Осознанное ^^ восприятие

Выбранное действие может заключаться и в более пристальном взгляде на шкалу измерительного прибора (более длительном наблюдении кривых, записываемых на ленте самописцем) или более внимательном прислушивании к звуку. Тем самым можно обеспечить получение более точных оценок. Действием будет также и переход к другому концу пульта управления, получение на экране другого изображения или подстройка яркости и контрастности для того, чтобы улучшить разборчивость деталей на дисплее. Короче говоря, основой восприятия являет-

164 Глава 4

ся ие анализ образов, а принятие решения (тактического плана) относительно того, какую именно информацию взять для обработки, а также как ее обрабатывать.

Восприятие есть динамический процесс, который в значительной степени поддается контролю со стороны самого наблюдателя. Процесс восприятия в той же степени (если не в большей) описывается схемой «сверху-вниз», как и схемой «снизу-вверх». Именно по этой причине рассматривавшееся выше первое положение ошибочно. Употребление, которое находит наблюдатель для конкретного физического сигнала на входе, носит динамический характер, меняясь от одного момента времени к другому. Поэтому чтобы предсказать, что именно будет воспринимать наблюдатель, недостаточно описывать некоторый стимул на языке физических переменных. Именно по этой причине инженер-проектировщик, не обладающий навыками эргономиста, ие может пользоваться опубликованными в литературе таблицами перцептивных свойств восприятия таким же образом, каким он пользуется другими таблицами (свойств материалов и т. д.).

В этой главе мы определяем восприятие, связывая его с сознанием. Чтобы воспринимать что-то, необходимо его сознавать и, как утверждал сто лет назад Уильям Джеймс, обращать на него внимание. Поэтому нельзя ставить знак равенства между восприятием и анализом образа. Наш повседневный опыт и ре-?ультаты экспериментальных исследований позволяют провести:.:ежду ними более четкое различие. Многие читатели, вероятно, испытывали состояние, когда при управлении автомобилем кочыо они внезапно осознавали, что какое-то время двигались с отключенным сознанием. В таких случаях в течение довольно продолжительного времени сознательная переработка информации прекращается. Однако хорошо отработанный механизм управления автомобилем может контролироваться мозговыми механизмами анализа зрительных образов без участия «сознательного восприятия». Эксперименты по исследованию внимания подтверждают то мнение, что процессы анализа образов и промессы внимания с участием сознания—это разные процессы [И]. В частности, эксперименты Освальда и др. [16] по распознаванию образов спящими «наблюдателями» не оставляют никаких сомнений в справедливости этого тезиса. Содержание процесса «сознательного восприятия» — результат операций, производимых наблюдателем над информацией, поставляемой мозговыми механизмами анализа паттернов, а не результат работы самих этих механизмов. Восприятие создается самим наблюдателем и не определяется параметрами одних лишь реальных физических сигналов, которые воспринимаются рецепторами органов чувсгь,

Ощущение, восприятие и проектирование систем

Эти аргументы еще раз подчеркивают динамический характер восприятия и присущую ему неустойчивость. Даже если мы имеем дело со сравнительно простым случаем перцептивной оценки, то в зависимости от разных условий мы получим разные ответы.

4.2. Ограниченность справочных данных

В табл. 4.1—4.3 представлены основные данные, относящиеся к психофизике восприятия. Возникает вопрос: как нужно пользоваться этими таблицами.с учетом того, что мы говорили о существенном разбросе измерений в психологии?

Абсолютные пороги чувствительности определяются главным образом физиологическими и анатомическими характеристиками органов чувств. Эти величины могут использоваться при проектировании толькд в очень специальных, крайних случаях. Но даже тогда важно учитывать разницу между физиологическими и психологическими порогами. Естественно, что проектировщику может понадобиться величина абсолютной чувствительности к свету, если он занят, скажем, задачей обнаружения целей в радиолокации или конструированием световых навигационных указателей для ночного времени. Соответствующие физиологические данные являются очень четкими: чтобы изменить состояние темноадаптированной палочки сетчатки, достаточно одного кванта световой энергии. В этом смысле глаз может считаться обычным детектором. Точно так же если задаться вопросом об абсолютной чувствительности волосковых клеток внутреннего уха, то она окажется по порядку величины сравнимой с уровнем энергии, соответствующим броуновскому движению молекул воздуха, ударяющихся о барабанную перепонку уха. Однако если испытуемым предъявлять стимулы с такими энергиями, то у них не будет возникать никаких ощущений — ни света, ни звука. Чтобы с вероятностью 0,5 заметить вспышку света, наблюдателю требуется по крайней мере 6—10 квантов. Как мы увидим в последнем разделе этой главы, количество необходимых в этой ситуации квантов зависит от субъективного критерия, принятого наблюдателем. Эти численные оценки получены в специально созданных лабораторных условиях, в которых использовались хорошо обученные наблюдатели, имевшие высокую заинтересованность в успехе опытов и подвергнутые предварительно темновой адаптации. Эти испытуемые были полностью сконцентрированы на решении задачи обнаружения светового стимула, и им были обеспечены условия без посторонних помех. Такие же аргументы могли бы быть в равной степени приведены и для случая обнаружения звуковых сигналов, имеющих интенсивность, близкую к физиологическому порогу,

