Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция № 1. Информационное взаимодействие.
Чтобы приносить пользу, моделирование не обязательно должно давать точные и подробные предсказания. Модели могут быть полезны, даже если они только помогают инженеру осмыслить поведение людей и дают возможность выделить существенные факторы, или если они помогают разработать специальные эксперимент или модель для решения специфических вопросов.
Изменения условий трудовой деятельности, за которыми не поспевает биологическая перестройка организма человека, обусловливают возникновение целого ряда негативных явлений. Работая иногда на пределе психофизиологических возможностей и в неблагоприятной производственной среде, человек допускает ошибки, «цена» которых в современном производстве резко возросла. В большинстве случаев действия операторов указываются неправильными не из-за низкой их квалификации, а по причине несоответствия конструктивных особенностей техники возможностям человека.
По имеющимся данным на долю человеческого фактора сейчас приходится от 40 до 70 % всех отказов технически сложных систем. В соответствии с мировой статистикой 80 % катастроф в авиации и 64 % на морском флоте происходят в результате ошибок, называемых логическими и моральными. О высоких нагрузках на психику и общее состояние операторов сложных систем свидетельствуют такие данные. На предпосадочном снижении у командира авиалайнера частота переноса взгляда на приборы колеблется от 100 до 200 в мин. Длительность фиксации взгляда на каждом приборе составляет 0.66 с; приходится совершать руками около 30 движений в мин. В результате – пульс при посадке 150 ударов в минуту, кровяное давление 200 мм.рт.ст.
Из приведенных примеров видно, что как бы ни была совершена техника, ее эффективное и безопасное применение в конечном итоге зависит от того, насколько полно согласованы конструктивные параметры с оптимальными условиями работы человека, с его психофизиологическими возможностями и особенностями. Поэтому и возникает необходимость изучения работы машин (систем) и деятельности операторов в едином комплексе «человек-техника-среда».
Изучением вопросов, связанных с человеческим фактором, занимаются такие научные дисциплины, как инженерная психология и эргономика, а также сравнительно новая «Интерфейсная теория», которая будет рассмотрена позднее
Система "человек-машина" (Man-machine system) – система, в которой человек-оператор или группа операторов взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации.
Основные задачи инженерной психологии:
Эргономика - это наука, изучающая проблемы, возникающие в систем «человек-техника-среда», с целью оптимизации трудовой деятельности оператора, создания для него комфортных и безопасных условий, повышения за счет этого его производительности, сохранения здоровья и работоспособности.
Для рационального проектирования эргатических (человекомашинных) систем необходимо знать:
В настоящее время все большее влияние при проектировании приобретает микроэргономика, занимающаяся исследованием и проектированием систем "человек-машина". Сюда же включаются интерфейсы "человек-компьютер" (компьютер рассматривается как часть машины - например, в кабине истребителя есть дисплеи), - как аппаратные интерфейсы, так и программные (пользовательские интерфейсы).
Под пользовательским интерфейсом (ПИ) программы будем понимать совокупность элементов, позволяющих пользователю программы управлять ее работой и получать требуемые результаты.
Пользовательский интерфейс часто понимают только как внешний вид программы. Однако на деле пользователь воспринимает через ПИ всю систему в целом, а значит, такое понимание ПИ является слишком узким. В действительности ПИ включает в себя все аспекты дизайна, которые оказывают влияние на взаимодействие пользователя и системы. Это не только экран, который видит пользователь. Пользовательский интерфейс состоит из множества составляющих, таких как:
Информационное взаимодействие
Слово информация вошло в постоянное употребление не так давно, в середине двадцатого века, с подачи Клода Шеннона. Он ввел этот термин в узком техническом смысле, применительно к теории связи или передачи кодов (которая получила название "Теория информации").
Попробуем теперь сформулировать определение информации и информационного взаимодействия. Слово информация происходит от латинского informatio - разъяснение, изложение. В широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой неживой природой, людьми и устройствами. Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Данные, это информация, выраженная при помощи материальных носителей, т.е. это форма, в которую заключен смысл, содержание. В общем случае процесс сопоставления информации с материальными носителями называется кодированием (не путать с шифрацией и криптографией), а сами материальные носители (некоторые формы вещества и энергии) – информационными кодами.
Информация между объектами переносится с помощью обмена веществом или энергией, являющихся в данном случае информационными кодами. Информация, выраженная в виде информационных кодов – данные. Прием информационных кодов вызывает изменение состояния объекта. Одним из важнейших свойств информационного взаимодействия, отличающих его от симметричных физических взаимодействий, является то, что информация не теряется при передаче. Для примера: пусть у одного человека было яблоко, он передает его другому человеку, при этом его утрачивая. Пусть у одного человека была идея, он поделится ей с другим человеком, в результате у каждого будет по одной идее.
Информационное взаимодействие может происходить только при определенном взаимном соответствии свойств объектов. От свойств принимающего объекта зависит в конечном итоге то, какую информацию он принимает, получая конкретный набор кодов.
Человеко-машинное информационное взаимодействие
Теперь рассмотрим один из видов информационного взаимодействия – взаимодействие человека и машины. Не вдаваясь в детали, схематически его можно представить следующим образом
Однако, в силу своих специфических особенностей, человек не может напрямую общаться с машиной, в самом деле, не может же он воспринимать, предположим, электрические сигналы, с помощью которых передают информацию машины. Иными словами требуется согласовать их аппараты интерпретации. Необходимо использовать такие устройства, которые бы представляли машинные сигналы в виде, удобном для восприятия человеком, устройства индикации. В настоящее время чаще всего используются визуальные (зрительные – световое отображение на экране), звуковые и тактильные (осязательные) устройства индикации. На устройствах индикации формируется так называемая динамическая информационная модель (ИМ) – объективный образ реального мира, полученный в соответствии с определенными правилами, множество сигналов от машины, несущих информацию оператору. Динамическая информационная модель постоянно изменяется в соответствии с изменениями, происходящими в объекте наблюдения (машине). Оператор принимает информацию, содержащуюся в динамической модели, при помощи рецепторов.
Полученная информация затем обрабатывается некоторым образом в центральной нервной системе. На основе восприятия динамической информационной модели в сознании человека создается представление (концепция) о состоянии реального объекта, машины. Такая модель называется концептуальной (образно-концептуальной) или психической.
Образно-концептуальная модель – совокупность представлений оператора о реальном и прогнозируемом состоянии объекта деятельности, о целях и способах реализации своей деятельности. Различают постоянные и переменные (оперативные) компоненты образно-концептуальной модели. Первые включают: общее представление оператора о времени и пространстве, о стратегических целях деятельности, систему ценностей и оценок, представление о стандартных способах реагирования на изменения ситуации. Переменные компоненты являются результатом анализа потока информации о машине, передаваемого информационной моделью. Выявленные изменения приводят к модификации концептуальной модели, оцениваются и актуализируют соответствующие способы реагирования. Образно-концептуальная модель имеет сложный полимодальный характер, может содержать зрительные, слуховые, тактильные, а в некоторых видах деятельности – обонятельные, вестибулярные и другие составляющие. Значительное влияние на образно-концептуальную модель оказывает индивидуальный сенсорно-перцептивный опыт оператора, а также усвоенная им семиотическая система, характерная для данной культуры. Несмотря на структурную сложность, образно-концептуальная модель представляет собой целостное отражение действительности, обладающее тенденцией к совершенствованию.
В результате анализа концептуальной модели, человек принимает решение, которое реализует с помощью эффекторов. Для преобразования команд человека в машинные сигналы служат специальные устройства ввода (в настоящее время в качестве устройств ввода наибольшее распространение получили различные виды клавиатур). Воздействуя на устройства ввода, оператор осуществляет целенаправленную деятельность в соответствии с задачами всей системы.
Далее рассмотрим подробнее процесс переработки информации человеком с физиологической и психологической точек зрения.
Таким образом, упрощенно функции оператора в эргатической системе можно свести к следующему набору:
С психологической точки зрения прием и обработка информации основываются на следующих процессах:
Ощущение — построение образов отдельных свойств предметов окружающего мира при непосредственном взаимодействии с ними. Существуют различные виды ощущений. По модальности выделяют зрительные, вкусовые, слуховые, осязательные и другие ощущения.
Восприятие — процесс формирования при помощи активных действий образа предмета в целом. В отличие от ощущений, отражающих лишь отдельные свойства предметов, в образе восприятия представлен весь предмет, в совокупности его различных свойств. Принимая информацию, оператор анализирует и преобразует ее. Экспериментально установлено, что различение признаков визуальных сигналов осуществляется в определенной последовательности: первоначально различается положение отметки, затем ее яркость и лишь после этого размер и форма.
Образ восприятия выступает как результат объединения ощущений. В воспринимаемом предмете главным может оказаться либо одно, либо другое качество, от чего зависит, информация от какого анализатора будет признана приоритетной.
Также как и ощущения, различают зрительное, слуховое, осязательное, вкусовое и обонятельное восприятие. При этом особенно важную роль во всех видах восприятия, играют двигательные, или кинестезические ощущения, которые регулируют по принципу обратной связи реальные взаимоотношения субъекта с предметом. В частности, в зрительном восприятии вместе с собственно зрительными ощущениями (цвета, света) интегрируются также и кинестезические ощущения, сопровождающие движения глаза (аккомодация, конвергенция и дивергенция, слежение).
Основными свойствами восприятия являются
Представление — наглядный образ предмета, воспроизведенный по памяти в воображении. Образы представлений, как правило, менее ярки и менее детальны, чем образы восприятия, но в них находит отражение самое характерное для данного предмета. Представление и есть рассмотренная выше концептуальная модель.
Что обеспечивает устойчивость концептуальной модели в условиях, когда на органы чувств человека воздействуют одновременно множество постоянно меняющихся раздражителей? Если бы организм, центральная нервная система постоянно реагировали на все эти сигналы, поведение человека было бы хаотичным и ни о какой целенаправленной деятельности не могло бы быть и речи. Однако этого не происходит, так как в коре головного мозга образуется устойчивый очаг повышенной возбудимости нервных центров, обеспечивающих систему условных рефлексов, составляющих данную деятельность, а остальные, лишние для этой деятельности рефлексы, тормозятся, подавляются. Такой господствующий очаг нервного возбуждения, обеспечивающий реализацию рабочего динамического стереотипа, называют рабочей доминантой. Благодаря ей уточняются, концентрируются рабочие действия, а внимание исполнителя сосредотачивается на трудовой деятельности.
Таким образом, на уровне восприятия происходит: Обнаружение объекта, т.е. выделение его из фона; различие, выделение деталей объектов и раздельное восприятие 2-х рядом расположенных; Опознавание. Выделение существенных признаков объектов и отнесение его к определенному классу.
На основе ощущения и восприятия строится более сложная форма чувственного отражения представления – вторичный, чувственный образ предмета, не действующего в данный момент на наши органы чувств.
Обычно преставление об объекте формируется на основе многократного восприятия, вследствие чего отбираются и фиксируются лишь наиболее устойчивые признаки объекта, а случайно зависящие от конкретной ситуации отсекаются
В представлении отражаются не только свойства отдельного предмета, но и особенные, типичные, основанные на взгляде для группы предметов, т.е. за счет представления достигается наиболее экономичный способ хранения информации об Объекте и наиболее быстрый способ извлечения информации из предмета.
Мышление – наиболее сложный из психологических процессов приема и обработки информации, в рамках данного курса подробно рассматриваться не будет. Можно отметить, что в процессе мышления присутствуют такие операции, как анализ, синтез, абстрагирование, обобщение и т.д.
В сложных ситуациях оператор последовательно должен выполнить :
Во всей описанной процедуре очень важна оперативность мышления, в результате которой в процессе решения практической задачи управления формируется модель предполагаемых действий. Выполнив действия, оператор решает поставленную задачу.
Оперативное мышление включает:
Основные составляющие оперативного мышления:
Для процессов мышления важную роль играет память человека.
Основные формы памяти:
Кратковременная память в свою очередь подразделяется на:
В непосредственной памяти хранится почти вся поступающая информация, но время ее хранения не превышает нескольких секунд.
В оперативной памяти сохраняется необходимая текущая информация в течение времени, требуемого для выполнения определенного действия (максимум несколько минут). Перевод информации из непосредственной в оперативную сопровождается ее селекцией по критериям, определяемых решением задачи.
Затем важная для информация переводится из кратковременной памяти в долговременную память. При этом происходит селекция и реорганизация информации (временное хранение в долговременное – дни, месяцы, годы)
В зависимости от задач, решаемых в системе, ведущая роль может принадлежать той или иной памяти. Например, на надежность и эффективность действий оператора решающую роль оказывает оперативная память.
Лекц 2. Работа нервной системы. Характеристики и особенности анализаторов
Прием и обработка информации человеком-оператором осуществляется с помощью нервной системы. Нервная система имеет сложную структуру. Различают центральную нервную систему (головной и спинной мозг), формирующую и регулирующую мышление и поведение человека, периферическую нервную систему — нервы, по которым сигналы-импульсы распространяются от периферических органов к нервным центрам и от нервных центров к периферическим органам, вегетативную нервную систему, регулирующую деятельность внутренних органов человека, функции жизнеобеспечения — т. е. растительную, «вегетативную» жизнь организма.
Решающую роль в осуществлении всех процессов жизнедеятельности человека, в том числе трудовой деятельности, играет центральная нервная система.
Прежде всего, благодаря ей организм функционирует как единое целое, взаимодействуют его органы и системы, осуществляется основной обмен, без которого невозможна сама жизнь.
Основные элементы нервной системы — рецептор, нейрон (нервная клетка) и синапс.
Рецептор — это устройство, преобразующее энергию внешнего или внутреннего раздражителя (светового, звукового, теплового, химического и т. п.) в специфический нервный процесс — возбуждение. Возбуждение, подобно сигналу, передается с одной нервной клетки на другую.
Нейрон (нервная клетка) — структурная единица мозга. Кора больших полушарий головного мозга, определяющая индивидуальное поведение человека, состоит из более чем 10 млрд нейронов.
Синапс — тончайшее межклеточное образование, с помощью которого осуществляется переход возбуждения с одного нейрона на другой, с нейрона на мышцу или другие периферические исполнительные органы.
Помимо нервных клеток серое вещество мозга на 60—90% состоит из так называемых глиальных клеток (или «глии»), выполняющих функцию опорного каркаса для нейронов, а также функцию питания нервных клеток — в глии находятся «энергетические депо» накопления энергетических веществ, периодически поступающих в нервные клетки.
Мозг можно представить как совокупность взаимосвязанных групп нервных клеток, или анализаторов — зрительного, слухового, обонятельного, осязательного, двигательного, речедвигательного и т. п. Корковые центры соответствующей области коры головного мозга называют корковым концом (представительством) анализатора, а органы чувств или другие рецепторные зоны, где расположены соответствующие рецепторы, — периферическим концом анализатора.
Основными процессами нервной деятельности являются возбуждение и торможение.
Информация из внешней среды и внутренней среды организма поступает в виде самых разнообразных раздражителей, однако на нейрофизиологическом уровне она проявляется в виде одного и того же физиологического процесса — возбуждения. Это сложный биоэлектрический процесс, состоящий из множества сигналов-импульсов, приводящий в действие клетки и органы. Процесс возбуждения обладает свойством распространяться, переходить из одного участка ткани на другой, находящийся в покое, и за счет этого связывает между собой и приводит в действие различные элементы организма.
Процесс торможения — сложный биоэлектрический процесс, ослабляющий или прекращающий деятельность клетки, органа. В отличие от возбуждения торможение носит местный характер, не распространяется.
Физиологическая основа формирования концептуальной модели – это работа анализаторов, т.е. первых органов, с помощью которых человек осуществляет анализ раздражителей.
Анализатор — термин, введенный И.П. Павловым для обозначения функциональной единицы, ответственной за прием и анализ сенсорной информации какой–либо одной модальности. Различают зрительный, слуховой, тактильный, вкусовой, обонятельный, кинестетический (внутримышечный), температурный и вестибулярный анализаторы.
Важнейшими для оператора является следующие анализаторы:
В анализаторе выделяют три отдела:
1. Воспринимающий орган или рецептор, предназначенный для преобразования энергии раздражения в процесс нервного возбуждения. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенного вида (световых, звуковых, тепловых и так далее), что и является основой квалификации анализаторов;
2. Проводник, состоящий из афферентных нервов и проводящих путей, по которому импульсы передаются к вышележащим отделам центральной нервной системы;
3. Центральный отдел, состоящий из релейных подкорковых ядер и проекционных отделов коры больших полушарий. (центр в коре больших полушарий головного мозга (мозговой конец))
Кроме восходящих (афферентных) путей существуют нисходящие волокна (эфферентные), по которым осуществляется регуляция деятельности нижних уровней анализатора со стороны его высших, в особенности корковых, отделов.
Анализаторы человека являются единой, взаимосвязанной системой. Действия раздражителя на один из анализаторов вызывает не только его прямую реакцию, но и изменяет функционирование других.
Мозговой конец (МК) состоит из ядра и рассеянных по коре головного мозга отдельных элементов. Между МК и рецептором существует обратная связь – осуществляется через волокна. За счет ОС в рецепторах производится декодирование, т.е. воспроизведение того исходного состояния, которое возникает при взаимодействии рецептора с раздражителем.
В частности, возможностями и особенностями анализаторов человека определяются психофизиологические требования к орудиям труда. Рассмотрим подробнее некоторые важнейшие характеристики анализаторов, а также свойства зрительного, слухового и тактильного анализаторов. (Ведь именно от особенностей работы анализаторов зависит быстродействие и точность работы человека-оператора).
Как уже отмечалось выше, восприятие информации в основном осуществляется зрительным, слуховым и тактильным анализаторами. Остальные анализаторы в технических системах используются крайне редко, в особых условиях деятельности (например вестибулярный — в системе «летчик-самолет»). Основными характеристиками анализаторов является чувствительность, избирательность и адаптивность.
Диапазон чувствительности анализатора определяется интервалом от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины сигнала. Величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности, а максимальная величина раздражителя — верхним абсолютным порогом. Нижний абсолютный порог определяет чувствительность анализатора, поскольку сигналы, интенсивность которых меньше нижнего абсолютного порога, человеком не ощущаются, а увеличение интенсивности сигналов выше верхнего абсолютного порога вызывает у человека болевое ощущение.
Избирательность анализатора заключается в его способности из множества раздражителей, одновременно действующих на человека, в зависимости от условий воспринимать и анализировать только существенные раздражители, чем обеспечивается высокая помехоустойчивость, и быстродействие по анализу информации. Благодаря избирательности анализаторов анализ большого количества информации человеком проводится в несколько раз быстрее, чем автоматическим устройством, поскольку компьютерная система предусматривает последовательный анализ всей информации без учета ее значимости.
В зависимости от условий окружающей среды анализатор может изменять диапазон чувствительности, например, перемещением хрусталика глаза. Это свойство называется адаптацией. Адаптация характеризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого она происходит.
В реальных условиях должны соблюдаться следующие требования к сигналам-раздражителям:
Характеристики зрительного анализатора. Зрительным анализатором воспринимается форма, цвет, яркость и движение предметов. Возможность различения предмета на фоне других предметов определяется его контрастностью.
Контрастность — это соотношение яркости предмета и фона. Различают прямой (яркость фона больше яркости предметов) и обратный (яркость предмета больше яркости фона) контрасты. Оптимальным считается контраст, находящийся в пределах 0.6...0.9. Необходимо, чтобы различие в яркости предмета и фона было в 10...15 раз больше порогового значения. Форма предмета воспринимается с учетом контраста и угловых или линейных размеров.
Эргономические требования к средствам отображения визуальной информации устанавливают размеры и конфигурацию знаков, сигналов, углы их обзора и расстояния наблюдения, вид контраста изображения и окружающего фона, цвет свечений световых изображений, уровень яркости, частоту мельканий, скорость перемещений, условия внешней освещенности изображения. Рациональное соответствие орудий труда зрительному, анализатору соблюдаются при следующих условиях:
Традиционно освещение рабочего места при работе с бумажными носителями информации имеет высокий уровень обшей освещенности (700 лк и более). При считывании информации с ЭЛТ имеются следующие особенности:
1. Поверхность ЭЛТ расположена вертикально, что приводит к расположению линий зрения оператора на 20° выше, чем при работе с бумажными носителями. Поэтому увеличивается вероятность появления прямой блесткости от светильников и окон.
2. Любой уровень освещенности экрана ЭЛТ уменьшает контраст между изображением и фоном, так как яркость темных участков (фона) увеличивается сильнее, или яркость светлых участков.
3. Экран ЭЛТ искривлен и часто имеет высокий коэффициент отражения. Он играет роль зеркала, вызывая блесткость, так как свет ярких объектов, расположенных за оператором, и над ним отражается от экрана и попадает в глаза оператору. Эти отражения уменьшают контраст и могут частично или полностью искажать часть информации.
Исходя из этого, освещенность рабочего места с ЭЛТ и информацией, записанной на бумажном носителе, должна составлять 400...500 лк, что существенно снижает контраст экрана, по сравнению с неосвещенным рабочим местом и затрудняет выполнения задания, но позволяет читать информацию с бумаги и переносить ее на магнитный носитель. При использовании информации только с экрана ЭЛТ освещенность рабочего места может находиться в пределах 150...400 лк.
Характеристики слухового анализатора. Слуховой анализатор состоит из уха, слухового нерва и сложной системы нервных связей и центров мозга. Ухо воспринимает определенные частоты звука благодаря резонансу волокон мембраны и усилению сигналов средним и наружным ухом. Слуховой анализатор воспринимает колебания частотой 16...20 000 Гц. Колебания частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, а выше 20 000 Гц — ультразвуком. Ультра- и инфразвук оказывают влияние на организм человека, но оно не сопровождается слуховым ощущением. Звук характеризуется интенсивностью, частотой и формой звуковых колебаний, которые отражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота и тембр.
Интенсивность звука оценивается по звуковому давлению, которое измеряется в Паскалях (давление, вызываемое силой 1 Н.Равномерно распределенной по площади 1 м2 и нормальной к ней) или в динах на квадратный сантиметр (1 Па=10 дин/см ).
Громкость — это характеристика звукового ощущения, которая наиболее тесно связана с интенсивностью звука. Уровень громкости выражается в фонах, фон численно равен уровню звукового давления в децибелах для чистого тона частотой 1000Гц. Основными количественными характеристиками слухового анализатора являются абсолютный и дифференциальный пороги. Нижний абсолютный порог соответствует интенсивности звука (в децибелах), обнаруживаемого человеком с вероятностью 0,5; верхний порог — интенсивность, при которой возникают болевые ощущения. Между ними расположена область восприятия речи. Абсолютные пороги зависят от частоты и интенсивности звукового сигнала. Верхний абсолютный порог составляет 120...130 дБ, область восприятия речи — 60... 120 дБ.
Слуховой анализатор часто используется при проектировании средств сигнализации об аварийной ситуации. Слуховая информация воспринимается человеком на 20...30 мс быстрее визуальной.
В соответствии со свойствами слухового анализатора в оборудовании для передачи уведомляющих сигналов необходимо использовать частоту 200...400 Гц с интенсивностью до 110 дБ, для аварийных сообщений — частоту 800...5000 Гц с интенсивностью 120 дБ. Длительность отдельных сигналов и интервалов между ними должна быть более 0,2 с, длительность интенсивных (предельно допустимых) сигналов не должна превышать 10 с.
Характеристики тактильного анализатора. Тактильный анализатор используется для получения информации о положении предмета в пространстве, о его форме, размерах, качестве поверхности и материалов. Функционирование тактильного анализатора основано на свойстве кожи воспринимать температурные, химические, механические и электрические воздействия предмета или орудия труда. Наиболее часто тактильный анализатор используется для получения информации о состоянии оборудования путем анализа его вибраций. Абсолютная чувствительность тактильных анализаторов на механическое воздействие определяется величиной минимального давления, вызывающего ощущение.
Наибольшая чувствительность при восприятии вибраций наблюдается при частоте 100... 300 Гц. Пространственная чувствительность определяется минимальным расстоянием между двумя точками кожи, при раздражении которых возникает ощущение двух прикосновений. На основе пространственной чувствительности пальцев, составляющей 1...2.5 мм, происходит опознание органов управления. При помощи тактильного анализатора можно передавать до десяти уровней (градаций) сигнала. Тактильный анализатор обладает быстрой адаптацией, приводящей к снижению абсолютного порога ощущения. В настоящее время тактильные анализаторы используются для контроля за работой оборудования (путем восприятия его вибраций), опознания органов управления и получения информации о вводе управляющих воздействий в систему управления (благодаря обратной связи в штурвалах, выключателях и переключателях).
Распределение информации между воспринимающими каналами человека
Таким образом, информация между воспринимающими каналами человека должна распределятся на основе психологических восприятия информации различными анализаторами. Необходимо также учитывать взаимодействие и взаимное влияние анализаторов, их устойчивость к воздействию различных факторов среды: гипервесомости и невесомости, вибрации, гипоксемии, изменение способности к восприятию информации в процессе длительной работы и др. Весьма существенное значение имеет вид информации, условия ее приема, а также характер деятельности оператора.
Выбор канала восприятия в зависимости от вида информации.
Передача количественной информации. Для передачи количественной информации используются зрительный, слуховой и кожный каналы восприятия. Выбор канала обусловливается числом градаций признака.
1. Зрительный канал обеспечивает наибольшую точность определение величины признака, особенно при использовании цифровых кодов, шкал, изменений положений указателей приборов. Он позволяет сравнивать и измерять информацию одновременно по нескольким признакам. Наименьшая точность наблюдается при кодировании величины яркостью.
2. Слуховой канал по точности восприятия количественной информации может конкурировать со зрительным только при передаче количественной информации в виде речевых сообщений. Точность приема количественной информации, закодированной с помощью частоты или интенсивности звукового сигнала, повышается при использовании эталона сравнения. Человек способен воспринять до 16 - 25 градации тональных сигналов, различающихся по высоте или громкости.
3. Кожный канал при передаче количественной информации значительно уступает зрительному и слуховому каналу. С его помощью можно передать более 10 градаций величины за счет использования частоты вибротактильных или электрокожных сигналов (после соответствующей тренировке).
Передача многомерных сигналов
Использование многомерных сигналов, различающихся по нескольким признакам, способствует более экономной передаче информации. С точки зрения возможности приема многомерной информации различные воспринимающие каналы человека не являются идентичными.
1. Зрительный канал, обладающий хорошо выраженными аналитическими свойствами, позволяет одновременно использовать несколько признаков в сигнале. Информация для этого канала восприятия может быть закодирована одновременно с помощью интенсивности и цвета световых раздражителей, формы, площади, пространственного расположения сигналов, отношений их отдельных параметров. Способность к поэлементному анализу большого числа отдельных составляющих сложного сигнала позволяет воспринимать с помощью этого канала большой объем информации, несмотря на то, что по шкалированию некоторых из них (например, интенсивности, частоты). Зрительный анализатор не обладает выраженными преимуществами по сравнению с другими анализаторами. Значительно повышает пропускную способность данного канала по отношению к многомерным кодовым сигналам синтез различных компонентов сигналов в единый зрительный образ. В этом отношении большую роль играет наличие возможности одновременного восприятия нескольких пространственно разобщенных зрительных образов.
2. Слуховой канал позволяет использовать при передаче многомерных звуковых сигналов интенсивность и частоту, тембр и ритм. Распределение частот по октавам и модулирование звуковых сигналов также повышает их распознаваемость. Однако общий набор сигналов и возможность варьирования ими для этот анализатора меньше, чем для зрительного. Значительно ограничивает использование этого каната трудность приема и анализа информации, поступающей одновременно более чем от одного источника сигналов.
3. Кожный канал обладает меньшими возможностями для приема многомерных сигналов, чем два предыдущих. При передаче по нему многомерных сигналов практически могут быть использованы частота сигналов и их пространственная локализация.
Передача информации о положении объектов в пространстве
1. Зрительный канал дает самую полную информацию о положении наблюдаемых объектов в пространстве (по трем координатам). Большая точность в оценке пространства и пространственны отношений обеспечивается за счет выраженной аналитической способности зрительного анализатора, константности восприятия, визуализации представлений, широкой возможности оперирования пространственными зрительными образами.
