«Подходы к разработке человеко-‐машинных интерфейсов» Докучаев Андрей, СВД Встраиваемые Системы
Семинар «Технологии QNX в России» 19 мая 2015, Москва
Содержание выступления
• Введение • Современные подходы к проектированию ЧМИ
• Роль ЧМИ в системах реального времени • Закон Хика-‐Хаймана
• Закон Фиттса
• Закон Стивенса
• Источники информации
Общие эргономические требования: -‐ ГОСТ 21829-‐76: Система «человек-‐машина». Кодирование зрительной информации. -‐ ГОСТ 21480-‐76: Система «человек-‐машина». Мнемосхемы. -‐ ГОСТ 22902-‐78: Система "Человек-‐машина". Отсчетные устройства индикаторов визуальных. -‐ ГОСТ 23000-‐78: Система «человек-‐машина». Пульты управления. -‐ ГОСТ 26387-‐84: Система «человек-‐машина». Термины и определения. -‐ ГОСТ 20.39.108-‐85: Требования по эргономике, обитаемости и технической эстетике Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения: -‐ ГОСТ 29.05.002-‐82: Индикаторы цифровые знакосинтезирующие. -‐ ГОСТ 29.05.006-‐85:Трубки электронно-‐лучевые приемные. -‐ ГОСТ 30.001-‐83: Система стандартов эргономики и технической эстетики. Основные положения Человеко-‐машинный интерфейс: -‐ ГОСТ Р 50923-‐96: Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения. -‐ ГОСТ Р МЭК 60447-‐2000: Принципы приведения в действие. -‐ ГОСТ Р МЭК 60073-‐2000: Маркировка и обозначение органов управления, кодирование информации. -‐ ГОСТ Р 50948-‐2001: Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности -‐ ГОСТ Р 50949-‐2001: Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности -‐ ГОСТ Р 52324-‐2005: Часть 2. Эргономические требования к дисплеям с плоскими панелями
Введение
Нормативный базис
Группа стандартов ISO 9241 «Эргономика взаимодействия «человек-‐система»: -‐ ISO/TR 8995:1989: Эргонометрические требования к зрению. Освещение рабочих установок внутри
помещений. -‐ ISO/TR 9241-‐3: 1992: Часть 3. Требования к визуальному отображению информации -‐ ISO/TR 9241-‐11: 1998: Часть 11. Обеспечение пригодности использования. -‐ ISO/TR 9241-‐12: 1998: Часть 12. Представление информации. -‐ ISO/TR 9241-‐100:2010: Часть 100. Введение в стандарты на эргономику программного обеспечения. -‐ ISO/TR 9241-‐110:2006: Часть 110. Принципы диалога. -‐ ISO/TR 9241-‐129:2010: Часть 129. Индивидуализация программного обеспечения. -‐ ISO/TR 9241-‐143:2012: Часть 143. Формы. -‐ ISO/TR 9241-‐151:2008: Часть 151. Проектирование пользовательских интерфейсов сети Интернет. -‐ ISO/TR 9241-‐171:2008: Часть 171. Руководство по доступности программного обеспечения. -‐ ISO/TR 9241-‐210:2010: Часть 210. Человеко-‐ориентированное проектирование интерактивных систем. Группа стандартов ISO 14915 «Эргономика мультимедийных пользовательских интерфейсов»: -‐ ISO/TR 14915-‐1:2002: Часть 1. Принцип и условия разработки. -‐ ISO/TR 14915-‐2:2003: Часть 2. Навигация и контроль мультимедиа Отраслевые стандарты, СТП: ОСТ 36-‐100.2.03-‐84; ОСТ 4.270.000; ОСТ 25-‐1205-‐85; ОСТ 25-‐1206-‐85; ОСТ 25-‐1262-‐86; ОСТ 27-‐72-‐15-‐77; ОСТ 27-‐72-‐25-‐84; ОСТ 1 00345-‐87; …
Введение
Нормативный базис
Введение
Подходы к проектированию ЧМИ
Эргономика (человек как часть технической системы )
Аппаратные и программные
средства взаимодействия
человека и машины
Организация труда
Учет внешних факторов
Современные практики
Когнитивная/инженерная психология (техническая система как объект
деятельности человека)
Информационное взаимодействие Человеческое
восприятие, процесс принятия решений
Распределение функций между человеком и устройством
Введение
Эргономические методы
В рамках эргономики исследуются обусловленные человеческим фактором свойства технических систем и их влияние на соответствующий элемент системы – оператора.
Антропологический метод – изучение человека отдельно от технической системы в качестве биологического объекта с абстрактными операторскими функциями.
Антропоцентрический метод – анализ функционирования системы с точки зрения деятельности человека.
Техноцентрический метод – исследование ЧМИ с точки зрения функционирования технической системы, где оператор является составной частью системы, на которую возложен ряд функций.
