Будущее общение с компьютером

Сергей Кузнецов

Обзор апрельского, 2012 г. номера журнала Computer (IEEE Computer Society, V. 45, No 4, April 2012)

Авторская редакция.
Также обзор опубликован в журнале «Открытые системы»

Апрельский номер журнала Computer посвящен новым средствам и методам человеко-машинного взаимодействия. Приглашенными редакторами тематической подборки являются Альбрехт Шмидт и Элизабет Черчилль (Albrecht Schmidt, University of Stuttgart, Germany, Elizabeth Churchill, Yahoo Research). Их вводная заметка называется «Взаимодействие без использования клавиатуры» («Interaction Beyond the Keyboard»).

Хотя клавиатуры и мышь пока еще являются доминирующими средствами взаимодействия с компьютерами, возникают другие способы ввода данных. Эта эволюция в основном обусловлена современными технологическими тенденциями: уменьшением стоимости компьютерной обработки, наличием менее дорогостоящих и более надежных дисплеев всех размеров, быстрым развитием микроэлектроники, сенсорной и управляющей техники.

Традиционные графические интерфейсы и интерфейсы командной строки, основанные на использовании клавиатуры и мыши, могут остаться основными формами взаимодействия с цифровым контентом на рабочих местах. Однако потребители нуждаются в более простых для использования и более понятных на интуитивном уровне средствах взаимодействия и управляющих устройствах для изучения мира онлайновых коммуникаций и оперативного доступа к информации.

Первая статья тематической подборки называется «Нейро-компьютерные интерфейсы: за пределами медицинских исследований» («Brain-Computer Interfaces: Beyond Medical Applications») и представлена Яном ван Эрпом, Фабиеном Лотте и Микаэлом Тангерманном (Jan B.F. van Erp, The Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO), Fabien Lotte, INRIA Bordeaux Sud-Ouest, Michael Tangermann, Berlin Institute of Technology).

К категории нейро-компьютерных интерфейсов (Brain-Computer Interface – BCI) принято относить любой интерфейс, в котором сигналы мозга используются для управления некоторым устройством или налаживания коммуникаций пользователя с устройством. Немедицинские BCI пока еще находятся почти в зачаточном состоянии, и возрастает интерес к прорывным исследованиям, результаты которых позволили бы широко использовать BCI в немедицинских приложениях, т.е. приложениях, ориентированных на здоровых людей, которым нейро-компьютерные интерфейсы приносили бы пользу.

Стремясь выявить требуемые следующие шаги на пути к активному внедрению BCI в приложения общего назначения, авторы статьи провели опрос участников нескольких международных симпозиумов, посвященных проблематике BCI. Кроме того, были проведены беседы с экспертами для выяснения тематики требуемых исследований. Было установлено, что для достижения желаемой цели требуется решить ряд проблем на уровнях и аппаратуры, и программного обеспечения. Для обеспечения более широкого применения немедицинских приложений BCI разработчикам необходимо справиться с проблемами удобства использования, интеграции, стандартизации, а также с возникающими трудностями этического характера.

Авторами статьи «Новые взаимодействия на основе клавиатуры» («Novel Interactions on the Keyboard») являются Ганс Геллерсен и Флориан Блок (Hans Gellersen, Lancaster University, Florian Block, Harvard University).

Ни одно устройство ввода не сравнится по эффективности с клавиатурой, если речь идет о символьном взаимодействии – основном способе взаимодействия с компьютером. Физические свойства клавиатуры (рельефные клавиши, упругая обратная связь и т.д.) позволяют пользователям работать с клавишами, используя осязание и сосредотачивая внимание на экране. Пользователи могут вводить данные вслепую с высокой скоростью и, как показывают исследования, физическая клавиатура обеспечивает намного большую скорость ввода, чем любое другое устройство.

Вместо того чтобы призывать отказаться от традиционной клавиатуры в пользу мультитача, авторы предлагают объединить обе технологии для повышения качества каждой из них. Предлагаемое ими устройство ввода обеспечивает пользователям возможность осязания клавиш наряду с гибкостью сенсорного ввода.

На рисунке показан внешний вид динамической клавиатуры. Клавиши в верхней части клавиатуры позволяют переключаться между разными таблицами соответствия клавиш. Нажатие горячей клавиши временно связывает смежные клавиши с меню соответствующих опций.

Андреас Райнер (Andreas Riener, Johannes Kepler University of Linz, Austria) написал статью «Жестикуляционное взаимодействие в автомобильных приложениях» («Gestural Interaction in Vehicular Applications»).

Достижения в технологии сенсоров и дисплеев, повсеместная доступность облачных хранилищ данных позволяют производить автомобильные приложения с широким набором функциональных возможностей. Потребителям нравятся эти приложения, и поэтому они коммерчески привлекательны для производителей автомобилей. Однако в то же время для использования этих приложений требуется внимание водителя, что снижает качество управления автомобилем и снижает уровень безопасности. Число устройств, которые целесообразно встраивать в автомобиль, быстро достигает предела.