2. Кожный канал при передаче этой информации можно поставить на второе место. Он обеспечивает определение положения объекта в пространстве по двум координатам при непосредственном соприкосновении с объектом и при дистанционном определении положения его в пространстве за счет искусственных кодовых признаках. Такими кодовыми признаками могут быть частота вибротактильных или электрокожных сигналах и их локализация. Применения для этого изменение амплитуды, величины и площади давления тактильных сигналов ограничивается быстрым развитии адаптации в тактильном анализаторе.
3. Слуховой канал при бинауральном восприятии обеспечивает высокую точность определения направление на источник звука. Когда же применяется искусственный код (обычное изменение частоты акустического сигнала, его тона), точность локализации оказывается ниже, чем при использовании зрительного и кожного анализаторов. В основном, в этом случае с помощью слухового анализатора можно определять изменение положения объекта в пространстве только по одной координате.
Восприятие времени
Точность восприятия временных интервалов зависит от их длительности, от того, заполнены они или не заполнены раздражителем и от ряда других причин. Наибольшая точность отмечается при оценки заполненных временных интервалах.
1. Слуховой канал обеспечивает наибольшую точность в оценке временных характеристик сигналов (их длительности, темпа, ритма и т.п.). Ошибка в воспроизведении 3-, 5-, 10- секундных заполненных временных интервалов составляет при использовании слухового анализатора 1.2 - 4.7 % заданных стандартов.
2. Кинестетический канал также может успешно использоваться для передачи информации по параметру длительности. При поступлению по этому каналу заполненных временных интервалов длительностью в 4.8 и 9.1 с., ошибка в точности воспроизведении колеблется в пределах 6.4 - 16 %.
3. Тактильный канал по точности оценки времени занимает третье место. Ошибка точности воспроизведения 5, 10 - секундных интервалов при использовании этого анализатора составляет 7.4 - 24.8 % определяемых величин. 4. Зрительный канал обеспечивает наименьшую точность передачи временной информации. Пир поступлении сигналов в этот канал наблюдается меньшая точность и большая флюктуация в оценке длительности временных интервалов, чем при поступлении их по слуховому, кинестетическому и тактильному каналам. Ошибка в точности воспроизведения 3-, 5- и 10- секундных интервалов времени при использовании зрительного анализа составляет 13.8 - 18 % стандарта, а флюктуация - 1.2 - 2.9 с.
Передача информации об аварийных ситуациях
Сигналы, несущие информацию об аварийных ситуациях, можно подразделить на предупреждающие и сигналы, свидетельствующие об аварии и переключающие человека на деятельность по новому алгоритму. Предупреждающие сигналы не должны нарушать заданного режима рабочей деятельности. Следствием аварийных сигналов должно быть изменение алгоритма работы для предотвращения развития аварийной ситуации и восстановления нормального функционирования системы. Для передачи предупреждающего сигнала можно использовать любой канал связи ( зрительный, слуховой, тактильный). Выбор его зависит от структуры деятельности, загруженности того или иного анализатора и вида алгоритма, на который должен быть переключен оператор. Выбор канала связи для передачи аварийного сигнала обусловливается тем, что сигнал должен быть обязательно и немедленно воспринят при любых обстоятельствах, не зависимо от характера работы.
1. Слуховой канал восприятия при передачи информации об аварийном состоянии имеет те преимущества, что слуховой анализатор обладает выраженной способностью к экстренной мобилизации. Звуковой сигнал хорошо воспринимается независимо от местоположения его источника по отношению к оператору. Отрицательным свойством длительного интенсивного звукового сигнала его выраженное тормозное влияние на высшую нервную деятельность.
2. Зрительный канал восприятия при передаче аварийной информации является также достаточно эффективным. Недостатком его является то, что источник информации обязательно должен находиться в поле зрения. Особенно важное значение приобретает канал в условиях интенсивного шум.
3. Кожный канал восприятия также может быть использован при подаче аварийных сигналов. При передаче аварийного сигнала в некоторых случаях может использоваться болевая чувствительность, однако данный вопрос требует дополнительно изучения.
Быстродействие различных видов анализаторов человека-оператора
Тактильный 0.09-0.22 секунды
Слуховой 0.12-0.18 с
Болевой 0.13-0.89 с
Зрительный 0.15-0.22 с
Температурный 0.28-1.6 с
Обонятельный 0.31-0.39 с
Вестибулярный 0.4 с
Лекц 3. Сущность, факторы, показатели и динамика работоспособности
Способность человека к целесообразной деятельности может оцениваться тремя основными характеристиками: дееспособностью, трудоспособностью, работоспособностью. Дееспособность — это общая способность формировать целесообразную деятельность, понимать значение своих действий, управлять ими, совершенствовать их. Иначе говоря — это способность самостоятельно осуществлять различные формы целесообразной деятельности. Трудоспособность — это состояние здоровья, позволяющее человеку выполнять работу определенного объема и качества. Трудоспособность может снижаться с возрастом в результате старения организма, утрачиваться временно в случае заболевания, утрачиваться постоянно (полностью или частично) в результате бытовой или производственной травмы, хронического заболевания или отравления. По-существу, дееспособность и трудоспособность характеризуют потенциальные возможности человека к достижению цели деятельности. При реализации этой цели, в процессе труда, человек выполняет конкретные действия, в конкретных условиях, испытывая конкретные физические и нервные нагрузки в течение определенного времени — и здесь основной характеристикой выступает его работоспособность.
Испытывая различные нагрузки в процессе труда, расходуя физическую и нервную энергию, организм человека приспосабливается к ним: меняется функционирование нервной и мышечной систем, дыхание, кровообращение, обмен веществ - происходит изменение и усложнение психофизиологических процессов. По утверждению академика И. П. Павлова, для выполнения трудовых функций должно начаться много «новых процессов: и новое дыхание, и новое сердцебиение, новая секреция и т. д.»
Иначе говоря, необходимо физиологическое и психологическое обеспечение трудовой деятельности, когда согласованно действуют все системы организма — рецепторы, нервные клетки, мышцы, сосуды, железы, качество и длительность действия которых определяют работоспособность человека.
Работоспособностью называют способность человеческого организма изменять течение физиологических и психических функций и в соответствии с этим выполнять определенную деятельность с требуемым качеством в течение некоторого периода времени.
На разных уровнях исследования жизнедеятельности организма работоспособность проявляется по-разному. На внешнем, деятельном уровне - как процесс и результат целесообразной деятельности: преобразование предмета труда, выполнение действий по обслуживанию, обработка информации и т. п. На нейрофизиологическом уровне — как процесс возбуждения, обеспечивающий связь рецепторов, нервных центров, нервных проводников и мышц исполнительных органов. На молекулярном, внутриклеточном уровне — как процесс преобразования энергии химических веществ, которая обеспечивает процесс возбуждения. Таким образом, с физиологической точки зрения работоспособность можно определить как способность той или иной функционирующей единицы организма (клетки, железы, мышцы) к преобразованию одного вида энергии в другой.
Исходный уровень работоспособности человека зависит по преимуществу от субъективных факторов: тип нервной системы (прежде всего силы процессов возбуждения и торможения); мышечной силы и выносливости, определяющих способность развивать и поддерживать мышечное усилие; состояния здоровья; уровня профессионального мастерства и тренированности, обусловливающих способность концентрации нервной энергии и мышечных усилий, нахождение более рационального, «энергетически экономного» способа выполнения работы; наличия положительной трудовой мотивации, интереса к содержанию работы и заинтересованности в достижении ее целей; возраста, эмоционального состояния работника и т. п.
По мере увеличения уровня и продолжительности нагрузок в процессе труда на протяжении смены, недели, года работоспособность изменяется, причем в довольно широком диапазоне. В соответствии с рекомендациями Международной организации труда, исследованиями НИИ труда к факторам, определяющим изменение работоспособности в процессе трудовой деятельности, относят следующие:
Можно отметить, что среди перечисленных факторов выделяются те, которые связаны с содержанием деятельности и те, которые определяются внешними условиями ее осуществления. Первые определяют расходование энергии на осуществление рабочих действий, вторые — расход энергии на поддержание жизнедеятельности организма и сопротивление негативным воздействиям со стороны внешней среды.
Можно утверждать, что работоспособность человека является физиологической основой производительности труда, а обеспечение высокой устойчивой работоспособности - одно из важнейших направлений повышения производительности. Следовательно, необходимо найти методы оценки уровня и динамики работоспособности, влияния ее изменения на производительность труда, чтобы иметь возможность определить последствия совершенствования факторов, воздействующих на работоспособность, оптимизации режимов труда и отдыха, внедрения эргономических мероприятий.
Существует ряд методов измерения работоспособности по частным показателям. Наиболее применим на предприятии статистический метод, основанный на изучении результатов труда либо затрат времени на одно изделие, операцию (штучное время). Здесь широко применяется хронометраж и фотохронометраж. Определяют выработку или величину грузопереработки за каждые час или 30 мин смены, изменение штучного времени или процента брака за аналогичные временные отрезки. Если в течение рабочей смены не было технических или организационных неполадок, то все колебания указанных показателей отражают изменения работоспособности.
В дополнение к этому методу используется метод субъективных оценок, состоящий в выявлении проявления чувства усталости у работников на основе анкет и опросов. Существует методика специального опроса рабочих, при которой величина усталости (снижения работоспособности) оценивается в баллах (отсутствие усталости — 0, легкая усталость — 1, средняя — 2, сильная — 3, очень сильная - 4 балла). По данным НИИ труда усталость к концу смены среди рабочих более 90 наиболее распространенных профессий колеблется в диапазоне 0,5 — 2,9 балла. Прежде всего данный метод целесообразно применять для определения достоверности выборки, т. е. выделения именно тех групп работников, работоспособность которых подвержена существенным колебаниям на протяжении смены. Самостоятельно данный метод практически не используется.
Специалисты в области физиологии и психологии труда применяют ряд специфических методов. Энергетический метод отражает изменение уровня расхода энергии на работах, требующих значительных физических усилий. С помощью приборов — спирографов, спирометаболографов и газоанализаторов исследуются изменения внешнего дыхания и легочного газообмена (поглощение кислорода и выделение продуктов распада). Психофизиологические методы основаны на оценке изменений работоспособности по изменениям показателей пульса, температуры тела, кровяного давления, частоты дыхания, мышечной силы и выносливости. Так, установлено, что при тяжелой работе мышечная сила к концу смены убывает на 6—12%. Помимо этого, изучается изменение показателей функционального состояния нервной системы, деятельности органов чувств (остроты зрения, порога слышимости), нервно-мышечной координации, зрительно-моторной реакции, исследуются с помощью специ апьных тестов и таблиц отклонения в концентрации и устойчивости внимания, функциях логического мышления и т. п.
Суть использования частных показателей заключается в построении «кривой работоспособности». Кривая работоспособности — это график изменения технико-экономических или психофизиологических показателей, по которым можно судить о количественном и качественном уровне профессиональной деятельности и функциональном состоянии исполнителя работы. Иначе говоря — это график, наглядно отражающий изменение работоспособности во времени. На оси абсцисс откладываются интервалы времени (1час или 30 мин), на оси ординат — значения показателей.
Для того чтобы выяснить, как изменилась работоспособность после внедрения мероприятий по ее повышению, необходимо, определить показатель ее уровня. Существуют два основных метода определения интегрального (обобщенного) показателя работоспособности, разработанные в НИИ труда. В обоих методах работоспособность оценивается как величина, противоположная утомлению:
R=100-У
где R — уровень работоспособности;
У — показатель утомления в условных (относительных) единицах.
Первый метод основан на использовании данных физиологических исследований, позволяющих оценивать функции зрительного анализатора (показатель критической частоты слияния мельканий), возбудимости центральной нервной системы (показатель времени простой условно-двигательной реакции на световой или звуковой раздражитель), мышечной силы кисти правой руки и мышечной выносливости. Данные исследований объединяются в сводной карте, по каждому показателю рассчитывается обобщенный коэффициент, затем - средний по всем показателям как среднеарифметическая величина. Показатель утомления определяется в относительных единицах как
— интегральный показатель, рассчитанный на основе предпоследнего измерения (за 1,5 ч до конца работы);
— то же по окончании работы.
Естественно, этот метод требует специальных психофизиологических исследований и может применяться только с привлечением соответствующих специалистов.
Второй метод интегральной оценки уровня работоспособности основан на изучении факторов, влияющих на него и их отклонений от нормативных значений. В основе этого метода лежит определение интегрального показателя тяжести труда, применяемого также для установления льгот и компенсаций за неблагоприятные условия труда.
Зависимость между интегральным показателем тяжести труда и утомлением выражается уравнением:
где Ит— интегральный показатель тяжести труда в баллах;
15,6 и 0,64 — коэффициенты регрессии.
Определив показатель уровня работоспособности в относительных единицах по указанным методикам, можно установить изменения производительности труда за счет изменения уровня работоспособности.
Пусть до внедрения некоего комплекса мероприятий Ит = 47,7; после внедрения - 35,3 балла. Тогда
Соответственно, уровень работоспособности в базовом и отчетном периодах составит:
Rбаз=100-50=50
Rотч=100-30,8=69,2
Прирост производительности труда может быть определен по формуле
Поправочный коэффициент 0,2 отражает усредненную зависимость между ростом работоспособности и повышением производительности труда (с учетом организационных и технических ограничений и помех в части повышения производительности).
Итак, мы выяснили, что работоспособность есть величина, изменяющаяся под воздействием ряда факторов. Существуют некоторые общие закономерности колебания работоспособности в течение смены, суток, недели, года.
Динамика работоспособности на протяжении рабочей смены Я характеризуется наличием ряда выраженных фаз (рис. 1)
Рис. 1. Динамика работоспособности на протяжении смены.
I. Дорабочее состояние или «оперативный покой». Эта фаза характеризуется большей или меньшей степенью готовности организма к труду. Возможен ряд форм проявления этой фазы:
II. Фаза срабатывания. В это время идет постепенное вхождение в конкретную производительную работу. Динамический стереотип постепенно приобретает утраченные за время перерыва в работе свойства, идет настройка нервных центров и функциональных систем организма на необходимый для работы уровень активности и скорости нервных процессов. В самом начале данной фазы иногда выделяют «фазу первичной реакции», которая характеризуется кратковременным снижением почти всех показателей функционального состояния организма. Дело в том, что в момент начала деятельности резко изменяется характер поступающих в нервную систему раздражителей, что вызывает, кратковременный процесс торможения.
Во время фазы врабатывания организм еще не вполне адекватно реагирует на структуру и величину рабочих нагрузок: реакция как бы гипертрофирована, сила ее больше, чем это необходимо. В связи с этим фазу врабатывания называют иногда фазой гиперкомпенсации. Происходит поиск оптимального режима работы и постепенно организм вырабатывает наилучшие реакции на внешние раздражители.
III. Фаза устойчивой работоспособности на высоком уровне (или фаза компенсации). Физиологические функции достигают устойчивого и постоянного уровня. Основная функциональная система, т. е. рефлекторные акты, составляющие трудовую деятельность, приобретает свойства рабочей доминанты. Рабочий динамический стереотип восстановлен и закреплен на высоком уровне. Для этой фазы характерны ритмичность, координированность движений, высокая выработка и качество работы.
IV. Фаза снижения работоспособности в результате развивающегося утомления (или фаза субкомпенсации). Рефлексы замедляются, снижается внимание, растет количество лишних движений и число ошибок, ухудшаются технико-экономические показатели. Рабочий динамический стереотип нарушается.
Во второй половине смены для динамики работоспособности характерны те же фазы с небольшими изменениями. Поскольку перерыв в работе меньше, чем между сменами, фаза врабатывания начинается с более высокого уровня и короче по продолжительности. В связи с накопившимся утомлением фаза устойчивой работоспособности менее продолжительная и уровень ее ниже. Утомление развивается быстрее, падение работоспособности выражено более ярко. Иногда в конце смены может возникать специфическое состояние — «фаза конечного порыва» V. Это — срочная мобилизация дополнительных резервных сил организма через мотивационную, волевую сферу, обусловленная либо необходимостью во что бы то ни стало закончить работу, либо связанными с окончанием рабочего дня положительными, эмоциями. «Конечный порыв» проявляется в резком повышении уровня выработки.
Следует отметить, что если в фазе падения работоспособности (субкомпенсации) работа не прерывается, то организм вынужден задействовать и истощать вспомогательные резервы. В этом случае развивается «фаза декомпенсации» — неуклонное ухудшение функционирования всех систем организма. Появляются выраженные вегетативные нарушения (сердцебиение, учащение дыхания), изменение памяти, внимания, ослабление интеллектуальной деятельности. При дальнейшем продолжении деятельности фаза декомпенсации может перейти в «фазу срыва». Для нее характерны ярко выраженные неадекватные реакции организма на сигналы внешней среды, падение работоспособности вплоть до невозможности продолжать работу. Возможно нарушение деятельности внутренних органов, обмороки, вплоть до состояния коллапса. В итоге может потребоваться не просто длительный отдых, но и лечение.
Работоспособность колеблется и по дням недели, в целом, повторяя сменную кривую. В первый день она относительно низкая (врабатывание), в течение второго-четвертого дней находится на высоком устойчивом уровне, для пятого и шестого дня характерно снижение работоспособности.
Работоспособность подвержена существенным суточным колебаниям. Это связано прежде всего с выработанными тысячелетиями закономерностями суточных колебаний биологической жизнедеятельности человеческого организма, своего рода динамическим стереотипом жизнедеятельности. Так, при работе ночью Двигательные функции организма мобилизуются в необходимой мере, а более инертные вегетативные — остаются на уровне ночного снижения активности. При таком рассогласовании общее состояние организма ухудшается, работоспособность снижается.
Повышенная работоспособность характерна для периодов с 6 ч утра до 15 ч дня, с максимумом с 10 до 12 ч дня и последующим снижением. Начиная с 15 ч, работоспособность снова повышается и с 22 ч начинает понижаться, доходя до минимума к 3 ч ночи. Повседневная практика обнаруживает индивидуальные различия в суточной динамике работоспособности: образно говорят о людях — «жаворонках», работоспособных с раннего утра и «совах», которые могут интенсивно и плодотворно трудиться по преимуществу вечером. Исследования специалистов показывают, что эти различия имеют под собой объективную физиологическую основу.
Специалисты отмечают и сезонные колебания работоспособности: более высокий ее уровень в период конца весны — начала осени и существенное снижение в зимние месяцы. Это объясняется как внешними факторами (изменения в погоде, структуре питания, световом дне, солнечной активности), так и внутренними, такими как сезонные изменения в деятельности эндокринной системы.
В задачу проектирования системы «человек-техника-среда» и совершенствования организации труда входит создание условий для «выравнивания кривой работоспособности», т. е. повышение ее максимального уровня и увеличения доли фазы устойчиво? работоспособности в сменном времени. Это достигается путем совершенствования всех факторов, влияющих на исходный уровень и динамику работоспособности: укрепление здоровья работников и профилактика заболеваний; повышение квалификации; создание позитивной трудовой мотивации и благоприятного социально-психологического климата в коллективе; эргономическое обоснование приемов и методов труда, организации рабочего места и его оснащения; улучшение условий труда и повышение его содержательности; внедрение рациональных режимов труда и отдыха и т. п.
Нами рассмотрена оценка влияния изменения уровня работоспособности на производительность труда. Несколько иначе оценивается влияние на производительность изменения доли фазы устойчивой работоспособности в сменном фонде времени:
где Ппт — прирост производительности труда, %;
УРбаз и УРотч - доля фазы устойчивой работоспособности в сменном фонде времени до и после внедрения некоторого мероприятия, соответственно;
0,2 —эмпирический коэффициент, характеризующийсвязь между повышением работоспособности и ростом производительности труда.
Так, если в результате внедрения нового режима труда и отдыха доля фазы устойчивой работоспособности возросла с 0,4 до 0,65 сменного времени, прирост производительности труда составит:
Лекц4. Психическая напряженность труда человека-оператора.
Автоматизация и механизация производства, резкое увеличение скорости и объема производственных, информационных и социальных взаимодействий в современном мире предъявляют к человеку-оператору повышенные требования.
На характер и уровень реализации деятельности оператора значительное влияние оказывают внешние и внутренние условия, в которых она протекает. Поэтому важное место в исследовании профессиональной деятельности занимает изучение влияния на нее различных объективных и субъективных факторов, составляющих эти внешние и внутренние условия. Кроме этого, параметрами деятельности оператора являются предметное содержание и задачи деятельности.
Деятельность – это активное взаимодействие человека со средой, в котором он достигает сознательно поставленной цели, возникшей в результате появления у него определенной потребности, мотива
Профессиональная деятельность человека, ее состав, стратегия и уровень реализации определяются прежде всего предметным содержанием и той задачей, на решение которой направлена данная деятельность. Как один из видов «особенной» деятельности, профессиональная деятельность в этом смысле полностью соответствует определению, данному А. Н. Леонтьевым в книге «Деятельность. Сознание. Личность» (Леонтьев, 1977, с. 102): «Отдельные конкретные виды деятельности можно различать между собой по какому угодно признаку: по их форме, по способам их осуществления, по их эмоциональной напряженности, по их временной и пространственной характеристике, по их физиологическим механизмам и т. д. Однако главное, что отличает одну деятельность от другой, состоит в различии их предметов. Ведь именно предмет деятельности и придает ей определенную направленность».
Действие имеет подобную деятельности структуру: цель – мотив, способ – результат. Различают действия: сенсорные (действия по восприятию объекта), моторные (двигательные действия), волевые, мыслительные, мнемические (действия памяти), внешние предметные (действия направлены на изменение состояния или свойств предметов внешнего мира) и умственные (действия, выполняемые во внутреннем плане сознания).
Основными показателями деятельности человека-оператора являются следующие:
Быстродействие
Быстродействием называется время решения задачи оператором, т.е. время от момента появления сигнала до момента окончания управляющего воздействия.
Основная информационная модель, описывающая время, требуемое для реагирования, состоит в том, что человек-оператор действует как совокупность постоянной линии задержки и информационного канала с ограниченной скоростью передачи.
TR = a + b*I
TR – время затраченное оператором,
а – затраты времени при обработке информации от момента поступления сигнала до реализации решения,
b – время, необходимое на обработку единицы информации,
I - количество обработанной информации.
Т.е. время реагирования линейно зависит от средней информации, переданной с одной реакцией.
В общем случае время реакции складывается из следующих компонентов:
В зависимости от задачи не все из перечисленных этапов могут присутствовать. Например, может отсутствовать моторный компонент, если реализация полученной информации заключается в изменение внутреннего состояния человека, а не в выполнении действий, направленных на преобразование внутренней среды. Может отсутствовать и период осмысления, как в случае простой сенсомоторной реакции, когда на заранее известный, но внезапно появляющийся сигнал оператор с максимально возможной скоростью выполняет определенные действия (сравнить по аналогии с рефлексом).
Вообще, время реагирования возрастает в следующих случаях:
Кроме того, время реагирования зависит от использования тех или иных видов модальностей. Времена реагирования для зрительных стимулов больше, чем для звуковых, а для звуковых, в свою очередь, больше, чем для тактильных.
Быстродействие различных видов анализаторов человека-оператора
Тактильный 0.09-0.22 секунды
Слуховой 0.12-0.18 с
Болевой 0.13-0.89 с
Зрительный 0.15-0.22 с
Температурный 0.28-1.6 с
Обонятельный 0.31-0.39 с
Вестибулярный 0.4 с
Особую важность при определении скорости передачи приобретает сложность кодирования стимулов в правильные реакции, т.е. сложность соответствия между предъявляемой индикацией и требуемыми управляющими действиями.
Часто бывает важно, чтобы оператор в системе человек-машина реагировал правильно и быстро, «не задумываясь». В той степени, в которой это совместимо с общим функционированием системы, органы управления и устройства отображения информации должны быть сконструированы так. Чтобы облегчить быстрое, как бы рефлекторное поведение. Термин совместимость, хотя и имеет более широкое значение, применительно к стимулам и реакциям подразумевает низкий уровень ошибок, инвариантность в стрессовых ситуациях и т.д. и относится к такому способу кодирования между отображением информации и управлением, который направлен на максимизацию переданной информации по каналу информации.
Время, требуемое для выбора реакции, зависит от количества переданной информации только тогда, когда такой выбор происходит не автоматически. RT для рефлекса никак не связано с множеством рефлексов, которое может быть сформировано в данной ситуации. Рефлексы в буквальном смысле представляют «встроенные» реакции, а их нервные связи даже могут быть прослежены. Они зачастую выполняют защитные функции и выполняют их наилучшим образом, когда отсутствуют общие процессы выбора, связанные с затратой дополнительного времени. В тех пределах, где реакция однозначно обусловлена самим стимулом или в результате тренировки возникает поведение рефлекторного типа, переданная информация не влияет на RT.
Модель оператора как канала с ограниченной передачей информации оказывается наименее точной, когда используемый способ кодирования является сложным, произвольным или противоречит привычным стереотипам, или когда совместимость настолько велика, что каждому стимулу отвечает свой собственный канал передачи. В первом случае часть ограниченных возможностей мозга должна быть использована в процессах кодирования и декодирования, уменьшая его пропускную способность при передаче информации. В последнем случае обширная практика приводит к специализации части ресурсов мозга, имевших в отсутствие этой практики общецелевое назначение.
Точность работы оператора – степень соответствия выполнения им определенных функций предписанному алгоритму. При контроле или измерении параметров под точностью оператора понимают степень соответствия считанного им значения параметра, его значению, отображенному на дисплее. Количественно точность оператора оценивается величиной погрешности равной разности между значением параметра полученной при считывании и его значения, отображаемого на дисплее.
Различают погрешности оператора систематические и случайные. Систематические можно устранить или скомпенсировать поправкой. Случайные погрешности оцениваются по формуле среднеквадратичной погрешности;
n – число измерений
ai - результат i-го измерения
Аср – среднеарифметическое значение (математическое ожидание случайной величины)
Точность работы оператора зависит от ряда факторов:
характеристик входного сигнала
степени сложности задачи
условий и темпа работы
состояния нервной системы
индивидуальных особенностей оператора
обученности и опыта оператора
времени непрерывной работы
и др.
По мере увеличения времени обучения оператора, количество допускаемых им ошибок постоянно снижается, и с некоторого момента времени выходит на установившийся уровень, достигая своего максимума.
Надежность человека-оператора в эргатических системах заключается в следующем. В высокоавтоматизированных системах, человек выполняет функции резервного звена. С точки зрения надежности важнейшими качествами оператора являются:
Эти качества обеспечивают высокий уровень надежности системы в целом и делают необходимым участие человека в работе автоматизированных систем управления. Поскольку в настоящее время, к сожалению, ни одна автоматизированная система не располагает достаточным диапазоном возможностей принимать нестандартные, эвристические решения, осуществлять предвидение, экстраполяцию и своевременный прогноз тенденций изменения оперативной ситуации, указанная выше характеристика оператора будет иметь решающее значение. В связи с этим актуальным является психологическое исследование способов оперирования человека с фактором неопределенности, внутренних средств его адаптации к этому фактору.
Отдельным вопросом следует рассмотреть изменение быстроты и скорости реакции человека-оператора в условиях стресса. Понятие «стресс» применяют для обозначения широкого круга не только психических, но и физиологических состояний, например физического напряжения, утомления и т.д., а также разнообразных явлений, относящихся к другим областям знания.
Таким образом, различают физиологический стресс (например, сильное переохлаждение) с психологическим (для него часто используется термин «психическая напряженность). Они отличаются друг от друга по особенностям воздействующего стимула, механизму возникновения и характеру ответной реакции. Несмотря на условность, такая дифференциация позволяет учитывать, к каким характеристикам субъекта преимущественно адресуются стимулы – биологическим или психологическим. Физиологический стресс характеризуется нарушением гомеостаза и вызывается непосредственным действием неблагоприятного стимула на организм. Реакции, протекающие при физиологическом стрессе, носят стереотипный характер.
Анализ психологического стресса требует учёта таких моментов, как значимость ситуации для субъекта, интеллектуальные процессы, личностные особенности. Эти психологические факторы обусловливают и характер ответных реакций. В отличие от физиологического стресса, при психологическом стрессе они индивидуальны и не всегда могут быть предсказуемы. (Так, на угрозу один субъект реагирует гневом, а другой – страхом и т.п.)
