Пространственные характеристики зрительной информации

При проектировании и эксплуатации средств отображения рассматриваются три группы факторов:

• размещение средств: отображения на рабочем месте и в оперативных залах;
• оптимальные размеры знаков и их элементов в разных системах отображения;
• оптимальная компоновка знаков на средствах отображения.

Размещение средств отображения в оперативном зале. Размещение средств отображения в поле зрения наблюдателя должно производиться с учетом оптимальных углов обзора и зон наблюдения.

При рассматривании объектов сложной конфигурации, а также при восприятии объемного и перспективного изображения оптимальный угол обзора и горизонтальной плоскости составляет 30— 40°.

Для восприятия плоского изображения со сравнительно простой знаковой индикацией рекомендуется угол обзора 50—60°, охватывающий зону неясного различения формы (в пределах этого угла наблюдатель замечает происходящие изменения периферическим зрением, а для точного рассмотрения объекта переводит на него взгляд). Предельный угол обзора при одновременном движении глаз и головы составляет 180°.

Однако при отображении информации с требованиями высокой скорости ее обработки допустимый угол обзора составляет 90°.

В вертикальной плоскости оптимальный угол обзора составляет 0—30° по отношению к горизонтали (15° вверх и 15° вниз от нормальной линии взора). Нормальная линия взора соответствует наиболее удобному положению глаз и головы при рассматривании объектов и располагается под углом 15° вниз от горизонтальной линии взора.

Максимальный угол обзора в вертикальной плоскости при повороте только глаз составляет 70°, при одновременном движении глаз и головы предельный угол видимости составляет 90° вверх и 55° вниз от горизонтали. В соответствии с ними проектируются высота и ширина индикаторов, их пропорции.

Рассчитываются при заданных размерах индикаторных устройств расположение наблюдателей в горизонтальной и вертикальной плоскостях, углы наклона индикационных устройств, взаимное расположение индикационных средств на рабочих местах и средств отображения коллективного пользования в оперативном помещении.

Большие экраны, находящиеся на значительном расстоянии от операторов, располагаются вертикально. Исходя из соотношения вертикального и горизонтального углов обзора ширина экрана примерно вдвое больше его высоты. При ширине экрана меньше 10 м отношение ширины экрана к его высоте берется равным 1,3:1. Лучшее для наблюдателя место находится на расстоянии, которое в 2—2,5 раза больше ширины экрана.

Максимальное расстояние до большого экрана в 8 раз больше ширины экрана. Расположение экрана должно производиться с учетом отношения к линии взора наблюдателя. Точность восприятия изображения зависит от величины угла, под которым оно рассматривается. Оптимальный угол наблюдения составляет ±15° к нормали экрана. При рассматривании изображения сбоку допустимый угол обзора составляет 45° к нормали экрана.

В соответствии с этим расположение ЭЛТ, телевизоров, дисплеев должно быть ниже линии взора. Для сидящего оператора расстояние от пола до линии взора составляет 1240—1250 мм.

Расположение индикаторов оптимально в вертикальном угле обзора 45° вниз от горизонтальной линии взора оператора.

Для оптимальных условий наблюдения плоскость лицевых панелей индикаторов должна приближаться к перпендикулярному расположению по отношению к линии взора. Это достигается наклоном лицевых панелей. Из практики проектирования рабочих мест оператора наклон трубок составляет от 0—4 до 0—20° к вертикали.

Пространственное размещение индикационных устройств, невозможно без учета светотехнических характеристик индикаторов, и прежде всего коэффициента яркости, определяющего видимую яркость изображения при изменении пространственного положения наблюдателя.

Оптимальные размеры знаков и их элементов. Оптимальные размеры знаков соответствуют понятию оперативных порогов восприятия, при которых обеспечиваются максимальная точность и скорость восприятия и опознания человеком поступающей информации.

Оптимальный размер знаков, предъявляемых да средствах отображения, рассчитывается с учетом яркости знаков, величины контраста, вида контраста, сложности графического начертания знаков, использования цвета. Предъявляемые знаки подразделяются на две группы: алфавит буквенно-цифровой и алфавит условных знаков.

