Человеко-машинное взаимодействие

Серия «Библиотека студента»




            Э. А. Акчурин






Человеко-машинное взаимодействие



            Учебное пособие







Рекомендовано УМО по университетскому политехническому образованию для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»












            Москва СОЛОН-ПРЕСС 2016

УДК 621.396.218
ББК 32.884.1
      А38



   Акчурин Э. А.
А38 Человеко-машинное взаимодействие. Учебное пособие. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2016. — 96 с.: ил. — (Серия «Библиотека студента»).


        ISBN 978-5-91359-022-0


    Книга представляет собой учебное пособие по дисциплине «Человеко-машинное взаимодействие», входящей в федеральный список дисциплин направления подготовки 230105.
    В книге рассматриваются все основные аспекты человеко-машинного взаимодействия, которые должны учитываться при разработке современного программного обеспечения. Она предназначена для студентов, аспирантов и технических специалистов, которые хотят получить базовые знания о концепциях разработки ориентированных на пользователя программных продуктов.





КНИГА - ПОЧТОЙ
   Книги издательства «СОЛОН-ПРЕСС» можно заказать наложенным платежом (оплата при получении) по фиксированной цене. Заказ оформляется одним из трех способов:
      1. Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82.
      2.  Оформить заказ можно на сайте www.solon-press.ru в разделе «Книга — почтой».
      3.  Заказать по тел. (499) 254-44-10, 252-73-26.
   Бесплатно высылается каталог издательства по почте. Для этого присылайте конверт с маркой по адресу, указанному в п. 1.
   При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя.
   Желательно указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты.
   Через Интернет Вы можете в любое время получить свежий каталог издательства «СОЛОН-ПРЕСС», считав его с адреса www.solon-press.ru/kat.doc.
   Интернет-магазин размещен на сайте www.solon-press.ru.



По вопросам приобретения обращаться: ООО «АЛЬЯНС-КНИГА КТК» Тел: (495) 258-91-94, 258-91-95, www.abook.ru
Сайт издательства «СОЛОН-ПРЕСС»: www.solon-press.ru
E-mail: solon-avtor@coba.ru



ISBN 978-5-91359-022-0 © Акчурин Э. А., 2016
© Макет и обложка «СОЛОН-ПРЕСС», 2016

                Введение





            1. Выписка из ГОС по специальности 220400


   Понятие информационного взаимодействия; психологические аспекты человеко-машинного взаимодействия, уровни сложности и ориентация на пользователя; аппаратные средства графического диалога и мультимедиа-устройства, виртуальные устройства диалога; граф диалога, время ответа и время отображения результата, формальные методы описания диалоговых систем; метафоры пользовательского интерфейса и концептуальные модели взаимодействия; прикладные аспекты человеко-машинного взаимодействия при визуальном проектировании процессов, структур, объектов; инструментальные среды разработки пользовательских интерфейсов.


            2. Список литературы


   1.   Гультяев А., Машин В. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. СПб.: Корона принт, 2000. — 352 с.
   2.   Коутс Р., Влейминг И. Интерфейс «Человек-компьютер»: Пер. с англ. — М: Мир, 1990.
   3.   Минаси М. Графический интерфейс пользователя: секреты проектирования: Пер. с англ. — М.: Мир, 1996.
   4.   Токарев С. Macromedia Dreamweaver MX. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 544 с.
   5.   Александровский А. Создание Web-страниц с использованием Front Page 98 и Java Script. М.: ДМК, 1998. — 368 с.


3

«солон»