В литературе имеются многочисленные описания порождающих психическую напряжённость воздействий и ситуаций, которые называют стрессорами. При характеристике стрессогенных ситуаций указываются такие признаки, как “сложные”, “трудные”, “особые”, “эмоциогенные”, “критические”, “аварийные”, “чрезвычайные”, “экстремальные”, “сверхэкстремальные”, “гиперстрессовые” и т.п.
Возникает вопрос: какова природа стрессоров и в какой мере возможна их систематизация?
Экстремальность как особенность стрессоров. Хотя существует несколько определений экстремальности, но при употреблении этого понятия обычно ясно, что речь идёт не о нормальных, обычных условиях деятельности, а о существенно отличающихся от них обстоятельствах. Действительно, к ним относятся те виды стимуляции, которые характеризуются интенсивным, нередко сверхсильным воздействием (например, шум при испытании реактивных двигателей на стенде). Кстати, экстремальность в этом случае создаётся не только максимизацией, но и минимизацией интенсивности (примером могут служить исследования, посвящённые проблеме функционирования организма и психики человека в условиях сенсорной депривации). Экстремальность обусловливается не только интенсивностью, но и другими параметрами стрессоров. К ним относятся: качественное своеобразие последних, характеризующее физиологически особую среду, в которой может протекать человеческая деятельность (температурные, барические воздействия, гипоксия, гиподинамия и т.п.), характер действия стимула (нерегулярность его появления, монотонность и т.п.), объективная сложность самой задачи (переработка огромных потоков информации в ограниченное время, отсутствие информации, необходимой для выполнения тех или иных действий, отвлекающие воздействия, высокий темп работы и т.п.). Одним из важных, но до сих пор мало исследованных факторов экстремальности является время. Считается, что этот фактор может существенно определять экстремальность стимула и, следовательно, степень напряжённости и её эффект. Это объясняется тем, что доступный человеку оптимальный темп психической активности у разных лиц неодинаков и переход через индивидуальные пределы этого темпа ведёт к возникновению психической напряжённости.
Наблюдение за операторами в условиях неопределенности в обычном режиме также обнаруживает заметные сдвиги в их функциональном состоянии, которые в неблагоприятных обстоятельствах могут фиксироваться и перерастать в патологические состояния. Так, деятельность операторов автоматизированных систем управления технологическими процессами, протекающая в условиях временной неопределенности, сопровождается противоречивой динамикой функционального состояния физиологических и психологических систем. С одной стороны, условия гиподинамии, недостаточной афферентации и монотонии приводят к снижению функционального тонуса этих систем. Физиологические обследования, проведенные на операторах в производственных условиях, свидетельствуют о понижении артериального давления, урежении дыхания и частоты сердечных сокращений. С другой стороны, необходимость вмешательства в управление при внезапном возникновении значимого рассогласования в системе заставляет, оператора постоянно поддерживать на достаточно высоком уровне состояние готовности к экстренному действию. Произвольная регуляция готовности к экстренному действию в условиях монотонии и гиподинамии достигается ценой значительных нервных нагрузок и психического напряжения. Как показали физиологические исследования, уже после двух-трех часов работы наблюдаются статистически значимые сдвиги в гуморальных и биохимических системах организма, свидетельствующие о развитии психической напряженности. При некоторых неблагоприятных режимах труда эти отрицательные сдвиги не снимаются даже в период отдыха, а, накапливаясь, переходят в болезненные состояния (предгипертонические состояния, бессонницу, тремор рук и т. д.).
Общая особенность рассмотренных выше факторов заключается в том, что они превышают диапазон оптимальных воздействий и тем самым придают ситуации качество экстремальности.
Это даёт основание считать, что “основная роль в возникновении угрозы принадлежит не столько объективной опасности и объективным возможностям противостоять этой опасности, сколько тому, как человек воспринимает ситуацию, оценивает свои возможности, т.е. субъективному фактору” (Kofta,1973).
Виды стрессоров. В зависимости от механизмов возникновения стресса также различают и два вида стрессоров: физиологические и психологические.
Первые в своём биологическом влиянии на индивида превосходят некоторые средние, оптимальные величины (т.е. адаптационные возможности организма), что ведёт к нарушению равновесия внутренней среды организма и угрожает его гомеостазису. К ним относятся различные изменения среды обитания, лишение сна, фармакологические воздействия, шум, вибрация и т.д.
В отличие от физиологических психологические стрессоры затрагивают психологические структуры. Их анализ требует учёта потребностно-мотивационных, волевых и других особенностей личности, её опыта и т.д.
Дифференциация физиологических и психологических стрессоров основывается на том, что они “запускают” разные механизмы, участвующие в реализации состояний напряжённости. Однако в действительности воздействие стрессоров на индивида имеет интегральный, комбинированный характер, вовлекая одновременно и физиологические и психологические процессы.
В связи с тем, что психическая напряжённость возникает в условиях отражения сложной и поэтому значимой ситуации, отношение человека к выполняемой задаче (деятельности) не является одинаковым, оно всегда эмоционально насыщено, но удельный вес эмоционального компонента в различен. Поэтому в зависимости от вызывающих причин и влияния на деятельность человека среди состояний психической напряженности выделяют два вида, один из которых был назван операционным, а другой – эмоциональным. Состояние эмоциональной напряжённости (ЭН) характеризуется интенсивными эмоциональными переживаниями в ходе деятельности, оценочным, эмоциональным отношением оператора к условиям её протекания. В отличие от него состояние операционной напряжённости (ОН) возникает как результат относительно нейтрального подхода оператора к процессу деятельности.
Каждый из этих двух видов напряжённости специфическим образом связан с целью деятельности, что и обусловило психологическую специфику состояний. Так, при ОН содержание цели и мотива деятельности либо совпадало, либо было включено в близкие друг другу отношения. Другими словами, в этом случае происходит наибольшее сближение объективного содержания деятельности с её субъективным содержанием, с тем, что она есть для самого субъекта. Этот феномен поглощённости делом, непосредственного интереса человека к самому результату описывается в психологической литературе как одно из важных условий успешного выполнения деятельности.
Возникающие в таких случаях психические состояния характеризуются оптимальным влиянием на выполнение деятельности, стабильностью функциональных возможностей человека. ОН оказывает мобилизующее влияние на деятельность и способствует сохранению работоспособности человека на устойчивом уровне.
Итак, отличительной психологической особенностью ОН является слитность мотива и цели деятельности, сдвинутость мотива на цель. Этой непосредственной связи нет при ЭН, которая характеризуется несовпадением, резким разведением цели и мотива деятельности, что порождает расхождение между объективным значением деятельности и её личностным смыслом для испытуемого.
ОН и ЭН оказывают неодинаковое влияние на эффективность деятельности:
Качество решения интеллектуальных задач в состоянии ЭН резко ухудшается по сравнению с ОН; в состоянии ЭН не только увеличивалось количество ошибок, но и менялось их качество: они носили более грубый характер.
Состояния ЭН и ОН оказывали разное воздействие на процессы оперативной памяти и оперативного мышления, которые являются наиболее уязвимыми в отношении психической напряжённости. При ОН эти процессы отличались устойчивостью и сохранностью, в состоянии ЭН они теряли свой активный характер и пластичность и могли приобретать ригидный характер, что практически вело к срыву выполняемой деятельности.
Состояния ОН и ЭН по-разному сказывались также на устойчивости поведения, проявлениях навыков самоконтроля испытуемых. Если при ОН отмечалось сохранение испытуемыми уверенности в своих силах, отсутствие нервозности, а в случае ошибок – адекватное отношение и стремление исправить их, то при ЭН часть испытуемых проявляла раздражительность, нетерпеливость или, признавая неуспех, стремилась объяснить его “внешними” причинами. Можно сказать, что в отличие от ОН в состоянии ЭН поведенческие реакции могут иметь неадекватный характер.
Были сделаны следующие выводы относительно эффектов обоих видов напряжённости:
Для количественной оценки напряженности используются физиологические показатели, например, частота и ритмичность сердцебиения, частота дыхания, кровяное давление. Психическая напряженность сопровождается большими энергетическими затратами организма и оказывает существенное влияние на выполнение деятельности, то, следовательно, изменения как физиологических функций, так и показателей деятельности являются признаками психической напряженности. Кроме того, физиологические показатели позволяют при изучении психической напряженности опираться на объективные контролируемые данные, что расширяет возможности психологического анализа состояний напряженности. Физиологические индексы широко используются при оценке стрессовых реакций даже тогда, когда предметом исследования являются психологические механизмы
На деятельность оператора очень сильно влияет характер поступающей информации. Поэтому при определении напряженности используют предел допустимой нормы, характеризующее значения его информационной нагрузки. А именно:
коэффициент загруженности
период занятости
длину очереди
время пребывания информации о наработке
скорость поступления информации
Коэффициент загруженности вычисляется по формуле:
Время в течении которого оператор занят обработкой поступающей
информации
общее время работы оператора
По данным физиологии труда
Выводы относительно психической напряженности:
Лекция № 5. «Инженерно-психологическая оценка способов кодирования визуальной информации»
Психологические требования к эргатическим системам характеризуются показателями соответствия техники возможностям человека по восприятию информации, построению информационной модели процесса управления. Информационная модель по содержанию должна адекватно отображать объекты управления и окружающую среду при оптимальном количестве информации. Построение информационной модели основано на особенностях памяти и оперативного мышления человека с использованием теории информации и характеристик анализаторов, рассмотренных ранее.
В общем случае психологические требования к эргатическим системам обеспечиваются разрешением двух взаимосвязанных задач:
Отбор и выдача информации о состоянии объекта должны осуществляться в форме наиболее соответствующей закономерности восприятия и переработки ее человеком.
Применительно к задаче обнаружения сигналов на характер деятельности оператора существенно влияет наличие в поле зрения множества информационных элементов. В общем случае, время поиска сигнала t, зависит от условий наблюдения: углового размера знаков, расстояния считывания, яркости изображения, контраста и ряда других факторов.
Оперативное поле зрения – зона появления сигналов в любом месте которое может вызвать одноактное установочное движение глаз.
Размеры оперативного поля зрения зависят от факторов, связанных с установкой и колебаниями внимания, характером зрительной задачи, пространственными свойствами, яркостью и различимостью объекта.
Зрительное пространство, инициируемое экраном дисплея, неоднородно. По мере удаления сигнала от центра экрана увеличивается время различения сигнала и растет количество ошибочных реакций. Зависимость времени реакции и точности работы описывается линейным уравнением, где аргументом является угловое расстояние. Характер зависимости связан с используемым способом кодирования. Чем выше перцептивная сложность сигнала, тем больше время сличения стимулов. Значительное снижение эффективности восприятия отмечается при предъявлении сигналов в угловых зонах экрана.
Визуальное пространство, инициируемое экраном дисплея асимметрично. Время и точность идентификации сигналов зависят не только от удаленности сигнала, но и от направления, в котором располагается сигнал. Существуют оси и области поля зрения, вдоль которых наблюдается снижение и увеличение эффективности восприятия. Количество ошибок идентификации стимулов снижается для цифр, отображаемых в левой верхней четверти экрана, для фигур - в левой нижней четверти экрана. Снижение эффективности восприятия наблюдается при предъявлении цифр вдоль оси, идущей из правого нижнего угла экрана в левый верхний угол. Аналогичный эффект для фигур наблюдается при расположении сигналов вдоль диагонали, идущей из левого нижнего угла в правый верхний.
На эффективность восприятия влияет характер перцептивной задачи. При отрицательной идентификации точность работы существенно выше, чем при положительной. Перцептивная сложность сигнала в большей мере влияет на точность работы, нежели на время сличения сигналов.
Эффективность выполнения поисковых задач зависит от структуры информационного поля. При частичном расположении большого числа элементов в поле – эффективность поиска мала и увеличивается за счет специальной организации поля. Раньше и с большей точностью обнаруживаются символы во 2-ом квадранте. Откуда обычно начинаются маршрут движения глаз при визуальном сканировании как при чтении. В общем случае важная информация отображается в виде формы из 8 элементов, представляющих матрицу 4x2.
Существенное значение имеет расстояние или дальность считывания. Для определения максимальной дальности считывания при освещенности от 100 до 1000 лк. Можно пользоваться следующими данными:
|
Высота символа, мм |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
5 |
7 |
9 |
12 |
18 |
|
Максимальная дальность символа, м |
1,1 |
1,4 |
1,7 |
2 |
2,2 |
2,8 |
3,9 |
5 |
6 |
10 |
При умеренном внешнем освещении для уверенного считывания угол зрения должен составлять 6 – 7 угловых минут, при повышенной внешней освещенности угловой размер знака должен быть более 20 минут.
Для того, чтобы информацию на дисплее было легко находить и понимать, ее можно представить в форме того или иного кода. Кодирование информации — это преобразование носителя информации в вид, обеспечивающий максимальную скорость и надежность приема информации человеком. Т.е. в процессе кодирования информация приобретает дополнительные свойства, что уменьшает время ее переработки оператором и помогает ему различать сообщения. При этом поставленную задачу разбивают на составляющие, затем анализируют информационные требования к каждой из подзадач, после чего можно классифицировать информацию по основаниям важности и частоты использования. На этой основе информацию делят на первостепенную и второстепенную, что позволяет определить для нее места на экране. После этого можно кодировать информацию цветом, размером, яркостью и т.п.
Код должен быть максимально осмыслен и читаться подобно печатному тексту. Кодирование характеризуется категорией кода, длинной алфавита сигналов, уровнем кодирования, доминирующем приоритетом, компоновкой сигналов в группы. Под категорией кода понимается самостоятельный способ кодирования.
Информационные сигналы могут быть представлены цифрами, буквами, условными знаками, геометрическими фигурами и их размерами, линиями, цветом, яркостью и т.д.
В общем случае, качественные характеристики объектов кодируются буквами, символами, цветом, абстрактными фигурами. Количественные параметры объектов кодируются цифрами, положением указателя на органах управления и средствах отображений информации, типом и размером линий на ЭЛТ. Выбор кода определяется характером решаемых задач, видом трудовой деятельности, с учетом особенностей оперативной памяти человека, участвующей в декодировании получаемой информации. Существенными моментами при кодировании являются: требования внешнего подобия отображаемого символа с реальным объектом, что способствует повышению скорости и точности восприятия информации; учет привычных ассоциаций человека, его жизненного и профессионального опыта и использованием цветов (красный цвет ассоциируется с опасностью, желтый — с получением какого-либо предупреждения, зеленый — со спокойной обстановкой).
Таблица 3. Сравнение различных способов кодирования информации
|
Категория кода |
Длина алфавита |
Оценка |
Комментарии |
|
|
Макс |
Реком |
|||
|
Цвет |
||||
|
С подсветкой |
10 |
3 |
Хороший |
Время поиска мало. Требует мало места. Хорош для количественного кодирования. Можно увеличить алфавит, комбинируя насыщенность и яркость с цветом. Окружающий свет не критичен |
|
Без подсветки |
50 |
9 |
Хороший |
Все, что указано выше, за исключением того, что необходимо контролировать освещение. Широко распространен |
|
Форма Кодирование формы – универсальное средство представления информации. Этот вид кодирования обеспечивает самый большой алфавит символов и их интерпретацию с объектами, хорошо известными человеку по практической деятельности. Как правило, кодирование формой содержит во всех основных видах кодирования. |
||||
|
Цифры и буквы |
Не ограничена |
Хороший |
Особенно удобен для идентификации. Требует мало места Буквенно–цифровое кодирование – на читаемость цифр и букв существенно влияет форма, их начертание и число отличительных примеров. В силу этого может возникнуть путаница для отдельных пар букв (O - Q), (C, G). Для хорошей читаемости рекомендуемо выдерживать соотношение ширины к высоте 3:5, кроме М, Ж, Ш – 4:5, 1 – ширина, равная 1,6 – 1,8 высоты знака. |
|
|
Геометрические фигуры |
15 |
5 |
Посредственный |
Особенно пригоден для символических знаков. Некоторые формы трудно различать Лучше различаются простые фигуры, состоящие из небольшого количества элементов. Треугольник лучше различается, чем круг, квадрат лучше, чем многоугольник. Фигуры из прямых линий различаются лучше, чем криволинейные. Различимость улучшается по мере увеличения числа отличий в каждой из фигур алфавита |
|
Рисунки |
30 |
10 |
Хороший |
Вызывает прямые ассоциации. Требует высокой разрешающей способности дисплея |
|
Величина |
||||
|
Площадь |
6 |
3 |
Посредственный |
Требует много места. Легко обнаружить сообщение |
|
Длина |
6 |
3 |
Посредственный |
Требует много места. Легко обнаружить сообщение |
|
Яркость |
4 |
2 |
Плохой |
Можно спутать с другими сигналами Кодирование яркостью – применяется для привлечения внимания оператора к изменению сигнала. Возможно, воспринимать не более 4 градаций яркости, при этом соотношение соседних уровней яркости должны быть 1:5. На практике используется 2 уровня. |
|
Стереоглубина |
4 |
2 |
Плохой |
Ограничено число пользователей. Сложен для реализации |
|
Угол наклона |
24 |
12 |
Хороший |
Особенно хорош для количественных оценок, но применение ограничено круглыми циферблатами |
|
Частота мельканий |
5 |
2 |
Посредственный |
Трудно различать частоту вспышек. Хорош для привлечения внимания. Кодирование частотой мелькания – используется достаточно редко, поскольку мелькания быстро утомляет оператора. Частота мелькания может иметь до 4 градаций. Красный мелькающий свет частотой 6 – 8 Гц используется как аварийный. |
Оптимальная длина определяется с учетом оперативной памяти человека.
Уровень кодирования определяется мерностью (1,2,3-ех мерные) стимулов использованных при отображении информации. Способом увеличения длины кода алфавита считается использование многомерного кодирования.
Система кодирования должна быть совместимой с жизненным и профессиональным опытом оператора, т.е. с теми ассоциациями, которые у него образовались. В связи с этим буквы, используют при отображении назван. объекта, цифры – при количественной оценке характеристик. Цвет используют для акцентирования на значимость. Геометрические фигуры используют в случае, когда оператору нужна наглядная картина для быстрой переработки информации.
Компоновка кодового знака в значительной степени определяет его различимость и опознаваемость.
Вообще говоря, цветовой код может быть полезен, если:
Несколько исследований были посвящены цветам, применяемым в цветовых кодах. Т.к. видимый цвет объектов зависит от их освещенности, цветовой код применяют только при освещении белым цветом При выборе цветового кода необходимо учитывать те устоявшиеся значения, которые ассоциируются с определенными цветами. Например, красный, желтый и зеленый цвета рекомендуется использовать соответственно для обозначений «Опасно», «Осторожно», «Безопасно». В большинстве источников установлен следующий алфавит значений цветового кода.
Красный цвет используется для предупреждения оператора о том, что система или одна из ее частей бездействуют. Примеры сообщений: «Срыв», «Ошибка», «Авария», «Отказ».
Мигающий красный сигнал применяется для обозначения ситуации, требующей немедленных действий.
Желтый цвет применяется для обозначения предельных режимов, в которых необходима осторожность или может произойти неожиданная задержка.
Зеленым цветом обозначают полностью функционирующую систему, все параметры которой находятся в норме.
Белый цвет используется для обозначения таких функций, относительно которых у системы нет сведений, являются ли они правильными или ошибочными, т.е., например, для обозначения альтернативных функций или кратковременного промежуточного состояния.
Синим цветом обозначают консультативные сведения, но чрезмерного применения синего цвета следует избегать.
При выборе цветов необходимо учитывать несколько перцептивных ограничений. При освещении цветов статистической и цветной динамической информации рекомендуется использовать кодирование не только по цветовому тону, но и по насыщенности.
Нужно учитывать, что с увеличением дистанции наблюдения цвет воспроизводимой информации воспринимается измененным.
Желтый и голубовато желтые цвета на большом расстоянии – белые, синий и красный – черные.
Оптика человеческого глаза, в отличие от фотообъектива, не скорректирована в отношении к цветовой аберрации. Преломляющая способность глаза различна для коротковолновых и длинноволновых излучений. Чем короче длина волны, тем короче фокусное расстояние: для насыщенного синего цвета приблизительно на 3 диоптрии больше, чем для насыщенного красного. Для менее насыщенных цветов видеодисплея эта разница составляет всего 1 диоптрию. Но этого достаточно для возникновения хромостереопсиса – эффекта восприятия глубины, при котором красные и синие элементы изображения воспринимаются удаленными на различные расстояния. Поскольку сфокусировать глаз на тех или других элементах одновременно трудно, механизм аккомодации глаза делает это поочередно. Красный, оранжевый и желтый цвета на экране видеодисплея могут наблюдаться вместе без перефокусировки, но сочетание голубого с красным требует перефокусировки. Поскольку хромостереопсис может раздражать оператора и вызывать зрительное утомление, его следует избегать.
Исследования времени реакции позволили установить, что реакция на излучение в синей части спектра при низких уровнях освещенности короче, чем на излучение в красной части спектра. Чем слабее свет, тем более критична длина волны, так что при сумеречном зрении ( низкие уровни освещенности от 0.0004 до 0.04 кд/м2) глаз наиболее чувствителен к синей части спектра. Однако при более высоком уровне освещенности (например, 0.2 кд/м2) наименьшее время реакции наблюдается для красного цвета, вслед за которым следует зеленый и желтый.
Число ошибок опознавания цветов в лабораторном эксперименте возрастало вместе с увеличением количества тестовых цветов (сравните, доля ошибок при использовании 10 цветов составляет 2.5%, при использовании 15 цветов – 5.4%, а при использовании 17 цветов – 28.6%). Если от оператора требуется абсолютная идентификация цвета (в отсутствие других цветов для сравнения) максимальное число цветов не должно превышать пяти, если требуется высокая точность, и десяти если допустимо небольшое число ошибок.
Люди, страдающие обычными формами нарушения цветоразличения, испытывают трудности в различении таких цветов, которые отличаются только по соответственным долям в них красного и зеленого. Поэтому цветные элементы, обладающие равной яркостью, должны отличаться не только долями красного и зеленого, но также и долей синего.
Контрастная чувствительность к различным пространственным частотам различна для цветных и черно-белых изображений. Максимум чувствительности цветового зрения сдвинут к низким пространственным частотам, а на высоких частотах чувствительность понижается, причем к желто-синим изображениям в большей степени, чем к красно-зеленым. Поэтому в цвете легче воспринимаются более крупные объекты, например, экран в целом, чем такие мелкие объекты, как знаки.
В общем, чем меньше объект, тем хуже воспринимается его цвет. Если пространственная частота решетки достаточно высока, ее элементы еще могут восприниматься, но их цвет может быть уже не виден. Например, частая решетка из желтых и синих полос неотличима от черно-белой решетки. Черно-белый канал передает высокочастотную пространственную информацию о краях, тонких контурах и мелких деталях, в то время как цвет несет низкочастотную информацию о глобальных аспектах формы. Поэтому цвета легче оценивать на больших поверхностях, а белый и черный – на малых.
Цветом лучше кодировать целые слова или фон, чем символы или отдельные знаки. Необходимо отметить также, что большие по величине экраны обеспечивают более высокое качество цвета, поскольку позволяют получить обширные цветовые поверхности. Возможно, что для алфавитно-цифровых дисплеев наилучший компромисс состоит в использовании для цветового кодирования фона, а знакам можно придать высококонтрастный черный или белый цвет.
Поскольку периферия сетчатки не чувствительна к зеленому и красному цветам, их не следует применять на краях дисплея. Желтый и синий – хорошие периферийные цвета, хотя синий не следует использовать для знаков и тонких линий. Пары дополнительных цветов, например, красный–зеленый и желтый–синий представляют собой хорошие комбинации для цветного дисплея.
Чувствительность глаза с возрастом понижается. Это связано с постепенным изменением прозрачности хрусталика и стекловидного тела глаза. Поэтому для дисплеев не следует брать цвета с малой яркостью, если ими пользуются пожилые люди.
Для мелких деталей не следует применять насыщенный синий цвет, но такой цвет удачен для фона. Наконец, поскольку синий цвет хорошо воспринимается на периферии зрительного поля, он является хорошим цветом для фона на большой площади.
При расположении средств отображения информации и органов управления (предположим, на панелях пульта) следует учитывать следующие основные факторы:
• приоритет;
• группировки в логические блоки;
• взаимосвязь между органами управления и средствами отображения информации.
При установлении приоритета на место расположения необходимо учитывать, как тот или иной орган управления или средство отображения информации используется оператором и каково его воздействие на работу системы. При этом рассматриваются следующие параметры:
При размещении индикаторов и органов управления на панели применяют два способа их группировки;
• функциональный — когда объединяются индикаторы и органы управления, идентичные по функциям или совместно используемые при выполнении одной задачи, а также относящиеся к одному компоненту оборудования;
• последовательный — расположение в порядке последовательности использования.
Средства отображения информации и органы управления — на панелях пульта должны быть расположены следующим образам:
• важные и наиболее часто используемые средства отображения информации и органы управления — в пределах оптимальной зоны;
• аварийные — в легко доступных местах, но не в оптимальной зоне;
• второстепенные, периодически используемые средства отображения информации и органы управления — не в оптимальных зонах, при этом руководствуются в основном правилами группировки и взаимосвязи между ними. Средства отображения информации на панелях пульта группируют и размещают в соответствии с последовательностью их использования или функциональными связями элементов системы, которые они представляют.
При компоновке средств отображения информации необходимо обеспечивать:
При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания необходимо выполнять следующие правила:
• при наличии в группе шести и более индикаторов — располагать их в виде двух параллельных рядов (вертикальных или горизонтальных); не делать более 5—6 горизонтальных или вертикальных рядов;
• при наличии на панели более 25—30 индикаторов — компоновать их в 2—3 зрительно отличаемые группы.
При компоновке органов управления их располагают в зоне досягаемости, причем часто используемые — на высоте 600...1 000 мм для работы в положении сидя и 1 000...1 400 мм — для работы в положении стоя. Функционально однородные органы управления необходимо располагать единообразно на всех панелях пультов данной системы, исключая возможность их случайного переключения.
Разработчики программных комплексов зачастую рассматривают пользовательский интерфейс отдельно от функциональности системы, как дополнение. Пользователи программ, как правило, не разделяют функциональность и пользовательский интерфейс. Для пользователей именно ПИ является программой. Для них, если интерфейс хороший, стало быть, и сама программа хороша и удобна.
Под пользовательским интерфейсом (ПИ) программы будем понимать совокупность элементов, позволяющих пользователю программы управлять ее работой и получать требуемые результаты.
Пользовательский интерфейс часто понимают только как внешний вид программы. Однако на деле пользователь воспринимает через ПИ всю систему в целом, а значит, такое понимание ПИ является слишком узким. В действительности ПИ включает в себя все аспекты дизайна, которые оказывают влияние на взаимодействие пользователя и системы. Это не только экран, который видит пользователь. Пользовательский интерфейс состоит из множества составляющих, таких как:
О важности правильного проектирования пользовательского интерфейса свидетельствует такой факт. Почти всегда при внедрении информационных систем общая эффективность организации увеличивается, при этом ряд исследований показывает, что грамотно разработанные ПИ может значимо увеличить эффективность по сравнению с просто внедренной ИС. Исследование компании IBM показало, что проведенный с учетом человеческого фактора полный редизайн одной из их систем позволил сократить время обучения пользователей до одного часа. До проведения редизайна на изучение системы уходила неделя.
В дизайне пользовательского интерфейса можно условно выделить декоративную и активную составляющие. К первой относятся элементы, отвечающие за эстетическую привлекательность программного изделия. Активные элементы подразделяются на операционные и информационные образы моделей вычислений и управляющие средства пользовательского интерфейса, посредством которых пользователь управляет программой. Управляющие средства различных классов программных изделий могут значительно различаться. Поэтому необходимо провести хотя бы предварительную классификацию интерфейсов и соответствующих им управляющих средств.
На первом уровне такой классификации полезно выделить классы интерфейсов, происхождение которых связано с используемыми базовыми техническими средствами человеко-машинного взаимодействия (таблица 1). Исторически появление таких средств вызывает возникновение новых классов пользовательского интерфейса. Впрочем, с появлением новых средств использование интерфейсов старых классов не обязательно полностью прекращается. Классы интерфейса являются слишком широкими понятиями. Классы, задаваемые базовыми интерактивными средствами, целесообразно разбить на подклассы, например, в пределах графического класса различаются подклассы: двухмерные и трехмерные интерфейсы. По этой классификации широко распространенный интерфейс WIMP (Windows-Icons-Menus-Pointing device) относится к первому из указанных подклассов. Сегодня развиваются такие новые классы интерфейсов, как SILK (речевой), биометрический (мимический) и семантический (общественный).
