«Инженерно-психологическая оценка способов кодирования визуальной информации»

 Психологические требования к эргатическим системам характеризуются показателями соответствия техники возможностям человека по восприятию информации, построению информационной модели процесса управления. Информационная модель по содержанию должна адекватно отображать объекты управления и окружающую среду при оптимальном количестве информации. Построение информационной модели основано на особенностях памяти и оперативного мышления человека с использованием теории информации и характеристик анализаторов, рассмотренных ранее.

В общем случае психологические требования к эргатическим системам обеспечиваются разрешением двух взаимосвязанных задач:

сокращение объема информации путем рационального ее кодирования;

уменьшение величины перемещения анализаторов при восприятии информации.

Отбор и выдача информации о состоянии объекта должны осуществляться в форме наиболее соответствующей закономерности восприятия и переработки ее человеком.

Применительно к задаче обнаружения сигналов на характер деятельности оператора существенно влияет наличие в поле зрения множества информационных элементов. В общем случае, время поиска сигнала t, зависит от условий наблюдения: углового размера знаков, расстояния  считывания, яркости изображения, контраста и ряда других  факторов.    

Оперативное  поле зрения – зона появления сигналов в любом месте которое может вызвать одноактное установочное движение глаз.

Размеры оперативного поля зрения зависят от факторов, связанных с установкой и колебаниями внимания, характером зрительной задачи, пространственными свойствами, яркостью и различимостью объекта.

Зрительное пространство,  инициируемое экраном дисплея, неоднородно. По мере удаления сигнала от центра экрана увеличивается время  различения  сигнала  и растет количество ошибочных реакций. Зависимость времени реакции и точности работы описывается линейным уравнением,  где аргументом является угловое расстояние.  Характер зависимости связан с используемым способом кодирования.  Чем  выше перцептивная  сложность сигнала,  тем больше время сличения стимулов. Значительное снижение эффективности восприятия отмечается при предъявлении сигналов в угловых зонах экрана.

Визуальное пространство, инициируемое экраном дисплея асимметрично. Время и точность идентификации сигналов зависят не только от удаленности сигнала,  но и от направления, в котором располагается  сигнал.  Существуют  оси  и  области поля зрения,  вдоль которых наблюдается снижение и увеличение  эффективности  восприятия.  Количество ошибок идентификации стимулов снижается для цифр, отображаемых в левой верхней четверти экрана,  для фигур - в левой нижней четверти экрана. Снижение эффективности восприятия наблюдается при предъявлении цифр вдоль оси,  идущей из  правого  нижнего угла  экрана  в  левый верхний угол.  Аналогичный эффект для фигур наблюдается при расположении сигналов вдоль диагонали,  идущей  из левого нижнего угла в правый верхний.

На  эффективность  восприятия  влияет характер перцептивной задачи. При отрицательной идентификации точность работы существенно выше,  чем при положительной.  Перцептивная сложность сигнала в большей мере  влияет на точность работы,  нежели на время сличения сигналов.

Эффективность выполнения поисковых задач зависит от структуры информационного поля. При частичном расположении большого числа элементов в поле – эффективность поиска мала и увеличивается за счет специальной организации поля. Раньше и с большей точностью обнаруживаются символы во 2-ом квадранте. Откуда обычно начинаются маршрут движения глаз при визуальном сканировании как при чтении. В общем случае важная информация отображается в виде формы из 8 элементов, представляющих матрицу 4x2.

Существенное значение имеет расстояние или дальность считывания. Для определения максимальной дальности считывания при освещенности от 100 до 1000 лк. Можно пользоваться следующими данными:

При умеренном внешнем освещении для уверенного считывания угол зрения должен составлять 6 – 7 угловых минут, при повышенной внешней освещенности угловой размер знака должен быть более 20 минут.

Кодирование зрительной информации

Для того, чтобы информацию на дисплее было легко находить и понимать, ее можно представить в форме того или иного кода. Кодирование информации — это преобразование носителя информации в вид, обеспечивающий максимальную скорость и надежность приема информации человеком. Т.е. в процессе кодирования информация приобретает дополнительные свойства, что уменьшает время ее переработки оператором и помогает ему различать сообщения. При этом поставленную задачу разбивают на составляющие, затем анализируют информационные требования к каждой из подзадач, после чего можно классифицировать информацию по основаниям важности и частоты использования. На этой основе информацию делят на первостепенную и второстепенную, что позволяет определить для нее места на экране. После этого можно кодировать информацию цветом, размером, яркостью и т.п.

Код должен быть максимально осмыслен и читаться подобно печатному тексту. Кодирование характеризуется категорией кода, длинной алфавита сигналов, уровнем кодирования, доминирующем приоритетом, компоновкой сигналов в группы. Под категорией кода понимается самостоятельный способ кодирования.

Информационные сигналы могут быть представлены цифрами, буквами, условными знаками, геометрическими фигурами и их размерами, линиями, цветом, яркостью и т.д.

