CC BY
14УДК 159.937.52:004.5(045)
Оптимизация процесса восприятия экранного пространства компьютера на основе теории информации и законов психологии
Н.Н. Савина
Статья показывает психоинформационные резервы оптимизации процесса визуальной перцепции при условии соединения основных концептуальных подходов теории информации и законов зрительного восприятия экранного пространства компьютера. Экран компьютера сужает полусферический мир, видимый человеком в обычной жизни, до пространства кадра, который состоит из четырёх квадрантов. Восприятие этих квадрантов человеком неодинаково в силу психофизиологических законов. Поэтому качество восприятия и время, затраченное на восприятие информации, зависит от ее расположения на экране компьютера или монитора.
Статья может быть интересна разработчикам обучающих программ, сайтов, интерфейсов мониторов телефонов, электронных информационных табло, электронных рекламных щитов и т.д.
Ключевые слова: перцепция, законы зрительного восприятия, экранное пространство, квадранты, теория коммуникации.
1. Введение
В современной психологической науке появилась новая отрасль - психология компьютеризации, которая изучает порождение, функционирование и структуру психического отражения реальности в деятельности индивидов и групп, связанной с созданием и использованием компьютеров, включая их программное обеспечение, при создании которого в первую очередь должны учитываться законы восприятия. Изучением восприятия занимались выдающиеся российские ученые, такие как Б.Г. Ананьев, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, М. Миннарт, В.П. Зинченко, С.Н. Соколов и др. Но создать стройную научную теорию восприятия (A theory of perception) удалось американскому ученому Джеймсу Джерому Гибсону (J. Gibson) [4]. Иногда Гибсона сравнивают с Ньютоном - столь глубоко влияние его идей и настолько велик революционный заряд его концепции. Джеймс Гибсон так определял восприятие: «Восприятие - это активный и непрерывный процесс извлечения информации» [4].
Значительно обогатил психологическую теорию Шеннон [1], введя понятие статистической информации, которую он назвал «математической теорией связи». Шеннон предложил теорию для психологов, суть которой в том, что человека-оператора можно расценивать как функционально идеальный канал связи с ограниченным потенциалом возможностей, которые может значительно расширить компьютер. Нельзя рассматривать теорию Шеннона как общую теорию статистической информации, так как «информация» используется в более общем смысле. Исходя из этого предположения, теорию Шеннона можно дефинировать как «теорию коммуникации» [1]. Следовательно, теория коммуникации (с использованием компьютера) тесно связана с теорией зрительного восприятия экранного пространства.
Наибольший вклад в становление теории зрительного восприятия внесла гештальтпси-хология. Термин «гештальт» не поддается однозначному переводу на русский язык. Он обладает целым рядом значений: «целостный образ», «структура», «форма». В научной литературе это понятие чаще всего употребляется без перевода, означая целостное объединение элементов психической жизни, несводимое к сумме составляющих его частей. В теории гештальта восприятие носит целостный характер и строится на основе создания целостных структур - гештальтов. Многие эксперименты показали, что проявление любого элемента зависит от его места и функции в модели целого.
Законы визуального восприятия достаточно полно исследованы в работах американского психолога Рудольфа Арнхейма (Rudolf Arnheim), использовавшего принципы и методологию гештальтпсихологии [3].
2. Законы зрительного восприятия экранного пространства
Особенно важно учитывать законы восприятия для создания и использования обучающих программ, эффективность которых во многом определяется характером интерфейса. Дизайн, не учитывающий психологической особенности программы, оказывает непосредственное влияние на мотивацию обучаемых, скорость восприятия материала, утомляемость, агрессивность, депрессию, в конечном итоге, здоровье обучающихся.
Рассмотрим основные психофизические законы восприятия.
В обычной жизни человека зона видимости охватывает около полусферы при фиксированном положении глаз. С учетом физиологических особенностей строения тела человека -движение глаз, головы и тела, реальная зона обзора ещё больше.
Между человеком и окружающим его сферическим образом мира возникает посредник в виде экрана компьютера, который сужает сферический мир в пространство кадра. Это значит, что при создании учебных компьютерных программ должны использоваться законы построения «кадровой» композиции, которые накоплены в живописи, фотографии, кино и телевидении. Приведем некоторые из них.
1. Закон энергетики центра кадра.
Рис. 1. Энергетический центр кадра
Центр кадра - место пересечения четырёх основных структурных линий: вертикали, горизонтали и диагоналей.
В центре все силы находятся в состоянии равновесия и, следовательно, центральное расположение способствует наиболее спокойному состоянию. Центральная точка сильнее угловой.
