Анализ траекторий движения при письме

Рассматривая восприятие как отображение предметов и явлений внешнего мира в субъективном пространстве, целесообразно сопоставить этот процесс с отображением другого типа, в известной степени обратным — отображением субъективного образа в двигательном акте. Оба этих отображения o рассматриваться как информационные процессы и должны иметь определенное сходство.

Можно выделить две неразрывно связанные стороны двигательного акта: внутреннюю и внешнюю. Наиболее полное исследование двигательного акта как целого было проделано Н. А. Бернштейном. В классической работе «О построении движений» он обосновал представление об иерархической многоуровневой системе построения движений. Уже в более поздних исследованиях Н. А. Бернштейн пришел к выводу о регулирующей роли образа в построении движений.

Внешняя сторона двигательного акта всегда представляет собой единство пространственно-временных и энергетических характеристик. В случае произвольного двигательного акта к ним добавляются еще и информационные характеристики. Элементарный непроизвольный двигательный акт вполне аналогичен ощущению — оба имеют одни и те же топологические характеристики и неразрывное единство пространства, времени и энергии. Далее, если составной частью восприятия всегда является действие, то составной частью двигательного акта всегда является рецепция. И восприятие, и двигательный акт имеют в своем составе замкнутые контуры регулирования.

Двигательные акты можно разделить на произвольные и непроизвольные, апериодические (однократные) и периодические (повторяющиеся), простые и сложные. В каждом двигательном акте представлены осознаваемые и неосознаваемые компоненты. В иерархии управляющих уровней осознаются лишь высшие.

Внешний компонент движения может изучаться либо непосредственно, либо по пространственно-энергетическим зависимостям от времени, зарегистрированным приборами. Больший интерес представляют информативные движения. Вспоминая «человека» Пенфилда, сразу можно сказать, что наиболее информативными движениями обладают лицо, язык и рука.

Произвольный двигательный акт есть целостное действие, результат которого может быть объективно зафиксирован. Так как такой результат является отображением субъективного образа, то интересно подвергнуть его такому же анализу, какому были подвергнуты объекты восприятия. Одним из наиболее информативных органов человека является рука, поэтому в качестве объектов анализа можно выбрать двигательные акты руки, а именно движение руки при письме, точнее результат таких движений — траекторию пишущего прибора.

Как большинство производственных движений, акт письма относится к периодическим движениям. Существует непосредственная связь между организацией двигательного акта и его эффективностью. Хорошая организация двигательного акта должна удовлетворять принципам гармоничности (трудовая деятельность).

В качестве конкретного объекта рассмотрим движения конца пишущего прибора. Его траектория соответствует начертаниям рукописных букв и слов. Она является объектом зрительного восприятия и контроля, результатом работы многоуровневой системы построения движения (отображения II). Ее исследование проведем методом «анализа через синтез».

Рассмотрим способ синтеза рукописных букв и слов. При разработке способа ставилась задача получения максимального сходства синтезированных букв из достаточно большого алфавита со стандартным, общепринятым их написанием при минимальном числе составляющих элементов. Известны различные подходы к решению этой задачи. Можно, например, получить конфигурацию буквы из элементов формы. Конфигурация, полученная в результате письма, есть результат движения. Поэтому в качестве элементов для синтеза рукописных букв естественно попытаться использовать простейшие типы движения. Будем считать, что конец пишущего прибора одновременно может участвовать в трех независимых движениях:

1) прямолинейном колебательном по горизонтали:

u = A sin [ 2π / (T × t) + φ₁ ];

2) прямолинейном колебательном под углом к горизонтали:

v = B sin [ 2π / (T × t) + φ₂ ];

3) прямолинейном поступательном по горизонтали:

w = C t.

Все движения происходят в одной плоскости. Для такого предположения имеются весьма убедительные физиологические данные. Результирующее движение полностью определено, если задать начальное положение пишущего прибора, амплитуды колебаний (А и В), период Т, разность фаз Δφ = φ₁ - φ₂ и скорость поступающего движения С. При различных значениях этих параметров получаются варианты эллиптической траектории как результат суперпозиции трех движений u, v и w.

Рассмотрим процесс синтеза рукописной строчной буквы а. Написание буквы а может быть произведено без отрыва пишущего прибора от бумаги. При этом некоторые участки конфигурации буквы могут проходиться неоднократно. Разобьем эту непрерывную траекторию на отдельные участки, показанные на рис. 12, а. Эти участки представляют собой эллипс, отрезок прямой и часть эллипса. Каждый из этих участков получается при различных комбинациях значений параметров А, В, Δφ, С, которые должны изменяться при переходе от одного участка к другому. Их можно рассматривать как некоторые функции времени А(t), B(t), Δφ(t) и С(t). На рис. 12, б даны графики этих функций при синтезе буквы а на интервале 0 ≤ t ≤ 2Т.

На графиках отчетливо видно, что разбивающие точки на траектории движения соответствуют моментам времени, в которые происходит скачкообразное изменение, по крайней мере, одной из четырех функций. Этот принцип разбиения непрерывной траектории движения на отдельные участки аналогичен тому, который был применен выше для квантования объектов восприятия. Аналогично можно синтезировать все строчные буквы русского алфавита [77].

На рис. 13 приведены конфигурации синтезированных букв, на этом же рисунке для сравнения приведены общепринятые начертания тех же букв. Сравнение показывает, что, за небольшими исключениями, для сходства синтезированных и стандартных букв необходимо очень небольшое число значений параметров: для А — 4, для В — 4, для Δφ — 7, для С — 3, причем эти значения оказались кратными, имеющими простую общую меру. Шкала времени также оказалась разбитой на дискретные интервалы с единицей, равной 1/12 T (периода). Подобно тому, как мелодия имеет ритмовысотную метрическую основу, движения при письме, по-видимому, имеют пространственно-временную метрическую основу.

Синтезированные буквы сравнивались с прописями, т. е. не с движениями отдельного человека, а с некоторыми усредненными начертаниями. Поэтому в реальных движениях могут быть и всегда имеются отступления от идеальной пространственно-временной основы. При тех же уровнях квантования можно синтезировать и строчные буквы латинского алфавита. При написании прописных букв траектория часто не является непрерывной, состоит из нескольких отдельных частей. Все такие части прописных букв русского и латинского алфавитов могут быть синтезированы описанным методом при некотором расширении числа уровней квантования начальных условий и параметров движения. Могут быть получены варианты букв, отличающихся наклоном, эксцентриситетом (вытянутостью) и размером.

Для многих букв алфавита выбор начальных условий и значений параметров движения не является однозначным. При незначительных вариациях этих величин могут быть получены различные, но близкие начертания букв, из которых могут быть выбраны в некоторых отношениях лучшие варианты. В частности, наиболее вариативны соединительные элементы букв. Характер соединительных элементов, которые у рукописных букв русского алфавита в основном завершают написание буквы, определяется последующей буквой слова. Варьируя эти элементы, а также вводя движение, прерывающее линию письма, можно осуществить программирование написания целых слов и предложений. Следовательно, программирование написания рукописного слова может быть осуществлено с помощью синхронного задания нескольких ступенчатых функций дискретного аргумента.

Таким образом, траектория движения при письме является квазисвязной и частично ограниченной, имеет «кристаллическую» пространственно-временную основу. Ее структуры во многом аналогичны структурам рассмотренных выше текстов.

Глава IV

ПРОЦЕСС И РЕЗУЛЬТАТ ВОСПРИЯТИЯ
ЦЕЛОСТНЫХ ОБЪЕКТОВ