Глава 5. Часто проектировщику системы приходится решать, какой формат использовать для отображения данной порции информации

Часто проектировщику системы приходится решать, какой формат использовать для отображения данной порции информации. Принять такое решение помогают правила, представленные на рис. 5.4, которые определяют ьыеокосовместимые связи

между стимулытымн фг-рмпттчп и иег-ральными операциями обработки информации (С-Ц-еовмести*."осгь) [158. i59|. В частности, задачи с пространственно-аналоговыми требованиями

Г-ис. 5.4. Принципы совместимости для дисплеев. Четыре формата отображения чнформации на дисплее определяются двумя модальностями (слуховой и зрительной) н двумя кодами (прострачгтвенным и вербальным) восприятия. Стрелки указывают оптимальную связь формата с оперативной памятью.

(например, навигация, слежение или оценка относительных местонахождений) наилучшим образом обслуживаются визуальными, особенно визуально-пространственньгаи. форматами. Напротив, задачи, для решения которых используется вербальная или фонетическая оперативная память, когда должны повторяться цифры и слова, лучше обслуживаются аудиовербаль-ными (т. е. речевыми) входными сигналами. Так как речевой канал по своей природе является последовательным и переходным, он может быть важным для «эхо»-речевых сообщений с параллельной визуальной печатью, особенно если сообщение длинное. Аудиопространственный формат (т. е. высота или интенсивность звука, видимое пространственное расположение) не для любой обработки информации оптимален, за исключением простых предупредительных сигналов, избыточных реплик или в случае сильной перегрузки других форматов [134, 142, 159]

Необходимо снова подчеркнуть важность избыточного кодирования в различных форматах. В любом случае — дается ли

Переработка информации, принятие решения

информация для немедленного применения [21, 46] илн для процедурных инструкций [10] — избыточное кодирование в различных форматах приносит пользу. Например, избыточная подача информации в звуковой и визуальной формах (на.пр<имер, как при представлении сигналов гидролокатора [21]) будет приводить в соответствие переходные сдвиги, которые связаны с шумами из-за внешних факторов (например, ослепление светом, фоновый шум, отвлечение внимания речью) и могут повлиять сильнее на один формат, чем на другой. Избыточность пространственных (изобразительных) и печатных инструкций [10] следует адресовать различным группам населения в зависимости от их склонности к восприятию (например, потребителям с высокой пространственной способностью в сравнении с потребителями с высокой вербальной способностью). Стоимость создания избыточных форматов, связанная с выделением дополнительного пространства для отображения информации или увеличением веса дисплеев, обычно вполне компенсируется возросшей надежностью, которую дает избыточность.

Второй аспект С-Ц-совместимости непосредственно относится к упорядоченным аналоговым системам и величинам. Люди обладают «внутренними моделями», описывающими их представления о таких системах и величинах. Внутренние модели часто (но не всегда) соответствуют характеру поведения этих систем в реальном мире [48. 79]. Следует представлять аналоговую информацию в виде, согласующемся с такими моделями [108]. Например, высота и температура являются величинами, с которыми люди ассоциируют «высокие» и «низкие» конечные точки. И совместимое отображение этих величин должно быть ориентировано вертикально, с высокими уровнями наверху и низкими внизу, так что перемещение на индикаторе снизу вверх должно соответствовать росту величины (рис. 5.5,о). Последние два критерия вполне удовлетворяются использованием индикаторов с неподвижной шкалой и движущейся стрелкой (рис. 5.5,о), тогда как только одчн из критериев реализует индикаторы с подвижной шкалой (рис. 5.5,6 и в) [159]. Другой недостаток индикаторов с подвижной шкалой ~— трудность считывания показаний шкалы, когда переменная изменяется быстро.

Совместимость индикаторов при проектировании компьютерных систем подробнее рассматривается в т. 6, гл.1.

