книги из ГПНТБ / Митькин А.А. Электроокулография в инженерно-психологических исследованиях

ГЛЛПЛ III

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПАНЕЛИ ИНФОРМАЦИИ НА ПРОЦЕСС ЗРИТЕЛЬНОГО ПОИСКА СИГНАЛА

Поиск слабозаметного сигнала в пределах ограничен­ ного информационного поля — одна из типичнейших за­ дач для оператора-иаблюдателя, обслуживающего совре­ менные автоматизированные системы управления. Широ­ кое применение на операторских пунктах видеоконтроль­ ных устройств различного типа ставит перед инженерной психологией ряд специфических проблем, от решения которых зависит возможность оптимизации условий зри­ тельной деятельности оператора. В обширном круге этих проблем определенное место отводится выявлению корре­ ляции между параметрами информационного поля и эф­ фективностью процесса поиска сигнала. Как влияют размер и форма информационного поля на организацию маршрута обзора? Равноценны ли (по скорости обнаруже­ ния сигнала) все участки поля пли некоторым из них следует отдать предпочтение? Можно ли, изменяя форму информационного поля (например, форму экрана впдеокоптрольного устройства), акцептировать внимание на­ блюдателя на определенных зонах?

Вопросы такого рода неизбежно возникают в практике проектирования средств отобраягения информации. Для получения ответа на один из таких вопросов и было прове­ дено описанное ниже исследование.

При планировании исследования предполагалось, что форма панели информации уже сама по себе определенным образом детерминирует последовательность и характер ее обзора.

В качестве экспериментальных тест-объектов были выбраны пять равновеликих по площади простых геомет­ рических форм: квадрат, прямоугольник с отношением

§1

Ьариайте 5 сек й во втором варианте 7 сек. Всего Каждая фигура предъявлялась каждому испытуемому 60 раз (два сеанса в разные дни по 30 предъявлений).

В основных опытах участвовали 5 испытуемых (муж­ чин в возрасте от 20 до 30 лет с нормальным зрением). Опыты проводились в затемненной комнате. Перед испы­ туемыми ставилась задача: как можно быстрее обнару­ жить слабозаметный сигнал — светлую точку с угловыми размерами 9 мин, которая может появиться в любое время в любом месте темной поверхности.

Сигнал подавался с помощью специально смонтирован­ ного проектора 2—4 раза в сеанс со случайной локализа­ цией на поверхности фигуры и случайным порядковым номером экспозиции.

В условиях данного эксперимента важно было макси­ мально активизировать процесс зрительного поиска сигна­ ла (за счет поисковых движений глаз). Это возможно при такой интенсивности сигнала, когда он воспринимает­ ся (обнаруживается) только центральным зрением. При организации эксперимента учитывался тот факт, что при темновой адаптации периферия сетчатки становится более чувствительной к слабому свету, чем fovea (Кравков, 1950). При световой адаптации, наоборот, центральная область более чувствительна к слабым световым раздра­ жителям.

В наших опытах при наличии фоновой освещенности экрана порядка 5 лк не имела места темновая адаптация глаз. Поэтому восприятие слабого сигнала осуществлялось центральным зрением. Проведенные для проверки этой закономерности предварительные опыты, сопровождав­ шиеся визуальным наблюдением (по экрану осциллоско­ па) за движениями глаз, показали, что сигнал обнаружи­ вался, как правило, центральным и околоцентральным (порядка 5°) зрением.

Основные эксперименты этой серии протекали следую­ щим образом. Испытуемый с наложенными электродами помещался перед экраном. В течение 10 мин (в которые входило время настройки аппаратуры) он адаптировался к местным условиям освещенности (при этом был вклю­ чен второй проектор тахистоскопа, дающий фон на экран). Экспериментатор проверял правильность коммутации и настраивал величину горизонтального и вертикального усиления (при повторных экспериментах величина усиле-

83

Him устанавливалась заранее). Затем испытуемому дава­ лась инструкция: как можно быстрее обнаружить сигнал (маленькую светлую точку), который может появиться в любое время в любом месте темной поверхности. Все испытуемые, как правило, проходили предварительную двухили трехкратную тренировку. Испытуемому сообща­ лось также, с какой формой поверхности (квадратом, кру­ гом и т. д.) он будет иметь дело в данном опыте.

Попок начинался с момента появления на экране тестобъекта, подаваемого с первого проектора тахистоскопа. Подача тест-объекта (сменяющего фон) осуществлялась экспериментатором с пульта дистанционного управления тахистоскопом, расположенного между ВЭКСами. Обратная смена тест-объекта фоном осуществлялась с помощью реле времени, имеющегося в тахпстоскопе и устанавливаемого на определенную выдержку (5 или 7 сек).

