Ваш город:

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015 Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 910. Основы тактильных и осязательных взаимодействий

11
0
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Время на прочтение: : 44 мин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТР

исо

9241-910-

2015

ЭРГОНОМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕК—СИСТЕМА

Часть 910

Основы тактильных и осязательных взаимодействий

(ISO 9241-910:2011, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2016

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 201 «Эргономика, психология труда и инженерная психология»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 октября 2015 г. № 1503-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 9241-910:2011 «Эргономика взаимодействия человек—система. Часть 910. Основы тактильных и осязательных взаимодействий» (ISO 9241-910:2011 «Ergonomics of human-system interaction — Part 910: Framework for tactile and haptic interaction»).

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ, 2016

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

И

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

реальной, так и виртуальной наждачной бумаги была исследована иглой, выводы были очень схожи. Однако иногда возникают проблемы с реалистичной передачей сложных для осязания текстур.

4.11    Количество и размер контактных поверхностей в тактильных/осязательных устройствах

При естественном функционировании руки, несколько контактных поверхностей, как правило, это кончики нескольких пальцев, одновременно находятся на поверхности исследуемого объекта. Во многих современных осязательных дисплеях количество контактов невелико и в большинстве случаев ограничивается одним контактом. Виртуальная контактная поверхность тоже, за исключением немногочисленных устройств, представлена только одной точкой. Такие контактные моделирующие устройства не достаточно реалистично моделируют осязательное пространство.

При использовании только одной зоны контакта невозможно получить одновременно информацию из нескольких контактных зон; доступна только последовательная информация.

Использование только одного пальца означает, что исследовательская процедура охватывания не может быть использована.

Примечание — Охватывание — важная исследовательская процедура по восприятию формы объекта в целом, при которой объект охватывают несколько пальцев.

В результате исследований восприятия доказано, что отсутствие пространственно-распределенной информации по точкам контакта более существенно, чем фактическое количество точек контакта.

4.12    Выводы

Несмотря на то, что чувство осязания не может обеспечить мгновенный обзор пространства, а исследуемые расстояния не могут превышать расстояния вытянутой руки, оно имеет высокую эффективность, предоставляя информацию об объектах и событиях в ближайшем пространстве. Руки могут очень четко выполнять многие задачи в реальном окружении. Они позволяют определять геометрические и физические свойства поверхности с помощью исследовательских процедур. Они могут определить вес и форму, перемещая объект и воспринимая поступательное и вращательное движение (как при определении количества жидкости во встряхиваемом контейнере).

При представлении объектов и событий для осязательного восприятия, важно учитывать особые свойства осязательных чувств. Устройства и программное обеспечение, имеющиеся в настоящее время, обеспечивают хорошее аналоговое моделирование, что позволяет осуществить частичное отображение осязательных чувств. С другой стороны, они ограничивают способы, с помощью которых пользователь может осязательно воспринимать окружающую обстановку. В будущем устройства смогут использовать больше возможностей осязательного восприятия доступных человеку-оператору.

5 Использование тактильных/осязательных взаимодействий

5.1 Общие положения

Тактильные и осязательные устройства могут быть использованы во многих различных ситуациях и для решения многих различных задач. Для некоторых задач они могут быть заменены другими устройствами, для других — могут быть использованы совместно с другими устройствами, для остальных задач природа данного типа обратной связи означает, что эти устройства являются наиболее эффективными.

Благодаря своим компактным размерам и минимальным требованиям к питанию, тактильные дисплеи предлагают доступные средства обеспечения доступа к данным посредством осязания. Тактильные дисплеи часто достаточно малы, что позволяет устанавливать их на другие интерактивные устройства, такие как мышь, клавиатура или игровой контроллер, или на портативные устройства, такие как мобильный телефон и карманный персональный компьютер (или даже на тактильные/осязательные устройства, обеспечивающие обратную связь по усилию). Тактильная информация широко используется в видеоиграх как недорогой способ предоставления сенсорной обратной связи посредством игровых джойстиков. Тактильные ощущения крайне важны для успешной манипуляции предметами, обнаружения границ и восприятия текстуры. Их также используют для более выразительных и качественных взаимодействий, таких как невизуальные коммуникации (например, похлопывание по плечу или поглаживание руки), и для восприятия качества продукции.

Тактильные/осязательные устройства, обеспечивающие обратную связь по усилию, как правило, намного крупнее, чем просто тактильные и требуют больших энергозатрат для формирования больших усилий. Поэтому они, как правило, стационарные. Они чаще ориентированы

7

на имитацию реальных задач, например, их используют в хирургическом тренажере (далее — симуляторе). Их высокая точность и реалистичность позволяет использовать их для тренировки мелких сенсорных навыков, даже если они требуют моделирования очень тяжелых или динамических объектов.

В некотором отношении проще имитировать большие усилия, требующиеся для кинестетического взаимодействия с объектами, чем меньшие, требующиеся для восприятия кожей. Поэтому устройства, которые обеспечивают обратную связь по усилию, могут представлять объекты более реалистично, чем тактильные устройства. В следующих разделах рассматриваются некоторые из основных областей использования тактильных дисплеев и дисплеев с обратной связью по усилию.

5.2    Доступность

Осязательные дисплеи могут предложить альтернативный канал получения информации, если другие чувства ослаблены. Традиционно используемые кодировки, такие как шрифт Брайля, эффективны при представлении текстовой информации не визуально, а на ощупь, но способы прикосновения могут также применяться для представления или усиления символьных и графических данных для людей с ослабленным зрением. В качестве альтернативы для людей с проблемами слуха прикосновения могут быть использованы для представления сигналов тревоги или других сообщений, которые в иных случаях передаются с использованием звука. Процесс сенсорного замещения заключается в обнаружении раздражителей с помощью электронных средств, преобразовании раздражителя посредством обработки сигналов и представлении преобразованного раздражителя в другой сенсорной модальности.

Динамически обновляемые дисплеи со шрифтом Брайля обеспечивают гибкость и независимость. Они могут быть использованы для мобильных тактильных/осязательных устройств, таких как тактильные/осязательные кнопочные панели/клавиатуры с обратной связью и устройства отображения информации для слепых. Наиболее часто используемые тактильные дисплеи вызывают ощущения с помощью механических воздействий на кожу. Обычно это делается с помощью небольших вибрирующих пластин, прижимаемых к коже, или воздействия штырька или набора штырьков на кончики пальцев. Существуют системы, которые дают слабовидящим людям доступ к виртуальным картам через интернет, которые основаны на печати карт на принтере Брайля для слепых и размещении на сенсорном планшете.

Тактильные/осязательные устройства могут быть использованы для представления информации людям с нарушениями зрения, для которых затруднен доступ к таким материалам, как графики, диаграммы или таблицы. Шрифт Брайля удобен для представления текстовой информации, но не подходит для сложных изображений. В системах визуализации линейные графики или столбиковые диаграммы могут быть представлены как углубления, которые позволяют пользователям исследовать их, чтобы ощутить их форму. Это очень удачный способ, который может передавать информацию более эффективно, чем тиснения на бумаге, и может быть динамическим, тогда как бумага не может быть изменена, и может позволить пользователям работать с данными самостоятельно, без помощи зрячего помощника.

5.3    Взаимодействия с настольным компьютером

Осязательная обратная связь может быть использована в графических пользовательских интерфейсах для настольных компьютеров, например, с помощью вибрирующей мыши. Хотя эффект вибрации при захвате единичных целей может лишь незначительно уменьшить время наведения на цель, он может сократить время, которое пользователь проводит над целью. В дополнение тактильной обратной связи (например, вибрация с частотой 200 Гц при наведении курсора мыши на цель) может повысить скорость нахождения цели в случае маленьких, дискретно расположенных целей. Однако когда существует несколько целей, тактильная обратная связь может вызвать путаницу и снизить производительность, поскольку сигналы обратной связи от различных целей накладываются друг на друга.

