Методика проведения экспериментального исследования восприятия графического интерфейса с применением технологии ай-трекинга

Хейфиц Антонина Евгеньевна ассистент, Высшая школа дизайна и архитектуры, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого 195251, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 Kheyfits Antonina Evgenievna Assistant, Higher School of Design and Architecture, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 195251, Russia, Leningradskaya oblast', g. Saint Petersburg, ul. Politekhnicheskaya, 29 antoni.t-h@mail.ru Янчус Виктор Эдмундасович кандидат технических наук доцент, Высшая школа дизайна и архитектуры, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого 195251, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 Yanchus Viktor Edmundasovich PhD in Technical Science Associate Professor, Higher School of Design and Architecture, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 195251, Russia, Leningradskaya oblast', g. Saint Petersburg, ul. Politekhnicheskaya, 29 victorimop@mail.ru

Боревич Екатерина Владиславовна ассистент, Высшая школа дизайна и архитектуры, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого 195251, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 Borevich Ekaterina Vladislavovna Assistant, Higher School of Design and Architecture, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University 195251, Russia, Leningradskaya oblast', g. Saint Petersburg, ul. Politekhnicheskaya, 29 plasma5210@mail.ru

Введение

В последнее десятилетие наблюдается возрастающий интерес к проектированию сложных технических и биомеханических систем, в которых человек-оператор взаимодействует с компьютерными системами. Одним из основных элементов таких систем является пользовательский интерфейс, посредством которого осуществляется связь человека с компьютером. Огромное внимание уделяется эргономическому проектированию новых форм интерфейсов, обеспечивающих эффективную адаптацию операторов к естественным и искусственным обучающим средам ^[1]. Обеспечение эффективного взаимодействия операторов с компьютерной системой является актуальной проблемой, несмотря на внедрение тренажеров и технологий компьютерного обучения ^[2].

Для анализа эффективности, продуктивности, и эстетической привлекательности разрабатываемых пользовательских интерфейсов широко используется метод окулографии, который на практике реализуется с помощью программно-аппаратных комплексов ай-трекинга ^[3].

Исходя из вышеизложенного, можно говорить об актуальности задачи исследования условий восприятия оператором графической информации при функционировании системы человеко-компьютерного взаимодействия с применением технологий ай-трекинга.

При решении задач инженерного проектирования пользовательских интерфейсов, качество любого интерфейса в конечном итоге определяется эффективностью взаимодействия между одним человеком и одной системой ^[4]. Одним из ярких примеров человеко-компьютерного взаимодействия, является использования интерфейса при управлении самолётом в системе лётчик – самолёт. В трудах ученых обоснована концепция «умножения возможностей» и симбиотический подход к интеграции летчика и самолета, в соответствии с которыми, интеграция летчика с самолетом носит симбиотический характер. В результате возникает новое технобиотическое самоорганизующееся единство, ведущее себя как боевая единица, ориентированная на достижение решающего превосходства над противником ^[5]. Вопрос проектирования интеллектуального интерфейса, помогающего человеку адаптироваться к системе управления удаленными объектами, является актуальным в разрезе решения задач эффективного управления ^[6,7]. Прототипом данного эксперимента является ситуация, в которой решается задача предоставления актуальной информации.

Рис. 1. Условия иммерсивности интерфейса

Цель работы заключается в разработке методики проведения экспериментальных исследований восприятия графического интерфейса в зависимости от условий иммерсивности (рис. 1). В работе рассматривается одно из условий иммерсивности – инфографика.

Цель работы предполагает решение следующих задач:

- разработка дашбордов (графический элемент, содержащий диаграмму), отображающих текущее значение параметра и ряд предыдущих его значений;

- разработка стимульного материала с рандомным расположением дашбордов;

- создание проекта эксперимента в специализированном программно-аппаратном комплексе ай-трекинга;

- апробация методики и статистическая обработка полученных экспериментальных данных.

Теоретическая модель

Информационные панели являются неотъемлемыми элементами графического интерфейса, поскольку они являются визуальной частью информационных систем управления и отображают количественную и качественную информацию о состоянии наблюдаемого объекта. Расширение границ работы между оператором и техникой является эволюцией интеллектуальных технических систем ^[8].