Технологический метод – анализ технических систем без учета наличия в них человека (исследование исключительно обусловленных наличием человека свойств системы).
Введение
Производные когнитивной психологии
Когнитивная психология в задачах проектирования ЧМИ безусловно не самодостаточна. Она используется в качестве базиса для переосмысления классических эргономических моделей и выработки новых подходов.
Подход, основанный на анализе деятельности (Acpvity-‐Centered Design, ACD) – подразумевается анализ действий оператора, направленных на достижение поставленных задач, и синтез на его основе результирующего интерфейса.
Целеориентированный подход (Goal-‐Oriented Design, Goal-‐Driven Design, GDD) – здесь предполагается анализ целей оператора, достижение которых решает поставленные перед человеко-‐машинным взаимодействием задачи.
Целеориентированный подход (User-‐Centered Design, UCD) – суть подхода сводится к изучению требований, предъявляемых конечным пользователем к продукту и адаптация интерфейса под их нужды.
Содержание выступления
• Введение • Современные подходы к проектированию ЧМИ
• Роль ЧМИ в системах реального времени • Закон Хика-‐Хаймана
• Закон Фиттса
• Закон Стивенса
• Источники информации
Современные подходы к проектированию ЧМИ
Классификация человеко-‐машинных интерфейсов
Одна из существующих классификаций ЧМИ [*] подразумевает информационный подход к Проектированию.
[*] Анохин А.Н., Ивкин А.С. Человеко-‐машинный интерфейс для поддержки когнитивной деятельности операторов АС // Ядерные измерительно-‐информационные технологии. 2012. № 1(41). С. 57-‐66.
По способу представления информации По принципу отбора информации
Системные
Обзорные
Задачные
Приборные
Схематические
Функциональные
Иммерсивные
Экологические
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По способу представления информации: приборные интерфейсы
Демонстрация из состава проекта QNX Car 2
Jeep Wrangler / QNX Car 2 / QNX 6
Классический подход, направленный на обеспечение для оператора одновременной доступности органов управления и индикации. Подобный интерфейс обеспечивает интуитивную сопоставимость показаний различных приборов и может содержать как цифровые, так и аналоговые элементы.
Библиотека компонентов Qt / Qwt
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По способу представления информации: схематические интерфейсы
SCADA Phocus / QNX 4
Также весьма привычный и широко апробированный подход к проектированию интерфейсов, совмещающий схематичное изображение технологических параметров с наложением их на результирующую мнемосхему технической системы. Характерной чертой подобного интерфейса является высокая степень концентрации элементов управления и визуализации.
Системообразующее представление
Схематично-‐параметрическое представление
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По способу представления информации: экологические интерфейсы
Программная платформа бортовых информационных систем «Тройка» 2.0
Кроме того, подобные интерфейсы отличаются достаточно неявно расположенными информативными элементами и органами управления. С другой стороны это позволяет реализовывать интуитивно понятные и управляемые образы весьма высоких степеней абстракции от технических составляющих.
Экологический интерфейс в первую очередь характеризуется сильной ассоциативной составляющей, позволяющей апеллировать к образному восприятию оператора, что в существенной мере облегчает восприятие субъектом информации.
Органы управления
Информативные элементы
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По способу представления информации: функциональные интерфейсы
SCADA Phocus / QNX 4
Данный подход основан на предложении, позволяющем переключить внимание оператора с к о н т р о л я н а д с о с т о я н и е м различных подсистем на контроль над состоянием выполнения общих для этих подсистем функций. Очевидно, что общее выполнение или не выполнение функций системой зависит не только от состояний отдельных подсистем, но также и от наличия всевозможных резервирующих конструкций.
Состояние общей функции перекачки промстоков.
Состояние частных функций перекачки промстоков.
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По способу представления информации: иммерсивные интерфейсы
Иммерсивный подход к построению интерфейсов основан на включении восприятия человека в управляемую искусственную среду. Будь то виртуальная реальность или идейно близкие ей технологии повышения убедительности интерфейса.
Одни из первых человеко-‐машинных и н т е р ф е й с о в д а н н о г о в и д а опирались в первую очередь на 3D моделирование. В настоящее же время подход охватывает также организационную и психологическую составляющую.
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По принципу отбора информации: системные интерфейсы
SCADA Phocus / QNX 4
Интерфейс предназначен для представления информации по выбранной изолированной системе
Интерфейсы
Системные
Обзорные
Задачные
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По принципу отбора информации: обзорные интерфейсы
SCADA / QNX 4
Интерфейсы
Системные
Обзорные
Задачные
Подобные интерфейсы решают задачу быстрой оценки состояния
системы. Отображаемая информация проходит
ранжирование и фильтрацию.
Современные подходы к проектированию ЧМИ
По принципу отбора информации: задачные интерфейсы
Библиотека компонентов Qt / Qwt
SCADA / QNX 4
Интерфейсы
Системные
Обзорные
Задачные
Содержат информацию, релевантную текущей задаче.
