Методические указания к выполнению лабораторной работы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО БРАЗОВАНИЮ

Брянский государственный технический университет

 

Утверждаю

Ректор  университета

      А.В.Лагерев

« » 2005 г.

 

 
ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЕ  ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

ОСОБЕННОСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ  ЗАКОНА ФИТСА

 

Методические  указания

к выполнению лабораторной работы №1

для студентов  специальности 230105

«Программное  обеспечение вычислительной техники 

и автоматизированных систем»

 
 
 
 

БРЯНСК  2005

 

УДК 681.142

      Человеко-машинное взаимодействие. Особенности применения закона Фитса: методические указания к выполнению лабораторной работы №1 для студентов специальности 230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем». - Брянск: БГТУ, 2005. - 16 с.

 
Разработал:

К.В.Дергачев,

канд. техн. наук, доц.

 

 
 
Рекомендовано кафедрой «Информатика и программное обеспечение» БГТУ (протокол №4 от 15.12.05)

 

 1. Цель работы

     Целью данной работы является

     1) экспериментальная проверка выполнения закона Фитса в графическом интерфейсе пользователя;

     2) изучение факторов и параметров графического интерфейса, влияющих на длительность физических действий пользователя.

 

      Продолжительность работы – 6 часов.

 
 

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. изучение теоретической части  методических указаний;
2. создание алгоритма и программы для исследования особенностей применения закона Фитса в дизайне интерфейсов;
3. проведение экспериментов по исследованию скорости и точности физических действий пользователя;
4. построение и интерполяция графиков зависимости длительности физических действий пользователя и количества ошибок от параметров интерфейса средствами Microsoft Excel;
5. аппроксимация и анализ экспериментальных результатов;
6. защита лабораторной работы.

 
 

3. теоретические сведения

3.1. Общие сведения

      Одним из основных критериев эргономичности интерфейса является скорость работы пользователей. Скорость работы зависит от быстродействия компьютера и производительности человека. За последние 15 лет быстродействие компьютеров возросло в тысячу раз, однако, общая скорость работы пользователя увеличилась незначительно, во многом из-за повышения функциональной сложности интерфейсов.

      Существует много способов повысить производительность человека, не затрагивая аппаратную часть компьютера. Производительность находится в прямой зависимости от длительности выполнения работы пользователем. Длительность выполнения работы пользователем состоит из длительности:

      1) восприятия информации;

      2) интеллектуальной работы;

      3) физических действий пользователя;

      4) реакции системы.

   Значительная  часть общего времени человеко-компьютерного  взаимодействия расходуется на выполнение физических действий по управлению интерфейсом. Подавляющее большинство современных интерфейсов являются WIMP-интерфейсами (Windows-Icons-Menus-Pointing device), которые построены на интерактивных сущностях - окнах, пиктограммах, меню и позиционирующих устройствах (мыши, трекболы и т.п.).

      Пользователь, как правило, управляет компьютером  двумя способами – мышью и клавиатурой. Клавиатура не требует особой точности движений – неважно, быстро нажали клавишу или медленно, сильно или слабо.

      Однако, значительная часть физических действий пользователя при работе с WIMP-интерфейсом направлена на использование манипуляторов типа мышь: навигация и выбор пунктов меню, нажатие на командные кнопки и пиктограммы, непосредственное манипулирование объектами и т.д. Мышь в отличие от клавиатуры инерционна, то есть существует различие между медленным её перемещением и быстрым, сильным приложенным усилием и слабым. Кроме этого, мышь не предназначена для очень точных манипуляций: любой маленький интерфейсный элемент будет всегда вызывать проблемы у пользователей. Поэтому оптимизация использования мыши может существенно повысить общую скорость работы.

      Любое физическое действие, совершаемое с  помощью мускулатуры, может быть или точным или быстрым. Вместе точность и быстрота встречаются очень редко, поскольку для этого нужно выработать существенную степень автоматизма. Объясняется это физиологическими факторами: при резком движении невозможно быстро остановиться, соответственно, чем точнее должно быть движение, тем более плавным и медленным оно должно быть. Таким образом, чтобы физическое действие пользователя было быстрым, оно не должно быть точным и наоборот. На длительность и точность физических действий пользователя главным образом влияют дистанция до объекта и его размер.

3.2. Закон Фитса

      В 1954 году Поль Фитс (Paul Fitts) сформулировал  правило, позже ставшее известным как закон Фитса: время достижения цели обратно пропорционально ее размеру и прямо пропорционально дистанции до нее.

      Различные когнитивные законы, имеющие отношение к разработке интерфейсов (в том числе и закон Фитса), дают дополнительные данные, на основе которых можно принимать те или иные решения, связанные с разработкой интерфейсов. Закон Фитса позволяет количественно определить то, что чем дальше находится объект от текущей позиции курсора или чем меньше размеры этого объекта, тем больше времени потребуется пользователю для перемещения к нему указателя мыши (курсора).