2. Закон силовой структуры квадрата.
Вес зависит от месторасположения изобразительного элемента в рамке кадра. Элемент, находящийся в центре композиции или близко к нему, либо на вертикальной оси, проходящей по центру композиции, композиционно весит меньше, чем элемент, находящийся вне основных линий, указанных на структурном плане. «Визуальная модель содержит в себе нечто большее, чем только элементы, регистрируемые сетчаткой глаза. Исследования показывают, что кроме видимой, зрительно воспринимаемой модели, объекту восприятия присущ и так называемый скрытый структурный план (см. рис. 2). Этот план представляет систему отсчёта, которая помогает определить важность любого изобразительного элемента для равновесия всего изображения. Изображение с его скрытой структурой не есть решётка из ли-
ний. Как показано на рис.2, зрительно воспринимаемая модель представляет собой целое силовое поле. Фактически линиями в этом динамическом ландшафте являются гребни или борозды, по обе стороны которых энергетические уровни постепенно снижаются. Эти гребни и борозды являются центрами сил притяжения или отталкивания, влияние которых распространяется на окружающее пространство» [5].
ч. \ * г г ■■
ч > \ Ч 1, .
ч „.'ч ¡14 -ч \ Ч Ч Ч Ч Ч % ч ч. ч Ч 4 ч Ч-ч ч 4 ч Л * г ъ * г . > ^ / / / / * * г * г Г1 '*"
ч \ < ^
< ч у 4
г г * * / ' / -/ / / * е * / / Ч * * \ * V * г >< % ч Ч ч ч ч ч Ч Ч ч Ч Ч > ч ч ч Ч Ч ч ч Ч ч \ А л ч
\ ч. ч
Рис. 2. Силовая структура квадрата
3. Закон доминирования правого верха.
Предмет верхней части композиции тяжелее того, что помещён внизу, а предмет справа - имеет больший вес, чем слева.
Поэтому сигналы с наиболее важной информацией размещают в правом верхнем углу.
4. Законы восприятия квадрантов.
В процессе восприятия кадрированного пространства любого изображения человек всегда выделяет четыре части картинного пространства, т.е. квадранта, на которые оно делится двумя взаимно перпендикулярными линиями: левый верх (ЛВ), правый верх (ПВ), левый низ (ЛН), правый низ (ПН). Это возникает по естественным причинам дихотомии (деление целого на две части) в процессе человеческого восприятия.
ЛВ ПВ
ЛН ПН
Рис. 3. Кадрированное пространство
С точки зрения теории зрительного восприятия эти четыре квадранта должны восприниматься по-разному. На композиционные элементы, попадающие в разные квадранты, «индуцируются» различные психологические атрибуты восприятия, а значит, и отличающиеся смысловые оттенки (по В. Рыжову) [5].
Так, например, квадрант ЛН несет в себе смысловую нагрузку начала в самом обобщенном смысле этого слова. ПВ - определяет цель, устремления, надежду, триумф. Наш взгляд быстрее всего попадает именно в этот квадрант. Это зона наивысшего внимания. ЛВ - определяет наиболее благоприятное пространство изображения, положительный эмоциональный заряд, в отличие от ПН, которое несет в себе отрицательный.
3. Принципы кадрированного пространства
В рамках этого закона можно выделить следующие принципы кадрированного пространства:
1. Принципы динамики диагоналей.
Все четыре квадранта изображенные неразрывно связаны единым композиционным силовым полем. Различные смысловые значения квадрантов - частей кадрового пространства -находятся в тесной смысловой связи. Парные смысловые связи квадрантов ярко выражены. Особенно это видно на диагоналях кадрированного пространства изображения на мониторе. ЛН - ПВ - главная диагональ (начало-цель), определяет динамику изображения. Диагональ ЛВ - ПН (ось положительные эмоции - отрицательные эмоции), изображающая вторую диагональ, более сильно влияет на чувственно-волевое состояние воспринимающего изображение человека. Данный принцип композиции визуальных образов согласуется с теорией зрительного восприятия.
2. Принцип одной трети.
Кроме дихотомии в процессе восприятия кадрированного пространства любого изображения у человека на подсознательном уровне выделяются скрытые две горизонтальные оси, которые делят изображение на три равные части. Такое деление «три на три» собственно и дало название «принципу 1/3» [3]. Эти оси при пересечении задают четыре условных полюса, к которым тяготеет наш взгляд при визуальном восприятии картины, художественного изображения, самого кадра. Как полюса, так и сами оси притягивают наше внимание, особенно если на них расположены объекты композиции. При восприятии кадрированного изображения наше сознание невольно ищет и ожидает увидеть на данных полюсах и осях какие-то визуальные объекты, за которые можно зацепиться взглядом. Как правило, на одной из горизонтальных осей, чаще нижней (для равновесия), художники располагают линию горизонта, если в сюжет входит небо и земля. Это прямая композиция. Возможны другие приемы, например, антитезы и т.д.