5.1.4. Прогнозирующие индикаторы

Люди не могут хорошо предсказывать будущие» состояния аа основе информации о настоящем. В связи с ограниченностью своих познавательных ресурсов оператор редко занимается

Глава 5

предсказанием критических ситуаций в промышленных задачах (например, возникновения градиентов давления или температуры в химическом или энергетическом процессе, траекторий самолета или корабля, столкновений при управлении воздушным движением, хода статистических кривых роста). В результате были изобретены прогнозирующие индикаторы для улучшения качества управления и планирования [149, 152, 130, 61].

Рис. 5.5. Статическая и динамическая совместимости высотомера, а — движущийся указатель удовлетворяет обеим формам совместимости; б — движущаяся шкала с большими значениями измеряемой величины вверху удовлетворяет статической совместимости. Однако возрастание отображаемой величины приводит к движению шкалы вниз, что нарушает динамическую совместимость; в — движущаяся шкала с малыми значениями вверху удовлетворяет динамической совместимости, а статической — нет.

Такие индикаторы разгружают оперативную память от сложных вычислительных операций, связанных с определением будущего состояния процесса или системы на основе их состояния в настоящем. Они также освобождают память от необходимости применять алгоритмы для предсказания того, как система реагирует на текущие и ожидаемые входные данные.

Для прогнозирующих индикаторов типична работа в соответствии с одним из трех принципов. Если в данный момент системе известны входные данные, на которые оператор должен отреагировать до их поступления, то они могут быть непосредственно отображены. Этот принцип, известный как предвидение входных данных, иллюстрируется в производственном процессе или в процессе планирования примером индикатора, указывающего (т. е. предсказывающего) те элементы, которые приближаются к рабочему месту оператора. При управлении транспортным средством или химическим процессом, однако,

Переработка информации, принятие решения

часто невозможно знать будущее состояние системы из-за неопределенности окружающей среды, которая может быть известна только статистически (например, вследствие турбулентности). Тем не менее о будущем состоянии можно сделать заключение с помощью быстрого компьютерного моделирования динамики системы, основанного на текущем состоянии системы и ее входных данных [124]. Такое моделирование, однако, может потребовать больших компьютерных ресурсов, но можно аппроксимировать будущее состояние системы с помощью простой линейной регрессии, когда будущие величины предсказываются из линейных комбинаций текущих величин. Эта, третья методика эффективно использована Йенсеном [61] в прогнозирующих индикаторах самолетов.

Люди могут пользоваться прогнозами в той мере, в какой они точны. Однако в большинстве систем точность прогноза уменьшается по мере удаления в будущее. Скорость этого уменьшения тем больше, чем 1) больше неопределенность в окружающей среде (например, увеличивающаяся турбулентность воздуха вокруг самолета), 2) меньше инерционность системы и легче она реагирует на изменение входных данных (системы с малыми постоянными времени) и 3) большими возможностями осуществлять контроль обладает оператор. Проектировщику системы следует учитывать все три фактора, когда он выбирает интервал предсказания, т. е. как далеко в будущее будет заходить прогноз.

5.1.5. Пространственные познавательные процессы

Пространственные пределы оперативной памяти часто становятся явными, когда люди должны осуществлять навигацию и иметь дело с географической информацией. Принципы, касающиеся оптимального соотношения между восприятием и памятью, в этой области можно определить, обращаясь к системам отсчета и применению карт вместо маршрутных листав.

Системы отсчета. Индикаторы, описывающие движе:-:;>г, обычно отображают некоторый набор движущихся элементов по отношению к стабильному фону. Т&кие индикаторы, однако, часто различаются в зависимости от того, какой элемент движется, а какой неподвижен, т. е. системой отсчета движения. Например, обычный указатель высоты самолета изображает горизонт движущимся, а символ самолета неподвижным. Эта система отсчета, связанная с самолетом (система отсчета «изнутри— вовне»), показывает то же относительное движение на индикаторе, которое пилот видит из кабины. Напротив, диспет-

216 Глава 6

чер воздушного движения видит неподвижную карту с дэдшу-щимся символом самолета: система отсчета, связанная с землей (система отсчета «извне — вовнутрь»). В различных системах имеются основания для предпочтительного выбора той или иной системы отсчета, поэтому нельзя утверждать, что какая-то из ннх всегда лучше другой [109, 156]. Следует, однако, уточнить три принципа, которые могут влиять на выбор системы отсчета в определенных обстоятельствах.

