Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Задачи и методы исследования групповой деятельности операторов информационных систем 12
1.1. Проблемы изучения групповой деятельности 13
1.1.1. Инженерно-психологические знания и синтез биотехнических систем для групповых экспериментов 13
1.1.2. Основные характеристики малых групп 14
1.1.3. Методы изучения поведения и характеристик малых групп 18
1.1.4. Гомеостатические методики исследования групповой работы 22
1.1.5. Методики гомеостатического типа и принципы уравновешивания - 27
1.2. Психологические проблемы совместимости членов групп 30
1.3. Оценка индивидуальных характеристик зрительного воспри ятия и обработки информации - 32
1.4. Постановка цели и задачи исследования 36
Глава 2. Принципы построения биотехнической измерительно вычислительной системы группового эксперимента - 39
2.1. Математическая модель группового эксперимента 40
2.2. Тестовые задания и тестовые реакции в групповом эксперименте 46
2.3. Принципы построения БТС для исследования индивидуальных характеристик операторов 50
2.4. Информационные модели группового эксперимента 53
2.4.1. Информационно-структурная модель исследования зритель ного восприятия 54
2.4.2. Информационно-структурная модель исследования показа телей обработки зрительной информации 58
2.5. Биотехническая система для исследования характеристик опе раторов в групповом эксперименте 61
Выводы 66
Глава 3. Тестовые изображения и методы для изучения характери стик операторов в групповом эксперименте 69
3.1. Характеристики восприятия и обработки информации и операторская деятельность 70
3.2. Классификация тестовых изображений 73
3.3. Тестовые изображения для оценки характеристик восприятия изображения в групповом эксперименте 75
3.4. Тестовые изображения для оценки характеристик внимания, памяти и мышления 83
3.5. Методы и алгоритмы исследования индивидуальных характеристик операторов 91
3.6. Погрешность оценки индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации операторов 95
Выводы 102
Глава 4. Автоматизированная система оценки особенностей восприятия и обработки информации операторами зрительного профиля 104
4.1. Структура БТС-ГР 105
4.2. Программное обеспечение БТС-ГР 114
4.3. Методика проведения исследований 121
4.3.1. Исследование сосредоточенности зрительного внимания 122
4.3.2. Исследование порогов цветового зрения 123
4.3.3. Методика исследования ЧКЧ зрения 125
4.4. Результаты экспериментальных исследований 129
Заключение 135
Основные результаты работы 135
Список литературы 137
- Психологические проблемы совместимости членов групп
- Тестовые задания и тестовые реакции в групповом эксперименте
- Классификация тестовых изображений
- Программное обеспечение БТС-ГР
Введение к работе
Успехи в развитии вычислительной техники, систем отображения информации коллективного пользования, появление интегрированных систем и сетей стали причиной бурного развития в последнее десятилетие сложных информационно-управляющих систем, основанных на совместной деятельности группы операторов. В таких системах каждый оператор группы, взаимодействуя с другими членами коллектива, решает поставленные перед ним конкретные задачи, и деятельность всего коллектива направлена на достижение определенной целевой функции. В этой связи эффективность работы информационно-управляющей системы будет определяться не только профессиональными качествами каждого оператора, но и их умением работать совместно в группе, и проблема комплектования групп становится одной из актуальных проблем разработки биотехнических систем групповой деятельности (БТС-ГД).
Оптимизация состава группы операторов в целях обеспечения высокой эффективности функционирования БТС-ГД предполагает исследование индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации операторов, изучение возможности оптимально взаимодействовать между собой, определение обобщенных показателей деятельности всего коллектива. Под оптимальным взаимодействием операторов обычно понимают такую их деятельность, при которой характеристики восприятия, обработки и принятия решений операторов будут сопоставимы. Это позволит избежать появления слабых звеньев в системе и обеспечить равномерность передачи потоков информации в контурах управления, что, несомненно, отразится и на надежности работы всей системы.
К сожалению, проблема совместной деятельности операторов с сложных информационно-управляющих системах изучалась недостаточно, что обусловлено целым рядом причин. Основной причиной является необходимость исследования психофизиологических, психофизических и психологических характе-
ристик одновременно у группы операторов, что представляет собой достаточно сложную медико-биологическую задачу. Среди причин следует выделить также отсутствие технологии исследования индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации операторов в групповом эксперименте и технических средств для его реализации, технологии исследования взаимодействия операторов в процессе совместной деятельности. В тоже время проблема оптимального комплектования БТС-ГД остается актуальной, от ее решения во многом зависит дальнейшее развитие подобных эргатических систем. Это явилось причиной проведения исследований в рамках данной диссертационной работы.