166 Глава 4

Задача проектировщика заключается в том, чтобы в тех условиях, в которых пользователь эксплуатирует разработанное оборудование, уровень энергии, воздействующий на рецепторы, был бы по крайней мере на несколько порядков больше, чем величина, соответствующая абсолютному физиологическому лорогу.

Рассмотрим очень важный эксперимент, который был проведен Хехтом [7] в попытке получить ответ на следующий вопрос: какова минимальная энергия, вызывающая ощущение света? Был получен вполне однозначный ответ. Для этого нужно приблизительно 10—15 квантов света в следующих экспериментальных условиях: длина волны света 510 нм; длительность предъявления стимула 1 мс; область сетчатки, на которую проецировался стимул, имела круглую форму диаметром 10' и располагалась в 20° от фовеальной области; испытуемый перед тестированием подвергался темновой адаптации в течение по крайней мере 40 мин. Все эти условия не были случайными: каждое выбиралось на основе известных данных с целью получения ответа на интересующий экспериментаторов вопрос. Важно отметить, что ответ является весьма специфическим, можно сказать, контекстно-зависимым.

Поставим теперь следующий вопрос: какова разрешающая способность глаза человека? На первый взгляд это такой же недвусмысленный вопрос, как и первый. Однако если ввести его логическое расширение (разрешение в каком случае?), то появится неопределенность в отношении целого ряда параметров. Возникнет вопрос: что использовать в качестве стимула —световую точку, тонкую линию, смещение нониуса, кольца Лан-дольта (С), знаки Снеллена (Е), паттерн в виде шахматных клеток или решетку? Чтобы решить данную проблему, мы можем попытаться применить в этом случае методы фурье-анали-за изображения, с помощью которых можно вычислить пространственную модуляционную передаточную функцию глаза. Однако даже в этом случае мы не сможем снять все вопросы, касающиеся других условий эксперимента, которые необходимо также регламентировать: уровня адаптации, освещенности, контраста (и других внешних параметров), площади проекции стимула на сетчатку, статических либо динамических условий предъявления и т. д. Все это — психофизические контекстуальные переменные. Мы можем еще больше усложнить ситуацию, если дополнительно примем во внимание и переменные, связанные с такими психологическими понятиями, как контекст, ожидание, мотивация и тренировка (перечислено только несколько наиболее важных переменных).

Например, Фоули и др. [5] провели эксперимент для проверки утверждения Шварца [20] о возможности увеличения остро-

Ощущение, восприятие и проектирование систем

ты зрения в скотопических условиях путем простого манипулирования мотивационными переменными. Скотопическая острота зрения — это способность видеть очень мелкие детали при очень низких уровнях освещенности. Шварц утверждал, что чувствительность зрительной системы человека можно поднять почти неограниченно. Интерпретируя полученные им самим экспериментальные данные исключительно с позиций важности моти-вациоииых переменных, он заявил, что если поднять мотивацию испытуемого, то в определенных центрах мозга повысится уровень возбуждения, что в свою очередь приведет к образованию «условной связи между зрительным стимулом и адекватной реакцией на него». На практике оказалось, что (в противоположность гипотезе Шварца) улучшение остроты зрения в скотопических условиях освещения является следствием обучения и что это улучшение специфично по отношению к виду используемого стимула. Было показано, что не наблюдается никакого улучшения до тех пор, пока испытуемому не начинают давать определенную информацию о результатах, причем не было «переноса» эффекта улучшения на объект с иной конфигурацией. Полученные результаты являются вполне четкими. Они представлены на рис. 4.2. Однако следует подчеркнуть, что в опытах действительно наблюдается значительное увеличение остроты зрения в скотопических условиях в результате тренировки с конкретной целью, и этот факт важен в контексте человеческих факторов.