                1.  Понятие информационного взаимодействия




            1.1.  Основные определения


   Человеко-машинное взаимодействие (ЧМВ), или иначе пользовательский интерфейс (ПИ) обеспечивает связь между пользователем и компьютером. Он позволяет достигать поставленных целей, успешно находить решение поставленной задачи. Взаимодействие — обмен действиями и реакциями на эти действия между компьютером и пользователем.
   ПИ — совокупность информационной модели предметной области, средств и способов взаимодействия пользователя с информационной моделью, а также компонентов, обеспечивающих формирование информационной модели в процессе работы программной системы. Информационная модель — условное представление предметной области, формируемое с помощью визуальных и звуковых компьютерных объектов, отражающих состав и взаимодействие реальных компонентов предметной области. Интерфейс включает:
   • язык_представления — общение компьютера с пользователем,
   • язык действий — общение пользователя с компьютером,
   • представление пользовательского интерфейса.
   Имеется ряд стилей взаимодействий, которые делятся на два основных вида. Первый — это использование интерфейса языка команд — ввод команд текстовыми средствами; и второй — это непосредственное манипулирование. Таким образом, имеется ряд способов, которыми пользователь мог бы связываться с компьютером:
   • Языки команд — пользователь управляет системой, вводя соответствующие команды в тестовом режиме.
   • Вопрос и ответ — диалог, где компьютер задает вопросы, а пользователь отвечает ему (или наоборот).
   • Формы — пользователь заполняет формы или поля диалога, вводя данные в необходимые поля.
   • Меню — пользователь обеспечен рядом опций и управляет системой, выбирая необходимые пункты.
   • Прямое манипулирование — пользователь управляет объектами на экране посредством устройства манипулирования, типа мыши. ГПИ — Графический Интерфейс Пользователя (GUI — Graphic User Interface) — другой термин, используемый для интерфейса прямого манипулирования.
   В различных операционных системах не сегодняшний день обычно используются комбинированные стили взаимодействия из приведенных

4

«солон»

1.2. Уровни сложности и ориентация на пользователя

выше. Например, в графическом интерфейсе операционной системы Windows используется прямое манипулирование, меню, диалоговые элементы, формы и язык команд. Такой подход важен для проектировщика, поскольку позволяет тщательно рассмотреть поставленную задачу заказчика (будущего пользователя), чтобы выбрать наилучший вариант решения задачи.
   Формы — основной элемент интерфейса. Назначение форм — удобный ввод и просмотр данных, состояния, сообщений автоматизированной системы. Основные принципы проектирования форм:
    • Форма проектируется для более удобного, более понятного и скорейшего достижения решения поставленной задачи. Если форма переносится из бумажной формы, то передвижение по смежным полям не должно вызывать затруднений у пользователя.
    • Размещение информационных единиц на пространстве формы должно соответствовать логике ее будущего использования: это зависит от необходимой последовательности доступа к информационным единицам, частотой их использования, а также от относительной важности элементов.
    • Важно использовать незаполненное пространство, чтобы создать равновесие и симметрию среди информационных элементов формы, для фиксации внимания пользователя в нужном направлении.
    • Логические группы элементов необходимо отделять пробелами, строками, цветовыми или другими визуальными средствами.
    • Взаимозависимые или связанные элементы должны отображаться в одной форме.
   Цель создания эргономичного интерфейса состоит в том, чтобы отобразить информацию настолько эффективно, насколько это возможно для человеческого восприятия, и структурировать отображение на дисплее таким образом, чтобы привлечь внимание к наиболее важным единицам информации. Основная же цель состоит в том, чтобы минимизировать общую информацию на экране и представить только то, что является необходимым для пользователя.



            1.2. Уровни сложности и ориентация на пользователя



   Профессора Стэндфордского Университета Клиффорд Насс (Clifford Nass) и Байрон Ривз (Byron Reeves) занимались изучением реакции человека на компьютер. Применяя классические методы социальной психологии, они обнаружили в поведении людей нечто интересное. Результаты их работы, опубликованные в книге «The Media Equation», показывают, что человек реагирует на компьютер так же как на других людей. Из этого ис

5

«солон»

