8.2. Пользовательские интерфейсы автоматизированного рабочего места менеджера

В процессе организации автоматизированных рабочих мест ме­неджера важное значение имеет пользовательский интерфейс, который позволяет специалисту управлять функционированием программы или вычислительной системы и получать требуемые результаты.

Фактически пользовательский интерфейс — это канал, по которому осуществляется взаимодействие пользователя и программы в режиме диалога.

Диалог пользовательского интерфейса — регламентирован­ный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи.

Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода и вывода информации, которые физически обеспечивают связь пользователя и ПК за счет передачи сообщений (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема взаимодействия специалиста с ПК

Пользовательский интерфейс реализует работу человека на персональном компьютере посредством элементов взаимодействия, которые представляют собой компоненты интерфейса для непосредственного взаимодействия специалиста с программой или вычислительной системой.

В основном пользователь генерирует сообщения следующих типов: запрос информации, активизация помощи, выполнение операции или функции, ввод или изменение информации и т.д.

В ответ пользователь получает подсказки или справки, информационные сообщения, требующие ответа, указания, требующие действия, сообщения об ошибках и другую информацию.

Различают активные и пассивные элементы взаимодействия, включающие различные команды и объекты.

1. Активный элемент взаимодействия — это элемент пользовательского интерфейса, через который специалист имеет прямой доступ к системным и программным ресурсам с возможностью непосредственного управления и изменения их. К активным элементам взаимодействия относятся команды управления системными настройками и программными ресурсами, средства конфигурации системы, команды работы с файловыми системами.

2. Пассивный элемент взаимодействия — это элемент пользовательского интерфейса, через который специалист не имеет прямого доступа к системным или программным ресурсам, т.е. не может управлять или изменять эти ресурсы напрямую и непосредственно. К пассивным элементам взаимодействия относятся информационные сообщения, подсказки, справочная система ПК и т.д.

Активные и пассивные элементы взаимодействия реализуются через уровни представления данных в персональном компьютере. Выделяют два основных уровня представления данных в ПК — физический и логический:

• физический уровень представления данных — это фактическое размещение данных в компьютере, т.е. способ записи данных в устройствах персонального компьютера. Физический уровень представления данных зависит от развития аппаратного обеспе­чения ЭВМ и не имеет отношения к пользовательскому интерфейсу, но является основой представления данных на логическом уровне;

• логический уровень представления данных — это логическая форма записи данных, представленных на физическом уровне, т.е. это данные, представленные в форме, доступной для обработки программным обеспечением разных уровней — от операционной системы до прикладных программ.

Пример взаимосвязи логического и физического уровней представления данных приведен на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Пример взаимосвязи логического и физического уровней представления данных

Развитие пользовательских интерфейсов происходило по двум направлениям: 1) развитие концепций логического представления данных; 2) развитие средств взаимодействия с пользователем.

1. Развитие концепций логического представления данных прошло 4 этапа:

1-й этап. От битов к байтам. Бит — фундаментальная единица информации в логической модели представления данных, однако технологически удобнее обрабатывать совокупности битов — байты. Представление информации в виде байтов стало первым шагом в развитии логического уровня представления данных.

2-й этап. От байтов к блокам (сегментам). Следующим шагом стало объединение байтов в блоки, что дало возможность обращаться и обра­батывать большие совокупности данных (блоки) как единое целое.

3-й этап. От блоков к файлам. Файл — совокупность битов (байтов, блоков), имеющих собственное имя. Появление файлов стало следующей вехой в эволюции моделей представления данных. Теперь файл стал высшей формой логического представления данных, с которой работают пользователи и программное обеспечение.

4-й этап. От файлов к объектам. Переход от файлов к объектам сделан лишь на формальном уровне. Фактически объекты — те же файлы или их совокупности, однако совокупности файлов есть наиболее близкий к будущему метод организации данных, когда файлы останутся «видны» лишь операционной системе, как в свое время байты остались «видны» лишь процессору.

2. Развитие средств взаимодействия с пользователем также проходило поэтапно:

1-й этап. Создание устройств отображения результатов выполнения программ. Первым шагом в развитии средств взаимодействия пользователя и ЭВМ стало создание таких устройств, как монитор и клавиатура, которые позволяли вводить информацию и отображать результаты выполнения программ.

2-й этап. Создание средств позиционного ввода. Средства позици­онного ввода (манипуляторы типа «мышь») стали революционным прорывом в построении пользовательских интерфейсов, так как стало возможным организовать взаимодействие пользователей и ЭВМ не с помощью команд, которые необходимо вводить вручную в командную строку, а с помощью выбора объектов, которые обозначают данные команды.

