Bài giảng Tương tác người máy và giao diện đồ họa (Human-Computer Interaction and Graphical Interface) - Chương 2

Bài giảng Tương tác người máy và giao diện đồ họa (Human-Computer Interaction and Graphical Interface) - Chương 1 trình bày những nội dung:

TÂM LÝ NHẬN THỨC CỦA CON NGƯỜI TRONG GIAO TiẾP VÀ XỬ LÝ Nội dung Tổng quan Kênh vào thơng tin Trí nhớ người Lập luận giải vấn đề Tổng quan 1.1 Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu nhận thức cách thức xử lý thông tin người — Phân tích khả người — Trên sở đó, đưa hướng xây dựng phần mềm tiện dụng — 1.2 Đặc điểm tâm sinh lý người — Con người có khả năng: — Thu nhận thơng tin qua hệ thống giác quan (Perceptual Systems) — Xử lý thông tin thông qua hệ thống vận động (Motor systems) — Lưu trữ thông tin ký ức (Memory system) — Cảm xúc, trạng thái ảnh hưởng đến khả người — Khả người hữu hạn Ràng buộc thiết kế hệ tương tác cho người dùng người 1.3 Mơ hình xử lý thông tin — Lindsay & Norman (1977) đề xuất mơ hình sở gồm giai đoạn xử lý thông tin: Thông tin vào từ môi trường mã hóa Thơng tin mã hóa so sánh với thông tin nhớ não Quyết định đáp ứng Tổ chức đáp ứng hành động cần thiết 1.3 Mơ hình xử lý thơng tin — Mơ hình xử lý người gồm phân hệ sau: — Hệ thống cảm nhận (Perceptual Systems) — Hệ thống nhận thức (Cognitive Systems) — Hệ thống vận động (Motor Systems) — Các hệ thống hoạt động song song (VD: vừa lái ô tô vừa nghe nhạc) nối tiếp (VD: nhấn phím để trả lời) 1.3 Mơ hình xử lý thơng tin — Quy trình: — Dữ liệu đầu vào từ tai, mắt,… lưu trữ nhớ cảm biến ngắn hạn — Bộ xử lý cảm nhận lấy liệu từ đầu vào cảm biến thử nhận biết biểu tượng đó: chữ, từ, âm vị, icon Trong q trình nhận dạng hỗ trợ nhớ dài hạn, nơi lưu trữ biểu tượng nhận dạng trước 1.3 Mơ hình xử lý thơng tin — Quy trình: — Bộ xử lý nhận thức lấy thông tin nhận biết xử lý cảm nhận thực so sánh, lập định Nó trao đổi thông tin với nhớ làm việc — — — Nhận thức (cognition) tiến trình để ta có tri thức hiểu, nhớ, suy luận, ý, thu thập kỹ năng, sinh ý tưởng Bộ xử lý nhận thức thực “suy nghĩ” Bộ xử lý vận động thu nhận hành động từ xử lý nhận thức lệnh bắp thực Kênh vào thông tin — Đầu vào người chủ yếu xuất thông qua giác quan Đầu xuất thông qua điều khiển vận động quan phản ứng kích thích — Có giác quan chính: thị giác, thính giác, xúc giác, vị giác khứu giác — Các quan phản ứng kích thích có nhiều, bao gồm: chân, tay, ngón tay, mắt, đầu hệ thống phát âm 2.1 Thị giác — Đối với người bình thường, quan sát mắt nguồn tiếp nhận thông tin chủ yếu — Q trình tiếp nhận thị giác chia thành giai đoạn: Giai đoạn cảm nhận: nhận kích thích vật lý từ giới bên — Giai đoạn xử lý, giải nghĩa kích thích: tính chất vật lý kích thích mắt người nhận phân tích theo kích thước, màu sắc, độ sáng, độ tương phản — 10 2.1.1 Cấu tạo mắt người — Mắt cấu cho phép tiếp nhận ánh sáng biến đổi thành lượng điện truyền tới não — Giác mạc thủy tinh thể phía trước mắt hội tụ ánh sáng thành hình ảnh sắc nét nằm phía mắt, võng mạc — Võng mạc nhạy sáng chứa hai loại tế bào tiếp nhận ánh sáng: tế bào hình que tế bào hình nón 11 2.1.1 Cấu tạo mắt người — Tế bào hình que: nhạy cảm với ánh sáng, cho phép nhìn thấy đối tượng điều kiện ánh sáng yếu — Tế bào hình nón: nhạy cảm với ánh sáng — Có ba loại tế bào hình nón cho phép cảm nhận ánh sáng với bước sóng khác nhau, giúp ta cảm nhận màu sắc: đỏ, xanh xanh lam 12 2.1.2 Tương tác qua thị giác — Xem xét phụ thuộc cảm nhận thị giác vào — Kích thước hay khoảng cách tương đối đối tượng quan sát mắt — Độ sáng độ tương phản đối tượng — Khả hạn chế hệ thống thị giác 13 Cảm nhận kích thước — Sự cảm nhận xác phụ thuộc vào kích thước đối tượng khoảng cách từ đối tượng đến mắt — Ánh sáng phản chiếu từ đối tượng tạo ảnh ảo ngược chiều võng mạc Kích thước hình ảnh đặc trưng góc nhìn 14 Cảm nhận kích thước — Góc nhìn: — Là góc giới hạn hai đường thẳng từ đỉnh chân đối tượng qua tâm nhìn — Thường đo độ/phút/giây — Phụ thuộc vào kích thước đối tượng khoảng cách từ đối tượng đến mắt 15 Cảm nhận kích thước — Hai đối tượng khoảng cách, đối tượng có kích thước lớn nhìn tốt (ảnh võng mạc lớn hơn) — Như vậy: — Nếu góc nhìn q nhỏ: khơng có cảm nhận đối tượng — Luật số kích thước: cảm nhận kích thước đối tượng số, góc nhìn thay đổi VD: cảm nhận chiều cao người khơng đổi, cho dù họ có chuyển động xa lại gần Sự cảm nhận kích thước liên quan đến yếu tố khác góc nhìn 16 Cảm nhận độ sáng tối — Độ sáng tối đáp ứng chủ quan mức độ sáng — Phụ thuộc vào: — Số tia sáng phát từ đối tượng — Tính chất phản xạ bề mặt đối tượng — Độ tương phản: độ đối tượng so với — Hệ thống thị giác có khả tự điều chỉnh với thay đổi độ sáng tối — Độ nhìn tăng mức sáng tăng — Khi mức sáng tăng độ lập lòe tăng Chú ý sử dụng thiết bị hiển thị với mức sáng cao 17 Cảm nhận độ sáng tối 18 Cảm nhận màu — thành phần — Hue: Sắc thái màu — Intensity: Cường độ màu — Saturation: Độ bão hòa — Nguồn sáng đơn sắc: — Sắc thái phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng — Độ bão hòa thay đổi tăng lượng ánh sáng trắng — Số màu mà mắt cảm nhận được: hàng triệu màu — Có số trường hợp mù màu (8% đàn ơng, 1% phụ nữ) 19 Ví dụ phối màu 20 Khả năng, hạn chế trình cảm nhận — Cảm nhận độ sâu thông qua hai mắt 27 Khả năng, hạn chế trình cảm nhận — Hiệu ứng Muller layer hiệu ứng Ponzo — Đường dài hơn? Hiệu ứng Muller Hiệu ứng Ponzo 28 Khả năng, hạn chế trình cảm nhận — Như thiết kế giao diện, cần phải biết lúc người ln ln nhận thức xác đối tượng — Cách mà đối tượng kết hợp với ảnh hưởng đến cách nhận chúng, hồn tồn khơng nhận thấy hình dạng hình học xác chúng vẽ 29 2.2 Thính giác — Là giác quan thứ hai, xong