Цель работы является разработка методик и технических средств оценки индивидуальных и обобщенных характеристик восприятия и обработки информации группы операторов для выявления целесообразности их включения в совместную работу в единой системе управления.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
разработка математических моделей группового эксперимента по исследованию восприятия и обработки информации операторов сложных информационных систем;
разработка принципов построения биотехнических систем для одновременного исследования индивидуальных характеристик операторов;
разработка информационно-структурных моделей процессов восприятия и обработки зрительной информации;
выбор алфавита тестовых изображений и разработка методов исследования индивидуальных характеристик операторов в групповом эксперименте;
исследование структуры погрешностей оценки характеристик восприятия и обработки зрительной информации;
- разработка структурной схемы биотехнической измерительно-вычис
лительной системы для исследования характеристик операторов;
- экспериментальные исследования разработанных методов и биотехнической системы.
Объектом исследования являются биотехническая измерительно-вычислительная система и методики исследования индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации операторов в групповом эксперименте.
Предметом исследования является информационно-методическое и инструментальное обеспечение БТИВС.
Методы исследования. Теоретические и практические разделы диссертации разработаны с применением теории синтеза биотехнических систем, теории функционального анализа, метрологии, методов электронного синтеза изображений, математического анализа и статистики, обработки медико-биологической информации.
Экспериментальные исследования проводились в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" и базировались на применении разработанной системы для оценки индивидуальных психофизических и психологических характеристик операторов в групповом эксперименте.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель группового эксперимента, информационно-
структурные модели процессов исследования и обобщенная структура БТС ГД,
позволяющие исследовать структуру взаимодействия операторов, этапы ин
формационных преобразований, реализуемых при проведении исследований, и
разработать конкретные структуры биотехнической системы.
Методы одновременной оценки индивидуальных характеристик восприятия и обработки зрительной информации группы операторов, основанные на использовании тестовых воздействий с заданными цветовыми и пространственными параметрами, тестовых заданий обнаружение, различение и идентификация и тестовых реакций фиксация и позиционирование.
Структуры тестовых изображений, позволяющие оценить одновременно у группы операторов характеристики восприятия и обработки зрительной ин-
формации путем предъявления тестовых изображений и регистрации индивидуальных реакций в условиях группового эксперимента.
Научная новизна работы заключается в разработке компонентов информационного и методического обеспечений биотехнической системы, позволяющей исследовать одновременно у группы операторов индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации. При решении задач диссертации получены следующие научные результаты:
математическая модель группового эксперимента, раскрывающая структуру тестовых реакций операторов на тестовое воздействие и позволяющую оценить индивидуальные и обобщенные показатели совместной деятельности операторов;
принципы построения биотехнических систем для одновременной оценки индивидуальных характеристик операторов и обобщенных характеристик группы;
информационно-структурные модели процессов исследования восприятия и обработки зрительной информации, раскрывающие этапы преобразования информации, реализуемые при проведении исследований;
алфавит тестовых изображений для оценки характеристик зрения, внимания, мышления и памяти операторов и методы исследования индивидуальных характеристик восприятия и обработки зрительной информации группы операторов;
структуры погрешностей оценки характеристик восприятия и обработки зрительной информации и биотехнической измерительно-вычислительной системы для исследования характеристик операторов.
Достоверность научных результатов обеспечивается корректным использованием методов математического анализа и статистики, функционального анализа при решении задач диссертации, результатами экспериментальных исследований, полученных с помощью разработанной БТС-ГД, согласующихся с известными результатами.
Практические значение имеют следующие результаты диссертации:
аналитические соотношения для синтеза зрительных тестов и оценки характеристик зрения операторов по параметрам изображения;
аналитические соотношения для синтеза психодиагностических тестов и оценки характеристик внимания, мышления и памяти по параметрам тестов;
алгоритмы, программные средства и биотехническая система для исследования индивидуальных характеристик восприятия и обработки информации операторов;
результаты экспериментальных исследований.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VII международной конференции "Современные технологии обучения" (Санкт-Петербург, 2001 г.), международной конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании", (Тверь, 2002), втором международном конгрессе "Новые медицинские технологии" (Санкт-Петербург, 2001 г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы (Биомедсистемы - 2000)" (Рязань, 2000 г.) и ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ГЭТУ (Санкт-Петербург, 1999-2001 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы тезисы по 4 докладам на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах.
В первой главе диссертации проведен обзор методов и средств исследования групповой деятельности операторов информационных систем и сформулированы принципы изучения групповой деятельности. Приведен анализ современного состояния разработок комплексов для групповых исследований и выявлены технические проблемы, требующие решений. На основе проведенного обзора сформулированы цель и задачи диссертационной работы.
