Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уральский государственный университет им. А.М.Горького
Математико-механический факультет
Кафедра высокопроизводительных компьютерных технологий
“ Разработка специализированных средств человеко-компьютерного интерфейса. Обеспечение повседневной работы за компьютером с использованием прототипа данного интерфейса ”

"Допущен к защите" ___________________ "__"____________2010 г.	Квалификационная работа на степень бакалавра наук по направлению "Математика, прикладная математика" студента гр. Мт - 408 Мальцева Александра Сергеевича Научный руководитель Авербух Владимир Лазаревич доцент КИПУ, к.т.н.

Екатеринбург
2010

РЕФЕРАТ

Мальцев А.С. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ЧЕЛОВЕКО-КОМПЬЮТЕРНОГО ИНТЕРФЕЙСА. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОВСЕДНЕВНОЙ РАБОТЫ ЗА КОМПЬЮТЕРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОТОТИПА ДАННОГО ИНТЕРФЕЙСА, квалификационная работа на степень бакалавра наук, стр. 38, рис. 8, приложений 2

Ключевые слова: ЧЕЛОВЕКО-КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНТЕРФЕЙС, ДЕТСКИЙ ИНТЕРФЕЙС, МЕТАФОРА, АНАЛИЗ, КОНТРОЛЬ.

Объект исследования – ребенок, работающий на компьютере.

Цель работы – разработка прототипа детского интерфейса.

Изучается объект исследования, рассматривается теория компьютерной метафоры. Ставится цель создания принципиально нового детского интерфейса. На основе графического представления создается административная часть интерфейса.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3

Особенности визуального восприятия детей	7

Восприятие у младших школьников	8

Восприятие цвета	9

Психическое воздействие цвета	10

Дети и компьютеры в современном мире	11

Состояние проблемы	11

Влияние компьютера на ребёнка	13

Теория компьютерной метафоры	16

Научная метафора.	17

Метафора интерфейса	18

Метафора комнаты	20

Постановка задачи и основные требования к детскому интерфейсу	21

Решение поставленной задачи	22

Выбор метафоры детского интерфейса	22

Графическая реализация интерфейса	22

Основные объекты комнаты	22

Описание административной части	24

Программная реализация	28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ	31

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	32

ПРИЛОЖЕНИЕ 1	33

ПРИЛОЖЕНИЕ 2	34

ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры прошли огромный путь от механических вычислительных устройств, занимающих целое здание, до элементов повседневного быта. Да и принцип взаимодействия людей с компьютерами совсем изменился. В настоящее время компьютеры осваиваются в массовом количестве различными категориями пользователей, в том числе и детьми.

Хорошо ли то, что взрослый компьютер и интернет оказывается в руках детей? Очевидный ответ на этот вопрос – плохо! Но попытки ограничить детей во взаимодействии с компьютером и в доступе к интернету не дают нужного результата.

Чтобы ликвидировать потенциальный вред для ребенка и дать только пользу от общения с компьютером ведутся исследования по направлению «дети и компьютеры».

Наша работа связана с этим направлением. Мы хотим понять каким должен быть интерфейс человеко-компютерного взаимодействия для дошкольников и младших школьников. Каким должен быть компьютер для детей и альтернатива взрослому интернету?

В своей работе мы анализируем результаты исследований и разработок в области детского человеко-компьютерного интерфейса, описываем наш подход к созданию такой системы и результаты опытной реализации детского интерфейса.

Исследование детского интерфейса можно отнести к такой деятельности как «Компьютерная визуализация». Опишем основные положения этой дисциплины, чтобы выяснить какие вопросы встанут при проектировании человеко-компьютерного интерфейса для детей и методик визуализации.

Одной из задач компьютерной визуализации как самостоятельной дисциплины является поиск, выбор и проектирование методик человеко-компьютерного интерфейса и визуализации. Проблема эффективности интерпретации очень важна для проектировщика систем визуализации, также как и вся проблематика, порождаемая ролью пользователя, и как потребителя результатов процесса моделирования, и как участника этого процесса.

В интерактивных (особенно визуальных) системах потребителем информации является, прежде всего, другой человек. Компьютер же при использовании визуальных методов представления вводимой информации в любом случае получает простые команды на выполнение той или иной операции. К этому же сводятся и случаи использования сложных вербальных языков или текстов особого вида, полученных посредством использования языка действий.

Среди набора традиционных требований к языкам действий пользователя (таких, как обратимость действий, наличие контекста, который обеспечивает поддержку пользовательской ориентации, наглядности интерфейса, с минимальным доверием к памяти пользователя, наличия обратной связи почти для всех пользовательских операций, подтверждения потенциально разрушительных действий пользователя) выделяется требование совместимости и согласованности интерфейса. Именно совместимость и согласованность позволяют использовать способности пользователя интерпретировать действия на базе сходства с предшествующим опытом. При этом должны учитываться устойчивые, привычные ассоциации между визуальными образами и манипуляциями над ними в виртуальной реальности и объектами и действиями в реальном мире.