Силовая обратная связь может быть использована для помощи в определении предметов на рабочем столе графического интерфейса пользователя и для зрячих лиц, и для незрячих. Различным частям стандартного интерфейса можно дать осязательные эффекты, например, границы окна могут быть обозначены выпуклой рамкой для облегчения их перемещения, или же можно перетащить окна, нажав на них посильнее, как если бы мы передвигали лист бумаги по поверхности стола.

5.4    Взаимодействие с мобильными устройствами

Тактильную обратную связь эффективно используют в мобильных телефонах и пейджерах, где уведомления о входящих вызовах и сообщениях могут быть сформированы в виде вибросигнала. Поскольку такие устройства часто носят в карманах, то при наличии у этих устройств вибросигнала, не обязательно постоянно иметь визуальный контакт с дисплеем. Существует большое количество ситуаций, в которых звуковые оповещения мобильных устройств неуместны (например, в библиотеке

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

звонящий телефон беспокоит посетителей, а в шумной толпе его можно не услышать). Тактильная обратная связь решает множество таких проблем и очень популярна среди пользователей.

Использование вибрации может распространяться дальше, чем просто сообщения и сигналы мобильного телефона. Телефоны с сенсорным экраном, которые не имеют физической клавиатуры — сейчас не редкость. Хотя клавиатуры, используемые в устройствах с сенсорным экраном, основаны на реальных мобильных клавиатурах, теряется одна важная особенность: кнопки не могут обеспечить тактильный отклик при прикосновении к ним или нажатии, как в случае физических кнопок. Это приводит к значительному снижению скорости ввода. Добавлением тактильной обратной связи, обеспечиваемой внутренним вибродвигателем телефона, скорость нажатия кнопок сенсорного экрана можно довести до уровня реальной физической клавиатуры.

Тактильные индикаторы прогресса могут использовать тактильные импульсы для указания оставшегося невыполненным процента задачи (например, при загрузке веб-страницы или загрузке/скачивании фотографий) так, что пользователь во время ожидания может смотреть на что-то другое. «Осязательные смайлики» могут быть использованы для выражения эмоций вместо графических смайликов, таких как «©». Такие тактильные/осязательные иконки могут появляться при вводе их текстового эквивалента и затем могут быть отправлены на вибродвигатель телефона.

Тактильная обратная связь может быть использована для передачи информации о направлении. Переносной жилет с тактильными функциями может передавать навигационную информацию, включая информацию о направлении, вращении, скорости и ускорении. Активация отдельного привода в правильном месте может указать направление, в то время как воздействие некоторой последовательности приводов может сообщить о вращении. Изменением частоты, интенсивности или продолжительности вибраций можно указать на увеличение/уменьшение скорости или ускорения. Точность такого дисплея составляет порядка 10 °. Этого более чем достаточно, чтобы направлять вертолет или лодку по заданному маршруту. Тактильная обратная связь может быть использована в автомобилях для предупреждений об уходе с полосы движения и о других, потенциально опасных событиях. Водители зачастую реагируют более оперативно на тактильные предупреждения, чем на звуковые или зрительные сигналы.

5.5 Робототехника

Телеробототехника, или управляемая человеком робототехника с дистанционным управлением, представляет собой сформировавшуюся прикладную область для тактильных/осязательных устройств. Такие системы могут позволить оператору работать с радиоактивным материалом в ядерном реакторе. Оператор может смотреть сквозь защитное стекло и работать с флаконами с жидкостью, используя щипцы, и в то же время манипулировать ручками на рычагах, спускающихся с потолка.

Электромеханические тактильные/осязательные устройства могут быть составной частью пульта управления роботами. Формирование полноценной тактильной/осязательной обратной связи устройства в этой области ограничено возможной нестабильностью. Такая нестабильность может вызвать вибрации робота, и тем самым повредить объекты в его рабочем пространстве. Для обеспечения безопасности любых робототехнических систем, управляемых с помощью устройств с обратной связью по усилию предпринимают меры предосторожности. Меры предосторожности могут предусматривать использование датчика контакта, который отслеживает наличие захвата оператором рукояти тактильного/осязательного устройства: если оператор отпустит рукоять, то робот останавливает свою деятельность и переходит в безопасный режим.

Подобные роботам манипуляторы используют под контролем операторов в различных областях. Подъемный кран на стройплощадке может вести оператор, управляя джойстиком на устройстве, закрепленном на поясе. Роботы для обезвреживания бомб, роботизированные руки в космосе и подводные манипуляторы позволяют работать дистанционно в опасных или агрессивных средах. В каждом из этих примеров управление, как правило, осуществляется с использованием набора колесиков управления или рычажков, привязанных к декартовым координатам, или даже к координатам сочленений элементов робота.

Активные тактильные/осязательные устройства могут быть использованы в малоинвазивной хирургии. Такие системы обратной связи дают оператору ценную информацию о локализации тканей и их характеристиках. Они могут также предоставить ориентиры в виде «виртуальных границ», осязательных коридоров, которые помогают направить устройство к целевому местоположению под контролем оператора, и не позволить устройству перемещаться за пределы установленной для операции области.

При дистанционной работе с наличием длительных временных задержек возникают особые проблемы. Примером является дистанционная пальпация тканей или введение иглы в ситуации, когда доктор находится на одном континенте, а пациент на другом.

9

В меньшем масштабе тактильные/осязательные устройства могут быть использованы совместно со сканирующими зондовыми микроскопами, что позволяет «почувствовать» атомы, формирующие поверхность кристалла.

5.6    Медицина

Инструменты, основанные на виртуальной реальности, стали обычной практикой в обучении медицине. Тренажеры позволяют студентам отрабатывать навыки прежде, чем опробовать их на реальных больных. Они могут также отрабатывать редкие и уникальные процедуры, и это дает много преимуществ с точки зрения безопасности. Врачи тоже могут планировать и отрабатывать особенно сложные задачи прежде, чем перейти к пациентам. Тренажеры, которые обеспечивают только визуальную обратную связь, упускают множество наиболее важных составляющих проведения обследования или операции, в то время как осязание может быть использовано для получения тактильных навыков безопасным способом.

Для малоинвазивной хирургии, являющейся очень сложной для освоения, устройства на основе осязания могут быть очень полезны. Длинные гибкие инструменты вводят через небольшие разрезы на теле пациента. Хирурги видят то, что они делают, через маленькие видеокамеры, вставленные вместе с инструментами. Эндоскопические инструменты ухудшают восприятие хирургов по сравнению с открытой операцией, но прикосновение крайне важно для идентификации окружающих тканей, кровеносных сосудов, отклонений и приложения оптимальных усилий при манипуляции с тканями. Совместное использование инструментов малоинвазивной хирургии с тактильными/осязательными устройствами и сложными графическими моделями позволяет проводить очень реалистичное обучение. Хирурги могут отрабатывать управление инструментами в отсутствие пациента, определять какие усилия необходимо применять, и таким образом, могут приобрести необходимые сенсорно-двигательные навыки. Может быть сделана запись виртуальной операции, которую затем можно воспроизвести для дальнейшего анализа. Все это может быть сделано в процессе обучения без какого-либо вреда для пациентов.

В области ветеринарии исследователи разработали тренажеры для обучения пальпации и диагностики беременности лошадей и коров с помощью обратной связи по усилию. У этих животных диагностика беременности осуществляется путем внутреннего обследования исключительно через прикосновение. Это представляет трудности в процессе обучения и для студентов, и для преподавателей; студенты не могут видеть, что они делают, а преподаватели не могут с уверенностью сказать, правильно ли студенты выполняют пальпацию. Ошибка может иметь серьезные последствия для животного. Тренажеры позволяют студентам чувствовать яичники животного, чтобы изучить, что нужно нащупать и с какой силой нажимать. Они также позволяют студентам усвоить ключевые ориентиры в теле животного с тем, чтобы определять правильные места пальпации.