В лаборатории человеко-компьютерного взаимодействия Политехнического университета Петра Великого была проведена серия экспериментов с использованием технологии ай-трекинга.

Проведён эксперимент, где технология ай-трекинга применялась для анализа восприятия испытуемыми сложных графических изображений без четкой смысловой нагрузки и показала свою эффективность ^[9].

В другом эксперименте проводилось исследование влияния стилизации графических изображений на восприятие графической информации с применением технологий ай-трекинга. Была выявлена зависимость времени анализа графического изображения испытуемым от стилизации изображения стимульного материала ^[10].

Также проведено экспериментальное исследование влияния типов и количества линейных графиков, которые могут отображаться на одном экране одновременно, на восприятие информации пользователем. Задача экспериментов состояла в том, чтобы выяснить, как меняется восприятие и что необходимо включить в разработку для эффективного обучения в работе. Испытуемым демонстрировались линейные графики на панелях монитора с увеличением числа графиков, изменением размеров и увеличением общей площади, занимаемой графиками на экране. Исследование показало, что отсутствует корреляция между динамической тенденцией графиков и восприятием к изображению у испытуемых ^[11].

В статье ^[12] указывается на то, что инфографика является оптимальным инструментом для отображения текущего значения параметра наблюдаемого объекта.

Инфографика, как самый минималистичный и продуманный кластер дизайна, не обращает на себя много внимания, позволяя работать с информацией ^[13,14]. В условиях, где человек решает интерактивную задачу, фактор лаконичности играет главную роль.

Методика проведения эксперимента

Разработанная методика проведения экспериментального исследования восприятия графического интерфейса систем удаленного управления динамическими объектами состоит из нескольких этапов:

- разработка базы данных дашбордов, отражающих текущее значение параметра и ряд предыдущих;

- разработка стимулов с рандомным расположением дашбордов;

- проектирование эксперимента в специализированной программе experiment center программно-аппаратного комплекса ай-трекинга SMIRED 250;

- подготовка испытуемых (инструктаж) и проведение эксперимента на программно-аппаратном комплексе ай-трекинга;

- статистическая обработка полученных экспериментальных данных и интерпретация результатов.

Для проведения факторного анализа восприятия графической информации были выделены три фактора, влияние которых исследовалось в настоящей работе:

- фактор типа диаграммы;

- фактор размера дашборда (графический элемент, содержащий диаграмму);

- фактор количества дашбордов на экране.

Для разработки стимульного материала были использованы три вида диаграмм: линейные, столбиковые, фигурные количественные.

Дашборды имели три размера: 4*2см, 3*2.25см и 2*1,5 см. Было разработано 720 дашбордов в трех размерах и с тремя видами диаграмм.

Количество разработанных стимулов – 54 шт. Это количество стимулов определяется тремя исследуемыми факторами, которые принимают три значения. Было принято решение сделать по два стимула с одинаковыми значениями исследуемых факторов, но с различным заполнением дашбордами.

Распределение дашбордов в стимуле производилось в сетке с пятью столбцами и пятью строками, которая распределяла монитор на 25 зон. Размер экрана монитора составлял 54*29 см. Положение головы испытуемого фиксировалось в определенном положении при помощи специальной конструкции на расстоянии 74,4 см (рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения экрана установки и положение испытуемого в эксперименте

Для создания стимулов с рандомным расположением дашбордов был разработан программный модуль. Блок-схема алгоритма программного модуля представлена на (рис. 3). Для программной реализации был использован открытый язык программирования processing. На входе программного модуля была разработанная в рамках настоящей работы база из 720 дашбордов. На выходе мы имели 54 стимула для проведения эксперимента (рис. 4-6).

Рис. 3. Блок-схема программного алгоритма подготовки стимульного материала. Пример для одного типа диаграмм.

Рис. 4. Пример стимульного материала с тремя дашбордами (размер – s, тип – p)

.

