Психологические основы кодирования зрительной информации для человека-оператора

Для описания системы  знаковой информации нами разработаны  методы оценки объективной сложности  знаков, кодируемых сообщений, а также  характеристик алфавитов кодовых  знаков. Внутренняя структура знака  нами рассматривается в связи  с понятием уровня кодирования: как  насыщение одного знака информацией  путем повышения его сложности. Наш метод оценки сложности знаков построен на основе теоретических и  экспериментальных исследований. Результаты этих исследований показывают, что  сложность знака определяется следующими характерными чертами: 1) сложностью контура; 2) количеством деталей в знаке; 3) расположением этих деталей (внутренние или наружные); 4) угловым размером наименьшей детали знака. Сложные знаки  как бы состоят из фрагментов простых. Для оценки сложности знака необходимо, чтобы каждая характерная черта  получила качественное выражение в  своей определенной шкале. Мы предлагаем поместить знак в пространство признаков, это дает возможность описать  расположение деталей, подсчитать их количество в каждом квадранте. При этом контур разбивается на отдельные детали, и чем он сложнее, тем большее количество деталей (углов и сторон) или иначе фрагментов, попадает в квадрант. Далее составляются шкалы, ранжирующие детали по их угловому размеру и по расположению детали (контур, внутренние или наружные детали), каждому рангу приписывается определенный балл сложности. Проверка этого метода на нескольких алфавитах знаков дала положительные результаты, знаки четко ранжируются по количеству баллов в зависимости от сложности.

Характеристика алфавитов знаков. Каждый алфавит имеет свои специфические характеристики, которые некоторым образом влияют на переработку информации человеком. Нами было выделено несколько таких характеристик и предложены методы их описания. Первая характеристик - заполненность пространства признаков. Она определяется следующим образом: обобщенный портрет алфавита знаков вписывается в прямоугольник, который можно рассматривать как пространство признаков данного алфавита. В этом пространстве можно выделить заполненные и незаполненные клетки. Отношение заполненных клеток к их общему числу можно определить как коэффициент заполненности пространства признаков (К_зап).

Таким образом, каждый алфавит получил свою характеристику заполненности пространства признаков  в целом и наибольшей насыщенности определенного квадранта. Чем больше заполненность пространства признаков, тем меньше структурных совпадений в алфавите знаков.

Из общей характеристики заполненности пространства признаков  вытекает необходимость определения  совпадения структурных элементов  знаков в алфавите. Для процесса познания характерно нахождение сходного в различном и различного в  сходном, т.е. от степени сходства и  различия знаков в данном алфавите должна зависеть успешность их опознания.

Каждый алфавит  рассматривается с точки зрения полного совпадения структурных  элементов отдельных знаков внутри данного алфавита. Для определения  коэффициента совпадения элементов  составлялась так называемая обобщенная матрица, полученная наложением друг на друга матриц Харра-Уолша, применяемых  в эксперименте, все элементы знака, просмотренные через обобщенную матрицу, записывались в таблицу. Затем  подсчитывалось общее количество элементов  каждого знака, алфавита в целом  и количество элементов, полностью  совпадающих по структуре. Коэффициент  совпадения элементов характеризуется  как отношение совпадающих элементов  к общему количеству в алфавите знаков.

Однако следует  отметить, что структурные элементы, полученные через обобщенную матрицу, имеют несколько искусственный  абстрактный характер. Для характеристики алфавитов чаще используется разделение знаков по геометрическим признакам (углы, линии, криволинейные участки контура) контура и деталей. Нами также  использовался этот метод. В каждом алфавите были выделены геометрические признаки и пронумерованы через  весь алфавит. Таким способом получился  полный набор признаков, используемых в данном алфавите. Далее подсчитывалось общее количество признаков и  количества индивидуальных признаков, не повторяющихся в алфавите знаков. По нашему мнению, отношение неповторяющихся  признаков к общему количеству признаков  дает коэффициент разнообразия в  алфавите знаков. Очень характерным  оказался К_разн, для использовавшихся в экспериментах алфавитов. Самый большой К_разн. у пиктографического алфавита, здесь очень мало элементов, повторяющихся от знака к знаку. Наименьший К_разн. у абстрактного искусственного алфавита, так как каждый знак составлен из одних и тех же разнонаправленных углов и линий. Схематический алфавит также имеет небольшое разнообразие элементов в алфавите.

