Кодирование информации

Категория:
Эргономика


Кодирование информации

Выбор оптимального кода выдаваемой па средства отображения информации определяется, главным образом, задачей, которую должен решать оператор.

Например, задаче обнаружения или определения места сигнала лучше соответствует цветовое кодирование, задаче опознавания — кодирование условными знаками, задаче определения количественных характеристик — цифровое кодирование, задаче пространственной ориентации — кодирование наглядными образами. Для выбора эффективной системы кодирования необходимы тщательный анализ функционально значимых признаков кодируемого сообщения, выделение ведущих и второстепенных подчиненных признаков, однозначно определяемых ведущими. Ведущие признаки должны располагаться в соответствии с теми операциями, которые необходимо производить оператору при решении задачи. Код должен быть максимально осмысленным и читаться подобно тому, как читается фраза печатного текс-. та.

Способ кодирования следует выбирать по следующим параметрам: категории кода; длине алфавита сигналов; уровню кодирования; доминирующему признаку; компоновке сигналов в группы. По всем этим параметрам имеется большое число рекомендаций в различных литературных источниках. Ниже дается их систематизированный обзор.

Выбор категории кода. Характеристики управляемых объектов могут кодироваться различными способами: условными знаками, буквами, цифрами, цветом, яркостью, размером фигур и т. п. Каждый самостоятельный способ кодирования называется категорией кода (кодирования).

Категории кода опираются на различные признаки визуального сигнала, которые и обеспечивают различную эффективность выполнения таких операций, как опознание, декодирование, счет, поиск и т. д.

У. Хитт использовал пять способов кодирования при решении пяти различных задач: опознание, определение места сигнала, счет, сравнение и проверка. Показано, что в задаче.опознания наибольшую эффективность обеспечивает категория цвета, а между категориями чисел, букв и форм нет существенных различий. В задаче поиска наиболее эффективными оказались кодовые категории цвета и числа. Цветовое и числовое кодирование являются наиболее удачными в условиях решения оператором различных задач.

При изучении скорости обнаружения на панели сигналов, отличающихся друг от друга одним из четырех признаков (формой, размером, яркостью и цветовым оттенком), было установлено, что наименьшее время поиска объектов — по цвету, а наибольшее — по яркости и размеру.

В ряде работ продемонстрированы преимущества цветового кодирования при решении задач поиска, пересчета и опознания перед кодированием цифрами и формой.

В исследованиях в качестве кодовых категорий использовались форма, размер и пространственная ориентация фигур, изучались операции идентификации, опознания и зрительного поиска. Было показано, что наибольшую эффективность выполнения всех перечисленных операций обеспечивает категория формы. При выполнении операций идентификации и зрительного поиска наименьшая скорость и точность работы отмечаются по категории размера. В задаче опознания эта категория также дает наименьшую точность работы испытуемых, однако при выполнении этой операции наибольшее время реакции обнаруживается для категории пространственной ориентации фигуры. Остановимся кратко на характеристике некоторых кодовых категорий.

Рис. 1. Пять категорий кодов, использовавшихся У. Хиттом.

Кодирование формой является в высокой степени универсальным средством представления информации на зрительных индикаторах благодаря большому алфавиту различных символов, который можно при этом использовать, а также предшествующему опыту, на который может опираться наблюдатель при интерпретации символов. Установлено, что лучше различаются и распознаются простые фигуры, состоящие из небольшого количества элементов. Фигуры, составленные из прямых линий, различаются лучше, чем фигуры, имеющие кривизну и много углов. Треугольники и прямоугольники выделяются как формы, более легкие для восприятия, чем круги и многоугольники.

При использовании формы в качестве категории кода следует иметь в виду, что хорошая различимость определенной формы не является характеристикой этой формы как таковой, а отражает то, насколько она отлична от других символов данного алфавита. Поэтому необходимо определение различимости конкретных наборов символов, предлагаемых к употреблению исходя из анализа структуры деятельности с последующей проверкой в эксперименте.

Очевидно, в одном и том же наборе не рекомендуется использовать близкие по форме фигуры, допускающие взаимное смешение. В связи с этим существенное значение приобретают определение расстояний между кодовыми знаками, а также оценка их близости, сходства и различия. Решение этих задач существенно облегчит конструирование оптимальных алфавитов знаков и определит их реальную значимость в различных условиях работы.

