷程，而計算機技術(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(guān)系。在人工智能發(fā)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(fā)展則會不斷突破和革新人機交互的方式并最終驅(qū)動人機交互的發(fā)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(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交互進一步發(fā)展迫在眉睫的任務(wù)；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(shù)使個人參與到社會管理活動中的方法成為人機交互關(guān)注的重點；從研究重心來看，人機交互從交互導向轉(zhuǎn)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(huán)境組成的三元空間，人類自身所在的環(huán)境也成為了人機交互研究重點關(guān)注的一部分。1997年, 電腦“深藍”戰(zhàn)勝國際象棋冠軍.這場“人機大戰(zhàn)”是人機競爭的序幕, 展現(xiàn)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(yīng)用于多個領(lǐng)域，人工智能迎來了第3個發(fā)展高潮。在最新的一場的“人機大戰(zhàn)”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(guān)注。另一方面，可穿戴設(shè)備等新的交互設(shè)備的出現(xiàn)使得人機交互空間發(fā)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(shù)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(shù)的發(fā)展，都在引導著人機交互技術(shù)的發(fā)展軌跡和范圍。在計算機技術(shù)迅速發(fā)展之際，人機交互卻沒有取得應(yīng)有的成果，因此需要從計算機科學角度，探討人機交互的發(fā)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(fā)表題為“自然人機交互”的綜述文章，介紹了人機交互基礎(chǔ)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(fā)表了一組與人機交互有關(guān)的文章，供有興趣的讀者參考。史元春教授在文中提到，人機交互是人與計算機之間為完成某項任務(wù)所進行的信息交換過程。計算機形態(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，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。而人機交互自然性的核心科學問題體現(xiàn)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(shè)計的時候，一般是指人機交互設(shè)計。通俗的講，也就是當人與機器作為一個完整系統(tǒng)協(xié)同工作的時候，對系統(tǒng)行為的設(shè)計。它定義了在一個協(xié)同工作環(huán)境中，兩個或多個互動的個體之間交流的內(nèi)容和行為，使之互相配合、協(xié)同工作，共同達成某種目的或者完成某個任務(wù)。

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

絕大多數(shù)情況下，一個優(yōu)秀的交互設(shè)計團隊，應(yīng)該具備多學科融合的設(shè)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(chuàng)建了清華大學美術(shù)學院信息藝術(shù)設(shè)計系（以下簡稱：信息藝術(shù)設(shè)計系），當時魯老師他們就看到了藝術(shù)設(shè)計與信息技術(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)計系不僅在藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域，而且在科學研究領(lǐng)域都取得了長足的進步。

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

信息藝術(shù)設(shè)計交叉學科研究生項目是清華大學重點建設(shè)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(shù)與藝術(shù)人文的綜合視角，在藝術(shù)與信息科學的交叉領(lǐng)域，發(fā)展學生的原創(chuàng)能力、整合能力和策劃能力，培養(yǎng)面向信息時代，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(shù)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、平面設(shè)計、視覺傳達、哲學、歷史、傳媒等專業(yè)，也有來自數(shù)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(yè)；十年來培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的創(chuàng)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(shù)設(shè)計被評選為北京市重點學科，信息藝術(shù)設(shè)計跨學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索獲得清華大學教學成果一等獎。

信息藝術(shù)設(shè)計及其交叉學科的發(fā)展，有助于推動我國文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、有助于推動科學與藝術(shù)的交融、有助于推動培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的、能夠承擔發(fā)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(chǎn)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(fā)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(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)計與開發(fā)。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(shù)設(shè)計把藝術(shù)設(shè)計與科學技術(shù)相結(jié)合，肩負著培養(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踐，探索具有中國特色的創(chuàng)新教育，探索如何推進傳統(tǒng)的工科教學與其他學科相融合，培養(yǎng)新一代具有綜合素質(zhì)的、復(fù)合型的創(chuàng)新人才；清華大學新雅書院開設(shè)了“智能工程與創(chuàng)意設(shè)計”本科專業(yè)。該專業(yè)由清華大學自動化系、清華大學美術(shù)學院、清華大學機械學院、清華大學新雅書院等聯(lián)合發(fā)起和共建。根據(jù)培養(yǎng)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(yè)，和設(shè)計學輔修專業(yè)；學生畢業(yè)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(shù)學學士（第二學位：設(shè)計學）。我們根據(jù)當前機器人、人工智能、智能制造、創(chuàng)意設(shè)計等新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，把智能工程與創(chuàng)意設(shè)計相融合，促進學科交叉與跨界整合，目標是培養(yǎng)具有扎實的理工基礎(chǔ)和優(yōu)秀設(shè)計能力的復(fù)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(yè)交叉融合、促進計算機、自動化、機械工程、產(chǎn)品設(shè)計、信息藝術(shù)設(shè)計等學科的交叉發(fā)展，探索如何培育建設(shè)新興工科專業(yè)。具體來說，我們希望基于學科交叉融合促進整合創(chuàng)新的理念，在培養(yǎng)環(huán)節(jié)上注重工程與設(shè)計、科學與藝術(shù)相結(jié)合，實施了多學科融合教學的創(chuàng)新模式，搭建新工科多方協(xié)同育人模式改革與實踐的平臺。從智能與創(chuàng)意設(shè)計的綜合視角，研究多學科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式，并付之實踐。特別是培養(yǎng)學生具備不同知識領(lǐng)域中相互溝通和交融的能力，以及進行跨領(lǐng)域團隊協(xié)同創(chuàng)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(chuàng)新發(fā)展而言，我們希望有這樣一個平臺，集中一批優(yōu)秀的人才，在同一物理空間下，從不同的學術(shù)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(shù)思想、科學技術(shù)、設(shè)計概念等等進行深入研究；在創(chuàng)造力和創(chuàng)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(shù)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(fā)揮清華大學理、工、醫(yī)、文、史、哲、藝的綜合優(yōu)勢，以學科交叉和融合為基礎(chǔ)，以重大創(chuàng)新為導向，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，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。

我們期望清華大學未來實驗室通過交叉創(chuàng)新促進工科、理科與文科多學科的協(xié)同發(fā)展，著力培育新的學科增長點，提升學科發(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。