Эргономика и инженерная психология

При одинаковых возможностях системного блока эффективность ра­ боты компьютера зависит от качества взаимодействия человека с ЭВМ. Средства такого взаимодействия называются пользовательским интерфей­ сом. В начальном периоде применения ЭВМ было строгое разделение функций между пользователем (специалистом конкретной предметной об­ ласти, формулирующим задачу для ее последующего программирования) и оператором-специалистом, непосредственно общающимся с компьютерам. С появлением современных средств общения человека и ЭВМ, в том чис­ ле и программных, непосредственно с компьютером работают в большин­ стве случаев сами пользователи. В связи с этим мы будем в дальнейшем употреблять обобщающее понятие «пользователь».

Оптимизация интерфейса является основной задачей эргономики для данного класса человеко-машинных систем. Это достигается путем согла­ сования форм и средств ввода и вывода информации, а также программ­ ных средств с возможностями человека-прльзователя. Другими задачами являются конструирование рабочего места пользователя и создание опти­ мальной среды его деятельности. Многолетним опытом установлено, что наилучшей формой взаимодействия человека и ЭВМ является их диалого­ вый режим. При проектировании интерфейса должны соблюдаться не­ сколько важнейших принципов эргономического характера [19].

Принцип совместимости предполагает, что уменьшение потока ин­ формации, приходящегося на обработку человеком, приводит к возраста­ нию потока информации, перерабатываемой остальной частью системы. При этом необходим учет возможностей памяти человека, способности его решать задачи при определенной форме применяемого информационного языка. Установлено, что речевая форма диалога пользователя с ЭВМ спо­ собствует решению задач, сформулированных вербально. Ручной ввод и визуальный вывод информации дают преимущество при решении про­ странственных задач.

Принцип согласованности предполагает соблюдение свойства цело­ стности в режиме диалога, заключающееся в том, что решение отдельных частей задания не должно сопровождаться использованием различных ме­ тодик, что нередко наблюдается при работе над отдельными фрагментами общей задачи разных программистов. При организации взаимодействия между человеком и ЭВМ следует по возможности исходить из способов решения задач именно пользователем с тем, чтобы ему приходилось ос­ ваивать дополнительные, формальные правила в минимальном объеме.

Принцип памяти требует согласования объема информации, предна­ значенной для хранения в памяти пользователя, с реальными возможно­ стями оперативной памяти человека (5-9 информационных единиц). Для уменьшения нагрузки на память пользователя рекомендуется укрупнять информационные единицы, в том числе путем организации укрупненных семантических (смысловых) образований.

Принцип структуры основан на том, что человеку для освоения внешнего мира свойственно во всех процессах выявлять определенные за­ кономерности, а следовательно, и структуры, связывающие между собой поддающиеся восприятию факторы. Интерфейс должен функционировать таким образом, чтобы содействовать возникновению в сознании пользова­ теля образа решаемой задачи, ее динамической структуры и усвоению за­ кономерностей диалогового процесса. Это позволяет пользователю уско­ рить освоение диалогового режима и осуществить его с более высокой эф­ фективностью.

Принцип обратной связи предполагает, что программное обеспече­ ние и технические средства интерфейса должны предоставлять возмож­ ность пользователю оперативно судить о допускаемых им в диалоге ошиб­ ках, ориентировать его на текущие результаты решаемой задачи, получать от ЭВМ подсказки о целесообразном управлении процессом. При задержке

реакции ЭВМ на команду или запрос у пользователя появляется ощуще­ ние, что его сигналы не приняты. Возникает чувство дискомфорта, трево­ ги. Реакция компьютера на нажатие клавиши по длительности должна быть меньше 2 с.

Принцип поддержания рациональной психической нагрузки предпо­ лагает, что вероятность допущения пользователем ошибок возрастает как при информационной перегрузке, так и при недогрузке. Степень этой на­ грузки зависит не только от плотности поступающего к человеку инфор­ мационного потока и необходимой скорости и сложности его обработки, но и от вида поступающих к анализаторам пользователя сигналов, от фор­ матов отображаемой на экране информации.

Принцип учета индивидуальных особенностей пользователя Предпо­ лагает возможность приспособления свойств интерфейса к возможностям конкретного человека с целью получения наилучшего эффекта функцио­ нирования всей диалоговой системы пользователь - ЭВМ. При этом воз­ можен вариант изменения свойств интерфейса самим пользователем. Дру­ гой вариант предусматривает автоматическую адаптацию свойств интер­ фейса к текущим возможностям пользователя.

Основные различия пользователей проявляются в предпочтительном использовании какого-либо языка в диалоге с ЭВМ, в предпочтительном методе решения задачи и в уровне профессиональной подготовки. Глав­ ным фактором адаптации интерфейса к пользователю является выбор-язы­ ка. Кроме того, широко используются различные режимы ведения диалога. Для начинающего пользователя обычно предпочтителен диалог, управляе­ мый ЭВМ. Опытные пользователи берут ведение диалога на себя. Интер­ фейсы, адаптированные к возможностям человека, позволяют ему в мак­ симальной степени выявить свои интеллектуальные способности и тем са­ мым испытать чувство удовлетворения при общении со своим «партне­

ром» - ЭВМ. В этом случае эргономисты характеризуют вычислительные

средства как «дружественные» пользователю [8].