Во второй главе рассмотрена структура взаимодействия операторов в процессе совместной деятельности. Предложена математическая модель группового эксперимента с использованием тестовых воздействий, позволяющая оценить результат как индивидуальной деятельности операторов с учетом их собственных ресурсов и влиянием деятельности остальных членов группы, так и интегральный показатель совместной деятельности всей группы с учетом веса вклада каждого члена коллектива. Для обеспечения объективности и достоверности проведения таких исследований сформулирована система требований, выполнение которых необходимо на этапах синтеза тестовых воздействий и управления его параметрами, одновременного тестирования группы операторов и регистрации их ответных реакций при выполнении тестовых заданий, обработки результатов исследований. Эти требования названы принципами построения БТИВС-ГД. Рассмотрены основные этапы предложены информационно-структурные модели, описывающие преобразования информации в БТС при оценке характеристик зрительного восприятия и обработки зрительной информации. На основе этих моделей разработана обобщенная структурная схема БТС ГД.
Третья глава диссертации посвящена уточнению состава характеристик зрительного восприятия и обработки информации, значимых для деятельности операторов сложных информационно-управляющих систем. Для их оценки в качестве тестовых воздействий предложено использовать тестовые изображения. Проведена систематизация тестовых изображений в зависимости от задач, которые решаются с их использованием. Предложены соотношения для оценки интегральных показателей внимания, мышления и памяти с учетом заданной структуры тестов, правильности и скорости выполнения тестовых заданий операторами. Предложены обобщенные методы и алгоритмы оценки характеристик зрения и обработки информации операторов в групповом эксперименте. Показано, что для оценки характеристик зрения операторов этап многократного предъявления тестовых воздействий должен следовать после функционального
изменения параметров тестовых воздействий. Затем при оценке интегральных показателей внимания, мышления и памяти операторов в групповом эксперименте для определения частоты правильных ответов этап многократного предъявления должен следовать до изменения параметров тестового воздействия. Анализ структуры погрешностей позволил выделить наиболее значимые источники.
В четвертой главе диссертации в соответствии с разработанными моделями группового эксперимента предложены структуры автоматизированной системы и разработаны ее элементы, программного комплекса и методики оценки характеристик зрения и психодиагностических показателей. Обсуждены результаты экспериментальных исследований, полученных с помощью разработанного комплекса.
Психологические проблемы совместимости членов групп
Проблемы межличностного взаимодействия всегда привлекали внимание исследователей, и в этой области получены значительные результаты [28, 66, 86]. Однако при формировании малых групп эта проблему нельзя считать решенной, так как в каждом конкретном случае ее приходится решать практически заново. Со временем у людей изменяются мотивации к взаимодействию, появляется новая более сложная техника, управлять которой можно только коллективно, изменяются методики, приемы работы, общий уровень подготовки. Все это влияет на качество взаимодействия людей, особенно в процессе профессиональной работы. Поэтому при отборе членов для одной малой группы решающее значение имеют многочисленные факторы, среди которых можно выделить психофизические характеристики некоторых функциональных систем, психические особенности личности, психофизиологические качества, профессиональные и т.п. [18, 53, 91] По каждому из этих качеств приходится проводить работу на совместимость, изучать и сопоставлять разноплановые качества у разных кандидатов на участие в группе.В обычных условиях на взаимоотношениях ежду людьми положительно сказываются такие социально-психологические качества как знание специальности, либерализм, вежливость, дисциплинированность, самокритичность, честность, отзывчивость, сила воли и высокий интеллект [28]. К наиболее действенным критериям следует отнести темперамент, художественный или мыслительный типы высшей нервной деятельности (ВНД) и импульсивность, т.е., по сути дела, биологически обусловленные качества [53]. Так холерики оказываются несовместимыми с меланхоликами, а сангвиники - с флегматиками; лица художественного типа ВНД несовместимы с лицами мыслительного типа. По фактору импульсивности несовместимы лица, значительно различающиеся по данному показателю. Критериями совместимости в данном исследовании выступают только эмоциональные отношения, т.е. отношения взаимной симпатии-антипатии [86]. В условиях профессиональной работы многие исключающие друг друга в обычных условиях факторы должны учитываться иначе, так как такая работа требует других оценок, других критериев, взаимного согласования достоинств и коррекции недостатков.