Также осязание используют пациенты. Тактильные/осязательные устройства могут помочь людям восстановить навыки контроля и движений после инсульта. Тактильные/осязательные устройства могут сначала помочь пациентам заново учиться двигаться, прикрепив эластичные тяги на руки при перемещении руки, т.е. чтобы помочь пациенту восстановить контроль и точность движений. По мере того, как пациент становится сильнее, устройство может увеличивать сопротивление для восстановления мышечной силы.

5.7    Игровая индустрия

Технологию осязательных взаимодействий широко используют в интерфейсах игровых приложений. Массовый маркетинг компьютерных игр привел к появлению на рынке различных типов тактильных/осязательных устройств, многие из которых могут быть использованы не только для игр. Технология осязательных взаимодействий находит свое применение в компьютерных играх. И в азартных играх, и в виртуальных приключенческих играх осязание добавляет новый аспект реалистичности переживаний пользователя.

Типичная игра с использованием осязательных элементов управления — это симулятор управления автомобилем. Таким элементом может быть руль, а также педали акселератора и тормоза. Неровности и профиль дороги могут быть переданы пользователю через руки, ноги или все тело. Такое взаимодействие также связано с использованием больших экранов и кресел, оснащенных двигателями. Поскольку амплитуда перемещения у такого устройства невелика, основным способом передачи являются ускорения и толчки. Степень контроля пользователя над игрой, например, при управлении виртуальным автомобилем — вопрос разработки и сложности.

В азартных играх взаимодействие пользователя может быть расширено за счет использования тактильной панели, где каждая кнопка связана с особым режимом вибрации. Одна кнопка может быть воспринимаема как мягкая пружина, другая может выдавать последовательность колебаний различных частот, и третья кнопка может имитировать бросок пары костей.

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

В спортивных тренажерах используются трехмерные локаторы, которые позволяют игроку имитировать, например, замах теннисной ракетки или клюшки для гольфа или удар по бильярдному шару. Сложно, но возможно, создать такие устройства, в которых пользователь преодолевает фиксированное усилие. С другой стороны, воздействие, которое чувствуют при ударе объекта, может быть смоделировано с использованием портативного осязательного оборудования. При наличии тесной взаимосвязи между всеми модальностями, т.е. тактильными, визуальными и звуковыми сигналами, чувство реальности усиливается многократно.

5.8    Искусство и творчество

Осязание делает возможным целый спектр новых музыкальных инструментов. Устройства, основанные на сенсорных и реактивных составляющих, таких как рычаги, дают музыкантам новые средства самовыражения. «Пальцевое пианино», состоящее из выступающих стержней, по которым можно ударять, позволяет музыканту попробовать различные движения при игре. Тактильные/осязательные устройства могут имитировать движение смычка по струнам скрипки или имитировать ударный инструмент.

«Осязательная кисточка» может позволить художнику наносить виртуальные краски на холст. Обратная связь по усилию позволяет художнику наносить краску, используя осязание так же, как и зрение. Можно лепить модели из виртуальной глины с использованием тактильных/осязательных устройств. Можно отделять части таких моделей, воспринимая это на ощупь и на глаз, и можно добавлять новую «глину» к модели.

Программное обеспечение для мультипликации использует множество инструментов для того, чтобы сделать разработку мультфильмов более эффективным. Одна из инноваций представляет собой последовательность анимационных кадров, привязанных к линии в виртуальном трехмерном пространстве, которую можно тянуть или толкать с помощью тактильного/осязательного устройства. Путем добавления различной сопротивляемости определенным движениям, такая последовательность может пройти «точную настройку» с использованием точных движений тактильного/осязательного устройства. В принципе, художник мог бы представлять свое произведение, используя графику и чувства прикосновения. Тактильные/осязательные устройства рядом с презентацией могли бы позволить наблюдателю как видеть, так и чувствовать скульптуру, будь то в виртуальном пространстве или в форме «дополненной реальности», когда виртуальный трехмерный экран наложен поверх реального трехмерного объекта.

В области коммерции организации могли бы представлять каталоги своей продукции с помощью тактильных/осязательных устройств. Можно представить себе такие варианты использования, как выбор ткани для одежды, когда есть возможность почувствовать фактуру материала, или электроинструментов, работу которых можно увидеть и почувствовать.

5.9    Мультимодальные приложения и тренажеры

Двухмерные и трехмерные дисплеи с обратной связью по усилию позволяют разработчикам взаимодействия использовать другие средства обратной связи. Водителей, капитанов и пилотов можно обучать управлению транспортными средствами на полномасштабных осязательных дисплеях (тренажерах). Например, пилотажный тренажер (летный симулятор) — кабина самолета или вертолета, смонтированная поверх механической системы (движущееся основание с электроприводом или гидравлической подъемной системой). Симулятор реагирует на действия пользователя и события в процессе моделирования. Когда пилот управляет самолетом, модуль, в котором он сидит, поворачивается и наклоняется, формируя для пользователя осязательную обратную связь. Некоторые летные симуляторы представляют собой полностью закрытый модуль, тогда как другие просто имеют набор компьютерных мониторов, расположенных так, чтобы перекрывать поле зрения пилота.

Чтобы усилить ощущение присутствия в виртуальных сценах, могут быть добавлены различные невизуальные модальности, такие как речь, звук или музыка. Например, некоторые парки развлечений создают для посетителей ощущение присутствия в фильме, добавляя реалистичные эффекты огня, тумана, внезапных потоков воды или торнадо. Осязательная обратная связь создается путем встряхивания кабины или перемещением кресел, на которых сидят посетители.

Мультимодальностью называют взаимодействие с системами, которые включают в себя несколько каналов вывода и несколько устройств ввода. Как правило, мультимодальное взаимодействие может быть выполнено различными способами — замещением некоторых модальностей, либо добавлением дублирующих модальностей. Например, в исследовании «Поставь это там» указание на какой-то объект в трехмерном пространстве может сопровождаться голосовыми командами. Пользователи испытывают мультимодальные взаимодействия, которые являются более естественными, так они делают меньше ошибок, и поэтому точность, необходимая для распознавания входного сигнала, может быть повышена.

Также мультимодальные взаимодействия часто встречаются в технологиях помощи слепым и слабовидящим людям. Дисплей Брайля предназначен для изучения и считывания тактильной информации пальцами. Вывод информации на дисплей Брайля синхронизируют с речевым выходом, что уменьшает количество ошибок и недопониманий при взаимодействии. Сегодня плоские тактильные дисплеи часто устроены как устройства ввода прикосновением и воспринимают расположение одного или нескольких пальцев. Вспомогательная технология использует этот принцип для распознавания жестов рук во время чтения. Слепой пользователь может читать шрифт Брайля пальцами, но так же может ускорить движение пальцев к концу строки, чтобы использовать команду-жест для переключения модальности. Вместо продолжения считывания шрифта Брайля компьютер начнет воспроизводить речь, а читатель, который достиг конца строки Брайля услышит речевой вывод информации.

Тактильные карты представляют тактильную информацию о географических объектах через звукоосязательное взаимодействие. Текстуры, границы и другие структуры рельефа позволяют бимануальное исследование. Прикосновение к тактильной карте устройством ввода генерирует речевой вывод для информирования пользователя, например, о названии мест и улиц. Устройство с матрицей из более, чем 7000 штырьков, может быть использовано для реализации тактильных карт и динамического обновления географической информации.

6 Проектирование тактильных/осязательных взаимодействий

6.1    Руководство по проектированию такгильного/осязательного взаимодействия
6.1.1    Человеко-ориентированное проектирование

Тактильные/осязательные взаимодействия рекомендуется проектировать в соответствии с принципами человеко-ориентированного проектирования, установленными в ИСО 9241-210.