Содержание выступления
• Введение • Современные подходы к проектированию ЧМИ
• Роль ЧМИ в системах реального времени • Закон Хика-‐Хаймана
• Закон Фиттса
• Закон Стивенса
• Источники информации
Роль ЧМИ в системах реального времени
Закон Хика-‐Хаймана
Эмпирическая зависимость скорости принятия решения от числа альтернатив, именуемая законом Хика-‐Хаймана, в вопросах проектирования ЧМИ используется в виде следующей рекомендации: "увеличение числа альтернатив увеличивает время принятия решения" [*].
[*] Hick W.E. On the rate of gain of informajon // Quarterly Journal of Experimental Psychology. March, 1952. Vol. 4(1). P. 11-‐26.
Время принятия решения среди равновероятных альтернатив с ростом их числа
Для равновероятных альтернатив:
bHT =T – среднее время принятия решения; b – эмпирический коэффициент пропорциональности; pi – вероятность выбора i-‐го элемента.
, где: ; ∑ +=n
iii ppH )11(log2
)1(log2 +⋅= nbT
Роль ЧМИ в системах реального времени
Закон Фиттса
[*] Fizs P.M. The informajon capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement // Journal of Experimental Psychology. June, 1954. Vol. 47(6). P. 381-‐391.
Создание меню быстрого доступа за счет размера и расположения элементов
Закон Фиттса охватывает общие закономерности сенсорно-‐моторных процессов и восприятия. Применительно к ЧМИ его можно сформулировать в виде: “скорость реакции находится в прямой пропорциональной зависимости от расстояния до элемента управления и в обратной зависимости от его размера” [*].
T – среднее время выполнения действия; a – среднее время начала реакции; b – скорость перемещения манипулятора; D – расстояние до центра элемента управления; W – ширина элемента вдоль оси движения.
, где: ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++= 1log2 WDbaT
Роль ЧМИ в системах реального времени
Закон Фиттса
Применение на практике: -‐ снижение числа спонтанных взаимодействий с интерфейсом (при глобальном уменьшении размеров элементов управления);
-‐ ускорение реакции оператора на событие (выделение размера ключевого элемента интерфейса);
-‐ приоритетное выделение элементов (отдельное расположение ключевого элемента в группе от остальных);
-‐ функциональное разграничение элементов управления (группировка по размерам однородных элементов).
Снижение числа необусловленных действий оператора при насыщении и уменьшении
размеров элементов интерфейса
Роль ЧМИ в системах реального времени
Закон Стивенса
При проектировании ЧМИ немаловажен вопрос выбора способа физического воздействия на оператора. Закон Стивенса устанавливает степенную зависимость между силой субъективного ощущения и интенсивностью раздражителя для различных видов воздействия [*].
[*] Stevens S.S. On the psychophysical law // Psychological Review. 1957. Vol. 64(3). P. 153-‐181.
n Раздражитель
0.5 Яркость точечного источника света
0.67 Громкость звука частотой 3000 Гц
0.95 Амплитуда вибрации при частоте 60 Гц
1 Яркость мерцающего точечного источника света
1.2 Освещенность (интенсивность отраженного света)
3.5 Электрический ток
Y – сила субъективного ощущения; k – коэффициент пропорциональности для различных видов раздражителей; S – интенсивность раздражителя; n – показатель степенной функции, зависящий от вида раздражителя.
, где: nkSY =
Источники информации
1. Анохин А.Н., Ивкин А.С. Человеко-‐машинный интерфейс для поддержки когнитивной деятельности операторов АС // Ядерные измерительно-‐информационные технологии. 2012. № 1(41). С. 57-‐66.
2. Анохин А.Н., Острейковский В.А. Вопросы эргономики в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 2001. 344 с.
3. Баканов А. С., Обознов А. А. Эргономика пользовательского интерфейса: от проектирования к моделированию человеко-‐компьютерного взаимодействия. М.: Институт психологии РАН, 2011. 176 с.
4. Раскин Д. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. Символ-‐Плюс, 2005. 272 с.
5. Фершильд М.Д. Модели цветового восприятия. Второе издание. М.: 2004. 438 с. 6. Fi�s P.M. The informapon capacity of the human motor system in controlling the amplitude
of movement // Journal of Experimental Psychology. June, 1954. Vol. 47(6). P. 381-‐391. 7. Hick W.E. On the rate of gain of informapon // Quarterly Journal of Experimental Psychology.
March, 1952. Vol. 4(1). P. 11-‐26. 8. Stevens S.S. On the psychophysical law // Psychological Review. 1957. Vol. 64(3). P. 153-‐181.
Материалы по теме
(812) 346-‐89-‐56 доп. 104 [email protected]
www.kpda.ru
Андрей Докучаев Ведущий инженер-‐программист