Исследование воздействия когнитивной и информационной нагрузки на эффективность взаимодействия

Исследование воздействиякогнитивной и информационной нагрузкина эффективность взаимодействия пользователя с человеко-машинным интерфейсом

Балканский А.А., Лавров А.В., Смолин А.А., Солоницын Ю.А.

Университет ИТМО, кафедра Графических технологий

Дизайн человеко-компьютерных систем

Авторы

• Научный руководитель — Смолин А.А., к.ф.н.

• Реализация эксперимента — Солоницын Ю.А.

• Научный консультант — Балканский А.А.

• Консультант по математической обработке данных — Лавров А.В.

Исследуемая проблема

• В настоящее время при оформлении интерфейсов все шире используется «Плоский стиль» («Flat UI»);

• В то же время, ряд экспертов ИТ-индустрии (в частности, Якоб Нильсен) заявляют о том, что использование этого стиля ведет к снижению эффективности взаимодействия [1, 2];

• В сферах промышленности, транспорта, финансовых системах снижение эффективности взаимодействия ведет к снижению безопасности труда, росту риска техногенных аварий и финансовых потерь [3, 4].

Примеры

Фрагмент интерфейса, оформленного в «классическом» стиле.

(“Heroes of Might and Magic III – HD Edition”, 3DO/UbiSoft, 1999)

Фрагмент интерфейса, «Flat UI».

(Windows Phone Maps, HERE/Microsoft corp., 2016)

Примеры

Piotr Kubicki, Szczecin Airport | redesign concept,

https://www.behance.net/gallery/37478667/Szczecin

-Airport-redesign-concept

David Perger, FADE APP UI KIT | FREEBIE,

https://www.behance.net/gallery/36367535/FAD

E-APP-UI-KIT-FREEBIE-

Roma Smirnov, Yandex.Electrichki

https://www.behance.net/gallery/36

466693/jandekselektrichki

Практическая значимость

• Эффективность* работы с интерфейсом прямо связана со временем решения задачи и числом совершаемых ошибок;

• В коммерческих системах — эффективность интерфейса прямо связана с доходом компании;

• В промышленных системах — эффективность интерфейса прямо связана с безопасностью и производительностью труда.

* — Эффективность — связь между достигнутым результатом и использованными ресурсами (ГОСТ Р ИСО 9241-210 — 2012).

Пример (один из многих)

Берлин, аэропорт Шенефельд, станция наземного метро (S-Bahn).Время ожидания в очереди: около 20 минут.

Пользователь нажимает на все видимые элементы в попытке определить алгоритм взаимодействия с терминалом.

Термины и определения

• Когнитивная нагрузка— явление, приводящее к росту объема умственных усилий, затрачиваемых пользователем навзаимодействие с интерфейсом [3];

• Информационная нагрузка — объем данных или число факторов, которые пользователь должен обработать для решения задачи [1, 2, 3, 4].

Аналогичные исследования

Группа Бурмистрова [5]: Группа Фабио [6]:

Сравнение эффективности интерфейсов, выполненных в «классическом» и «плоском» стилях.

Изучение когнитивной нагрузки.

Тестовые материалы• Набор web-страниц, последовательно

предъявляемых респонденту;

• 9 заданий;

• Демографические данные.

Проведение эксперимента

0

50

100

150

200

250

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

12-14 15-18 18-25 25-35 35-45 45-65 More than65

Всего респондентов: 571;

Полных записей: 356.

Эксперимент: 20 мая — 19 июня 2016.

Задачи математической обработки

• Проверка статистической значимости воздействия факторов, изменяемых в ходе эксперимента;

• Проверка статистической значимости обнаруженных в ходе эксперимента изменений параметров.

Алгоритм обработки данных

1. Предварительная фильтрация данных;

2. Выравнивание выборок — случайное прореживание;

3. Проверка значимости воздействия экспериментальных факторов — попарное сравнение случайно перераспределенных выборок (метод χ2);

4. Проверка значимости изменения параметров — попарное сравнение исходных выборок (метод χ2, критерий Стьюдента с предварительным приведением данных к нормальному виду).

