第1章　绪论

1.1 生理计算与设计概述

生理计算是一种通过测量人体生理信号以实时计算用户生理和心理状态的一种技术，涉及生命科学、数学、医学、物理学、计算机科学、工程学等学科。生理计算为人机交互的一种创新模式，通过实时监控、分析和响应用户内在的心理与生理活动来实现系统交互。这些系统将心理、生理数据转换为控制信号，用户无须进行手动操作。生理计算依靠用户的自发性和潜意识，开启了用户与计算机间的新通道，在人机交互领域得到了高度关注。此外，软硬件技术的发展也极大地推动了生理计算从实验室或医疗机构等专业性场所走向大众化，从单纯的研究或医疗用途转变为一种重要的人机交互方法。目前的生理信号设备逐渐向可穿戴、隐式交互、移动且可靠的方向发展，可以被大多数交互式应用和生理信息驱动式应用支持和使用，已逐步成为未来人机交互技术领域的一个重要方向。

最早检测生理功能细微指标的手段是直接观察，如把耳朵贴在胸口听心脏有节奏的跳动。20世纪初，生理传感器被开发出来，从而有了更客观的观察方式。随着计算机技术的普及，用来放大生理信号的专业机械和电子设备开始出现，研究人员利用它们处理和显示采集到的生理与心理数据。生理学家和心理学家一直在研究可检测的生理信号，旨在了解由心理和生理状况不断变化所引起的身体反应。目前可检测到的生理信号主要来源于中枢神经系统(central nervous system, CNS)、躯体神经系统(somatic nervous system, SNS)和自主神经系统(autonomic nervous system, ANS)，如图1.1所示。其中，中枢神经系统包括大脑和脊髓，躯体神经系统与肌肉的控制有关，自主神经系统控制和协调身体的主要腺体和器官。其主要的生理信号包括心电信号(electrocardiogram, ECG)、眼动信号(electroocu logram, EOG)、皮肤电信号(electrodermal activity, EDA)、肌电信号(electromyography, EMG)、脑电信号(electroencephalogram, EEG)、呼吸信号(respiration, RSP)等。

图1.1 人机系统内部信息交流示意