Рассматриваются три уровня совместимости интерфейса:

Семантический, который основывается на объектах и операциях над ними, имеющими одинаковый смысл;

Синтаксический, определяющий порядок и расположение объектов в визуальном тексте;

Физический, который определяется возможностями аппаратных средств.

Для оценки языков действий пользователя используется понятие диалоговой выразительности интерфейса. Диалоговая выразительность интерфейса может быть описана следующими характеристиками:

Минимальное число элементарных манипуляций устройствами, необходимых для получения результата;

Минимальное количество переключений с устройства на устройство, необходимых для получения результата;

Однозначность интерпретации действий по вводу данных;

Естественность данного действия пользователя для получения соответствующего результата.

В настоящее время актуальным становится вопрос о разработке человеко-компьютерного интерфейса для определенных групп пользователей, в частности для детей. При этом необходимо учитывать то, что помимо требований, перечисленных выше, интерфейс для детей должен обладать рядом особенностей.

Ниже в квалификационной работе проводится исследование целевой аудитории (в нашем случае детей младшего школьного возраста), в частности детской психологии, интересов, уровня начальной подготовки, физиологических особенностей. На основе полученных сведений разрабатывается часть прототипа человеко-компьютерного интерфейса для обеспечение повседневной работы за компьютером. В заключении рассматриваются перспективы нашего исследования.

Особенности визуального восприятия детей

Краткое описание особенностей визуального восприятия детей заимствовано из [3].

Ощущение и восприятие — это краеугольный камень, на котором строятся все наши представления о внешнем мире. Вся информация окружающего мира поступает к нам через ощущения и обрабатывается нашим восприятием для дальнейшего использования.

Ощущение — это самое первое соприкосновение нашего внутреннего мира с внешним миром с помощью сенсорной системы. Через ощущения мы узнаем о цвете, вкусе, запахе, движении, положении в пространстве и многом другом в окружающем и нашем внутреннем мире. Благодаря ощущениям появляются целостные, предметные восприятия.

Восприятие – это отражение человеком предмета или явления в целом при непосредственном воздействии его на органы чувств.

Механизм процесса восприятия намного сложнее, чем механизм ощущения. Безусловно, что и вырабатывание этого познавательного процесса у маленького ребенка совершается немного иначе, чем формирование моторики и чувствительности.

Свойства восприятия:

Предметность восприятия

Выражается в том, что мы видим мир в идее предметов, которые находятся на фоне. При этом предмет всегда кажется ближе, фон дальше. Границы всегда принадлежат предмету. Чтобы объект выделялся на своем фоне, он должен быть контрастным.

Целостность восприятия

Восприятие есть целостный образ предмета. Выпадение отдельных частей целого до определенного момента не вызывает изменений в восприятии целого.

Особенности протекания процесса восприятия

Восприятие визуальных образов происходит гораздо легче и быстрее по сравнению с восприятием вербального языка.

При восприятии картин максимум внимания приходится на смысловые изображения.

При дополнении имеющихся сведений новыми данными, даже, если это традиционные предметы усиливается внимание к предмету.

Восприятие у младших школьников

У младших школьников совершенствование восприятия не останавливается. Вследствие совершенствования и других аспектов психики, таких как наблюдение, восприятие становится более управляемым и целенаправленным процессом. Неизвестные устройства, знаки, растения дети этого возраста без труда воспринимают как представителей какой-то группы вещей «т.е. категориально». Дети младшего школьного возраста сосредотачиваются на отношениях частей в целом, из-за склонности отыскать смысловые отношения при восприятии предмета.

У детей младшего школьного возраста есть некоторая неординарность восприятия. Это обусловлено в основном недостатками в овладении окружающей средой, но корректность узнавание различных фигур, их безошибочное наименование у детей после 7 лет значительно улучшается в сравнении с детьми-дошкольниками. Проблемы в назывании геометрических фигур говорит о невысокой степени ориентировки детей в формах. До начальной школы дети в большинстве случаев овладевают только двумя формами: куб и шар. Притом куб им известен больше как элемент материала для строительства (кубик), а не как геометрическое фигура. Формы, которые можно отобразить на плоскости им известны лучше, среди них круг, квадрат, треугольник.

В развитии «пространственного видения» существенную роль играет освоение измерения. Знакомство с метром и сантиметром «материализует» пространственные признаки предметов, а измерительная деятельность на уроках математики, труда, природоведения, физкультуры развивает глазомер, оценку расстояния и величины; ребенок учится выделять пространственные характеристики предметов и их сочетания.

Огромным достижением в развитии восприятия младшего школьника является установление им первых связей пространства, времени, количества.

Восприятие цвета

В психологии установлены некоторые закономерности влиянии различных цветов на восприятие. Цвет ощутимо влияет на психоинтеллектуальное состояние челoвека. Цвета, воспринимаемые человеком обращаются к чувствам, а не к логике человека, а именно:

вызывают психологическую реакцию:

подчеркивают качество, настроение, чувство,

создают теплую или холодную среду,

отражают времена года и т.д.;

имеют физиологические последствия, положительные или отрицательные оптические раздражители;

“прикасаются” к ощущениям: удовлетворение, приятный внешний вид и т.п.;

“взывают” к чувствам: придают объемность среде и предметам.