sử dụng thị giác HCI — Âm thay đổi hay rung động khơng khí bị nén — Âm đặc trưng yếu tố: tần số; độ vang âm sắc — Tần số âm số — Độ vang phụ thuộc vào độ khuếch đại — Âm sắc phẩm chất đặc trưng cho âm phát — Thính giác bắt đầu với dao động khơng khí sóng âm — Tai tiếp nhận dao động truyền chúng, qua giai đoạn khác nhau, đến dây thần kinh thính giác 30 2.2.1 Cảm nhận âm — Con người nghe âm với tần số từ khoảng 20Hz tới15kHz — Những tần số khác ảnh hưởng đến phần khác hệ thống xử lý âm người=> tạo kích thích khác đến hệ thống thần kinh — Khi cảm nhận thơng tin, hệ thống thính giác cần phải tiến hành lọc để loại bỏ tiếng ồn giữ lại thông tin quan trọng — “Cocktail party efect”– nghe thấy gọi phòng ồn 31 2.2.2 Sử dụng âm HCI — Các âm sử dụng vào việc thơng báo: Thông báo gõ nhầm nút — Thông báo vàoWindows — Thông báo máy hết pin — — Hiện âm nghiên cứu: — Tổng hợp tiếng nói => nghe đọc tài liệu thay nhìn tài liệu => phục vụ người khiếm thị — Dùng âm nhạc để tạo hiệu ứng trình diễn nội dung 32 2.3 Xúc giác — Xúc giác: giác quan thứ tương tác người máy — Cung cấp: — Các thơng tin có tính sống cịn mơi trường — Phương tiện hồi đáp — Việc cảm nhận thông qua da: — Cảm nhận nhiệt — Cảm nhận sức căng áp suất — Cảm nhận khí: đáp ứng nhanh đáp ứng chậm — Ví dụ HCI: ta cảm nhận phím nhấn xuống 33 2.4 Dịch chuyển — Chẳng hạn nhấn phím để đáp ứng yêu cầu — Kích thích cảm nhận hệ thống cảm nhận — Truyền thông tin đến não — Xử lý yêu cầu — Khởi tạo đáp ứng — Não truyền lệnh đến phận tương ứng — Mỗi hành động cần thời gian: thời gian phản ứng thời gian dịch chuyển — Thời gian dịch chuyển phụ thuộc vào thể: tình trạng sức khỏe, tuổi tác — Thời gian phản ứng khó đốn định 34 2.4 Dịch chuyển — Tốc độ độ xác chuyển động hai yếu tố quan trọng thiết kế hệ tương tác — Ví dụ: Xem xét thời gian chi phí để dịch chuyển đến đích cụ thể hình (phím lệnh, biểu tương menu, …) — Thời gian chi phí luật Fitt — Là mơ hình vận động người, đặc tả tốc độ mà người di chuyển bàn tay đến đối tượng đích có kích thước khoảng cách định 35 2.4 Dịch chuyển — Luật Fitt — Mt = a + b log2(2D/S+1) — Mt : thời gian dịch chuyển tay tới đích — a, b: số theo kinh nghiệm — a – liên quan đến thời gian phản ứng để cánh tay chuyển động — b – liên quan đến thời gian chu kỳ Tp+Tc+Tm — D: khoảng cách tới đích — S: kích thước đích — Thời gian chạm đích phụ thuộc vào tỉ số D/S (khoảng cách phải nhỏ, đích phải lớn 36 2.4 Dịch chuyển — Ứng dụng luật Fitts — Những thực thường xun gắn phím lớn hơn, cần đặt gần vị trí trung bình chạy chuột — Đỉnh, đáy cạnh hình cần sử dụng làm đích — Với GUI — — Menu Icon đủ lớn Menu, Icon hay sử dụng cần đặt gần điểm bắt đầu người sử dụng (thí dụ, đỉnh menu) 37 Trí nhớ người — Có loại nhớ — Bộ nhớ cảm nhận (sensory memory) — Bộ nhớ ngắn hạn: hay nhớ làm việc (short term memory) — Bộ nhớ dài hạn: (longterm memory) 38 3.1 Bộ nhớ cảm nhận — Bộ nhớ cảm nhận: chứa kích thích nhận — — — — từ giác quan nghe, nhìn, sờ mó Mỗi giác quan có nhớ cảm nhận riêng kích thích mã hóa Thơng tin nhớ cảm nhận lưu theo cách viết đè Thông tin từ nhớ cảm nhận đưa qua lọc để chuyển đến nhớ ngắn hạn Thời gian lưu lại thông tin – Bộ nhớ thị giác: 200ms – Bộ nhớ thính giác: 1500ms 39 3.2 Bộ nhớ ngắn hạn — Thời gian truy cập: nhanh (70ms) — Hư hỏng: nhanh (200ms) — Ví dụ: Đọc sách, phải nhớ số thơng tin hiểu sách: từ câu đọc, số câu trước đó, số chi tiết trước — Khả hạn chế: 7+/-2 chữ số kiện — Khi đoạn hình thành từ mẫu tốt, khả nhớ tăng lên — Thử nhớ 2419406832 xem nhớ số? — Thế 764 321 5793? 40 3.3 Bộ nhớ dài hạn — Có vai trị nhớ trung tâm nhớ thứ cấp máy tính — Các đặc trưng nhớ dài hạn: — — — — — Cấu trúc tuyến tính Truy nhập chậm: 1/10 s Hư hỏng: chậm Khả không hạn chế Thông tin biểu diễn qua mạng ngữ nghĩa, frame, luật sản xuất, — Hai kiểu nhớ LTM: — Rời rạc (Episotic): nhớ kiện — Ngữ nghĩa (Semantic): nhớ có cấu trúc kiện, khái niệm kiểu — Thông tin nhớ ngữ nghĩa lấy từ nhớ rời rạc 41 3.3.1 Bộ nhớ rời rạc — Bộ nhớ loại ghi lại kiện kinh nghiệm theo cấu trúc chuỗi — Giúp nhớ lại kiện xảy khứ 42 3.3.2 Bộ nhớ ngữ nghĩa — Bộ nhớ loại ghi lại khái niệm, thật kỹ học theo cấu trúc liên kết — Các thông tin nhớ loại nhận từ nhớ theo tình tiết, cho phép học khái niệm thật từ kinh nghiệm — Bộ nhớ tổ chức phép truy cập thông tin, mối quan hệ thông tin cho phép suy diễn — Bộ nhớ thường biểu diễn dạng mạng lưới – mạng lưới ngữ nghĩa (semantic network) 43 3.3.2 Bộ nhớ ngữ nghĩa — Ví dụ 44 3.3.2 Bộ nhớ ngữ nghĩa — Cho phép suy diễn: Vì chó có chân => chó săn có chân — Lưu ý: Có liên kết nối sang hẳn lĩnh vực khác (ví dụ Snoopy - phim hoạt hình) 45 3.3.3 Xử lý — Ba hoạt động chính: — Ghi nhớ — Quên — Truy cập thông tin 46 Ghi nhớ — Do trình nhắc nhắc lại từ nhớ ngắn hạn — Nhớ từ mô tả đối tượng dễ từ mô tả khái niệm: Chuỗi 1: Nhà - cửa – – mèo – chó - tơ — Chuỗi 2: Tuổi tác - logic - lạnh - im lặng – khứ chủ nghĩa — — Những thơng tin có ý nghĩa quen thuộc dễ nhớ hơn: đọc thần thoại Hy Lạp khó nhớ thần thoại Việt Nam, châu Á 47 Quên — Có hai học thuyết quên: — Sự phân rã (decay) : Thông tin nhớ bị (Ebbinghaus,1885) — Sự can thiệp – nhiễu (interference): Các thơng tin cũ bị có can thiệp thông tin Các thông tin cũ nhiều can thiệp lại thơng tin — Ví dụ: ta có số ĐT di động mới, việc nhớ số di động làm ta quên số di động cũ — Cảm xúc ảnh hưởng đến quên — kiện có nhiều cảm xúc bị quên kiện có cảm xúc 48 Truy cập thơng tin — Hai loại truy cập thông tin: — Nhớ lại: Các thông tin chép lại từ nhớ — Nhận dạng: So sánh thông tin với thông tin nhớ Quá trình nhận dạng đơn giản q trình nhớ lại có thơng tin làm gợi ý — Ví dụ nhớ mặt người khó nhận người đó; câu hỏi lựa chọn dễ câu hỏi thông thường 49 Lập luận giải vấn đề — Lập luận: Là q trình sử dụng tri thức có để dựng nên kết luận hay suy diễn điều lĩnh vực quan tâm — Các kiểu lập luận Suy luận — Quy nạp — Phản chứng — 50 4.1.1 Suy luận — Dạng suy luận: IF [conditions] THEN [actions] — Đưa kết luận cần thiết cách logic từ giả thiết: — Ví dụ Nếu sáng thứ học Nhâm — Hơm thứ => học cô Nhâm — — Kết luận logic không thiết phải 51 4.1.2 Lập luận quy nạp — Quy nạp: suy diễn từ biết sang chưa biết — Ví dụ: Nếu nhìn thấy voi có vịi => tất voi có vịi — Cách suy luận lúc đáng tin cậy — Suy luận sai! Chứng minh sai dễ ví dụ sai! Khơng thể chứng minh -> tìm nhiều chứng tốt để hỗ trợ cho ý kiến — Tuy nhiên người thích suy luận tích cực tiêu cực phủ định 52 4.1.3 Suy luận phản chứng — Phản chứng: Đưa giải thích kiện quan sát — Ví dụ: Sam thường lái xe nhanh say rượu Khi gặp Sam lái xe nhanh => Sam say rượu — Điều khơng phải lúc đúng: Sam lái xe nhanh vội — Con người suy luận vậy: Nếu có kiện E xảy hành động A => hành động A gây kiện E — => lưu ý thiết kế tương tác — 53 4.2 Giải vấn đề — Lập luận: phương tiện để suy diễn thông tin từ biết — Giải quyết: Quá trình tìm lời giải cho nhiệm vụ chưa biết với tri thức có — Để giải vấn đề: người phải có khả thích nghi thơng tin có để xử lý thông tin — Cách thức giải vấn đề Nguyên lý Gestalt: ~1920 — Lý thuyết không gian: ~1970 — 54 Nguyên lý Gestalt — Chúng ta giải vấn đề phương pháp mò mẫm — — — — (trial and error) Khi gặp toán, việc người giải cần làm “tiếp thu” toán nhằm “hiểu” nội dung, yêu cầu toán Trên sở “hiểu” toán, người giải xử lý kiện, tìm mối liên hệ có đưa ý tưởng tiếp cận tốn Tiếp theo, ý tưởng thực thử cố gắng phát triển thành phương án (các phép thử), có khả đến lời giải Nếu phép thử sai, người giải phải quay trở lại toán để thêm lần lặp lại q trình vừa nêu 55 Lý thuyết khơng gian toán — Newell and Simon: General Problem Solver (GPS) — Tập trung vào không gian — Các phát biểu toán — Giải vấn đề: Khởi tạo phép phát biểu phép dịch chuyển hợp lý — Bài tốn có trạng thái đầu, trạng thái đích — Để đạt đến trạng thái đích => cần thực phép dịch chuyển — Sử dụng heuristic để lựa chọn phép dịch chuyển 56 ... sắc: đỏ, xanh xanh lam 12 2.1 .2 Tương tác qua thị giác — Xem xét phụ thuộc cảm nhận thị giác vào — Kích thước hay khoảng cách tương đối đối tượng quan sát mắt — Độ sáng độ tương phản đối tượng —... liệu thay nhìn tài liệu => phục vụ người khiếm thị — Dùng âm nhạc để tạo hiệu ứng trình diễn nội dung 32 2.3 Xúc giác — Xúc giác: giác quan thứ tương tác người máy — Cung cấp: — Các thơng tin có... hạn — Nhớ từ mô tả đối tượng dễ từ mô tả khái niệm: Chuỗi 1: Nhà - cửa – – mèo – chó - ô tô — Chuỗi 2: Tuổi tác - logic - lạnh - im lặng – khứ chủ nghĩa — — Những thơng tin có ý nghĩa quen thuộc