10.2. Эргономические свойства аппаратных средств интерфейса

Аппаратные средства взаимодействия пользователя с ЭВМ включа­ ют в себя устройства ввода информации в ЭВМ человеком (устройства управления орудием деятельности) и устройства вывода переработанной информации, предназначенной для восприятия ее человеком.

10.2.1. Эргономика устройств ввода информации

Наиболее используемым средством передачи информации от поль­ зователя компьютеру является клавиатура. Требования к ней согласуются с общими принципами конструирования этого типа органов управления, но в связи с особенностями компьютера как объекта управления имеют важ­ ную специфику. В первую очередь это отражается на группировках боль­ шого количества клавиш пульта в соответствии с их функциями, что явля­ ется одним из основных требований эргономики.

Персональные компьютеры имеют стандартную клавиатуру, насчи­ тывающую более 100 клавиш. Наибольшее число клавиш имеет алфавит­ но-цифровая группа. Существуют специальные клавиши, позволяющие переходить от ввода строчных к вводу прописных символов. Верхний ряд кнопок этой группы позволяет по желанию вводить либо цифровую ин­ формацию, либо знаки препинания, вопроса и т.п. Над ними расположен ряд функциональных клавиш, объединенных в три группы по четыре кла­ виши. Функция каждой из них задается введенной программой.

Рядом с алфавитно-цифровой группой размещаются служебные кла­ виши. Они используются особенно часто и в связи с этим имеют увели­

ченные размеры. Справа от алфавитно-цифровой группы расположены по­ лукрестом четыре клавиши управления перемещением курсора. На них изображены стрелки, указывающие направление движения курсора при нажатии на каждую из клавиш.

Для повышения эффективности ввода цифровой и некоторой другой информации справа на пульте размещены дополнительные (дублирующие) клавиши.

Для удобства нахождения пользователем на пульте нужных клавиш соседние группы клавиш различаются цветом. При этом используются цвета и материалы поверхностей клавиш, не дающие повышенного отра­ жения света (серый, бежевый). Каждая клавиша на своей поверхности должна иметь четкую, легко читаемую маркировку. Если клавиша может выполнять две функции, то каждый из соответствующих символов на ней должен отличаться от другого цветом.

Контроль пользователем за своими операциями с клавиатурой обес­ печивается сигналами обратной связи различной модальности. Визуальная обратная связь обеспечивается изменением соответствующих символов на экране дисплея при каждом нажатии клавиши. Очень важны тактильные и кинестетические обратные связи. При малом ходе клавиш используется негромкий, приятного тембра, но четко воспринимаемый акустический сигнал, свидетельствующий о вводе в компьютер очередной информации.

Рекомендуемое расстояние между центрами соседних клавиш со­ ставляет 17-19 мм. Обычный ход клавиш составляет 2 мм, а максимальный ход - 4 мм. Стандартное усилие нажатия на клавиши равно 0,5 Н. Полезна возможность регулирования этого усилия пользователем в диапазоне 0,25- 1,5 Н.

Различные фирмы в последние годы предложили модернизирован­ ные пульты, больше отвечающие требованиям эргономики и способст­

пункту меню выведенного на экран монитора, пользователь нажимает на одну из кнопок мыши и тем самым инициирует соответствующую опера­ цию. Эргономические возможности этого способа ввода информации по­ зволяют ориентировать направление движения мыши без визуального кон­ троля с точностью ±10°.

Применение мыши для ввода графической информации ограничено небольшой точностью манипулирования ею вручную.

По желанию пользователя может меняться передаточное отношение перемещения указателя на экране по отношению к перемещению мыши.

Преимущества мыши - ее простота и дешевизна, возможность рабо­ тать ею без отрыва глаз от экрана, возможность перемещения ее по плос­ костям, к которым не предъявляются строгие требования.

Недостатками мыши являются необходимость некоторой дополни­ тельной площади на столе, невысокая скорость и точность ввода информа­ ции, неестественное положение рук пользователя в процессе рисования.

Другим ручным средством управления курсором на плоскости экра­ на является джойстик. Он представляет собой рычажок, обычно длиной 75-150 мм, укрепленный на прочном основании. При смещении рычажка в желаемом направлении курсор на экране изменяет свое положение на про­ порциональную величину в том же направлении. Обычно нейтральное по­ ложение рычажка соответствует расположению курсора в центре экрана. В зависимости от конструкции рукоятки джойстиков после отпускания могут либо оставаться в последнем положении, либо под действием пружины возвращаться в исходное положение. Действие изометрического джойсти­ ка отличается тем, что курсор управляется направлением и величиной уси­ лия, прилагаемого пользователем к неподвижной рукоятке.