Давно отмечено, что в процессе совместной работы межличностные отношения изменяются. Вначале оно носит диффузный, ненаправленный характер, далее, в связи с обострением потребности в общей сплоченности (призванной снизить монотонию), конфликты и разногласия увеличиваются. В целом, по мере продолжения взаимодействия, социально-психологические отношения между людьми теряют ближайшую перспективу развития, эмоционально-положительную основу и приобретают характер чисто ролевых, формально-деловых связей.
Одни авторы наблюдали четкую тенденцию к "нормализации" отношений в коллективах, а другие отмечали, что к концу работы конфликты проявляются наиболее часто; при этом они начинают носить пульсирующий характер [32]. Выявлены и причины, вызывающие напряженность в межличностных взаимоотношениях и конфликты. Среди них как объективные, определяемые внешними условиями (отсутствие стабильных коллективов, длительность работы, же сткая регламентация жизни, ограниченность возможностей для удовлетворения индивидуальных потребностей, невозможность завершить работу в любое время, вследствие чего отрицательные эмоции разряжаются исключительно внутри коллектива), так и субъективные, зависящие от внутренних условий (особенности стиля руководства, психологическая несовместимость, плохая организация досуга, отчуждение информации о близких) [82, 93].
При установлении закономерностей в функционировании группы как малой автономной системы внимание исследователей сосредотачивается на разработке параметров оценки психологического климата [2] и в основном на выделении определенных стадий групповой интеграции в зависимости от периодов работы. Так, по данным [45] коллектив в своем становлении проходит такие стадии как: первичная межперсональная адаптация, внутригрупповая трансформация, окончательная психологическая стабилизация. При этом наибольший индекс групповой сплоченности наблюдается в третьей стадии. Время, необходимое для формирования сплоченного коллектива, варьировалось от 0,5 до 2 лет. Сообщается также о фактах, когда имел место переход коллектива с третьей стадии на вторую и наоборот. Анализ процесса руководства и лидерства показал, что отношения по "вертикали" и внутри группы в значительной мере определяют специфические социально-психологические последствия в развитии и функционировании такого коллектива [29]. Относительно особенностей стиля руководства в экипажах литературные данные противоречивы. В целом же руководители групп (при сравнении их с другими членами команды) оказывались в более депрессивном, тревожном состоянии с высокой нейротич-ностью.
При формировании коллективов малых групп большое значение придается предварительной оценке индивидуальных характеристик каждого кандидата в такую группу. Причины такого отношения к индивидуальным параметрам вы сказаны в предыдущих подразделах. При этом обращается внимание на черты личности претендента (темперамент, характер, способности, индивидуальный стиль, самооценка), отдельные психические функции (ощущения, восприятие, внимание, память, мышление), умственное развитие и когнитивный стиль, эмоциональные предпочтения и т.п. С другой стороны не менее важными следует считать и психофизические характеристики (например, зрительного или слухового анализаторов), психомоторные показатели, психофизиологические корреляты с напряженностью работы, эмоциональным климатом в коллективе, мотивацией [16, 17, 23, 31,80, 87, 90, 108, ПО].
Практически для изучения каждой из перечисленных выше характеристик оператора известны методы, и разработаны средства, позволяющие с той или иной достоверностью дать оценки этих качеств. Здесь нашли применение два основных подхода - клинико-психологический и экспериментально-психологический методы. В психологии такое деление рассматривается как традиционное, отражающее различные способы получения и принципы интерпретации психодиагностической информации.
В арсенале методов исследования можно найти такие приемы как беседа и интервью, наблюдение и изучение результатов деятельности, которые более приемлемы для клинико-психологических методик. В то же время в практике проведения исследований нашли применении качественные и количественные методы исследования интеллекта и психического состояния, проективные и психосемантические методики, которые в большей степени проявляются в группе экспериментально-психологических методов.
Задачи, которые решаются в данной работе, более всего соответствуют второй группе методов, при этом характерным приемом для нее является создание некой искусственной информационной среды, которая позволяет создать условия для работы и выявить те или иные особенности психической деятельности. Основным инструментом исследования является тестовое задание, сконструированное так, чтобы в процессе его решения выявлялись интересующие
Тестовые задания и тестовые реакции в групповом эксперименте
Как было отмечено ранее, тестовое изображение может выполнять различные роли зрительного, психодиагностического и обучающего тестов. Для получения реакции на тестовое воздействие испытуемому (оператору) необходимо выполнить определенное тестовое задание. Это задание оператор (или группа) выполняет, руководствуясь некоторым принципом, в соответствии с которым он принимает управляющие решения. Реализация этих решений также может осуществляться по разному.
Учитывая важность понятий, о которых было сказано выше, дадим им определения, позволяющие однозначно трактовать их в дальнейшем.