3-й этап. Создание и развитие средств мультимедиа. Появление цветных мониторов и мультимедиа привело к созданию более эргономичных графических пользовательских интерфейсов и позволило применять более широкий спектр средств передачи информации: от однотонных звуков бипера, графических статических и подвижных изображений к полноценному качественному видео и аудио.

4-й этап. Создание графических пользовательских интерфейсов. Световое перо позволило создать компьютеры планшетного карманного типа и соответствующие им графические пользовательские интерфейсы, ориентированные на работу с рукописным вводом.

5-й этап. Разработка элементов виртуальной реальности. Виртуальная реальность является следующим этапом развития пользовательских интерфейсов. Взаимодействие пользователя и ЭВМ осуществляется с помощью различных сенсоров, таких как, например, шлем и перчатки, которые связывают его движения и впечатления и аудиовизуальные эффекты. Будущие исследования в области виртуальной реальности направлены на увеличение чувства реальности наблюдаемого.

Виртуальная реальность (от лат. virtus — потенциальный, возможный и лат. realis — действительный, существующий) — создаваемый техническими средствами мир и передаваемый человеку через его привычные для восприятия материального мира ощущения: зрение, слух, обоняние и др.

Согласно общепринятой классификации, существующие на практике интерфейсы можно разделить на следующие виды: 1) командный; 2) псевдографический; 3) графический; 4) речевой; 5) биометрический; 6) виртуальной реальности.

1. Командный (командно-строчный) интерфейс. Одним из основных и наиболее старых является интерфейс командной строки, который получил наибольшее развитие во времена расцвета больших многопользовательских вычислительных систем с алфавитно-цифровыми дисплеями. Он характеризуется тем, что пользователь осуществляет взаимодействие с ЭВМ посредством командной строки, куда вводятся команды определенного формата, которые затем передает к исполнению. Система как ответ на действия пользователя также выдает или сообщения, или результат выполнения введенной команды в текстовом виде (рис. 8.3). В таком режиме можно одновременно взаимодействовать лишь с одной программой, хотя потенциально могут выполняться несколько различных программ. Управлять взаи­модействием этих программ можно только с командной строки, с проверкой результата только по окончанию работы.

Главным недостатком командного интерфейса является необходимость пользователю знать синтаксис всех команд, ключей или опций для каждой из них. Кроме того, текстовая природа выводимых данных делает трудной, а подчас и невозможной работу с определенным классом приложений, в первую очередь графических, или тех, где используются разнородные данные (графики, таблицы и другие элементы языка HTML).

Тем не менее командный интерфейс до сих пор сохранился и используется преимущественно профессионалами, поддерживающими функционирование ИТ, так как повышает эффективность их работы за счет скорости задания и выполнения ряда операций, а также, например, для администрирования или настройки сервера, когда в наличии имеется только канал с ограниченной пропускной способностью и т.д.

2. Псевдографический (смешанный) интерфейс представляет собой наличие графических интерфейсных элементов, например, кнопок, индикаторов процесса выполнения операций, меню, но реализуемых с помощью символов псевдографики.

Псевдографика — совокупность символов, включенных в набор символов компьютерного шрифта, отображающих графические примитивы (линии, прямоугольники, треугольники, кресты, различная заливка и т. п.). Основное назначение псевдографики — графическое оформление программ с текстовым интерфейсом пользователя — отображение в них окон, меню, кнопок и прочих элементов интерфейса, создание рамок и таблиц.

Рис. 8.З. Пример командного интерфейса

Псевдографический интерфейс в отличие от командного не требует ввода команд и опций, сообщения имеют более удобный и привычный вид, но интерфейс все равно остается текстоориентированным, что вызывает трудности с отображением различных данных (рис. 8.4).

Для выполнения простых команд использование мыши минимальное или вовсе отсутствует, возможности настройки внешнего вида панелей тоже очень небольшие, т.е. псевдографический интерфейс является как бы промежутком между командным интерфейсом и графическим. Он в большинстве случаев обладает всеми преимуществами командного (использование мощных языков, расширяемость) и устраняет некоторые недостатки (позволяет легче управлять системой, например, нагляднее представить файловую систему и т.д.). Но большинство недостатков практически те же — ограниченность вариантов представления данных, невыразительность интерфейса, сложность при попытке перенести команду с множеством опций в режим, когда в окне нужно просто выбрать нужные пункты, и т.д.