Перед каждым предъявлением тест-объекта испытуе­ мому давались две словесные команды: предварительная («приготовились» — за 5 сек) и основная («внимание» — за 2 сек). В промежутках между предъявлениями допу­ скались движения испытуемого. После первой команды он должен был прекратить движения (особенно головой); после второй — фиксировать взглядом центр экрана и не моргать. Так называемый предварительный период реак­ ции (время между словом «внимание» и предъявлением объекта) был взят с учетом данных Врайтвнезера, Вудроу п Телфорда (цпт. но Ушаковой, 1958), у которых опти­ мальные значения этого периода колеблются от 1 до 4 сек. Промежутки времени между разовыми экспозициями со­ ставляли в основном около 20 сек. Весь сеанс длился 20— 30 мин.

Наш опыт работы показал, что эксперименты, связан­ ные с выполнением глазодвигательных задач, не следует планировать более чем на 30 мин: после этого периода обычно начинает сказываться утомление.

Экспериментатор в течение всего опыта следил за экра­ ном ВЭКС’а. Для регистрации окулограмм проводилась покадровая фотосъемка движении луча. Затвор фотоаппа­ рата открывался одновременно с предъявлением тест-объ­ екта и оставался открытым в течение всего времени разовой экспозиции. Таким образом окулограмма, регистрируемая на каждом кадре, соответствует промежутку времени 5 или 7 сек.

84

Ёсли испытуемый обнаруживал сигнал, он (согласно инструкции) прекращал поиск (фиксировал взглядом сиг­ нал) и говорил: «есть»; экспериментатор при этом закры­ вал затвор фотоаппарата. В таких случаях получались кадры с укороченной записью. Ограниченное время разо­ вой экспозиции было выбрано для того, чтобы свести к минимуму искажения, вызываемые дрейфом нуля и други­ ми артефактами. Перед началом каждой новой экспозиции

рядке корректировки дрейфа нуля) луч осциллоскопа по

опытов, в которых поиск начинался с центра, чередовались с сериями, в которых поиск начинался с одного из пооче­ редно меняемых углов (или крайних точек) фигуры. По каждой фигуре проводились две серии опытов, в первой поиск начинался с центра, во второй — с угла или края. Во втором случае испытуемому предлагалось сразу после предъявления объекта перевести взгляд в угол (или край­ нюю точку) фигуры. В первом случае время разовой экс­ позиции объекта составляло 5 сек, во втором — 7 сек. Две лишние секунды (во втором случае) не являются, конечно, простой «компенсацией» на одни-два дополнительных скачка глаз; мы хотели ташке уяснить некоторые методи­ ческие особенности записи в одном и другом случаях.

В ходе эксперимента испытуемым предлагалось перио­ дически повторять обводки контура панели (маркировоч­ ные обводки). Обводки выполнялись в начале, середине и конце сеанса, 3—5 раз через 10, 8 или 6 кадров — в зави­ симости от количества помех. Наличие кадров с маркиро­ вочными обводками дает возможность при обработке окулограмм совмещать маршруты движений взгляда с рас­ сматриваемым объектом.

Общее количество зарегистрированных окулограмм, полученных на пяти испытуемых, составляет 1500 кадров.

В настоящей экспериментальной серии ставились сле­ дующие основные задачи.

1. Выявить изменение характера маршрутов обзора при различных формах панели информации («стратегию

птактику» зрительного поиска).

2.Определить характер распределения точек фикса­ ции (а следовательно, и «плотности внимания») на пане-

85

Поэтому в большинстве случаев приходится работать не­ посредственно с пленками, используя обычный фотоуве­ личитель. Проецируя через фотоувеличитель кадры плен­ ки на лист белой бумаги, можно визуально анализировать окулограммы и проводить покадровую обработку.

Общий характер маршрутов обзора. Первичный общий анализ окулограмм (визуальное наблюдение за экраном осциллоскопа в ходе эксперимента с протокольной запи­ сью и покадровый анализ с помощью фотоувеличителя) показал, что у всех испытуемых имеет место «привязка» к контуру панели. Во многих случаях поиск начинается с обводки, повторяющей (с большей или меньшей точно­ стью) контур. Испытуемый как бы устанавливает грани­ цы, в пределах которых осуществляется поиск. В дальней­ шем характерны частые повторные возвраты к контуру. По «узору» окулограммы в большинстве случаев легко определить форму панели.

Часто наблюдаются повторяющиеся циклы (ср. цик­ личность по данным Ярбуса). Испытуемый выбирает оп­ ределенную тактику и придерживается ее некоторое вре­ мя. Например, многократно переводит взгляд вдоль контура на расстоянии 5—6° от края; затем делает анало­ гичные обводки в более узких границах; затем делает по­ вторные движения по диагоналям или радиусам и т. п.

При «круговых» маршрутах обзора у всех испытуемых преобладает движение по часовой стрелке.

Тактика зрительного поиска в некоторой степени свя­ зана с индивидуальными различиями испытуемых и зна­ чительно меняется на различных этапах опыта. Однако изменение тактики подчинено обычно общей и неизменной стратегии: стремлению минимальным количеством движе­ ний проконтролировать максимальную площадь панели. У большинства испытуемых поисковые движения всегда имеют характер быстрых скачков с различной амплитудой и малым временем фиксаций. Только у одного испытуемо­ го наблюдались попытки сканировать взглядом (в гори­ зонтальном и вертикальном направлениях) различные участки панели.