Между цветовым решением в веб-дизайне и естественным восприятием человека существует определенная зависимость. Достоверно установлено, что каждый цвет вызывает подсознательные ассоциации. Вот некоторые из них:

красный цвет символизирует силу воли, активность, агрессивность, особенно привлекает молодежь.

синий цвет ассоциируется с пассивностью, спокойствием, чувствительностью.

зеленый цвет – цвет природы, естественности.

черный цвет – это классический, “стильный” цвет. В то же время для старшего поколения он ассоциируется с бесцветностью и безжизненностью.

Восприятие цвета зависит и от формы, в которую заключен тот или иной цвет, рядом стоящие цвета, их пропорции.

Для целенаправленного использования цвета необходимо знать устойчивые связи между цветом и психологической реакцией человека.

Объективно же восприятие цвета очень изменчиво в зависимости от необычности окружающей ситуации, психического состояния, степени физической усталости. Важно отметить, что в стрессовом состоянии у человека резко обостряется восприятие цветов, в то время как при общей утомленности — наоборот, притупляется. Немаловажное значение приобретает понимание гармонии цветовых сочетаний. При поиске цветового решения для интерфейса важно учитывать все выше перечисленные факторы.

Психическое воздействие цвета

Психическое воздействие цвета вызывает душевнее беспокойство. Необходимо отметить взаимоотношения между ассоциативными переживаниями, вызываемыми некоторым цветом, и его значением в естественной природе: «Например, красный цвет может вызывать душевную вибрацию, подобную той, какую вызывает огонь, так как красный цвет есть в то же время цвет огня».

И физическое, и психическое влияние цвета во многом определяются личностными особенностями воспринимающего его человека. Предпочтительное отношение к определенным цветам заметно проявляется в разных возрастных категориях. Для детей как правило предпочтительны теплые, яркие, насыщенные цвета.

Дети и компьютеры в современном мире

Состояние проблемы

Состояние проблемы «дети и компьютеры в современном мире» описано по работам [1],[7].

В последние годы явно вырос интерес к применению компьютеров в быту. Разработчики программ, занимающие солидное положение в мире бизнеса, неожиданно переключили свое внимание на сферу образования и развлечения для взрослых и детей в домашних условиях. Чем же это вызвано? Почему так возрос интерес к домашнему применению компьютеров особенно среди родителей?

Персональный компьютер стал чем-то обычным в нашей повседневной жизни. Поэтому совершенно естественно, что родители хотели бы знать, как правильно организовать занятия детей с компьютером в домашних условиях.

Кое-кто из родителей сегодня опасается, что их дети "отстанут" или столкнутся с серьезными затруднениями, если не будут к определенному возрасту обладать "компьютерной грамотностью".

Эти опасения небеспочвенны. Информационная эпоха, в которую мы живем, действительно требует от детей новых навыков - таких, как способность получать, оценивать и интерпретировать большое количество данных. С другой стороны, мы неуверенны, что ребенку обязательно нужен компьютер, чтобы почувствовать себя образованным человеком, или что следует беспокоиться о том, не слишком ли мало внимания уделяется в школе компьютерной грамотности.

В настоящее время пользоваться компьютерами стало намного проще, чем 10-15 лет назад на заре компьютерной техники. Для них характерно "дружественное" по отношению к пользователю, программное обеспечение с простыми меню и легко выполняемыми инструкциями, а информация представляется с помощью четких графических изображений и звуковых эффектов.

Программирование, конечно, интересная и занимательная штука (и к тому же хороший способ развития навыков решения задач), однако уметь программировать или знать, как вскрыть компьютер и отремонтировать его рядовому пользователю совсем необязательно. Конечно, существуют некие основы, которые должны знать дети, пользующиеся компьютером. Они должны научиться сохранять файлы, знать правила обращения с дисками и т.д. Но дети с легкостью и охотой схватывают эти основы в процессе работы с компьютером. На самом деле сейчас бессмысленно учить детей каким-то конкретным применениям компьютера, готовя их к "вхождению в реальный мир", потому что техника изменяется столь быстро, что трудно предсказать, какие средства будут популярны через пять лет.

Cуществуют два типа обучения - первичное, ориентированное на содержание предмета, для овладения которым предназначена игра, и вторичное (побочное); связанное с чисто игровыми элементами, введенными с целью поощрения игрока.

В играх так называемого аркадного типа (встречи с неожиданными опасностями, погони, стрельба, схватки с врагами и т.д.) вторичное обучение обычно заключается в развитии быстроты реакции, точности прицеливания и т.д.

