Особенности и возможности систем управления бесконтактным интерфейсом

Аннотация: В статье рассматриваются возможности бесконтактных систем и интерфейсов. Приведены главные принципы работы с этими технологиями. Рассмотрена возможность применения подобных систем для упрощения взаимодействия пользователей с ограничениями возможностей здоровья с компьютерным интерфейсом. Приведены особенности и преимущества использования естественных интерфейсов и систем, основанных на жестовом управлении.

Ключевые слова: человеко-машинное взаимодействие, программное приложение, компьютерный интерфейс, прототип программы, захват движения, технологии бесконтактного взаимодействия, пользователи с ограниченными возможностями здоровья.

Современные научные работы, посвященные исследованию человеко-машинного взаимодействия, направлены, в основном, на создание вычислительных машин, оборудованных большим количеством различных датчиков и сенсоров, а также на изучение средств межчеловеческой коммуникации, таких как речь и сопровождающие жесты. Разрабатываемые интерфейсы ориентированы исключительно на опытных пользователей, однако почти не затрагиваются вопросы человеко-машинной коммуникации для лиц с ограниченными возможностями (инвалидов). Так глухонемые люди не могут использовать речевые интерфейсы, а люди с проблемами мелкой моторики не способны работать с клавиатурой или жестовыми интерфейсами. Главной целью является разработка универсального бесконтактного интерфейса, пригодного для всех категорий пользователей, и реализация этого интерфейса, демонстрирующего возможности многомодальной человеко-машинной коммуникации. Такой интерфейс будет включать различные естественные для человека способы передачи и восприятия информации: речь, жесты, движения головой и телом, чтение по губам, а также комбинации этих бесконтактных модальностей. Многомодальный интерфейс сможет обрабатывать входную информацию и выводить информацию в той форме, которая доступна конкретному пользователю [1].

Естественный интерфейс подразумевает то, что основным путем взаимодействия человека с компьютером являются прикосновения, жесты, речь, а также другие виды поведения, которые практикуются в течение многих лет, и/или которые являются врожденными. Прежде всего, понятие естественного интерфейса относится к процессу взаимодействия пользователя с системой – насколько оно комфортно и понятно. Управление должно быть одинаково простым, интуитивным, как для опытного пользователя системы, так и для новичка [2].

Пользователи предпочитают избавляться от барьеров, который воздвигают традиционные интерфейсы между ними и техникой, — гораздо удобнее управлять устройствами без посредников, а жестикуляция – вполне естественный способ общения. Интерфейсы на жестикуляционном управлении предлагают привычными движениями, например, имитируя перелистывание страницы, реализовать то же самое действие на экране. Нажатие на клавиши не относится к естественным способам общения для человека, поэтому основное преимущество жестикуляционного управления в том, что оно позволяет быстрее и проще отдавать команды устройствам. Помимо этого, подобные интерфейсы позволяют избавить экранное пространство от кнопок и клавиш и других наглядных элементов управления [3]. Кроме того, жестикуляция даёт возможность сосредоточиться на экране, а не на компьютерной мыши, клавиатуре или пульте дистанционного управления.

Для реализации необходимо разработать интерфейс для работы с компьютером при помощи жестов, предварительно задаваемых пользователем. Подобный интерфейс предназначен, в основном, для помощи следующим категориям пользователей:

• людям с проблемами мелкой моторики;
• слабослышащим или глухонемым людям.

Жестикуляционные интерфейсы могут упростить инвалидам взаимодействие с электроникой. Помимо этого, существует ещё несколько областей, где возможно их потенциальное применение. Одна из них - автомобили. С помощью телодвижений можно управлять развлекательной системой, очистителями стекол, фарами и другим оборудованием, не отрывая глаз от дороги. «Ford Motor» уже выпускает автомобили, у которых автоматически открывается багажник, если под ним провести ногой [1].

Жестикуляционные интерфейсы также позволят врачам и медсестрам управлять компьютерами и другими устройствами, не дотрагиваясь до них, — это очень ценная возможность в ситуациях, когда медикам нужны чистые руки, а также в случаях, когда оборудование находится вне прямой досягаемости.

Пользователь жестовой системы управления должен в первую очередь догадаться о следующем:

• что система можно управлять с помощью жестов;
• какой набор жестов поддерживает эта система.

Эту информацию пользователь должен узнать при работе с самой системой, а не из руководства к пользованию или другой документации. В целом, довольно трудно ответить на вопрос, как достигнуть «affordance» (пер. с англ. – воспринимаемая доступность) управления жестов. Термин «Affordance» означает это качество системы или продукта, которое предложил Джеймс Гибсон, основатель направления в психологии, рассматривающего восприятие как процесс, не предполагающий умозаключений, промежуточных переменных. В данной ситуации, обратную связь целесообразно дополнить подсказками-предсказаниями - в процессе распознания показать, какие жесты доступны на данном этапе. Помимо конечной цели, пользователь сможет узнать, какие ещё возможности поддерживает система. Также в случае, если у некоторых жестов траектория одинаково начинается, то это может стать полезным для пользователя дополнением [4].

Управление интерфейсом должно быть интуитивным и простым, он должен легко настраиваться и работать. В том числе, нужно помнить, что пользователи не должны знать, как устроена система, и как она работает, поэтому ошибочное распознавание и неверное использование необходимо выявлять в идеале на стадии тестирования и игнорировать его. В случае если система неверно распознала жест, то необходимо предусмотреть простой механизм отмены действия и возможность отметить, что жест распознан неправильно [3]. Чтобы персонифицировать набор жестов, необходим интерфейс, который предполагает определение персональных жестов.

Понятие доступности требует «равных прав для людей в получении доступа к информации, независимо от физических и когнитивных затруднений, которые они могут испытывать в связи с временными или хроническими нарушениями и болезнями». Управление жестами должно быть доступно для пользователей с разными физическими или техническими ограничениями. Также в идеале при управлении в жестовых системах не должны накладываться ограничения на окружающую среду, в которой они используются. Фактически, система должна быть работоспособна в любое время, при любом освещении и при любом пространственном положении. На сегодняшний день распознавание жестов в таких интерфейсах базируется преимущественно на получении данных с одной или нескольких камер, поэтому это накладывает ограничения на среду, в которой они используются. Помимо этого, калибровка камеры может оказаться достаточно сложной задачей для среднестатистического пользователя [4].

В целом, список жестов для управления компьютером должен представлять собой какой-то базовый набор жестов, и при этом некоторые из них могут быть уникальными в рамках всей системы (например, жест отмены), а некоторые – не уникальны, так как один и тот же жест в зависимости от контекста может использоваться по-разному [3]. Однако при этом у системы должна быть возможность адаптации – персонализации под каждого конкретного пользователя, а также под условия использования интерфейса.

Таким образом, создание и внедрение естественных человеко-машинных интерфейсов, основанных на автоматическом распознавании речи и жестов предлагает пользователям-инвалидам новый способ персонифицированного бесконтактного взаимодействия с компьютером полностью без использования стандартных устройств ввода, таких как клавиатура и компьютерная мышь, которые не всем людям с ограниченными возможностями подходят для управления интерфейсом ПК.