Оборудование для пользовательского интерфейса

Для построения интерфейса пользователя применяется не очень много типов устройств.

В управлении процессами обычно применяются полноэкранные терминалы, включающие монитор и клавиатуру, а также панели с выключателями, контрольными лампами и приборами. Сообщество пользователей фактически уже сделало выбор в пользу простых и практичных устройств, а не в пользу экзотических изображений.

Устройства, обычно используемые для обмена информацией между пользователем и ЭВМ, — это монитор и клавиатура. Распространение персональных компьютеров и постоянно растущие требования привели к заметному улучшению качества мониторов. Размер экрана характеризуется длиной его диагонали, выраженной в дюймах, поскольку отношение ширины к высоте всегда одинаково (4:3). Разрешающая способность монитора, измеряемая количеством точек изображения, пикселей, связана с размером экрана. Разрешающая способность должна обеспечивать хорошее качество представления текста и графики. Монитор не обязательно должен быть цветным. По техническим причинам качество и резкость изображения у монохромных мониторов лучше, чем у цветных, поэтому первые могут в ряде случаев оказаться дешевле и лучше.

Важным эргономическим показателем монитора является скорость регенерации экрана, т.е. частота, с которой электронный луч полностью обходит экран. Эта частота должна быть не менее 75 Гц, чтобы даже при наличии неблагоприятных факторов, связанных с размером экрана и освещением рабочего места, пользователь видел свободную от мерцания картинку.

Показатель, активно обсуждавшийся в последние годы, — это уровень излучения монитора. Определение не вполне корректно, поскольку монитор в действительности порождает электростатическое поле, электромагнитные волны и рентгеновские лучи. Современные мониторы имеют очень низкий уровень излучения.

Средства массовой информации периодически сообщают об исследованиях, касающихся заболеваний, вызываемых излучениями компьютерного монитора. Не вдаваясь в подробности, можно напомнить, что, хотя излучение от экрана телевизора намного сильнее, его опасность не обсуждается. Расстояние от наблюдателя до экрана определенно играет роль, однако никто пока не жаловался на излучение персональных компьютеров, используемых для блуждания по Интернету или для игр. Достаточно странно, но только мониторы на рабочем месте излучают слишком сильно.

Клавиатура— это самое распространенное устройство ввода. Буквенные и цифровые клавиши имеют везде одинаковое значение, исключая некоторые национальные особенности. В то же время определение управляющих клавиш не стандартизировано, а их положение меняется в зависимости от конструкции клавиатуры. При переходе на новую модель клавиатуры пользователь должен переучиваться заново, что приводит к трудностям и ошибкам в действиях на сенсомоторном уровне.

Обычные мониторы и клавиатуры сконструированы для применения в офисе и, следовательно, не годятся для производственных условий с высокой влажностью, запыленностью и вибрацией. Для работы на клавиатуре необходима определенная подвижность пальцев, которая ограничивается, если оператор работает в перчатках. Для применения в промышленных условиях мониторы и клавиатуры выпускаются в специальном прочном (промышленном) исполнении.

Хотя это и звучит старомодно, недорогим и практичным устройством ввода/вывода для наблюдения и управления медленным процессом является печатающее устройство или телетайп. Оно используется в тех случаях, когда обмен информацией идет медленно (1-2 события в минуту) и каждое сообщение является законченным, т.е. не связано с другой информацией, и пользователь не должен ждать слишком долго завершения печати, чтобы получить полную картину ситуации, преимущество печатающего устройства в том, что носитель информации (бумагу) можно хранить в архиве в качестве протокола без какой-либо обработки.

Панели (щиты) управлениябыли распространены в основном в 1950-70-е годы, когда устройства интерфейса процесса подключались каждое к своему индикатору и устройству управления, расположенным в едином центре. Панели управления имели индикаторы в виде ламп и стрелочных приборов для вывода информации и выключатели или цифровую клавиатуру в качестве устройств ввода. Панели управления можно использовать при весьма ограниченном количестве входных/выходных данных и жестко определенных командах. Если панели управления используются в основном как устройства отображения, их называют мозаичнымиили имитаторными панелями.

Мозаичные панели применяются в настоящее время для отображения процессов со значительной пространственной протяженностью, например железнодорожных путей или трубопроводов, поскольку во многих случаях рассматривать такую систему по частям на экране монитора неестественно. Мозаичные панели можно использовать для отображения общего состояния технической системы, а на монитор выводить детальную информацию об определенных ее частях. Например, в системе управления железнодорожным движением большой мозаичный щит перед глазами диспетчеров показывает протяженность дорог, положение поездов и состояние наиболее важных сигналов. По запросу на экран можно выводить более подробную информацию об определенных узлах, поездах и другом оборудовании.