В играх образовательной ориентации встречаются также и другие виды вторичного обучения. Если принять во внимание, как много времени в игре уходит на факторы внешней мотивации, то вам может показаться, что некоторые из этих игр не заслуживают той энергии, которую затрачивает на них ребенок. Однако игра может подспудно развивать другие навыки, необходимые вашему ребенку. Возможно, его любимая игра включает в себя элементы стратегии, решения логических задач и дедуктивного мышления - т.е. развивает навыки умственной деятельности, полезные во многих жизненных ситуациях. А может быть, она включает в себя лабиринт или загадочную картинку, которые заставляют ребенка сконцентрировать внимание на ориентации в пространстве без жесткого лимита времени, характерного для аркадных игр. Даже если ни один из этих побочных навыков не связан непосредственно с основной целью, ради которой была разработана программа, они часто могут быть ценны сами по себе.

Действительно, нельзя сбрасывать со счетов игры, ориентированные всецело на развитие побочных навыков. Игры, которые были разрекламированы разработчиками как "обучающие", поддерживают конкретные разделы школьного учебного плана. Но существуют и другие великолепные программы, не претендующие на роль обучающих, хотя навыки и способности, которые они развивают - решение задач, логическое мышление, пространственное воображение и т.д., - имеют косвенное отношение к деятельности ребенка в школе и вне ее.

Влияние компьютера на ребёнка

Проблема влияния компьютера на ребенка описана по работе [8].

Компьютеры можно было бы рассматривать как одно из выдающихся достижений современной научно-технической мысли, если бы не отдельные весьма существенные «но». Последствия воздействия излучения, а также других факторов влияния компьютеров на человека изучены недостаточно, а то, что изучено, практически не известно пользователям.

Имеющиеся данные англоязычной литературы об ухудшении здоровья пользователей ПК носят отрывочный и часто противоречивый характер. При этом логика рассуждений такова: раз нет однозначных доказательств вреда, значит, нет и самого вреда. Однако некоторые данные о стрессовом воздействии компьютеров на зрение, возникновении патологических изменений в глазах, учащении эпилептических припадков всё же опубликованы. Замечен также дискомфорт мышечной ткани, кожных покровов. Действие многих вредных экологических и социальных факторов, на фоне которых можно выделить специфическое ПК-воздействие бывает трудно.

Рассмотрим подробнее факторы компьютерного влияния и исследования ученых в этой области.

Проблема взаимоотношений детей и компьютеров обсуждается в обществе с тех самых пор, как персональные компьютеры пришли в наши квартиры на правах бытовой техники. Современные родители стремятся развить в своих детях самое лучшее, научить их многому, но, к сожалению, не всегда это желание идет на пользу ребенку.

Болезненное пристрастие. У психиатров существует специальный термин — "компьютерный синдром". Многие медики однозначно считают, что это болезнь, и она тяжело лечится.

Некоторые ученые высказывают мнение, что чрезмерное развитие визуального восприятия у детей может нанести значимый ущерб осязанию и слуху. Тем не менее, разработчики веб-сайтов и программ для детей не видят ничего плохого в приобщении детей к высоким технологиям в совсем юном возрасте, если это происходит постепенно и в разумных пределах. При условии разумного использования компьютеры могут помочь детям в развитии координации рук и глаз, а также других способностей. Порой бывает очень трудно подавить в детях любопытство к машинам, которые так часто используют их старшие братья и сестры.

К сожалению, помимо подстерегающей их компьютеромании, существует ряд других побочных эффектов от долгого общения с компьютером. Дети быстро приспосабливаются к окружающему миру, и к миру компьютеров тоже. Многие изменения можно не заметить сразу невооруженным глазом (их сможет определить только опытный педагог или психолог). Например, это может отражаться на их эмоциональном состоянии — может наблюдаться повышенная агрессивность, вспышки насилия. Другое наблюдение — дети перестают фантазировать, становятся неспособными создавать собственные визуальные образы, с трудом обобщают и анализируют информацию. Компьютер может стать причиной долговременных нарушений в области психического и интеллектуального развития детей. У так называемого компьютерного поколения хуже работают некоторые виды памяти, наблюдается эмоциональная незрелость, безответственность.

Теория компьютерной метафоры

Один из подходов к проектированию человеко-компьютерного интерфейса основан на использовании компьютерных метафор. Рассмотрим этот подход по [2],[5].

Использование метафор (образного сближения понятий) стало необходимо с самого начала существования современной вычислительной техники потому, что были нужны средства описания совершенно новых явлений и объектов.

В качестве компьютерных метафор рассматриваются метафоры интерфейса, метафоры визуализации и системные метафоры (метафоры проектирования системы).

Метафоры интерфейса - наиболее популярны в современной литературе. Дело в том, что именно метафоры интерфейса актуализировали сами исследования в области метафоры. Из достаточно умозрительного рассмотрения одного из феноменов языка, теория метафоры превратились в инструмент проектирования конкретных программных систем. Дальнейшее развитие методик представления данных выявило наличие метафор визуализации, как самостоятельного класса метафор “научного” типа. Появилась необходимость в разработке теории компьютерной метафоры, которая рассматривается нами, как важная составляющая теории человеко-компьютерного интерфейса и теории визуализации.