Тестовое задание. Так как в качестве тестового воздействия предлагается использовать визуальные изображения, то под тестовым заданием следует понимать несколько возможных вариантов:- приведение содержания предъявляемого в начале эксперимента изображения к заранее определенному виду, при этом действия оператора по управлению содержания должны быть связаны с исследуемыми психофизическими, психофизиологическими и психоэмоциональными характеристиками личности человека;- выделение из исходного изображения отдельных фрагментов по некоторым заранее определенным характеристикам;- изменение заданного параметра тестового изображения и оценка степени его совпадения с заранее оговоренным эталоном.Очевидно, что возможны и другие варианты тестовых заданий.
Руководящий принцип. Выполнить тестовое задание можно, руководствуясь несколькими принципами - подходами к решению. Тот подход, который рекомендуется следовать испытуемому при выполнении тестового задания, определяется как руководящий.
Тестовая реакция. Для выполнения тестового задания оператор должен ввести управляющие команды в схемы управления содержанием тестового изображения. Для большинства заданий способы ввода должны быть упрощены, чтобы исключить сложные действия оператора, требующие специальной подготовки. Способ введения команд от оператора в схему формирования изображения и определяет тестовую реакцию оператора.
Ниже будут приведены примеры руководящих принципов и тестовые реакции для различных тестовых заданий, приспособленных к исследованию индивидуальных характеристик одновременно для нескольких операторов, включенных в групповой эксперимент.
В тестовых системах для оценки характеристик зрительной системы может быть использовано большое многообразие тестовых заданий и тестовых реакций [75, 77]. Однако только ограниченная часть из них может быть использована для оценки характеристик восприятия и обработки зрительной информации в групповом эксперименте. Сформулируем требования, которым должны удовлетворять тестовые задания и реакции в групповом эксперименте и выделим пригодные для этих целей средства.
Для оценки характеристик зрения используются следующие виды тестовых заданий: - обнаружение тест-объекта с заданными характеристиками на однородном фоне с заданными характеристиками; - различение тест-объекта с заданными свойствами на фоне других; - идентификация (указание) тест-объекта с заранее заданными характеристиками; - согласование характеристик тест-объекта с характеристиками эталонного объекта или фона; - отслеживание изменения характеристик эталонных объектов с помощью тест-объекта; - разделение совокупности тест-объектов на группы с заданными свойствами; - перестановка совокупности тест-объектов в соответствии с заданными свойствами; - воспроизведение (синтез) тест-объектов аналогичных эталонным. Для исследований зрительных функций используют: - объективные методы регистрации ответной реакции, основанные на изучении электрофизиологических сигналов, обусловленных процессом зри тельного восприятия информации (электроокулограмма, электроретинограмма, электронистагмограмма, потенциалы действия проводящих путей и зрительных центров подкорки и коры больших полушарий, вызванные зрительные потенциалы); - субъективные методы, основанные на изучении структуры психомотор ной реакции испытуемого при выполнении им тестового задания. При проведении офтальмо - психоэргономических исследований в групповом эксперименте методы регистрации электрофизиологических сигналов не пригодны, так как они значительно затрудняют процессы тестирования и обработки результатов исследования. В этой связи выделим тестовые реакции, пригодные для группового эксперимента:- фиксация, реализуемая путем нажатия на кнопочный переключатель, и устанавливающая момент времени или факт выполнения условия тестового задания, при этом оператор руководствуется принципами "обнаружение", "совпадение" или "отличие";- позиционирование (выбор необходимой позиции из совокупности) местоположения или состояния путем нажатия на один кнопочный переключатель из совокупности — руководящий принцип "местоположение";- многопараметрическое управление - функциональное изменение двух и более сигналов, определяющих свойства тест-объектов, с помощью двух, трех и четырех координатных манипуляторов типа "Joystick", "Mouse", "Roller-ball" и т.д. - руководящий принцип "приведение к эталону".
При использовании фиксации существенно упрощается деятельность испытуемого. Она направлена только на указание момента времени выполнения тестового задания. Для этого способа регистрации минимальны ошибочные действия испытуемого. Однако для реализации этого способа регистрации необходимо использовать программный модуль, обеспечивающий функциональное изменение во времени параметров тестового объекта. Простота регистрации достигается усложнением схемы управления.
При использовании позиционирования увеличивается количество регистрирующих элементов. Общее их количество должно соответствовать количеству тест-объектов или состояний. Увеличение количества регистрирующих элементов увеличивает вероятность ошибочных реакций испытуемых. При количестве элементов более 7 значительно затрудняется деятельность испытуемого, увеличивается продолжительность выполнения тестового задания. Однако при такой тестовой реакции существенно упрощается схема предъявления тестовых изображений и управления параметрами тест-объекта.