Постоянство систем отсчета. Люди испытывают трудности во время быстрой переориентации между системами отсчета. Ситуация такого рода легко приводит к грубым ошибкам в управлении, потому что направление движения, которое оператор должен компенсировать для данного индикаторного движения, может быть хорошо совместимо в пределах одной системы отсчета и полностью несовместимо в пределах другой. Когда нужно переключаться с одной системы на другую, обязательно, по-видимому, нужно обеспечить, чтобы оба индикатора 'были настолько различными, чтобы свести к минимуму возможность их перепутать. Например, индикаторы должны располагаться в разных местах, а также различаться цветом или какими-либо другими признаками.

Принцип движущейся части. Согласно этому принципу [108], у людей есть определенные ожидания (внутренняя модель) того, что в настоящее время движется в системе. Элемент, который движется на индикаторе, и характер его движения должны соответствовать внутренней модели оператора о них. Неподвижный элемент модели должен быть неподвижным и на индикаторе. Так, например, в случае дистанционного управления роботом контроль за его работой будет более легким, если на индикаторе изображается сам робот в системе координат «извне — вовнутрь», а не то. что показывает камера, смонтированная на роботе, в системе координат «изнутри — возне». Объяснение данного явления заключается в том, что оператор всегда представляет себе робота движущимся среди неподвижных предметов. Такое изображение в итоге приводит к меньшему перемещению контролируемых элементов на индикаторе. Избыток движущихся элементов на индикаторе затрудняет слежение. К сожалению, в навигационных индикаторах с «электронной картой» интегрированная система, объединяющая различные виды информации с использованием системы отсчета, сзязанной с землей, и карт с фиксированным направлением на север, может привести к трудностям, когда управляемое транспортное средство ориентировано на юг. В этом случае принцип движущейся части частично нарушается, потому что управляющее движение направо приводит к движению налево символа транспортного средства на индикаторе.

Перерабо т ка информации, принятие решений

Совместимость с точкой зрения оператора. Для оператора, сидящего в управляемом транспортном средстве, система отсчета связана с этим средством. Так, пилот самолета, который смотрит на индикатор высоты самолет с движущимся горизонтом (взгляд «изнутри — вовне»), имеет перспективу, как при взгляде из кабины [109]. В этом случае статическая совместимость между индикатором и внешним миром сохранена, даже если принцип движущейся части нарушен благодаря применению индикатора с системой отсчета «изнутри—вовне».

К счастью, как проблемы, связанные с индикаторами, использующими систему отсчета «извне — вовнутрь» (обращенная.система отсчета на индикаторах с изображением карт при ориентации на юг и несовместимость с точкой зрения оператора, сидящего в транспортном средстве), так и нарушение ожидаемого движения на индикаторах с системой отсчета «изнутри — вовне» могут быть учтены компромиссным индикатором, который использует алгоритм разделения частоты [44, ПО, 109]. При использовании алгоритма разделения частоты быстрые изменения отображаемой информации осуществляются по принципу извне — вовнутрь, в то время как относительно низкочастотные изменения осуществляются в соответствии с принципом изнутри — вовне. Чтобы понять этот принцип, представьте себе навигационный индикатор, на котором направление движения транспортного средства ориентировано вверх. Если транспорт поворачивает направо (высокочастотное изменение), символ транспортного средства также поворачивает направо. Если средство выдерживает этот новый курс (низкочастотное поведение), то все изображение медленно вращается против часовой стрелки до тех пор, пока новое направление дзижения средства не окажется опять ориентированным вверх. Такая система сохраняет принцип движущейся части (важный для быстрых входных данных) и в то же время обычно совместима со статичным взглядом на внешний мир (для того, кто находится в транспортном средстве); она выдерживает ориентацию движения вверх, а не на север (для навигационных индикаторов).

