Домашнее задание №2
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.А.УГАРОВА
(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Кафедра АИСУ
Доронина Е.Г.
ЧЕЛОВЕКО-МАШИННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Методические указания к выполнению домашнего задания №2
для студентов направления
230700 Прикладная информатика
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Старый Оскол
2011
УДК 519.7 ББК 22.161
Рецензент:
Доронина Е.Г. Человеко-машинное взаимодействие. Методические указания к выполнению домашнего задания №2. Старый Оскол. СТИ НИТУ «МИСиС», 2014. – 20 с.
Доронина Е.Г.
СТИ НИТУ «МИСиС»
Домашняя работа № 2. ЧИСЛЕННАЯ ОЦЕНКА ИНТЕРФЕЙСА
Цель работы: произвести оценку эффективности интерфейса по модели
GOMS.
Теоретический материал.
Диапазон критериев оценки интерфейсов весьма широк: время изучения, скорость работы (продуктивность), частота ошибок, простота исполнения и др. Для оценки интерфейсов используется множество методов, качественных и количественных, базирующихся на экспериментах, пассивном наблюдении и пр.
В работе рассматривается один из лучших и признанных подходов к количественной оценке эффективности интерфейсов по критерию скорости работы – классическая модель GOMS (the model of goals, objects, methods and selection rules, правила для целей, объектов, методов и выделения). Моделирование GOMS позволяет предсказать, сколько времени потребуется опытному пользователю на выполнение конкретной операции при использовании некоторой модели интерфейса, и сделать сравнительную оценку различных интерфейсов по эффективности их использования.
Основной целью работы является освоение модели GOMS и ее использование для сравнительного анализа интерфейсов. При этом предполагается сравнение как интерфейсов различных приложений при выполнении некоторой содержательной операции, так и вариантов интерфейса одного приложения при выполнении операции несколькими способами.
Концепции «объект-действие» и «действие-объект» определяют приоритет объекта или действия при интерактивном взаимодействии пользователя с интерфейсом. Первая концепция является более прогрессивной и предполагает ориентацию сначала на объекты деятельности, а затем на выбор действий с ними, вторая – наоборот (аналогично объектно-ориентированной и процедурной парадигмам программирования). Использование первой концепции повышает эффективность интерфейса.
Закон Фитса
На основе данных о размерах целевого объекта и расстояния до него от курсора мыши закон Фитса позволяет определить среднее время, за которое пользователь сможет переместить курсор к цели.
В одномерном случае, при котором размер объекта вдоль линии перемещения курсора обозначается как S, а дистанция от начальной позиции курсора до объекта — как D (рисунок 1), закон Фитса формулируется следующим образом:
Время (мс) = a + b log2(D/S+1)
Рисунок 1 – Дистанция и размер цели
Вычисляемое время отсчитывается от момента, когда курсор начинает движение по прямой линии, до момента, когда пользователь щелкает мышью по целевому объекту.
Для вычисления времени можно использовать любые единицы измерения дистанции, т.к.D/S 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 работает, при условии, что соотношение между движением ГУВ и курсора является линейным. Закон Фитса может применяться только к тем типам перемещения, которые совершаются при использовании большинства человеко-машинных интерфейсов, т.е. к таким перемещениям, которые невелики относительно размеров человеческого тела и которые являются непрерывными (совершаемыми одним движением).
Для вычислений следует использовать следующие значения констант: a=50, b=150.
Закон Хика
Перед тем как переместить курсор к цели или совершить любое другое действие из набора множества вариантов, пользователь должен принять решение о том какое именно действие ему совершиить и с каким объектом взаимодействовать. Закон Хика утверждает, время затрачиваемое пользователем на выбор действия из n вариантов пропорционально логарифу по основани 2 от n+1, при условии, что все варианты являются равновероятными.
Время (мс)=a+b*log2(n+1).
Если вероятность 1-го варианта равна p(i), то вместо логарифмического коэффициента следует использовать следующую формулу:
Коэффициенты, используемые в выражении закона Хика, в большой степени зависят от многих условий, включая то, как представлены возможные варианты, и то, насколько хорошо пользователь знаком с системой. (Если варианты представлены непонятным образом, значения a и b возрастают. Наличие навыков и привычек в использовании системы снижает значение b).