В 80-х годах XX века началось использование понятия метафоры в связи с визуальным программированием. Например, говорилось, что данная система поддерживает различные графические метафоры, известные в компьютерных науках, в частности конечные автоматы, блок-схемы, графы потоков данных. Соответствующая метафора, в свою очередь, определяла язык визуального программирования, при создании которого осуществляется выбор определенного аспекта программы, выбор графической модели и выбор соответствия между аспектами программы и графикой, одновременно определяющего поведение графической модели. В это же время активно разрабатывались методики обучения основам программирования, где метафоры использовались для объяснения основных абстрактных концепций. Примерно тогда же появились первые системы интерфейса с явным описанием метафоры рабочего стола.

Кратко рассмотрим некоторые подходы к построению теории метафоры.

Научная метафора.

Метафора понимается здесь как использование информации и знаний из одной (исходной) области человеческого опыта для того, чтобы лучше понять и структурировать явления и понятия другой (целевой) области, которая как правило, является более абстрактной. Метафора делает возможным перенос понятий с уже освоенной предметной области на область неизвестного.

У научной метафоры следует выделить две основные (и тесно связанные между собой) функции - языковую и моделирующую.

1. Функция формирования языка новой дисциплины. Научные метафоры особенно активно используются на ранних этапах развития той или иной научной дисциплины, так как они помогают создать язык для осознания и описания новых явлений. Необходимо назвать новое понятие. При этом использованный термин, приобретает новое значение через посредство старого, которое за ним сохраняется. Это и есть метафора, которая всегда присутствует в научном языке.

2. Функция формирования модели изучаемого явления. Научная модель, которая создает основание для формирования теории, может рассматриваться как расширенная метафора. Модели в этом качестве каким-то образом организуют наш опыт и знания об исследуемых объектах.

Классификация метафор включает в себя:

- метафоры по подобию (или образные метафоры);

- индуктивные аналогии;

- структурные аналогии.

Метафоры по подобию соответствуют Аристотелевскому высказыванию о создании сходства. Это такие метафоры, которые, подобно поэтическим метафорам, базируются на представлении сущностей некоторой прикладной области сходными с ними визуальными объектами. Большинство визуальных систем человеко-компьютерного взаимодействия основаны именно на этом типе метафор. Интересно, что образная метафора может помочь в создании новых полезных возможностей при реализации даже весьма привычных и обыденных для пользователей операций.

Индуктивные аналогии обеспечивают перенос какого-либо принципа из одной области в другую, а структурные аналогии, служат для утверждения структурного или организационного тождества.

Несмотря на несомненные успехи метафор в человеко-машинном интерфейсе следует указать на справедливую критику метафорического подхода. В частности отмечается:

1. Метафоры проваливаются.

2. Метафоры редки.

3. В метафорах отсутствует ориентация на данную область.

4. Метафоры консервативны.

Метафора интерфейса

В настоящее время при проектировании интерфейса господствует концепция «непосредственного действия». Эту концепцию предложил в начале восьмидесятых годов известный специалист в области вычислительных наук профессор Б. Шнейдерман (B. Shneiderman), собрав воедино и проанализировав новые тенденции в организации интерфейса.

Б. Шнейдерман определил следующие характеристики интерфейса, созданного на основе концепции “непосредственного действия”:

Постоянное отображение объекта, представляющего интерес;

Физические действия (работа с мышью, джойстиком, сенсорным экраном) или использование функциональной клавиатуры вместо команд с сложным синтаксисом;

Быстрые, разбиваемые на шаги, допускающие возврат операции, чьё воздействие на объект, представляющий интерес, немедленно становится видимым;

Послойный или спиральный подход к изучению системы, позволяющий её использование при минимальных знаниях.

К примерам основных метафор визуализации и интерфейса следует отнести порожденную идеей мира-офиса метафору рабочего стола, метафоры ландшафта или города.

Надо понимать, что метафоры этого типа не случайны. В частности, важную роль при их выборе играет возможность задействовать и нагрузить соответствующим конкретной задаче содержанием базовые образы-схемы, такие как “контейнер”, “ближе-дальше”, “выше-ниже” и пр.

Основные метафоры визуализации и интерфейса используются для определения деятельности пользователя программной системы и его восприятия объектов и операций над ними.

В наш список основных метафор, прежде всего, попадает самая популярная метафора - метафора рабочего стола. Список включает известные метафоры комнаты; здания; города; ландшафта; карты (варианты - карты-схемы и планы местности или помещений различных типов). Менее распространены метафоры театра (вариант - кукольный театр); книги; комикса; кинематографа.

Метафора комнаты

Интерес к метафоре комнаты возник сразу после удачного внедрения метафоры рабочего стола.

Метафора комнаты обладает такими свойствами:

Способность содержать какие-либо объекты внутри себя. Комната не только представляет собой отдельный объект, но и является контейнером для других объектов.

Ограничение контекста восприятия. Объекты внутри комнаты можно рассматривать в отрыве от «внешнего мира».

Замкнутость. Для работы с метафорой комнаты не требуется дополнительных элементов, кроме, возможно, объектов, расположенных внутри комнаты.

Включение в структуру. Из комнат можно «строить здания», рассматривая совокупность комнат. Поэтому комната может являться элементом построения некоторой сложной конструкции.