Таблица 1. Классификация управляющих средств пользовательского интерфейса
|
Классы интерфейса |
Подклассы |
Примеры типов управляющих средств |
|
Символьный |
Командный интерфейс |
«Вопрос-ответ» |
|
Командная строка |
||
|
Графический |
Простой графический |
Экранные формы |
|
Управляющие клавиши |
||
|
Истинно графический, двухмерный |
Меню |
|
|
Графические элементы управления |
||
|
Прямое манипулирование |
||
|
Трехмерный |
Конические деревья |
Начал получать распространение и новый вид пользовательского интерфейса – тактильный. Пока эта область еще не достаточно изучена, основанная на тактильных ощущениях аппаратура появилась совсем недавно. Тактильные устройства, в отличие от других интерактивных устройств, способны как "чувствовать", так и передавать информацию. Таким образом, дизайнеры тактильных интерфейсов рассматривают две равно важные стороны: тактильные ощущения (чувство касания) и "кинестетическое" (kinesthetic) чувство (ощущение, где находится тело). Эти устройства имеют общую особенность: они снабжены средством силовой обратной связи - таким, как PHANToM, которое получает информацию о положении и жесте, а возвращает величину приложенной в точке силы. Таким образом, пользователь может ощущать форму жесткого объекта, в том числе через несколько слоев различного сопротивления при надавливании на внешнюю поверхность (что полезно, например, в хирургических симуляторах).
Как уже отмечено выше, в настоящее время оформилось два принципиально различных подхода к организации пользовательского интерфейса. Первый, исторически более ранний подход состоит в предоставлении пользователю командного языка, в котором запуск программ оформлен в виде отдельных команд. Этот подход известен как интерфейс командной строки (Command Line Interface - CLI).
Альтернативный подход состоит в символическом изображении доступных действий в виде картинок – икон (icons) на экране и предоставлении пользователю возможности выбирать действия при помощи мыши или другого координатного устройства ввода. Этот подход известен как графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface - GUI). Один из подклассов GUI (двухмерный) принято обозначать аббревиатурой WIMP (Windows-Icons-Menus-Pointing device), что отражает задействованные интерактивные сущности - окна, пиктограммы, меню и позиционирующее устройство (обычно мышь). Именно интерфейсы такого типа, завоевавшие популярность вместе с Macintosh в 1984 году и позднее скопированные, в частности, в Windows для ПК, доминируют и по сей день.
Разработчики современных ОС обычно предоставляют средства для реализации обоих подходов и, зачастую, оболочки, использующие оба типа интерфейсов. Сравним их достоинства
Удачно спроектированные командные языки обеспечивают: высокую скорость обработки, эффективность и экономию использования ресурсов системы. Важными преимуществом хороших командных языков по сравнению с GUI является их алгоритмическая полнота: в GUI пользователь ограничен теми возможностями, для которых разработчик программы нарисовал иконки или сочинил пункты в меню. Командные же языки могут использоваться для решения любых алгоритмизуемых задач, в том числе и таких, о которых разработчики языка никогда и не задумывались.
Любопытно, что последнее достижение в области пользовательского интерфейса - распознавание речи и голосовое управление - означает, по существу, возврат к командному языку, с той лишь разницей, что команды произносятся.
Современные интерактивные командные процессоры решают практически все проблемы командных языков предыдущих поколений.
Командные языки требуют затрат времени и усилий для изучения. Нужно отметить, что при изучении требуются не только интеллектуальные, но и эмоциональные усилия. Первое негативное впечатление может создать устойчивый страх перед компьютером, затрудняя его эффективное использование и изучение. Напротив, графический интерфейс предоставляет новому пользователю возможность быстро окинуть взглядом доступные возможности и выбрать желаемую. Во многих случаях наглядность вариантов оказывается важнее богатства возможностей.
Однако в некоторых случаях излишнее богатство вариантов может просто запутать пользователя. Не нужно забывать, что человек способен одновременно оперировать лишь довольно ограниченным количеством объектов и параметров; по современным представлениям для человека и большинства теплокровных животных это количество ограничено 6 - 7 объектами.
Даже после освоения базовых возможностей системы человек может забыть команду для исполнения какой-либо операции; в этом смысле графические интерфейсы, где все возможности перед глазами, оказываются предпочтительны.
Утверждение о том, что GUI ограничивает возможности пользователя заранее предопределенными возможностями, не всегда соответствует действительности: хорошо продуманные интерфейсы обеспечивают почти такую же гибкость в комбинации операций, как и командные языки. Возможность же записывать и вновь проигрывать последовательности действий (например, макросы) во многих ситуациях может отлично заменить командные файлы.
Относительно высокие накладные расходы, неразрывно связанные с графическими интерфейсами, не являются таким уж большим злом. Современные цены на аппаратуру достаточно низки для того, чтобы большая эффективность изучения и использования графической системы быстро себя окупала. Кроме того, многие современные настольные системы используются для приложений, которые сами по себе требуют высококачественной графики и большой вычислительной мощности: САПР, полиграфические работы, синтез и обработка видеоданных и т.д. На фоне потребностей таких приложений накладные расходы, связанные с графическим интерфейсом, оказываются просто не стоящими упоминания.
Еще одно немаловажное обстоятельство: хорошо продуманный графический интерфейс с правильно подобранными цветами, красиво нарисованными управляющими элементами окон и т.д., просто сам по себе приятен для глаз.
Возможно, такое различие свидетельствует о том, что разные категории пользовательских интерфейсов предпочтительны для людей с разным складом мышления. Например, можно предположить, что командные интерфейсы удобнее для людей с логическим складом мышления, а графические - с образным. Отчасти это подтверждается тем, что ориентированные на GUI компьютеры Macintosh в основном используются художниками, дизайнерами и другими представителями ``образных'' творческих профессий.
Командный интерфейс хорош, когда пользователь ясно представляет себе, чего он хочет, а особенно для автоматизации регулярно исполняемых рутинных задач. Графические же интерфейсы удобнее при решении нечетко сформулированных или плохо алгоритмизуемых проблем.
Поэтому хорошая система должна предоставлять оба интерфейса. Например, разработчики фирмы Apple долгое время пытались избежать включения в систему командного интерпретатора, но, в конце концов, под давлением пользователей и особенно специалистов по технической поддержке они были вынуждены реализовать командный язык AppleScript.
Помимо обозначенных достоинств, WIMP-интерфейсы принесли с собой и большие проблемы. Во-первых, чем более сложным является приложение, тем труднее осваивать интерфейс, причем эти трудности возрастают нелинейно. Взятые в отдельности интерфейсные особенности и инструменты могут быть вполне простыми, но, будучи в большом количестве интегрированы в одно приложение, они образуют новое качество сложности. Многие современные настольные приложения столь объемны, чтобы не сказать громоздки, что пользователь, погрузившись однажды в их функциональность, начинает даже отказываться от новейших версий, продолжая использовать то малое подмножество возможностей, которое удалось изучить.
Во-вторых, пользователи проводят слишком много времени, манипулируя интерфейсом, а не работая с самим приложением. Квалифицированные пользователи часто бывают раздражены слишком большим количеством слоев, возникающих в процессе point and click и создающих своеобразный хаос из-за слишком многих интерфейсных элементов (использование сокращенных комбинаций клавиш - это суррогатный метод решения этой проблемы).
В-третьих, WIMP GUI вместе с их 2D- интерфейсными элементами проектировались для работы с двухмерными же приложениями - такими, как обработка текстов, компоновка документов и электронные таблицы. Если же приложение является по своей сути трехмерным, то работа с ним с помощью 2D элементов управления становится не слишком естественной. Нынешние WIMP-интерфейсы для 3D-приложений обычно состоят из управляющих панелей с 2D-кнопками и слайдеров, окружающих 3D-мир, которые используются для управления 3D-курсором, для манипуляций с точкой зрения наблюдателя и для редактирования объектов. Это позволяет в некоторой степени поддерживать "непрямое" взаимодействие и "когнитивную дистанцию". Понятно, что 3D-приложения, как правило, имеют много большую визуальную сложность, чем двухмерные, что еще более усиливает связанные с WIMP-интерфейсами проблемы.
В-четвертых, не все пользователи способны эффективно использовать мышь и клавиатуру - либо оттого, что им это не кажется естественным в контексте их задачи, либо из-за вызываемых этими устройствами чисто физиологических неудобств, связанных с постоянными нажатиями на клавиши при сильном напряжении зрения (не говоря уже о специальных категориях пользователей с физическими недостатками). Соответственно главным недостатком WIMP-интерфейсов является то, что они никак не используют такие каналы взаимодействия, как речь, слух и прикосновения. Хотя большое количество наших нейронов находится в "визуальной" части коры головного мозга, что позволяет зрению быть информационным каналом с самой высокой пропускной способностью, все равно без речи, слуха и прикосновений общение с физическим миром не может быть полноценным. Как указывает Билл Бакстон (Bill Buxton) из Aliias/Wavefront, WIMP-интерфейсы, основанные на использовании клавиатуры и мыши, являются совершенным инструментом только для существ с одним глазом, одним пальцем, лишенных всяких иных органов чувств.
Еще одно ограничение WIMP-интерфейсов в том, что они предназначены для одинокого пользователя настольной системы, который управляет объектами, не обладающими автономным поведением, реагирующими в основном на манипуляции с мышью. Соответственно имеется один, не разделяемый во времени полудуплексный канал взаимодействия; система откликается на каждое дискретное событие ввода, и эти события могут быть легко распознаны - они состоят из простых нажатий на клавиши и выбора с помощью мыши. Самый сложный ввод - последовательность позиций мыши, которая может представлять, например, путь закрашивающей кисти.
Основные принципы создания интерфейса
1. Естественность (интуитивность). Работа с системой не должна вызывать у пользователя сложностей в поиске необходимых директив (элементов интерфейса) для управления процессом решения поставленной задачи.
2. Непротиворечивость. Если в процессе работы с системой пользователем были использованы некоторые приемы работы с некоторой частью системы, то в другой части системы приемы работы должны быть идентичны. Также работа с системой через интерфейс должна соответствовать установленным, привычным нормам (например, использование клавиши Enter).
3. Неизбыточность. Это означает, что пользователь должен вводить только минимальную информацию для работы или управления системой. Например, пользователь не должен вводить незначимые цифры (00010 вместо 10). Аналогично, нельзя требовать от пользователя ввести информацию, которая была предварительно введена или которая может быть автоматически получена из системы. Желательно использовать значения по умолчанию где только возможно, чтобы минимизировать процесс ввода информации.
4. Непосредственный доступ к системе помощи. В процессе работы необходимо, чтобы система обеспечивала пользователя необходимыми инструкциями. Система помощи отвечает трем основным аспектам - качество и количество обеспечиваемых команд; характер сообщений об ошибках и подтверждения того, что система делает. Сообщения об ошибках должны быть полезны и понятны пользователю. Идеальное сообщение об ошибке должно отвечать всего на три вопроса:
При этом отвечать на эти вопросы нужно возможно более вежливым и понятным пользователям языком.
5. Гибкость. Интерфейс системы должен обслуживать пользователя с различными уровнями подготовки. Для неопытных пользователей интерфейс может быть организован как иерархическая структура меню, а для опытных пользователей как команды, комбинации нажатий клавиш и параметры.
Качество определяется в ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 как «объем признаков и характеристик продукции или услуги, который относится к их способности удовлетворять установленным или предполагаемым потребностям». При комплексной оценке показателей качества программного продукта качество пользовательского интерфейса вносит определяющий вклад в такую субхарактеристику качества, как практичность (usability).
В качестве пользовательского интерфейса можно выделить два аспекта интерфейса — функциональный и эргономический. О качестве функциональности интерфейса трудно говорить безотносительно предметной области, например, сформулировать «руководящие принципы функциональности» пользовательского интерфейса. Формально его можно связать со степенью «соответствия задаче».
Таблица 2. Пример мер практичности пользовательского интерфейса офисных приложений (ISO 9241-10-98)
|
Целевая функция |
Меры эффективности |
Меры продуктивности |
Меры степени удовлетворенности |
|
Полная практич- ность |
Процент достигнутых целей; процент пользователей, успешно выполнивших задание; средняя точность завершенных заданий |
Время выполнения задания; задания, выполненные в единицу времени; денежная оценка затрат на единицу задания |
Оценочная шкала для степени удовлетворенности; степень загрузки по времени; частота жалоб |
Нормативные требования по эргономике пользовательского интерфейса отличаются по своей природе от синтаксических и манипуляционных правил — они относятся к психофизиологическим свойствам конкретной реализации уже выбранного типа (стиля) пользовательского интерфейса (и соответствующего стандарта) в конкретном приложении. В этих условиях эргономические стандарты могут лишь требовать достижения некоторых общих руководящих эргономических принципов, которым должна удовлетворять реализация в приложении выбранного типа (стиля). При этом предполагается, что приложение должно быть оптимально инкорпорировано в техническую среду. Ряд более ранних стандартов касается именно этой среды (клавиатура, дисплеи, устройства ввода с клавиатуры и мыши, мебель рабочей станции и показатели рабочей среды, например, освещение или уровни шума). Эргономические аспекты пользовательского интерфейса приложения являются естественным расширением эргономики технических средств и рабочего места. Сегодня существует два подхода к оценке эргономического качества, которые можно отнести к методам «черного» и «белого ящика».
В первом подходе оценку производит конечный пользователь (или тестер), суммируя результаты работы с программой в рамках следующих показателей:
Эффективность является критерием функциональности интерфейса, а степень удовлетворенности и, косвенно, продуктивность — критерием эргономичности. Вводимые здесь меры соответствуют общей прагматической концепции оценки качества по соотношению «цели/затраты» (таблица 2).
Во втором подходе пытаются установить, каким (руководящим эргономическим) принципам должен удовлетворять пользовательский интерфейс с точки зрения оптимальности человеко-машинного взаимодействия. Развитие этого аналитического подхода было вызвано потребностями проектирования и разработки ПО, поскольку позволяет сформулировать руководящие указания по организации и характеристикам оптимального пользовательского интерфейса. Этот подход может быть использован и при оценке качества разработанного пользовательского интерфейса. В этом случае показатель качества оценивается экспертом по степени реализации руководящих принципов или вытекающих из них более конкретных графических и операционных особенностей оптимального «человеко-ориентированного» пользовательского интерфейса.
Лекция № 7. Графический пользовательский интерфейс
. Средства диалога и проектирование ПИ
7.1. Аппаратные средства диалога и мультимедиа-устройства
Аппаратные средства диалога технически поддерживают ЧМВ. В настоящее время употребляются
Клавиатура. С ее помощью пользователь может передавать компьютеру данные или команды.
Дисплей. Используется для отображения отклика компьютера на действия пользователя в визуальной форме.
Манипулятор мышь. Позволяет быстро выбирать решения из представленных возможностей, манипулируя свойствами объектов приложения, отображаемых на дисплее.
Джойстик. Этот манипулятор позволяет быстро выбирать решения из набора возможных путем перехода к соседним (например - выше, ниже, влево, вправо).
Мультимедиа-устройства, к которым относятся средства сенсорного ввода, средства голосового взаимодействия.
7.2. Виртуальные устройства диалога
К ним относятся реально несуществующие устройства, поддерживаемые программно моделями. Примеры таких устройств:
тренажеры,
7.3. Проектирование ПИ
Все известные стандарты проектирования программного обеспечения в качестве исходного положения используют понятие жизненного цикла программного продукта, под которым понимается последовательность процессов, действий и задач, осуществляемых в ходе разработки, эксплуатации и сопровождения программного продукта. Например, на этапе формирования требований к системе должны учитываться:
область применения системы,
требования пользователя (заказчика)к функциональным возможностям системы, к уровню ее безопасности и защищенности,
эргономические требования,
требования к квалификации пользователя,
степень документированности,
организация сопровождения.
Все проектирование ПИ основано на USD-технологии (интересы пользователя превыше всего) и включает в себя следующие основные этапы:
Постановка задачи.
Прототипирование.
Испытание программного продукта.
Повторное выполнение этапов разработки.
Оценка потребительских свойств в процессе разработки.
Постановка задачи. Это начальный этап в разработке программного обеспечения. Он является наиболее критичным, так как на этой фазе определяется общая концепция создаваемого продукта. Трудно потом исправить ошибки, допущенные на этом этапе. Для достижения правильных решений необходимо привлечение специалистов в предметной области. На этом этапе нужно выполнить следующие действия:
Определить цели и задачи продукта.
Установить потенциальных пользователей продукта, их задачи, намерения, цели. Необходимо учитывать возраст и пол пользователей, их знания и опыт, возможные физические ограничения, специальные потребности.
Продумать структуру приложения и метафоры, которые могут быть в нем использованы.
Представить проект разработки в письменной форме.
Прототипирование. После принятия концептуальных решений разрабатывается прототип проекта. В зависимости от квалификации и привычек разработчика это может быть сделано вручную на бумаге, либо с помощью специальных средств макетирования. В итоге должен быть создан иллюстративный прототип, по которому группа разработчиков может обсуждать особенности реализации.
Испытание программного продукта.USD-технология предполагает активное привлечение пользователя к процессу разработки. За счет этого можно получить дополнительную информацию по качеству применяемых решений с целью их изменения и улучшения. Испытание не есть отладка, последняя осуществляется разработчиком.
Повторное выполнение этапов разработки. Испытания часто обнаруживают недостатки в проекте и почти всегда необходим возврат к одному из выполненных этапов для создания улучшенной версии фрагмента проекта.
Оценка потребительских свойств в процессе разработки. Основным направлением испытаний проекта является оценка его потребительских свойств. Главным является удобство пользователя (Usability). Это свойство должно контролироваться на всех этапах разработки проекта. Чем чаще и корректнее проводится такая оценка, тем лучше будет качество разработки. При испытаниях можно контролировать:
время реакции пользователя на команды,
желание пользователя реагировать на предложения системы,
использование альтернативных решений.
В процессе оценки полезно учитывать следующее:
После выход в свет официальной версии программного продукта устранить недостатки труднее, чем при разработке.
Простота ПИ не означает его упрощения. Простат в использовании может достигаться сложными программными решениями.
Добавление функциональных возможностей не обязательно приведет к пропорциональному улучшению продукта. Не все пользователи эти возможности будут использовать.
При проектировании ПИ необходимо определить:
структуру диалога,
возможный сценарий развития диалога,
содержание управляющих сообщений и данных, которыми могут обмениваться пользователь и приложение (семантика сообщений),
визуальные атрибуты отображаемой информации (синтаксис сообщений).
Структура диалога. Возможны 4 варианта структуры диалога:
Диалог типа "вопрос-ответ". Структура аналогична интервью. Система задает пользователю вопросы и получает информацию из ответа. Форма задания вопроса и ввода ответа может быть разной (списки, поля ввода значений и др.).
Диалог на основе меню. Система предъявляет пользователю перечень возможных решений в виде иерархически организованных меню, в которых пользователь выбирает нужное. В меню могут быть блоки данных, строки данных и пиктограммы.
Диалог на основе экранных форм. Позволяет на одном шаге получить от пользователя много данных, указываемых в форме. Там могут присутствовать списки выбора, поля ввода и др.
Диалог на основе командного языка. Часто используется в операционных системах для прямого ввода команды в командной строке.
Возможный сценарий развития диалога. Развитие диалога во времени можно рассматривать как последовательность переходов системы из одного состояния в другое. Ни одно из них не должно быть "тупиковым", пользователь должен иметь возможность за один или несколько шагов перейти из любого текущего состояния в требуемое. При разработке интерфейса необходимо определить все возможные состояния диалога и пути перехода из одного состояния в другие. Необходимо:
Выявить и устранить возможные тупиковые ситуации.
Выбрать рациональные пути перехода из текущего состояния в требуемое.
Выявить неоднозначные ситуации, в которых действия пользователя не определены, ему нужна подсказка. Сценарий диалога можно упростить, снизив неопределенность действий пользователя.
Определить темп ведения диалога. Время ответа системы должно соответствовать удобному для пользователя (0,1..0,2 секунды для нажатия клавиши, 0,5..1,0 секунды для ответа на простые команды, 1..2 секунды при ведении связанного диалога, 2..4 секунды для ответа на сложный вопрос, связанный с заполнением формы)..
Визуальные атрибуты отображаемой информации (синтаксис сообщений). К ним относятся:
Взаимное расположение и размеры отображаемых объектов. Должна предусматриваться возможность просмотра экрана в логической последовательности, выбор объекта, различимость исключительных ситуаций(сообщения об ошибках или предупреждениях),
Цветовая палитра.
Средства привлечения внимания пользователей. Например, указание пользователю выполнить какие-либо действия.
Лекц 8. Элементы графического пользовательского интерфейса
К основным элементам графического интерфейса относят: окна, меню, линейки инструментов, или инструментальные линейки, планки инструментов (tool bar), представляющие собой наборы пиктограмм, выбор которых инициирует какое-либо действие, линейки прокрутки (scroll bar), и элементы управления (controls): кнопки (buttons), в том числе кнопки команд (command buttons), кнопки настройки (options buttons), переключатели (radio buttons), наборы значений (value sets), выключатели (check box), списки (list box), текстовые зоны (text box), спиннеры (spinners) и др.
Кнопкой называется элемент управления, позволяющий выбрать опцию или вызвать событие (например, запуск подпрограммы). Все взаимодействие пользователя с кнопкой ограничивается нажатием.
Командные кнопки (Push Buttons) – нажатие на такую кнопку запускает какое-либо явное действие (кнопки прямого действия). Изображаются в виде прямоугольника, в центре размещается короткое текстовое сообщение (слово), поясняющее, какое именно событие инициирует нажатие кнопки. Командная кнопка имеет три состояния: нормальное (кнопка доступна, но еще не активирована пользователем), нажатое (активированное) и недоступное (неактивное) (если недоступна функция, закрепленная за кнопкой, или если кнопка расположена в фоновом окне).
Чекбоксы (Checkboxes) и радиокнопки (Radio buttons) – кнопки отложенного действия, т.е. их нажатие не инициирует какое-либо немедленное действие, с их помощью пользователя вводят некоторые параметры, которые скажутся после, когда действие будет запущено другими элементами управления. Главное отличие состоит в том, что радиокнопки являются кнопками единственного выбора, а чекбоксы – множественного. В группе радиокнопок как минимум одна кнопка должна быть проставлена по умолчанию. Радиокнопки отображают наборы состояний, они никогда не инициируют действия. Причем эти наборы должны быть статичны (т.е. не зависеть от контекста). Всегда объединяются в группы (предпочтительно от двух до семи кнопок).
Вариантом реализации радиокнопок и чекбоксов являются списки (list boxes) – специализированные средства управления, которые отображают раскрывающиеся перечни значений (часто с присоединенными слайдерами, чтобы перемещаться вверх или вниз по списку) и позволяют пользователю выбирать значение из списка, или вводить другое значение в присоединенное текстовое поле. Списки – удобный и компактный элемент интерфейса, который занимает минимум места на экране и в то же время несет большую информационную нагрузку.
Списки бывают пролистываемыми и раскрывающимися, причем пролистываемые могут обеспечивать как единственный (аналогично группе радиокнопок), так и множественный выбор (чекбокс); раскрывающиеся же работают исключительно как радиокнопки. Скорость доступа к отдельным элементам и наглядность в списках принесены в жертву компактности (они экономят экранное пространство, что актуально, если количество элементов велико) и расширяемости (простота загрузки в списки динамически изменяемых элементов делает их очень удобными при разработке интерфейса, поскольку позволяет не показывать пользователю заведомо неработающие элементы).
Самым простым вариантом списка является раскрывающийся список. Раскрывающиеся списки обладают одним существенным достоинством, кроме общих достоинств списков: малая высота списка позволяет с большой легкостью визуально отображать команды, собираемые из составляющих.
Другим, более сложным вариантом списка, является пролистываемый список. Пролистываемые списки могут позволять пользователям совершать как единственный, так и множественный выбор.
Списки единственного выбора. Список единственного выбора является промежуточным вариантом между группой радиокнопок и раскрывающимся списком. Он меньше группы радиокнопок с аналогичным числом элементов, но больше раскрывающегося списка. Соответственно, использовать его стоит только в условиях «ленивой экономии» пространства экрана.
Списки множественного выбора. Реализованы в интерфейсах многих программ, достаточно удобны, позволяют выбрать несколько вариантов из набора предложенных.
Комбобоксы. Комбобоксами (combo box), называются гибриды списка c полем ввода: пользователь может выбрать существующий элемент, либо ввести свой. Комбобоксы бывают двух видов: раскрывающиеся и расширенные.
Поля ввода (edit text fields). Вместе с командными кнопками, чекбоксами и радиокнопками, поля ввода являются основой любого интерфейса.
Слайдеры (Sliders) или ползунки - элемент управления, состоящий из полосы прокрутки (slider bar), показывающей допустимо возможное значение изменяемого параметра (например, яркость или контрастность изображения), и индикатора (ползунка), показывающего текущее состояние. Слайдеры могут быть горизонтальными или вертикальными, перемещение индикатора может быть квантованным или нет. Ползунки незаменимы, если пользователям надо дать возможность выбрать значение, стоящее в хорошо ранжирующемся ряду, если значений в ряду много или нужно передать пользователям ранжируемость значений.
Крутилка (spinner, little arrow) – элемент управления, который позволяет пользователю уменьшать или увеличивать значение некоторой величины. Крутилки также могут содержать поле ввода, не такое универсальное, как обычное, не позволяющее вводить текстовые данные, но зато обладающее двумя полезными возможностями.
Во-первых, чтобы ввести значение в крутилку, пользователю не обязательно бросать мышь и переносить руку на клавиатуру (в отличие от обычного поля ввода). Поскольку перенос руки с место на место занимает сравнительно большое время (в среднем почти половину секунды, к тому же ещё и сбивает фокус внимания, отсутствие нужды в клавиатуре оказывается большим благом. Во всяком случае, ввод значения в крутилку с клавиатуры достаточно редок, т.е. пользователи воспринимают крутилки целиком и полностью положительно. Во-вторых, при вводе значения мышью система может позволить пользователям вводить только корректные данные, причем, что особенно ценно, в корректном формате. Это резко уменьшает вероятность человеческой ошибки. Таким образом, использование крутилок для ввода любых численных значений более чем оправдано.
Меню – это метод взаимодействия пользователя с системой, при котором пользователь выбирает из предложенных вариантов, а не предоставляет системе свою команду. Соответственно, диалоговое окно с несколькими кнопками (и без единого поля ввода) также является меню.
Существую несколько различных классификаций меню, но основной интерес представляю только две из них. Первая классификация делит меню на два типа:
В некоторых ситуациях эти два типа меню могу сливаться в один: например, меню, состоящее из кнопок доступа к меню, могут работать и как статические (пользователи нажимают на кнопки), и как динамические (пользователи вызывают меню).
Вторая классификация также делит меню на два типа:
Статические меню из первой классификации, как правило, обеспечивают высокую скорость работы, лучше обучают пользователей, но зато занимают место на экране. Напротив, с динамическими меню ситуация обратная. Во второй классификации первый тип (меню, разворачивающиеся в пространстве) обеспечивает большую поддержку контекста действий пользователей, но эта поддержка обходится в потерю экранного пространства. Второй тип более бережно использует пространство, но зато хуже поддерживает контекст.
Окно – выделенная область экрана, визуально разграничивающая одновременно выполняемые процессы.
В настоящее время различают следующие типы окон:
Элементы окна
Окна, помимо областей с элементами управления, имеют некоторые общие элементы, главными из которых являются строки заголовка окна, строки статуса, панели инструментов и полосы прокрутки.
Строка заголовка. Текст и, в меньшей степени, пиктограмма заголовка играют важную роль в ПО (они заведуют переключением задач) и очень важную в интернете (заведуют навигацией). С переключением задач всё просто и сложно одновременно. Просто, поскольку правило тут простое «Релевантное выводится в первую очередь». Поскольку пользователю нужен именно конкретный документ конкретной программы, а вовсе не программа просто (окна документов, не попадающие в переключатель задач, нехороши), названия документов, как более релевантные, нужно выводить в первую очередь. Наоборот, сложность состоит в том, что из-за жесткости интерфейса Windows много не сделаешь. Тем не менее, сокращать название программы нужно безусловно.
