Тема 5. Временные характеристики деятельности операторов. Зрительное восприятие информации. Обобщенные сенсомоторные характеристики пользователя.

Зрительное восприятие светящегося объекта формируется у человека-оператора с некоторой задержкой по отношению к началу действия зрительного раздражителя и его прекращению, что обусловливает ряд особенностей функционирования зрительного анализатора. Эти особенности проявляются как при восприятии одиночных световых сигналов, так и их последовательности. Знание временных характеристик зрения позволяет обоснованно выбирать время экспозиции сигналов для обеспечения их минимальной различимости и временных интервалов предъявления сигналов в последовательности. Основные временные характеристики зрительного восприятия приведены в таблице 1.

Наряду с рассмотренными выше характеристиками важное значение для комфортной работы пользователя имеет способ передачи смыслового содержания отображаемой на экране информации.

Временные характеристики зрения

Характеристика	Количественное значение	Условия наблюдения
Субъективно воспри-нимаемая яркость при мельканиях, %		Частота мелькания (Гц): 8…10 16…20 24…28
Критическая частота мельканий для их раздельного восприятия, Гц		Яркость объекта (кд/м2): 0,1
Быстрота обнаружения, мс	<3   <30   <7   <60	Для объектов простой конфигурации То же, в плохих условиях наблюдения Для знакомых человеку изображений(буквы,цифры) То же, в условиях помех

Этот способ может базироваться на использовании одного из четырех типов знаковых систем (или их комбинации):

- буквенной,

- пиктографической,

- цифровой,

- геометрической.

При выборе знаковой системы следует учитывать:

- легкость опознания и декодирования знаков;

- требуемую длительность безошибочной работы пользователя, в том числе в

условиях стресса;

- уровень помехоустойчивости системы;

- скорость запоминания и длительность сохранения алфавита знаковой системы в оперативной и долговременной памяти пользователя.

В качестве интегральной характеристики знаковой системы может использоваться коэффициент оперативности кода Коп, представляющий собой отношение времени опознания символа (знака) к времени его декодирования. Значения этого показателя для перечисленных выше знаковых систем приведены в таблице 1.

Таблица 1. Значения коэффициента оперативности кода

Знаковая система	Значение Коп
Буквенная (для одного слова)	0,9
Пиктографическая (для пиктограммы)	0,8
Цифровая (для одного числа, не более 4 разрядов)	0,6
Геометрическая (для одной фигуры)	0,6

Из приведенных данных можно, в частности, сделать вывод, что в критических ситуациях числа до трехразрядных включительно целесообразно представлять на экране в текстовой форме (то есть словами). Вместе с тем, основные свойства объекта или описание требуемых действий эффективнее отобразить в виде пиктограммы. Так, фразу “переслать сообщение адресату” лучше заменить соответствующей пиктограммой. Экспериментально доказано, что наиболее значимые характеристики объекта должны кодироваться (отображаться) его контуром, а внутренними деталями - вспомогательные, второстепенные. При этом система опознавательных признаков формы знака, выбранная для определенных характеристик объекта, должна применяться для всего алфавита знаковой системы.

Количественные оценки влияния геометрического контура пиктограммы на эффективность ее распознавания даны в таблице 2.

При разработке знаковой системы следует учитывать, что симметричные символы легче усваиваются человеком и более прочно сохраняются в кратковременной и долгосрочной памяти.

В качестве различительных признаков знаков в пределах одного алфавита не рекомендуется использовать:

- число элементов в знаке;

геометрические размеры знака (по крайней мере, более двух вариантов);

отличие знаков по принципу “позитив - негатив” и “прямое - зеркальное отражение”.

Таблица 2. Влияние геометрической сложности знака на его декодирование

Показатель	Значение показателя
	Простые знаки	Знаки средней сложности	Сложные знаки
Минимальное время экспозиции, с	0,03	0,03	0,05
Среднее время декодирования при экспозиции 0,03 с	3,06	2,55	2,76
Вероятность правильного декодирования	0,80	0,97	0,98

Еще один фактор, упоминавшийся выше, количество интерактивных элементов, одновременно отображаемых на экране. Естественно, на эффективность работы с ними влияют и зрительные характеристики пользователя, и качество используемой знаковой системы. Тем не менее при выборе нужного элемента сказывается еще одна характеристика пользователя - сенсомоторная. В качестве примера в таблице 3. приведены достаточно усредненные значения безошибочности (Рв) и времени (Тв) выбора требуемого элемента в зависимости от числа представленных на экране.