Направление и амплитуда скачков глаз в процессе нопска значительно зависят от формы панели. При пря­ моугольной форме панели преобладают горизонтальные и вертикальные скачки, прп круглой и эллиптической фор­ ме — наклонные и радиальные. Скачки в направлении

87

большой оси фигуры (прямоугольника и эллипса) имеют большую амплитуду.

Распределение точек фиксации. Обработка окулограмм с целью определить распределение плотности точек фик­ сации на рассматриваемой поверхности — очень трудоем­ кий процесс, требующий тщательного выполнения каждой отдельной операции. Как уже говорилось, для этой цели можно попользовать обычный фотоувеличитель. Кадры пленки проецировались па лист белой бумаги, укреплен­ ной на подставке фотоувеличителя. Увеличение бралось с таким расчетом, чтобы вертикальные размеры проекции контура фигуры составляли 10—12 см.

Первый кадр пленки содержал, как правило, маркиро­ вочную обводку контура фигуры, проекция которой на бу­ маге обводилась авторучкой. Прежде чем приступить к нанесению точек фиксации, проверялась идентичность всех (3—5) маркировочных обводок. Если их размер ко­ лебался (в результате колебаний величины усиления), соответствующие участки пленки обрабатывались по раз­ ным обводкам. Затем, меняя поочередно кадры, отмечали иа бумаге (по проекциям окулограмм) положение точек фиксации. Точки фиксации, относящиеся к каждому кад­ ру, нумеровались цифрой, соответствующей порядковому номеру кадра с тем, чтобы иметь возможность проводить покадровый анализ расположения точек фиксации. Чтобы плотность расположения точек не затрудняла дальнейшую обработку, материал каждой пленки распределялся на 2— 3 листа бумаги.

После того как все точки фиксации были перенесены на бумагу, па все фпгуры (иа каждом листе бумаги) на­ носилась сетка 8 X 8 , делящая фигуру на 04 равные клетки (ячейки) — у треугольника, круга и эллипса число ячеек было меньше. При нанесении сетки учитывалась специфи­ ка маркировочной обводки, искажающая геометрическую правильность фпгуры. В зависимости от степени искаже­ ния контура искажались и линии сетки. В результате получались промежуточные матрицы, по которым произ­ водился подсчет количества точек фиксации, приходящих­ ся на отдельные участки панели (в соответствии с выбран­ ной частотой сетки).

По результатам, полученным иа промежуточных мат­ рицах, составлялись цифровые матрицы (в клетках матри­ цы проставлялось количество точек фиксации, соответ­

88

ствующее каждой клетке). Для облегчения обработки горизонтальные ряды матриц обозначались цифрами от 1 до 8 (снизу вверх), а вертикальные — начальными буква­ ми русского алфавита (от а до з слева направо). Таким образом, каждая клетка получила (подобно клеткам шах­ матной доски) свой индекс.

В итоге обработки всех данных (но пяти испытуемым) были изготовлены графические матрицы (рис. 19), на­ глядно показывающие распределение плотности точек фиксации на поверхности исследуемых панелей. Каждая матрица содержит распределение 3000 точек фиксации.

Сопоставление данных всех испытуемых показало, что, несмотря на некоторый индивидуальный разброс в распре­ делении плотности точек фиксации, общей характер их распределения по каждой фигуре идентичен для всех испытуемых. Анализ полученных результатов позволяет выявить ряд интересных закономерностей.

Прежде всего бросается в глаза тот факт, что каждая форма имеет свой специфический «рисунок» распределе­ ния точек фиксации (см. рис. 18). Сходство результатов, полученных на разных испытуемых, говорит о том, что мы имеем дело с определенными закономерностями построе­ ния маршрута обзора, которые диктуются спецификой самого объекта (различием в форме панели).

При сопоставлении «рисунков», присущих каждой форме, напрашивается деление всех исследуемых объек­ тов на две группы: формы, обладающие углами (квадрат, прямоугольник и треугольник) и круглые формы (круг и эллипс). Для форм первой группы характерна повышенная плотность точек фиксации в зонах, прилежащих к углам. Круглым фигурам свойственно более плотное расположе­ ние точек фиксации в зонах вокруг центра.

Чем нее объясняется такое различие? Можно было бы просто сказать, что углы обладают некоторой «притяга­ тельной силой», однако подобная фраза ничего не объясня­ ет. Видимо, в данном случае следует искать причину в двух основных факторах.

Во-первых, углы являются наиболее информативными участками контура (Грановская, Ганзен, 1964; Ганзен, Митькин, 1972) и всей формы. Подобно тому как анализ формы начинается в выделении контура, так анализ само­ го контура начинается в выделении переходных уча­ стков — мест изменения кривизны.

89