1фрты или маршрутные листы. Оповещение летчиков или коряков о том, как переместиться из пункта А в пункт Б, представляет собой одну из важных проблем человеческих фак-тороз в пространственном познании. Обычно используются два главных навигационных вспомогательных средства: карты и маршрутные листы. Карта — пространственное средство, н, если она не вращается, чтобы движение объекта ориентировалось вверх, она является представлением внешнего мира в системе

218 Глава 5

отсчета «извне — вовнутрь». Маршрутные листы (формулировки «повернуть налево», «повернуть направо» или «держать прямо»), иапротив, относятся к системе отсчета «изнутри—вовне», т. е. к оператору (однако если используются обозначения направлений «восток» и «запад» вместо «.направо» и «налево», то маршрутные листы относятся к внешнему миру). Решение вопроса, какое из этих вспомогательных средств окажется наиболее подходящим, зависит, по-видимому, от задачи, стоящей перед оператором, и вероятности навигационных ошибок.

Навигация. Для упргчлеьн; транспортным средстьэм предпочтительнее маршрутные листы (или устные команды оператору) [150], поскольку независимо от текущей ориентации транспортного средства повороты по команде (налево — направо) всегда совместимы с системой отсчета оператора.

Ошибки. Ясно, однако, что маршрутный лист хорош только тогда, когда оператор находится на маршруте. Если в навигации совершена ошибка, маршрутный лист становится бесполезным, в то время как карта позволяет оператору вновь выйти на правильный маршрут или найти другой путь к цели.

Планирование. Очевидно также, что любому планированию, для которого требуется выбор системы отсчета во внешнем мире (например, организация места встречи, суждение об относительном расположении двух береговых знаков или определение альтернативных курсов навигации), лучше подходят карты, соотнесенные с внешним миром [5, 7, 156].

Торндайк и Хейес-Рот [135] обнаружили, что люди могут обладать различными формами знаний об окружающей среде. Эти формы — маршрутное знание и обзорное знание — очень хорошо соотносятся с маршрутными листами и картами соответственно. Маршрутное и обзорное знания могут быть приобретены с помощью различных видов подготовки (соответственно изучения навигации и карт) и обнаруживают те же относительные преимущества ч недостатки, как и маршрутные листы и карты соответственно.

Искажения при пространственном опознавании. Будет ли знание о пространстве маршрутным или обзорным, оно, по-видимому, будет давать искаженное представление о внешнем мире в координатах север — юг —восток — запад [140, 56, 156]. Например, при восстановлении человеком «по памяти» географических зон, особенности которых расположены в диагональных направлениях, пересекающихся не под прямыми, а под криволинейными углами, обычно происходит усиление или «искажение» этих особенностей значительно в большей степени, чем они искажены в координатах север — юг — восток — запад.

Переработка информации, принятие решения

5.1.6. Понимание

Одна из целей хорошего проекта индикатора — дать возможность быстро и точно осознать или понять отображенный на экране материал. Эта цель равно важна и при использовании письменных инструкций. Когнитивные психологи определили (некоторые важные принципы обработки информации человеком, которые делают методическую информацию трудной илн легкой для быстрого понимания. Ниже рассмотрены три наиболее важные из них.

Логические перестановки. Быстрое понимание смысла пред-южения оказывается всякий раз затрудненным, если читателю 1ли слушателю требуется логически обратить его значение, 1тобы перейти от физической последовательности слов к пониманию того, что под этим подразумевается. Один из примеров этого процесса — употребление отрицаний. Мы быстрее понимаем, что значит «освещение включено», чем «освещение не выключено». Другой пример логической перестановки — фальсификация. Быстрее понимается, что утверждение должно быть истинным, чем то, что оно должно быть неистинным, или ложным. Эксперименты Кларка и Чейза [20] позволяют предположить, что эти различия являются не просто результатом больше-.-о количества слов или букв, что обычно имеет место в противоположных установках, но и результатом познавательных трудностей при обработке этих установок.