      Допустим, что вы перемещаете курсор к кнопке, изображенной на экране, которая является целью данного перемещения. В законе Фитса дистанция определяется как длина прямой линии, соединяющей начальную позицию курсора и ближайшую точку целевого объекта, а размер объекта определяется вдоль линии перемещения курсора (рис. 1).

 

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рис. 1. Схема выбора объекта

      В одномерном случае время достижения объекта по закону Фитса определяется следующим образом:

 

      t = a+ b log₂ (S/D+1),     (1)

 

где t – время (мс); S – дистанция от курсора до объекта;  D – размер объекта вдоль линии движения курсора;  a, b – константы, устанавливаемые опытным путем по параметрам производительности пользователя (для приближенных вычислений можно использовать a = 50, b = 150).

      Вычисляемое время отсчитывается от момента, когда курсор начинает движение по прямой линии, до момента, когда пользователь щелкает мышью по целевому объекту. Логарифм по основанию 2 является мерой трудности задачи в количестве бит информации, которое требуется для описания (одномерного) пути перемещения курсора.

      Для вычисления времени можно использовать любые единицы измерения дистанции, так как S/D является отношением двух дистанций и поэтому не зависит от единицы измерения. Отсюда следует, что хотя указательное устройство может переместиться на расстояние большее или меньшее, чем то расстояние, на которое переместится на экране курсор, закон все равно будет работать при условии, что соотношение между движением мышки и курсора является линейным. Закон Фитса может применяться только к тем типам перемещения, которые совершаются при использовании большинства человеко-машинных интерфейсов, то есть к таким перемещениям, которые невелики относительно размеров человеческого тела и которые являются непрерывными (совершаемыми одним движением).

 

3.3. Методы повышения доступности кнопки

      Из  закона Фитса можно сделать вывод, что лучший способ повысить доступность кнопки заключается в том, чтобы делать её большой и располагать ближе к курсору.

      У этого правила есть два следствия. Чтобы «бесконечно» ускорить нажатие кнопки, её, во-первых, можно сделать бесконечного размера и, во-вторых, дистанцию до неё можно сделать нулевой.

      Вариант 1. Кнопка бесконечного размера. При подведении курсора к краю экрана он останавливается, даже если движение мыши продолжается. Это значит, что кнопка, расположенная вплотную к верхнему или нижнему краю экрана, имеет бесконечную высоту (так же как кнопка у левого или правого края имеет бесконечную ширину). Таким образом, скорость достижения такой кнопки зависит только от расстояния до неё и точности выбора начального направления движения.

      Следовательно, кнопка, расположенная в углу экрана (например, кнопка вызова главного меню Windows «Пуск»), имеет еще большее преимущество. Для достижения такой кнопки от пользователя требуется всего лишь переместить мышь в нужном направлении, не заботясь о её скорости и не делая попыток остановить её в нужном месте.

      Вариант 2. Нулевая дистанция  до кнопки. Контекстное меню, вызываемое по нажатию правой кнопки мыши, всегда открывается под курсором, соответственно расстояние до любого его элемента всегда минимально. Поэтому контекстное меню является одним из самых быстрых и эффективных элементов управления.

      Уменьшать расстояния до цели можно и в диалоговых окнах, которые также являются контекстно-зависимыми. По умолчанию они открываются в центре экрана, но исходя из принципа сокращения расстояния до их кнопок, открывать их под курсором гораздо эффективнее (если они не будут перекрывать важную информацию на экране).

 
 

4. Варианты  заданий

 
 

     Во  всех вариантах необходимо в среде визуального программирования (Builder или Delphi) разработать программы для решения перечисленных в них задач.

     Предлагаются следующие группы задач в различных вариантах:

     1. Определение зависимости времени  достижения объекта от его  размера и дистанции до него.

     2. Определение зависимости числа ошибок, связанных с промахами при достижении (за ограниченное время) мелких объектов от размера объекта и дистанции до него.

     3. Определение влияния различных сочетаний цветов фона и объекта (субъективно воспринимаемый размер) на скорость его достижения.

     4. Сравнительный анализ бесконечных и обычных кнопок по скорости их достижения.

 

     Первая  группа задач подразумевает три  серии экспериментов:

1. При фиксированном размере D, заданном в табл. 1, определить влияние дистанции S на время достижения объекта. Для дистанций S = 0, 20, 40, 60, 100, 150, 200, 250, 300, 350 (в пикселях) необходимо провести по 5 экспериментов (нажатий) и определить среднее время достижения объекта при каждой дистанции.
2. При фиксированной дистанции S (см. табл. 1) определить влияние размера D на время достижения объекта. Для размеров D = 8, 10, 12, 15, 20, 30, 50, 70, 100 (в пикселях) необходимо провести по 5 экспериментов (нажатий) и определить среднее время достижения объекта при каждом размере.
3. При изменяющихся размере D и дистанции S (2 вложенных цикла), заданных в предыдущих сериях экспериментов, определить для каждого отношения S/D среднее время достижения объекта по 3 нажатиям.

Таблица 1

Варианты  заданий для определения зависимости  времени достижения объекта от его размера и дистанции до него