При использовании любых положительных и ненулевых значений a и b из закона Хика следует, что предоставление пользователю сразу нескольких вариантов одновременно обычно является более эффективным, чем организация тех же вариантов в иерархические группы. Выбор из одного меню, состоящего из 8 элементов, производится быстрее, чем из двух меню, состоящих их 4 элементов каждое. Если все элементы могут быть выбраны с равной вероятностью и если не учитывать время, необходимое для открытия второго меню (которое, конечно, еще более увеличило бы время для интерфейса, состоящего из двух меню), то
сравнение времени для выбора одного элемента из восьми (a + b \log_2 8) с удвоенным временем для выбора одного элемента из четырех 2 (a + b \log_2 4) покажет, что
а + 3b < 2(а + 2b)
поскольку \log_2 8 = 3, a \log_2 4 = 2, а также поскольку a<2a и 3b<4b.
Для вычисления показателя закона Хика проектируемого ПИ следует использовать значения a и b, равные используемым в вычислениях показателя закона Фитса.
Модель GOMS
Модель GOMS (Goals, Operators, Methods and Selection rules) позволяет предсказать, сколько времени потребуется пользователю для выполнения той или иной операции при использовании анализируемого интерфейса.
Адекватность модели GOMS базируется на простом наблюдении, что время выполнение любой задачи в системе «User-Computer» является величиной интегрирующей временные интервалы, затраченные на выполнение системой элементарных действий, последовательность которых приводит к решению поставленной задачи.
В рамках модели GOMS под элементарными действиями понимают следующие: К – нажатие клавиши, Р – указание пользователем необходимой области на дисплее с помощью графического устройства ввода (мышь, трекбол), Н – перемещение руки от ГУВ к клавиатуре или обратно, М – бессознательное принятие решения пользователем о дальнейшем действии, R – реакция компьютера.
Время, затрачиваемое системой на выполнение каждого действия, было установлено опытным путем и приведено в таблице 1.
Таблица 1.
K = 0.2 c |
Время, необходимое для нажатия клавиши. |
|
H = 0.4 c |
Время, затрачиваемое пользователем на |
|
перемещение руки с ГУВ на клавиатуру или обратно. |
||
Р = 1.1 с |
Время, затрачиваемое пользователем для указания |
|
области на дисплее. |
||
|
||
М= 1.35 с |
Время, необходимое пользователю выполнения |
|
бессознательной ментальной операции о дальнейшем |
||
|
действии. |
|
R |
Время реакции компьютера |
На практике указанные значения интервалов времени могут варьироваться в широких пределах. Такая изменяемость делает невозможным получение абсолютных временных значений, однако применение типичных значений позволяет осуществить объективную сравнительную оценку нескольких ПИ.
Суть метода оценивания пользовательского интерфейса в модели GOMS состоит в определении последовательности элементарных действий, необходимых для выполнения конкретной задачи и суммировании времени, затраченного на каждое из действий.
Составление последовательности действий K, Н, P – задача не сложная, однако существуют некоторые затруднения с определением точек М, в которых пользователь принимает бессознательное решение о дальнейшем элементарном действии. Ядром модели GOMS являются правила, позволяющие определить в каких моментах пользователь задержится для ментальной подготовки к следующему действию.
Правила модели GOMS Правило №1
Оператор М необходимо устанавливать перед всеми операторами K и Р, предназначенными для выбора команд, но перед операторами P, указывающими аргументы этих команд, оператор M ставить не следует.
Правило №2
Если оператор, следующий за оператором M, является полностью ожидаемым с точки зрения оператора, предшествующего M, то этот оператор M должен быть удален. При перемещении ГУВ с намерением нажать его кнопку по достижении цели движения, соответствии с этим правилом следует удалить оператор M, установленный по правилу 0. Р М К –> Р К.
Правило №3.
В когнитивных единицах, следует удалять все операторы М за исключением первого. Когнитивной единицей называется строка вида М K М K М K М K…, непрерывная последовательность вводимых символов, образующих в совокупности имя команды или ее аргумент.