Естественность метафоры. Комната является естественной метафорой, с наличием соответствующего объекта в реальном мире. Это свойство делает интуитивно понятными все вышеописанные свойства. При использовании метафоры не возникает дополнительных аналогий и неестественных образов. Функциональность и характеристики реального объекта просто переносятся (хотя и в несколько расширенном понимании) в виртуальный мир.

Так как комната есть контейнер, то естественно в качестве первичного способа представления использовать помещение в нее объектов. С одной стороны информация может быть представлена типом (видом) объекта, без учета его размещения, с другой стороны можно рассматривать однотипные объекты, а основную информационную нагрузку будет нести их местоположение в комнате. Информацию может нести и интерьер комнаты.

Постановка задачи и основные требования к детскому интерфейсу

Целью нашей работы является разработка специализированного интерфейса для детей. Мы хотим, во-первых, сделать удобный и понятный для детей интерфейс, при этом учитывая особенности детского восприятия, а во-вторых, избежать трудностей и даже опасностей, которым подвергаются дети, использующие «взрослый» человеко-компьютерный интерфейс.

Основываясь на исследованиях, описанных в предыдущих главах данной работы, мы пришли к выводу, что интерфейс для детей раннего школьного возраста, должен быть интерфейсом “непосредственного действия”.

У ребенка должно создаваться впечатление о том, что он непосредственно воздействует на представленные на экране объекты. При этом промежуточные действия, ведущие к желаемому результату, но откладывающие его на какое-то время, должны отсутствовать, или их количество должно быть сведено к минимуму.

При разработке интерфейса должен быть учтен тот момент, что ребенку не желательно иметь доступ к настройкам компьютера, к системным файлам и папкам, к программам, поддерживающим стабильность операционной системы.

Необходимо чтобы у родителей была возможность разрешать ребенку доступ только к тем файлам (фильмам, играм, картинкам и т.д.), которые они считают нужными. То есть детский интерфейс должен быть индивидуально настраиваемым для каждого ребенка. Следовательно необходимо разработать административную часть интерфейса для предоставления такой возможности родителям ребенка.

Решение поставленной задачи

Выбор метафоры детского интерфейса

Из существующих на сегодняшний день основных метафор визуализации и интерфейса, наиболее подходящей к перечисленным выше требованиям является метафора комнаты.

В результате исследований, мы пришли к выводу, что в качестве основной метафоры детского интерфейса необходимо взять метафору детской.

Графическая реализация интерфейса

Для создания графики, используемой в реализации детского интерфейса, использовался графический пакет Autodesk 3d Studio Max 9 и рендер (визуализатор) V-Ray.

Основные объекты комнаты

За основу интерфейса мы взяли детскую комнату. Комната будет выполнять функцию контейнера, содержащего основные объекты, необходимые ребенку во время работы за компьютером, то есть большинство элементов интерьера комнаты несет в себе определенные функции.

Расположение элементов внутри комнаты основывается на базовой образ-схеме «ближе-дальше». На переднем плане размещаются объекты, используемые наиболее часто.

Рис. 1. Комната с объектами интерьера (рабочее пространство)

Кратко рассмотрим основные объекты комнаты, которые нуждаются в настройке родителей. Их можно разделить на две группы:

1. В первую группу попадают объекты, для которых родителям требуется менять только ссылки связывающие объект с программой:

Диван. Обозначает отдых, перерыв / значение: опция спящий режим.

Картины на стене. Возможность просмотра графических файлов (фотографий, изображений, рисунков) / ссылка на программу для организации и просмотра изображений.

Дверь. Выход / Выключение компьютера.

Часы. Прибор для определения времени / ссылка на программу для определения времени.

Набор для рисования. Ссылка на графический редактор.

Тетрадь. Ссылка на текстовый редактор.

Расписание. Ссылка на электронный органайзер.

2. Ко второй группе отнесем объекты, которые требуют более детальной настройки:

Шкаф с игрушками. Место, где находятся игрушки / ссылка на каталог доступных компьютерных игр. При нажатии открывается новое окно, в котором расположены картинки (обложки) компьютерных игр, добавленные родителями.

Книжный шкаф. Место для хранения книг / доступ к книгам, энциклопедиям. При нажатии на книжный шкаф открывается новое окно, в котором изображена книжная полка и имеющиеся на ней книги, добавленные родителями.

Кубик Рубика. ссылка на каталог развивающих (интеллектуальных) игр. При нажатии на данный объект открывается новое окно, в котором расположены картинки (обложки) интеллектуальных игр, добавленные родителями.

Телевизор. Просмотр телепрограмм / ссылка на каталог видео, доступных для ребенка. При нажатии на объект открывается новое окно, в котором находятся картинки (обложки) фильмов, мультиков и т.п., добавленные родителями.

Описание административной части

Главная страница административной части содержит две колонки. В левой колонке расположены пункты меню, при нажатии на которые в правой колонке открываются настройки соответствующие этим пунктам.