Кодирование размером. Использование размера в качестве категории кода предполагает соотнесение площади знака с какой-либо характеристикой реального объекта (например, удаленностью или размером радиолокационной цели). Результаты экспериментального исследования показали меньшую точность опознания сигналов по категории размера по сравнению с точностью опознания по категории формы. Очевидно, это объясняется отсутствием стабильных эталонов для признака размера фигуры, динамичностью этих эталонов, их постепенным разрушением в ходе эксперимента. Анализ ошибочных ответов испытуемых в эксперименте показал, что ошибки допускаются исключительно при смешении «соседних» размеров: первого и второго, второго и третьего и т. д. Была обнаружена тенденция к переоценке наименьшего размера и к недооценке наибольшего.

При использовании категории размера рекомендуется равномерно располагать значения размеров по логарифмическому закону, так как он обеспечивает большую точность дифференцирования размеров по сравнению с линейным законом.

Для обозначения скорости движения цели можно использовать кодирование длиной линии. При этом также рекомендуется промежуточные значения этого признака задавать по логарифмическому закону. При использовании более пяти градаций признака число ошибок опознания резко возрастает. Для повышения точности глазомерной оценки длины линии целесообразно вводить дробление линии и группировку ее элементов.

Кодирование пространственной ориентацией. Пространственная ориентация фигуры также может использоваться в качестве категории кода. При этом для асимметричных фигур изменение пространственной ориентации достигается путем поворота фигуры в поле зрения наблюдателя. Для симметричных фигур в качестве признака пространственной ориентации можно использовать утолщение одной из линий контура.

Экспериментальные данные показали, что точность идентификации и опознания по признаку пространственной ориентации, по существу, не отличается от точности выполнения тех же операций по признаку формы. Очевидно, признак пространственной ориентации является одним из наиболее простых и первичных генетически. Однако вербальное обозначение этого признака вызывает известные трудности, что приводит к значительному возрастанию времени реакции опознания. Максимальную эффективность опознания по признаку пространственной ориентации обеспечивают фигуры, не симметричные относительно традиционных осей: вертикальной и горизонтальной, — такие как треугольник и пятиугольник.

Для кодирования направления движения цели можно использовать признак ориентации линии. Установлено, что при определении курса цели с помощью ориентации линии 50% ответов дается с ошибкой менее 6%, а 95% — с ошибкой менее 15% (при длине линии 2,5 мм и расстоянии наблюдения 35,5 см). Точность оценки можно существенно повысить, используя специальное приспособление в виде накладываемого на экран индикатора прозрачного вращающегося диска, разграфленного параллельными линиями. Вращая диск, оператор устанавливает его таким образом, чтобы оцениваемый вектор оказался параллельным этим линиям, а затем считывает показания по делениям, нанесенным по окружности экрана.

Буквенно-ц ифровое кодирование. Выбор формы является важным условием различимости букв и цифр. Экспериментальные данные показывают, что иногда даже мало заметные варианты формы букв и цифр сильно влияют на их читаемость. В заново разрабатываемых шрифтах стремятся прежде всего избежать смешения сходных знаков (например, в латинском алфавите О и Q, С и G и т. п.) и выделить характерные признаки, отличающие знаки друг от друга. Арабский цифровой алфавит состоит из знаков, многие из которых не удовлетворяют требованию хорошей различимости. Такие цифры, как 7 и 9, 5 и 6, 3 и 5, отличаются друг от друга только одним или двумя признаками. Как показали многочисленные исследования, в условиях дефицита времени при опознании этих цифр часто допускаются ошибки. Установлено, что по точности и скорости опознания на первом месте стоят цифры, образованные прямыми линиями: 1, 7, 4 и т. д. В соответствии с особенностями восприятия цифр были предложены различные конфигурации шрифтов.

Для обеспечения хорошей читаемости цифр необходимо выдерживать оптимальные соотношения основных параметров знака: высоты, ширины, толщины линии. Ширина знака должна составлять 3/5 его высоты (за исключением цифры «1», ширина которой должна быть равна толщине линии, и букв «М», «Ж», «III», ширина которых должна составлять 4/5 высоты). Толщина линии — от 1/6 до 1/8 высоты знака.