Строку заголовка можно использовать для вызова функций, которые нужны только наиболее опытной аудитории: нажатие на пиктограмму в строке заголовка вызывает раскрывающееся меню. При этом меню для опытных пользователей будет отделено от меню общего назначения, что снижает вероятность вызова новичками (они могут даже не догадываться о существовании такого меню).
Также важно понимать, что тот факт, что пользователи редко читают заголовки окна, вовсе не означает, что заголовки пользователям не нужны. Напротив, хороший заголовок может здорово облегчить понимание работы диалога. Поэтому наличие на экране заметного и адекватного заголовка окна часто оказывается очень полезным. Жалко только, что в обычном Windows интерфейсе места под него нет.
Строка статуса является, пожалуй, самым недооцененным элементом интерфейса (во всяком случае, способы её использования в интернете существенно портят статистику). В действительности строка статуса предназначена для двух вещей: она может быть либо собственно строкой статуса, т.е. отображать текущее состояние системы, либо быть панелью инструментов для опытных пользователей (или же делать и то, и другое). Разберем это подробнее.
Отображение текущего состояния системы. Практически каждая система имеет свойства, либо зависящие от документа, либо изменяющиеся со временем. Например, в иллюстративных программах объекты имеют какие-либо свойства, причем не все эти свойства показываются. Другой пример: когда система долгое время занята, она должна показывать пользователю индикатор степени выполнения. И, наконец, самый простой пример: пользователь текстового процессора имеет право знать, на какой странице документа он сейчас находится. Эффективнее всего выводить всё это в строке статуса.
Строка статуса особенно интересна как место вывода индикатора степени выполнения. Существует занятная закономерность: по месту вывода индикатора выполнения можно определить качество интерфейса системы: если индикатор выводится в строке статуса, то система обладает в целом хорошим интерфейсом, если же индикатор выводится в другом месте – плохим.
Панель инструментов для опытных пользователей. Зачастую система обладает функциональностью, которая с одной стороны важна, а с другой – способна свести с ума неподготовленного пользователя. Обычно это касается не столько собственно функций, сколько режимов работы системы. В таких случаях строка состояния является отличным решением проблемы. С одной стороны, делая переключатели режимов непохожими на поля вывода (знаете ли вы, например, что метки ЗАП0, ИСПР, ВДЛ и ЗАМ в статусной строке MS Word не только индикаторы?) можно снизить вероятность ошибочного переключения. С другой стороны, если уж пользователь нечаянно щелкнет на переключателе, он сразу же увидит изменение его вида и впоследствии, вероятно, сможет переключиться назад. С еще одной стороны, опытный пользователь сможет переключаться между режимами так же легко, как если бы он переключался через панель инструментов.
Полоса прокрутки – элемент окна, осуществляющий перелистывание его содержимого. Не очень удачный, с точки зрения удобства работы, элемент интерфейса. С появлением мыши со скрольным колесиком необходимость в полосе прокрутки значительно снизилась.
При создании полосы прокрутки необходимо учитывать следующие требования.
Панели инструментов представляют собой наборы пиктограмм, выбор которых инициирует какое-либо действие.
Все панели имеют следующие достоинства:
Зато они имеют и недостаток: занимают много места на экране, так что поместить в них всё, что хочется, невозможно. Решить эту проблему можно двояко. Во-первых, можно (и нужно) помещать в панель только наиболее часто используемые команды (возможность индивидуальной настройки панели пользователем). Во-вторых, панель можно сделать зависимой от контекста действий пользователя. Можно использовать оба способа, т.к. они не противоречат друг другу.
Панель инструментов нежелательно делать единственным способом вызова функции.
В настоящее время нет технической проблемы с помещением в панели произвольных элементов управления (остался только один ограничитель – размер помещаемых элементов), так что последние преграды, мешавшие делать сложные панели, исчезли. Этим стоит пользоваться, поскольку это позволяет экономить время, уходящее на открытие и закрытие диалоговых окон, и повышать интегральное качество взаимодействия с системой (пользователям нравится пользоваться сложными панелями).
Изображения (Иконки)
В интерфейсе непосредственного манипулирования, пользователи выполняют действия непосредственно на видимых объектах. Этими объектами могут быть кнопки, метки, меню или изображения (иконки).
Все иконки можно классифицировать согласно тому, насколько точно они отображают несущую функцию.
Иконки подобия - иконки похожи на объекты, которые они отображают (типа ножниц, чтобы отобразить операцию «вырезки»);
Иконки по образцу представляют пример типа объекта (например иконкой, показывающей линию, чтобы представить средство рисования);
Символические иконки - используются, чтобы представить действие или состояние в символической форме (например, разорванная линия между двумя компьютерами для того, чтобы показать разорванное сетевое соединение);
Произвольные иконки - не несут никакой информации по поводу их представления, поэтому их назначение должно быть описано (например, обратная круговая стрелка, чтобы представить действие «отмена последней команды»)
Курсоры – замечательное средство обеспечения обратной связи. Например, всякий раз, когда пользователь подводит курсор к углу окна, курсор изменяется, показывая пользователю, что форму окна можно увеличить.
К сожалению, у курсоров есть и обратная сторона: пользователи способны примириться с некрасивой пиктограммой, поскольку они могут не смотреть на неё, примириться же с некрасивым курсором они не могут, потому что они вынуждены смотреть на него всё время, пока он присутствует на экране.
Поэтому правило использования курсоров звучит следующим образом: используйте индикацию видом курсора во всех случаях, когда вы можете сделать это эстетически привлекательно; в остальных случаях о курсорах даже и не думайте.
Лекция 9 Меню
Меню содержит перечень команд, имеющихся в распоряжении пользователя при выполнении определенного шага задания или задания в целом. Меню дает возможность пользователю выбора необходимого средства решения задачи, не требуя от него запоминания имен команд и синтаксиса. Существуют различные типы меню:
Главное меню окна.
Выпадающие меню.
Контекстные (всплывающие) меню.
Каскадные меню.
9.1. Главное меню и выпадающие меню
Одна из наиболее распространенных форм меню - линейная последовательность команд (или разделов). Именно в таком виде выполнено главное меню окна, располагаемое горизонтально непосредственно под строкой заголовка программы. В связи с таким расположением главное меню иногда называют полосой меню.
В главном меню трудно перечислить все доступные команды. Поэтому в нем обычно располагаются только именованные разделы, содержащие группы команд определенного функционального назначения. Для отображения команд разделов используются выпадающие меню. Выпадающее меню отображается в виде столбца, размещаемого под выбранным разделом главного меню.
В выпадающем меню команда, на которой размещается курсор выделяется цветом. После отпускания клавиши выбранная команда исполняется. Те операции, которые в данный момент времени не могут быть выполнены (например, нельзя удалить кадр, который не был создан) отображаются блеклым цветом.
Для создания главного меню используется компонент MainMenu. Для его заполнения используется дизайнер меню. В нем имеется полоса главного меню, в котором выделен первый пункт. После набора текста первого пункта и нажатия клавиши Enter первый пункт заносится в меню и создаются поля для связанных с ним пунктов: справа следующий пункт главного меню, снизу первый подпункт первого пункта (последний выделен для заполнения). Затем заполняются подпункты первого пункта главного меню, каждый раз при завершении ввода очередного пункта формируются поля для новых подпунктов. Остальные пункты главного меню создаются аналогично. При желании можно в любой пункт меню поместить пиктограмму, которая должна храниться под задаваемым номером в списке изображений, доступном в приложении. Для каждого пункта можно назначить горячие клавиши, которые выбираются в свойстве ShortCut пункта из списка.
После создания главного меню нужно связать каждый пункт или подпункт с обработчиком события его активизации. Каждому пункту соответствует имя, связывающее его с обработчиком.
Внимание! Имя пункта и его текстовая надпись разные вещи.
9.2. Контекстные (всплывающие) меню
Контекстное меню дает пользователю доступ к операциям над объектами. Каждому объекту должно соответствовать свое контекстное меню, содержащее операции только для этого объекта. Контекстное меню называют иначе , так как оно отображается в отдельном окне. Для вызова контекстного меню используется щелчок правой кнопкой мыши по желаемому объекту. Контекстное меню выводится рядом с выбранным объектом, содержит столбец с возможными операциями над объектом. Выбранная курсором операция выделяется в меню цветом и при отпускании клавиши мыши исполняется, после чего контекстное меню пропадает.
Внешне контекстное меню похоже на выпадающее, но отличается от него тем, что включает только операции для конкретного объекта и для данной ситуации (в контекстном меню операции, которые в данный момент времени не могут быть выполнены, вообще не отображаются). Размеры контекстного меню обычно невелики.
При выборе порядка следования операций в контекстном меню нужно руководствоваться следующими рекомендациями:
Первыми должны располагаться основные команды (например, Открыть, исполнить).
Во вторую группы должны быть включены команды, реализуемые через буфер обмена (например, Вырезать, Копировать, Вставить).
Последними должны идти команды редактирования дополнительных атрибутов (если они имеются).
Операции сходного функционального назначения следует объединять в категории, которые разделяются линиями.
Контекстные меню могут применяться к любым объектам: окно, пиктограмма и др.
Для создания контекстного меню используется компонент PopMenu. Для его заполнения используется дизайнер контекстного меню. Дизайнер представляет собой урезанный дизайнер главного меню, в котором генерируется только один список.
После создания контекстного меню нужно связать его с элементом управления. Для этого в свойстве PopupMenu нужного компонента делается ссылка на имя контекстного меню. Например, если в приложении имеется кнопка Button1, для которой создано контекстное меню с именем PopupMenu1, и выбрано Button1.PopupMenu:=PopupMenu1, то при щелчке правой кнопкой мыши по кнопке появится контекстное меню этого элемента.
9.3. Каскадные меню
Каскадное меню может использоваться для того, чтобы предоставить пользователю возможность дополнительного выбора и при этом не занимать дополнительного пространства в родительском меню. Каскадное меню содержит множество подменю, связанные с пунктами в родительском меню. Каскадное меню иначе называют иерархическим, а подменю в нем дочерним. Если строка родительского меню имеет дочернее меню, то в правой части этой строки размещается признак наличия дочернего меню - стрелочка.
Каскадное меню может быть создано с помощью дизайнера меню, употребляемого для генерации главного меню. Если для какого либо пункта главного меню нужно задать иерархическое продолжение, то нужно выделить этот пункт меню, вызвать для него контекстное меню, в котором выбрать команды создания подменю Create Submenu. В правой части строки выбранного пункта появится признак подменю в виде стрелочки, а справа от него поле для заголовка подменю. Далее действия выполняются аналогично созданию любого выпадающего меню.
Каскадные меню усложняют интерфейс. Поэтому при их использовании учитывайте следующие рекомендации:
Минимизируйте число уровней иерархии.
Избегайте использования каскадных меню для доступа к часто используемым командам.
В качестве альтернативного решения применяйте вторичные окна и панели инструментов.
9.4. Заголовок меню
Каждое выпадающее и каскадное меню имеют собственные имя и текстовую надпись. Текстовая надпись информирует пользователя о назначении пункта. Имя связывает компоненты меню друг с другом и обработчиками событий. Имя для выпадающего меню - это имя пункта главного меню. Для каскадного меню - это имя подпункта родительского меню, с которым связано каскадное меню. Заголовок должен обозначать предназначение меню. Старайтесь для него использовать одно слово, избегая сложных слов (например, Шрифторазмер).
Внимание! Имя пункта и его текстовая надпись разные вещи.
5.1.5. Пункты меню
Каждый пункт меню соответствует определенному действию, который может выполнить пользователь в данной ситуации. Пункты в меню могут быть представлены в виде текста, графики (например, в виде пиктограммы), либо комбинации текста и графики.
Всегда обеспечивайте пользователя визуальным указанием недоступных пунктов, отображая их блеклым цветом. Если недоступны все пункты меню, то следует сделать недоступным и его заголовок.
Если пункт меню является командой, которая требует дополнительной информации, то название команды должно сопровождаться многоточием (...). При выборе такой команды должно вызываться дополнительное окно с запросом нужных данных.
Справа от пункта может быть сокращенное обозначение клавиши быстрого доступа (иначе горячая клавиша, или клавиша-акселератор), при нажатии которой на клавиатуре обеспечивается быстрое исполнение команды. Например, Ctrl + C для копирования в буфер выделенного объекта. Использование таких клавиш избавляет пользователя от поиска нужной команды в меню. Горячие клавиши стоит применять только для часто выполняемых операций. При этом для стандартных действий нужно использовать общепринятые горячие клавиши. Например, во всех приложениях клавиша F1 применяется для вызова контекстной справки.
Пункты меню могут быть независимыми или взаимозависимыми. В них целесообразно вводить маркеры, размещаемые слева от имени пункта. Независимые пункты эквивалентны флажкам. Для визуального отображения установки таких пунктов рекомендуется использовать маркер флажка (в виде птички).Взаимозависимые пункты эквивалентны переключателям. Для визуального отображения выбора таких пунктов рекомендуется использовать маркер переключателя (в виде кружочка, с точкой при выбранном пункте)..
Меню может содержать пункт, выбираемый по умолчанию. Для этого пункта должна поддерживаться техника ускоренного доступа (например, посредством двойного щелчка мыши). В соответствии с системными соглашениями такие пункты выделяются полужирным шрифтом.
При выборе текстовых имен пунктов рекомендуются следующие правила:
Используйте уникальные имена в пределах одного меню.
Название пункта должно состоять из одного слова (глагол для действий, существительное для объектов).
Определяйте уникальные имена клавиш быстрого доступа (горячие клавиши) для часто исполняемых действий.
Придерживайтесь норм использования заглавных букв, принятых в языке.
Лекция 10. Списки
Список - средство выбора требуемых объектов или их свойств. Элементы списков могут представлены в текстовой или графической формах. Список должен обеспечивать:
Списки разумно использовать при большом количестве вариантов, либо когда перечень может изменяться.
Порядок расположения элементов в списке зависит от содержания, он должен быть удобен пользователю. Для списка имен лучше применять сортировку по алфавиту, для дат лучше использовать хронологический порядок. Если в данной ситуации какой-либо элемент списка не может быть выбран, его не нужно включать в отображаемый пользователю список.
Ширина поля списка должна быть достаточной для отображения пункта средней длины. Если заранее невозможно подобрать такую, то используйте один из следующих подходов:
Если количество пунктов в списке превышает умещающиеся в поле списка, то включите в поле списка линейку вертикальной прокрутки.
10.1. Список единичного выбора
Список единичного выбора (Single Selection ListBox) используется для выбора только одного пункта в списке. Если содержимое списка не умещается в поле списка, то отображается линейка прокрутки, позволяющая просмотреть весь список.
Высота панели списка выбирается для отображения в нем 3...8 пунктов. В окно списка часто включают линейки вертикальной и горизонтальной прокрутки, которые обычно блокируются, если все пункты в списке видимы. Пункт в списке выбирается щелчком по пункту левой кнопкой мыши.
Для клавиатурной навигации по списку обычно применяются клавиши <Home>- в начало, <End> - в конец, <PageUp> - страница вверх, <Page Down> - страница вниз, а также клавиши стрелок.
10.2. Выпадающий список
Выпадающий список (Drop Down ListBox) подобен списку единичного выбора и отличается от него только способом отображения данных. Когда список свернут, на экране отображен только выбранный пункт, справа от которого находится кнопка раскрытия списка в виде стрелки. При нажатии на эту кнопку список раскрывается (выпадает вниз), отображаются пункты списка. Такой список иногда называют и раскрывающимся.
Выпадающий список: свернут слева, развернут справа
10.3. Расширенный список и список множественного выбора
Расширенный список (Extended ListBox) и список множественного выбора (Multiple Selection ListBox) позволяют выбрать в списке несколько пунктов, например для выполнения над ними одинаковых действий. Пример - список файлов в папке с возможностью выбора нескольких, например, для удаления.
10.4. Модифицируемый список
Модифицируемый список (ListView Control) - особая форма расширенного списка. Содержит набор пунктов, каждый из которых включает пиктограмму и текстовую метку. Возможны варианты оформления:
|
Формат |
Описание |
|
Пиктограмма |
Каждый пункт - полноразмерная пиктограмма с текстовой меткой под ней. Пиктограмму можно перемещать мышью в любое место в видимой области списка. Пример - пиктограммы на Рабочем столе Windows. |
|
Маленькая пиктограмма |
Подобно первому, но пиктограмма маленькая, текстовая метка справа. |
|
Список |
Каждый пункт содержит маленькую пиктограмму и текстовую метку справа. Пункты упорядочены в виде столбца заданного формата. Пример - выпадающие меню в приложениях Windows. |
|
Отчет |
Пункты представляют собой строку с нескольким столбцами. В левом столбце размещена маленькая пиктограмм и текстовая метка справа, в остальных столбцах дополнительная информация. Пример - отображение в Проводнике списка файлов с детальным описанием. |
Для создания модифицируемого списка используется специальный редактор, окно которого показано на рис.5.3.4. В группе Items можно выбирать тему или подтему списка. Для новой темы в группе свойств Item Properties задаются Текст темы, номер пиктограммы Image Index и номер статуса State Index (если оно равно -1, то пиктограмма не отображается). Пиктограммы должны находится в компоненте ImageList, доступном редактору, и иметь там те же номера, что и в списке ListView.
Компонента ImageList может быть создана специальным редактором. В нем для создания списка нажимается клавиша Add (добавить). Вызывается окно выбора файла, в котором отыскивается файл нужной пиктограммы, которая отображается в поле Selected Image.
10.5. Модифицируемое дерево
Модифицируемое дерево (TreeView Control) - частный случай модифицируемого списка, в котором содержимое отображается с учетом иерархических соотношений между пунктами списка. В дереве допускаются более мощные операции редактирования, чем в модифицируемом списке. Этот компонент создается с помощью специального редактора, окно которого показано ниже. Редактор похож на редактор модифицируемого списка, но поддерживает больше возможностей.
10.6. Комбинированный список
Комбинированный список (ComboBox) является комбинацией однострочного редактора текста и списка с одиночным выбором. В поле развернутого списка отображаются строка редактора с кнопкой разворачивания справа и ниже развернутый список. Нажатие на кнопку разворачивания списка меняет его статус (свернут или развернут). При развернутом списке перемещением курсора выбирается элемент списка, щелчок по строке списка переносит ее содержимое в поле редактора для изменения. Отредактированное значение затем может быть использовано программно. В строку редактора заносится свойство текст компонента.
Лекция 11. Другие элементы графического интерфейса
В этом разделе рассмотрены другие элементы ПИ, которые могут полезны при разработке приложений.
11.1. Группирующий блок
Группирующий блок - это специальный элемент, который применяется для визуального объединения нескольких элементов интерфейса (в том числе разнотипных). Представляет собой прямоугольную рамку с текстовой меткой, обрамляющую группу элементов.
11.2. Этикетка вкладки
11.3. Полосы прокрутки
Полоса прокрутки, или скроллинга (ScrollBar), используется для просмотра не умещающихся в поле просмотра областей окна. Полоса прокрутки бывает горизонтальной и вертикальной. Обычно полосы прокрутки делаются невидимыми, если вся область окна умещается в поле просмотра. Полоса прокрутки содержит кнопки со стрелками для перемещения области просмотра в направлении, указанном кнопками, а также ползунок, перемещая который мышью пользователь может быстро менять область просмотра. Размер ползунка идентифицирует долю просматриваемой области по отношению ко всему окну.
11.4. Ползунковый регулятор
Ползунковый регулятор (TrackBar) используется для визуального выбора значения из заданного промежутка с помощью ползунка. Регулятор состоит из шкалы, которая определяет диапазон возможных значений регулируемой величины, и индикатора, который показывает текущее значение величины.
11.5. Индикатор состояния прогресса
Индикатор состояния прогресса (ProgressBar) позволяет визуализировать состояние выполняемого процесса, отображая долю выполненной работы от всей. Индикатор состоит из полоски, определяющей весь процесс, в которую слева врисовывается заполнение, показывающее выполненную часть процесса. Индикатор полезен также для обнаружения зависания компьютера.
11.6. Всплывающая подсказка
Всплывающая подсказка (ToolTip) - это небольшое окно, содержащее поясняющий текст, которое появляется на экране, когда пользователь размещает указатель мыши на элементе управления. Подсказка, как правило, размещается ниже и правее курсора и отображается фиксированное время. При уводе указателя с элемента подсказка исчезает. Есть возможность изменения свойств элемента.
11.7. Коллекции
Коллекция - это специальный элемент интерфейса, подобный группе переключателей, с той лишь разницей, что позволяет визуально выбирать параметр, например, тип линии, цвет и др. На рисунке показана коллекция для выбора цвета элемента графического оформления.
Лекция 12. Выбор визуальных атрибутов отображаемой информации
Продуманный выбор визуальных атрибутов отображаемой на экране информации в значительной степени влияет на психофизиологическое состояние пользователя и на эффективность его работы. По этой причине для реализации больших и ответственных проектов часто прибегают к услугам профессиональных дизайнеров. В Интернете даже появился даже термин Web-дизайн.
Для всех приложений, использующих ГПИ, справедливы следующие рекомендации:
Все графические элементы создают единую визуальную среду. Поэтому обязательным этапом разработки является выбор концепции внешнего облика приложения.
Каждый графический элемент связан с реализуемой им функцией, эта связь должна быть понятна пользователю. Применяйте понятные пользователю пиктограммы. Избегайте применения нестандартных пиктограмм для визуализации стандартных операций.
Необходимо эффективно использовать экран приложения. Не размещайте на экране много мелких элементов.
Цветовая палитра и композиция графических элементов должна быть удобна пользователю. Не применяйте чрезмерно ярких цветов, используйте цвета, облегчающие восприятие информации.
Применяйте ненавязчивые средства привлечения внимания пользователя к тем или иным элементам информации.
12.1. Композиция и организация
Человек значительно лучше воспринимает визуальную информацию, если она организована в пространственном отношении. Взгляд всегда привлекают фрагменты:
отдельно стоящие, а не сгруппированные,
крупные, а не мелкие,
графические, а не текстовые,
выделенные цветом, а не черно-белые.
Поэтому при проектировании визуальных элементов ПИ целесообразно опираться на следующие принципы:
Иерархическая организация отображаемой информации. Это означает размещение информации с учетом ее значения для других визуальных элементов. Для реализации этого принципа необходимо ответить на следующие вопросы: какая информация для пользователя наиболее важна, что пользователь хочет или должен делать и в какой последовательности, что пользователь хочет видеть на экране и в какой последовательности.
Визуальное привлечение внимания. Для этого нужно на каждом шаге работы выбрать наиболее важную деталь, подобрать графические элементы для ее представления, разместить и отобразить эти элементы.
Сбалансированность структуры экрана. Предполагает рациональное использование поверхности экрана, размещение на экране только той информации, которая необходима для исполнения очередного шага задания.
Визуальное объединение логически связанных элементов. Это способствует уяснению пользователем, как именно представленная на экране информация и элементы управления связаны с выполнением шага задания. Например, если на экране присутствует кнопка, при нажатии на которую меняется содержимое списка, лучше кнопку разместить рядом со списком.
Логическая согласованность отображаемой информации и удобство чтения текстов. Любая представленная на экране информация должна быть в компактной и понятной пользователю форме, пользователь должен понимать, как она связана с выполненным и последующим шагами задания.
Интеграция. Позволяет создать для пользователя предсказуемую рабочую среду. Необходимо использовать в различных компонентах приложения единых подходов к визуализации информации. Еще лучше, если в приложении использованы такие же визуальные параметры, как в системном интерфейсе.
12.2. Цвет
Цвет является одним из важнейших визуальных атрибутов интерфейса. Основные концепции использования цветов:
Цвет привлекает взгляд человека, поэтому цвет хорошо использовать для выделения элементов интерфейса, на которые нужно обратить внимание пользователя (например, для выделения текущего выбора).
Цвет имеет ассоциативный аспект. Элементы, выделенные одинаковым цветом, люди воспринимают, как связанные друг с другом.
Цветовая гамма может оказывать эмоциональное или психологическое воздействие. Например, различают "теплые" (оттенки красного) и "холодные" (оттенки голубого) цвета. Области, фон которых отображен теплым цветом, воспринимаются более крупными, чем области с фоном холодного цвета. Области на белом фоне кажутся ярче и легче воспринимаются пользователем при внешнем освещении. Некоторые комбинации цветов неприятны для глаза человека (например, это голубые символы текста на красном фоне). По результатам психологического воздействия цветов на человека выработаны данные:
|
Цвет |
Воздействие |
|
Голубой |
Успокаивает |
|
Красный |
Волнует и утомляет |
|
Зеленый |
Настраивает на безынициативный лад |
|
Желтый |
Вызывает легкомысленный настрой |
|
Оранжевый |
Раскрепощает фантазию |
|
Фиолетовый |
Цвет зависти, тревоги, неудовлетворенности |
|
Коричневый |
Угнетает умственную активность |
|
Черный |
Способствует возникновению головных болей, но снижает число ошибок |
При выборе цветовой палитры следует руководствоваться дополнительными факторами:
Ассоциация между цветом и конкретным действием не всегда будет узнаваема пользователем.
Цвет - субъективная характеристика, по разному воспринимаемая разными людьми. То что нравится вам совсем не обязательно будет приятно другим. На вкус и цвет товарища нет.
Некоторые пользователи (около 9% населения мира) могут иметь проблемы с восприятием цветов.
Выводы:
Цвет должен использоваться только как дополнительная форма отображения информации.
В рамках одного приложения используйте ограниченное множество цветов.
Лучше использовать приглушенные, пастельные цвета.
Разрешите пользователю настраивать гамму цветов, где это возможно. При разработке средств настройки цветов учитывайте сложность выполнения этой операции и квалификацию пользователя.
12.3. Шрифт
Шрифты способствуют организации информации и созданию определенного настроения пользователя.Изменяя размер, плотность и начертание шрифта вы можете указать пользователю на степень важности информации и желаемый порядок восприятия.
Старайтесь не использовать курсив (Italic) и рубленный шрифт (Serif), так как они труднее читаются, особенно на мониторах с низким разрешением.
Ограничьте в приложении количество используемых шрифтов. По возможности используйте для общих элементов интерфейса системный шрифт. Это обеспечивает визуальную согласованность между интерфейсами вашего приложения и рабочей среды, а также облегчит масштабирование вашего приложения..
12.4. Многомерность экрана
При изображении ряда элементов полезно использовать перспективу, подсветку и затенение для получения эффекта трехмерного образа. Это способствует повышению функциональности интерфейса и обратной связи при работе пользователя с компьютером. Например, с помощью таких приемов кнопки визуально отображаются нажатыми или отпущенными.
Помните однако, что многомерные элементы занимают на экране больше места, чем "плоские". Применяйте их только для интерактивных элементов, когда объемное изображение повышает функциональность. Не делайте объемные элементы "для красоты".
12.5. Пространственное размещение визуальных элементов
Размеры и размещение визуальных элементов важны для создания предсказуемой среды. Визуальная структура должна облегчать понимание назначение элементов, отображаемых в окне. Используйте следующие правила:
Группирование. Предполагает компактное размещение взаимосвязанных элементов. Можно просто размещать элементы рядом друг с другом. Однако лучше помещать сгруппированные элементы в специальных компонент - контейнер.
Размещение групп. Для количественных оценок размещения предложена единица измерения - дискрета окна. Она равна по горизонтали одной четверти от средней ширины, а по вертикали одной восьмой от средней высоты символов текущего системного шрифта. Рекомендуется между элементами группы оставлять промежуток не менее 4 дискрет, а расстояние от края группы до границы окна не менее 7 дискрет.
Выравнивание. Это дополнительный способ отображения взаимосвязанной информации. Различают три способа выравнивания: горизонтальное (по верхнему краю, нижнему краю или по центру выравниваемых элементов), вертикальное (по левому краю, правому краю или по центру выравниваемых элементов), смежное (когда элементы смыкаются краями). При вертикальном выравнивании рекомендуется рекомендуется выравнивание по левому краю для текста и правому краю для чисел.
12.6. Визуализация выполняемых операций
Визуализация выполняемых операций - один из способов представления пользователю обратной связи с приложением. Она облегчает пользователю уяснение сущности выполняемой операции, а также коррекцию поведения при ошибочных или неудачных действиях.