Перечислим эти пункты меню:

Список объектов в комнате

Добавить фильм

Список фильмов

Добавить игру

Список игр

Добавить развивающую игру

Список развивающих игр

Рис. 2. Главная страница административной части

Настройки:

Список объектов в комнате. При нажатии на этот пункт, в правой части появляется таблица, в первой колонке которой перечислены основные элементы комнаты, во второй колонке расположены ссылки соответствующие этим элементам, в третьей колонке находится кнопка для редактирования ссылки.

Рис. 3. Список объектов в комнате

Добавить фильм. При нажатии на этот пункт, в правой части появляется два текстовых поля: «изображение» и «ссылка». В первом поле, с помощью кнопки «обзор» выбирается обложка к добавляемому фильму. Во втором поле прописывается адрес к файлу с фильмом. По нажатию на кнопку «сохранить» новый фильм добавляется к списку фильмов.

Рис. 4. Добавить фильм

Список фильмов. При нажатии на этот пункт, в правой части появляется таблица, в первой колонке которой выводятся обложки к добавленным фильмам, во второй колонке расположены ссылки соответствующие этим обложкам, в третьей колонке находятся кнопки «редактировать», для редактирования ссылки, и кнопка «удалить», для стирания всех данных об этом фильме.

Рис. 5. Список фильмов

Пункты меню «добавить игру», «список игр», «добавить развивающую игру», «список развивающих игр» устроены аналогичным образом, что и пункты «добавить фильм», «список фильмов».

Программная реализация

Нами было принято решение создать прототип интерфейса по аналогии с веб-сайтом. Для непосредственной реализации использовались языки веб-программирования.

HTML - Язык Разметки Гипертекста. Это основа любого сайта — его фундамент. С помощью него можно форматировать текст, вставлять изображения на страницу, создавать ссылки, подключать к странице таблицы стилей, написанных на языке CSS, подключать скрипты.

CSS - Каскадные Таблицы Стилей. Они позволяют придать стиль любому тексту, картинке, таблице и вообще любой части страницы, сделанной на языке HTML.

PHP - серверный язык. Он используется для создания скриптов, работающих на стороне сервера, способен генерировать и преобразовывать HTML документы, изображения разных форматов - JPEG, GIF, PNG и пр.

Javascript - объектно-ориентированный язык веб программирования, созданный для придания страницам динамичности.

MySQL - язык структурированных запросов для доступа к базам данных и их управления.

Программа состоит из нескольких файлов. Рассмотрим основные из них.

В файле adm_main.html создается главная страница административной части.

Файл style.css содержит стили для основных объектов, определяемых в файле adm_main.html. Для каждой из групп объектов и для самих объектов задаются классы. Для классов указываются определенные параметры, задающие размеры объекта, положение относительно других объектов, оформление ссылок и др.

В файле room.sql создается база данных. Она состоит из 2 основных таблиц:

Таблица `new_links` служит для хранения ссылок, которые привязываются к основным объектам. Она содержит следующие поля:

`id` - в нем хранится идентификационный номер ссылки

`title` - в нем хранится сама ссылка

Таблица `new_images` служит для хранения картинок для каталогов, имеющихся в нашей программе. Она содержит следующие поля:

`id` - идентификационный номер картинки

`src` - сама картинка

`src_link` - ссылка на объект, соответствующий данной картинке

`alt` - идентификационный номер каталога, которому принадлежит картинка.

В файле MyClass.php описываются основные функции, необходимые для обеспечения удобной работы с программой.

function myclass() – подключает базу данных.

function add_image() – функция которая создает форму для добавления элемента, тип которого, указывается в переменной $type.

function addImage($tmp_name, $img_name, $alt, $link) – добавляет картинку в таблицу `new_images` базы данных.

function save_image() – берет данные из формы, созданной функцией add_image(), и вызывает функцию addImage.

function list_films() – выдает список фильмов, при нажатии на пункт меню «список фильмов».

function delete() – удаляет всю информацию об объекте из базы данных.

function list_games() – выдает список игр, при нажатии на пункт меню «список игр».

function list_int_games() – выдает список развивающих игр, при нажатии на пункт меню «список развивающих игр».

function list_main() – выдает список объектов в комнате, при нажатии на соответствующий пункт меню.

function edit() – создает форму для редактирования ссылки.

function save() – сохраняет изменения после редактирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении мы хотим описать поставленную нами задачу в создании принципиально нового детского интерфейса. Базовой идеей была метафора детской комнаты, которая, во-первых, трехмерна, а, во-вторых, включает в себя набор трехмерных объектов, представляющий целый ряд действий по организации деятельности ребенка на компьютере и помогающий структурировать многие важные элементы жизни ребенка, в частности организация расписания, развлечений, обучения и т.п. Разработан комплекс программ, реализующий нашу идею. На следующем этапе необходимы консультации со специалистами-педагогами и аккуратное опробование на реальных пользователях. Следует отметить, что данный прототип нуждается в развитии. Перечислим некоторые идеи для дальнейшей доработки интерфейса:

Добавление возможности редактирования интерфейса, создания собственного интерьера, с учетом потребностей ребенка.

Создание базы объектов интерьера и ее периодическое пополнение новыми элементами.