Близко к коэффициенту разнообразия примыкает такая характеристика как семантическая близость знаков внутри данного алфавита. Семантическая  близость может использоваться как  показатель общности либо двух алфавитов  знаков для характеристики семантического пространства, либо знаков внутри одного алфавита-характеристики семантического поля. Семантическая близость знаков определяется отношением общих, повторяющихся  наименований элементов знаков к  общему их числу. Оказалось, что семантическая  близость знаков абстрактного алфавита небольшая за счет большого числа  неповторяющихся сочетаний элементов  знака. У естественного, пиктографического  алфавита семантическая близость невелика, так как в нем мало повторяющихся  элементов, т.е. очень велик коэффициент  разнообразия. Семантическая близость у знаков картографического алфавита, которые четко классифицируются на группы со сходными и различными признаками, на среднем уровне. Показатель семантической близости можно высчитать  по тому содержанию, которое закодировано в знаках данного алфавита. При  четкой классификации объектов на классы и виды их семантическая близость будет больше, чем при случайном  подборе сообщений в алфавите знаков. Видимо, должна быть определенная мера семантической близости как  по форме знаков, так и по кодируемым в них сообщениям. Семантическая  близость по форме знаков может быть обозначена как структурная близость.

Сложность сообщения  нами предлагается определять с точки  зрения информационных характеристик. К информационным характеристикам  относятся особенности той информации, которую нужно закодировать в  сообщении. Эти особенности проявляются  в том, какие классы объектов управления должны быть представлены для решения  оперативных задач, какие взаимоотношения  между ними, в каком порядке  должны быть отражены на индикаторе. Сообщение  усложняется с увеличением и  усложнением связей между кодируемыми  объектами, что можно выразить в  количественном отношении числом кодируемых связей и рангом их сложности, которая  определяется значимостью этих связей для кодируемого сообщения и  решаемой оперативной задачи.

Системный анализ позволял определить структуру взаимосвязей между элементами в объективной  системе знаковой информации. Главный  системообразующий фактор в этой системе - задача деятельности оператора, которая определяет вид знаковой ситуации. Исследование объективной  системы является отправным моментом при психосемиотическом подходе, но для разработки психологических  основ кодирования информации необходимо выявить закономерности взаимодействия между объективной системой знаковой информации и субъективной системой ее переработки.

Психологические особенности системы  переработки знаковой информации.

Прием и переработка знаковой информации как психосемиотическая система. Важнейшим принципом психосемиотического подхода к проблеме кодирования информации является принцип системного анализа приема и переработки знаковой информации. Процесс приема и переработки знаковой информации, по нашему мнению, следует рассматривать как особую психосемиотическую систему, имеющую свои внутренние психологические механизмы, отличные от сенсорной и вербальной систем.

Психосемиотическую  систему можно определить как  психологическую функциональную систему, обеспечивающую процесс преобразования и декодирования неязыковых знаковых систем. Эта система не может быть сведена ни к первой сигнальной системе, ни ко второй. В ней происходит процесс интеграции образа объекта и образа знака в определенном семантическом комплекса. Наличие такой специальной психосемиотической системы подтверждается исследованиями по функциональной асимметрии головного мозга и связано с локализацией в правом полушарии операций по переработке смысловой информации. Конечно для полного декодирования в словесной форме необходима взаимосвязь с левым (речевым) полушарием. Но все-таки психосемиотическая система формируется и функционирует по своим законам, отличающимся от речевой системы. Изучение особенностей психосемиотической систем должно вестись с позиций системного подхода, разработанного Б.Ф. Ломовым применительно к инженерной психологии, по следующим линиям: изучение структуры психосемиотической системы, динамики ее формирования, особенностей настройки и функционирования, влияния индивидуальных особенностей человека на формирование и функционирование системы, а также надежности и устойчивости системы при воздействии внешних и внутренних факторов.

Закономерности формирования и  настройки психосемиотической системы. Структуру психосемиотической системы мы рассматриваем в трех плоскостях:

1.    с точки зрения психологических механизмов, лежащих в основе функционирования системы;

2.    с позиций структурно-операционального состава системы, благодаря которому формируются взаимосвязи между образом кодируемого объекта, его значением и образом знака;

3.    с точки зрения включения системы в структуру личности человека.

Главным системообразующим  фактором для психосемиотической системы  является вид знаковой ситуации, возникающей  в деятельности человека и определяющей основные познавательные задачи. Формирование и настройка системы очень  тесно связаны с типом деятельности человека, поэтому использование  знаковой информации всегда предполагает предварительное обучение человека работе с ней.