3. Принцип перспективы.
Объёмная форма определяется природой зрительного образа. Человеческое сознание интерпретирует реальные объекты в виде проецируемых плоских изображений на сетчатке глаза. Эти проекции изменяют свою форму и размеры в зависимости от расстояния до объекта и его ракурса, на чем и основывается принцип линейной перспективы.
Прямая и обратная перспектива
Перспектива с одной точкой схода называется параллельной перспективой. Она характеризуется тем, что два измерения объёмного тела, образующие фронтальную плоскость, параллельны плоскости рисунка. Третье измерение направлено к фокальной точке, которая выполняет функцию точки схода.
Как правило, параллельная перспектива лучше всего выявляет лицевую сторону объекта, расположенного на уровне глаз, подчеркивая параллельность объекта плоскости рисунка.
Угловая перспектива - это перспектива с двумя точками схода. Она строится таким образом, что два измерения объекта находятся под углом к плоскости рисунка, а третье (вертикальное) измерение остается параллельным ей. Эти две расположенные под углом плоскости сходятся в направлении к двум точкам схода, которые получаются пересечением с линией горизонта сторон прямого угла с вершиной в точке наблюдения.
Как правило, угловая перспектива подчеркивает объёмность, или скульптурный аспект объекта.
Наклонная перспектива - это перспектива с тремя точками схода. Она строится таким образом, что все три измерения объекта находятся под углом к плоскости рисунка. Сам объект располагается значительно выше или ниже линии горизонта. Две плоскости сходятся в направлении к точкам схода, лежащим на линии горизонта, как в угловой перспективе. Третья плоскость сходится в направлении к фокальной точке, или фокусу, который оказывается ниже линии горизонта или выше линии горизонта (в зависимости от расположения объекта). Фокус располагается на расстоянии от линии горизонта пропорционально величине угла, образуемого фигурой с плоскостью рисунка.
4. Закон психологического воздействия формы на эмоциональное состояние человека
Воздействие определенных форм на человека было замечено ещё в глубокой древности. Позднее специальными исследованиями было научно установлено, что форма, как и цвет, эмоционально воздействуют на человека.
Доказано, что форма экрана, на котором располагается объект, определённым образом организует процесс поиска на нем слабозаметных сигналов. Точно так же организующим влиянием обладает и форма изобразительной поверхности.
Квадратная, прямоугольная, круглая, овальная, треугольная плоскости по-разному распределяют внимание воспринимающего человека.
Простые геометрические формы быстрее воспринимаются зрителем и лучше запоминаются по сравнению со сложными неправильными формами.
Геометрические фигуры имеют свою символику.
Круг - представляет собой символ жизни, вселенной, целостность, завершённость, единство. Это наиболее легко воспринимаемая фигура детьми. Концентрация внимания в центре круга.
Треугольник - воспринимается как воплощение силы пирамид, символ триединства: разума, духа, тела. Символ духовного мира матери, отца, ребёнка. Наиболее перцептивен равнобедренный или равносторонний треугольник. Центр внимания в точке пересечения биссектрис, или у вершины выступающего угла (если это неравнобедренный треугольник).
Квадрат - символ четырёх стихий: воздух, вода, огонь, земля; символ четырёх сторон света; четырёх времен года. Символ материального мира. Перцептивно активные зоны -это углы квадрата.
Определённое воздействие на восприятие информации оказывают формы линий. Считается, что вертикальные или горизонтальные прямые линии ассоциируются со спокойствием, ясностью и даже солидностью, а изогнутые - с изяществом и непринуждённостью. Однако это справедливо в определённых условиях, например, чем чаще горизонтальные или вертикальные линии и чем контрастнее цвета, выбранные для их изображения, тем агрессивнее визуальная среда, что может привести к головокружению, утомляемости, раздражению, агрессивности.
Зигзагообразные линии передают впечатление резкого изменения, нестабильности, быстрого высвобождения энергии. Они не рекомендуются для использования в учебных программах. Рекомендуются плавные кривые линии.
5. Законы гармонизации визуальной среды
Прежде чем объяснять законы гармонизации среды, остановимся на физиологии визуального восприятия. Различают два вида движения глаз: медленные и быстрые. Быстрые -«саккады» - подразделяются на два типа: короткие (микросаккады) имеют место при фиксации взора на неподвижном объекте малого размера; длинные саккады (макросаккады) - при рассмотрении какого-то неоднородного объекта, макрообъекта.