Цветовое кодирование. Человек может точно идентифицировать не более 10—12 цветовых тонов, при кодировании — не более 8 тонов, что ограничивает возможную длину алфавита при цветовой кодировании. С наибольшей точностью опознаются фиолетовый, голубой, зеленый и красный цвета, которые и могут быть рекомендованы для цветового кодирования. Общее число точно опознаваемых цветов можно увеличить в несколько раз, если сигналы изменяются не только по цветовому тону, но также по светлоте и насыщенности. Преимущество цветового кодирования состоит в том, что при его использовании можно оставить цифровые индексы в резерве для обозначения количественных характеристик кодируемых объектов. Недостатком цветового кодирования является плохое цветоразличение у некоторых операторов.

При использовании цветового кодирования следует учитывать, что видимый цвет объектов зависит от их освещения. Поэтому цветовой код применяется только при освещении белым светом. Точное вое-восприятие цвета обеспечивается при яркости 170 кд. Восприятие цвета объектов зависит также от их размеров, расстояния от наблюдателя, положения в поле зрения. Хроматические объекты на далеком расстоянии, а также находящиеся на периферии поля зрения, воспринимаются как ахроматические. При восприятии объектов под малым углом зрения (10—20°) наблюдается стягивание цветов к двум точкам: теплых — к красному, холодных — к голубому. С увеличением площади объекта увеличивается И точность различения цвета.

Оптимальным цветом для высвечивания знаков является участок спектра с длинами волн от 500 до 570 им, а именно желто-зеленые лучи. Эти цвета характеризуются малой насыщенностью, т. е. небольшим отличием от белого и максимальной видностью. Кроме того, они меньше других утомляют глаз

Рис. 2. Зависимость времени поиска от количества объектов в поле зрения

Исследование декодирования визуальных сигналов на цветовом индикаторе показало, что цветность знаков влияет на время их опознания и декодирования. В эксперименте использовались три цвета знаков: синий, зеленый и красный. Наименьший латентный период реакции испытуемых был получен при декодировании знаков синего цвета, наибольший — зеленого. При декодировании состояния объекта по цвету предъявленного знака отмечались ошибки, полученные в результате перепутывания зеленого и синего цветов. Иные данные получены при исследовании зрительного поиска. Оказалось, что наибольшая скорость работы наблюдается при красном цвете тест-объекта, наименьшая при синем.

Кодирование яркостью. При хороших условиях восприятия для кодирования можно использовать не более четырех уровней яркости, при этом оптимальное отношение градаций яркости 1:5. На практике обычно используется два уровня. Эта категория кодирования не может считаться удачной, так как пятна различной яркости отвлекают и утомляют оператора.

Кодирование частотой мелькания. При использовании частоты мелькания объекта в качестве категории кода не рекомендуется применять более четырех градаций этого признака. Экспериментально установлено, что при частоте мельканий, равной 1,5 Гц, точность оценки количества вспышек очень высока. С увеличением частоты точность оценки падает. Пороговой величиной для непосредственной визуальной оценки частоты мельканий является б—8 Гц. Поскольку мелькания быстро приводят к зрительному утомлению, следует ограничивать количество мерцающих объектов в поле зрения оператора (не более двух знаков одновременно).

Определение длины алфавита. Высокая дифференциальная чувствительность анализаторов человека по отношению к отдельные свойствам стимула, казалось бы, позволяет использовать для передачи информации достаточно длинный алфавит из одномерных стимулов. Однако по экспериментальным данным, при использовании таких алфавитов скорость и надежность приема информации человеком невелики. Одним из наиболее важных ограничителей пропускной способности анализаторов человека является фактор различимости. Оптимальные условия различения создаются лишь в том случае, если различие между парой одномерных стимулов превышает пороговую величину в несколько раз. По Дж. Миллеру, число абсолютно различимых градаций одномерного сигнала колеблется в пределах 4— 16 в зависимости от качества используемого признака.

Оптимальная длина алфавита должна быть определена экспериментально для каждой кодовой категории. При этом следует учитывать не только фай’ор различимости, но и объем оперативной памяти человека.

В литературе имеются некоторые данные относительно допустимой длины алфавита для различных категорий кодирования: форма — 15 символов, размер — 5, цифры и буквы — неограниченная, цвет —
II, яркость — 4, частота мельканий — 4.

Выбор уровня кодирования. Длина алфавита может быть увеличена в несколько раз использованием многомерных стимулов. При этом все параметры объекта кодируются в одном знаке объединением нескольких признаков. Для многомерных стимулов допустимая длина алфавита возрастает до 150. С помощью многомерных сигналов человеку можно передавать одновременно значительно больше информации, чем с помощью одномерных стимулов, поскольку информация на сигнал увеличивается пропорционально логарифму числа его измерений.