6.1.2    Проектирование индивидуальных взаимодействий

Индивидуальные взаимодействия рекомендуется проектировать с учетом требований ИСО 9241-110.

6.1.3    Проектирование тактильных/осязательных интерфейсов

Тактильные/осязательные интерфейсы рекомендуется разрабатывать на основе имеющихся руководств по эргономике, касающихся используемого оборудования и программного обеспечения для элементов пользовательского интерфейса, включая следующие:

a)    выбор соответствующих способов диалога для взаимодействия;

b)    принципы и критерии для разработки физических устройств ввода в соответствии с требованиями ИСО 9241-410;

c)    характеристики отображаемой информации в соответствии с требованиями ИСО 9241-12.

Примечание 1 — Актуальное руководство по методам диалога можно найти в стандартах ИСО 9241-14

— ИСО 9241-17.

Примечание 2 — Несмотря на то, что характеристики, упомянутые в с), разработаны для визуальных дисплеев, их также можно применять при разработке устройств с использованием такгильного/осязательного ввода и вывода.

Примечание 3 — Использование осязательных дисплеев может означать, что для осмысления информации потребуется больше времени, чем в случае дисплеев с визуальным отображением.

6.2 Проектирование тактильного/осязательного пространства
6.2.1    Общие положения

6.2.1.1    Тактильные/осязательные объекты и физическое, временное и логическое пространства рекомендуется проектировать в соответствии с требованиями ИСО 9241-920.

6.2.1.2    При разработке тактильных/осязательных взаимодействий следует учитывать физическое, временное и логическое пространство, в которых они происходят.

a)    Физическое пространство включает в себя расположение, положение и компоновку тактильных/осязательных объектов относительно пользователя и других объектов, с которыми пользователь может взаимодействовать. При проектировании физического пространства размеры имеют большое значение.

b)    Временное пространство предполагает использование параметров тактильных/осязательных взаимодействий, зависящих от времени, в том числе волновую форму воздействия, ритм и другие, зависящие от времени закономерности, такие как изменения амплитуды и частоты воздействий, а также использование нескольких тактильных/осязательных приводов.

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

с) Логическое пространство обеспечивает концептуальное понимание того, как пользователь взаимодействует с объектами и информацией. Логическое пространство создают используемые для этого приложения. Оно содержит структурированную информацию, связи между объектами (например, линейные, иерархические или сетевые) и методы взаимодействия. Логическое пространство не зависит от модальности представления информации пользователю. Связи имеют большое значение при разработке логического пространства.

Совмещение логического, физического и временного пространства может быть ограничено необходимостью соблюдения баланса между исследованием и представлением.

Примечание— Проектирование взаимодействий с видеодисплеями включает в себя компоновку элементов интерфейса пользователя в ограниченном двумерном пространстве. Из-за ограничений этого пространства при проектировании стараются фокусироваться на визуальных аспектах этой компоновки, мало учитывая действия пользователя, необходимые для работы с элементами интерфейса пользователя, которые находятся в этом пространстве. Проектирование тактильных/осязательных взаимодействий может включать в себя компоновку тактильных/осязательных элементов интерфейса пользователя в потенциально неограниченном трехмерном пространстве. Это подразумевает также проектирование действий пользователя и реакций на них в этом пространстве.

6.2.2 Проектирование логического пространства

6.2.2.1    Логическое пространство не должно зависеть от модальности.

6.2.2.2    Проектирование логического пространства должно представлять и четко отражать взаимосвязи различной информации.

6.2.3    Проектирование физического пространства

6.2.3.1    При проектировании взаимосвязей в физическом пространстве рекомендуется руководствоваться требованиями эргономики с учетом пространственной ориентации и направления движения, в соответствии с ИСО 1503.

6.2.3.2    При определении размеров и содержимого физического пространства, где происходят тактильные/осязательные взаимодействия, рекомендуется предусматривать возможность пользователя действовать и реагировать в этом пространстве.

Примечание— Упомянутые руководства по эргономике включают в себя ИСО9241—5, который устанавливает требования к расположению автоматизированного рабочего места и требования к позе, ИС0 11064—4, который устанавливает требования к расположению и размерам рабочих станций для использования в залах управления, и ЕН 894—4, который устанавливает требования к эргономичности и безопасности мест расположения и компоновки дисплеев и управляющих приводов.

6.3    Адресуемость и разрешающая способность при тактильном/осязательном взаимодействии
6.3.1 Общие положения

При проектировании тактильных/осязательных взаимодействий рекомендуется учитывать адресуемость и разрешающую способность.

Важное свойство тактильной/осязательной сенсорной системы состоит в том, что информация может быть передана в обоих направлениях: информационный поток от устройства к пользователю, а также информационный поток от пользователя к устройству.

С точки зрения системы и пользователь, и устройство имеют присущие им адресуемость вывода и разрешающую способность ввода.

Пример — Тактильный дисплей передает раздражители на кончики пальцев с помощью прямоугольной матрицы штырьков; разрешение и размеры матрицы определяет конструкция устройства.

У каждого потока информации существует адресуемость отправителя и разрешающая способность приемника. Например, в случае устройства, которое обеспечивает обратную связь по усилию, устройство формирует усилие с конкретной адресуемостью, а пользователь воспринимает это усилие с определенной разрешающей способностью. В то же время пользователь перемещается в положение с определенной адресуемостью и устройство воспринимает это с конкретной разрешающей способностью.

Адресуемость и разрешающая способность присущи всем параметрам тактильного/осязательного взаимодействия, в том числе изменениям сигналов во времени.

Как и в случае любых других средств отображения, ощущения, вызванные отдельными точками данных, могут быть, и являются, интегрированными в концептуальный образ, например, поверхность.

13

6.3.2 Адресуемость тактильного/осязательного интерфейса

Рисунок 2 — Линейные и двухмерные массивы

Адресуемость тактильного/осязательного устройства является физической характеристикой самого устройства. Под ней понимают отдельные точки, в которых могут быть представлены данные (точки данных). Точки данных могут быть расположены в любом порядке, соответствующем приложению, например, в виде линейного одномерного массива — прямолинейного или криволинейного, как показано на рисунке 2 а), или в виде двухмерного или многомерного массива, как показано на рисунке 2 Ь).

а) Линейный массив 1 — точки данных (точки, в которых представлены или воспринимаются данные)

Таким образом, расстояния между адресуемыми точками данных могут быть различны по разным осям и, в действительности, даже вдоль какой-либо одной оси. Однако, адресуемость, как правило, не сильно отличается для различных осей на одном устройстве при представлении данных. Особенно это касается тех случаев, когда требуется, чтобы представление объекта было узнаваемым.

Адресуемость у пользователя ограничена способностью пользователя к восприятию и управлению двигательной активностью.

6.3.3 Разрешающая способность тактильного/осязательного интерфейса

6.3.3.1    Устройство

Разрешающая способность тактильного/осязательного устройства определяется минимальным изменением физического выходного воздействия пользователя, которое способно воспринять устройство.

6.3.3.2    Пользователь

Разрешающая способность получения информации пользователем напрямую зависит от расположения сенсоров прикосновения (например, на кончиках пальцев). Чем больше сенсоров приходится на единицу площади, тем выше потенциальная разрешающая способность.

Рисунок 3 —Адресуемые точки данных

На рисунке 3 показаны адресуемые точки данных (такселы, taxels), ощущаемые сенсорами прикосновения человека с разрешающей способностью в четыре и девять такселов соответственно.

6.3.3 Разрешающая способность при тактильных/осязательных взаимодействиях и ее связь с адресуемостью

В большинстве случаев, как например, на рисунке 3, адресуемость устройства устанавливают не ниже способности человека распознавать точки данных, т. е. его разрешающей способности. Это означает, что точки данных, или промежутки между ними, не могут быть распознаны по отдельности.