Визуализация операций выбора должна позволить пользователю однозначно идентифицировать выбранный объект на фоне остальных. Для выделения объекта разумно использовать системный цвет выделения, к которому пользователь привык, работая в среде окружения с иными приложениями..
Изображение выбираемого объекта должно изменяться непосредственно в процессе выполнения операции выбора. При наличии на экране нескольких связанных окон результат выбора, за редким исключением, должен отображаться только в активном окне, чтобы пользователь видел, к какому из объектов выбора относится его действие.
Иногда полезным средством визуализации является визуализация анимацией. Пример этого окно, возникающее в операционной системе при копировании файлов. Анимация позволяет также обнаружить зависание приложения.
Лекция 13 Средства поддержки пользователя
13.1. Окно Сообщение
Окно Сообщение - это вторичное окно, используемое для вывода на экран сообщений пользователю. В нем обычно размещаются:
Заголовок.
Графический символ, визуально характеризующий сообщение. Например, знак вопроса - запрос подтверждения, восклицательный знак - предупреждение, буква i - информация, крест - невозможность действия.
Текст. Должен быть ясным, кратким и обязательно однозначным.
Кнопки выбора продолжения.
13.2. Контекстная помощь
Обеспечивает представление пользователю информации о конкретном объекте или ситуации. Примеры средств оказания контекстной помощи:
Команда Что это? Осуществляет контекстно-зависимую подсказку. При выборе этой команды указатель мыши меняет форму на стрелку со знаком вопроса. При подведении курсора к желаемому объекту и щелчка мышью по нему из файла контекстной помощи для выбранного объекта вызывается его описание.
Всплывающая подсказка. Это небольшое всплывающее окно, появляющееся на некоторое время при наведении указателя мыши на объект. В этом окне размещается краткое описание объекта. Средство очень полезно для пиктограмм, внешний вид которых не очень ясно идентифицирует объект.
Строка состояния. Размещается в окне приложения. В него выводятся кратки сообщения о состоянии системы. Например, при завершении выбора страницы в браузере Интернета в строке состояния выводится фраза Готово.
13.3. Проблемно-ориентированная помощь
Проблемно-ориентированная помощь. Представляет собой описание последовательности шагов, необходимых для выполнения задачи. Помощь организуется в виде разделов, каждый из которых описывает один шаг. Помощь обычно снабжается навигатором для быстрого перемещения по документу. При больших размерах файл помощи снабжается кнопками-акселераторами с гипертекстовыми ссылками для быстрого перемещения по разделам.
13.4. Справочник
Представляет пользователю справочную информацию в форме интерактивной документации. Пример - справка по программе Front Page. Содержит поля:
Обращения к оглавлению, при выборе которого в отдельном окне выводится иерархически организованное оглавление. По оглавлению можно выбрать любой раздел.
Поле ввода текста для поиска слов в документе. Если компьютер соединен с сетью Интернет, то поиск осуществляется по всему миру.
Поле Microsoft Office Online для обращения к средствам онлайновой поддержки на Web-сайте Microsoft (это учебный курс, сообщество пользователей приложения, загрузка обновлений)
Справочники в настоящее время могут быть в виде одного файла с расширением .hlp или в виде набора HTML файлов с гиперссылками (например, справка по системе MATLAB содержит несколько тысяч файлов.
13.5. Мастера
Мастер - это специальная форма пользователю, позволяющая автоматизировать выполнение задачи посредством диалога системы с пользователем. Мастера применяют в тех случаях, когда задача достаточно сложная и требует опыта работы и знания технических деталей. Мастер "проводит" пользователя по задачи, требуя от него только конкретных данных и выполняя основную часть работы автоматически. С точки зрения ПИ мастер - это набор диалоговых панелей, последовательно отображаемых на экране по мере выполнения пользователем очередного шага задания.
Каждая панель содержит:
элементы интерфейса для ввода требуемых данных,
кнопку Далее для перехода к следующему шагу,
кнопку Назад для возврата к предыдущему шагу, если нужна коррекция (на первой странице недоступна),
кнопку Готово для применения введенных пользователем или по умолчанию данных и инициации выполнения задания.
Пример широкого использования мастеров - программа Excel.
13.6. Средства обучениия
Практика показывает, что даже при наличии полной и подробной документации на программный продукт, выполненной в печатной форме, пользователи предпочитают осваивать его методом "проб и ошибок". Чтобы попробовать все и не пропустить деталей, лучше воспользоваться специальными учебными средствами, которые имитируют работу с моделью, в которой затрагиваются особенности работы приложения. Для конкретного приложения может быть несколько средств обучения, содержание которых зависит от следующих факторов:
сложность приложения,
квалификация пользователя,
время, отводимое на обучение.
Различают несколько этапов обучения:
"Стимул-ответ". На этом этапе вырабатывается точная реакция пользователя на заданны стимул. Например, для вызова выпадающего меню требуется щелкнуть левой кнопкой мыши по пункту главного меню.
Обучения цепочкам событий. Например, для коррекции содержимого файла: открыть, отредактировать, сохранить.
Концептуальное обучение. Пользователь должен научиться определять общие свойства множества объектов. Например, разрешенные действия для графических объектов.
Обучение правилам. Предполагает освоение увязывания друг с другом концепций. Например, правила технологии связывания и внедрения объектов OLE (Object Linking and Embedding).
Обучение решению задач. Состоит в формировании навыков при решении конкретных задач. Например, распределение ресурсов между клиентами
Средства обучения бывают автономные и встроенные в приложения. К встроенным относятся:
Полезные советы. Реализуется в виде последовательных советов по работе с приложением. По умолчанию очередной совет отображается при каждом новом запуске приложения. Пользователю дается право просмотреть все страницы советов, либо отменить их отображение. Считается, что это наименее эффективное средство обучения, позволяет обеспечить только первый этап - обучение основам работы с приложением.
Подборки примеров. В этом средстве реализован наиболее традиционный принцип обучения "делай, как я". Примеры можно использовать и как прототип, для создания своего приложения, подобного примеру. Хорошим примером являются демонстрационные примеры системы компьютерной математики MATLAB, в которых представлены примеры приложений для различных предметных областей. Это средство может успешно применяться на втором и третьем этапах обучения
Демонстрационные ролики. С их помощью пользователь последовательно проводится по всем этапам работы с приложением на демонстрационном наборе данных. Это средство может применяться на четвертом и пятом этапах обучения.
Электронные учебники. В них вводится интерактивность, когда раздел обучения выбирает сам пользователь. Электронные учебники в настоящее время выполняются в форматах Help - Помошь (единый файл с перекрестными ссылками), HTML (набор файлов с перекрестными ссылками), PDF (Portable Document Format.) - формат портативного документа (единый файл с перекрестными ссылками, оформленный со страничной организацией таким образом, что воспроизводится одинаково на любой платформе). Эффективность электронного учебника повышается при наличии анимационных вставок, иллюстрирующих динамику при работе с приложением. Электронные учебники поддерживают все этапы обучения.
. 13.7.Сенсорный ввод
Принцип работы данных в сенсорных устройствах аналогичен принципу ввода в манипуляторах-координатах. Различают следующие устройства сенсорного ввода:
Сенсорный манипулятор - класс координатных устройств - представляет собой коврик без мыши. В данном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику. Отсутствие механических частей обеспечивает небывалую долговечность таких устройств. Несмотря на компактные размеры коврика, осуществляется полноэкранное управление курсором и разрешающая способность в 1000 точек на дюйм.
Сенсорный, тактильный экран представляет собой поверхность, которая покрыта специальным слоем. Это устройство дает возможность выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Сенсорный экран удобен при использовании, особенно когда необходим быстрый доступ к информации. Вы можете увидеть такие устройства ввода в банковских компьютерах, аэропортах, а также в военной сфере и промышленности.
Световое перо имеет светочувствительный элемент на своем кончике. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Световое перо используется в различных системах проектирования и дизайна.
Дигитайзер, графический планшет, используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков. Изображение преобразуется в цифровые данные, отсюда название устройства от английского слова digit, что означает - "цифра". Условия создания изображения приближены к реальным, достаточно специальным пером или пальцем сделать рисунок на специальной поверхности. Результаты работы дигитайзера воспроизводится на экране монитора и в случае необходимости могут быть распечатаны на бумаге. Дигитайзерами обычно пользуются архитекторы, дизайнеры.
Интерактивная доска. На ней лектор, используя световое перо, отображает рисунки, которые затем переносятся в компьютеры, соединенные с доской, и фиксируются там.
Лекция 14. Средства реализации ПИ
14.1. Классификация
Средства реализации ПИ развивались в связи с развитием средств ввода и отображения данных в компьютерах. Употребляемые в настоящее время средства могут быть классифицированы следующим образом:
Первыми появились средства, не поддерживающие технологию WYSIWYG, что расшифровывается как «What You See Is What You Get» (To, что Вы видите, то Вы и получаете). Подобные системы, как правило, ориентированы на символьный интерфейс. В зависимости от используемых для них программных средств они подразделяются на:
С появлением графического интерфейса стали развиваться системы, поддерживающие технологию WYSIWYG. Они могут строиться с использованием универсальных языков программирования, CASE средств автоматизации создания программного обеспечения или проблемно-ориентированных языков.
Наибольшее применение получили системы, использующие универсальные языки программирования:
Менее распространены системы поддерживающие другие универсальные языки (Java, Visual Java и др.).
Среди проблемно-ориентированных средств этой группы можно выделить:
В связи с развитием сети Интернет все более широкое распространение получают Web-средства, предназначенные для разработки Web-страниц и Web-сайтов. Вообще говоря наиболее эффективным средством для этого принято считать написание кода на языке разметки гипертекста.HTML в простом текстовом редакторе Блокнот. Однако такой подход требует хорошего знания языка программирования HTML, что для рядового пользователя не всегда приемлемо. Для ускорения разработки можно использовать один из специализированных визуальных редакторов HTML, в которых большая часть кода формируется автоматически. В настоящее время наибольшее применение находят:
14.2. Инструменты реализации средств поддержки пользователя
При реализации любого приложения обязательно обеспечение поддержки действий пользователя. Для этого применяются:
Для создания справочника должны использоваться специальные средства. Например, Вы можете создать файл справки с помощью входящей в операционную систему Windows утилиты WinIHelp32. При этом необходимо выполнить следующие действия:
Альтернативный вариант - создание справочника из набора связанных друг с другом файлов на языке HTML. Отдельные файлы можно создавать с помощью любого средства работы с языком HTML. Недостаток такого подхода - большой справочник содержит очень много файлов. Для автоматизации установки связей между отдельными файлами можно воспользоваться утилитой HTML Help Workshop.
Контекстная справка. Предназначена для быстрого получения данных по действиям для каждого объекта интерфейса. Ее можно создать любыми средствами создания ПИ. Можно воспользоваться и специальной программой What's This? Help Composer (Конструктор справки Что это?) из пакета RoboHelp Office.
Мастера. Они позволяют провести пользователя по длинной последовательности операций, выполняя большую часть действий автоматически, запрашивая у пользователя только конкретные данные.
14.3. Средства разработки Web-документов
Для рядовых пользователей Интернета при создании собственного web-сайта нет необходимости изучать сложные структуры языка разметки гипертекста или его расширений, поскольку помимо «классического» метода подготовки html-документов вручную существует и другой достаточно популярный способ - применение web-редакторов, автоматически генерирующих большую часть необходимого пользователю кода.
Существует множество HTML-редакторов, построенных по принципу WYSIWYG, что расшифровывается как «What You See Is What You Get» (To, что Вы видите, Вы и получаете). Один из самых распространенных и популярных из них Microsoft FrontPage, который входит в состав дистрибутивов Microsoft Office. Освоив базовые принципы работы с FrontPage, Вы без труда сможете изучить любой другой визуальный html-редактор, выбрав из них тот, который наиболее соответствует вашим вкусам, потребностям и задачам. Главное достоинство этого редактора по сравнению с другими аналогичными продуктами состоит в том, что он имеет стандартный для программ Microsoft Office интерфейс со стандартным же расположением элементов управления.
Не лишен FrontPage и недостатков, среди которых следует отметить способность генерировать значительное количество так называемого паразитного кода, то есть лишних тегов HTML, занимающих в листинге документа место, но не несущих какой-либо смысловой нагрузки. В большинстве случаев ответственность за обилие паразитного кода в листинге html-документов несет сам web-мастер, поскольку девяносто процентов неисполняемых директив появляется в коде web-страниц из-за множества исправлений, которые он делает в основном окне редактора. После создания, уничтожения и повторного создания какого-либо визуального объекта на web-странице FrontPage не «затирает» за собой остатки от предыдущего, уже удаленного элемента, в результате чего количество таких «хвостов» растет в арифметической прогрессии, порой превышая все разумные рамки. Из этого факта следуют три простых вывода:
Интерфейс программы FrontPage выглядит так:
В окне размещены:
В окне настроек, вызываемом командой Файл>Свойства..., можно установить желаемые свойства страницы.
Окно содержит 5 вкладок. Вкладка Общие включает следующие настройки, которые пользователь по желанию может изменить:
Важным в окне настроек свойств документа является определение языка кодировки документа. Средства для этого находятся на вкладке Язык. В выпадающем списке области Набор знаков рекомендуется выбрать Кириллица для страниц с графическим интерфейсом или Кириллица (КОИ8-Р) для страниц с символьным интерфейсом.
Набор текста
Текст, помещаемый в документ HTML для отображения в клиентском браузере, набирается в окне Конструктора, как в обычном текстовом редакторе. Доступны следующие средства форматирования:
Текст можно также импортировать в html-документ из буфера обмена с использованием команды Правка>Вставить. Рекомендуется импортировать текст в html-документ из буфера обмена, предварительно набрав его в редакторе Блокнот (Notepad). При переносе текстов на web-страницу из других текстовых редакторов, например из Microsoft Word, иногда происходит нарушение форматирования текстовых блоков.
Списки и разделители
Нумерованные и маркированные списки создаются в открытом документе FrontPage по тому же алгоритму, что и списки, включаемые в документ Word. Разрыв текста можно создать, выбрав пункт меню Вставка>Разрыв, указав в появившемся диалоговом окне параметры переноса строк после разрыва абзаца. Горизонтальная разделительная линия вставляется в web-страницу с помощью пункта меню Вставка > Горизонтальная линия. Вот так она выглядит:
Параметры отображения разделительной линии (цвет, высота, ширина, выравнивание, стиль) можно изменить, выделив линию нажатием левой кнопки мыши и выбрав в меню, появившемся по нажатии правой кнопки, пункт Свойства горизонтальной линии.
Размещение иллюстраций
Графические изображения включаются в web-страницу командой Вставка>Рисунок>из файла. В диалоговом окне выбирается файл желаемой картинки. Параметры отображения картинки в браузере можно изменить, выделив изображение нажатием левой кнопки мыши и выбрав нужный пункт выпадающего по нажатии правой кнопки меню Свойства рисунка.
Окно настройки свойств изображения содержит три вкладки:
Гиперссылки
Поддерживаются ссылки на внешние объекты (Hyperlink - гиперссылка) и внутри страницы (Bookmark - закладка).
Для того, чтобы организовать гиперссылку с web-страницы, необходимо проделать следующие действия:
После завершения выбранный Вами объект получит статус гиперссылки.
Для создания ссылки внутри web-страницы, можно поступать аналогично, предварительно создав закладку внутри страницы. Для этого выполните следующие действия:
Таблицы
Для создания новой таблицы используется команда Таблица>Вставить>Таблица, либо кнопка Добавить таблицу на стандартной панели инструментов. В результате на экране появится диалоговое окно, которое позволит Вам установить параметры создаваемой таблицы.
В окне можно:
Прочие элементы FrontPage
FrontPage позволяет оперировать с другими элементами документов HTML. В состав страницы можно включать:
|
Форма |
|
|
Поле |
|
|
Текстовое поле |
|
|
Поле отправки файла |
|
|
Флажок |
|
|
Переключатель |
|
|
Группа |
Группа
|
|
Раскрывающийся список |
|
|
Кнопка |
|
|
Расширенная кнопка |
Прототип для текста
|
Можно интегрировать в web-страницу Web-компонент, выбираемый в окне, возникающем по команде Вставка > Web-компонент
.
Если Вы хотите разнообразить свою страницу не функциональным, а чисто декоративным объектом, можете включить в заголовок html-документа бегущую строку. Для этого Вам необходимо использовать пункт меню Вставка>Бегущая строка, при выборе которого на экране появится окно настройки свойств бегущей строки.
В верхнее поле данного окна вводится текст, который будет отображаться в клиентском браузере в виде бегущей строки. В пункте Направление выберите направление движения текста, в пункте Скорость параметры анимации: задержку между перерисовками символов на экране в микросекундах и количество таких задержек в каждом интервале времени. Пункт Поведение позволяет выбрать один из трех режимов:
Пункт Размер позволяет изменить геометрические размеры бегущей строки, а пункт Цвет фона - выделить бегущую строку цветовой фоновой заливкой. В пункте Повторы можно задать непрерывное перемещение строки по экрану, либо необходимое вам количество повторений.
Правило1: дайте контроль пользователю
Принципы, которые дают пользователю контроль над системой:
- используйте режим благоразумно;
- предоставьте пользователю выбирать: работать либо мышью, клавиатурой или их комбинацией;
- позвольте пользователю сфокусировать внимание (прерываемость);
- демонстрируйте сообщения, которые помогут ему в работе (полезность);
- создайте условия для немедленных и обратимых действий , а также обратной связи;(снисходительность);
--обеспечьте соответствующие пути и выходы(способность ориентировки);
Приспосабливайте систему к пользователям с различным уровнем подгодовки (доступность);
Сделайте ПИ более понятным;
-дайте пользователю возможность настраивать интерфейс по своему вкусу ( приспосабливаемость);
Разрешите пользователю напрямую манипулировать объектами интерфейса( интерактивность);
Дадим краткую характеристикуку некоторых правил.
Правило2: уменьшите нагрузку на память пмользователя.
Принципы, позволяющие снизить загрузку памяти пользователя:
-не загружайте кратковременную память (запоминание);
- полагайтесь на разпознование, а не на повторение( распознование);
-представьте визуальные заставки (информировыание);
- предусмотрите установки по умолчанию, команды Undo u Redo
- Предусмотрите «быстрые « пути (*быстрота) ;
- активизируйте синтаксис действий с объектами (интуитивность);
-используйте метафоры из реального мира( перенос);
- применяйте раскрытие и объяснение понятий и действий (контекст);
-увеличьте визуальную ясность (организация).
Правило3: сделайте интерфейс совместимым
Принципы создания совместимого интерфейса:
-проектирование последовавтельного интерфейса (последовательность);
- общая совместимость всех программ (опыт);
- сохранение результатов взаимодействия (прогнозирование);
-эстетическая привлекаательность и цельность,
-поощерение изучения.
Лекция15. Речевые технологии
15.1. Введение
Речевые технологии - технологии ХХI века, благодаря которым появилась возможность управлять компьютером с помощью голоса, диктовать текст, слушать, а не читать книги, а в перспективе общаться с компьютером на интеллектуальном уровне. Основными направлениями исследований в этой области являются:
распознавание речи,
синтез голоса,
средства речевого управления,
идентификация по образцу речи.
15.2. Распознавание речи
Обучить компьютер понимать человеческую речь и "озвучивать" различные синтезируемые "на лету" сообщения - до сих пор остается чрезвычайно заманчивой задачей. Решить ее означало бы существенно продвинуться на пути к реализации естественного интерфейса пользователя.
Как утверждают психологи, восприятие речи - одно из самых загадочных проявлений человеческого интеллекта. Совершенно непонятно, каким образом дети учатся понимать устную речь и говорить. Речь ведь далеко не однозначна - определить, какому именно слову соответствует произнесенное сочетание звуков, можно только по контексту.
Задача машинного распознавания речи привлекает внимание специалистов в области компьютерных наук уже очень давно. Тем не менее, продвинуться в этом направлении пока удалось относительно недалеко. Чисто формально процесс распознавания речи можно описать буквально в нескольких фразах:
Аналоговый сигнал, генерируемый микрофоном, оцифровывается.
В речи выделяются так называемые фонемы, то есть элементарные фрагменты, из которых состоят все произносимые слова.
Затем определяется, какое слово соответствует сочетанию фонем, и строится соответствующий словарь.
Распознать слово - значит найти его в этом словаре по произнесенному сочетанию фонем.
Все это выглядит столь линейно, разумеется, лишь при таком предельно упрощенном описании. Проблемы всплывают, стоит хоть немного задуматься о том, как эту схему можно было бы реализовать на практике:
Во-первых, человек обычно не делает паузы между словами, а при слитном произнесении к задаче распознавания прибавляется еще и задача выделения слов из потока речи, что заведомо более сложно. Особенно "неприятна" необходимость выделять односложные слова - именно с ними и связано максимальное число ошибок реально существующих систем. Можно, конечно, потребовать, чтобы человек произносил слова по одному, делая достаточно продолжительные паузы (а лучше, чтобы каждое следующее слово произносилось после звукового сигнала от компьютера). Не очень удобно, но для подачи простых команд сгодится.
Следующая проблема - различие голосов, диалектов, дикций и прочие индивидуальные особенности говорящих. Для того, чтобы система работала устойчиво, она должна, например, "осознавать", что мягкое южное и твердое северное "г" - это одна и та же буква.
Существует два существенно различающихся режима работы: с настройкой на голос определенного человека и без такой настройки. Размеры словаря при работе с настройкой на голос (speaker-dependent) в настоящее время могут достигать многих тысяч слов при слитном произнесении. Процедура настройки на голос выглядит следующим образом: человек читает некий специальным образом составленный текст, компьютер распознает слова и выдает вариант распознавания человеку. Человек исправляет ошибки и читает текст снова. После нескольких таких итераций процесс сходится, и компьютер оказывается в состоянии распознавать речь своего "хозяина".
Наконец, последний, наиболее сложный для реализации, но одновременно и наиболее перспективный режим работы - распознавание без настройки на голос. При этом гарантируется, что система распознает любое включенное в словарь слово, кем бы оно ни было произнесено. Здесь, как правило, словари насчитывают небольшое количество слов (обычно не более двух десятков) и существуют для относительно небольшого числа языков (примерно тридцати); русский язык в это число хотя и входит, однако количество распознаваемых русских слов совсем уж невелико.Создание словаря для распознавания речи без настройки на голос - дело весьма сложное и дорогое. Для решения этой задачи разработчикам приходится опрашивать большое число (несколько сотен или даже тысяч) носителей языка, выделять некие общие элементы речи, "усреднять" их определенным способом - и все этого для того, чтобы обеспечить распознавание каких-нибудь десяти-двадцати слов. Чаще всего словарь без настройки на голос пользователя требует раздельного произнесения слов. Для целого ряда приложений этого, однако, оказывается вполне достаточно.
15.3. Программы распознавания речи
Один из самых давних игроков на рынке программ распознавания речи, Dragon Systems, была первой компанией, предложившей в 1997 г. программу распознавания непрерывной речи общего пользования. Позже Dragon предложил улучшенный ее вариант - Dragon NaturallySpeaking Preferred Edition 2.0. Вскоре IBM предложил ViaVoice - аналогичную программу, стоившую на сотни долларов меньше конкурента, но обладающую меньшей точностью распознавания.
NaturallySpeaking и ViaVoice могут работать сразу после того, как вы прочтете несколько предложений. Чтобы добиться лучших результатов следует, однако, произвести 30-минутную тренировку. Чтобы еще лучше подготовить программу следует прочитать текст или импортировать документы, содержащие наиболее часто употребляемые вами слова.
NaturallySpeaking включает большой набор команд форматирования и редактирования, хотя предполагает использование только собственного текстового процессора. При тестировании программа оказалась несложной даже для начинающего. Она имеет точность около 89%. Чтобы добиться точности порядка 95% и разобраться со всеми особенностями и возможностями программы вам придется работать с ней ежедневно и длительное время.
Вообще говоря, NaturallySpeaking не заменяет клавиатуру и мышь. Имея неплохую точность, программа устроена так, однако, что обнаруженные ошибки быстрее устраняются вручную, чем голосовыми командами. Dragon рекомендует использовать микрофоны лишь определенных производителей, среди которых Labtec и Vxi.
Вы можете поупражнять программу распознавать специфические слова и импортировать документы (формата DOC, HTML, RTF и TXT), чтобы расширить имеющийся базовый словарь из 230 000 слов (программа может работать лишь с 30 000 словами единовременно). Вы можете добавить также фразы, состоящие из нескольких слов, например, On-Line! Digest, задавая желаемую пунктуацию и орфографию. Данная программа дает возможность работать нескольким пользователям, каждый из которых может провести собственный цикл подготовительных упражнений.
Большим преимуществом NaturallySpeaking является то, что вам нет необходимости прекращать диктование для внесения исправлений. Сделав ошибку, вам следует лишь сказать "Scratch that" [стрэч зэт] и программа удалит последнее сказанное вами слово. Вы можете свободно перемещаться по документу и форматировать его параллельно с диктованием. Произнося "Correct that" [корэкт зэт], вы открываете окно со списком альтернативных вариантов сказанного вами слова. Если желаемое слово есть в списке, вы произносите "Choose" [чуз] и номер слова в списке. Если слова нет в списке вы можете произнести его еще раз полностью или по буквам (Alpha, Bravo . . .). Программа может также воспроизвести пассаж или весь документ.
В заключение отметим наличие голосовых команд управления. Вы можете управлять меню и диалоговыми окнами. Например, произнеся "Click Edit" [клик эдит], вы откроете меню редактирования, а произнеся "Click OK" [клик оукэй] или "Cancel" [кэнсл], вы закроете его. При этом вы можете оперативно работать мышью, выполняя все главные команды - перетаскивание, правый щелчек и т.д.
Чтобы изучить весь набор команд редактирования, форматирования и навигации, имеющиеся в NaturallySpeaking, придется потратить довольно много времени. Этот процесс может быть облегчен заданием вопроса "What Can I Say?" [уот кэн ай сэй] и программа предложит список возможных команд.
NaturallySpeaking очень выиграет, если появится возможность ее интегрирования с другими программами. Хотя и без этого она - лучшая на сегодняшний день программа распознавания непрерывной речи. Программа включена в состав операционной системы Windows. Ее недостаток – отсутствует поддержка русского языка.
"Горыныч" - программа распознавания русской речи. Разработчик - VoiceLock, соразработчик: российская фирма White Computers. Возможности программы:
ввод текста с голоса на русском и английском языке,
голосовое управление периферийным оборудованием; голосовое управление отдельными функциями операционных систем Microsoft Windows 95/98/NT,
позволяет оформлять документы, дипломные работы (включая формулы) для школьников
голосовое управление функциями текстовых редакторов и прикладных программ, , абитуриентов, студентов.
В первых версиях программы в качестве ядра системы используется американская программа "Dragon Dictate" и русский модуль, разработанный программистами White; он обеспечивает ввод под диктовку русского текста и голосовое управление по-русски (и те же функции для английского языка). Скорость голосового набора текстов зависит от производительности компьютера и может достигать 500-700 печатных знаков в минуту, что значительно превышает скорость "слепого" метода печатания.
При этом система "Горыныч" осуществляет автоматический контроль правописания: в текстах, введенных с ее помощью, исключены орфографические ошибки, что практически недостижимо при использовании клавиатурного ввода. Во время работы Вы по-прежнему можете пользоваться клавиатурой и мышкой. Чем чаще Вы диктуете, тем больше система "привыкает" к Вашему голосу.
После окончания работы с программой она всегда предлагает Вам сохранить библиотеку произношения пользователя. Отличительной особенностью системы является работа с несколькими библиотеками произношений - их количество может достигать восьми на одном рабочем месте.
Диктовка осуществляется строго по словам, т. е. после каждого слова нужно делать паузу. Длительность паузы может быть совсем небольшой, так что при достаточном опыте скорость ввода с голоса получается довольно высокая. Слова лучше произносить отчетливо, но "как произносится", а не "как пишется" (не будем забывать, что "Горыныч" - надстройка над английской системой, а для английского иной подход просто немыслим). Пожалуй, серьезнее всего задерживает ввод необходимость дожидаться, пока слово появится на экране, - задержка, разумеется, тем заметнее, чем слабее машина.
