Введение к работе
Актуальность работы. Сегодня проблема коммуникации людей с ограниченными возможностями зрения посредством персональных компьютеров и мобильных устройств без сенсорного экрана имеет несколько эффективных способов решения. В их основе лежит принцип набора текста на аппаратной клавиатуре, которая за счет кинестетических и тактильных ощущений может использоваться вслепую. Однако некоторое время назад наметился устойчивый тренд перехода производителей к разработке моделей устройств без аппаратных клавиш управления, что грозит обернуться серьезными проблемами для слепых и слабовидящих людей.
Наиболее популярными операционными системами мобильных устройств с сенсорным экраном класса смартфонов, коммуникаторов и планшетов являются Android и iOS. Обе системы имеют встроенную поддержку универсального доступа - набора функций, который позволяет людям с различными нарушениями здоровья пользоваться устройством. Одной из слабых сторон обеих операционных систем является наличие неэффективного способа набора текста для незрячих пользователей. Таким образом, актуальной проблемой является создание нового способа ввода текста для людей с ограниченными возможностями зрения.
Процесс разработки нового и доработки существующего способа ввода алфавитно-цифровой информации завершается длительным и дорогостоящим юзабилити-тестированием. Выявление недоработок на данном этапе влечет за собой значительные финансовые и временные затраты, поскольку весь процесс приходится повторять заново. Для того чтобы этого избежать, необходимо уже на этапе проектирования иметь под рукой инструмент, который позволит оценить эффективность тех или иных изменений. Применение квалитативных методов, равно как и привлечение экспертов, не позволяет достичь желаемого, поскольку на скорость набора влияет слишком большое количество параметров.
Степень разработанности проблемы. Исследования в области
теоретической оценки эффективности человеко-компьютерного
взаимодействия в задаче ввода текста уже проводились ранее. Наиболее известными являются работы таких зарубежных ученых как СИ. Маккензи, Ш. Жай, Д.А. Норман, С.К. Кард, Т.П. Моран, А. Ньювел, СП. Левин, П. Исокоски. Стоит отметить работы наших бывших соотечественников - Т.Г. Еврейновой и Г.Е. Еврейнова - посвященные разработке способов ввода текста
для людей с сенсорными отклонениями. Отечественные работы касаются вопроса проектирования новых способов ввода текста (изобретения А.В. Афанасьева, А.Г. Прохорова, Д.Л. Ракова), однако работ, посвященных моделированию процесса набора текста, в российской научной литературе не представлено. Наиболее совершенные модели, предложенные Р.В. Сукореффом, СИ. Маккензи, Х.Х. Коэстер, СП. Левиным, А. Павловичем, В. Стюэрзлингером, М.Д. Данлопом и А. Кроссаном, обладают рядом существенных недостатков, одним из которых является узкая направленность. Существующие методы моделирования не учитывают ряд важнейших особенностей человеко-компьютерного взаимодействия, например, вероятность ошибок ввода, различия в словарном запасе пользователей, а так же их ограниченные возможности, вызванные болезнью или условиями взаимодействия.
Можно заключить, что актуальной задачей является разработка методики построения моделей процесса ввода алфавитно-цифровой информации в технические устройства и его использование для создания эффективного способа набора текста для людей с ограниченными возможностями зрения.
Объектом исследования диссертационной работы являются способы ввода алфавитно-цифровой информации в технические устройства с сенсорным экраном.
Предметом исследования являются алгоритмы, методы и программные средства моделирования человеко-компьютерного взаимодействия в задаче ввода текста в портативные ЭВМ.
Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с п. 6. «Разработка методов, языков и моделей человеко-машинного общения; разработка методов и моделей распознавания, понимания и синтеза речи, принципов и методов извлечения данных из текстов на естественном языке», п. 8. «Исследование и когнитивное моделирование интеллекта, включая моделирование поведения, моделирование рассуждений различных типов, моделирование образного мышления» и п. 14. «Разработка теоретических основ создания программных систем для новых информационных технологий» Паспорта специальностей ВАК РФ (технические науки) по специальности 05.13.17 - «Теоретические основы информатики».
Целью работы является исследование процессов человеко-компьютерного взаимодействия, разработка моделей способов ввода алфавитно-цифровой информации и создание на их основе программных средств для устройств с сенсорным экраном.
В работе поставлены и решены следующие научные задачи диссертационного исследования:
-
Определить критерий эффективности взаимодействия системы «человек-компьютер» в задаче ввода алфавитно-цифровой информации.