Допустимый размер букв и цифр при учете только точности считывания на фоне других знаков составляет 18—20°.

При одновременном учете точности и скорости опознания оптимальный размер знаков составляет 35—40°.

Для читаемости цифр необходимо выдерживать оптимальные соотношения основных параметров знака: высоты, ширины, толщины обводки. Толщина линий для знаков обратного контраста составляет 1/10 к высоте знака. Знаки, рассматриваемые на просвет, могут иметь меньшую толщину обводки — 1/30; 1/40.

Эти величины значительно меньше тех, которые рекомендованы для пропорций знаков прямого контраста в силу иррадиации, увеличивающей видимую толщину штрихов и уменьшающей видимое пространство между элементами знака. Однако в целом ряде случаев уменьшение толщины знаков нежелательно по ряду обстоятельств. Одно из них связано с необходимостью введения цвета как оптимального кода при отображении информации.

Правильная идентификация цвета возможна только при размерах цветовых полей не меньше критических. При их дальнейшем уменьшении цвет поверхностей сильно искажается. Для а<15° желтый, зеленый и пурпурный цвета меняют свой оттенок соответственно на сине-зеленый, темно-серый и коричневый.

Наибольшему изменению подвержены желтый и синий цвета, которые при а<2° практически воспринимаются как ахроматические. Поэтому при введении цвета оптимальные размеры знаков рассчитываются, исходя из необходимой толщины штрихов для передачи цвета с соблюдением пропорций знака для прямого контраста.

Размер знака в 35—40° при К>60% в указанных пропорциях обеспечивает хорошую их различимость с введением основных кодовых цветов.

Взаимное расположение линий, образующих знак, в соответствии с показателями остроты зрения, влияет на читаемость знаков. Лучшим из начертаний цифр обычного типа считается шрифт Макворта, в котором наклонные линии в знаках расположены под углом в 45°, и шрифт Бергера, в котором буквы и цифры составлены прямыми линиями.

Для алфавита условных знаков оптимальная величина знака, обеспечивающая наиболее быстрое и точное восприятие, зависит от сложности их конфигурации. Для знаков простой конфигурации, представляющих собой контур — треугольник, квадрат, трапецию, овал и т. п., величина оперативного порога опознания составляет 18±1° для наибольшей грани контура.

При определении размера сложных знаков следует учитывать как величину знака в целом и величину его детали, так и наименьшее расстояние между его деталями. При знаках средней сложности — с деталями внутри и снаружи контура, угловой размер знака должен составлять 21 ± 1°. Размер наименьшей детали — 4—5°.

Если знак сложный — с наружными и внутренними деталями, его опознавание затруднено и безошибочная работа осуществляется при больших размерах знаков а=35±2°. Размер наименьших деталей должен составлять 6°.

Оптимальное соотношение величины условного знака и цифровой информации, относящейся к нему, 2 : 1 или 1,8: 1.

Знаки, компонуемые из дискретных светящихся элементов. Для отображения алфавитов знаков используются ЭЛТ специального назначения. Отображаемые знаки компонуются из дискретных светящихся элементов: способом точечных матриц или строчного изображения.

Для них определяются число элементов изображения, размер и площадь элементов изображения, расстояние между элементами знака. Оптимальный размер знаков определяется характеристиками оперативной работы и соотносится с требованиями, предъявляемыми к печатным знакам.

Минимальная же величина знака зависит от числа элементов, необходимых для их опознания. Для растрового способа минимальное число линий растра для букв и цифр равно 10. Для точкой матрицы число точек такое же.

Читаемость знаков, образованных с помощью точечных матриц и растровым способом, одинакова, однако операторы предпочитают точечные знаки.

Оценка скорости и точности по параметрам необходимого количества элементов разложения для букв русского алфавита и цифр показала преимущество матриц 6×9 и 5X7 при растровом способе знакогенерирования и 8—16 элементов при функциональном.