В новой версии программы с названием "Комбат" декларируется значительное улучшение качества распознавания, переработанный интерфейс, добавление возможности диктовки на английском языке, а также возможность перевода слов (как с русского на английский, так и с английского на русский) перед выводом на экран. Программа использует оригинальное ядро, полностью основанное на российских разработках. Тестирование программы показало посредственное качество распознавания при диктовке - 30% (даже если говорить идеально, с расстановкой слов).
15.4. Подача голосовых команд компьютеру
Резкое увеличение популярности компьютерной телефонии, наблюдаемое в последние годы, в первую очередь связано с технической революцией в этой области - появлением гибких модульных систем на базе открытых стандартов. Это сопровождалось весьма существенным удешевлением аппаратуры и программного обеспечения для этой технологии. В современном понимании, компьютерная телефония - это технология, основанная на интеграции телефона и компьютера в единую телекоммуникационную среду, при этом, с одной стороны, компьютер используется для интеллектуальной коммутации телефонных вызовов, а с другой, телефон превращается в средство удаленного доступа к компьютерным ресурсам при использовании голосового интерфейса с пользователем. К этой же области относятся и другие прикладные компьютерные системы, связанные с поддержкой передачи информации по телефонным линиям, такие как голосовая почта, факсимильная почта, факс-серверы и так далее.
В этой области подача голосовых команд компьютеру становится одним из основных средств управления системой. Человек, имеющий в руках телефонный аппарат, может управлять удаленным компьютером либо набирая определенные комбинации цифр, либо подавая голосовые команды. Первый способ более прост в реализации и, фактически, на сегодняшний день является наиболее распространенным. Однако его возможности существенно ограничены. Попытайтесь, например, представить себе, как может быть устроена подобная информационная система с железнодорожным расписанием. Как вводить станцию назначения? Второй способ потенциально существенно более гибок, позволяет использовать куда больший "ассортимент" команд и избавляет абонента от необходимости вводить длинные комбинации цифр. Впрочем, все эти преимущества носят, так сказать, количественный характер. А вот и качественное. Все стандартные аппаратные средства компьютерной телефонии рассчитаны на работу с тоновым набором телефонного номера. Между тем, примерно 85% телефонных аппаратов в мире осуществляют импульсную кодировку набранных цифр. По ряду технических причин, на которых мы за недостатком места останавливаться здесь не будем, наиболее удобной альтернативой импульсному набору является именно использование голосовых команд. В условиях России, в частности, это может оказаться единственной возможностью создать полномасштабную прикладную систему компьютерной телефонии.
Каков же арсенал компьютерно-телефонных средств распознавания голоса? Здесь мы имеем в виду только средства модульных систем компьютерной телефонии на базе плат расширения для компьютера, о которых говорилось выше. В них используются специализированные процессоры для цифровой обработки сигналов - DSP, в оперативную память которых в момент включения компьютера загружается программное обеспечение, поддерживающее выполнение всех необходимых функций. Именно это программное обеспечение и отвечает за выполнение всех необходимых операций нижнего уровня; прикладное программное обеспечение определяет только общую логическую структуру приложений. Такое решение дает возможность устанавливать системы компьютерной телефонии даже на относительно слабых персональных компьютерах.
Общая схема распознавания речи такова: поступающий по телефонным линиям голосовой сигнал сначала оцифровывается, а затем по внутренней шине передается на плату расширения для распознавания речи. Собственно распознаванием занимается специальное программное обеспечение, загруженное во внутреннюю оперативную память платы. Существуют и чисто программные средства для распознавания речи. Таковым, в частности, является программа для распознавания речи в компьютерной телефонии VRSoft, представленная компанией Voice Control Systems (VCS). Работа с такой программой позволяет, с одной стороны, избежать расходов на приобретение дополнительного оборудования, а с другой, существенно повышает требования к используемому компьютеру и уменьшает число каналов одновременного распознавания. Например, стандартная плата распознавания речи VR/160, выпускаемая Dialogic, может "обслужить" до 16 каналов одновременно, а возможности VRSoft ограничены четырьмя каналами. Помимо простых плат для распознавания речи, Dialogic выпускает и куда более мощное аппаратное обеспечение - семейство плат Antares, специально предназначенных для разработки продвинутых голосовых приложений. Antares представляет собой четырехпроцессорную плату расширения с большим объемом оперативной памяти. Программируя эту плату, можно создавать любые телефонно-компьютерные приложения на одной плате - Antares объединяет в себе возможности всех плат семейства Dialogic. Важным свойством Antares является наличие открытой платформы для разработки загружаемого программного обеспечения, что позволяет программисту выйти за рамки разработки собственно приложений и писать программы непосредственно для DSP-платы.
В компьютерной телефонии применяются все три режима распознавания речи. Распознавание речи с настройкой на голос используется в различных системах, имеющих конкретного хозяина. Например, можно отдавать голосовые команды набора номера при работе с мобильным телефоном - едет человек в машине, включает телефон и произносит: "позвонить в офис" или "позвонить такому-то", а потом система автоматически набирает нужный номер. Для того, чтобы выполнить такую задачу, телефон должен быть включен в соответствующую систему, работающую с распознаванием голоса. Далее - пользователь может диктовать по телефону необходимые для отправки сообщения и указывать (также голосом), по какому адресу их следует направлять. Защитные голосовые системы, в которых интонационный рисунок речи используется как пароль, применяются для защиты от несанкционированного доступа к данным.
Распознавание речи без настройки на голос особенно важно для российских пользователей - о причинах этого уже говорилось выше. Как всегда, основой для распознавания речи здесь служат словари распознавания. Всего существует три типа словарей для компьютерной телефонии. Во-первых, это цифровой словарь, требующий раздельного произнесения слов. С его помощью можно распознавать цифры от нуля до девяти, а также простейшие команды типа "да", "нет", "стоп" и так далее. Такие словари созданы для очень многих языков, в том числе и для русского. Второй вид словаря - алфавитно-цифровой, где помимо цифр и простых команд присутствуют наименования всех букв алфавита. Используя такой словарь, можно построить систему, где любое слово можно продиктовать по буквам (например, в справочной системе или системе заказа билетов - наименование станции назначения). Эти словари построены также для многих языков - от английского (с разными акцентами) до иврита и японского, однако с русским языком работать в таком режиме пока нельзя. Третий вид словарей - словари для распознавания слитной речи. Здесь набор слов еще меньше, чем в цифровом словаре - цифры и слова "да" и "нет" - однако допускается их слитное произнесение. Словари для распознавания слитной речи имеются только для небольшого количества языков - английского, французского, немецкого, испанского, корейского и еще нескольких.
Российских пользователей, бесспорно, более всего может заинтересовать вопрос, насколько качественно осуществляется распознавание цифр в условиях нашей телефонной сети. Московская компания CompTek International, занимающаяся адаптацией аппаратных и программных средств компьютерной телефонии к работе в российских условиях, провела тестирование распознавания наименований цифр. От цифры к цифре результаты несколько разнятся, но в целом частота правильного распознавания составляет 75-80 процентов, что позволяет говорить о достаточно устойчивой работе системы. Появились и первые российские приложения технологии распознавания телефонной речи. Так, компания "Империя" недавно представила свой продукт, где распознавание речи применяется для поддержки голосового набора номера на мобильном телефоне. Это слегка напоминает способ, когда вы отдаете команды телефону, о чем говорилось чуть выше, только здесь пользователь должен по одной перечислить все цифры номера. Прежде всего, такая система очень удобна для тех, кому часто приходится звонить по телефону, сидя за рулем автомобиля. Другой пример системы, работающей с распознаванием речи на русском языке - система подбора кадров, продукт компании Артикс. При работе с этой системой абоненту задается ряд вопросов, ответы на которые предлагается дать, назвав номер подходящего варианта (варианты ответа также озвучиваются системой). Произнесенный номер распознается системой и заносится в базу данных.
15.5. Преобразование текст-речь
Обратная операция по отношению к распознаванию речи - преобразование текст-речь. Так называется технология, позволяющая генерировать речь по тексту. Основная область применения - различные автоматические системы, предусматривающие голосовую передачу информации: справочные системы или программы автоматического чтения по телефону. Чуть ниже мы несколько подробнее расскажем об этих применениях.
Простейшая разновидность преобразования текст-речь - "сборка" сообщений из отдельных речевых фрагментов. Пример - информатор железнодорожной справочной, где в заранее заготовленное сообщение надо подставить наименование станции назначения, время отправления и (или) стоимость билета. Для этого надо заготовить речевые фрагменты с числительными и некоторыми дополнительными словами, чтобы сообщение звучало более естественно (например, надо учесть, что по-русски говорят "двадцать один рубль" и "двадцать два рубля", но "двадцать пять рублей"). Кроме того, необходимо, чтобы вставляемые речевые фрагменты правильно вписывались в общий интонационный рисунок фразы. Добиться этого не так просто, однако вполне возможно. Аналогичные системы, озвучивающие суммы остатка средств на счете и другую информацию (banking by phone), уже используются целым рядом российских банков.
В качестве аппаратной базы для реализации подобных систем можно применять любую компьютерную аппаратуру для воспроизведения оцифрованной речи. В частности, для этого подойдет и Sound Blaster. Для телефонных же приложений (которые, с нашей точки зрения, наиболее интересны - какой смысл озвучивать информацию человеку, который стоит рядом с компьютерным монитором) применяются голосовые платы, способные воспроизводить оцифрованную речь по телефонным линиям. Такие платы выпускаются многими компаниями. Подчеркнем, что сама генерация сообщений осуществляется в рамках прикладной программы, голосовая же плата используется просто для воспроизведения речи.
Техника сборки из готовых речевых фрагментов позволяет реализовать подавляющее большинство приложений, где требуется синтезировать голосовое сообщение по текстовой информации. В последнее время, однако, все большее распространение получают программы, основанные на гораздо более мощной и универсальной технике синтеза голосовых сообщений по произвольному тексту. Именно эту технику, как правило, и имеют в виду, говоря о преобразовании текст-речь.
В настоящее время существуют два принципиально различных способа смоделировать человеческую речь. Первый из них предполагает моделирование собственно голосового сигнала. В этом случае, как и при распознавании речи, речь разбивается на элементы, из которых впоследствии "собираются" отдельные слова и текст в целом. Второй подход - моделирование голосового аппарата человека. Известно, каким образом изменяется положение губ, языка и зубов при произнесении того или иного звука. Зная это, можно синтезировать соответствующий звук.
Однако все это очень сложно. Во-первых, надо добиться, чтобы сами синтезируемые звуки были естественными. Во-вторых (что, наверное, еще сложнее) надо "снабдить" искусственную речь естественными интонациями и ударениями в словах. Все это привело к тому, что прямое преобразование текст-речь применяется не слишком широко, а сама синтезированная речь звучит достаточно неестественно.
Появились, впрочем, первые промышленные приложения этой технологии. Так, в состав продукта GroupWise 4.1 (Novell) в качестве дополнительного средства входит программа, осуществляющая чтение электронных писем по телефону. Разумеется, эта система работает только с английским языком.
Отдельного упоминания заслуживает очень модное в настоящее время направление - чтение страниц Internet по телефону. В частности, именно эту задачу решает продукт Web-On-Call Voice Browser, представленный компанией NetPhonic Communication Inc. Данный продукт обеспечивает доступ к Internet всем пользователям, имеющим телефон с тоновым набором. Абонент такой системы может прослушивать содержание документов по телефону и получать копии документов по факсу или электронной почте - для доступа к нужному документу достаточно пройти по "дереву" голосовых меню.
Используется преобразование текст-речь и в приложениях компьютерной телефонии - на нем основаны различные информационные системы, где воспроизведение информации не сводится к озвучиванию числительных. Уже не раз упоминавшийся Dialogic, в частности, выпускает специальные платы на базе DSP, где преобразование текст-речь выполняется программным обеспечением, загруженным в оперативную память платы. К сожалению, с русским языком это программное обеспечение пока не работает, хотя в последнее время появились сообщения, что компания BeST (Berkeley Speech Technologies) близка к завершению программного обеспечения преобразования текст-речь для русского языка.
15.6. Телефонная связь через Internet
Итак, мы рассказали о том, какие средства существуют для построения приложений доступа к корпоративным информационным системам по телефонной сети. Теперь рассмотрим, каким образом можно применить компьютерную телефонию для решения обратной задачи - осуществления связи между телефонными сетями удаленных друг от друга филиалов компании через компьютерную сеть Internet.
Не так давно компания VocalTec анонсировала новый продукт под названием VocalTec Telephony Gateway. Данный продукт представляет собой аппаратно-программный шлюз между PBX, обслуживающей офисную телефонную сеть, и всемирной компьютерной сетью Internet. Сотрудник организации, где используется данная технология, может набирать местный номер любого другого сотрудника этой организации, не заботясь о том, где фактически находится данный сотрудник - в соседней комнате или в удаленном на несколько тысяч километров филиале компании.
Офисная PBX, получив от сотрудника "местный" номер, в первую очередь определяет, находится ли вызываемый номер в том же офисе, или речь идет о вызове удаленного филиала. Если звонок местный, то PBX выполняет все необходимые действия самостоятельно. Если же необходима дальняя связь, то звонок передается на обработку в Telephony Gateway. Последний определяет Internet-адрес требуемого филиала (в соответствии с набранным местным номером). В процессе разговора шлюз оцифровывает, сжимает и разделяет на пакеты голосовой сигнал, после чего передает его по Internet. В удаленном офисе стоит точно такой же шлюз, выполняющий обратное преобразование. Получающийся голосовой сигнал передается местной PBX, которая и отправляет его по назначению.
На аппаратном уровне шлюз Telephony Gateway представляет собой отдельный персональный компьютер, где установлены компьютерно-телефонные платы производства Dialogic: плата интерфейса с PBX и голосовая плата, выполняющая необходимую оцифровку и сжатие голоса. Кроме того, в компьютере установлена плата, осуществляющая функции интерфейса между системой и глобальной сетью. Для работы со шлюзом необходим компьютер классом не ниже 486-DX/4-100 с оперативной памятью не менее 24 мбайт, на котором установлено программное обеспечение Windows NT 4.0 Workstation. Один IP-адрес можно использовать для обслуживания максимум четырех телефонных линий. При этом на одну телефонную линию требуется канал пропускной способностью 11 Кбит/с.
Для сотрудника, набирающего номер удаленного офиса, весь процесс соединения не слишком отличается от того, как если бы вызываемое им лицо находилось за соседней стенкой. Отличие состоит, во-первых, в том, что шлюз VocalTec может обеспечивать голосовую поддержку процессу соединения - выдавать какие-либо подсказки (если это необходимо) или голосовую информацию о результатах соединения. Кроме того, поскольку речь идет о связи через Internet, в разговоре неизбежно возникают паузы продолжительностью в доли секунды - примерно как при использовании спутникового телефона. Для большинства применений такое качество связи вполне удовлетворительно, а стоимость переговоров может быть порядка на два ниже.
15.7. Идентификация по образцу речи
Специалисты утверждают, что речь человека столь же индивидуальна, как отпечатки пальцев. Это наводит на мысль использовать рисунок речи человека для построения различных охранных систем. Система настраивается на голос человека (или на голоса некоторого числа людей - задав соответствующий персональный код, можно заставить систему загрузить требуемый словарь распознавания); для входа в систему человек должен произнести заранее условленное слово или комбинацию слов. При этом гарантируется, что компьютер среагирует только на голос своего хозяина - все остальные голоса просто не будут "поняты".
Лекц 16 Мультимедиа-технологии
16.1 Введение
Термин «мультимедиа» можно перевести на русский язык как «много сред» (иногда переводят как много носителей). Как правило, под термином мультимедиа подразумевают взаимодействие визуальных и аудио эффектов под управлением интерактивного программного обеспечения.
Приведем несколько определений термина «мультимедиа»:
Мультимедиа (multimedia) - это современная компьютерная информационная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение и анимацию (мультипликацию).
Мультимедиа-это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных, как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук, речь.
Мультимедиа — это интерактивные системы, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями и движущимся видео, анимированной компьютерной графикой и текстом, речью и высококачественным звуком.
Мультимедиа-технологии являются одним из наиболее перспективных и популярных направлений информатики. Они имеют целью создание продукта, содержащего "коллекции изображений, текстов и данных, сопровождающихся звуком, видео, анимацией и другими визуальными эффектами (Simulation), включающего интерактивный интерфейс и другие механизмы управления". Данное определение сформулировано в 1988 году крупнейшей Европейской Комиссией, занимающейся проблемами внедрения и использования новых технологий.
Идейной предпосылкой возникновения технологии мультимедиа считают концепцию организации памяти "MEMEX", предложенную еще в 1945 году американским ученым Ван Нивером Бушем. Она предусматривала поиск информации в соответствии с ее смысловым содержанием, а не по формальным признакам (по порядку номеров, индексов или по алфавиту и т.п.) Эта идея нашла свое выражение и компьютерную реализацию сначала в виде системы гипертекста (система работы с комбинациями текстовых материалов), а затем и гипермедиа (система, работающая с комбинацией графики, звука, видео и анимации), и, наконец, в мультимедиа, соединившей в себе обе эти системы.
Однако всплеск интереса в конце 80-х годов к применению мультимедиа-технологии в гуманитарной областях (и, в частности, в историко-культурной) связан, несомненно, с именем выдающегося американского компьютерщика-бизнесмена Билла Гейтса, которому принадлежит идея создания и успешной реализации на практике мультимедийного (коммерческого) продукта на основе служебной музейной инвентарной базы данных с использованием в нем всех возможных "сред": изображений, звука, анимации, гипертекстовой системы ("National Art Gallery. London")
Именно этот продукт аккумулировал в себе три основные принципа мультимедиа:
Представление информации с помощью комбинации множества воспринимаемых человеком сред.
Наличие нескольких сюжетных линий в содержании продукта (в том числе и выстраиваемых самим пользователем на основе "свободного поиска" в рамках предложенной в содержании продукта информации).
Художественный дизайн интерфейса и средств навигации.
Несомненным достоинством и особенностью технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в представлении информации:
возможность хранения большого объема самой разной информации на одном носителе (до 20 томов авторского текста, около 2000 и более высококачественных изображений, 30-45 минут видеозаписи, до 7 часов звука);
возможность увеличения (детализации) на экране изображения или его наиболее интересных фрагментов, иногда в двадцатикратном увеличении (режим "лупа") при сохранении качества изображения. Это особенно важно для презентации произведений искусства и уникальных исторических документов;
возможность сравнения изображения и обработки его разнообразными программными средствами с научно- исследовательскими или познавательными целями;
возможность выделения в сопровождающем изображение текстовом или другом визуальном материале "горячих слов (областей)", по которым осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации (технологии гипертекста и гипермедиа);
возможность осуществления непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения, соответствующего статичному или динамичному визуальному ряду;
возможность использования видеофрагментов из фильмов, видеозаписей и т.д., функции "стоп-кадра", покадрового "пролистывания" видеозаписи;
возможность включения в содержание диска баз данных, методик обработки образов, анимации (например, сопровождение рассказа о композиции картины графической анимационной демонстрацией геометрических построений ее композиции) и т.д.;
возможность подключения к глобальной сети Internet;
возможность работы с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);
возможность создания собственных "галерей" (выборок) из представляемой в продукте информации (режим "карман" или "мои пометки");
возможность "запоминания пройденного пути" и создания "закладок" на заинтересовавшей экранной "странице";
возможность автоматического просмотра всего содержания продукта ("слайд-шоу") или создания анимированного и озвученного "путеводителя-гида" по продукту ("говорящей и показывающей инструкции пользователя"); включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;
возможность "свободной" навигации по информации и выхода в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.
Понятие «мультимедиа» настолько широко и расплывчато, что в него можно включить огромный спектр программного и аппаратного обеспечения, от 8-битной звуковой платы и накопителя для компакт-дисков с одинарной скоростью до профессиональных программ и компьютеров, используемых при создании специальных киноэффектов и даже целых компьютерных фильмов.
Мультимедиа-продукты можно разделить на несколько категорий в зависимости от того, на какие группы потребителей они ориентированны. Одна предназначена для тех, кто имеет компьютер дома, - это обучающие, развивающие программы, всевозможные энциклопедии и справочники, графические программы, простые музыкальные редакторы и т.п. Компакт-диски с программами пользуются такой популярностью у пользователей домашних мультимедиа-систем, что количество предлагаемых на рынке наименований компакт-дисков ежегодно удваивается.
Другая категория – это бизнес-приложения. Здесь мультимедиа служит для иных целей. С ее помощью оживают презентации, становится возможным организовать видеоконференции «в живую», а голосовая почта настолько хорошо заменяет офисную АТС, что обычный телефон начинает восприниматься как архаизм. И, конечно, в настоящее время компьютер становится незаменимым для бухгалтера, экономиста, менеджера и многих других специалистов, использующих его для сложных бухгалтерских и статистических расчетов. В наши дни персоналки становятся незаменимыми помощниками, без которых не обходится ни малое предприятие, не разветвленные корпорации.
А есть еще немногочисленная группа продуктов, ориентированных исключительно на профессионалов. Для них предлагаются средства производства видеофильмов, компьютерной графики, а также домашние музыкальные студии.
16.2 Голос компьютера.
Мультимедиа началась со звука. Звуковые устройства значительно видоизменились в ходе эволюционного развития. Первоначально персональный компьютер фирмы IBM был вооружен PC-Speaker (динамик), ставшим на долгие годы единственным средством внести разнообразие в монотонный гул блоков питания и вентиляторов. Сколько выдумки и фантазии было проявлено, чтобы звуки, издаваемые "изначальным средством воспроизведения", хоть как-то походили на прототипы из реального мира. И так было до тех пор, пока не явилась Ad Lib – первая звуковая карта для PC. Она могла только синтезировать звуки по командам центрального процессора, так как ни цифровой записи, ни воспроизведения не было.
Звуковая карта Sound Blaster, от мало кому тогда известной фирмы Creative обладала одним чрезвычайно важным свойством: это была первая звуковая карта для PC, обеспечивающая цифровую запись и воспроизведение звука. Именно с этого устройства начинается отсчет времени существования того, что сегодня есть в каждом компьютере и называется собственно звуковой картой. Разрядность оцифровки, которую обеспечивала Sound Blaster, составляла 8 бит, а частота дискретизации составляла 4-11 Кгц при записи и 4-22 Кгц при воспроизведении, карта поддерживала только монорежим. До качества, обеспечиваемого звуковыми компакт-дисками (16 бит, 44,1 Кгц, стерео), конечно, далеко, но и это уже было кое-что. Феноменальный успех SB сделал ее имя чуть ли не нарицательным, и до сих пор многие в нашей стране называют так любую звуковую карту.
Для звуковых карт IBM совместимых компьютеров прослеживаются следующие тенденции:
Для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable) или WTсинтез, сигнал полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FMсинтезе. Используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, то есть восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты.
В более дешевых платах чаще реализован частотно модулированный синтез с использованием синусоидальным колебаний что в результате при водит к не совсем точному звучанию инструментов, отражение звука. Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов. Достигаемые результаты очевидны, музыкальные записи получаются более реалистичными.
3D-звук.
Его элементы появлялись на звуковых картах уже давно, но, как правило, в реализации, аналогичной применяемой в бытовой аудиотехнике низшей ценовой категории. Это, например, расширение стереобазы и самые простейшие варианты Surround («звук вокруг»).
Борьба за первенство в 3D-звуке развернулась между двумя крепостями, первая из которых звалась A3D, а вторая - EAX. Но сначала несколько слов о самом 3D-звуке. Дело в том, что под этим термином, как правило, понимаются три различные технологии.
Stereo Expansion (расширение стереобазы) - технология, которая увеличивает ширину звукового поля, используя избыточную информацию, содержащуюся в стереосигнале.
Surround («звук вокруг») – технология, которая использует специально закодированные данные в формате surround с целью воспроизведения нескольких звуковых каналов в их пространственной перспективе на небольшом числе реальных источников звука, к примеру, пяти звуковых каналов на двух колонках. Одна из последних реализаций технологии в компьютерной технике – Creative Multi-Speaker Surround (CMSS).
Positional 3D Audio (позиционируемый 3D-звук) – технология, которая основывается на определении местоположения в трехмерном пространстве каждого из множества звуковых потоков.
Первые две технологии применяются в основном при воспроизведении музыки как на персональных компьютерах, так и на специализированной бытовой и профессиональной аудиоаппаратуре, в домашних кинотеатрах и т. п. Следует отметить, что продвинутые варианты технологии Surround широко распространены также в киноиндустрии. Третья технология прочно обосновалась в новейших компьютерных играх. В чистом виде эти технологии встречаются все реже, и в настоящее время появляется все больше реализаций 3D-звука, где они комбинируются самым различным образом.
Для обеспечения реализма звучания, помимо точного позиционирования источников звука необходима имитация взаимодействия звука с окружающим пространством, то есть, прежде всего, имитация звуков, отраженных от стен, пола и потолка (реверберация), прошедших через препятствие (окклюзия) и поглощенных препятствием (обструкция). Необходимо также произвести дистанционное моделирование, то есть учесть удаленность источника звука от слушателя.
Несомненным достоинством и особенностью технологии являются следующие возможности мультимедиа, которые активно используются в представлении информации:
возможность хранения большого объема самой разной информации на одном носителе (до 20 томов авторского текста, около 2000 и более высококачественных изображений, 30-45 минут видеозаписи, до 7 часов звука);
возможность увеличения (детализации) на экране изображения или его наиболее интересных фрагментов, иногда в двадцатикратном увеличении (режим "лупа") при сохранении качества изображения. Это особенно важно для презентации произведений искусства и уникальных исторических документов;
возможность сравнения изображения и обработки его разнообразными программными средствами с научно- исследовательскими или познавательными целями;
возможность выделения в сопровождающем изображение текстовом или другом визуальном материале "горячих слов (областей)", по которым осуществляется немедленное получение справочной или любой другой пояснительной (в том числе визуальной) информации (технологии гипертекста и гипермедиа);
возможность осуществления непрерывного музыкального или любого другого аудиосопровождения, соответствующего статичному или динамичному визуальному ряду;
возможность использования видеофрагментов из фильмов, видеозаписей и т.д., функции "стоп-кадра", покадрового "пролистывания" видеозаписи;
возможность включения в содержание диска баз данных, методик обработки образов, анимации (к примеру, сопровождение рассказа о композиции картины графической анимационной демонстрацией геометрических построений ее композиции) и т.д.;
возможность подключения к глобальной сети Internet;
возможность работы с различными приложениями (текстовыми, графическими и звуковыми редакторами, картографической информацией);
возможность создания собственных "галерей" (выборок) из представляемой в продукте информации (режим "карман" или "мои пометки");
возможность "запоминания пройденного пути" и создания "закладок" на заинтересовавшей экранной "странице";
возможность автоматического просмотра всего содержания продукта ("слайд-шоу") или создания анимированного и озвученного "путеводителя-гида" по продукту ("говорящей и показывающей инструкции пользователя"); включение в состав продукта игровых компонентов с информационными составляющими;
возможность "свободной" навигации по информации и выхода в основное меню (укрупненное содержание), на полное оглавление или вовсе из программы в любой точке продукта.
16.3. Основные носители
В качестве носителей мультимедийных продуктов используются средства, способные хранить огромное количество самой разнообразной информации. Как правило, мультимедийные продукты ориентированы либо на компьютерные носители и средства воспроизведения (CD-ROM), либо на специальные телевизионные приставки (CD-i), либо на телекоммуникационные сети и их системы.
CD-ROM (CD - Read Only Memory) - оптический диск, предназначенный для компьютерных систем. Среди его достоинств - многофункциональность, свойственная компьютеру, среди недостатков - отсутствие возможности пополнения информации - ее "дозаписи" на диск, не всегда удовлетворительное воспроизведение видео и аудио информации.
CD-i (СD - Interactive) - специальный формат компакт-дисков, разработанный фирмой Philips для TV приставок. Среди его достоинств - высокое качество воспроизведения динамичной видеоинформации и звука. Среди недостатков - отсутствие многофункциональности, неудовлетворительное качество воспроизведения статичной визуальной информации, связанное с качеством TV мониторов.
Video-CD (TV формат компакт-дисков) - замена видеокассет с гораздо более высоким качеством изображения. Среди недостатков - отсутствие многофункциональности и интерактивности (на которые он при создании и не был рассчитан).