-
Разработать методику моделирования для оценки эффективности набора текста посредством различных способов сенсорного ввода с учетом возможности их использования людьми с нарушением зрения.
-
Осуществить верификацию предложенной методики моделирования.
-
Провести оценку временной и пространственной сложности алгоритмов на основе разработанных моделей.
-
Разработать программно реализуемый способ ввода текста в мобильные устройства с сенсорным экраном для людей с ограниченными возможностями зрения.
Методы исследования. При решении задач были использованы основные положения теории множеств, теории вероятностей и теории автоматов, а так же методы компьютерной лингвистики, системного анализа, имитационного моделирования, эргономики и инженерной психологии; при разработке программной реализации - методы объектно-ориентированного моделирования и программирования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:
-
Разработана методика моделирования процесса ввода текста в технические устройства здоровыми людьми, а так же людьми с ограниченными возможностями зрения.
-
Разработан метод повышения точности оценки продолжительности цикла ввода при использовании вспомогательных систем на основе применения двух лингвистических корпусов.
-
Разработан метод оценки эффективности взаимодействия в задаче ввода текстовой информации на основе вероятностного подхода.
Практическая значимость. Предложенная методика моделирования может быть использована на самых ранних этапах проектирования способа ввода, за счет чего возможно существенное сокращение финансовых и временных затрат на его разработку. Кроме того, предложенная методика может использоваться в качестве инструмента для проведения различного рода теоретических исследований человеко-компьютерного взаимодействия. Диссертационная работа обладает важным социальным результатом, поскольку разработанный способ набора текста является эффективным способом ввода
для людей с ограниченными возможностями зрения, что было доказано в ходе серии экспериментов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика моделирования процесса ввода текста в технические устройства здоровыми людьми, а так же людьми с ограниченными возможностями зрения.
-
Метод повышения точности оценки продолжительности цикла ввода при использовании вспомогательных систем на основе применения двух лингвистических корпусов.
-
Метод оценки эффективности взаимодействия в задаче ввода текстовой информации на основе вероятностного подхода.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием базовых методов исследования и математического аппарата. Достоверность результатов работы подтверждается сериями натурных экспериментов и сравнением данных, полученных в ходе экспериментов, с данными, полученными ранее по рассматриваемой тематике.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» и в настоящее время используются при подготовке магистрантов по магистерским программам: 220200.68-20 «Человеко-машинные системы управления» и 230100.68-01 «Теоретическая информатика». Материалы диссертационной работы использованы в качестве методологической основы при разработке общеуниверситетских курсов лекций и практических занятий по дисциплинам «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации» и специальной дисциплине «Интеллектуальные системы обработки информации».
Определена целесообразность применения разработанной методики при создании прикладного программного обеспечения информационных систем в научно-практических разработках малого инновационного предприятия ООО «Компьютерные системы и технологии» (г. Москва).
Результаты работы подтверждены актами внедрения, имеющимися в приложении к диссертации.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: XI международной конференции «ПРОТЭК'08» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2008); II всероссийской студенческой научно-технической конференции «Прикладная информатика и математическое моделирование» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГУП им. Ивана Федорова, 2008); Объединенной
международной конференции User Experience Russia — UP A Europe 2009 (r. Москва, Международный Выставочный центр «Инфопространство», 2009); 5-ом международном форуме «MedSoft-2009» (г. Москва, Центральный дом предпринимателя, 2009); III всероссийской студенческой научно-технической конференции «Прикладная информатика и математическое моделирование» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГУП им. Ивана Федорова, 2009); Межвузовской научной конференции молодых ученых и студентов «Инновации в экономике» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2010); Общероссийской конференции «РИФ+КИБ 2010» (Московская область, пансионат «Лесные дали», 2010); IV всероссийской студенческой научно-технической конференции «Прикладная информатика и математическое моделирование» (г. Москва, ФГБОУ ВПО МГУП им. Ивана Федорова, 2010).
В 2011 году работа «Разработка слепого метода ввода текста для мобильных устройств с сенсорным экраном» была признана победителем Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в рамках Всероссийского фестиваля науки, проходившего в ФГБОУ ВПО «МГУДТ».
Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на изобретение № 2011132616/08 (048102) «Способ ввода данных с использованием сенсорной поверхности, например, сенсорной панели или сенсорного экрана» (дата приоритета от 04.08.2011) и получено решение о выдаче патента на изобретение от 30.08.2012.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, списка литературы и трех приложений. Список литературы включает 156 источников.