3. Графический интерфейс пользователя является обязательным компонентом большинства современных программных продуктов, ориентированных на работу конечного пользователя. Графическим интерфейс называется потому, что все элементы, как и сами данные в окнах, отображаются в графическом режиме, что позволяет сформировать комфортные, с точки зрения пользователя, объекты — окна, кнопки, пиктограммы, ползунки, индикаторы и т.д. (рис. 8.5).

►SUB-DIJM 9-18-92 5:47p

Рис. 8.4. Пример псевдографического интерфейса

Рис. 8.5. Пример графического интерфейса

Основными достоинствами графического интерфейса являются наглядность и интуитивная понятность для пользователя, а также общность интерфейса программ, написанных специально для функционирования в графической среде. Пользователь, научившись работать с одной программой, легко может начать работать и со всеми остальными.

Развитие графического интерфейса прошло несколько этапов.

1-й этап начался в середине 1970-х гг., когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылками графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции ПК на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также появление алфавитно-цифровых дисплеев, на которых поддерживались такие эффекты, как «мерцание» символов, инверсия цвета (смена начертания белых символов на черном фоне обратным, т.е. черных символов на белом фоне), подчеркивание символов и т.д.

Параллельно развитию программного обеспечения и под влиянием этих же концепций проходил процесс по унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами.

2-й этап характеризуется созданием цветного дисплея, позволяющего выводить, вместе с этими эффектами, символы в 16 цветах на фоне с палитрой (т.е. цветовым набором) из 8 цветов. Появление этого типа интерфейса совпадает с широким распространением операционной системы MS-DOS. Именно она способствовала распространению графического интерфейса, благодаря чему в 1980-е гг. происходило совершенствование этого типа интерфейса, улучшение характеристик отображения символов и других параметров монитора.

3-й этап начинается с появления графических дисплеев, имеющих возможность вывода любых графических изображений на экране в виде множества точек различного цвета, что позволило разработчикам ПО широко использовать элементы графического интерфейса в оформлении прикладных программных продуктов.

4-й этап связан с постепенным внедрением графических элементов в операционные системы, которые сначала устанавливались на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM-совместимых ПК.

5-й этап характеризуется широким распространением современного оконного графического интерфейса, примером которого является WIMP-интерфейс (Windows, Icons, Menus, Point-and-click — окна, пиктограммы, меню, указатель («укажи и щелкни»)). Интерфейс WIMP возник тогда, когда пользователями ПК стали люди, не обладавшие навыками алгоритмического мышления, так как общение с помощью командного интерфейса является практически аналогом программирования, что требует специального обучения.

WIMP-интерфейс требует для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор. Также программы, ориентированные на этот вид интерфейса, предъявляют повышенные требования к производительности компьютера, объему его памяти и т.п. Однако простота в использовании привела к фактической стандартизации данного вида графического интерфейса и его широкому распространению.

Как правило, графический интерфейс реализуется в интерактивном режиме и организуется в виде системы элементов, управление которыми осуществляется с использованием клавиатуры, а в качестве средства манипуляции — мыши. Пользователь взаимодействует с экранными формами, содержащими элементы управления — виджеты (англ. widget — приспособление, штуковина) — панели инструментов с пиктограммами режимов и команд обработки. К основным элементам управления относятся:

• окно (window) — прямоугольная область на экране, предоставляемая прикладной программе для операций ввода/вывода и обработки данных. Окно, находящееся в пассивном состоянии, может сворачиваться в пиктограмму;

• метка — постоянный текст, не подлежащий изменению при ра­боте пользователя с экранной формой, например, названия по­лей в экранной форме;

• пиктограмма, иконка (icon) — небольшое растровое изображение, служащее для идентификации некоторого объекта: файла, программы и т.п. Выбор и активизация пиктограммы вызывает действие, связанное с выбранным объектом и др. (см. раздел 6.5).

Графический интерфейс позволяет поддерживать пользователю различные виды диалога, когда прием, обработка и выдача сообщений происходят в реальном масштабе времени. Диалоговый режим начал развиваться еще с командного и псевдографического интерфейса, но в графическом интерфейсе диалог получил свое дальнейшее развитие.

В графическом интерфейсе выделяют следующие типы диалога:

• жесткий. Это такой вид диалога, при котором роли участников диалога заданы жестко, например режим работы «вопрос — ответ» с указанием того, кому из партнеров принадлежит инициатива;

• гибкий. В этом виде диалога задается множество предписанных вариантов диалога, представляемых пользователю в виде меню, как правило иерархической структуры, из которого он выбирает направление решения задачи;

• свободный. Это диалог, который позволяет участникам общения обмениваться информацией произвольным образом. Наиболее распространенными видами организации диалога являются: меню, шаблон, команда, естественный язык.