В нашем исследовании мы обращаем особое внимание на динамику формирования психосемиотической системы, ибо в этом процессе раскрываются сложные взаимосвязи между системой знаковой информации и успешностью  ее декодирования человеком. В основе формирования психосемиотической системы  лежит определенная организация  субъективного пространства и семантических  комплексов, объединяющих признаки знака  и кодируемого объекта.

Настройка и успешное функционирование системы переработки  знаковой информации зависят от соотношения  объективной сложности знаковой информации и субъективной сложности  ее декодирования.

Для того чтобы  наилучшим образом согласовать  знаковую форму представления информации с возможностями человека, который  ее принимает и перерабатывает, необходимо определить особенности познавательной деятельности в знаковых ситуациях. Развитие знаковой, символической функции  характерно для этой деятельности человека. Употребление знаков различного вида (языковых и неязыковых) способствовало дифференциации познавательных информационных процессов, переходу к сложной многоуровневой структуре процесса познания. Это  связано с некоторыми особенностями  знака, заключающимися в том, что  он имеет материальную форму и  значение, которое нужно интерпретировать или декодировать. Кроме того, знаковые ситуации создают специфику познавательной деятельности человека благодаря разным видам и уровням отношений, требующих формирования определенных функциональных систем психических познавательных процессов, посредством которых человек принимает и перерабатывает знаковую информацию. В формировании этих структур и систем психических процессов большое значение имеет переход от восприятия предметов к образам, от образов к знакам и от знаков к обозначенному предмету. В зависимости от того, на каком уровне будет выступать знак, приобретают разное значение его признаки. Признаки, несущие основную информацию об объекте и дающие возможность полностью восстанавливать и декодировать сообщения, определяются как информативные признаки объекта. Информативными для человека они становятся, благодаря включению в познавательную деятельность на определенном уровне переработки информации. Проблема информативности признаков рассматривается нами в контексте разных психических процессов. Наши экспериментальные исследования особенностей приема и переработки знаковой информации показали, что при переходе с одного уровня познавательной деятельности на другой происходит смена информативных признаков. На каждом уровне становятся информативными разные признаки: различительные, опознавательные, семантические. В процессе декодирования знаков появляется новые комплексные признаки, которые мы назвали семантическими, поскольку они позволяют расшифровать семантику языка, т е. актуализировать связи, сформированные при заучивании алфавита знаков.

Процесс обработки  информации человеком-оператором характеризуется  определенной этапностью прохождения  информации непосредственно в информационной системе человека. Обычно выделяются следующие основные этапы: прием, переработка, хранение и декодирование информации. Ведущая роль принадлежит переработке  информации. Прием и декодирование  во многом зависят от тех требований, которые предъявляет деятельность человека к уровню переработки информации. В инженерной психологии до сих пор  имеется некоторый разнобой в  определении психологической сущности приема, переработки и хранения информации. С нашей точки зрения, нельзя разделять  психические процессы на осуществляющие отдельно прием, хранение или переработку  информации, ибо только система психических  функций и операций может осуществлять весь информационный процесс, направленный на решение определенной познавательной задачи. Отсюда следует наш подход к определению и изучению психологических  механизмов приема и переработки  информации. Психологический механизм можно определить как психологическую  функциональную систему, включающую в  качестве основных звеньев психические  функции и операции, обеспечивающие осуществление определенного поведенческого акта (деятельности). В основе приема и переработки знаковой информации лежит определенная система сенсорных, интеллектуальных и мнемических  операций, которая и является психологическим  механизмом, обеспечивающим весь информационный процесс. Именно система операций, так  как это взаимосвязанные и  взаимообусловленные операции при  наличии главного системообразующего фактора на определенном уровне функционирования этой системы.

Проведенный нами системный анализ видов знаковых ситуаций, природы знаковой информации, а также выделение основных познавательных задач позволил подойти к изучению психологически механизмов переработки  знаковой информации. Для этого было проведено специальное экспериментальное  исследование по разработанной нами методике "случайной фрагментации", в котором были заданы необходимые  факторы. Затем данные были обработаны методом корреляционного анализа  на ЭВМ. Полученные результаты позволили  установить корреляционные связи в  системе знаковых ситуаций.

Нами предложена также модель процесса переработки  знаковой информации по типу психологической  функциональной системы. На этапе восприятия процесс приема и переработки  информации направлен на выделение  различительных признаков и формирование образа знака, в случае идентификации  первичная переработка информации тоже начинается с различения знака, затем идет вторичная ее переработка, которая заключается в выделении  опознавательных признаков формы  знака путем сличения его со знаками  предъявленного алфавита с последующей  их классификацией и отождествлением  двух одинаковых знаков.