Таблица 3. Обобщенные показатели сенсомоторной характеристики пользователя

Количество интерактивных элементов на экране (в активном окне)	Рв	Тв, с
	0.999	1.5
	0.997	3.0
	0.995
	0.97
	0.94
	0.92

Очевидно, что приведенные выше числовые показатели являются усредненными, и в реальной жизни, вероятно, не существует ни одного человека, который бы им полностью соответствовал. Тем не менее они оказываются справедливы для определенных групп (категорий) пользователей. Представители каждой такой группы могут отличаться от представителей другой по целому ряду факторов: по физиологическим параметрам, по уровню компьютерной грамотности, по опыту работы с конкретным приложением и т. д. Именно поэтому, приступая к разработке интерактивного приложения, необходимо в первую очередь определить (хотя бы приближенно) категорию потенциальных пользователей, для которых оно предназначено.

Литература: 8осн. [25-37], 4осн. [32-36], 7доп.[88-100].

Контрольные вопросы

1. Каковы временные характеристики зрения человека-оператора?

2. Что означает коэффициент оперативности кода знаковой системы?

3. Как влияет геометрическая сложность знака на его декодирование?

4. Каковы обощенные обобщенные показатели сенсомоторной характеристики пользователя?

Тема 6. Основные характеристики анализаторов человека. Пороги чувствительности анализаторов. Временные характеристики анализаторов. Способы количественной оценки психофизиологических характеристик оператора.

Наибольшее значение для деятельности оператора имеют зрительный анализатор, за ним следуют слуховой и тактильный (осязательный) анализаторы. Участие других анализаторов в деятельности оператора невелико.

Основными характеристиками любого анализатора являются пороги - абсолютный (верхний и нижний), дифференциальный и оперативный. Понятие каждого из этих порогов может быть введено по отношению к энергетическим (интенсивность), пространственным (размер) и временным (продолжительность воздействия) характеристикам сигнала.

Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувствительности, а максимально допустимая величина - название верхнего порога чувствительности (это понятие вводится по отношению лишь к энергетическим характеристикам). Сигналы, величина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринимаются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т. д.). Интервал между нижним и верхним порогами носит название диапазона чувствительности анализатора.

С помощью анализаторов человек может не только ощущать тот или иной сигнал, но и различать сигналы. Для характеристики различения вводится понятие дифференциального порога (от латинского differentia - различать), под которым понимается минимальное различие между двумя раздражителями (сигналами) либо между двумя состояниями одного раздражителя, вызывающее едва заметное различие ощущений. Экспериментально установлено, что величина дифференциального порога пропорциональна исходной величине раздражителя:

где J-исходная величина сигнала (раздражителя), dJ - величина дифференциального порога; k - константа, равная 0,01 для зрительного анализатора, 0,10-для слухового и 0,30 - для тактильного. Зависимость между величиной сигнала и величиной вызываемого им ощущения:

S = k*lnJ + C ,

где S - величина ощущения; k и С - константы.

Эта зависимость носит название основного психофизического закона, или закона Вебера-Фехнера. Согласно этому закону, интенсивность ощущения прямо пропорциональна логарифму силы раздражителя. Закон справедлив только для среднего участка диапазона чувствительности анализатора. Одной из основных характеристик анализатора является его чувствительность. Различают нижний и верхний абсолютный порог чувствительности. Абсолютный порог чувствительности определяется формулой :

G = 1 / J,

где: J - величина интенсивности раздражителя, соответствующая нижнему абсолютному порогу чувствительности.

Кроме абсолютного порога существует дифференциальный порог чувствительности анализатора, определяемый минимальной разницей между интенсивностями раздражителя, когда в ощущениях они отражаются как различные.

Величина дифференциального порога характеризует предельные возможности анализатора и поэтому не может служить основанием для выбора допустимой длины алфавита сигналов. Для этого необходимо пользоваться величиной, характеризующей не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Такой величиной в инженерной психологии является оперативный порог различения. Он определяется той наименьшей величиной различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Обычно оперативный порог различения в 10-15 раз больше дифференциального.

К характеристикам зрительного анализатора относятся диапазон яркости, контраст и острота зрения. Величина контрастности равна отношению двух уровней яркости - обычно это яркость фона и яркость изображения. Различают пороговый контраст и контрастную чувствительность анализатора. Острота зрения определяется величиной, обратной тому наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором возможно минимальное ощущение их раздельности.

