Середня тривалість фіксації погляду при вирішенні завдань інформаційного пошуку

В багатьох експериментальних дослідженнях [16; 17; 44; 45; 132; 146] було виявлено, що час переміщення погляду становить усього 5% часу інформаційного пошуку, і якщо цю складову не враховувати, то середнє значення тривалості інформаційного пошуку буде дорівнювати

де n— математичне очікування кількості зорових фіксацій або кроків пошуку об'єкта з заданими властивостями.

На базі згаданих експериментальних досліджень була побудована математична модель інформаційного пошуку [100; 132]:

де N — загальна кількість елементів інформаційного пошу­ку, М — кількість елементів із заданими властивостями, а — обсяг зорового сприймання в просторовій зоні розміром 10° (оперативне поле сприймання) з урахуванням обсягу опера­тивної пам'яті.

Ця модель дає змогу підрахувати кількість елементів ін­формаційного поля або каналів зв'язку, або сигналів, за яки­ми може стежити оператор, і встановити в їхній роботі певні відхилення за відведений час:

Значну роль у сприйманні інформації відіграють рухи очей. Вони поділяються на два основні класи: пошукові та гностичні.

За допомогою пошукових рухів очей оператор віднаходить необхідний об'єкт або задану його ознаку, переводить об'єкт у потрібне поле зору (ясного бачення або центральне).

Тривалість пошукових рухів залежить від структури ін­формаційного поля, складності об'єкта та визначеності його параметрів, тобто трудності завдання, а також від професій­ного досвіду оператора та його індивідуально-психологічних характеристик. Застосування характеристик активності рухів очей людини-оператора для визначення часу інформаційно­го пошуку Т_ш дає змогу оцінити різні варіанти інформаційної моделі та визначити кількість об'єктів, за якими може стежити оператор (IV).

Гностичні (пізнавальні) рухи очей беруть участь в обсте­женні об'єкта, розрізненні необхідних деталей, ознак, його впізнанні. Відомо, що основну інформацію очі отримують за час фіксації (/), яка при інформаційному пошукові є вели­чиною відносно постійною. Потрібно зауважити, ідо при роз­в'язанні завдань інформаційної підготовки рішення як скла­дових процесу оперативного мислення (підрозділ 3.3) пору­шується регулярність сакадичних рухів очей, а тривалість фіксацій (Г_ф) змінюється у широкому діапазоні залежно від стадій процесу інформаційної підготовки рішення [132; 146]. До того ж важливі не тільки кількісні показники активності рухів очей, а і якісні, певна послідовність переміщення по­гляду, з допомогою якої можна охарактеризувати застосова­ну тактику або стратегію діяльності оператора. Для реєстрації руху очей використовують різні методики — від кінозйомки до методу електроокулографії (ЕОГ) [146]. На рис. 11 проде­монстровано записування руху очей при сприйманні показ­ників елементів панелі приладів автомобіля методом ЕОГ.

Відмітка часу

Гориз.

Верт.

Відмітка експозиції

Рис. 11

Записи руху очей методом електроокулографії:

а — записування ЕОГ; б — розглядуване зображення;

в — записування ВЕОГ; г — зображення об'єкта з ВЕОГ

На рисунку зліва записано складові (горизонтальна та вертикальна) руху очей, зроблені за допомогою енцефало­графа, а справа тестовий об'єкт (б), векторелектроокулограма (ВЕОГ) («), яка накладена на тестовий об'єкт (г).

Просторово-часові характеристики руху очей виявляють найбільш інформативні зони інформаційного поля для пев­ного оператора, розкривають послідовність його дій з буду­вання образно-концептуальної моделі (ОКМ). Крім цього, записування ВЕОГ зафіксовує конкретні дії, які не усвідом­лює сам оператор.

Рис.12

Записи руху очей методом векторелектроокулографіі при сприйманні стрілкового приладу

На рис. 12 наведена ВЕОГ руху очей при сприйманні показника стрілкового приладу. В своїх відповідях оператор стверджував, що не обстежував критичну зону, яка була позначена червоним кольором. Але записи ВЕОГ свідчать, що процес сприймання він почав з обстеження цієї зони, зро­бивши не один крок і витративши певний час.

Таким чином, у процесі інформаційної підготовки рі­шення беруть участь неусвідомлювані компоненти діяльності оператора, на які впливають так звані суб'єктивні фактори — мотиви, цілі, установки, воля тощо. Методи самоспостере­ження тут непридатні, тому ведеться пошук таких методів, за допомогою яких можна було б описати не тільки фази інформаційної підготовки рішення, а й саму розумову ді­яльність оператора, її стадії, фази і компоненти.