Более десяти лет исследователи отстаивают потребность в новых пользовательских интерфейсах, облегчающих управление автомобильными системами во время вождения. Исследования показывают, что жестикуляционное взаимодействие позволяет удовлетворить все оперативные нужды водителей с меньшими умственными и зрительными затратами.

Большая группа авторов из Франции, первым в списке которых является Мишель Бодуэн-Лафо (Michel Beaudouin-Lafon, Université Paris-Sud), представила статью «Многоповерхностное взаимодействие в зале WILD» («Multisurface Interaction in the WILD Room»).

Зал WILD (wall-sized interaction with large datasets) – это многоповерхностная среда, включающая дисплей размером в стену, стол с функцией мультитач и различные мобильные устройства. Эта среда разработана для помощи в совместной работе ученых при анализе крупных и сложных наборов данных. Авторы статьи изучают методы проектирования и разработки интерактивных систем на основе экспериментов, совместных разработок и фундаментальных исследований. Ключевой особенностью подхода является распределение не только контента, но и взаимодействия между различными интерактивными поверхностями.

Платформа WILD включает дисплей, состоящий из 32-х 30-дюймовых монитров (наверху слева), 16-узловой кластер (наверху справа), систему отслеживания перемещений (внизу слева) и интерактивный стол (внизу справа).

Последняя статья тематической подборки написана Андреа Бьянки, Яном Окли и Дон-Су Квоном (Andrea Bianchi, KAIST, South Korea, Ian Oakley, University of Madeira, Portugal, Dong-Soo Kwon, KAIST, South Korea) и называется «Open Sesame: руководство по обеспечению невидимости паролей» («Open Sesame: Design Guidelines for Invisible Passwords»).

Для большинства пользователей не составляет труда запомнить секретную информацию, используемую для аутентификации, а сама процедура аутентификации занимает считанные секунды. Однако даже случайный взгляд на вводимые данные может позволить наблюдателю перехватить пароль.

Для решения этой проблемы были разработаны многочисленные методы ввода, не допускающие внешнего наблюдения. Наиболее современные подходы основываются на аудио- и тактильном вводе, а также на использовании способов отображения, не допускающих внешнего наблюдения. Однако такие способы отображения при вводе, например, PIN-кодов порождают новые проблемы простоты использования, эффективности и запоминаемости. Аутентификация – это часто требуемая процедура, и пользователи привыкли выполнять ее легко и быстро. Непонятно, каким образом следует организовывать не визуализируемое взаимодействие, чтобы удовлетворить эти требования.

В статье исследуются возможные подходы к разработке систем ввода, не допускающих внешнего наблюдения, которые позволяют оптимизировать удобство использования: скорость, точность и простоту аутентификации.

Вне тематической подборки опубликованы две крупные статьи. Статья «Параллельная симуляция логики: миф или реальность?» («Parallel Logic Simulation: Myth or Reality?») написана Каи-Хуи Чаном и Крисом Броуи (Kai-Hui Chang, Chris Browy, Avery Design Systems).

Симуляция логики – это один из наиболее распространенных методов верификации в индустрии интегральных схем. Схемы становятся все крупнее, время имитационного моделирования увеличивается, и важной проблемой является его сокращение.

Мифом является то, что при параллельной симуляции логики увеличение размеров схем и использование более быстрых мультипроцессоров может привести к повышению скорости симуляции. Как ни странно, оба фактора в действительности приводят к снижению этой скорости. Наличие первого фактора вынуждает инженеров использовать усложненные испытательные стенды, которые трудно распараллелить. Коммуникационные накладные расходы снижаются не с такой скоростью, с какой возрастает скорость процессоров, и это не позволяет должным образом наращивать скорость симуляции. Для достижения требуемой производительности параллельной симуляции нужно учитывать особенности моделируемых интегральных схем, подбирать платформу симуляции, которая в данном конкретном случае позволит сократить расходы на коммуникации.

Последняя статья номера называется «Оптимизированные интерактивные процессы» («Optimized Interactive Processes»). Ее авторы – Даниэль Еллин, Иват Юлевич, Александр Пясик и Авшалом Хури (Daniel Yellin, Yifat Yulevich, Alexander Pyasic, Avshalom Houri, IBM Israel Software Lab).

Впечатляющий рост технологий Web 2.0, социальных сетей и поддержки коллабораций, распространение технологий управления бизнес-процессами (business process management, BPM) в новые области приложений, где требуется реактивность системы почти в реальном времени, привели к появлению понятия оптимизированных интерактивных процессов (optimized interactive process, OIP) назначение которых состоит в улучшении координации физических, электронных и человеческих систем.

OIP могут помочь преобразовать системы BPM в динамические, поддерживающие сессии системы, которые облегчают оркестровку процессов реального времени с привлечением многих ресурсов и человеческих организаций. К числу примеров таких процессов относятся реагирование на события, выявляемые сенсорами, коллективное медицинское консультирование, создание групп реагирования на чрезвычайные ситуации, обработка заявок на кредиты и службы поддержки клиентов.