В общем случае, качественные характеристики объектов кодируются буквами, символами, цветом, абстрактными фигурами. Количественные параметры объектов кодируются цифрами, положением указателя на органах управления и средствах отображений информации, типом и размером линий на ЭЛТ. Выбор кода определяется характером решаемых задач, видом трудовой деятельности, с учетом особенностей оперативной памяти человека, участвующей в декодировании получаемой информации. Существенными моментами при кодировании являются: требования внешнего подобия отображаемого символа с реальным объектом, что способствует повышению скорости и точности восприятия информации; учет привычных ассоциаций человека, его жизненного и профессионального опыта и использованием цветов (красный цвет ассоциируется с опасностью, желтый — с получением какого-либо предупреждения, зеленый — со спокойной обстановкой).

Таблица 3. Сравнение различных способов кодирования информации

Оптимальная длина определяется с учетом оперативной памяти человека.

Уровень кодирования определяется мерностью (1,2,3-ех мерные) стимулов использованных при отображении информации. Способом увеличения длины кода алфавита считается использование многомерного кодирования.

Система кодирования должна быть совместимой с жизненным и профессиональным опытом оператора, т.е. с теми ассоциациями, которые у него образовались. В связи с этим буквы, используют при отображении назван. объекта, цифры – при количественной оценке характеристик. Цвет используют для акцентирования на значимость. Геометрические фигуры используют в случае, когда оператору нужна наглядная картина для быстрой переработки информации.

Компоновка кодового знака в значительной степени определяет его различимость и опознаваемость.

Вообще говоря, цветовой код может быть полезен, если:

дисплей не разграфлен;

высока плотность символов;

оператор вынужден отыскивать необходимую информацию в большом массиве данных.

Несколько исследований были посвящены цветам, применяемым в цветовых кодах. Т.к. видимый цвет объектов зависит от их освещенности, цветовой код применяют только при освещении белым цветом При выборе цветового кода необходимо учитывать те устоявшиеся значения, которые ассоциируются с определенными цветами. Например, красный, желтый и зеленый цвета рекомендуется использовать соответственно для обозначений «Опасно», «Осторожно», «Безопасно». В большинстве источников установлен следующий алфавит значений цветового кода.

Красный цвет используется для предупреждения оператора о том, что система или одна из ее частей бездействуют. Примеры сообщений: «Срыв», «Ошибка», «Авария», «Отказ».

Мигающий красный сигнал применяется для обозначения ситуации, требующей немедленных действий.

Желтый цвет применяется для обозначения предельных режимов, в которых необходима  осторожность или может произойти неожиданная задержка.

Зеленым цветом обозначают полностью функционирующую систему, все параметры которой находятся в норме.

Белый цвет используется для обозначения таких функций, относительно которых у системы нет сведений, являются ли они правильными или ошибочными, т.е., например, для обозначения альтернативных функций или кратковременного промежуточного состояния.

Синим цветом обозначают консультативные сведения, но чрезмерного применения синего цвета следует избегать.

При выборе цветов необходимо учитывать несколько перцептивных ограничений. При освещении цветов статистической и цветной динамической информации рекомендуется использовать кодирование не только по цветовому тону, но и по насыщенности.

Нужно учитывать, что с увеличением дистанции наблюдения цвет воспроизводимой информации воспринимается измененным.

Желтый и голубовато желтые цвета на большом расстоянии – белые, синий и красный – черные.

Оптика человеческого глаза, в отличие от фотообъектива, не скорректирована в отношении к цветовой аберрации. Преломляющая способность глаза различна для коротковолновых и длинноволновых излучений. Чем короче длина волны, тем короче фокусное расстояние: для насыщенного синего цвета приблизительно на 3 диоптрии больше, чем для насыщенного красного. Для менее насыщенных цветов видеодисплея эта разница составляет всего 1 диоптрию. Но этого достаточно для возникновения хромостереопсиса – эффекта восприятия глубины, при котором красные и синие элементы изображения воспринимаются удаленными на различные расстояния. Поскольку сфокусировать глаз на тех или других элементах одновременно трудно, механизм аккомодации глаза делает это поочередно. Красный, оранжевый и желтый цвета на экране видеодисплея могут наблюдаться вместе без перефокусировки, но сочетание голубого с красным требует перефокусировки. Поскольку хромостереопсис может раздражать оператора и вызывать зрительное утомление, его следует избегать.

Исследования времени реакции позволили установить, что реакция на излучение в синей части спектра при низких уровнях освещенности короче, чем на излучение в красной части спектра. Чем слабее свет, тем более критична длина волны, так что при сумеречном зрении ( низкие уровни освещенности от 0.0004 до 0.04 кд/м2) глаз наиболее чувствителен к синей части спектра. Однако при более высоком уровне освещенности (например, 0.2 кд/м2) наименьшее время реакции наблюдается для красного цвета, вслед за которым следует зеленый и желтый.

Число ошибок опознавания цветов в лабораторном эксперименте возрастало вместе с увеличением количества тестовых цветов (сравните, доля ошибок при использовании 10 цветов составляет 2.5%, при использовании 15 цветов – 5.4%, а при использовании 17 цветов – 28.6%). Если от оператора требуется абсолютная идентификация цвета (в отсутствие других цветов для сравнения) максимальное число цветов не должно превышать пяти, если требуется высокая точность, и десяти, если допустимо небольшое число ошибок.