Наконец, обратимся еще к одному вопросу: при какой частоте вспышек прерывистый свет, воспринимаемый до этого как постоянный, начнет восприниматься как мелькания? Как было показано, ответ на этот вопрос зависит от таких факторов, как возраст, уровень интеллекта, раса, пол, площадь стимула, его яркость и форма, площадь ближайшего к стимулу окружения, его яркость и форма, частота сердцебиений, состояние стресса или тревоги, внешняя температура, кислородное голодание, наличие в организме кофеина и других лекарств; это перечисление можно продолжать и продолжать.

Рассмотренные выше три вопроса не являлись самоцелью. Их обычно задают (независимо от сенсорной модальности) специалистам по инженерной психологии, а иногда эти специалисты задают такие вопросы самим себе. На иих не так легко получить ответы. Однако следует подчеркнуть неоспоримый факт, что иной раз полезнее консультироваться у специалиста, а не пользоваться справочными данными.

Как отмечалось выше, чтобы можно было использовать на практике табличные данные, они должны быть исчерпывающими. Недостаточно просто указать пороговую величину, одновременно нужно указывать условия, в которых данный порог был достигнут. При оптимальных условиях пороговая острота зре-

Глава 4

Рис. 4.2. Изменение пороговой остроты зрения в зависимости от обучения и мотивации [5]..VK — информация о результатах не дается; КТ — сообщаются усредненные данные: KR — сообщаются данные по каждой пробе.

ния для объекта в виде тонкой линии равна примерно 0,5". Эта величина приблизительно соответствует видимой ширине проволоки толщиной 1,5 мм, расположенной на расстоянии примерно 400 м от наблюдателя. В то же время, если самолет летит низко над землей, летчику обычно весьма трудно рассмотреть провода линии электропередачи. Даже беглый просмотр статьи Бла-куэлла [1J, посвященной определению контрастных порогов в зрении человека, показывает, что для ответа на элементарный вопрос относительно характеристик глаза в задаче обнаружения требуется выполнить весьма кропотливое исследование. Кроме того, становится ясно, насколько трудно получить четкий ответ на вопрос о том, должен ли летчик различать на достаточном расстоянии провода линии электропередачи.

Величины, которые включены в табл. 4.1—4.3 и которые использовались в рассмотренных выше примерах, были получены в специальных лабораторных условиях. Эти условия создавались для исследования того, что обычно называют психофизическими функциями, или законами психофизики, когда свойства стимула, действующего на рецепторы, связываются с его влиянием на организм, вызывающим ощущение или восприятие. (Разли-

Ощущение, восприятие и проектирование систем

161)

чие между ощущением и восприятием связано со сложностью объекта': мы ощущаем такие простые явления, как тепло или яркость, тогда как воспринимаем предметы, картины, речь и т. д.)

Мы видели, что использование психофизических данных для решения эргономических задач является контекстно-зависимым. Теперь мы должны обсудить, до какой степени контекстно-зависимы сами эти психофизические величины.

4.3. Психофизические законы

Такие хорошо известные психофизические.чаконы, как закон Вебера — Фехнера и степенной закон Стнвенса, должны рассматриваться как предельные случаи. Эти законы определяют те границы, за которыми восприятие затрудняется, а задачей проектировщика является обеспечение таких гарантированных условий, в которых эксплуатация оборудования пользователем не приводит к тому, что его зрительная система выходит за границы оптимума.

Рассмотрим, например, наиболее общий вид закона Вебера — Фехнера. В результате большой экспериментальной работы, которая началась еще в XIX в. (и которая составляет теперь основы современной психологии), было выработано понятие «едва заметного различия» (е. з. p, — jnd), что явилось по сути описанием относительной чувствительности. В первоначальной формулировке этот закон можно кратко определить так: изменение физического стимула, которое может едва заметить наблюдатель, есть постоянная, равная некоторой части интенсивности стимула (∆///—const =/па).

Этот закон в большей или меньшей степени справедлив для любой сенсорной модальности при условии, что интенсивность / «икогда не выбирается ни слишком малой (близкой к абсолютному порогу чувствительности), ни слишком большой.