Реализация диалога в виде меню возможна через вывод на экран видеотерминала определенных функций системы. Пользователь выбирает на экране монитора нужную ему операцию и передает ее к исполнению.

Шаблон — это режим взаимодействия конечного пользователя и ПК, на каждом шаге которого система воспринимает только ограниченное по формату входное сообщение пользователя. Варианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на экране монитора.

Диалог вида «команда» инициируется пользователем. При этом выполняется одна из допустимых на данном шаге диалога команд пользователя. Их перечень отсутствует на экране, но легко вызывается на экран с помощью специальной директивы или функциональной клавиши.

Естественный язык — это тип диалога, при котором запрос и ответ со стороны пользователя ведется на языке, близком к естественному. Пользователь свободно формулирует задачу, но с набором установленных программной средой слов, фраз и синтаксиса языка Система может уточнять формулировку пользователя. Разновидностью этого вида диалога является речевое общение с системой — SILK-интерфейс.

4. Речевой интерфейс появился в середине 1990-х гг., после появления звуковых карт и широкого распространения технологий распознавания речи. Речевой интерфейс (Spoken Interface) — это набор инструментов для общения с персональным компьютером при помощи голоса путем произнесения специальных запрограммированных слов — команд (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Пример речевого интерфейса

Речевая технология является реализацией так называемого SILK-интерфейса (Speech, Image, Language, Knowledge — речь, образ, язык знание), который ориентирован на процессы синтеза и распознавания речи.

Посредством речевого интерфейса пользователь может выбирать пункты меню, нажимать на кнопки, отправлять и получать электронную почту, работать в Internet и с текстовыми документами, даже не прикасаясь к клавиатуре. При необходимости речевой интерфейс воспроизведет вслух содержимое какой-либо web-страницы или сообщит информацию о состоянии запущенных процессов. При этом пользователь может задать различные типы голосов для различных событий, происходящих в системе и т.д. Также речевой интерфейс интегрируется в состав компьютерной модели виртуального собеседника, в которой реализована возможность создания сценариев диалога для разнообразных приложений и осуществления их посредством устно-речевого человеко-машинного общения. Например, для автоматизации работы операторов центров автоматических телефонных служб, осуществления естественно-речевого общения с абонентами по сценариям ответов на запросы по продажам товаров и услуг и т.д.

5. Биометрический интерфейс начал развиваться в конце 1990-х гг. и в настоящее время продолжает усовершенствоваться. Биометрический интерфейс для управления персональным компьютером использует выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка и другие признаки. Для идентификации пользователя используется рисунок радужной оболочки его глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация. Изображения считываются с цифровой видеокамеры, а затем с помощью специальных программ распознавания образов из этого изображения выделяются команды. Эта технология используется прежде всего в программных продуктах и приложениях, где важно точно идентифицировать пользователя персонального компьютера.

6. Интерфейс виртуальной реальности (VR — virtual reality) является продолжением развития речевой и биометрической технологий. Разработка интерфейса виртуальной реальности связана с моделированием какой-либо среды (существующей или вымышленной) в реальном масштабе времени с возможно более подробным ее воссозданием и воздействием на ощущения пользователя — зрение, слух, осязание и т.д. При этом модель должна быть достаточно интерактивной, чтобы воздействие на какой-либо объект среды получало обратный отклик.

В процессе разработки модели виртуальной реальности для поддержки интерфейса возрастает роль ПО, которое включает специальные библиотеки графического интерфейса, программы для разработки виртуальной реальности, системы распознавания и синтеза речи с базами данных, т.е. специализированные программные комплексы, которые предназначены для организации взаимодействия между ПК и человеком.

Аппаратная часть персонального компьютера для реализации виртуальной реальности также требует дополнения следующими устройствами:

• ускорителями трехмерной графики;

• многоканальными звуковыми процессорами, создающими объемное звучание;

• HMD (Head Mounted Display), или носимыми дисплеями, в основном жидкокристаллическими, но иногда встречаются и варианты с электронно-лучевой трубкой. Разрешение экранов у таких дисплеев достигает 1,5 млн пикселей. При этом во многих устройствах предусматривается поддержка стереоскопического режима. Существуют также варианты беспроводного подключения для получения максимальной свободы передвижения;

• «виртуальными перчатками», в которые вмонтирована система датчиков, позволяющая отслеживать положение кисти руки в пространстве и движение каждого отдельного пальца. Перчатки могут дополняться системой тактильной обратной связи. Скорость восприятия и передачи информации в обрабатывающий ПК превышает 100 измерений в секунду, что вполне достаточно для воссоздания плавного виртуального движения руки опера­тора на экране. При этом материал перчаток, как правило, выбирается достаточно мягким и эластичным, чтобы не препятствовать возможности пользоваться клавиатурой;