1. Понятие информационного взаимодействия

следования следует важный вывод: Если мы хотим, чтобы наша программа понравилась пользователям, мы должны сделать ее поведение похожим на поведение человека. Насс и Ривз утверждают что программы должны быть «вежливыми», потому что вежливость — это универсальный человеческий признак.
   Продукты производства с высокими познавательными способностями, такие как программы, тоже должны следовать этому правилу и быть вежливыми. Некоторые продукты высоких технологий ведут себя так, как будто сказав «пожалуйста» или «спасибо», можно быть грубым, но это не вежливость. Если программа скупа на информацию, скрывает результаты своей работу, заставляет пользователя искать где находятся простейшие функции, и винит его в своих собственных неудачах, то пользователю она точно не понравится. Это произойдет независимо от «пожалуйста» и «спасибо». Это также не зависит и от того, насколько находчивой, представительной, метафоричной, наполненной содержанием или персонализированной она будет.
   Создание качественного ПИ требует значительно большего, чем соблюдение установленных правил. Методология реализации ПИ основана на принципе «Интересы пользователя превыше всего» (в английской терминологии UCD — User-centered Design). Он предполагает как можно раннее проектирование ПИ с последующим его развитием в процессе разработки самого программного продукта. Сначала правила представления данных, а затем работа с данными. Пользователь должен чувствовать, что он управляет программным продуктом, а не наоборот. Основные признаки хорошего ПИ:
   1.    Естественность (интуитивность). Работа с системой не должна вызывать у пользователя сложностей в поиске необходимых директив (элементов интерфейса) для управления процессом решения поставленной задачи
   2.    Согласованность и непротиворечивость. Должна соблюдаться в пределах программы и рабочей среды. Если в процессе работы с системой пользователем были использованы некоторые приемы работы с некоторой частью системы, то в другой части системы приемы работы должны быть идентичны. Также работа с системой через интерфейс должна соответствовать установленным нормам (например, использование клавиши Enter). Аспекты согласованности:
    • Физическая, касается технических средств (клавиатура, мышь). Например: клавиша F3 находится в одном и том же месте, кнопка мыши находится под указательным пальцем.
    • Синтаксическая, касается последовательности и места появления элементов диалога на экране. Например, заголовок панели размещается всегда в центре и наверху.
    • Семантическая, касается значений элементов интерфейса. Например, запрос «Выход» должен означать всегда одно и то же.

6

«солон»

1.3. Стандартизация ПИ

   3.   Дружественность. Пользователи часто изучают работу программы методом проб и ошибок. ПИ должен принимать во внимание такой подход. На каждом этапе работы ПИ должен предлагать пользователю только соответствующий шагу задания набор выбора действия, предупреждать пользователя о действиях, которые могут привести к повреждению данных, давать возможность отмены или исправления действий. Важен принцип обратной связи, когда на каждое свое действие пользователь получает визуальное или звуковое подтверждение или сообщение.
   4.   Простота и неизбыточность. Это означает, что пользователь должен вводить только минимальную информацию для работы или управления системой. Например, пользователь не должен вводить незначимые цифры (00010 вместо 10). Аналогично, нельзя требовать от пользователя ввести информацию, которая была предварительно введена или которая может быть автоматически получена из системы. Желательно использовать значения по умолчанию, где только возможно, чтобы минимизировать процесс ввода информации.
   5.   Непосредственный доступ к системе помощи. В процессе работы необходимо, чтобы система обеспечивала пользователя необходимыми инструкциями. Система помощи отвечает трем основным аспектам — качество и количество обеспечиваемых команд; характер сообщений об ошибках и подтверждения того, что система делает. Сообщения должны быть полезны и понятны пользователю.
   6.   Гибкость. Насколько хорошо интерфейс системы может обслуживать пользователя с различными уровнями подготовки? Для неопытных пользователей интерфейс может быть организован как иерархическая структура меню, а для опытных пользователей как команды, комбинации нажатий клавиш и параметры.
   7.   Эстетическая привлекательность. Важная часть разработки программного продукта — проектирование визуальных компонент ПИ. Визуальные компоненты своим видом должны привлекать внимание пользователя к объектам, давать ему дополнительную информацию о поведении и взаимодействии объектов. Вообще, эстетически привлекательная программа как правило и работает лучше, потому что требует от проектировщика особого внимания.


            1.3.  Стандартизация ПИ


   В настоящее время при реализации хорошего ПИ используются результаты исследований в области психологии, эргономики, математической лингвистики, кибернетики и др. Американский национальный институт стандартов ANSI имеет специальную консультативную группу — «Комитет по стандартам интерфейса Человек — Компьютер» (The Human-Computer Standard Committee). Подобные организации есть и в других стра

7

«солон»

1. Понятие информационного взаимодействия

нах. Ими разработаны проекты стандартов ПИ, которые не получили статуса официального документа. В 1987 году корпорация IBM объявила о создании единой среды разработки приложений (System Application Architecture — SAA). Целью проекта было:
    • повышение производительности труда программистов,
    • облегчение эксплуатации и сопровождение программного обеспечения,
    • повышение эффективности распределенной обработки информации,
    • увеличение отдачи инвестиций в разработку информационных систем.
   Проект SAA включает 4 компонента:
    • Соглашения по ПИ (Common User Access -CUA).
    • Соглашения по программному интерфейсу (Common Programming Interface — CPI).
    • Соглашения по разработке приложений (Common Application — CA).
    • Соглашения по коммуникациям (Common Communications Support — CCS).

8

«солон»

                2. Средства диалога и проектирование ПИ




            2.1.  Аппаратные средства диалога и мультимедиа-устройства


   Аппаратные средства диалога технически поддерживают ЧМВ. В настоящее время употребляются
    • Клавиатура. С ее помощью пользователь может передавать компьютеру данные или команды.
    • Дисплей. Используется для отображения отклика компьютера на действия пользователя в визуальной форме.
    • Манипулятор мышь. Позволяет быстро выбирать решения из представленных возможностей, манипулируя свойствами объектов приложения, отображаемых на дисплее.
    • Джойстик. Этот манипулятор позволяет быстро выбирать решения из набора возможных путем перехода к соседним (например — выше, ниже, влево, вправо).
    • Мультимедиа-устройства, к которым относятся средства сенсорного ввода, средства голосового взаимодействия.


            2.2.  Виртуальные устройства диалога


   К ним относятся реально несуществующие устройства, поддерживаемые программно моделями. Примеры таких устройств:
    • тренажеры,
    • виртуальные измерительные устройства в системах имитационного моделирования.


            2.3.  Проектирование ПИ


   Все известные стандарты проектирования программного обеспечения в качестве исходного положения используют понятие жизненного цикла программного продукта, под которым понимается последовательность процессов, действий и задач, осуществляемых в ходе разработки, эксплуатации и сопровождения программного продукта. Например, на этапе формирования требований к системе должны учитываться:
    • область применения системы,
    •    требования пользователя (заказчика) к функциональным возмож-_ ностям системы, к уровню ее безопасности и защищенности,


9

«солон»

2. Средства диалога и проектирование ПИ

    • эргономические требования,
    • требования к квалификации пользователя,
    • степень документированности,
    • организация сопровождения.
   Все проектирование ПИ основано на USD-технологии (интересы пользователя превыше всего) и включает в себя следующие основные этапы:
    • Постановка задачи.
    • Прототипирование.
    • Испытание программного продукта.
    • Повторное выполнение этапов разработки.
    • Оценка потребительских свойств в процессе разработки.
   Постановка задачи. Это начальный этап в разработке программного обеспечения. Он является наиболее критичным, так как на этой фазе определяется общая концепция создаваемого продукта. Трудно потом исправить ошибки, допущенные на этом этапе. Для достижения правильных решений необходимо привлечение специалистов в предметной области. На этом этапе нужно выполнить следующие действия:
    • Определить цели и задачи продукта.
    • Установить потенциальных пользователей продукта, их задачи, намерения, цели. Необходимо учитывать возраст и пол пользователей, их знания и опыт, возможные физические ограничения, специальные потребности.
    • Продумать структуру приложения и метафоры, которые могут быть в нем использованы.
    • Представить проект разработки в письменной форме.
   Прототипирование. После принятия концептуальных решений разрабатывается прототип проекта. В зависимости от квалификации и привычек разработчика это может быть сделано вручную на бумаге, либо с помощью специальных средств макетирования. В итоге должен быть создан иллюстративный прототип, по которому группа разработчиков может обсуждать особенности реализации.
   Испытание программного продукта. USD-технология предполагает активное привлечение пользователя к процессу разработки. За счет этого можно получить дополнительную информацию по качеству применяемых решений с целью их изменения и улучшения. Испытание не есть отладка, последняя осуществляется разработчиком.
   Повторное выполнение этапов разработки. Испытания часто обнаруживают недостатки в проекте и почти всегда необходим возврат к одному из выполненных этапов для создания улучшенной версии фрагмента проекта.
   Оценка потребительских свойств в процессе разработки. Основным направлением испытаний проекта является оценка его потребительских свойств. Главным является удобство пользователя (Usability). Это свойст

10

«солон»