烟台大学：《大学计算机基础》课程教学课件（理论讲稿）第11章 计算机发展前沿技术

P第章计算机发展前沿技术11.1交互新技术11.2高性能计算11.3人工智能11.4数字化生存

第11章 计算机发展 前沿技术 11.1 交互新技术 11.2 高性能计算 11.3 人工智能 11.4 数字化生存

11.1交互新技术11.1.1动作识别人机交互11.1.2声音识别人机交互11.1.3情感识别交互11.1.4可穿戴的交互设备

11.1交互新技术  11.1.1动作识别人机交互  11.1.2声音识别人机交互  11.1.3情感识别交互  11.1.4可穿戴的交互设备

11.1交互新技术人机交互技术是指通过计算机系统的输入和输出设备，以某种有效方式实现人与系统对话互动的一种技术。人机交互技术研究人和计算机结合互动，需要计算机和人性化设计等各方面的知识，是一个典型的交又性学科研究领域。简单地来说，人机交互技术就是一门使得人类能够和计算机进行无缝连接，有效互动的一门技术。人机交互是指人与机器的互动和交流，其最终自的在于使机器能善解人意，能领会和模仿人的语言和行为，让人类能够更有效、更自然地实现与机器之间的互动

11.1交互新技术  人机交互技术是指通过计算机系统的输入和输出设备，以某 种有效方式实现人与系统对话互动的一种技术。人机交互技 术研究人和计算机结合互动，需要计算机和人性化设计等各 方面的知识，是一个典型的交叉性学科研究领域。简单地来 说，人机交互技术就是一门使得人类能够和计算机进行无缝 连接，有效互动的一门技术。  人机交互是指人与机器的互动和交流，其最终目的在于使机 器能善解人意，能领会和模仿人的语言和行为，让人类能够 更有效、更自然地实现与机器之间的互动

11.1.1动作识别人机交互随着社会的飞速进步，人类对信息的获取、分析有了更高层次的要求，人类对于自然的认知首先是通过视觉观察获取的，那么把摄像头想象为眼睛来获取外界信息，把计算机想象成人类大脑，对获取信息进行分析处理的计算机视觉技术应运而生。计算机视觉是一门用计算机实现或模拟人类视觉功能的新兴学科，主要研究目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力，这种能力不仅包括对三维环境中物体形状位置、姿态、运动等几何信息的感知，而且还包括对这些信息的描述、存储、识别与理解

11.1.1动作识别人机交互  随着社会的飞速进步，人类对信息的获取、分析有了更高层 次的要求，人类对于自然的认知首先是通过视觉观察获取的， 那么把摄像头想象为眼睛来获取外界信息，把计算机想象成 人类大脑，对获取信息进行分析处理的计算机视觉技术应运 而生。  计算机视觉是一门用计算机实现或模拟人类视觉功能的新兴 学科，主要研究目标是使计算机具有通过二维图像认知三维 环境信息的能力，这种能力不仅包括对三维环境中物体形状、 位置、姿态、运动等几何信息的感知，而且还包括对这些信 息的描述、存储、识别与理解

11.1.2声音识别人机交互语音识别技术属于多维模式识别和智能计算机接口的范畴，其实现过程是在计算机或嵌入式设备中，首先建立特定人、特定词的语音特征库，然后将人的语音控制数据和特征库相匹配，即把人类的语音信号转变为相应的文本或命令的技术。通过语音控制远程设备是未来智能设备的基本要求。语音识别一般分为两个步聚：首先是系统的训练阶段，其次是系统识别阶段

11.1.2声音识别人机交互  语音识别技术属于多维模式识别和智能计算机接口 的范畴，其实现过程是在计算机或嵌入式设备中， 首先建立特定人、特定词的语音特征库，然后将人 的语音控制数据和特征库相匹配，即把人类的语音 信号转变为相应的文本或命令的技术。通过语音控 制远程设备是未来智能设备的基本要求。  语音识别一般分为两个步聚：首先是系统的训练阶 段，其次是系统识别阶段

11.1.3情感识别交互情感识别是通过人的语言、姿态、行为以及其他创造性的方式如音乐、文字等来交流，这些信息都是通过特定模式进行交流，并且这些模式可以通过计算机表现出来。指计算机通过观察声音、表情、行为和情感产生的前提环境等信息来推断情感状态。如声音、表情、行为等信息，推断出人们潜在的情感状态。情感计算是指关于情感、或由情感引发的影响情感方面的计算。在智能计算的发展过程中，情感计算已经逐渐成为人机交互领域中的一个热点问题

11.1.3情感识别交互  情感识别是通过人的语言、姿态、行为以及其他创造性的方 式如音乐、文字等来交流，这些信息都是通过特定模式进行 交流，并且这些模式可以通过计算机表现出来。指计算机通 过观察声音、表情、行为和情感产生的前提环境等信息来推 断情感状态。如声音、表情、行为等信息，推断出人们潜在 的情感状态。  情感计算是指关于情感、或由情感引发的影响情感方面的计 算。  在智能计算的发展过程中，情感计算已经逐渐成为人机交互 领域中的一个热点问题