Джойстик располагается справа от клавиатуры и несколько ниже, чтобы не мешать работать с клавишами и легко оказывать на рукоятку не­

обходимое усилие. Люфт его рукоятки должен быть минимально возмож­ ным, а задержка сигнала на экране не должна превышать 1 с. Предусмат­ ривается возможность регулировки коэффициента передачи джойстика. Для размещения джойстика требуется мало места, а портативные джойсти­ ки могут располагаться на клавиатуре.

Недостаток джойстиков - низкая точность управления курсором. Их нельзя использовать для написания знаков от руки, калькирования рисун­ ков. Джойстики широко используются в компьютерных играх.

Для ввода графической информации используется устройство, назы­ ваемое сканером. С его помощью можно вводить и знаковую информацию. Планшетные сканеры позволяют вводить графическую информацию с про­ зрачного или непрозрачного листового носителя. Для этого часть прибо­ ра - линейка, расположенная по ширине исходного носителя, перемещает­ ся вдоль листа бумаги, на который нанесена предназначенная для ввода графическая информация. В других конструкциях процесс ввода осущест­ вляется протягиванием листа при неподвижной линейке.

Разрешающая способность сканера зависит от плотности размещения на линейке светочувствительных элементов и от точности позиционирова­ ния линейки при ее перемещении. Разрешающая способность современных профессиональных сканеров 1200-3000 точек на дюйм.

Важным показателем является динамический диапазон яркости вве­ денного изображения. Он определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков к яркости наиболее темных участков. Для про­ фессиональных сканеров этот показатель составляет 2,5 для непрозрачного материала и 3,5 - для прозрачного.

В зависимости от конструкции сканера перемещение линейки или бумаги может осуществляться с помощью специального привода или вручную. Разрешающая способность в последнем случае заметно снижает­

ся. Существуют сканеры барабанного типа. Сканеры могут вводить как цветную, так и черно-белую информацию.

Для ввода художественной графической информации служат графи­ ческие планшеты. Их действие основано на перемещении специального пера по плоскости планшета. Эти устройства удобны для работы художни­ ков, так как с их помощью изображения создаются с использованием при­ вычных навыков владения пером, карандашом, кистью.

Вычислительная техника широко используется в различных сферах и условиях деятельности человека. В связи с этим появились некоторые спе­ циальные средства ввода информации. Иногда оператору удобно управ­ лять положением курсора путем вращения двух поворотных ручек, распо­ ложенных под прямым углом друг к другу. Их зазубренные ободы высту­ пают над поверхностью панели управления и вращаются движением паль­ ца. Точность ввода с их помощью не велика.

Другим нестандартным способом ввода информации является шай­ ба-указка. Шайба в виде подвижной клавиши размещается на свободной от клавиатуры части панели управления и перемещается оператором на этой плоскости по ортогональным координатам X и Y. Пропорционально этим движениям шайбы по экрану дисплея перемещается управляемый указа­ тель. При необходимости ввода трехмерной графической информации по­ мимо перемещения шайбы по плоскости осуществляется регистрация ве­ личины давления на нее со стороны оператора.

Многочисленные эксперименты подтвердили возможность ввода информации в компьютеры окулометрическими средствами. Для этого на голову оператора надевается специальный шлем, снабженный устройством регистрации движения глаз. Регистрируется и положение головы. Соответ­ ствующие сигналы вводятся в компьютер. Другой способ предусматривает использование специальных очков. Опыт использования окулометриче-

ских средств ввода показал возможность их применения для дистанцион­ ного включения приборов в условиях занятости рук оператора (летчика и т.д.).

Недостаток этого способа управления заключается в необходимости применения неудобных пока датчиков и в том, что на управляющие дви­ жения глаз накладываются траектории слежения оператора за состоянием других объектов.

В системах автоматического проектирования (САПР) для ввода кон­ турных изображений и чертежей используются графические планшеты.

10.2.2. Эргономика устройств вывода информации

Основным устройством визуального вывода текстовой и графиче­ ской информации является дисплей (монитор). Получаемые на экране дис­ плея изображения являются либо следствием обработки информации ком­ пьютером, либо результатом непосредственного ввода в него данных чело­ веком. Наиболее универсальные размеры экранов - 15 и 17 дюймов по диагонали. Для операций с графикой наиболее удобны экраны размером 19-21 дюйм (один дюйм равен 2,54 см). Наибольшее распространение по­ лучили дисплеи с элекронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

При черно-белых (монохромных) дисплеях предпочтительны темные знаки па светлом фойе экрана. Это соответствует чтению человеком обыч­ ных печатных текстов, что снижает вероятность допускаемых пользовате­ лем ошибок и повышает скорость ввода информации. При использовании цветного дисплея лучше различаются синие знаки на белом фоне и черные на желтом. Современные дисплей позволяют выводить информацию в ше­ стнадцати и более (например 256) цветах.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдель­ ные стандартные участки (знакоместа), потенциально подготовленные для