Эти исследователи использовали экспериментальный аналог оператора, который читает инструкцию («Проконтролируй, тго клапан X закрыт») и подтверждает это предложение либо на основе физического состояния клапана, либо опираясь иа собственную память об этом состоянии. Установка может быть либо утвердительной («Клапан закрыт»), либо отрицательной («Клапан не открыт»). Кроме того, она может быть либо истинной, согласующейся с состоянием клапана, либо ложной. Из своих исследований Кларк и Чейз извлекли два важных заключения, прямо относящихся к проектированию:

1. Установки, которые содержат отрицания, проверяются Польше, чем установки, которые их не содержат. Следовательно, инструкции должны содержать по возможности только положительные предложения («Проконтролируй, что переключатель включен»), а не отрицательные («Проконтролируй, что переключатель не выключен»).

2. Время проверки сложным образом зависит от того, проверяется ли предложение как истинное или как ложное. Если предложение ие содержит отрицаний (является положительным), то тогда истинные предложения проверяются быстрее,

220 Глава 5

Аем ложные. Однако если предложения содержат отрицания, то тогда ложные предложения проверяются быстрее, чем истинные.

Бели эти выводы используются проектировщиком, чтобы (Сформулировать инструкции или оценить время, которое потребуется операторам, чтобы отреагировать на них, то необходимо очень точно определить значения «истинного» и «ложного». На практике действительное состояние системы можно •определить с помощью разных величин с различными вероятностями. «Истинное» поэтому должно быть определено как наиболее вероятное состояние системы. Например, если тумблер •обычно находится в верхнем положении, инструкция должна •читаться так: «Проверь, что переключатель находится в верхнем положении» или «Находится ли переключатель в верхнем -положении?» Поскольку это положение имеет наибольшую частоту, эта установка проверяется обычно как истинная. Кроме того, если в словесном выражении отсутствует отрицание, то (Всегда будет выдерживаться принцип, что утверждения обрабатываются быстрее, чем опровержения.

Эти результаты основополагающей лабораторной работы относительно превосходства положительных высказываний над отрицательными были подтверждены по крайней мере в одной •прикладной задаче: проектирование дорожных знаков, регулирующих движение транспорта. Эксперименты показали, что запрещающие знаки, как словесные («нет поворота налево»), так,и символические, труднее схватывать, чем разрешающие знаки, такие, как «поворот только направо» [32, 151].

Отсутствие признаков. Люди с трудом извлекают информа-дию из отсутствия признаков. Фаулер [45] высказал это положение при анализе обстоятельств авиационной катастрофы вблизи аэропорта Пальм Спрингз, Калифорния. Он отмечает, что единственным указанием на важную информацию о том, что •аэропорт не имеет радара, было отсутствие символа R на карте аэропорта в кабине пилота. Так как пилоты зависят от терминального радара, и его отсутствие — очень важная информация, Фаулер считает более логичным привлечь внимание к отсутствию этого устройства с помощью специального символа, нежели указывать символом его присутствие. Вообще присутствие символа должно скорее ассоциироваться с информацией, -которую оператору нужно зчать, чем с определенными ожидаемыми условиями окружающей среды.

Перестановка порядка следования. Во многих случаях инструкции предназначены, лля описания упорядоченных событий. Этот порядок часто носит временной.^рактер (за процеду-

Переработка информации, принятие решения

рой X следует процедура Y). Когда инструкции должны пере давать порядок следования, важно, чтобы их элементы согласовались с порядком событий. Например, если кого-то нужно научить определять, что порядком следования элементов является Л>В>С, то лучше сказать «А больше В и В больше С», чем «В больше С и А больше В» или «В меньше А и С меньше В» [31]. В первом случае физический порядок информации А ВВС находится з соответствии с подразумеваемым «истинным» порядком (ABC). В последних двух случаях этого нет (ВСАВ или ВЛСВ). Более того, в третьем случае слово «меньше» используется для указания порядка, который определяется знаком «больше». Это не что иное как дополнительная форма когнитивной перестановки. Согласно логике задач на перестаночку порядка следования, методические инструкции с.;адует.писать лак «Сделай А, затем сделай В», а не как «Перед В ^сделай А», потому что первая формулировка сохраняет действительную последовательность событий.