3.1.2. Характеристики слухового аналізатора

Одним із основних каналів пере­давання інформації операторові є звукові сигнали, завдяки яким він отримує до 10 % її обсягу. При відображенні цих сигналів у людини виникають відчуття, спричинені дією звукової енер­гії на слуховий аналізатор.

Слуховий аналізатор складається з вуха, слухового нер­ва, складної системи нервових зв'язків і мозкових центрів людини.

Вухо сприймає окремі частоти звуків завдяки функціо­нальній здатності волокон його мембрани до резонансу. Дже­релом звукових хвиль може бути будь-який процес, котрий спричинює зміни тиску або механічну напругу в середовищі. Основні характеристики звукових коливань — амплітуда (ін­тенсивність), частота і форма звукових хвиль — відобража­ються у таких слухових відчуттях, як гучність, висота і тембр.

Інтенсивність звуку оцінюється звуковим тиском і вира­жається у динах (ергах) на квадратний сантиметр. Діапазон тиску, який відчуває вухо людини, значний — від 2 • 10~⁴ до 2 • 10² дин/см²; а сама інтенсивність звуку виражається в ло­гарифмічних одиницях щодо початкового рівня:

/„ = 2-10^ дин/см² і вимірюється у децибелах (дБ):

де I - потужність конкретного сигналу.

Частота звукових коливань виражається в герцах (1 герц — це частота звукових коливань, період яких дорівнює 1с). Діапазон частот, який сприймає вухо людини, становить від 16 до 20 000 Гц. Особливе значення він має у межах 200...3500 Гц, що відповідає спектрові людської мови.

Усі звуки поділяють на прості і складні. Коливання з од­нією частотою — це прості звуки, або чисті тони. Всі інші розглядаються як складні. Нерегулярні звукові коливання на­зивають шумом. Окремо виділяють так званий білий шум — звук, що вміщує всі чутливі частоти.

Суб'єктивно інтенсивність відчувається як гучність і ви­ражається у фонах. Фон кількісно дорівнює звуковому тиску для чистого тону частотою 1000 Гц.

Абсолютні пороги слухового аналізатора залежать від час­тоти звукового сигналу. Значення нижнього і верхнього аб­солютного порогів, а також «зона» мови показані на рис. 13.

F, Гц

Рис. 13

Лінії рівної гучності

Верхній абсолютний поріг становить 120... 130 дБ, а «зона» мови — 60... 100 дБ. Крім того, людина оцінює різні за інтен­сивністю звуки як рівні за гучністю, навіть якщо їхні частоти відрізняються. Наприклад, тон з інтенсивністю 120 дБ і частотою 10 Гц оцінюється як рівний за гучністю тону з інтен­сивністю 100 дБ і частотою 1000 Гц (рис. 13).

Диференціальний поріг за інтенсивністю залежить від вихідної інтенсивності сигналу та його частоти. В зоні мови величина енергетичного диференціального порога більш-менш постійна і дорівнює 0, 1 вихідної інтенсивності сигналу.

Диференціальний поріг за частотою залежить і від вихід­ної частоти сигналу та від його інтенсивності. В межах від 60 до 2000 Гц за інтенсивності звуку більше ЗО дБ диферен­ціальний поріг дорівнює 2—3 Гц. Для звуків понад 2000 Гц ця величина різко зростає і змінюється пропорційно до зро­стання частоти, також як і при зменшенні інтенсивності зву­ку нижче за 30 дБ (рис. 14)

63 250 1000 4000

Рис.14

Диференціальні енергетичні пороги слухового аналізатора

Значний вплив на пороги має тривалість сигналу. Часо­вий поріг чутливості акустичного аналізатора теж залежить від інтенсивності й частоти сигналу. При інтенсивності, більшій за 30 дБ, і частоті, більшій за 1000 Гц, слухове від­чуття виникає вже за тривалості сигналу в 1 мс. Але при зменшенні інтенсивності звуку до 10 дБ (при тій же частоті) часовий поріг становитиме 50 мс.

Для оцінки якості сигналу його мінімальна тривалість має бути 20...50 мс, при меншій — звук сприймається як клацання, тобто не розрізняється ані висота тону, ані його гучність. Крім того, на диференціювання двох звуків за час­тотою та інтенсивністю впливає не тільки їхня тривалість, а й тривалість інтервалів між ними.

Акустичний аналізатор забезпечує також відображення розміщення сигналу в просторі щодо його отримувача.

Коротка відстань, близько 1—2 метрів, оцінюється з точ­ністю до 0, 1 м. Зі збільшенням відстані до 3 м точність підвищується і становить уже 0, 05 м. Із зростанням відстані понад 4 м точність зменшується, але все ж таки вона біль­ша, ніж за двометрової відстані.