Определение доминирующего признака. При оценке систем кодирования следует учитывать преимущества той или иной категории кода при решении различных задач. Кодовая категория, обеспечивающая оптимальную различимость и тем самым максимальную эффективность решения задач оператором, должна использоваться в качестве доминирующего признака, т. е. для кодирования наиболее значимой характеристики объекта. Например, в системах со знаковой индикацией таким доминирующим признаком должен быть контур знака.

При оценке доминирующего признака при кодировании формой важное значение имеет вопрос о мере абстрактности знаков. Экспериментальные данные показали, что частичное воспроизведение в опознавательных признаках сигнала признаков кодируемого объекта дает высокую точность решения задачи декодирования. Вместе с тем следует соблюдать определенную меру «картинности». Экспериментальная оценка дорожных знаков показала, что наиболее неудачными с точки зрения различимости и опознаваемости оказались знаки, в которых полностью изображены объекты; лучшие показатели получены для тех знаков, в которых сохранилась определенная наглядность, но в обобщенной форме символа. Очевидно, мера наглядности должна определяться требованием хорошей различимости знака.

Весьма важным является вопрос о совместимости системы кодирования с жизненным и профессиональным опытом оператора, со сформировавшимися у него ассоциациями. На этом основании буквы используются при передаче информации о названии объекта, цифры — о количественных характеристиках объекта, цвет — о значимости. Геометрические фигуры — знаки могут быть использованы для кодирования информации в тех случаях, когда оператору необходима наглядная картина для быстрой переработки поступившей информации.

Компоновка кодового знака. Кодовые знаки должны быть хорошо различимы. При построении многомерных кодов следует учитывать то обстоятельство, что в затрудненных условиях восприятия одни признаки кодового знака могут маскировать другие. Требование хорошей различимости Особенно важно учитывать при построении или оценке систем кодирования, составленных из условных знаков, имеющих контур и некоторое количество внутренних и наружных деталей для кодирования дополнительных признаков объекта.

Результаты экспериментального исследования по оценке системы знаков — геометрических фигур, имеющих внутренние и наружные детали, показали, что наилучшими с точки зрения различимости и опознаваемости являются знаки средней сложности, у которых есть одна или две хорошо различимые детали. Знаки простые, имеющие только контур, опознавались с меньшей точностью, поскольку для кодирования дополнительных характеристик объекта у них не хватало признаков формы. Сложные знаки, имеющие несколько дополнительных признаков, иногда дублирующих друг друга, дали большое количество ошибок восприятия из-за плохой различимости внутренних или наружных деталей.

Подводя итог сказанному, можно сформулировать некоторые требования к построению кодовых знаков, которые целесообразно учитывать при проектировании информационных моделей.
1. При построении системы знаков необходима четкая и последовательная классификация символов внутри алфавита. Это облегчает формирование схемы, «обобщенного портрета» класса знаков и выделение признаков, отличающих знаки внутри алфавита.
2. Основной классификационный признак объекта должен кодироваться контуром знака, иметь достаточный угловой размер и представлять собой замкнутую фигуру.
3. Знак должен включать не только основные, но и дополнительные, специфические признаки.
4. Дополнительные детали не должны пересекать или искажать основной символ.
5. Не следует перегружать знак внутренними или наружными деталями. Использование букв внутри или снаружи контура также затрудняет различение знака.
6. При компоновке знака следует отдавать предпочтение внутренним деталям, поскольку наружные затрудняют различение контура знака.
7. Предпочтительно использование симметричных символов, поскольку они легче усваиваются и более прочно сохраняются как в оперативной, так и в долговременной памяти.
8. В качестве опознавательных признаков символов в пределах одного алфавита нельзя использовать следующие:
а) число элементов в знаке или его протяженность, так как в условиях дефицита времени определение числа элементов вызывает трудности;
б) отличие знаков по признаку позитив—негатив. В условиях работы с проходящим светом возможно смешение таких знаков в результате возникновения отрицательного послеобраза;
в) отличие знаков по признаку прямое — зеркальное отражение. Трансформация зрительного образа типа пространственных поворотов вокруг вертикальной или горизонтальной оси может привести к смешению зеркальных сигналов.
9. Различимость знаков должна оцениваться также по их угловым размерам, яркости и контрасту с фоном.
10. Оптимальное число концептуально различимых признаков, обеспечивающих надежную дифференцировку одного сигнала от другого, равно 2—4.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум