Перспективи сенсорної взаємодії людино-машинних інтерфейсів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективи сенсорної взаємодії людино-машинних інтерфейсів

Саварин П.В.,

Саварин П.В., Ящук А.А., Поліщук М.М., Великий О.А. Перспективи сенсорної взаємодії людино-машинних інтерфейсів. У статті проведено огляд сучасного стану основних методів та способів взаємодії людино-машинних інтерфейсів. Показано перспективність та доцільність роботи в напрямку розробки нових інтерфейсів взаємодії. Визначено, що безконтактні методи взаємодії знаходять все більше застосування на сучасному ринку технологій. Вирішено розробляти систему розпізнавання жестів для передачі керуючих сигналів комп'ютерній системі на основі використання сенсорів визначення відстані до об'єктів. інтерфейс машинний жест

Ключові слова: метод взаємодії, людино-машинний інтерфейс, сенсор, сенсорна взаємодія, жест, керуючий сигнал, комп'ютерна система, ультразвуковий датчик.

Саварин П.В., Ящук А.А., Полищук Н.Н., Великий А.А Перспективы сенсорного взаимодействия человекомашинных интерфейсов. В статье проведен обзор и современное состояние основных методов и способов взаимодействия человеко-машинных интерфейсов. Показана перспективность и целесообразность работы в направлении разработки новых интерфейсов взаимодействия. Определено, что бесконтактные методы взаимодействия находят все большее применение на современном рынке технологий и во многих случаях оказывают лучший для пользователей интерфейс работы с компьютерными системами. Решено разрабатывать систему распознавания жестов для передачи управляющих сигналов компьютеру на основе использования сенсоров определения расстояния до объектов.

Ключевые слова: метод взаимодействия, человеко-машинный интерфейс, сенсор, сенсорное взаимодействие, жест, управляющий сигнал, компьютерная система, ультразвуковой датчик.

Savaryn P.V., Yashchuk А.А., Polischuk M.M., Velykyi O.A Research of methods of interaction of human-machine interfaces. The article reviews the current state of the basic methods and methods of interaction of human-machine interfaces. The perspective and expediency of work in the direction of development of new interfaces of interaction is shown. It is determined that contactless interaction methods are increasingly used in the modern technology market and in many cases provide the best user interface for working with computer systems. It was decided to develop a gesture recognition system for transmitting control signals to a computer based on the use of sensors to determine the distance to objects.

Key words: interaction method, human-machine interface, sensor, sensory interaction, gesture, control signal, computer system, ultrasonic sensor.

Постановка наукової проблеми та завдання дослідження. На сьогоднішній день обчислювальна техніка використовується в багатьох сферах людської діяльності, будучи зручним і багатофункціональним інструментом для вирішення широкого спектру завдань. Однак, користувачі комп'ютерів змушені використовувати способи взаємодії, які все ще слабо адаптовані до всіх можливостей людського обміну інформацією.

У взаємодії людини і комп'ютера існують два інформаційних потоки:

- керуючі команди і дані, що передаються комп'ютеру для обробки;

- результати обчислень і інша інформація, яка надається комп'ютером користувачеві.

Протягом тривалого часу єдиним можливим способом взаємодії з комп'ютером був механічний: важелі, вентилі, кнопки тощо. З розвитком електроніки, механічні інструменти для взаємодії з машинами еволюціонували і тепер основними засобами взаємодії з комп'ютером стали клавіатура, миша, джойстик, сенсорна панель тощо. Кожен з перелічених контактних методів у більшості випадків задовольняє всім вищезгаданим критеріям, а широкий вибір серед електронних маніпуляторів дозволяє людям з обмеженими можливостями обрати собі такий пристрій, з яким вони можуть більш-менш зручно працювати.

Проте різноманіття ситуацій, у яких людина використовує комп'ютер, постійно зростає. Таким чином виявляються обмеження на використання контактних методів взаємодії, які впливають на вищезгадані характеристики людино-машинних інтерфейсів. Тому з розвитком науки і техніки з'являються і розвиваються альтернативні безконтактні методи взаємодії з комп'ютером, які і розглянемо та проаналізуємо у цій статті.

Зараз на ринку існує багато безконтактних методів взаємодії людини з комп'ютером (в основному оптичних і голосових). Не зважаючи на відносну новизну таких підходів до керування машинами, вони виявилися зручними та безпечними, і продовжують вдосконалюватися з кожним новим поколінням.

У зв'язку зі зростанням різноманітних потреб до людино-машинної взаємодії, ця взаємодія мусить за багатьох обставин бути ефективною, безпечною і доступною також для людей з обмеженими фізичними можливостями. Наразі, механічна взаємодія з комп'ютером має ряд недоліків, які можуть бути усунуті шляхом використання безконтактних методів.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Технології, що лежать в основі сучасних методів взаємодії людини-користувача з комп'ютерними системами, відрізняються між собою за методами отримання вхідної інформації. Однак, спільним для них є те, що вихідними даними повинна бути певна команда, значення або набір команд з параметрами, які і несуть функціональне призначення, передаючи керуючі сигнали до об'єкта взаємодії.

Кожна технологія прийому вхідних даних має свої переваги та недоліки, які визначають її ефективність до використання у тих чи інших системах. Розглянемо представників деяких популярних на сьогоднішній день методів керування комп'ютерними системами та проаналізуємо засоби, що лежать у їхній основі.

Розпочнемо з механічних (традиційних) методів, до яких можемо віднести добре знайомі нам клавіатуру, мишу, джойстик та ін. В основі даних способів вводу інформації лежить принцип розпізнавання натисків клавіш (кнопок), відповідно до яких генерується код відповідного знаку або ініціюється деяка дія [1]. Сьогодні клавіатури та джойстики не обов'язково повинні бути механічними та окремими пристроями. Будь-який сучасний сенсорний телефон може виконувати дану роль відповідно до потреб користувача. На заміну традиційним пристроям все частіше приходять технології, що дозволяють користувачу без додаткового обладнання та прямого контакту передавати керуючі сигнали. Однією з таких є голосове керування. Голосовий інтерфейс користувача спроможний забезпечити зручний і гнучкий спосіб взаємодії людини з комп'ютером, оскільки для його використання не потрібно опановувати новими навичками [2].

Ринок мовних технологій стрімко розвивається, втім, створення голосових інтерфейсів є досить складним і комплексним завданням, що вимагає від розробника знань в різних предметних областях, таких як комп'ютерні науки, лінгвістика та психологія поведінки людини. Голосовий інтерфейс якісним чином змінює спосіб, а отже і ефективність взаємодії користувача з системою. Сьогодні великої популярності набули голосові помічники, які інтегровані не тільки у смартфони, але й у системи розумного дому, автомобілі та навіть роботів. Серед найбільш поширених з них є: Apple Siri, Google Assistant, Amazon Alexa, Cortana від Microsoft. Кожен з цих помічників може розпізнати голосову команду користувача та на основі своєї бази даних виконати відповідну дію. Особливістю є те, що команда, промовлена користувачем може бути довільної форми, а комп'ютерна система сама аналізує зміст фрази та вибирає найбільш відповідний варіант дії, або ж повідомляє користувача про те, що команду не розпізнано. Іншою заміною традиційному інтерфейсу керування вже кілька останніх років є системи розпізнавання рухів на основі сенсорної взаємодії, які набули популярності у якості периферійних пристроїв для ігрових консолей. Розвиток науки і електроніки дозволив значно зменшити розміри і масу акселерометрів, гіроскопів та інших пристроїв, здатних виявляти власний рух або зміну положення. Таким чином стало можливим оснащення користувацьких пристроїв датчиками, здатними зчитувати їхні кінематичні дані. Такий підхід застосовується у багатьох галузях електроніки - від військової до розважальної [7].

Найвідомішими представниками даної технології є PlayStation Move від компанії Sony та Wii Remote від компанії Nintendo.Wii Remote (іноді називають "Wiimote") - основний контролер для гральної консолі Wii компанії Nintendo [6]. Головною особливістю Wii Remote в порівнянні з конкурентами є детектор руху, що дозволяє гравцям керувати персонажами гри і предметами на екрані рухом руки, або "вказуючи" на об'єкти, які відображаються на екрані (рис. 1). Це забезпечується роботою акселерометра і світлочутливої матриці. Крім цього, до контролера можна підключати різні пристрої, розширюючи таким чином його можливості. Підключення до ігрової консолі бездротове, за протоколом Bluetooth. Можливе підключення до комп'ютера.