Важливу роль в оцінці відстані до джерела сигналу віді­грають його гучність і частота. Сигнал, гучність якого збіль­шується, сприймається як такий, що наближується, і навпа­ки. Відомо, що з наближенням джерела сигналу до його отримувача частота звукових коливань збільшується, а з відда­ленням — зменшується (ефект Допплера). Це відображуєть­ся у слухових відчуттях, а саме у формі зміни висоти звуку або його тембру. Більш тембрований (складна форма висо­ти) звук оцінюється як більш віддалений.

Визначення напрямку звуку залежить від його частоти. Для низьких частот (до 800 Гц) поріг розрізнення напрямку в горизонтальній площині становить 10°... 11°, зі збільшен­ням частоти до 3000 Гц — уже 20°...22°, а при частоті понад 3000 Гц він знову зменшується. Для частоти 10 000 Гц поріг розрізнення напрямку — 13°. Крім того, точність визначення напрямку дії звуку залежить і від розміщення самого джерела сигналу відносно тіла людини. Краще диференціюється звук У горизонтальній площині, ніж у вертикальній; при цьому кращим є правий напрямок, ніж лівий. Добре диференцію­ється місцезнаходження джерела звуку попереду напрямку, але його часто плутають з верхнім розміщенням, оскільки значну роль відіграє тут ефект взаємодії рецепторів акустич­ного аналізатора. Бінауральний ефект допомагає визначити положення джерела звуку за рахунок різниці часу надходжен­ня звукових коливань до правого і лівого вух людини. Ось чому людина найкраще ідентифікує положення джерела си­гналу, стоячи до нього перпендикулярно, тобто коли джере­ло сигналу знаходиться справа або зліва на 90° від осі її зору.

На диференціальний поріг суттєво впливають адаптація і бінауральність або монауральність прослуховування, а та­кож явище «маскування» чистих тонів на фоні білого шуму. Ця залежність показана на рис. 15.

Рис. 15

Пороги виявлення звуку за різних рівнів шуму:

РШ- рівень шуму, ПТ- повна тиша

Сприйняття мовних повідомлень. Знання характеристик мовних повідомлень використовується при вирішенні ос­новних завдань: розробки апаратури для передавання по­відомлень і організації самих повідомлень з урахуванням психофізіологічних і психологічних можливостей людини. У сучасних СЛМ все частіше використовується мовний зв'я­зок між людиною і машиною. Розвиток синтетичної теле­фонії потребує знань залежності сприймання мовних по­відомлень від акустичних характеристик сигналу, визначен­ня їх розбірливості в умовах шуму, а також пошуку шляхів підвищення розбірливості повідомлень.

Мова є комбінацією складних звуків, які змінюються за частотою та інтенсивністю. Найбільш високою інтенсивні­стю характеризуються голосні звуки, менш інтенсивними є приголосні. Інтенсивність звуку з переходом від найгучнішого голосного до найтихішого приголосного змінюється на ЗО...40 дБ. Загальний діапазон інтенсивності мови становить 60...Ю0дБ.

На ефективність сприймання мови впливає тривалість вимовляння окремих звуків та їхніх комбінацій. Тривалість

вимовляння голосного звуку дорівнює 0, 35 с, а приголосно­го — коливається в межах 0, 02...0, 03 с. При сприйманні по­відомлень має значення тривалість інтервалів між словами, фразами, реченнями. Недотримування пауз або їхнє непра­вильне розташування призводить до викривлення смислу са­мого повідомлення. До того ж треба враховувати тривалість процесу перекодування сигналу, який, залежно від рівня підготовки оператора, може функціонувати на різних рівнях [40]. Все це зумовлює темп подавання інформації, що вва­жається оптимальним за швидкості 120 слів за хвилину.

Для того, аби мовні звуки були зрозумілі, їхня інтен­сивність має переважати інтенсивність шумів на 6 дБ, але їх можна виявити і в тому випадку, коли інтенсивність сигналу менша за інтенсивність шуму теж на 6 дБ. Якщо пропорцій­но підвищувати інтенсивність сигналу і шуму, то розбірли­вість повідомлення зростатиме до певної межі, після якої спо­стерігатиметься її зниження, що відображено на рис. 16.

Рис. 16

Вплив рівня шуму на розбірливість мови

Мова, крім акустичних, має й інші характеристики. Сло­во наділене фонетичною, фонематичною, складовою, мор­фологічною формою і при цьому має певне смислове на­вантаження. Важливим фактором, що впливає на сприйнят­тя слів, є їхня частотна характеристика. Чим частіше вжи­вається слово, тим краще воно впізнається на фоні шумів, Що відбувається через створення більш стабільних його ета­лонів.