Разработка прототипа детского браузера, простого и понятного в использовании, который родители смогут настраивать по своему усмотрению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Amy Bruckman, Alisa Bandlow. HCI for Kids // Georgia Institute of Technology.

Averbukh V.L., Bakhterev M.O., Baydalin A.Yu., Gorbashevskiy D. Yu., Ismagilov D.R., Kazantsev A.Yu., Nebogatikova P.V., Popova A.V., Vasev P.A., Searching and Analysis of Interface and Visualization Metaphors // Human-Computer Interaction, New Developments. / Edited by Kikuo Asai. Chapter 3, Vienna, In-teh. ISBN 978-953-7619-14-5, 2008, pp. 49-84.

http://opsychology.ru

Peta Wyeth, Mark Venz. Combining Developmental Theories and Interaction Design Techniques to Inform the Design of Children’s Software // University of Queensland.

Авербух В.Л., К теории компьютерной визуализации // Вычислительные технологии Т. 10, N 4, 2005 , стр 21-51.

Андреев В. М. О чем надо помнить при разработке пользовательского интерфейса.

Белышкин А. П. Особенности субъективных представлений при работе с компьютером у разных категорий пользователей.

Гурьев С. В. Влияние компьютера на физическое и психическое состояние детей младшего школьного возраста. // РГППУ г. Екатеринбург.

Донской М. А. Пользовательский интерфейс. PC Magazine – Russian Edition N 10/1996 цитируется по http://www.psychology.ru/library/00006.shtml.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Последовательность действий для добавления нового фильма.

Шаг 1. Открыть главную страницу административной части

Шаг 2. Выбрать пункт меню «Добавить фильм» и нажать левую клавишу мыши один раз

Шаг 3. Нажать на кнопку обзор и в появившемся окне выбрать обложку для нового фильма. Вписать в поле «ссылка» путь к фильму и нажать кнопку «сохранить».

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пример функции которая создает форму для добавления элемента, тип которого, указывается в переменной $type (файл MyClass.php)

function add_image(){

$title = '<div style="padding:20px 0 20px 20px;"><b>Добавить ';

$type = $_GET['type'];

if($type=='films'){

$title.='новый фильм</b></div>';

}

if($type=='games'){

$title.='игру</b></div>';

}

if($type=='int_games'){

$title.='развивающую игру</b></div>';

}

$content='<form action="?mod=myclass&method=save_image&type='.$_GET['type'].'" enctype="multipart/form-data" name="form1" method="post">

<table>

<tr>

<td width="150px">Изображение</td><td></td><td><input type="file" size="30" name="img"></td></tr>

<tr><td width="150px">Ссылка</td><td></td><td><input type=text name="link" size=37 maxlength=600></td></tr>

</table>

<input type="submit" value="Сохранить">

</form>';

return $title.''.$content;

}

Пример функции которая выдает список объектов в комнате (файл MyClass.php)

function list_main(){

$db = clone $this->DB;

$sql = sprintf("SELECT id,title FROM `new_links`");

$db->query($sql);

if($db->row_count()>0){

$title='<div><b>Список предметов</b></div>';

$res='<table>

<td width="150px"><b>Элемент</b></td><td><b>Ссылка</b></td><td></td></tr> <tr><td colspan="2" align="center"><b>Комната</b></td><td></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Диван</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Картины</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Дверь</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Часы</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$res.='<tr><td colspan="2" align="center"><b>Стол</b></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Набор художника</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Блокнот</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Календарь</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$res.='<tr><td colspan="2" align="center"><b>Книжный шкаф</b></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Книга1</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$new_links = $db->fetch();

$res.='<tr><td>Книга2</td><td>'.$new_links['title'].'</td><td><a href="?mod=myclass&method=edit&type='.$new_links['id'].'">Редактировать </a></td></tr>';

$res.='</table>';

}

return $title.''.$res;

}

Пример функции которая создает форму для редактирования ссылки (файл MyClass.php)

function edit(){

$db = clone $this->DB;

$sql = sprintf("SELECT * FROM `new_links` WHERE `id` = '%s'",$_GET['type']);

$db->query($sql);

$temp = $db->fetch();

$title = "<div><b>Редактирование ссылки</b></div>";

$content='<form action="?mod=myclass&method=save&type='.$_GET['type'].'" enctype="multipart/form-data" name="form1" method="post">

<div align="left" style="padding:20px 0 20px 20px;">

<div>Введите ссылку:</div>

<input type=text name="link" value="'.$temp['title'].'" size=37 maxlength=600>

<input type="submit" value="Сохранить">

</div>';

return $title.''.$content;

}

function save(){

$db = clone $this->DB;

$id = $_GET['type'];

$sql = sprintf("UPDATE `new_links` SET `title`='%s' WHERE `id`='%s' LIMIT 1",$_POST['link'],$id);

$db->query($sql);

header("Location:?mod=myclass&method=edit&type=".$id);

}

Пример ссылки в левом столбце административной части (файл adm_main.html)

<div class="lmenu1">

<div class="lmenu2"><a href="?mod=myclass&method=list_main">Список объектов в комнате</a></div>

</div>