Щиты управления оснащаются визуальными и звуковыми индикаторами аварийных состояний, которые обычно управляются ЭВМ. Они используются, чтобы немедленно привлечь внимание оператора, даже если он занят чем-то другим. Параметры звукового устройства (громкость, частота) должны регулироваться. Такие устройства должны обязательно иметь быструю и доступную команду сброса, чтобы излишне не раздражать оператора после того, как он принял аварийный сигнал.

Указательные устройства прямого действия — световые перья и сенсорные экраны — особой популярностью пока не пользуются. Перемещение руки от рабочего стола к экрану и обратно весьма утомительно, требует времени, а точность движения ограничена. Выбор определенной точки на экране пальцем или световым пером требует больше времени, чем с помощью непрямого управляющего устройства — мышиилитрэкбола. К тому же в первом случае имеется эффект «отпечатка пальца». Световое перо и сенсорный экран тем не менее полезны в случаях, когда применение полной клавиатуры неоправдано или невозможно, а диалог можно организовать в виде небольшого набора меню с ограниченным числом альтернатив. Но даже и здесь небольшая клавиатура легко заменяет сенсорный экран. Тем не менее сенсорные экраны весьма популярны в системах управления станками и в общедоступных информационных системах, например в банкоматах или справочных киосках. Для таких приложений характерно, что пользователь стоит, число операций ограничено, а само устройство подвержено риску случайного или преднамеренного повреждения, поэтому механическая прочность для таких терминалов является основным требованием.

Мыши, трэкболы и джойстики являются указательными устройствами непрямого действия для управления положением маркера или курсора на экране терминала. Выбранный объект или поле подсвечиваются, и в результате возникает немедленная визуальная обратная связь. Выбранный вариант подтверждается нажатием клавиши, например клавиши мыши. Точность позиционирования намного выше, чем у сенсорного экрана или светового пера. Следует отметить, что джойстик и мышь вначале были предназначены для детей. Позднее их удобство по достоинству оценили и взрослые.

Мышь, трэкбол и джойстик — это недорогие и простые устройства ввода, которые можно использовать для быстрого управления процессами с немедленной обратной связью: мышь и трэкбол — для указания объектов на экране, джойстик — для дистанционного управления механическим исполнительным устройством, например роботом-манипулятором. Все эти устройства сами по себе неточны, но допускают быструю коррекцию. Человек выступает в роли «корректирующей обратной связи» — либо на основе зрительной информации с экрана, либо наблюдая за положением исполнительного механизма. Очевидно, что джойстик не годится для управления химическим реактором, поскольку это устройство не обеспечивает должную точность, а медленная динамика химического процесса не требует использования быстродействующего устройства ввода. Для управления процессом этого типа больше подходит потенциометр или устройство цифрового ввода информации.

Производители ВТ вложили значительные средства в развитие систем распознавания речи. В последние десятилетия периодически казалось, что решение уже найдено, но каждый раз выяснялось, что это еще не совсем то. Доступные сегодня системы могут распознать слова, которые произносятся раздельно и соответствуют предварительно записанным образцам. До тех пор пока ЭВМ не сможет декодировать нормальную речь с различными интонациями и акцентами, особенно в неблагоприятных условиях производства с громкими посторонними шумами, использование интерфейсов с распознаванием речи будет, скорее всего, ограничено.

Синтез речи технически проще, чем распознавание, и на рынке предлагаются соответствующие продукты. Недостатком систем, использующих речевые синтезаторы, является то, что их сообщения произносятся внезапно, когда пользователь их не ожидает и, следовательно, может не обратить на них внимание. Синтезированный компьютером голос удивительно похож на человеческий, но все же в нем отсутствуют интонации, модуляции и ударения, которые являются важными составляющими человеческого голоса и сами по себе передают обширную информацию.

Приведенное в следующем вопросе описание предполагает, что интерфейс пользователя построен на основе монитора, который позволяет выделять определенную группу данных, клавиатуры с функциональными клавишами и устройства указания типа мыши или трэкбола. Это оборудование доступно, дешево и широко распространено. Многие из приведенных ниже рассуждений можно использовать и при проектировании специальных терминалов и панелей управления.