Однако, в некоторых приложениях, где каждую точку данных человек должен ощущать отдельно и различать с другой точкой, важно обеспечить точную адресуемость с помощью увеличения расстояния между точками данных. Простейшим примером этого могут быть две точки, представляющие различные сведения, например, «да» или «нет», как показано на рисунке 4.

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

1 — «да»; 2 — «нет»; 3 — разрешающая способность человека для прикосновений;

4 — адресуемые точки данных

Рисунок 4 — Две точки, представляющие различающуюся информацию

В тактильных/осязательных устройствах для человека-пользователя существует не только необходимость воспринимать информацию, представляемую тактильным/осязательным массивом точек данных, но и необходимость иметь возможность прикладывать усилие в ответ на сопротивление движению со стороны тактильного/осязательного устройства.

Способность передавать усилие необходима для того, чтобы позволить пользователю исследовать физические характеристики виртуального объекта. Такие характеристики, как твердость, шероховатость и эластичность могут быть исследованы с помощью давления кончика пальца (т.е. силы, деленной на площадь контакта). У человека адресуемость при приложении усилия меньше, чем адресуемость только при зондировании, поскольку приложение усилия является менее выверенным действием, чем зондирование.

7 Элементарные интерактивные задачи, инициируемые пользователем

7.1    Общие положения

Пользователи могут выполнять прикладные задачи, используя одну или несколько элементарных задач, поддерживаемых тактильным/осязательным устройством и соответствующим программным обеспечением. Элементарные задачи предоставлены пользователям системой в качестве инструментов выполнения задач, для которых разработано устройство. В любой задаче следует предоставить пользователю возможность выполнять следующие элементарные задачи:

—    поиск,

—    обзор места действия,

—    навигация (перемещение),

—    прицеливание,

—    выбор,

—    манипулирование.

7.2    Поиск

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю осуществлять поиск заданного тактильного/осязательного объекта, части объекта или элемента информации и, по окончании поиска, выдавать полученный результат.

Примечание— «Поиск» отличается от «прицеливания» (см. подраздел 7.5). «Прицеливание» подразумевает нахождение чего-то, что находится непосредственно в поле зрения; «поиск» подразумевает выполнение задачи большей по продолжительности, чем выбор цели.

Пример 1 — Поиск осязаемых объектов с помощью устройства с единственной точкой контакта, которое обеспечивает обратную связь по усилию, осуществляется созданием некоторого усилия, направленного к центру осязаемого объекта, которого пока еще не касались.

Пример 2 — Поиск текста на дисплее Брайля включает обнаружение строк, которые разделены, по возможности, большими промежутками. Опытные читатели шрифта Брайля используют один палец для поиска начала нового текста (тактильных объектов), а другой палец для навигации по тактильным объектам.

7.3    Обзор места действия

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю получать быстрый обзор тактильных/осязательных объектов, их расположения, взаимосвязей друг с другом и по отношению к пользователю.

15

Примечание — Обеспечение эффективного обзора важно для упрощения навигации и исследования, но может быть трудновыполнимо с помощью такгильного/осязательного устройства с единственной точкой контакта.

Пример — Обзор осуществляют с помощью мелкомасштабных осязательных объектов. Обзор позволяет понять, будет ли навигация начинаться за пределами или внутри тактильного объекта.

7.4    Навигация (перемещение)

7.4.1    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю двигаться внутри тактильных/осяза-тельных объектов и между ними для того, чтобы находить объекты и исследовать пространство.

7.4.2    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователям определять свое местоположение в тактильном/осязательном пространстве и находить оптимальный путь, чтобы добраться до необходимых объектов или элементов информации.

Примечание 1 —Навигация может быть затруднена, и сбой или ошибка могут привести к тому, что пользователь может «потеряться в тактильном/осязательном пространстве».

Примечание 2 — См. ИСО9241—920:2009, 6.1.

Примечание 3 — В случае такгильных/осязательных взаимодействий элементарные навигационные задачи могут помочь перемещению в пространстве с большим числом измерений, например, в физическом пространстве с большим числом степеней свободы и большим количеством точек соприкосновения, включая множество частей тела.

Примечание 4— Для того, чтобы начать процесс навигации, важно получить обзор места действия. Однако при использовании для взаимодействия такгильного/осязательного дисплея это может быть затруднено. Чтобы обеспечить обзор, можно использовать дополнительный тактильный/осязательный дисплей или альтернативные модальности.

Пример — Навигация осуществляется при помощи тактильных/осязательных устройств в сочетании с координатным устройством с тактильной обратной связью. Это может быть сделано вручную, с использованием больших массивов тактильных штырьков, воспринимающих движения пальцев рук из стороны в сторону, или с помощью механических рычагов, обеспечивающих точку прикосновения пальца.

7.5    Прицеливание

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю идентифицировать и находить объекты или элементы информации быстро и точно.

Примечание 1 — «Прицелиться» на объект означает найти его быстро и эффективно. «Поиск» объекта означает процесс отыскивания чего-то, что не находится в поле зрения.

Примечание 2 — Объект может быть выбран как в результате поиска, так и в результате прицеливания.

Пример — Устройство, обеспечивающее обратную связь по усилию, имеет кнопки или другие датчики, прилегающие к точке контакта одного пальца так, что при прицеливании рука не двигается, а для активации датчика используется один или несколько других пальцев.

7.6    Выбор
7.6.1    Общие положения

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю выбирать объекты по отдельности или сразу несколько объектов.

Примечание — Выбор объекта обычно приводит к отмене выбора объекта или объектов, выбранных ранее, за исключением случаев, когда предполагается поочередный выбор объектов.

7.6.2    Выбор объекта или функции

7.6.2.1    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю выбирать объект или функцию, к которым они в данный момент имеют доступ.

7.6.2.2    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю осуществлять выбор отдельно от выполнения каких-либо действий над объектом, например, активации/включения.

7.6.2.3    Рекомендуется обеспечивать выбор таким образом, чтобы пользователю было понятно, какие объекты или функции доступны ему в данный момент. Следует обеспечить четкую обратную связь при выборе объектов или функций.

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

Содержание

1    Область применения……………………………………………………………………………………………………………..

2    Термины и определения………………………………………………………………………………………………………..

3    Общие сведения об осязании…………………………………………………………………………………………………

4    Общие сведения об осязании человека…………………………………………………………………………………..

5    Использование тактильных/осязательных взаимодействий……………………………………………………..

6    Проектирование тактильных/осязательных взаимодействий …………………………………………………..

7    Элементарные интерактивные задачи, инициируемые пользователем……………………………………

8    Элементы тактильных/осязательных взаимодействий…………………………………………………………….

9    Разнообразие устройств с тактильным/осязательным интерфейсом………………………………………..

Приложение А (справочное) Тактильные устройства …………………………………………………………………

Приложение В (справочное) Тактильные/осязательные устройства с обратной связью по усилию

Приложение С (справочное) Физиология осязания ……………………………………………………………………

Библиография ………………………………………………………………………………………………………………………….

..1

..1

..3

..4

..7

12

15

18

21

32

35

39

43

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

Примечание — Предполагается наличие возможности выбрать один объект из многих и подразумевается способность распознавать правильность выбора с помощью отличительных признаков.

Пример — На дисплеях Брайля выбор осуществляют с помощью так называемых клавиш маршрутизации. Эти клавиши являются датчиками, расположенными рядом с ячейкой Брайля, срабатывающими от перемещения штырьков при прикосновении или от датчика прикосновения, встроенного в поверхность устройства. Они могут быть задействованы для выбора символа шрифта Брайля или для выбора опции меню.

7.6.3    Выбор группы объектов

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю выбирать любую заданную группу объектов, к которым он в данный момент имеет доступ.

Примечание — Выбор группы объектов предполагает возможность выбора объектов из множества и подразумевает способность распознавать правильность выбора на основе индивидуальных характеристик объектов.

