清华大学美术学院教授徐迎庆：交互设计与交叉学科

徐迎庆：我大学毕业之后就开始从事大型机械强度分析系统有限元计算与分析的图形后处理模块的研发，尽管当时的人机交互还很粗糙，给我留下的印象很深刻。后来，我在微软亚洲研究院工作期间，也围绕着计算机图形学和人机交互的研究，在相关的用户体验研究、实体交互设计、新一代人机界面、文化遗产数字化等开展较为深入的工作；并取得一批具有理论意义和应用价值的成果。

关于人机交互的在中国的发展，中国科学院戴国忠老师和田丰老师等人在《中国科学：信息科学》等杂志上发表过一系列文章和论著。在《人机交互与人工智能:从交替浮沉到协同共进》一文中提到，在早期，我国学者在人机交互领域做了许多研究工作，如语音交互、笔/手势交互、多通道感知、行为理解等，同时也取得了一定的成果。由北京大学计算机系、杭州大学工业心理学国家专业实验室和中国科学院软件研究所3家单位合作承担的国家自然科学基金重点项目“多通道用户界面研究”(1995~1997)。是我国学者首次对多通道用户界面进行的系统性研究工作, 对多通道用户界面的模型、描述方法、整合算法、开发环境、评估等方面都进行了一定的探索并取得了基础性的研究成果。除此以外，中国科学院软件研究所、中国科学院计算技术研究所、清华大学等单位在笔式人机交互、智能界面、自然语言交互等方向也都做了大量工作。此外，国家还支持了一批包括重点研发计划“云端融合的自然交互设备与工具”和“人机交互自然性的计算原理”、自然科学重点基金“自然人机交互基础理论和方法研究”等项目，不断推动人机交互与人工智能的融合和发展。在国家科技政策的支持下，中国科学院软件研究所、清华大学等人机交互团队在自然人机交互和智能交互领域取得了一系列突破性进展，在笔/手势、普适计算、多通道融合、情感计算、增强现实中的人机交互等新的领域产生了一系列非常有价值的成果。放眼未来, 我们有理由相信人机交互和人工智能将保持当下这种相互促进、互相驱动的关系，更加深入地融合并协同发展。回顾历史，人工智能的发展历程很大程度反映了计算机技术的发展历程，而计算机技术发展的最终目的是为人类服务。为了让人工智能很好地服务于人类，我们不仅要不断突破人工智能技术瓶颈，还要研究人的特性，以及研究人与人工智能技术交互过程中出现的实际问题。而这些同样也正是人机交互所研究的问题。因此，人机交互和人工智能具有相同的研究目标和研究对象，是相辅相成、相互促进的关系。在人工智能发展遇到瓶颈之时，人机交互往往能够提供新的研究思路；同时，人工智能的发展则会不断突破和革新人机交互的方式并最终驱动人机交互的发展。

《智能时代人机交互的一些思考》一文中提到，人机交互是一个不断变化的领域，这种变化是为了响应技术革新以及满足随之而来的、新用户的需求。从应用场景来看，人机交互从图形用户界面过渡到自然用户界面，发展更人性化的交互界面成为人机交互进一步发展迫在眉睫的任务；从研究层面来看，人机交互从微观上升到宏观，使用计算机技术使个人参与到社会管理活动中的方法成为人机交互关注的重点；从研究重心来看，人机交互从交互导向转移到实践导向，其分析单元由个体交互行为上升到日常的社会实践活动；从研究范围来看，人机交互由人类、计算机的二元空间扩展到人类、计算机和环境组成的三元空间，人类自身所在的环境也成为了人机交互研究重点关注的一部分。1997年, 电脑“深蓝”战胜国际象棋冠军.这场“人机大战”是人机竞争的序幕, 展现了一个新时代的来临, 一个我们称之为“智能时代”的时代。随着深度学习方法成功应用于多个领域，人工智能迎来了第3个发展高潮。在最新的一场的“人机大战”中，Google的人工智能Alpha Go打败了曾获得多项世界冠军的围棋高手李世石，再次揭开人们对“智能革命”的关注。另一方面，可穿戴设备等新的交互设备的出现使得人机交互空间发生了极大变化，与此同时，语音分析、手势识别、运动跟踪、凝视控制等技术不断进步，使用心电图、声音、面部特征等独特个人特征的安全认证技术的发展，都在引导着人机交互技术的发展轨迹和范围。在计算机技术迅速发展之际，人机交互却没有取得应有的成果，因此需要从计算机科学角度，探讨人机交互的发展。