11.1.3情感识别交互情感识别也包括人脸表情研究，因为人脸表情在人们的交流中起着非常重要的作用，是人们进行语言交流的一种重要方式。计算机人脸识别是指利用计算机对人脸表情信息进行特征提取分析，依照人类的思维方式加以理解和归类，利用人类所具有的情感信息方面的先进知识，使计算机进行思考、联想及推理，进而从人脸表情信息中去理解分析人的情绪。在人机交互中，结合听觉、视觉以及更多通道，如触觉、表情、情感状态等是必然的发展方向。计算机的人脸表情识别能力对计算机视觉系统、数据库的发展和建模都有重要作用

11.1.3情感识别交互  情感识别也包括人脸表情研究，因为人脸表情在人们的交流 中起着非常重要的作用，是人们进行语言交流的一种重要方 式。  计算机人脸识别是指利用计算机对人脸表情信息进行特征提 取分析，依照人类的思维方式加以理解和归类，利用人类所 具有的情感信息方面的先进知识，使计算机进行思考、联想 及推理，进而从人脸表情信息中去理解分析人的情绪。  在人机交互中，结合听觉、视觉以及更多通道，如触觉、表 情、情感状态等是必然的发展方向。计算机的人脸表情识别 能力对计算机视觉系统、数据库的发展和建模都有重要作用

11.1.4可穿戴的交互设备在信息时代的今天，我们每个人都要随时随地的处理大量的信息，因此我们需要一种便携的可随时随地接受处理这些信息的工具。便携式产品很多，各自都有自己的强大功能，有一种产品可以将其穿戴在使用者的身上，在操作时可以用手来操作，也可以通过声音甚至是人脑的思维来控制，这是穿戴式交互设备。穿戴式产品主要是指一类微型或超微型的随身化产品，它以信息为主要处理对象，可以被人穿戴和控制。可穿戴式的交互设备具备以下特征：可在运动状态下使用使用的同时可腾出双手或用手做其它的事：这些特征也正是“人机合一，以人为本”的穿戴式产品的核心部分

11.1.4可穿戴的交互设备  在信息时代的今天，我们每个人都要随时随地的处理大量的 信息，因此我们需要一种便携的可随时随地接受处理这些信 息的工具。便携式产品很多，各自都有自己的强大功能，有 一种产品可以将其穿戴在使用者的身上，在操作时可以用手 来操作，也可以通过声音甚至是人脑的思维来控制，这是穿 戴式交互设备。  穿戴式产品主要是指一类微型或超微型的随身化产品，它以 信息为主要处理对象，可以被人穿戴和控制。  可穿戴式的交互设备具备以下特征：可在运动状态下使用； 使用的同时可腾出双手或用手做其它的事；这些特征也正是 “人机合一，以人为本”的穿戴式产品的核心部分

11.2高性能计算11.2.1新型计算机1光计算机光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。为什么要研究光计算机呢？因为光计算机有许多优点。首先，传递信息速度快。光计算机比电子计算机更先进，它的运算速度至少比现在的计算机快1000倍.高达一万亿次每秒，存储容量比现在的计算机大百万倍

11.2高性能计算  11.2.1 新型计算机  1．光计算机  光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息 的计算机。为什么要研究光计算机呢? 因为光计算机有许多 优点。首先,传递信息速度快。  光计算机比电子计算机更先进,它的运算速度至少比现在的 计算机快1000倍,高达一万亿次每秒,存储容量比现在的计算 机大百万倍

2.量子计算机X量子理论与相对论是上个世纪物理学的两个最为重要的成就无论是在科学领域还是技术领域，都对人类社会的发展起到了非常大的推动作用。量子计算机是遵循量子规律的一个能够进行信息处理的物理&设备，量子计算机是通过模拟量子系统随时间的演化，从而达到计算的目的。传统计算机用电位高低表示0和1以进行运算，量子计算机则用原子的自旋等粒子的量子力学状态来表示0和1，称为量子比特。随着量子比特数目的增加，其运算能力也呈指数级增加。未来5-10年量子计算机的研制将取得重要突破。各国竞争的焦点包括：量子芯片半导体量子芯片、超导量子芯片、离子芯片、光子集成芯片等）、量子编程、量子测量以及量子芯片微纳结构材料等相关研究

 2．量子计算机  量子理论与相对论是上个世纪物理学的两个最为重要的成就， 无论是在科学领域还是技术领域，都对人类社会的发展起到 了非常大的推动作用。  量子计算机是遵循量子规律的一个能够进行信息处理的物理 设备，量子计算机是通过模拟量子系统随时间的演化，从而 达到计算的目的。  传统计算机用电位高低表示0和1以进行运算，量子计算机则 用原子的自旋等粒子的量子力学状态来表示0和1，称为量子 比特。随着量子比特数目的增加，其运算能力也呈指数级增 加。  未来5-10年量子计算机的研制将取得重要突破。各国竞争的 焦点包括：量子芯片(半导体量子芯片、超导量子芯片、离 子芯片、光子集成芯片等)、量子编程、量子测量以及量子 芯片微纳结构材料等相关研究