Повышение информационной насыщенности человеко-машинного взаимодействия

В самом начале пути развития вычислительной техники взаимодействовать с ЭВМ могли только специалисты в данной области, используя для общения с ней особый язык, понятный машине. В современном мире вычислительные устройства становятся все более дружественными по отношении к человеку. Для взаимодействия с компьютером уже не требуется особой подготовки пользователя, кроме тех случаев, когда это взаимодействие предполагает решение сложных профессиональных задач (например, работа операторов эргатических систем, диспетчеров). В этих случаях пользовательский интерфейс должен быть максимально информативен и передавать суть информации минимальными средствами. Под информативностью понимается качество, характеризующее долю полезной информации в общем объеме сообщения. Возникает необходимость повышения информационной насыщенности интерфейса взаимодействия.

Историю развития пользовательского интерфейса можно рассматривать как историю постоянного повышения информационной насыщенности человеко-машинного взаимодействия. В начале появления первой вычислительной техники (50-е и начало 60-х гг.) компьютеры, работали, в основном, в пакетном режиме, используя перфокарты для ввода и устройства построчной печати для вывода. При этом фактически не было смысла говорить о пользовательском интерфейсе – не существовало самого понятия "интерактивного пользователя" в современном смысле этого слова [1].

Современными видами интерфейсов в системе «человек-компьютер» являются:

· командный интерфейс является одним из наиболее старых видов интерфейсов. Он характерен тем, что пользователь осуществляет взаимодействие с ЭВМ посредством командной строки, в которую вводятся команды определенного формата, понятные компьютеру, а затем передаются к исполнению [2]. Основным устройством управления в командном интерфейсе является клавиатура. В настоящее время его использование, в основном, характерно для профессиональных пользователей;

· WIMP-интерфейс (window — окно, image — образ, menu — меню, pointer — указатель). Работа пользователя осуществляется с экранными формами, содержащими объекты управления, панели инструментов с пиктограммами режимов и команд обработки. Основными достоинствами WIMP-интерфейса являются наглядность и интуитивная понятность для пользователя, а также общность интерфейса программ, написанных специально для функционирования в графической среде. Пользователь, научившись работать с одной программой, легко может начать работать и со всеми остальными [2]. Устройством управления в WIMP-интерфейсе помимо клавиатуры может использоваться мышь или другие устройства манипулирования. Данный вид интерфейса используется в современных программных продуктах, ориентированных на работу конечного пользователя, не обладающего навыками алгоритмического мышления;

· SILK-интерфейс (Speech, Image, Language, Knowledge — речь, образ, язык, знание). В настоящее время SILK-интерфейс существует лишь как «голосовой» [2]. Устройством управления в SILK-интерфейсе является голос человека. Развитие данного вида интерфейса - весьма перспективное направление, так как ввод информации с помощью голоса — самый быстрый и удобный способ.

Повышение информационной насыщенности интерфейса взаимодействия способствует увеличению смысловой нагрузки передаваемого сообщения, что удобно для пользователя, так как на получение новой информации он затрачивает меньше времени. Но повышение информативности достигается не увеличением объёма информации, а оптимизацией интерфейсного пространства на уровне текстовых формулировок, визуальных средств и общей структуры интерфейса. В последнее время наблюдается постоянный рост сложности современных объектов контроля и управления. Чтобы контролировать состояние сложного объекта, анализируя огромное количество его параметров, оператору системы необходимы значительные временные затраты, а сам процесс контроля сопровождается значительным психофизиологическим напряжением человека.

При мониторинге сложных объектов и управлении ими велико значение человеческого фактора. Перед оператором многопараметрического объекта стоят две противоречивые задачи: с одной стороны, он должен иметь детальное представление о параметрах объекта, чтобы воздействовать на них целенаправленно, а с другой стороны, он должен одномоментно оценивать состояние объекта в целом, чтобы в случае нормы не тратить время на изучение состояния отдельных параметров. Для комплексной оценки состояния сложного объекта используют интегральное (обобщенное) представление информации. Например, одним из вариантов интегральной индикации является так называемое лицо Чернова. Состояние групп параметров объекта «привязывается» к мимике человеческого лица. При изменении параметров изменяется выражение лица, и по его виду оператор может судить о состоянии объекта в целом. Однако по такому индикатору невозможно определить параметры объекта, нуждающиеся в изменении [3].

Наиболее эффективными для восприятия оператором будет тот интерфейс, который наиболее реалистичен. Ведь человек живет в объемном мире, где он без особых усилий может проанализировать и оценить ситуацию. Помочь в этом может интерфейс виртуальной реальности (ВР), называемый также интерфейсом виртуального окружения (ИВО). Применение такого интерфейса позволит, воздействуя на органы чувств человека, погрузить его в созданную компьютером среду высокой реалистичности. Это дает возможность пользователю лучше ориентироваться в системе, если ее элементы имеют знакомые из реального мира вид и поведение. Также, интерфейс виртуальной реальности позволит существенно повысить эффективность визуального анализа данных, что в настоящее время при быстром росте производимой человеком информации становится особенно актуальным. Таким образом, задача ИВО — предоставить пользователю естественное интуитивно понятное взаимодействие с компонентами контролируемого объекта, процесса. Развитие техники и технологий компьютерного моделирования ведут к активному внедрению технологий виртуальной реальности, обеспечивающих включение человека в искусственные миры. Основная их особенность — полная управляемость всеми параметрами и появление чувства присутствия у лиц, находящихся в данных средах. Такие среды носят название иммерсивных (погружающих). В них могут быть реализованы любые формы связи человека с содержанием среды, образующие иммерсивный интерфейс. Оператор погру­жается в формируемую технологиями виртуальной реальности машиногене­рируемую трехмерную среду, отображающую некоторый искусственный мир, деятельность в котором ведет к решению профессиональных задач в действительном мире. В конструкции и свойствах инструментов, модели­руемых в искусственном мире, максимально используется жизненный опыт субъекта [4]. Любые манипуляции в иммерсивном интерфейсе естественны для человека в отличие от манипуляций, реализуемых в классических формах интерфейса.

Для создания иммерсивного интерфейса необходимо использование средств компьютерной графики и 3D моделирования, например, таких, как Blender, 3ds Max, Fusion 360 и др. С их помощью можно повысить реалистичность интерфейса, создавая объекты реального мира в виртуальном пространстве, применяя средства перспективного проецирования, текстуриро­вания, затенения, имитации оптических эффектов, стереоизображений и прочих спецэффектов, а также проектирования движения объектов, основанного на принципе шести степеней свободы. Помимо всего прочего, достижению наибольшей реалистичности способствует применение быстрых алгоритмов задания динамики объектов интерфейса, основанных, например, на интерпо­ляционных методах, конечно-разностных уравнениях, табличных вычислениях и ином специальном математическом аппарате (например, на кватернионах). Но не стоит забывать, что для эффективного создания и использования иммерсивного интерфейса потребуются достаточно мощные вычислительные ресурсы компьютера. Таким образом, создание иммерсивных интерфейсов является весьма перспективным и многообещающим, т.к. их использование значительно повышает информационную насыщенность человеко-машинного взаимодействия. Особенно актуальным становится применение иммерсивных интерфейсов в работе операторов сложных систем, выполнение которой усложняется с постоянным ростом сложности объектов контроля и управления. Снижению общего психофизиологического напряжения человека-оператора и уменьшению временных затрат, необходимых для анализа огромного количества параметров, способствует разработка сред, наиболее реалистичных и естественных для восприятия человеком.