• беспроводной системой слежения, используемой для воссоздания движения человеческого тела целиком, включающей систему датчиков, привязанную к анатомии человеческого тела. Система слежения закрепляется на операторе и передает данные по радиоканалу. Основные типы таких систем используют принцип локации в радиодиапазоне или ультразвук. При этом на операторе закрепляются специальные отражающие элементы. Таким образом, оператор может получить достаточно большую свободу передвижения в рамках отведенного ему пространства;

• трехмерными устройствами ввода в виде пера, закрепленного на специальном манипуляторе, которые используются в приложениях трехмерного инженерного моделирования. Манипуляторы обеспечивают перемещение пера с шестью степенями свободы, формируя при этом тактильную обратную связь по трем степеням свободы;

• автоматическими трехмерными сканерами, используемыми для оцифровки существующих объемных объектов. В сканерах манипулятор управляется персональным компьютером. На конце манипулятора находится игла, которая ощупывает предмет. На основании полученной информации строится объемная модель анализируемого объекта;

• трехмерными принтерами, служащими для обеспечения интерактивного взаимодействия человека с персональным компьютером. С их помощью можно потрогать предмет в виртуальном пространстве системы трехмерного моделирования в виде реального объекта материального мира. Принтеры построены на принципе послойного синтеза модели из специальных мономе­ров, при этом полимеризация проводится под воздействием сфокусированного лазерного луча. Быстродействие этих устройств не очень велико — на синтез одной детали может уйти несколько часов. Однако благодаря таким устройствам открываются широкие возможности для быстрого проектирования объектов без организации опытного производства.

Все пользовательские интерфейсы строятся с соблюдением основных принципов:

• структуризации. Пользовательский интерфейс должен быть це­лесообразно структурирован. Родственные его части должны быть связаны, а независимые — разделены; похожие элементы должны выглядеть похоже, а непохожие — различаться;

• простоты. Наиболее распространенные операции должны выполняться максимально просто. При этом должны быть ясные ссылки на более сложные процедуры;

• видимости. Все функции и данные, необходимые для выполнения определенной задачи, должны быть видны, когда пользователь пытается ее выполнить;

• обратной связи. Пользователь должен получать сообщения о действиях системы и о важных событиях внутри нее. Сообщения должны быть краткими, однозначными и написанными на языке, понятном пользователю;

• толерантности. Интерфейс должен быть гибким и терпимым к ошибкам пользователя. Ущерб от ошибок должен снижаться за счет возможности отмены и повтора действий, а также за счет интерпретации любых разумных действий и данных;

• повторного использования. Интерфейс должен многократно использовать внутренние и внешние компоненты, достигая тем самым унифицированности.

Существует три основных критерия качества пользовательского интерфейса: 1) скорость работы пользователя; 2) количество человеческих ошибок; 3) скорость обучения.

1. Скорость работы пользователя. Согласно Дональду Норману, взаимодействие пользователя с системой (не только вычислительной) состоит из семи шагов, представленных на рис. 8.7.

Процесс размышления занимает почти все время, в течение которого пользователь работает с персональным компьютером, так как шесть из семи этапов полностью заняты умственной деятельностью. Соответственно, повышение скорости этих размышлений приводит к существенному улучшению скорости работы.

Существенно повысить скорость собственно мышления пользователей невозможно, но качественный пользовательский интерфейс должен уменьшить влияние факторов, усложняющих (и, соответственно, замедляющих) процесс мышления.

Рис. 8.7. Процесс взаимодействия пользователя с системой

2. Количество человеческих ошибок. Пользовательский интерфейс должен содержать элементы, которые позволят уменьшить количество допускаемых ошибок. К этим элементам относятся:

• плавное обучение пользователей в процессе работы;

• снижение требований к бдительности;

• повышение разборчивости и заметности индикаторов.

Кроме того, пользовательский интерфейс должен содержать средства, позволяющие снизить чувствительность системы к ошибкам. К ним относятся:

• блокировка потенциально опасных действий пользователя до получения подтверждения правильности действия;

• проверка системой всех действий пользователя перед их принятием;

• самостоятельный выбор системой необходимых команд или параметров, когда от пользователя требуется только проверка.

3. Скорость обучения. Пользовательский интерфейс должен содержать средства, позволяющие пользователю в максимально короткие сроки научиться работать с программой или системой, т.е. содержать различные справочные системы, подсказки, сообщения и т.д.