При использовании многокоординатных манипуляторов управление параметрами тест-объекта осуществляется самим испытуемым, в связи с чем программный модуль не требуется. Однако не все операторы обладают достаточными навыками двух и трех параметрического управления. В ряде случаев испытуемые затрудняются или не могут выполнить тестовое задание, поэтому эта реализация тестовой реакции может привести к не реализуемости тестирования оператора.
Таким образом, для реализации группового эксперимента по одновременной оценке индивидуальных характеристик восприятия и обработки зрительной информации операторами предпочтение отдается руководящим принципам:- "обнаружение", "совпадение" и "различение", которые реализуются спомощью тестовой реакции "нажатие на кнопку";- "местоположение", связанным с фиксацией момента времени выполнения
Классификация тестовых изображений
Для определения функциональных возможностей тестовых изображений необходимо уточнить этот термин. Тестовое изображение - это тестовое воздействие, передаваемое с помощью пространственно-распределенного спектрально-неоднородного и изменяющегося во времени светового потока, информационное содержание которого используется для выявления или формирования определенных свойств у объекта воздействия.
В соответствии с данным определением в зависимости от вида объекта воздействия можно выделить две категории тестовых изображений: - тестовые изображения для изучения или формирования определенных свойств человека; - тестовые изображения для коррекции и тренировки определенных свойств человека. В зависимости от целей использования тестовые изображения следует подразделить на: - изображения, предназначенные для оценки психофизических и психофизиологических характеристик объекта воздействия; - изображения для формирования и развития психофизических и психофизиологических свойств и навыков объекта воздействия (обучающие тесты). В зависимости от того, какие свойства оцениваются или формируются у объекта воздействия тестовые изображения подразделяются на: - диагностические тесты, предназначенные для изучения процессов зри тельного восприятия; - психодиагностические тесты, предназначенные для изучения психических актов обработки информации и принятия решений; - лечебные тесты, используя которые можно корректировать некоторые свойства зрительного анализатора. Дальнейшая классификация тестовых изображений возможна при выборе определенных критериев классификации. Таких критериев может быть несколько. В зависимости от способа передачи информации тестовые изображения подразделяются на: - сюжетные (образные), в которых информация передается через структуру графических или цифровых образов; - смысловые, в которых информация заключается в определенной цепочке (последовательности) образов. В зависимости от характера изменения свойств тестовых изображений подразделяются на: - статические тесты, информационное содержание и параметры которого в течении времени предъявления теста остаются неизменными; - динамические тесты, информационное содержание и параметры которого изменяются непрерывно. В зависимости от характера изменения энергетического спектра тестового изображения в течении времени предъявления можно выделить тесты монохромные и цветные. В зависимости от особенностей восприятия тестовые изображения подразделяются на двумерные или плоские (2D изображения), и трехмерные или глубинные (3D изображения), которые в свою очередь могут быть стереоскопическими и квазистереоскопическими. Для формирования тестовых изображений могут использоваться различные электронные синтезаторы. Среди них наиболее удобными являются цифровые на базе микропроцессорных устройств, которые формируют двумерную матрицу элементов изображения по заданному математическому описанию, обеспечивают определенную последовательность считывания элементов матрицы и формирование сигналов изображения. Для воспроизведения тестовых изображений могут использоваться различные устройства визуализации: дисплеи на основе электронно-лучевых трубок, на плазменных панелях, полупроводниковых светодиодах, жидкокристаллические дисплеи, дисплеи на основе электролюминесценции, и т.д. Однако для достижения высокой точности оценки характеристик восприятия и обработки информации необходимо обеспечить высокую точность, стабильность и воспроизводимость характеристик тестовых воздействий [78, 80]. Учитывая это важное требование для решаемых задач пригодны только устройства визуализации тестовых воздействий на основе электроннолучевых трубок. 3.3. Тестовые изображения для оценки характеристик восприятия изображения в групповом эксперименте Для оценки характеристик зрения в групповом эксперименте было предложено использовать: одновременное предъявление изображения J2(xT, хэ, Х2 .