7.6.4    Выбор пространства

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователям выбирать любую определенную часть тактильного/осязательного пространства, к которому они в настоящее время имеют доступ.

Примечание— Выбор пространства предполагает возможность выбора части пространства и подразумевает возможность определения границы вокруг выбранной части.

7.6.5    Выбор свойств системы

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю выбирать любое из свойств системы, к которым он в настоящее время имеет доступ, и изменять эти свойства, если это допустимо.

7.7 Манипулирование

7.7.1    Общие положения

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю воздействовать на объекты, управлять ими или как-либо иначе влиять на них способами, соответствующими условиям задачи.

7.7.2    Масштабирование

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю    изменять масштаб

тактильного/осязательного пространства, в котором он выполняет задачу.

Примечание— Масштабирование представляет собой изменение масштаба отображаемого пространства и всего, что в нем находится.

7.7.3    Изменение ориентации

Рекомендуется,    чтобы система позволяла пользователю    изменять    ориентацию

тактильного/осязательного пространства, в котором он выполняет задачу.

Примечание — Изменение ориентации представляет собой изменение вида объекта или положения объекта относительно других объектов или маркеров.

7.7.4    Перемещение объектов

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю перемещать объект в пределах тактильного/осязательного пространства.

Примечание — Перемещение может быть осуществлено путем закрепления виртуального указателя на выбранном объекте и применения усилий в желаемых направлениях до тех пор, пока объект не займет новое требуемое положение. Затем указатель открепляют от объекта.

7.7.5    Изменение размеров

Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователям изменять размер объекта в пределах тактильного/осязательного пространства.

7.7.6    Проверка свойств

7.7.6.1    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю проверять свойства объектов в пределах тактильного/осязательного пространства, не активируя их.

7.7.6.2    Рекомендуется, чтобы система позволяла пользователю определять, какие свойства являются изменяемыми, а какие — нет.

17

Введение

Тактильные и осязательные взаимодействия становятся все более важными в условиях работы с компьютерными системами, такими как специализированные вычислительные среды (например, виртуальное моделирование) и вспомогательные технологии.

В различных исследованиях по данной тематике используется широкое разнообразие терминов, взглядов, программных и аппаратных объектов и взаимодействий. Это разнообразие может привести к серьезным трудностям в области эргономики, как для разработчиков, так и пользователей, применяющих тактильные/осязательные взаимодействия.

В настоящем стандарте представлен общий набор терминов, определений и описаний для различных понятий, связанных с проектированием и использованием тактильных/осязательных взаимодействий. Стандарт содержит основные рекомендации (в том числе ссылки на соответствующие стандарты) для разработки систем с применением тактильных/осязательных взаимодействий. Он также содержит обзор приложений, объектов, свойств и взаимодействий, основанных на тактильных/осязательных ощущениях.

IV

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Эргономика взаимодействия человек—система.
Часть 910 Основы тактильных и осязательных взаимодействий

Ergonomics of human-system interaction. Part 910. Framework for tactile and haptic interaction

Дата введения —2016—12—01

1    Область применения

Настоящий стандарт обеспечивает основу для понимания тактильных/осязательных взаимодействий и взаимосвязи их различных аспектов. В нем определены термины, описаны структуры и модели, и даны пояснения, касающиеся других частей серии стандартов ИСО 9241-900. В нем также даны рекомендации по применению различных форм взаимодействия для различных задач пользователей.

Стандарт применим для всех типов интерактивных систем, предусматривающих использование тактильных/осязательных устройств и взаимодействий.

В стандарте в полной мере не рассмотрены вопросы кинестетических взаимодействий, например, не рассмотрены жесты. Однако стандарт может быть полезным для понимания таких взаимодействий.

2    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1    осязание (haptics): Сенсорная и/или моторная (двигательная) активность, вызываемая раздражением рецепторов кожи, мышц, суставов и сухожилий.

Примечание — Осязание включает в себя кинестетику и ощущение прикосновения.

2.2    осязательный (haptic): Имеющий отношение к осязанию.

Примечание — Несмотря на то, что в большей части определений не делают различий между понятиями «осязательный» и «тактильный», исследователи и разработчики в области осязания используют термин «тактильный» только для обозначения осязательных ощущений, вызванных механическим воздействием на кожу. В стандартах серии ИСО 9241 термин «осязательный» охватывает все ощущения прикосновения, а термин «тактильный» используют в более узком значении. Кроме того, оба термина могут быть использованы вместе для упрощения поиска.

2.3    ощущение прикосновения (touch): Ощущение, вызываемое раздражением рецепторов

кожи.

Примечание — Кожные рецепторы служат для восприятия прикосновений.

2.4    кожный (cutaneous): Имеющий отношение к коже.

Примечание — Кожные рецепторы реагируют на механические воздействия и изменения температуры.

2.5    тактильный (tactile): Имеющий отношение к ощущению прикосновения.

2.6    вибротактильное (воздействие) (vibrotactile): Воздействие на кожу, вызванное вибрацией.

Пример — В мобильном телефоне использовано вибротактильное воздействие (вибросигнал) для оповещения пользователя.

Издание официальное

2.7    кинестетика (kinaesthesis): Сенсорная и моторная (двигательная) активность, вызываемая раздражением рецепторов (проприоцепторов1)) мышц, суставов и сухожилий.

Примечание 1 — Кинестетика является двунаправленной и включает как восприятие воздействия, так и реакцию на него.

Примечание 2 — Рецепторы в мышцах, суставах и сухожилиях являются основой для формирования кинестетического восприятия.

Примечание 3 — Двигательная активность осуществляется посредством мышц, сухожилий и суставов.

2.8    кинестетический (kinaesthesis): Имеющий отношение к кинестетике.

Примечание 1—В зависимости от положения, перемещения и сгибания суставов и при напряжении/расслаблении мышц возникают различные виды кинестетических ощущений.

Примечание 2 — Под видами кинестетических действий понимают перемещение, применение силы, поворот (вращение), а также сохранение определенного положения, перемещение и сгибание суставов.

Примечание 3 — Термин проприоцепция означает ощущение положения собственного тела и движения. Этот термин часто используют вместо термина «кинестетика», хотя последний больше относится к движению. Например, чувство равновесия в большей мере относится к проприоцепции1, нежели к кинестетике.

2.9    обратная связь по усилию (force feedback): Ответная реакция (устройства) на какое-либо действие или событие в виде силы, воздействующей на пользователя и воспринимаемой им.

Примечание — Несмотря на то, что в данном термине использовано словосочетание «обратная связь», это не обязательно предполагает наличие обратной связи.

2.10    иллюзия восприятия (perceptual illusion): Восприятие, не соответствующее физическим параметрам источника воздействия (раздражения).

2.11    сенсорная адаптация (sensory adaptation): Изменение во времени восприимчивости сенсорной системы к воздействию постоянного раздражителя.

2.12    (тактильная/осязательная) пространственная маскировка ((tactile/haptic) spatial masking): Эффект ухудшения восприятия цели, который возникает, когда отвлекающий раздражитель расположен в непосредственной пространственной близости от целевого раздражителя.

2.13    (тактильная/осязательная) временная маскировка ((tactile/haptic) temporal masking): Эффект ухудшения восприятия цели, который возникает, когда отвлекающий раздражитель появляется непосредственно до или сразу после целевого раздражителя.

2.14    тактильный/осязательный объект (tactile/haptic object):    Компонент    интерактивной

системы, с которым пользователь может взаимодействовать с помощью осязания.

2.15    (тактильный/осязательный) элемент пользовательского интерфейса ((tactile/haptic) user interface element): Часть интерфейса пользователя, представленная в тактильной/осязательной форме.

2.16    (тактильная/осязательная) элементарная задача ((tactile/haptic) task primitive): Базовое действие пользователя, используемое для выполнения задач, для которых предназначено устройство.