Программное обеспечение

Результаты (задание 2)

Среднее число ошибок, %:

Среднеевремя, с:

Стиль:

P(t): • 1–2: > 5%• 2–3: > 5%• 1–3: > 5%

1 2 3

0

1000

2000

3000

4000

5000

Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

0

0.005

0.01

0.015

0.02





Стиль:

P(t): • 1–2: > 5%• 2–3: < 1%• 1–3: < 1%

1 2 3

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000


0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

30.00%

35.00%

40.00%





Стиль:

P(t): • 1–2: > 5%• 2–3: < 1%• 1–3: < 1%

1 2 3

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000


0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

16.00%





Стиль:

P(t): • 1–2: > 5%• 2–3: < 1%• 1–3: < 1%

1 2 3

0

1000

2000

3000

4000

5000


0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

10.00%

12.00%

14.00%

16.00%

18.00%


Результаты (задания 6–8)



Матрица:

P(t): • 3x3–5x5: < 1%• 5x5–7x7 : < 1%• 3x3–7x7 : < 1%

3x3 5x5 7x7

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

3x3 5x5 7x7

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

3x3 5x5 7x7

Возможное проявление закона Хика

Задания 6–8:

Результаты (задание 9)Среднеевремя, с:

Стиль:

P(t): • 1–2: < 1%• 2–3: < 1%• 1–3: < 1%

1 2 3

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000


0.00%

50.00%

100.00%

150.00%

200.00%

250.00%

300.00%


Результаты (задания 5 и 9)

P(t): • 5(1)–9(1): < 1%• 5(2)–9(2): < 1%• 5(3)–9(3): < 1%

Карты нажатий

Проявление закона Фиттса

Источники1. J. Nielsen. Windows 8 – Disappointing Usability for Both Novice

and Power Users. Nielsen Norman Group. Published on:

19 November 2012. Accessed on: 05 December 2015. Web:

http://www.nngroup.com/articles/windows-8-disappointing-

usability/.

2. K. Whitenton. Minimize Cognitive Load to Maximize Usability.

Nielsen Norman Group. Published on: 22 December 2013.

Accessed on: 17 November 2015. Web:

http://www.nngroup.com/articles/minimize-cognitive-load/.

3. K. Holden, N. Ezer, G. Vos. Risk of Inadequate Human-Computer

Interaction. NASA Johnson Space Center. Published on:

26 December 2013. Accessed on: 16 November 2015.Web:

https://humanresearchwiki.jsc.nasa.gov/index.php?title=Risk_of_In

adequate_Human-Computer_Interaction.

4. The human-machine interface as an emerging risk. European

Agency for Safety and Health at Work. Published in ~2006.

Accessed on: 16 November 2015. Web:

https://osha.europa.eu/en/tools-and-

publications/publications/literature_reviews/HMI_emerging_risk.

5. I. Burmistrov, T. Zlokazova, A. Izmalkova, A. Leonova

(Laboratory of Work Psychology, Lomonosov Moscow State

University, Moscow, Russia; InterUX Usability Engineering

Studio, Tallinn, Estonia). “Flat Design vs Traditional Design.

Comparative Experimental Study”, IFIP International Federation

for Information Processing 2015; J. Abascal et al. (Eds.):

INTERACT 2015, Part II, LNCS 9297, pp. 106-114, 2015.

6. A. Errante, R. A. Fabio, C. Incorpora, N. Mohammadhasni,

T. Caprì, C. Carrozza, A. Falzone. :The Influence of Cognitive

Load and Amount of Stimuli on Entropy through Eye tracking

measures”, EuroAsian Joint Conference on Cognitive Science.

September 25-27, 2015. Torino, Italy.

Спасибо за внимание!

Software

Исследование воздействия когнитивной и информационной нагрузки на эффективность взаимодействия