Медленные движения глаз чаще происходят при охвате общей визуальной обстановки, при рассмотрении сложных визуальных композиций, когда необходимо перемещать взор от одного объекта к другому. Ключевую роль в зрительном восприятии играет автоматия саккад.
Автоматия саккад - это психофизиологический процесс, когда мозг сам выбирает оптимальную частоту и амплитуду саккад для устойчивого видения.
Экспериментально установлено, что если изображение объекта сделать неподвижным относительно фоторецепторов сетчатки глаза, то человек перестаёт видеть данный объект спустя 1-3 секунды (А.Л. Ярбус, 1965; Ь. 1950; К КаШй, 1953) [3, 7]. Возникает так
называемое пустое поле, причём его цвет остается неизменным. Испытуемые называли этот цвет «чёрным», «тёмно-серым», «тьмой» или «пустотой». Эти данные говорят о том,
что только при перемещении образа объекта по сетчатке возникает импульс в зрительном нерве. В обычных условиях такое перемещение достигается за счет автоматии саккад. Другое важное назначение саккад - стирать так называемые последовательные образы на сетчатке глаза. Последовательные образы представляют собой следы предыдущих раздражений сетчатки, которые в определённых условиях могут наблюдаться в течение длительного времени (десятки секунд, минуту), лишь постепенно угасая.
Существует четыре основных вида визуальных сред: комфортные, нормальные, гомогенные, агрессивные [2].
Комфортной называют визуальную среду с большим разнообразием элементов. Для нее характерно наличие кривых линий разной толщины и контрастности, в верхней части изображения наличие острых углов в виде вершин и заострений, образующих силуэт; разнообразие цветовой гаммы, сгущение и разрежение элементов и разная их удалённость. К комфортной визуальной среде можно отнести красивый пейзаж с изображением, например, леса, гор, моря, облаков, реки. С комфортной визуальной средой часто связывают произведения искусства в области живописи и архитектуры.
Гомогенная визуальная среда - это среда, в которой либо совсем отсутствуют видимые элементы, либо их число резко снижено.
В гомогенной среде амплитуда саккад увеличивается в 3-5 раз, в 2-3 раза увеличивается их число. Зрительный анализатор переходит в «поисковый режим», который не даёт результата, или может дать незначительный результат. Длительная работа в этом режиме ведет сначала к ощущению дискомфорта, затем к нарушению автоматии саккад. Кроме фоторецепторов в гомогенной среде не срабатывают нервные клетки мозга, что ведёт к расстройству некоторых его функций. Это является причиной неприятных ощущений и головных болей.
Одно из наиболее частых проявлений гомогенной среды - так называемая цветовая гомогенность. Она возникает в том случае, когда цвет объекта и цвет фона лежат в пограничных областях относительной видимости при близкой яркости объекта и фона. В этом случае объект как бы сливается с фоном.
В первом случае при достаточно высокой динамичности программного средства гомогенные поля могут как будто выпадать из поля зрения. В программных средствах с высокой степенью общей гомогенности среды восприятие информации с экрана монитора идёт с большим напряжением. В результате быстро утомляются глаза, развивается усталость, возникает головная боль.
Рис. 4. Агрессивные визуальные среды
Агрессивная визуальная среда - это среда, в которой человек одновременно видит большое число одинаковых элементов. Агрессивные поля вызывают неприятные зрительные ощущения (рис.4).
Если в кадрированном пространстве микрообъекты разнесены менее, чем на 2 градуса в поле зрения и если их более пяти, становится невозможной фиксация взгляда на одном микрообъекте. В результате возникает агрессивное поле. Чем больше агрессивное поле и чем выше его яркость и контрастность по отношению к общему фону, тем больше общая агрессивность визуальной среды. При высокой агрессивности визуальной среды все другие объек-
ты как будто уходят на задний план, взгляд начинает воспринимать только саму агрессивную среду.
Установлено научно, что в агрессивной среде не может полноценно работать автоматия саккад, затруднена фиксация глаза на объекте [6]. Попытка фиксировать один из микрообъектов агрессивного поля ведёт к торможению автоматии саккад. Одновременно наступает стабилизация медленных движений глаз, резко сокращается число миганий. Джеймс Викарий установил, что «у нормального человека глаза мигают 32 раза в минуту. При сильном волнении, напряжении - 50-60 раз в минуту, при релаксации - максимум до 20 раз, в трансо-вом состоянии - до 14 раз».