2.17    тактильная метка (tactile label): Метка элемента пользовательского интерфейса, представленная в тактильной/осязательной модальности.

2.18    осязательная карта (tactile map): Карта, представленная в тактильной/осязательной модальности с возможностью ввода.

Примечание 1—Возможность ввода включает в себя касание пальцем, прекращение касания или перемещение по карте для указания и выбора положения.

Примечание 2 — Осязательные карты часто используют, чтобы помочь слепым людям ориентироваться.

11 Проприоцепция, проприоцепторное восприятие — восприятие относительного положения смежных частей тела и величины усилий, используемых для передвижения. Противоположность экстеро- и интероцепции. 2

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

2.19    жесткость, твердость, эластичность (stiffness, hardness, elasticity):    Свойства

виртуального объекта, определяемые посредством осязательного отклика на взаимодействие с ним с силой перпендикулярной поверхности этого объекта.

Примечание 1 — Когда речь идет о негибком материале под «жесткостью» зачастую понимают «твердость».

Примечание 2 — Когда речь идет о мягком материале под «жесткостью» зачастую понимают «эластичность».

Примечание 3 — «Максимальная жесткость» является высшей эквивалентной жесткостью виртуальной поверхности, которая может быть передана устройством в стабильном состоянии.

2.20    толчок (burst): Преднамеренно короткое тактильное/осязательное воздействие.

Примечание — Продолжительность толчка, как правило, составляет от 10 мс до 1 с.

2.21    зонд (probe): Объект в виртуальном (моделируемом) пространстве, управляемый тактильным/осязательным устройством.

2.22    пространственное разрешение (spatial resolution): Минимальное изменение физического воздействия пользователя, которое может быть воспринято устройством (датчиком).

2.23    адресуемость (addressability):    Способность    адресного    воздействия

(устройства/программного средства) на конкретную точку или набор точек в рабочем пространстве.

3 Общие сведения об осязании

Наука об осязательной чувствительности и создание устройств, использующих тактильные/осязательные ощущения (далее — тактильных/осязательных устройств), зависит от знаний о человеческом теле, особенно о способности ощущать прикосновения к коже и кинестетической активности в конечностях и суставах.

На рисунке 1 показана взаимосвязь между компонентами в области тактильной чувствительности. Она делится на изучение прикосновений и изучение кинестетики.

Рисунок 1 — Компоненты осязания

Прикосновение включает в себя воздействие на кожу различных раздражителей: механических, тепловых, химических и электрических (стимулов). Особые нервы и рецепторы в коже реагируют на эти раздражители с различной пространственной и временной разрешающей способностью.

Кинестетическое чувство можно сопоставить с кинестетической активностью, посредством которой пользователь воздействует на внешний, по отношению к действующей части тела, объект. При сочетании кинестетического чувства и кинестетической активности пользователь может определить усилие и крутящий момент, с которыми его тело противодействует воздействию тактильного/осязательного устройства. Подобным образом, прилагая соразмерное усилие и крутящий момент к объекту, пользователь может определить его свойства, например, инертность.

Кинестетика является двунаправленной. Она представляет собой как восприятие объектов среды, так и активное воздействие на них.

Примечание 1 — Различают активное прикосновение, связанное с кинестетикой, и пассивное прикосновение, с ней не связанное. Активное и пассивное прикосновения позволяют различать взаимодействия. Во взаимодействиях не всегда возможно соотнести тип прикосновения с конкретными устройствами. В зависимости от задачи одна форма прикосновения может превалировать над другой.

3

Примечание 2 — При взаимодействии с такгильными/осязательными устройствами могут быть использованы различные сочетания этих осязательных компонентов в разных точках соприкосновения.

Примечание 3 — В приложении С приведены сведения по физиологии осязания человека.

4 Общие сведения об осязании человека

4.1    Значение осязания

Осязание имеет большое значение в жизни человека. Например, когда человек ищет объект в кармане или сумке, не используя зрение, ему помогает осязание. Затем он идентифицирует объект, который хотел найти, захватывает его с подходящей силой и вынимает. Все эти действия основаны на осязании. Это чувство позволяет идентифицировать привычные объекты достаточно эффективно, почти безошибочно различать объекты в течение нескольких секунд, особенно, когда существуют некоторые предположения о вариантах.

Пальпируя поверхность тела, врач может получить информацию о состоянии органов под кожей и жировыми прослойками, которую он не может получить визуально.

Используя осязание, человек также может осуществлять удаленное прикосновение, когда находящийся на удалении объект исследуют (далее — зондируют) с помощью специального инструмента или устройства. Например, человек со слабым зрением может использовать трость для определения свойств поверхности земли.

Руки, в частности, имеют огромное значение в биологическом и культурном развитии людей, участвуя в их контакте со средой. Человек использует как для восприятия окружающих объектов, так и для действия при постоянном взаимодействии с окружающей средой. Рука имеет высокую способность приспосабливаться к выполнению различных задач манипулирования, от работы с очень мелкими объектами, требующими высокой точности, до работы с крупными объектами, когда необходимо прилагать большие усилия. Человек производит такие действия, всегда руководствуясь тактильной обратной связью.

Однако в компьютерных приложениях осязание является новым способом взаимодействия по сравнению со зрительным и звуковым взаимодействием и относительно ограничено. Современные тактильные/осязательные устройства нуждаются в большем развитии прежде, чем они смогут полностью использовать возможности осязания.

Прикосновение также часто используют для подтверждения информации об окружающей действительности.

4.2    Осязание и зрение
4.2.1    Сходство и различия

Осязание имеет много общих свойств со зрением. Оно может быть использовано для поиска объектов, расположенных на небольшом расстоянии от наблюдателя (на расстоянии вытянутой руки, если не использован вспомогательный инструмент), чтобы найти край, разделяющий поверхности, и воспринимать размер и форму объектов (не слишком больших, чтобы их можно было обследовать). Восприятие текстуры через осязание не только сопоставимо с восприятием с помощью зрения, но и во многих случаях превосходит его.

В некоторых задачах, осязание значительно менее эффективно, чем зрение, вплоть до невозможности выполнения задачи. Например, его невозможно использовать для обзора места действия, восприятия трехмерного пространства за пределами досягаемости рук, цвета и обнаружения границы на двухмерном изображении без тиснения.

В других задачах, осязание превосходит зрение. С помощью осязания человек может непосредственно судить о весе объектов, а также определять их твердость и температуру. Зрение может в какой-то степени воспринимать такие свойства объекта, но только при наблюдении за действиями другого человека.

4.2.2    Соотношение зрительного и осязательного пространства

В реальном мире объекты осязательно и зрительно воспринимаются так, что они занимают одно и то же пространство. В виртуальном мире это не обязательно так. Визуальный объект может быть расположен на экране, в то время как тактильный/осязательный объект может быть расположен в другом месте, например, на стороне клавиатуры (тактильное/осязательное устройство). Было доказано, что для целенаведения и для восприятия формы совпадение мест локализации объектов дает некоторое преимущество. В некоторых исследованиях установлено, что выполнение таких задач, как поиск рычагов управления и восстановление утраченного контакта с виртуальными объектами, происходят намного легче при условии совпадения их осязательного и зрительного расположения.

ГОСТ Р ИСО 9241-910-2015

Сочетание визуальной и осязательной модальностей может улучшить восприятие ситуации пользователем. Вначале может преобладать зрительное восприятие, которое обеспечивает быстрый обзор места и идентификацию объектов на месте. Но тактильное восприятие может помочь быстрее определиться с текстурой объектов. В пределах личного пространства относительное расстояние между объектами может восприниматься осязательно, уточняя визуальное восприятие расстояния. К тому же, такие свойства объекта, как масса и способность к деформации, можно различить только через осязание.