Следует добиваться неразличимости элементов изображения: точек матрицы, растра и др.
Для получения непрерывного изображения нужно, чтобы расстояние между краями соседних пятен было меньше 1°.

Для получения изображения с иллюзией непрерывной яркости нужно обеспечить условие, при котором меньше 1° должно быть расстояние между центрами пятен.

Если дискретная структура знака заметна, читаемость знака, помимо перечисленных факторов, определяется воспринимаемой яркостью элементов изображения. Воспринимаемая яркость не зависит от размеров (площади) элементов, если они составляют не меньше 2°. Однако при меньших размерах воспринимаемая яркость определяется произведением площади изображения на интенсивность светового потока (закон Рикко) и, следовательно, будет ослабевать с уменьшением размеров светящихся элементов.

Оптимальные характеристики компоновки знаков. В процессе обработки сигналов глаз совершает движения от объекта к объекту с их последовательной фиксацией. Содержательная обработка информации осуществляется в момент фиксации, движение же глаз обеспечивает последовательность обработки воспринимаемой информации.

В соответствии с закономерностями этих двух этапов «поведения» глаза формулируются требования к компоновке знаков и их взаимному расположению в контролируемом пространстве.

Требования к компоновке знаков определяются величиной оперативного поля зрения и разрешающей способностью двигательной системы глаза. Величина оперативного поля зрения ограничивает количество объектов для одномоментной (200—300 мс) переработки зрительной информации.

Разрешающая же способность глаза определяет плотность расположения объектов или одномоментно воспринимаемых групп.

В практике отображения возможны два разных способа представления информации: организованное и «хаотическое».

К первому относятся формулярный и табличный способы организации знаковой информации.

Формуляр — это объединенные в компактную группу буквы, цифры и условные знаки, кодирующие данные о контролируемых объектах.

Исходя из величины оперативного поля зрения количество знаков в строке формуляра не должно превышать 4—5 цифр. Оптимальное общее число знакомест в формуляре — 12. Это число определено на основании минимального числа фиксаций при счи-тывании формуляра и минимального времени селекции отдельных типов сообщений и расшифровки сведений, закодированных цифрами и буквами.

Для оптимального выделения информации, кодируемой в формуляре на определенных знакоместах, необходимо выдерживать определенные расстояния между его элементами.

Рекомендуются следующие интервалы между элементами формуляра:

• между условным знаком и формуляром, к нему относящимся, не менее 1/4 высоты условного знака;
• между отдельными знаками в формуляре 1/2 ширины знака; — между строками 1/2 высоты знака.

Табличный способ представляет собой распределение знаков по столбцам и строчкам, имеющим самостоятельное значение. Считывание нужных данных обеспечивается при безошибочном определении координат информации, извлекаемой из таблицы.

Точное и безошибочное считывание информации с таблицы осуществляется при ее оптимальной организации, учитывающей общий размер таблицы (в угловых величинах), число столбцов и строк, общее число знаков в таблице, плотность знаков по вертикали и горизонтали, степень однородности таблицы.

При обычных способах работы с цифровыми таблицами необходимо, чтобы размеры самостоятельных частей таблицы не превышали величины оперативного поля зрения. Плотность расположения объектов должна быть больше величины, вызывающей двигательные шумы глаза.

Допустимая плотность чисел в таблице зависит от общих размеров таблицы, с которой считывается информация. Чем меньше общий размер таблицы, тем с большей плотностью можно располагать числа при сохранении режима быстрого и точного считывания.

Оптимальные соотношения плотности чисел и величины таблицы, в которой возможно точное и быстрое прослеживание чисел или их нахождение по заданным координатам, составляют 3° при плотности в 10°, 5—7° при плотности в 15°, 10—15° при плотности чисел в 20°. При больших таблицах рекомендуемая плотность чисел составляет не менее 60°. При плотности в 40—50° безошибочная работа выполняется с большим напряжением.

Рекомендуются интервалы: — между отдельными знаками (цифрами) интервал должен
составлять величину, равную толщине обводки; — между столбцами (числами) — от 1/2 ширины знака до расстояния, равного высоте знака.