-.» xL)} группе операторов; изменение параметра изображения хт относительно эталона хэ на величину ДХ в диапазоне от подпорогового до надпорого-вого зрительного восприятия; фиксацию момента времени различения тестовых элементов относительно эталона. Эта технология соответствует методу измерений "сравнение с эталонном", который широко используется в метрологии. Рассмотрим вопросы выбора тестовых изображений необходимой структуры и изменения параметров для оценки различных характеристик зрения в групповом эксперименте. Оценка порогов цветоразличения. Порог цветоразличения (ПЦР) - минимальное изменение цветности двух объектов, при котором они различимы наблюдателем. ПЦР определяется в порогах цветоразличения Мак-Адама или шкале MPCD. Так как информативным признаком изображения, позволяющего оценить ПЦР, является цветность, для оценки этой характеристики зрения в групповом эксперименте необходимо синтезировать изображение, состоящее из цветного однородного фона (эталона) с заданными параметрами цвета и тест-объектов, используемых по профилю операторской деятельности, последовательно предъявляемых в различных местах экрана, цветности которых будут дискретно с учетом инерционности зрительно-моторной реакции человека меняться относительно эталона на известную величину цветовых различий (рис. 3.1, а), и фиксировать факт различения операторами тест-объектов. Обозначим через Сэ - цвет фона. Он задается своими цветовыми координатами R, G, В или яркостями свечения люминофоров основных цветов LR3, LG3» ЬВЭ орты цветового пространства; Lpq , L[C}» LJBJ - единичные количества свечения люминофоров основных цветов. В дальнейшем для удобства записи допустим, что L[R] = L[G] = Ьр] = 1. При использовании электро-оптического преобразователя с линейной характеристикой преобразования "сигнал-свет" яркости свечения люминофоров Ьяэ, ЬСЭ» ЬВЭ задаются с помощью цветовых сигналов изображения красного UR3, зеленого и0э, и синего цветов UB где S - коэффициент (крутизна) преобразования сигнал-свет. Выразим цвет тестовых объектов через сигналы изображения: димо, чтобы угловые размеры тест-объектов были не менее 4 угловым градусов. Для оценки порогов цветового зрения, необходимо, чтобы цветность тест-объектов, характеризуемая координатами цветности гт и gT, функционально из
Программное обеспечение БТС-ГР
Уровень программного обеспечения БТС-ГР оценки особенностей восприятия и обработки зрительной информации, выявленных в ходе проведения группового эксперимента, содержит в себе два вида программного обеспечения — общее и специальное. Общее программное обеспечение предназначено для реализации алгоритмов выявления зрительных и психологических особенностей восприятия и обработки информации. В нем можно условно вьщелить ряд программных модулей, каждый из которых выполняет свою частную задачу (см. рис.4.4). Все эти модули объединены единой программной оболочкой, позволяющей пользователю системы свободно осуществлять необходимые психофизиологические эксперименты, а также производить всесторонний анализ ранее полученных результатов. Программная оболочка (или пользовательский интерфейс) комплекса обеспечивает возможность гибкого применения инструментальных методик в целях получения данных, наиболее точно описывающих изучаемые психофизиологические процессы восприятия и переработки информации.
Роль специального программного обеспечения заключается в обеспечении качественного функционирования нестандартных внешних устройств, подключаемых к ПЭВМ в процессе проведения исследований. В соответствии с материалами предыдущего раздела работы к подобным устройствам можно отнести комплекс, состоящий из пультов обследуемых операторов и устройства регистрации ответной реакции, а также устройство коллективного отображения информации. В случае КУОИ нестандартное ПО реализовано в виде драйвера устройства, позволяющего осуществлять совместную работу ПЭВМ с ЭЛТ больших линейных размеров, либо с проекционной системой. После непосредственного подключения данного устройства к ПЭВМ необходимо провести настройку его драйвера в соответствии с технической документацией.
Для проведения исследований использовался драйвер видеоадаптера ASUS AGP-V3800U SGRAM v2.26, позволяющий производить (по S-video выходу, разъем которого находится на видеоадаптере) подключение TV-приемника. Последовательность действий по настройке данного драйвера приведена ниже при описании соответствующего модуля общего программного обеспечения автоматизированной системы.Модуль специального программного обеспечения функционирования УРОР позволяет осуществлять фиксацию ответной реакции испытуемых операторов на тестовые воздействия.
Для увеличения быстродействия УРОР в разработанном программном обеспечении используется метод непосредственного доступа к регистрам LPT-порта. В этом случае параллельный порт рассматривается как совокупность трех отдельных регистров ввода/вывода, два из которых предназначены для вывода данных, а один - для ввода (см. табл.4.1). Следует отметить, что данный подход может быть применен только при использовании операционной системы семейства Windows 95/98/МЕ, позволяющей прямое обращение к регистрам порта для их модификации, и не приемлем для ОС класса Windows NT.
Конечное число входных и выходных контактов LPT-порта, используемых для обмена информацией ПЭВМ с УРОР, накладывает ограничение на допустимое количество подключаемых к модулю регистрации ответной реакции операторов ПИ, а также на максимальное количество клавищ самих пультов.
