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  第4题      
  知识点:   人机交互

 
服务型智能扫地机器人涉及了众多传感器,通过对环境信息的融合感知进行行为决策。同时也设计了丰富的多媒体人机交互系统,实现输入输出功能。
 
问题:4.1   服务型智能扫地机器人的输入输出终端采用触摸屏技术,李工设计了一款具有触摸功能的显示单元,该显示单元的主板采用X86架构的处理器,触摸控制板的核心是控制芯片,当触摸笔点击触摸面板时,将通过输入端点上传数据报文,格式如图4-1所示。数据报文按照小端字节顺序发送,第一个Byte表示触摸笔的状态,0x70表示Down, 0x30表示Up,后四个Byte包含触摸笔点击位置的坐标值,Byte1和Byte2表示X轴坐标,Byte3和Byte4表示Y轴坐标。触摸板左上角坐标值为(0, 0),右下角坐标值为(1022,766)。

当触摸笔在触摸板中心位置按下时,触摸屏发送的数据报文内容是(1)(2)(3) (4)、(5),请将答案填写在答题纸的对应栏中。

 
问题:4.2   该机器人系统内部集成众多传感器,通过现场总线互联起来,构成了底层的网络, 选用的CAN控制器内含二个接收缓冲器、三个发送缓冲器,具有灵活的中断管理能力。
李工设计了一种采用中断方式的数据接收程序,每当接收寄存器接收到数据时,中断寄存器的接收中断使能,并产生中断信号通知CPU,中断处理程序在读取数据后,清空中断标识位,等待下一次中断。由于两个接收器共享一个中断号,在调试过程中发现, 当短时间(毫秒级)接收大量数据时,丢包现象比较严重。李工对上述流程进行了改进, 当产生一次中断时,依次查询两路接收器的状态,这样大大提高了数据接收处理能力, 减少了系统开销,其处理流程如图4-2所示。

请将上述改进后的双通道数据接收流程图补充完整,将答案填写在答题纸的对应栏中。

 
问题:4.3   该机器人系统按照图4-2的方式接收传感器采集数据,并由上层应用程序对数据进行处理。当应用访问操作速度和底层硬件输入的速度存在较大差异时,采用环形缓冲 制,可以起到良好的缓冲作用,减少丢包率。李工设计的环形缓冲是基于先进先出(FIFO) 的原则,并设计了环形缓冲的数据结构,读写指针各自独立,读任务和写任务可以同时访问环形缓冲,无需互斥信号量的介入。但是,在运行多任务时,如果存在多个读任务和多个写任务同时操作环形缓冲,则需要应用互斥操作机制。
1.请简述互斥操作的作用。 
2.为了在多任务环境中能正确使用环形缓冲,不发生读写冲突,增加了读写锁进行保护。应用任务读取环形缓冲的伪代码如下,请完善其中空(1)-(3)处的内容,将答案写入答题纸对应栏内。


 
 
 

   知识点讲解    
   · 人机交互
 
       人机交互
        人机交互主要研究人和计算机之间的信息交换,主要包括人到计算机和计算机到人的两部分信息交换,是人工智能领域的重要的外围技术。人机交互是与认知心理学、人机工程学、多媒体技术、虚拟现实技术等密切相关的综合学科。传统的人与计算机之间的信息交换主要依靠交互设备进行,主要包括键盘、鼠标、操纵杆、数据服装、眼动跟踪器、位置跟踪器、数据手套、压力笔等输入设备,以及打印机、绘图仪、显示器、头盔式显示器、音箱等输出设备。人机交互技术除了传统的基本交互和图形交互外,还包括语音交互、情感交互、体感交互及脑机交互等技术,以下对后四种与人工智能关联密切的典型交互手段进行介绍。
        (1)语音交互。语音交互是一种高效的交互方式,是人以自然语音或机器合成语音同计算机进行交互的综合性技术,结合了语言学、心理学、工程和计算机技术等领域的知识。语音交互不仅要对语音识别和语音合成进行研究,还要对人在语音通道下的交互机理、行为方式等进行研究。语音交互过程包括四部分:语音采集、语音识别、语义理解和语音合成。语音采集完成音频的录入、采样及编码;语音识别完成语音信息到机器可识别的文本信息的转化;语义理解根据语音识别转换后的文本字符或命令完成相应的操作;语音合成完成文本信息到声音信息的转换。作为人类沟通和获取信息最自然便捷的手段,语音交互比其他交互方式具备更多优势,能为人机交互带来根本性变革,是大数据和认知计算时代未来发展的制高点,具有广阔的发展前景和应用前景。
        (2)情感交互。情感是一种高层次的信息传递,而情感交互是一种交互状态,它在表达功能和信息时传递情感,勾起人们的记忆或内心的情愫。传统的人机交互无法理解和适应人的情绪或心境,缺乏情感理解和表达能力,计算机难以具有类似人一样的智能,也难以通过人机交互做到真正的和谐与自然。情感交互就是要赋予计算机类似于人一样的观察、理解和生成各种情感的能力,最终使计算机像人一样能进行自然、亲切和生动的交互。情感交互已经成为人工智能领域中的热点方向,旨在让人机交互变得更加自然。目前,在情感交互信息的处理方式、情感描述方式、情感数据获取和处理过程、情感表达方式等方面还有诸多技术挑战。
        (3)体感交互。体感交互是个体不需要借助任何复杂的控制系统,以体感技术为基础,直接通过肢体动作与周边数字设备装置和环境进行自然的交互。依照体感方式与原理的不同,体感技术主要分为三类:惯性感测、光学感测以及光学联合感测。体感交互通常由运动追踪、手势识别、运动捕捉、面部表情识别等一系列技术支撑。与其他交互手段相比,体感交互技术无论是硬件还是软件方面都有了较大的提升,交互设备向小型化、便携化、使用方便化等方面发展,大大降低了对用户的约束,使得交互过程更加自然。目前,体感交互在游戏娱乐、医疗辅助与康复、全自动三维建模、辅助购物、眼动仪等领域有了较为广泛的应用。
        (4)脑机交互。脑机交互又称为脑机接口,指不依赖于外围神经和肌肉等神经通道,直接实现大脑与外界信息传递的通路。脑机接口系统检测中枢神经系统活动,并将其转化为人工输出指令,能够替代、修复、增强、补充或者改善中枢神经系统的正常输出,从而改变中枢神经系统与内外环境之间的交互作用。脑机交互通过对神经信号解码,实现脑信号到机器指令的转化,一般包括信号采集、特征提取和命令输出三个模块。从脑电信号采集的角度,一般将脑机接口分为侵入式和非侵入式两大类。除此之外,脑机接口还有其他常见的分类方式:按照信号传输方向可以分为脑到机、机到脑和脑机双向接口;按照信号生成的类型,可分为自发式脑机接口和诱发式脑机接口;按照信号源的不同还可分为基于脑电的脑机接口、基于功能性核磁共振的脑机接口以及基于近红外光谱分析的脑机接口。
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