Правило №4
Если оператор K означает лишний разделитель, стоящий в конце когнитивной единицы (например, разделитель команды, следующий сразу за разделителем аргумента этой команды), то следует удалить оператор M, стоящий перед ним.
Правило №5
Если оператор К является разделителем, стоящим после константной строки (название команды или любая другая сохраняющая неизменный вид последовательность символов), то следует убрать оператор M, стоящий перед ним.
Так как в этом случае добавление разделителя становится частью строки и не требует специального оператора М. Однако, если оператор К является разделителем строки аргументов или любой другой изменяемой строки, то оператор М перед ней сохраняется.
Правило №6
Части оператора М перекрывающие оператор R не учитываются.
Расчет быстродействия в модели GOMS
Рассмотрим программу перевода, предназначенную для перевода десятичного числа в двоичное представление и наоборот.
Интерфейс программы представлен на рисунке 2. Пользователь должен установить переключатель на соответствующий вариант конвертации, после чего ввести число и нажать клавишу Enter. Результат будет выведен в соответствующем поле, никакие другие инструменты вывода не используются.
Для упрощения задачи ограничим переводимое число максимум четырьмя разрядами. И условимся, что необходимости перевода числа из десятичной системы в двоичную и наоборот возникают с одинаковой вероятностью.
Рисунок 2 – Конвертер чисел
Составим последоватльность элементарных действий системы.
Перемещение руки к ГУВ:
H
Перемещение курсора к необходимому варианту конвертации
H P
Нажатие на необходимый вариант:
H P K
В половине случаев в программе уже будет выбран нужны вариант конвертации, что лишит пользователя необзодимость переводить переключатель в требуемое положение. В данном примере рассматривается противоположный вариант.
Пользователь снова перемещает руки к клавиатуре:
H P K H
Вводит четырехзначное число:
H P K H K K K K
Нажимает Enter:
H P K H K K K K K
Согласно правилу №1 оператор М расставляется перед всеми операторами P
и K:
H M P M K H M K M K M K M K M K
Заменим последовательности P M K на P K, согласно правилу №2.
H M P K H M K M K M K M K M K
Правило №3 предписывает удалять оператор M, стоящий в середине когнитивной единицы:
H M P K H M K K K K M K
Правило №5 предписывает сохранять оператор M перед конечным K. В данном примере 4 и 6 правила не применяются. Подставив вместо символов операторов соответствующие временные интервалы получим:
H + M + P + K + H + M + K + K + K + K + M + K = 0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 + 0.4 + 1.35 + 4*(0.2) + 1.35 + 0.2 = 7.15 с
Рассмотрим второй случай (необходимый вариант конвертации уже выбран).
В этом случае последовательность действий приобретает следующий вид:
M K K K K M K
M + K + K + K + K + M + K = 3.7 с
Поскольку вероятности первого и второго случая равны, то среднее время перевода числа в необходимую систему счисления составит (7.15+3.7)/2 ≈ 5.4 с
Рассмотрим метод решения той же задачи с помощью стандартной программы «Калькулятор» OS Windows.
Рисунок 3 – Интерфейс программы «Калькулятор» в режиме «Программист»
Перемещение руки пользователя к ГУВ:
H
Наведение курсора к необходимой системе счисления при вводе числа:
H P
Нажатие клавиши ГУВ для выбора необходимой системы счисления:
H P K
Перемещение руки обратно к клавиатуре:
H P K H
Набор четырехзначного числа и нажатие Enter:
H P K H K K K K K
Перемещение руки от клавиатуры к ГУВ:
H P K H K K K K K
Наведение курсора на вариант конвертации числа и нажатие клавиши ГУВ для его выбора:
H P K H K K K K K H P K
Производим расстановку оператора M:
H M P M K H M K M K M K M K M K H M P M K
Применив правило № 2 получим
H M P K H M K M K M K M K M K H M P K
Удалим оператор M из середины когнитивных единиц, руководствуясь правилом № 3:
H M P K H M K K K K K H M P K.
Заменим символы операторов соответствующими временными интервалами, получим:
H + M + P + K + H + M + K + K + K + K + K + H + M + P + K=0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 + 0.4 + 1.35 + 4* (0.2) + 0.4 + 1.35 + 1.1 + 0.2 = 8.65 с