У сприйманні окремих слів суттєву роль відіграють фо­нетичні характеристики, а вже у сприйманні речень перше місце посідають синтаксичні залежності. Слухач схоплює синтаксичний зв'язок між словами, і це допомагає йому відновити повідомлення, яке було зруйноване шумом. Так, односкладові слова правильно аудіюються лише в 12, 5 % випадків, а шестискладові — в 40, 6 %. Слово, що має більше складів, має і більшу кількість розпізнавальних ознак, що забезпечує йому точніше аудіювання. У сприйманні фраз слухач починає орієнтуватися не на окремі елементи, а на весь складний граматичний каркас.

На точність аудіювання впливають довжина та глибина фрази на фоні «білого шуму» (відношення сигналу до шуму 10 дБ). Було доведено, що точність аудіювання суттєво не змінюється при довжині фрази до 11 слів. Зі збільшенням кількості слів точність різко знижується. Глибина фрази має коливатись у межах 7 ± 2 рівні, враховуючи неоднозначність інтерпретації повідомлення («семантичний шум»). Відомо, що в разі сприйняття таких повідомлень операторові необ­хідно не тільки повторно звертатись до певних частин по­відомлення, а й трансформовувати фрази.

Таким чином, можна стверджувати, що аудіювання — багаторівневий процес, в якому поєднані фонетичний, син­таксичний і семантичний рівні, і особливості його перебігу враховують при організації мовних повідомлень.

3.1.3. Характеристики тактильного аналізатора

Значну кількість інформації оператор отримує через зоровий і слуховий канали, що спричиняє їх значне перевантаження. До того ж унаслідок дії певних пе­решкод сигнали цієї модальності можуть стати значно ви­кривленими, що зумовлює похибку в сприйнятті інформації. В зв'язку з цим останнім часом здійснюється пошук можли­востей передавання інформації по інших каналах сприйняття інформації людиною-оператором. Найперспективнішим уважається використання тактильного аналізатора.

Експериментальні дослідження довели, що дотиковий образ формується на базі синтезу значної кількості тактиль­них і кінестетичних сигналів. Відомо, що шкіра людини сприймає термічні, хімічні, механічні та електричні подраз­ники. Якщо використання перших двох поки що неможли­ве для передавання інформації, то відносно двох останніх є певні досягнення [47; 100].

Механічні подразнення передаються за допомогою вібра­торів і сприймаються різними частинами шкіри тіла людини по-різному. Абсолютна чутливість вимірюється мінімальним тиском, необхідним для виникнення відчуття, і становить: для найбільш чутливих зон (губи, язик) — 1...50 мг/мм², для найменш чутливих зон (спина, живіт) — 10 г/мм².

Диференціальний поріг розрізнення дорівнює приблиз­но 7 % початкового тиску.

Просторова чутливість теж залежить не тільки від харак­теристик подразника, а й від особливостей певних зон тіла людини. Диференціальний просторовий поріг є мінімаль­ним на губах та кінчиках пальців — 1...2, 5 мм, а максималь­ний — на спині та плечах — 60 мм. Найбільша чутливість спостерігається за частоти вібрації 100...300 Гц.

Відомий цікавий спосіб передавання інформації за до­помогою вібраторів. Людську мову записують на плівку і від­творюють у декілька разів повільніше від нормального тем­пу. Отримані низькочастотні електричні сигнали перетво­рюють у механічні коливання пластинки, яка торкається поверхні шкіри людини. Після кількох тренувань оператори можуть визначати основні звуки мови. Цей метод може бути використаний при передаванні сигналів в умовах значних шумів, коли слуховий аналізатор діє неефективно.

Крім того, при порушеннях зору людини (у сліпих та сліпоглухих) роль тактильного аналізатора стає провідною, бо це єдиний канал, яким інформація від зовнішнього сере­довища передається у мозок людини.

Особливості тактильно-вібраційної чутливості людини враховані при конструюванні оригінального приладу для сліпих «Оптакон», у якому оптичні сигнали перетворюють­ся на тактильно-вібраційні, що дає сліпій людині можли­вість читати звичайні книги зі швидкістю 40—50 слів за хвилину.