Рис. 5. Пример стимульного материала с семью дашбордами (размер – l, тип – s)

Рис. 6. Пример стимульного материала с пятью дашбордами(размер – m, тип – l)

Испытуемым в эксперименте ставилась задача, найти график с максимальным увеличением значения параметра и отметить соответствующий дашборд наведением курсора мыши и нажатием кнопки. После нажатия левой кнопки мыши происходил автоматический переход к следующему стимулу. Все испытуемые были проинструктированы о поставленной задаче перед прохождением эксперимента. Время для решения поставленной задачи было неограниченно.

Статистическая обработка результатов выполнялась посредством дисперсионного анализа ANOVA ^[15].

В качестве экспериментальной установки использовался программно-аппаратный комплекс SMIRED 250 (рис. 7) ^[16].

Рис. 7. Программно-аппаратный комплекс SMIRED 250. Установка и экранный интерфейс

Для апробации разработанной методики были приглашены 12 испытуемых из студентов и молодых преподавателей Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Анализ результатов

При статистической обработке результатов выявлялась статистическая значимость параметров шаблона рассматривания стимульного материала в зависимости от факторов:

- size, размер дашборда (фактор принимает значения в соответствии с масштабом демонстрируемых дашбордов: l – размер дашборда 4x2см, m – 3x2.25см, s – 2x1.5 см);

- type, тип дашборда (значение фактора в соответствии с типами диаграмм: l – линейная, p – столбиковая и s – фигурная количественная);

- inf, количество дашбордов в стимуле (фактор принимает значения 3, 5 и 7, в соответствии с количеством дашбордов в стимуле).

В эксперименте было задействовано 12 испытуемых, которые являлись студентами политехнического университета в возрасте от 20 до 28 лет.

В результате статистической обработки результатов эксперимента была выявлена статистическая значимость времени рассматривания стимулов испытуемым в зависимости от фактора inf (рис.8). Влияние других факторов на параметры шаблона рассматривания стимульного материала, по данным статистической обработки, не выявлено. Однако, количество участвовавших в эксперименте испытуемых недостаточно для принятия гипотезы об отсутствии влияния этих факторов.

Рис. 8. Плотность распределения времени рассматривания стимула в зависимости от факторов inf и type для различных значений фактора size

Во время проведения эксперимента было замечено, что испытуемые испытывают сложности при решении задачи:

- более 75% испытуемых затрачивали на прохождение эксперимента более 10 минут;

- при решении задачи испытуемые совершали много ошибок (в некоторых стимулах около 40%) (рис. 9).

Рис. 9. Тепловая карта распределения взгляда испытуемых на стимуле с семью дашбордами (ромбом отмечена точка выбора правильного, по его мнению испытуемого, ответа).

Выводы

В результате работы разработана методика проведения экспериментальных исследований восприятия графического интерфейса с применением технологии ай-трекинга. Разработанная методика была протестирована на 12 испытуемых.

В результате проведенного эксперимента по апробации разработанной методики выявлено следующее:

1. Фактор количества дашбордов в стимуле имеет статистически значимое влияние на параметры шаблона рассматривания стимульного материала испытуемыми.

2. Начальный инструктаж о предлагаемой задаче во время эксперимента является недостаточным для испытуемых. Испытуемые не имеют опыта работы с инфографикой, что вызывает у них трудности в решении задачи. Были выявлены затруднения двух типов:

a. некорректное решение задачи;

b. утомляемость испытуемых во время эксперимента.

Некорректное решение испытуемыми задачи эксперимента не позволило выявить влияние факторов размера и типа дашбордов на параметры шаблона рассматривания. Для получения достоверных данных необходимо сократить количество ошибок испытуемых при прохождении эксперимента. Для решения этого вопроса необходимо разработать методику подготовки испытуемых к прохождению данного эксперимента.

Материалы для подготовки испытуемых должны разрабатываться, соблюдая условия комфортного восприятия информации, её закрепления и сохранения. Предполагается, что после прохождения подготовки испытуемые будут быстрее и качественнее анализировать инфографическую информацию, и, соответственно, решать предложенную в эксперименте задачу корректно.