Средства человеко-машинного интерфейса

Человеко-машинный интерфейс (HMI, Human Machine Interface) определяет способы взаимодействия человека-оператора и управляемой им вычислительной машины. Как правило, понятие человеко-машинного интерфейса ассоциируется с управлением технологическими процессами и SCADA-системами. Именно в этой области данное понятие употребляется наиболее часто. Например, на рис. 9.1 представлена панель оператора с клавиатурой и сенсорным дисплеем для управления технологическим процессом.

 

Рис. 9.1. Панель управления оператора технологического процесса.

Создание HMI сопряжено с проектированием не только органов управления и их расположения, но и самого рабочего, его освещения и т.д. Очень большое внимание в этом случае уделяется расположению органов управления, качеству средств отображения информации и их доступности. Не последнее место здесь занимает специализированное программное обеспечение, которое всем этим управляет. Все сказанное означает, что очень важное место при создании средств человеко-машинного интерфейса занимает понятие эргономики и удобства для оператора.

Процесс эволюции средств HMI происходит по пути улучшения органов управления, их доступности и удобства. Наверное, первое массовое средство HMI – это клавиатура. Клавиатуры появились у первых печатных машинок еще в 1868 году. Это наиболее естественный способ ввода информации, особенно если учесть, что ЭВМ долгое время работали с «текстовым интерфейсом», а ввод команд осуществлялся с помощью консоли (черно-белый экран DOS).

Существует огромное количество модификаций клавиатур, например, клавиатура без кнопок с десятью углублениями, в которые надо погрузить пальцы и набирать текст, двигая каждым пальцем в одном из пяти возможных направлений (компания DataHand System). Или клавиатура студии Артемия Лебедева, под названием Optimus, у нее имеются LCD-экраны, отображающие текущее назначение клавиши.

Кроме того, существуют экранные клавиатуры, которые используют обладатели смартфонов и коммуникаторов. Эти клавиатуры помещаются на экране сенсорного дисплея устройства. Выпускаются проекционные клавиатуры, например, iTECH Bluetooth Virtual Keyboard или клавиатура рассмотренного нами в разделе 8.1 компьютера-ручки компании NEC.

Еще одним средством HMI являются координатные указатели – это трекболы (рис. 9.2), джойстики, мыши. Трекболы появились в США и использовались для военных целей, сейчас они являются удобным органом управления в операторных панелях для управления технологическими процессами.

Рис. 9.2. Трекбол.

Джойстики применяются в игровых приставках, мобильных телефонах, фото и видеокамерах, всевозможных «гаджетах», наводнивших полки магазинов.

Мыши берут свою историю от деревянной коробочки с двумя колесиками и одной кнопкой, использовавшейся для управления светящейся точкой на экране радара. Сейчас мы используем оптические и лазерные мыши, чувствительные элементы которых обеспечивают точное позиционирование курсора на экране монитора.

Сейчас на рынке появились «грызуны», способные работать в трехмерном пространстве. Одно из таких устройств под названием 3DEasy выпускает компания Sandio Technology. Основная цель внедрения этого устройства – возможность свободно перемещаться в виртуальном трехмерном мире с использованием одной мыши, что может пригодиться как в играх, так и в разных трехмерных редакторах. 3DEasy по бокам имеет две четырехпозиционных клавиши.

И, наконец, «тачпады» (touchpad), которые применяются в ноутбуках вместо манипуляторов типа «мышь». Они не очень удобны, но позволяют сэкономить место и не требуют рабочей поверхности или стола, что очень важно для мобильных компьютеров.

Шлемы виртуальной реальности (рис. 9.3) позволяют создать эффект присутствия внутри компьютерного мира, ограниченного только фантазией разработчика. Работают они по следующему принципу - перед глазами располагаются два небольших ЖК-дисплея, а специальные сенсоры (например, гироскопы) следят за движением головы.

ПРИМЕЧАНИЕ

Первое устройство виртуальной реальности было создано в 1965 году Иваном Сазерлендом, названное HMD (Head Mounted Display). Установка состояла из двух CRT-дисплеев. На мониторах демонстрировалось одно и то же изображение, под немного различающимися углами, это позволяло создать иллюзию объемного изображения. Кроме того, автор снабдил свое изобретение датчиками, отслеживающими повороты головы, что позволяло изменять картинку в зависимости о того, куда смотрит «зритель».

Рис. 9.3. Шлем VFX1 компании Forte Technologies для виртуальной реальности.

Разработки компании Hitachi предоставляют возможность управления электронными устройствами напрямую сигналами мозга. Подобные шлемы с датчиками, снимающими показания с коры головного мозга, будоражили умы многих ученых, однако Hitachi смогла продвинуться на шаг дальше. В их новом устройстве отличительной особенностью является «бесконтактное» подключение, т.е. не является необходимым непосредственный контакт с корой головного мозга, а значит, и операция по вживлению электродов (рис. 9.4)

Рис. 9.4. Средство человеко-машинного интерфейса нового поколения от компании Hitachi.

В процессе демонстрации возможностей нового манипулятора было показано управление при помощи нового человеко-машинного интерфейса игрушечным поездом, подключенным к компьютеру.

В заключении следует отметить программные средства человеко-машинного интерфейса – программы, распознающие человеческую речь, которая используется для управления ЭВМ. Однако сегодня такие технологии находятся на очень низком уровне развития. Фактически они не пригодны для управления компьютером. Приведем высказывание «директора Центра распознавания речи Колорадского университета» Рона Коула: «Люди хотели бы обмениваться информацией с ПК точно так же, как они общаются друг с другом. Подобный способ взаимодействия, несомненно, выглядит более предпочтительным, но сегодняшние ПК еще не в состоянии обеспечить его поддержку. Качество взаимодействия повысится, если компьютеры научатся понимать нюансы изложения человеком своих мыслей».


Лекция добавлена 28.02.2013 в 01:23:27