За всіх досягнень у цьому напрямку є і певні недоліки, котрі стримують використання механічного способу пере­давання інформації. Передусім це недосконалість самих ві­браторів, а саме їхня громіздкість та інерційність. У зв'язку з цим ведуться розробки з використання електрошкіряних подразників для передавання інформації з прямокутовими імпульсами струму. Залежно від величини імпульсу розріз­няють три характерні пороги відчуття:

- абсолютний поріг, за якого людина відчуває дію подраз­ника;

- больовий поріг, коли в людини виникають неприємні відчуття;

- поріг нестерпного болю, за якого людина припиняє дію подразника.

При використанні електрошкіряних подразників необ­хідне попереднє тренування, після якого абсолютний поріг знижується, а інші пороги підвищуються, але після цього вони майже не змінюються у часі і не залежать від зони подразнення. У людей похилого віку вони вищі, ніж у мо­лодих.

Значною перевагою електрошкіряного подразнення по­рівняно з механічним є менша (приблизно в 100 разів) не­обхідна потужність сигналу, а також можливість викорис­тання мініатюрних електродів. Це дуже важливо при роз­робці необхідних приладів для використання їх при переда­ванні інформації через тактильний аналізатор. У нашій кра­їні та за кордоном продовжуються розробки з використання тактильних стимуляторів, «тактильних кодів» для підвищен­ня ефективності передавання інформації операторові.

3.1.4. Взаємодія аналізаторів під час приймання інформації

Різні канали передавання інформації використовують і різні аналізатори, які функціонують не ок­ремо, а в єдиній, дуже складній системі. При цьому дія подразника на певний аналізатор спричиняє не тільки пряму реакцію, а й впливає на функ­ціонування усіх інших. Так, наприклад, чутливість централь­ного поля зору змінюється під впливом гучних звуків, а за­пахи, смак солодкого, зручне положення тіла людини, під­вищення атмосферного тиску або опромінювання шкіри знижують чутливість периферійного поля зору [138].

Міжаналізаторні зв'язки поділяються на три основні групи:

- активізуючі

- інформуючі;

- Вікаруючі

Активізуючі зв'язки забезпечують певний рівень актив­ності аналізатора незалежно від характеру дії побічних под­разників. Вони не впливають на зміст почуттєвих образів і можуть бути як безумовно-рефлекторними, так і умовно­рефлекторними.

Інформуючі зв'язки впливають на зміст почуттєвих об­разів. До них належать різнобічні асоціації відчуттів, перехід їх від однієї модальності до іншої (візуалізація чуттєвих об­разів) тощо.

Вікаруючі зв'язки забезпечують можливість заміни пев­них функцій одного аналізатора іншим.

Завдяки взаємодії цих зв'язків у процесі розвитку і тру­дової діяльності людини формуються певні функціональні системи, структура і організація яких зумовлена загальними умовами життєдіяльності людини, усім процесом її природ­ного розвитку.

Взаємодію аналізаторів ураховують при застосуванні полімодальних сигналів, тобто сигналів, які складаються з под­разників, адекватних різним аналізаторам.

Полімодальні сигнали застосовують для дублювання сиг­налу, тобто його одночасного посилання по різних каналах приймання. Дублювання сигналів може підвищити надій­ність передавання інформації операторові, особливо за ма­лоймовірних подій. Воно може приводити до розширення обсягу короткочасної пам'яті оператора [47; 133].

Другим шляхом використання полімодальних сигналів є розподіл інформації по різних аналізаторах із метою знят­тя перевантаження одного з них, особливо зорового, тому необхідно враховувати можливості кожного аналізатора. Так, слух має певні переваги у прийманні неперервних сиг­налів, а зір — дискретних. Найменший час реакції — на тактильний подразник, що може бути використано при пе­редаванні сигналів небезпеки, які вимагають швидких дій. Зоровий і слуховий аналізатори сприймають інформацію дистантно, а тактильний — безпосередньо. Розподіл інфор­мації надає можливість побудови полісенсорних інформа­ційних моделей [60; 100], що сприяє підвищенню ефектив­ності її приймання.

Третім шляхом використання полімодальних сигналів є їхнє переведення з однієї модальності на іншу. На відміну від попереднього різні аналізаторні системи працюють не паралельно, а послідовно. Підвищення втоми певного аналі­затора (наприклад зорового) зумовлює перехід на іншу мо­дальність сигналу (слухову або тактильну). Дослідження [111; 117; 138] показали, що продуктивність роботи оператора підвищується на 30—40 %, коли послідов­но використовувати зоровий, слуховий і тактильний кана­ли. Якщо ж інформацію подавати тільки по зоровому кана­лу, такого ефекту не відбудеться.

Отже, особливості взаємодії аналізаторів необхідно вра­ховувати у розробці засобів відображення інформації і ме­тодів навчання операторів, у побудові інформаційних мо­делей і конструюванні певних технічних засобів.