DVD-i (Digital Video Disk Interactive) - формат недалекого будущего, представляющий " интерактивное TV" или кино. В общем - то DVD представляет собой не что иное, как компакт-диск (СD), только более скоростной и много большей ёмкости. Кроме того, применён новый формат секторов, более надёжный код коррекции ошибок, улучшена модуляция каналов. Видеосигнал, хранящийся на DVD-видеодиске получается сжатием студийного видеосигнала CCIR-601по алгоритму MPEG-2 (60 полей в секунду с разрешением 720x480). Если изображение сложное или быстро изменяется, возможны заметные на глаз дефекты сжатия вроде дробления или размытость изображения. Заметность дефектов зависит от правильности сжатия и его величины (скорости потока данных). При скорости 3,5 Мб/с дефекты сжатия иногда бывают заметны. При скорости 6 Мб/с сжатый сигнал почти не отличается от оригинала. Основным недостатком DVD-видео как формата является наличие сложной схемы защиты от копирования и региональной блокировки (диск, купленный в одной части мира, может не воспроизводиться на устройстве DVD, приобретённом в другой части мира.
Другая проблема - не все существующие сегодня на рынке приводы DVD-ROM читают диски с фильмами, записанными для бытовых грывателей.
Лекция 17 ТИПЫ ДАННЫХ МУЛЬТИМЕДИА-ИНФОРМАЦИИ И СРЕДСТВА ИХ ОБРАБОТКИ
Стандаpт МРС (точнее сpедства пакета пpогpамм Multimedia Windows - опеpационной сpеды для создания и воспpоизведения мультимедиа-инфоpмации) обеспечивают pаботу с pазличными типами данных мультимедиа.
Мультимедиа-инфоpмация содеpжит не только тpадиционные статистические элементы: текст, гpафику, но и динамические: видео-, аудио- и анимационные последовательности.
НЕПОДВИЖНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. Сюда входят вектоpная гpафика и pастpовые каpтинки; последние включают изобpажения, полученные путем оцифpовки с помощью pазличных плат захвата, гpаббеpов, сканеpов, а также созданные на компьютеpе или закупленные в виде готовых банков изобpажений. Максимальное pазpешение - 640 * 480 пpи 256 цветных (8 бит/пиксел); такая каpтинка занимает около 300 Кбайт памяти; сжатие стандаpтно пока не обеспечивается; загpузка одного изобpажения на CD-ROM занимает " сек. Сpедства pаботы с 24-битным цветом, как пpавило, входят в состав сопутствующего пpогpаммнного обеспечения тех или иных 24-битных видеоплат; в составе Windows такие инстpументы пока отсутствуют. Человек воспринимает 95% поступающей к нему извне информации визуально в виде изображения, то есть "графически". Такое представление информации по своей природе более наглядно и легче воспринимаемое чем чисто текстовое, хотя текст это тоже графика. Однако в силу относительно невысокой пропускной способности существующих каналов связи, прохождение графических файлов по ним требует значительного времени. Это заставляет концентрировать внимание на технологиях сжатия данных, представляющих собой методы хранения одного и того же объема информации путем использовании меньшего количества бит.Оптимизация (сжатие) - представление графической информации более эффективным способом, другими словами "выжимание воды" их данных. Требуется использовать преимущество трех обобщенных свойств графических данных: избыточности, предсказуемости и необязательности. Схема, подобная групповому кодированию (RLE), которая использует избыточность, говорит: "здесь три идентичных желтых пиксела", вместо "вот желтый пиксел, вот еще один желтый пиксел, вот следующий желтый пиксел". Кодирование по алгоритму Хаффмана и арифметическое кодирование, основанные на статистической модели, использует предсказуемость, предполагая более короткие коды для более часто встречающихся значений пикселов. Наличие необязательных данных предполагает использование схемы кодирование с потерями ("JPEG сжатие с потерями"). Например, для случайного просмотра человеческим глазом не требуется того же разрешения для цветовой информации в изображении, которая требуется для информации об интенсивности. Поэтому данные, представляющие высокое цветовое разрешение, могут быть исключены.Но это мало интересная теория, а что касается практики, то предназначенную к публикации в сети Интернет графику необходимо предварительно оптимизировать для уменьшения ее объема и как следствие трафика. К сожалению в сети встречаются узлы с совершенно "неподьемной" графикой. При попадании на такое место лично я стараюсь как можно быстрее уйти от туда или выключить в броузере отображение графики. Таким образом владелец узла заведомо ставит себя в невыгодное положение. Все его старания по "украшению" страницы остаются невостребованными, более того он теряет потенциальных клиентов.Сетевая графика представлена преимущественно двумя форматами файлов - GIF (Graphics Interchange Format) и JPG (Joint Photographics Experts Group). Оба этих формата являются компрессионными, то есть данные в них уже находятся в сжатом виде. Сжатие, тем не менее, представляет собой предмет выбора оптимального решения. Каждый из этих форматов имеет ряд настраиваемых параметров, позволяющих управлять соотношением качество-размер файла, таким образом за счет сознательного снижения качества изображения, зачастую практически не влияющего на восприятие, добиваться уменьшения объема графического файла, иногда в значительной степени.GIF поддерживает 24-битный цвет, реализованный в виде палитры содержащей до 256 цветов. К особенностям этого формата следует отнести последовательность или перекрытие множества изображений (анимация) и отображение с чередованием строк (Interlaced). Несколько настраиваемых параметров GIF формата, позволяют управлять размером получаемого файла. Наибольшее влияние оказывает глубина цветовой палитры. GIF-файл может содержать от 2-х до 256 цветов. Соответственно меньшее содержание цветов в изображении (глубина палитры), при прочих равных условиях, дает меньший размер файла.Другой параметр влияющий на размер GIF-файла - диффузия. Это позволяет создавать плавный переход между различными цветами или отображать цвет отсутствующий в палитре путем смешения пикселов разного цвета. Применение диффузии увеличивает размер файла, но зачастую это единственный способ более менее адекватной передачи исходной палитры рисунка после редуцирования. Другими словами применение диффузии позволяет в большей степени урезать глубину палитры GIF-файла и тем самым способствовать его "облегчению".При создании изображения, которое в последующем будет переведено в GIF формат, следует учитывать следующую особенность алгоритма LZW сжатия. Степень сжатия графической информации в GIF зависит не только от уровня ее повторяемости и предсказуемости (однотонное изображение имеет меньший размер, чем беспорядочно "зашумленное"), но и от направления, т.к. сканирование рисунка производится построчно. Это хорошо видно на примере создания GIF-файла с градиентной заливкой. Для примера приведены два риснука. При прочих равных условиях файл с вертикальным градиентом сжат на 15% сильнее файла с горизонтальным градиентом (2.6 Кб против 3.0 Кб).На самом деле не существует формата JPG, как такового. В большинстве случаев это файлы форматов JFIF и JPEG-TIFF сжатые по JPEG технологиям сжатия. Однако для практики это не имеет особого значения, поэтому будем придерживаться общепринятой терминологии.Алгоритм сжатия JPEG с потерями не очень хорошо обрабатывает изображения с небольшим количеством цветов и резкими границами их перехода. Например нарисованную в обыкновенном графическом редакторе картинку или текст. Для таких изображений более эффективным может оказаться их представление в GIF-формате. В то же время он незаменим при подготовке к web-публикации фотографий. Этот метод может восстанавливать полноцветное изображение практически неотличимое от подлинника, используя при этом около одного бита на пиксел для его хранения.Алгоритм сжатия JPEG достаточно сложен, поэтому работает медленнее большинства других. Кроме того к этому типу сжатия относится несколько близких по своим свойствам JPEG технологий. Основным параметром присутствующим у всех них является качество изображения (Q-параметр) измеряемое в процентах. Размер выходного JPG-файла находится в прямой зависимости от этого параметра, т.е. при уменьшении "Q", уменьшается размер файла.
Видео и анимация. Cейчас, когда сфера применения персональных компьютеров всё расширяется, возникает идея создать домашнюю видеостудию на базе компьютера. Однако, при работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость обработки и хранения очень больших объёмов информации, например одна минута цифрового видеосигнала с разрешением SIF (сопостовимым с VHS) и цветопередачей true color (миллионы цветов) займёт
(288 x 358) пикселов x 24 бита x 25 кадров/с x 60 c = 442 Мб,
то есть на носителях, используемых в современных ПК, таких, как компакт-диск (CD-ROM, около 650 Мб) или жеский диск (несколько гигабайт) сохранить полноценное по времени видео, записанное в таком формате не удастся. С помощью MPEG-сжатия объем видеоинформации можно заметно без заметной деградации изображения. Что такое MPEG?
MPEG - это аббревиатура от Moving Picture Experts Group. Эта экспертная группа работает под совместным руководством двух организаций - ISO (Организация по международным стандартам) и IEC (Международная электротехническая комиссия). Официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11. Ее задача - разработка единых норм кодирования аудио- и видеосигналов. Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, в кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по каналам ISDN и многих других электронных информационных системах. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны следующие:
MPEG-1предназначен для записи синхронизированных видеоизображения (обычно в формате SIF, 288 x 358) и звукового сопровождения на CD-ROM с учетом максимальной скорости считывания около 1.5 Мбит/с.
Качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители.
MPEG-2 предназначен для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с, профессионалы используют и большие потоки. аппаратуре используются потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MPEG-2, переходят многие телеканалы, сигнал сжатый в соответствии с этим стандартом транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объёмов видеоматериала.
MPEG-3 - предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с , но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3, который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG Audio Layer III
MPEG-4 - задает принципы работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.
Как происходит сжатие? Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра. Исходные (Intra) кадры кодируются только с применением внутрикадрового сжатия по алгоритмам, аналогичным используемым в JPEG. Кадр разбивается на блоки 8х8 пикселов. Над каждым блоком производится дискретно-косинусное преобразование (ДКП) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствии высокой пространственной корелляции яркости между соседними пикселами изображения, ДКП приводит к концентрации сигнала в низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодированиякодами переменной длины. Обработка предсказуемых (Predicted) кадров производится с использованием предсказания вперёд по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам.
Кадр разбивается на макроблоки 16х16 пикселов, каждому макроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения. Эта процедура называется анализом и компенсацией движения.
Допустимая степень сжатия для предсказуемых кадров превышает возможную для исходных в 3 раза. В зависимости от характера видеоизображения, кадры двунаправленной интерполяции (Bi-directional Interpolated ) кодируются одним из четырёх способов: предсказание вперёд; обратное предсказание с компенсацией движения - используется когда в кодируемом кадре появляются новые объекты изображения; двунаправленное предсказание с компенсацией движения; внутрикадровое предсказание - при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения злементов изображения. С двунаправвленными кадрами связано наиболее глубокое сжатие видеоданных, но, поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, двунаправленние кадры не используются в качестве опорных. Если бы коэффициенты ДКП передавались точно, восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако ошибки восстановления коэффициентов ДКП, связванные с квантованием, приводят к искажениям изображения.
Чем грубее производится квнтование, тем меньший объём занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений.
ЗВУК. Возможна цифpовая запись, pедактиpование, pабота с волновыми фоpмами звуковых данных (WAVE), а также фоновое воспpоизведение цифpовой музыки (pис. 8). Пpедусмотpена pабота чеpез поpты MIDI. Упомянутый выше конвеpтоp пpеобpазует также и аудиоданные между фоpматами WAVE, PCM, AIFF (фоpмат аудиофайлов Apple).В последнее время особую популярность получил формат Mp3. В его основу MPEG-1 Layer III (об этой части стандарта у на и идет речь) положены особенности челевеческого слухового восприятия, отраженные в "псевдоаккустической" модели. Разработчики MPEG исходили из постулата, что далеко не вся информация, которая содержится в звуковом сигнале, является полезной и необходимой - большинство слушателей ее не воспринимают. Поэтому определенная часть данных может быть сочтена избыточной. Эта "лишняя" информация удаляется без особого вреда для субъективного восприятия. Приемлемая степень "очистки" определялась путем многократных экспертных прослушиваний. При этом стандарт позволяет в заданных пределах менять параметры кодирования - получать меньшую степень сжатия при лучшем качестве или, наоборот, идти на потери в восприятии ради более высокого коэффициента компрессии.Звуковой wav-файл, преобразованный в формат MPEG-1 Layer III со скоростью потока (bitrate) в 128 Кбайт/сек, занимает в 10-12 раз меньше места на винчестере. На 100-мегабайтной ZIP-дискете умещается около полутора часов звучания, на компакт-диске - порядка 10 часов. При кодировании со скоростью 256 Кбайт/сек на компакт-диске можно записать около 6 часов музыки при разнице в качестве по сравнению с CD, доступной лишь тренированному экспертному уху.
ТЕКСТ. В pуководстве Microsoft уделено особое внимание сpедствам ввода и обpаботки больших массивов текста. Рекомендуются pазличные методы и пpогpаммы пpеобpазования текстовых документов между pазличными фоpматами хpанения, с учетом стpуктуpы документов, упpавляющих кодов текстовых пpоцессоpов или набоpных машин, ссылок, оглавлений, гипеpсвязей и т.п., пpисущих исходному документу. Возможна pабота и со сканиpованными текстами, пpедусмотpено использование сpедств оптического pаспознания символов.
В состав пакета pазpаботчика Multimedia Development Kit (MDK) входят инстpументальные сpедства (пpогpаммы) для подготовки данных мультимедиа BitEdit, PalEdit, WaveEdit, FileWalk, а также MSDK - библиотеки языка С для pаботы со стpуктуpами данных и устpойствами мультимедиа, pасшиpения Windows 3.0 SDK.
Сpеди автоpских сpедств, pекомендуемых для МОС, - ТoolBook, Guide и Authorware Professional.
Аpхитектуpа Multimedia Windows пpедусматpивает независимость от устpойств и возможности pасшиpения. Веpхний системный уpовень тpансляции, пpедставленный модулем ММsystem, изолиpует пользовательские пpогpаммы (пpикладной уpовень) от дpайвеpов конкpетных устpойств.
В состав MMsystem входят сpедства Media Control Interface (MCI), котоpые упpавляют видеомагнитофонами, видеодисками, звуковыми компакт-дисками, обеспечивают pаботу со сканеpами, дигитайзеpами и дpугими устpойствами. Для этого они обpащаются к дpайвеpам MCI, обеспечивающим веpхний уpовень упpавления. Дpайвеpы MCI, обpаботав запpос, обpащаются к устpойствам, а также к MEDIAMAN (Media Element Manager). MEDIAMAN упpавляет обpаботчиками ввода-вывода для pастpовых файлов и звуковых WAVE-файл. MMsystem включает также пpогpаммы нижнего уpовня - Low-Level Functions, упpавляющие дpайвеpами звуковыхз WAVE-устpойств, MIDI, джойстиков.
Необходимые дpайвеpы подключаются на этапе выполнения. Обpащение к дpайвеpам основано на пpинципах посылки сообщений, что упpолщает унифициpует их написание и pаботу с ними.
Для пpедставления данных мультимедиа pазpаботана стpуктуpа файлов RIFF (ResourseInterchange File Formal), котоpая должна обеспечить единые пpавила записи и воспpоизведения данных мультимедиа, обмен данными между пpиложениями, а в пеpспективе - и между pазными платфоpмами.
В целом сpедства Multimedia Windows спpоектиpованы интеpфейсом, хотя и несколько тяжеловесным, лишенным элегантности, легкости, для пользователя. В недалеком будущем, с появлением новых инстpументальных сpедств, созданных специально для этой аpхитектуpы или пеpенесенной с дpугих платфоpм, с пpеодолением баpьеpа pазpешения VGA, сpеда Multimedia Windows будет вполне "truemultimedia" - системой "истинного мультимедиа". Уже появились пpикладные пpогpаммы для этой сpеды, использующие методы пpогpаммного сжатия инфоpмации и воспpоизводящие видео - до 15 кадpов/с в небольшом окошке на экpане (pис. 9). Microsoft pазpаботал собственные сpедства пpогpаммного сжатия, Audio-Video Interieaved (AVI), котоpые выпустил во втоpой половине 1992 года.
Опеpационная сpеда Microsoft Windows 3.1, котоpая поставляется с мультимедиа системами, интегpиpует многие свойства Multimedia Windows, обеспечивает стандаpтно поддеpжку CD-ROM плейеpов. В 1992-93 гг. консоpциум МРС пеpеоpиентиpовался на мультимедиа-системы, постpоенные на базе пеpсональных компьютеpов IBM PC AT 486 со скоpостным CD-ROM (MPC Level 2) (pис. 10).
Основное тpебование к мультимедиа системе, удовлетвоpяющей втоpому уpовню, - способность воспpоизводить цифpовой видеофильм в окне pазмеpом 320 * 40 точек со скоpостью 15 кадpов/с, а также наличие видеоадаптеpа обеспечивающего не менее 65000 цветовых оттенков.
Аппаратные средства мультимедиа
Для построения мультимедиа системы необходима дополнительная аппаратная поддержка: аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода аналоговых аудио и видео сигналов в цифровой эквивалент и обратно, видеопроцессоры для преобразования обычных телевизионных сигналов к виду, воспроизводимому электронно лучевой трубкой дисплея, декодеры для взаимного преобразования телевизионных стандартов, специальные интегральные схемы для сжатия данных в файлы допустимых размеров и так далее. Все оборудование отвечающее за звук объединяются в так называемые звуковые карты, а за видео в видео карты. Дальше рассматривается подробно и в отдельности об устройстве и характеристиках звуковых карт, видео карт и CD-ROM приводах.
Звуковые карты
С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Компакт- диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа призентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD для всего этого необходимо чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта. Любители игр будут удовлетворены новыми возможностями объемного звучания.
Для звуковых карт IBM совместимых компьтеров прослеживаются следующие тенденции:
Вопервых, для воспроизведения звука вместо частотной модуляции (FM) теперь все больше используют табличный (wavetable) или WTсинтез, сигнал полученный таким образом, более похож на звук реальных инструментов, чем при FMсинтезе. Используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно воспроизводить все остальное, то есть восстановить его полное звучание. Выборки таких сигналов хранятся либо в постоянно запоминающем устройстве (ROM) устройства, либо программно загружается в оперативную память (RAM) звуковой карты.
В более дешевых платах чаще реализован частотно модулированный синтез с использованием синусоидальным колебаний что в результате при водит к несовсем точному звучанию инструментов, отражение звука и рева, характерных для последнего поколения игр в игровых залах. Расположенная на плате микросхема для волнового синтеза хранит записанные заранее оцифрованные образцы (Samples) звучания музыкальных инструментов и звуковых эффектов. Достигаемые результаты очевидны музыкальные записи получаются более убедительны, а азартные игроки более впечатлительны.
Пионером в реализации WTсинтеза стала в 1984 году фирма Ensoning. Вскоре WTсинтезаторы стали производить такие известные фирмы, как Emu, Korg, Roland и Yamaha.
Фирмы производители звуковых карт добавляют WTсинтез двумя способами либо встраивают на звуковую карту в виде микросхем, либо реализуя в виде дочерней платы. Во втором случае звуковая карта дешевле, но суммарная стоимость основной и дочерней платы выше.
Вовторых, это совместимость звуковых карт. За сравнительно не долгую историю развития средств мультимедиа появилось уже несколько основных стандартов де-факто на звуковые карты. Так почти все звуковые карты, предназначенные для игр и развлечений, поддерживают совместимость с Adlib и Sound Blaster. Все звуковые карты, ориентированные на бизнес- приложения, совместимы обычно с MS Windows Sound Sistem фирмы Microsoft.
В третьих, одним из компонентов современных звуковых карт стал сигнальный процессор DSP(Digital Signal Processor) к возможности функциональным обязанностям этого устройства можно отнести : распознание речи, трехмерное звучание, WTсинтез, сжатие и декомпресия аудиосигналов. Количество звуковых карт, оснащенных DSP, не так велико. Причина этого то что такое достаточно мощное устройство помогает только при решении строго определенных задач.
Как правило DSP устройство достаточно дорогое, поэтому сразу устанавливается только на профессиональных музыкальных картах. Одним из мощных DSP производителей сейчас является фирма Texas Instruments.
В-четвертых, появилась устойчивая тенденция интегрирования функций звуковых карт на системной плате. Несмотря на то что ряд производителей материнских плат уже включают в свои изделия микросхемы для воспроизводства звука, обеспокоиности в рядах поставщиков звуковых карт незаметно.
Потенциальная проблема при использовании встроенных средств обработки звука состоит в ограниченности системных ресурсов IBM PC совместимых компьютеров, а именно в возможности конфликтов по каналам прямого доступа к памяти (DMA). Пример такой платы это системная плата OPTi495 SLC, в которой используется 16-разрядный звуковой стереокодек AD 1848 фирмы ANALOG DEVICES.
В пятых, стремление к более естественному воспроизведению звука заставляет фирмы производителей использовать технологии объемного или трехмерного (3D) звучания.
Самое модное направление в области воспроизведения звука в наши дни предоставляет так называемые объемность звучания. Применение этих эффектов объемного звучания позволяет расширить стереопространство что в свою очередь придает большую глубизну ограниченного поля воспроизведения присущем не большим близко расположенным друг к другу колонок.
В шестых, это подключение приводов CD-ROM.Практически все звуковые карты имеют встроенные интерфейсы для подключения приводов CD-ROM одной или сразу всех трех фирм Sony, Panasonic/Matsushita и Mitsumi.Тем не менее большинство звуковых карт рассчитано на подключение приводов Sony.
Появились карты и приводы поддерживающие стандартный интерфейс ATA(IDE), используемый для компьютеров с винчестером.
В седьмых, на картах используется режим DualDMA то есть двойной прямой доступ к памяти. С помощью двух каналов DMA можно реализовать одновременно запись и воспроизведение.
И последние это устойчивое внедрение звуковых технологий в телекомуникации.
Звуковые карты приобретаются в 90% случаев для игр, из оставшихся 10% для речевого сопроваждения мультимедиа программ. В таком случае потребительские качества зависят только от ЦАП(цифро-аналогового преоброзователя ) и от усилителя звуковой частоты. Еще более важным является совместимость со стандартом Sound Blaster, так как далеко не все программы будут поддерживать менее распространенные стандарты.
В набор Звуковых карт входят драйвера, утилиты, программмы записи и воспроизведения звука, средства для подготовления и произведения презинтаций, энциклопедий, игр.
Лазерные диски, CD-ROM
В связи с ростом объемов и сложности прграмного обеспечения, широким внедрением мультимедиа приложений, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук, огромную популярность в последнее время приобрели устройства для чтения компакт- дисков CD-ROM. Эти устройства и сами диски, относительно недорогие, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650 Мбайт), поэтому они очень удобны для поставки программ и данных большего объема, например каталогов, энциклопедий, а также обучающихся, демонстрационных и игровых программ. И многие программы полностью или частично поставляются на CD-ROM.
История развития. Компакт- диски изначально разработанные для любителей высоко качественного звучания, прочно вошли на рынок компьютерных устройств. Оптические компакт- диски перешли на смену виниловым в 1982 году. Было решено что стандарт рассчитан на 74 минуты звучания "Red Book". Когда 74 минуты пересчитали в байты получилось 640 Мбайт.
Первые приводы имели единичную скорость (Single speed) равную 150 Кбайт/с. Модели накопителей с удвоенной скоростью появились в 1992 году. Приводы с утроенной и с учетверенной скоростью в начале 1994 году. Сегодня речь уже идет о скорости увеличенной в шесть и даже восемь раз. Коэффициент увеличения скорости не обязательно целый.
Принцип действия. Как и в компакт-дисках, применяемых в бытовых СD-плейерах, информация на компьютерных компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве комакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресформой. При единичном производстве компакт-дисков (так называемых СD-R дисков, см. ниже) подложка выполняется из золота, а нанесение информации на нее осуществляетя лучом лазера. В любом случае сверху от подложки на компакт-диске находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компакт-диск информацию от повреждений.
Хотя по внешнему виду и размеру используемые в компьютерах компакт-диски не отличаются от дисков, применяемых в бытовых СD плейерах, однако компьютерные устройства для чтения компакт-дисков стоят существенно дороже. Это не удивительно, ведь чтение программ и компьютерных данных должно выполняться с гораздо высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение используемых в компьютере компакт-дисков осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности. Использование такой технологии позволяет записывать на компакт-диски очень большой объем информации (650 Мбайт), и обеспечивает высокую надежность информации.
Однако скорость чтения данных с компакт-дисков значительно ниже, чем с жестких дисков. Одна из причин этого состоит в том, что компакт-диски при чтении вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость отхождения информации под читающей головкой. Стандартная скорость чтения данных с компакт-дисков всего 150-200 Кбайт/с, а время доступа 0,4 с. Впрочем, в последнее время выпускаются в основном устройства с двойной, тройной и даже четвертой скоростью вращения, они обеспечивают соответственно более высокие скоростные показатели: время доступа 0,2-0,3 с, скорость считывания 500 Кбайт/с. Заметим, однако, что устройства с тройной скоростью в реальных задачах увеличивают скорость работы с компакт-диском не в полтора и не в два раза по сравнению с устройством с двойной скоростью, а всего на 30 - 60%.
Видеокарты
Имеется большое количество устройств, предназначенных для работ с видеосигналами на IBM PC совместимых компьютеров. Условно можно разбить на несколько групп: устройства для ввода и захвата видеопоследовательностей (Cupture play), фреймграбберы (Framegrabber), TV-тюнеры, преобразователи сигналов VGATV и MPEG-плейеры.
TVтюнеры.
Эти устройства выполняются обычно в виде карт или бокса (небольшой коробочки). Они преобразуют аналоговый видеосигнал поступающий по сети кабельного телевидения или от антенны, от видеомагнитофона или камкодера (camcorder). TV-тюнеры могут входить в состав других устройств таких как MPEG-плейеры или фреймграбберы.
Некоторые из них имеют встроенные микросхемы для преобразования звука. Ряд тюнеров имеют возможность для вывода телетекста.
Фрейм грабберы.
Появились примерно 6 лет назад . Как правило они объединяют графические, аналогово-цифровые и микросхемы для обработки видеосигналов, которые позволяют дискретизировать видеосигнал, сохранять отдельные кадры изображения в буфере с последующей записью на диск либо выводить их непосредственно в окно на мониторе компьютера.Содержимое буфера обновляется каждые 40 мс. то есть с частотой смены кадров. Вывод видеосигналов происходит в режиме наложения (overby). Для реализации окна на экране монитора с "живым" видео карта фреймграббера соединена с графическим адаптером через 26 контактный Feature коннектор. С ним обычно поставляется пакет Video fjr Windows вывод картинки размером 240*160 пикселов при воспроизведении 256 цветов и больше. Первые устройства Video Blaster, Video Spigot.
Преобразователи VGA-TV.
Данные устройства транслируют сигнал в цифровом образе VGA изображения в аналоговый сигнал пригодный для ввода на телевизионный приемник. Производители обычно предлагают подобные устройства выполненные либо как внутренние ISA карта либо как внешний блок.
Ряд преобразователей позволяют накладывать видеосигнал например для создания титров. При этом осуществляется полная синхронизация преобразованного компьютерного сигнала по внешнему(gtnlok). При наложении формируется специальный ключевой (key) сигнал трех видов lumakey, chromakey или alpha chenol.
1. В первом случае наложение производится там, где яркость Y превышает заданного уровня.
2. Накладывание изображения прозрачно только там где его цвет совпадает с заданным.
3. Альфа канал используется в профессиональном оборудовании, основанном на формировании специального сигнала с простым распределением, который определяет степень смещения видеоизображения в различных точках.
MPEG-плейеры.
Данные устройства позволяют воспроизводить последовательности видеоизображения (фильмы) записываемых на компакт- дисках, качеством VNS скорость потока сжатой информации не превышает обычно 150 Кбайт/с.
Основная сложность задачи решаемой MPEG кодером, состоит в определении для каждого конкретного видеопотока оптимального соотношения между тремя видами изображения: (I)ntra, (P)redicted и (B)idirectional. Первым MPEG –плеерам была плата Reel Magic компании Sigina Desing в 1993 году.
ЦНС
эффекторы
рецепторы
Устройство ввода
Устройства индикации
Устройство обработки
0 1 9
Время, ч
беденный перерыв
I
II
III
IV
IV
III
II