Второе ограничение не оказывает значительного влияния на процесс проведения исследований, поскольку при использовании метода последовательного опроса каждого операторского пульта (см. раздел 4.1) все пять линий входа регистра состояния (табл.4.1) могут быть задействованы для передачи позиционного ко да нажатой клавиши. При этом скэн-код лежит в диапазоне от 0 до 31, что обеспечивает подключение устройств ввода информации, содержащих до 30 клавиш.
Количество ПИ, которые могут быть задействованы в проводимых психофизиологических экспериментах, определяется, в первую очередь, необходимостью использования для каждого пульта двух линий управления и одной общей сигнальной линии для управления УРОР в целом. Таким образом, при использовании всех 12 (8 линий регистра данных и 4 линий регистра контроля) выходных контактов параллельного порта может быть задействовано только 6 пультов.
Для обеспечения высокой скорости и надежности работы все подпрограммы модуля обеспечения функционирования УРОР написаны на языке ассемблера встроенного в C++ (для разработки программного обеспечения использовалась визуальная среда программирования Borland C++ Builder V. 4.0). Гибкость созданному программному продукту придает оформление всех интер фейсных (по работе с УРОР) функций в виде библиотеки динамической компоновки (Dynamic Link Library - DLL). Подобная организация данного программного модуля позволяет «подгружать» необходимые процедуры по мере необходимости без хранения их кода в выполняемых модулях общего ПО. При этом в случае некоторого изменения в аппаратной части автоматизированной системы (например, при подключении дополнительных пультов ввода информации) общее программное обеспечение комплекса остается неизменным, а коррекции подвергнется лишь динамически загружаемая библиотека. Заголовочный файл библиотеки и ее полный листинг приведены в приложении 1.
Специальное программное обеспечение тесно связано с общим программным обеспечением для выполнения общей задачи - обеспечения качественного функционирования созданного аппаратно-программного комплекса.
Разработанное общее программное обеспечение автоматизированной системы условно можно разбить на сервисное, информационное и эксплуатационное.Раздел сервисного программного обеспечения позволяет провести, перед началом исследований, настройку необходимого внешнего оборудования, а также получить в любой момент времени необходимую информационную поддержку исследователя.
При настройке КУОИ необходимо открыть программную панель управления ASUS (ASUS Control Panel), которая представляет собой меню, включающее пункты для доступа к расширенным функциям графической карты. После этого выбрав вкладку «Дисплей» (Display) следует задать экранное разрешение 800x600 элементов дискретного растра (не более при используемом техническом и программном обеспечении) и установить частоту регенерации изображения на 60 Гц. Подобные характеристики позволяют переопределить вывод видеосигнала с графического адаптера одновременно на компьютерный монитор и TV-приемник. Данная операция осуществляется путем выбора соответствующего пункта меню. В результате проведенных действий пользователь полу чает возможность установить положение изображения на экране (пункт «Position»), задать размер изображения (пункт «Size»), определить формат телевизионного сигнала (Pal или NTSC), подключить каналы S-Video и композитного видеосигнала, установить тип сканирования для телевизионного изображения, задать режим подавления мерцания (пункт «Flicker»), а также установить необходимые уровни яркости и контраста (пункты «Black Level» и «Contrast»).
Настройка УРОР производится путем задания количества пультов операторов, используемых в том или ином эксперименте, определения числа клавиш на пульте исследователя и установления порядка опроса пультов. Кроме того, блок настройки и тестирования УРОР позволяет провести диагностику данного технического средства и выявить имеющиеся технические повреждения.
Раздел эксплуатационного программного обеспечения объединяет в себе программные средства, непосредственно определяющие процесс тестирования операторов.
Перед тем, как приступить к измерениям необходимых психофизических характеристик, необходимо задать параметры тестовых и эталонных стимулов, предъявляемых обследуемым. Для каждого теста данные параметры имеют совершенно различную структуру. Общим для любых исследований является задание количества повторных измерений для необходимости повышения статистической достоверности получаемых результатов. Более подробно вопрос о конкретных параметрах процесса проведения исследований рассматривается в разделе соответствующего методического обеспечения автоматизированной системы.
После того, как необходимые параметры тестовых стимулов заданы, следует провести демонстрацию самого процесса тестирования, обеспечивающую правильное осмысление операторами, требуемых от них действий. Процесс непосредственно тестирования начинается после размещения всех участников тестирования на своих рабочих местах и настройке необходимого оборудования. Программный модуль тестирования обеспечивает формирование на экране