К временным характеристикам анализатора относятся:

- латентный период реакции, определяемый промежутком времени от появления сигнала до момента возникновения ощущения;

- время инерции ощущения, определяемое промежутком времени от момента исчезновения сигнала до момента прекращения действия ощущения;

- критическая частота мелькания - минимальная частота появления сигнала, при которой он воспринимается как непрерывный;

- время адаптации - время, необходимое для самонастройки анализатора в изменившихся условиях восприятия.

Рассмотренные характеристики и устройство анализаторов позволяют сформулировать общие требования к сигналам-раздражителям, адресованным оператору:

- интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обеспечивает оптимальные условия для приема и переработки информации,

- для того чтобы оператор мог следить за изменением сигналов, сравнивать их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения,

- перепады между сигналами не должны значительно превышать оперативный порог, так как при больших перепадах возникает утомление, следовательно, существуют не только оптимальные пороги, но и оптимальные зоны, в которых различение сигналов осуществляется с наибольшей скоростью и точностью,

- наиболее важные и ответственные сигналы следует располагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответствуют участкам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью,

- при конструировании индикаторных устройств необходимо правильно выбрать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, тактильный и т.д.).

Рассмотрим способы количественной оценки психофизиологических характеристик оператора.

Надежность человека-оператора определяет его способность выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы. Надежность человека-оператора характеризует его безошибочность, готовность, восстанавливаемость и своевременность. Безошибочность человека-оператора оценивается вероятностью безошибочной работы, которая определяется как на уровне отдельной операции, так и на уровне алгоритма в целом. Вероятность безошибочной работы определяется на основе статистических данных.

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения человека-оператора в работу в любой произвольный момент времени:

Кг = 1 - Топ/То ,

где Топ - время, в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию; То - общее время работы человека-оператора.

Восстанавливаемость оператора оценивается вероятностью исправления им допущенной ошибки:

Рв = Рк*Робн*Ри ,

где Рк - вероятность выдачи сигнала схемой контроля;

Робн - вероятность обнаружения сигнала оператором;

Ри - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении алгоритма.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий оператора оценивается вероятностью выполнения задачи в течение заданного времени:

Рсв=Р{Т<= Tлим }

где: Tлим - лимит времени, превышение которого рассматривается как ошибка.

Быстродействие оператора при взаимодействии с техническими средствами определяется временем прохождения информации по замкнутому контуру из последовательно соединенных технических звеньев системы и человека-оператора и оценивается продолжительностью цикла регулирования :

Тц = Топ + S Тi

где Топ - время решения задачи оператором, т. е. время от момента появления сигнала до момента окончания управляющих воздействий;

Тi - время задержки информации в технических звеньях системы.

Время Топ определяется либо экспериментальным путем, когда имеется реальная система или ее имитатор, либо расчетным (аналитическим) путем для проектируемых систем.

Быстродействие оператора при действиях по заранее определенному алгоритму может быть представлена как совокупность времен, необходимых для получения человеком информации от средств отображения и выполнения ответных действий:

То = Тв + Треш + Тоу + Тм ,

где Тв - время восприятия сигнала (латентный период);

Треш - время принятия решения;

Тоу - время обнаружения нужного органа управления;

Тм - время осуществления моторного действия на орган управления.

Каждая из составляющих времен реакции (кроме Тм) линейно зависит от количества перерабатываемой информации:

Т = Т' + Q / V

Где: Т' - скрытое время реакции (Т'= 0,1-0,6 сек.);

Q - объем перерабатываемой информации;

V - скорость переработки информации.

Быстродействие технических средств, взаимодействующих с оператором, характеризуется либо временем обновления информации, либо временем реакции системы на запрос. Под временем обновления информации понимают интервал времени с момента ввода информации до момента отображения. Это время определяется временем ввода и обработки информации, временем формирования и выдачи информации на экран и зависит от очередности задач, решаемых системой.

Точность работы оператора - степень отклонения измеряемого оператором параметра системы от своего истинного, заданного или номинального значения количественно этот параметр оценивается погрешностью, которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

S = Pt - Pf ,

где: Pt -истинное или номинальное значение параметра;

Pf -фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Литература: 4осн. [44-64], 5осн. [111-123], 7осн.[23-53], 1доп.[5-14], 7доп.[88-99].

Контрольные вопросы

1. Как определяются количественные оценки порогов чувствительности анализаторов человека-оператора?

2. Каковы временные характеристики анализаторов человека-оператора?

3. Как определяется быстродействие человека-оператора?

4. Как определяется восстанавливаемость оператора?

5. Что характеризует коэффициент готовности оператора?