Пример — Пианист, зрительно считывая музыку с листа, полагается на осязание, находя клавиши на клавиатуре, но, играя по памяти, он использует визуальные и тактильные модальности вместе, что делает его выступление более уверенным и тем самым повышает его выразительность.

4.2.3    Некоторые выводы для осязательного дисплея

Различия между зрением и осязанием делают опасной идею создания копии визуальных объектов для их осязательного представления. Такое копирование может быть успешным в простых случаях, но в более сложных часто возникают проблемы. Важно знать, что создание эффективного осязательного пространства подразумевает особое внимание к его осязательным свойствам. Эффективное визуальное представление пространства не является гарантией того, что то же самое пространство может быть успешно представлено в осязательном виде.

Способность организма быстро координировать восприятие окружающей среды с помощью различных чувств является дополнительным преимуществом. Зрительные и тактильные ощущения могут работать вместе для обеспечения более быстрого определения местоположения раздражителей, чем это было бы возможно с одной из модальностей в отдельности.

Экспериментально доказано, что динамическая тактильная информация может быть использована для переориентации зрительного внимания и наоборот.

4.3    Мануальное исследование объекта

Движения наблюдателя во время осязательного исследования окружающей среды, как правило, не случайны, а специально направлены на получение желаемой информации. Шаблоны таких движений, называемые исследовательскими процедурами, состоят из нескольких базовых процедур, таких как:

a)    перемещение из стороны в сторону — для восприятия текстуры;

b)    надавливание — для определения жесткости;

c)    удерживание на весу — для восприятия веса;

фохватывание (объекта одной или двумя руками) — для восприятия в целом формы и объема;

е) исследование контура — для восприятия формы, как в целом, так и в деталях.

Использование тактильных/осязательных устройств может ограничивать набор исследовательских процедур, доступных пользователю, сокращая возможности исследований. Специальное обучение движениям, подходящим для конкретных дисплеев, может частично компенсировать этот недостаток.

4.4    Обучение исследовательским процедурам

Текстура является меньшей проблемой для восприятия объектов, чем форма, возможно потому, что исследовательская процедура для определения текстуры намного проще, чем таковая для определения формы. При исследовании текстуры пользователь может совершать произвольные движения по поверхности объекта, в то время как исследование формы требует весьма специфических движений. Однако обучение подходящим исследовательским процедурам для заданной формы может значительно повысить производительность. Это важно учитывать при оценке осязательных дисплеев, так как существует риск недооценки полезности устройства, если пользователи не имеют достаточного опыта работы с ним.

4.5    Проблема обзора с помощью осязания

На практике одной из самых сложных проблем, связанных с осязанием. Является получение общего представления о месте действия (обзора). Посредством зрения это представление формируется практически мгновенно. Бывают ситуации, когда короткий осязательный контакт с объектом может предоставить информацию такого же качества, как и зрение, особенно, когда наблюдатель имеет предположения об оцениваемом объекте. Однако, в большинстве случаев идентификация объектов только с использованием осязания обычно представляет собой кропотливую и трудоемкую задачу. Зачастую полезно дополнить осязание звуковой или визуальной информацией. Например, это может быть устная или текстовая информация об объекте, или инструкция о том, как надо обследовать место действия.

4.6    Минимальное физическое воздействие: абсолютные пороги

Осязательное восприятие основано на работе (сигналах) многих видов рецепторов в коже, а также в мышцах, сухожилиях и суставах. Минимальное физическое воздействие, необходимое для

5

получения реакции рецептора и формирования нервного импульса, вызывающего ощущение у наблюдателя, называют абсолютным порогом. Воздействовать на кожу могут многие физические явления — от легкого прикосновения кисточкой до давления острием, ребром, углом или искривленной поверхностью. Они могут вызвать смещение, растяжение или вибрацию кожи и требуют разное количество энергии для того, чтобы их почувствовать. Обнаружено, что пространственная точность восприятия кожей составляет около 1 мм. В целом, осязание не настолько эффективно для различения объектов в пространстве, как зрение, но эффективнее, чем слух. Что же касается различения событий во времени, то осязание в этом случае эффективнее, чем зрение, но менее эффективно, чем слух.

Кожа — это обширный орган чувств. Различные области кожи отличаются по чувствительности. Кончики пальцев являются одними из наиболее чувствительных участков кожи и лучше всего подходят для исследования окружающей среды. Губы и рот также очень чувствительны. Эта особая чувствительность была использована в создании тактильного/осязательного устройства, которое размещают во рту. Менее чувствительные части тела, такие как живот и спина, также использовались в качестве мест для расположения тактильных/осязательных устройств, но пространственное разрешение в этих местах гораздо ниже, чем в руках и во рту.

Важно учитывать возраст потенциальных пользователей тактильных/осязательных устройств, так как с возрастом происходит значительное снижение осязательной чувствительности.

4.7    Минимальное различие, необходимое для восприятия

Минимальное различие силы двух воздействий, при котором наблюдатель воспринимает их как различные, называют дифференциальным порогом или «едва заметной разницей».

Пример 1 —Для обнаружения разницы в направлении действия двух сил она должна составлять не менее 33 °.

Пример 2 — При сравнении упругости объектов путем их сжимания, сила сопротивления одного из них должна быть примерно на 7% больше, чем другого.

4.8    Восприятие геометрических свойств объектов

Свойства объекта разделяют на геометрические свойства и свойства материала. Размер и форма представляют собой геометрические свойства, обычно используемые для идентификации объектов. В реальном мире для получения этой информации используют исследовательские процедуры охватывания и следования контура. Эти процедуры не всегда доступны при использовании существующих осязательных дисплеев. Восприятие формы с такими дисплеями возможно, но это менее эффективно и требует больше времени, чем в реальном мире. Одной из основных причин этого является то, что большинство тактильных/осязательных устройств обеспечивает единственную точку контакта.

4.9    Восприятие веса

Осязательное восприятие веса изучали еще в XIX веке. В таких исследованиях недавно появилось новое направление — рассмотрение того, как люди судят о весе на основании действий с объектом. Раздражителем в данном случае является противодействие крутящему моменту, воспринимаемое осязательной системой. Такие свойства, как длину стержня или форму объекта, можно оценить, манипулируя стержнем или объектом. Количество жидкости в непрозрачном контейнере можно осязательно оценить, только встряхнув контейнер.

4.10    Восприятие свойств материала

Поверхность предмета может иметь много свойств. Она может изменяться от твердой до мягкой, а также от гладкой до шероховатой. Последнее свойство называется текстурой и зависит от микроструктуры поверхности — равномерных или неравномерных отклонений от идеально гладкой поверхности. Это микроструктура, которую можно противопоставить макроструктуре, которая задает форму объекта. Мягкий/твердый и гладкий/шероховатый — два основных показателя объектов в ощущениях, воспринимаемых через осязание. Также существуют свойства «липкий/скользкий» в зависимости от степени сопротивления поверхности при движении по ней. Были попытки отразить тепловые свойства объекта, но они пока не очень успешны.

В реальном мире существуют сложные взаимодействия между осязанием, зрением и слухом при восприятии текстуры. Иногда они дополняют друг друга, иногда они противоречат друг другу, а иногда одно может преобладать над другими. Когда рассматривают мультисенсорное представление объектов необходимо принимать во внимание совместное действие всех трех аспектов.

Текстуру, как правило, воспринимают при перемещении пальцев по исследуемой поверхности. Но текстуру можно также воспринять другими способами, например, с помощью ручного инструмента при существовании жесткой связи между кожей и поверхностью. Этот метод может быть полезен в виртуальных средах для передачи текстуры.

В отличие от формы, о свойствах виртуальной поверхности сравнительно легко судить с помощью осязания в обоих мирах — реальном и виртуальном. В эксперименте, где зернистость как

6

Комментарии (0)
Войдите чтобы оставить комментарий

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Содержание