清华大学史元春教授在她主编的中国计算机学会通讯“人机交互专刊”上（中国计算机学会通讯，第14卷，第5期，2018年5月），发表题为“自然人机交互”的综述文章，介绍了人机交互基础理论（主要包括交互评价体系、交互认知机理、可计算的交互模型、交互情境感知等），以及人机交互自然性的核心问题。该专刊还发表了一组与人机交互有关的文章，供有兴趣的读者参考。史元春教授在文中提到，人机交互是人与计算机之间为完成某项任务所进行的信息交换过程。计算机形态和使用情境 (context) 日益复杂多样，交互技术已经成为终端和应用创新的核心竞争力，自然交互是发展趋势。我们希望，人们与手持设备、家居设备、穿戴设备、机器人、无人车，在很多场景中以更自然的模态（比如用语音，用语义丰富的手势，甚至是我们日常的行为）发生互动，人们能获得可理解性与感受效果俱佳的信息反馈。传统的图形用户界面的交互理论主要面向桌面计算环境，交互信道有限，交互接口和交互情境固定，刻画范围窄，难以支持普适计算环境中通道综合多样化、环境云端融合化的自然交互。而人机交互自然性的核心科学问题体现在人的基本交互信息处理能力、人机交互信道和交互情境三个递进层次上。

徐迎庆：当我们谈到交互设计的时候，一般是指人机交互设计。通俗的讲，也就是当人与机器作为一个完整系统协同工作的时候，对系统行为的设计。它定义了在一个协同工作环境中，两个或多个互动的个体之间交流的内容和行为，使之互相配合、协同工作，共同达成某种目的或者完成某个任务。

交互设计实际上是一个非常复杂但是非常重要的交叉学科。因为交互设计涉及到许多学科的知识，例如：人因工程学、心理学、界面设计、哲学、设计学、艺术学、物理、美学、计算机软硬件、机械学、电子技术，等等。

绝大多数情况下，一个优秀的交互设计团队，应该具备多学科融合的设计能力，而不单纯是靠单打独斗的孤胆英雄。

徐迎庆：清华大学对学科交叉非常重视，我们从不同的角度和层次开展了一系列的学科交叉教学与研究工作。例如：鲁晓波教授等人在2005年就创建了清华大学美术学院信息艺术设计系（以下简称：信息艺术设计系），当时鲁老师他们就看到了艺术设计与信息技术应用之间的密切关系，经过十几年的发展，信息艺术设计系不仅在艺术设计领域，而且在科学研究领域都取得了长足的进步。

此后在2009年，清华大学美术学院、计算机系、新闻与传播学院联合成立“信息艺术设计交叉学科研究生项目”，该项目以三院联合的雄厚的师资力量和优秀科研平台为依托,不断更新教学理念，创新人才培养模式，探索新型的、艺术与科学相结合的、交叉学科的教学与科研模式，在交叉学科人才培养过程中发挥着十分重要的作用。

信息艺术设计交叉学科研究生项目是清华大学重点建设的学科，倡导前沿性、交叉性、高起点和开放式、国际化的办学思想。将从科学技术与艺术人文的综合视角，在艺术与信息科学的交叉领域，发展学生的原创能力、整合能力和策划能力，培养面向信息时代，具有新的人文、艺术、科技观念和素质的综合型人材。信息艺术设计交叉学科研究生来自多种学科背景，例如：既有来自信息艺术设计、产品设计、平面设计、视觉传达、哲学、历史、传媒等专业，也有来自数学、物理、计算机、电子工程、机械、化工、软件、精密仪器、通讯、测控等专业；十年来培养了一大批优秀的创新人才。