В сильно агрессивной среде падает разрешающая способность глаз, определённые элементы становятся невидимыми, всё поле превращается в серый фон, глаза уже физически не могут остановиться на отдельном элементе, они как бы «плавают» по объекту» [6]. Бинокулярное зрение (при котором оба глаза смотрят на один и тот же объект) также не может полноценно работать в агрессивной среде. При большом количестве одинаковых микроэлементов изображения невозможно конвергировать оба глаза в одну точку. В агрессивной среде не срабатывают такие механизмы зрения, как аккомодация, адаптация, реакция зрачка; не могут полноценно работать рецептивные поля мозга.
Разработчики создают агрессивную среду, украшая свои программы одинаковыми мелкими деталями, микрообъектами, орнаментом и т.д., часто нарушая цветовые пропорции. В результате от таких программ у пользователя рябит в глазах [3].
В программных средствах часто наблюдается динамическая агрессивность и динамическая гомогенность визуальной среды. Они возникают при изменении визуальной обстановки. Даже небольшая динамичность визуальной обстановки приводит к резкому увеличению агрессивности и гомогенности визуальной среды. Отрицательное действие динамических агрессивных полей намного сильнее, чем статических. Это связано с тем, что фоторецепторы более активно реагируют на динамические процессы. Вместе с тем динамические агрессивные поля оказывают воздействие на двигательный аппарат глаз, а именно на конвергенцию, аккомодацию и параметры саккад. Фиксация взгляда на объекте в динамической агрессивной среде требует больших усилий, что ведёт к быстрому развитию утомления.
Создать комфортную визуальную обстановку на экране монитора очень сложно, поскольку естественным для нашего зрения является восприятие в отражённом свете, восприятие же с экрана монитора идёт в излучающем свете.
И хотя человеческий организм имеет определённые возможности адаптации к агрессивным средам и гомогенным полям, эти возможности не безграничны.
Возникает вопрос, какую визуальную среду следует считать нормальной. Существуют рекомендации Испытательной лаборатории, являющейся отделом Института информатизации образования (ИНИНФО), в которых сказано, что «Нормальной следует считать среду, содержащую не более 4-5 % кадров с гомогенной, агрессивной или смешанной средой при ориентировочном времени работы в них не более 5 % от общего времени работы» (Испытательная лаборатория создана для проведения испытаний программной продукции в целях ее сертификации). Важно учитывать тот факт, попадает ли агрессивное поле в процессе работы в поле высоко значимой информации, равно как и гомогенное.
6. Выводы
Строить изображение на экране монитора желательно по законам гармонизации, т. е. с использованием законов психологии восприятия, теории передачи информации, а также психофизиологии человека. Это даст возможность сохранить здоровье пользователя компьютером, снизить риск психических и поведенческих девиаций, уменьшить время для поиска нужной информации, нивелировать риск технических ошибок при работе на компьютере.
Литература
1. Shannon C.E. A mathematical theory of communication. Bell Labs Tech. J. 1948. Р. 656.
2. Вострокнутов И.Е. Почему устают глаза при работе на компьютере. // Информатика и образование. 2002. №1. С. 67 - 70.
3. ГлассР. Факты и заблуждения профессионального программирования. Пер. с англ. СПб.: Символ - Плюс. 2008. 240 с.
4. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. Пер. с англ. М.: Прогресс, 1988. 464 с.
5. Рыжов В.А., Корниенко А.В., Демидович Д.В. Качество экранных изображений в обучающих программах. // Педагогическая информатика. 2002. №1. С. 42 - 55.
6. Филин В.А. Видеоэкология. М.: Наука. 1997.
7. Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. М.: Наука. 1965. 166 с.
Статья поступила в редакцию 08.09.2014
Савина Надежда Николаевна
д.п.н., профессор кафедры социальных коммуникаций СибГУТИ, первый проректор СибГУТИ (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел. (383) 2-698-201, e-mail: nn savina@mail.ru
Optimization of computer screen-space perception based on information theory and the laws of psychology
N. Savina
Paper shows psychoinformational reserves of optimization of the process visual perception, provided compounds of major conceptual approaches of information theory and the laws of visual perception of the computer screen space. Computer screen narrows hemispherical world seen person in everyday life, to the space frame, which consists of four quadrants. Perception of these quadrants person differently due to psychophysiological laws. Therefore, the quality of perception and the time spent on the perception of information depends on its location on the computer screen or monitor. The article may be of interest to developers of educational programs, websites, interfaces, monitors phones, electronic bulletin boards, etc.
Keywords: perception, the laws of visual perception, screen space, quadrants, theory of communication.