Понятие о соответствии инструкции порядку следования событий — частный случай более общего положения о том, что люди понимают предложения в активном залоге легче, чем в.пассивном. Предложения в активном залоге (например, «Дисфункция вызвала симптомы») сохраняют порядок следования (сначала дисфункция, потом симптомы), что больше согласуется с умственной причинно-следственной моделью процесса, чем в предложениях в пассивном залоге (например, «Симптомы вызваны дисфункцией»). Исследования показали, что предложения в пассивном залоге требуют как большего времени на понимание, так и больших способностей, чтобы удерживать их в оперативной памяти [116].

5.2. Ограничения оперативной памяти

Человеческую память часто подразделяют на две составляющие: долговременную память, которая является постоянным источником информации о мире, и кратковременную, или оперативную, память — ограниченный запас «осознанной» информации, который является временным. Как данные физиологии, так и поведенческие данные дают веские доказательства в пользу различия этих двух систем памяти. Организация, накопление информации и свойства долговременной памяти весьма непосредственно связаны с результатами обучения и тренировки (гл. 7). В даяной главе внимание фокусируется на отдельных характеристиках оперативной памяти как системы, которая может в специфическом коде или формате удерживать только несколько единиц информации и только на короткий период времени, что определяет ограниченность способностей челрвека

222 Глава 5

по обработке информации. Эти ограничения и некоторые возможные пути их преодоления подробно рассматриваются в настоящем разделе.

5.2.1. Время и внимание

Без повторения информация, удерживаемая в оперативной памяти, полностью забывается через 10—20 с, а значительная.утрата информации происходит даже за еще более короткий срок, что приводит, например, к перестановке цифр в телефонном номере [100]. Конечно, материал можно удерживать и на более долгий период времени с помощью повторения, но такое.повторение конкурирует с другими видами деятельности— перцептивными и когнитивными [69, 141].

5.2.2. Объем

В оперативной памяти удерживается ограниченное число несвязанных друг с другом элементов, даже если повторению уделяется все внимание; это число изменяется от 5 до 9. Миллер [84] оценил объем оперативной памяти «магическим числом 7±2». Более крупные группы знаков [например, телефонный номер с областным кодом (10 цифр) или девятизначный код-молния] превосходят ее объем, и, по-видимому, одна или более цифр будут забыты или переставлены до того, как произойде"^1-набор номера. На рис. 5.6 показано, как взаимодействуют время, объем памяти и внимание. Фактически без повторения в оперативной памяти может удерживаться в течение долгого времени только один номер, не превосходящий ее объем. При отсутствии повторения увеличение количества знаков вызывает систематический рост крутизны кривой забывания.

Эти ограничения опасны для многих сложных систем и часто приводят к тому, что люди неправильно вводят в машину воспринимаемую ими информацию. Проектировщик системы должен с большим вниманием подходить ко всем требованиям задачи, которые связаны с нагрузкой на оперативную память. Необходимо обеспечить такие условия, чтобы информация, которая должна накапливаться, предъявлялась в течение длительного времени. В разд. 4.3 отмечается, что эта цель будет достигаться с помощью визуального сопровождения синтезированной речевой информации. Однако даже если материал представлен визуально, будут встречаться определенные трудности, когда нужно одновременно сопоставлять более 7±2 величин. Это случается, например, в компьютерных меню или методических руководствах, которые предлагают наборы альтернативных вариантов. В пределах любого набора количество предла-