该学科也取得了一系列的教学和科研成果。例如：信息艺术设计被评选为北京市重点学科，信息艺术设计跨学科创新人才培养探索获得清华大学教学成果一等奖。

信息艺术设计及其交叉学科的发展，有助于推动我国文化创意产业的发展、有助于推动科学与艺术的交融、有助于推动培养具有综合素质的、能够承担发展我国软实力重任的栋梁之才。交叉学科不仅在教学上取得突出成绩，而且还产生了一系列具有重大影响的成果。例如；通过该学科的不断发展和完善，我们不仅承担国家重点研究计划、国家973计划、国家863计划、国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国家社会科学基金等多项科学与艺术相结合的研究课题；而且完成许多创新产品原型的设计与开发。此外，每年都有许多来自清华大学其他院系、以及全球高校的同学在这个平台参加实践与学习。

信息艺术设计把艺术设计与科学技术相结合，肩负着培养具有创新发展潜力栋梁人才的重任，对于国家创新的长远发展具有重要的作用和积极意义。

为开展新工科教育与实践，探索具有中国特色的创新教育，探索如何推进传统的工科教学与其他学科相融合，培养新一代具有综合素质的、复合型的创新人才；清华大学新雅书院开设了“智能工程与创意设计”本科专业。该专业由清华大学自动化系、清华大学美术学院、清华大学机械学院、清华大学新雅书院等联合发起和共建。根据培养计划，五年制的本科学习中，学生可以在自动化和机械工程这两个学科方向中，任意选择一个工科主修专业，和设计学辅修专业；学生毕业时将被授予工学学士（第一学位：自动化或者机械工程）和艺术学学士（第二学位：设计学）。我们根据当前机器人、人工智能、智能制造、创意设计等新兴技术和产业的发展趋势，把智能工程与创意设计相融合，促进学科交叉与跨界整合，目标是培养具有扎实的理工基础和优秀设计能力的复合型人才。我们希望通过本项目的开展来推动工科与其他学科专业交叉融合、促进计算机、自动化、机械工程、产品设计、信息艺术设计等学科的交叉发展，探索如何培育建设新兴工科专业。具体来说，我们希望基于学科交叉融合促进整合创新的理念，在培养环节上注重工程与设计、科学与艺术相结合，实施了多学科融合教学的创新模式，搭建新工科多方协同育人模式改革与实践的平台。从智能与创意设计的综合视角，研究多学科交叉融合的工程人才培养模式，并付之实践。特别是培养学生具备不同知识领域中相互沟通和交融的能力，以及进行跨领域团队协同创新的能力。该项目也成为教育部首批“新工科”研究与实践项目。

另外，对于清华大学的创新发展而言，我们希望有这样一个平台，集中一批优秀的人才，在同一物理空间下，从不同的学术角度，多学科交叉、保持彼此密切沟通与合作，不受任何条条框框限制、去开展对未来学术思想、科学技术、设计概念等等进行深入研究；在创造力和创新精神方面做出贡献。为此，清华大学成立了未来实验室，并任命美术学院的徐迎庆教授担任实验室主任。

清华大学未来实验室将发挥清华大学理、工、医、文、史、哲、艺的综合优势，以学科交叉和融合为基础，以重大创新为导向，以具有全球影响力的创新成果和创新人才的培养为目标，营造创新合作、激发创意思维的工作环境和创新平台。

我们期望清华大学未来实验室通过交叉创新促进工科、理科与文科多学科的协同发展，着力培育新的学科增长点，提升学科发展的交叉性、前瞻性和引领性，形成具有国际重大影响力的创新平台。