Люди, страдающие обычными формами нарушения цветоразличения, испытывают трудности в различении таких цветов, которые отличаются только по соответственным долям в них красного и зеленого. Поэтому цветные элементы, обладающие равной яркостью, должны отличаться не только долями красного и зеленого, но также и долей синего.

Контрастная чувствительность к различным пространственным частотам различна для цветных и черно-белых изображений. Максимум чувствительности цветового зрения сдвинут к низким пространственным частотам, а на высоких частотах чувствительность понижается, причем к желто-синим изображениям в большей степени, чем к красно-зеленым. Поэтому в цвете легче воспринимаются более крупные объекты, например, экран в целом, чем такие мелкие объекты, как знаки.

В общем, чем меньше объект, тем хуже воспринимается его цвет. Если пространственная частота решетки достаточно высока, ее элементы еще могут восприниматься, но их цвет может быть уже не виден. Например, частая решетка из желтых и синих полос неотличима от черно-белой решетки. Черно-белый канал передает высокочастотную пространственную информацию о краях, тонких контурах и мелких деталях, в то время как цвет несет низкочастотную информацию о глобальных аспектах формы. Поэтому цвета легче оценивать на больших поверхностях, а белый и черный – на малых.

Цветом лучше кодировать целые слова или фон, чем символы или отдельные знаки. Необходимо отметить также, что большие по величине экраны обеспечивают более высокое качество цвета, поскольку позволяют получить обширные цветовые поверхности. Возможно, что для алфавитно-цифровых дисплеев наилучший компромисс состоит в использовании для цветового кодирования фона, а знакам можно придать высококонтрастный черный или белый цвет.

Поскольку периферия сетчатки не чувствительна к зеленому и красному цветам, их не следует применять на краях дисплея. Желтый и синий – хорошие периферийные цвета, хотя синий не следует использовать для знаков и тонких линий. Пары дополнительных цветов, например, красный–зеленый и желтый–синий  представляют собой хорошие комбинации для цветного дисплея.

Чувствительность глаза с возрастом понижается. Это связано с постепенным изменением прозрачности хрусталика и стекловидного тела глаза. Поэтому для дисплеев не следует брать цвета с  малой яркостью, если ими пользуются пожилые люди.

Для мелких деталей не следует применять насыщенный синий цвет, но такой цвет удачен для фона. Наконец, поскольку синий цвет хорошо воспринимается на периферии зрительного поля, он является хорошим цветом для фона на большой площади.

При расположении средств отображения информации и органов управления (предположим, на панелях пульта) следует учитывать следующие основные факторы:

•    приоритет;

•    группировки в логические блоки;

•    взаимосвязь между органами управления и средствами отображения информации.

При установлении приоритета на место расположения необходимо учитывать, как тот или иной орган управления или средство отображения информации используется оператором и каково его воздействие на работу системы. При этом рассматриваются следующие параметры:

частота и степень использования;

точность и (или) скорость считывания показаний или установка позиции органа управления;

влияние ошибки считывания или запаздывания в выполнении операций на надежность и безопасность работы системы;

легкость манипулирования отдельными органами управления (определяется по точности, скорости, усилиям) в разных местах расположения.

При размещении индикаторов и органов управления на панели применяют два способа их группировки;

•    функциональный — когда объединяются индикаторы и органы управления, идентичные по функциям или совместно используемые при выполнении одной задачи, а также относящиеся к одному компоненту оборудования;

•    последовательный — расположение в порядке последовательности использования.

Средства отображения информации и органы управления — на панелях пульта должны быть расположены следующим образам:

•    важные и наиболее часто используемые средства отображения информации и органы управления — в пределах оптимальной зоны;

•    аварийные — в легко доступных местах, но не в оптимальной зоне;

•    второстепенные,   периодически   используемые   средства отображения информации и органы управления — не в оптимальных зонах, при этом руководствуются в основном правилами группировки и взаимосвязи между ними. Средства отображения информации на панелях пульта группируют и размещают в соответствии с последовательностью их использования или функциональными связями элементов системы, которые они представляют.

При компоновке средств отображения информации необходимо обеспечивать:

обзор и видимость с рабочего места;

возможность легкого опознания нужного индикатора;

объединение средств отображения информации в последовательные или функциональные группы;

учет взаимосвязи индикаторов с требованиями системы и органами управления, которые влияют на показания этих индикаторов.

При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания необходимо выполнять следующие правила:

•    при наличии в группе шести и более индикаторов — располагать их в виде двух параллельных рядов (вертикальных или горизонтальных); не делать более 5—6 горизонтальных или вертикальных рядов;

•    при наличии на панели более 25—30 индикаторов — компоновать их в 2—3 зрительно отличаемые группы.

При компоновке органов управления их располагают в зоне досягаемости, причем часто используемые — на высоте 600...1 000 мм для работы в положении сидя и 1 000...1 400 мм — для работы в положении стоя. Функционально однородные органы управления необходимо располагать единообразно на всех панелях пультов данной системы, исключая возможность их случайного переключения.