Схема эксперимента по определению е. з.р. заключается в том, что берется стандартный стимул с интенсивностью / и иа-!бор других стимулов, интенсивность которых немного больше или немного меньше. Наблюдатель сравнивает каждый из стимулов со стандартным и выносит ту или иную оценку (например, «такой же самый», «отличающийся», «больший», «меньший», «равный» и т. д.). Конкретная задача, которую решает ■при этом наблюдатель, зависит от типа эксперимента. В результате таких экспериментов строятся кривые вроде той, которая показана на рис. 4.3.

Е. з.р. обычно определяется как такая величина А/, которая приводит к оцеике стимула как «более интенсивного» или «от*

170 Глава 4

Рис. 4.3. Идеализированная психофизическая функция.

личающегося» с вероятностью на 50% больше, чем вероятность случайного угадывания. Для большого числа размерностей, по которым может отличаться стимул — яркость, цвет, громкость, вес, длина и т. д., — величина е. з. р. составляет порядка 1%.

Именно такого рода эксперименты привели к заключению, что зрительно человек может различить несколько тысяч разных уровней яркости. Поскольку чувствительность зрительной системы такова, что она воспринимает яркость в диапазоне 10 логарифмических единиц, длину волны света в диапазоне 0,5 логарифмических единиц и, кроме того, различает такую размерность, как насыщенность (чистота цвета), то можно предположить, что величина е. з. р. 1% справедлива для каждой размерности стимула. Тогда нужно перемножить полученные числа на число размерностей. Однако, как и раньше, оказывается, что все эти данные как таковые не используются на практике, за исключением некоторых очень специальных случаев. Поллак [19] в серии своих классических статей по психофизике слухового восприятия отмечал, что использование в психофизике такой арифметики может привести к заключению, что любой наблюдатель способен различить много тысяч стимулов. Однако если такого наблюдателя попросить опознать стимулы, что отличается от задачи их сравнения, то без труда он сможет опознать не более дюжины стимулов независимо от того, какова разница между ними.

Кроме того, цель исследования далека от реальных задач, встречающихся в повседневной практике. Можно представить себе некоторые особые случаи (например, производство худо-

Ощущение, восприятие и проектирование систем

жествечиых красок или проектирование высококачественной радиоаппаратуры), когда учет понятия «едва заметного различия» важен. Но даже и тогда величина е. з. р. зависит от целого ряда факторов, таких, как мотивация, адаптация, опыт и усталость. Все эти факторы в условиях лабораторных исследований можно удерживать постоянными, однако в большинстве случаев реальной жизни все они изменяются. В результате изменения этих факторов могут измениться наклон психофизической кривой, показанной на рис. 4.3, и, как следствие, величина е. з. р. (хотя последняя всегда будет составлять несколько процентов в середине диапазона изменения той или иной сенсорной размерности, но, безусловно, не превышает 10%).

Проектировщик мог бы тогда при решении вопроса о выборе различных стимулов (сигналов) просто задавать любую кратную е. з.р. большую величину той размерности, которая его интересует. Для практических целей, вероятно, достаточно указать, что изменение интенсивности стимула на ∆/=0,1/ «всегда» будет замечено наблюдателем. На самом деле можно пбйти еще дальше и дать этому эвристическому правилу определенное теоретическое обоснование. Психофизическую кривую, приведенную на рис. 4.3, можно аппроксимировать кривой нормального (гауссова) распределения. Если бы состояние наблюдателя было неизменным, то нашелся бы такой уровень ∆/, при котором, к примеру, оценки, даваемые наблюдателем, внезапно менялись бы от ответа «меньше чем» до ответа «больше чем» по мере того, как величина сравниваемого стимула возрастала бы от уровня ниже стандартного значения стимула (с которым проводится сравнение) до уровня, превышающего стандартный. Тот факт, что психофизическая кривая является не прямой вертикальной линией, а криволинейной, может быть объяснен на основе допущения о случайном изменении «дифференциального порога» при переходе от одного момента времени к другому и о нормальности распределения таких изменений. И действительно, форма кривой на рис. 4.3 соответствует интегралу от функции, описывающей нормальное распределение. При выбранном нами определении понятия «едва заметное различие» как такого ∆/, при котором в некоторой части проб увеличивается количество ответов «отличающийся» или «больше», мы по существу определяем это понятие по аналогии с некоторой точкой среза при некотором стандартном отклонении нормального распределения.

Это стандартное отклонение будет тем больше, чем более плоской становится психофизическая кривая. И если мы хотим быть уверены в том, что при использовании некоторого ∆^ наблюдатель «никогда» не сделает неправильной оценки, мы должны выбирать Л/ гораздо большим (скажем, три или четы-