مقاله طراحی سیستم های مبتنی بر تعامل انسان – کامپیوتر

بخشی از مقاله

طراحي سيستم هاي مبتني بر تعامل انسان – کامپيوتر

چکيده
"تعامل انسان – کامپيوتر" رشته و فن آوري مدرن و پرتنوع :مطالعه ،طراحي ،اجراو ارزيابيسامانه هاي محاسباتي درگير در محـاورات و تعاملات مابين کاربران انساني از يک سو و رايانه ها و عامل هاي هوشمند نرم افزاري از سوي ديگر است . در اين مقالـه سـعي بـر آن شده که توضيحي مختصر درباره انواع روش هاي معماري و طراحي سيستم هاي مبتني بر تعامل انسان – کامپيوتر که شـامل طراحـي سيستم هاي مبتني بر ديد، سيستم هاي مبتني بر صوت ، سيستم هاي مبتني بر حسگر و سيستم هاي ترکيبي چنـد وجهـي اسـت داده شود.
کلمات کليدي
تعامل انسان -کامپيوتر، واسط کاربري هوشمند، شخصي سازي ، پروفايل کاربر، سيستم هاي مبتني بر حسگر

١- مقدمه
اين روزها با فراگير شدن استفاده از سامانه هاي کـامپيوتري و محاسـباتي در تمامي فعاليت هاي شبانه روزي انسان ها، از شبيه سازي چهره در دوران بارداري و حتي پيش از آن گرفته تا محاسـبه و پيشـنهاد وعـده غـذايي مناسب حال و روحيه شـما توسـط تلفـن هوشـمندتان ، بحـث طراحـي ، شخصي سازي و واقعي تر کردن ارتباط انسان و کامپيوتر و از همه مهم تر ساده تر کردن اين ارتباطات مورد توجه تمامي مراکز علمي -تحقيقاتي از جمله دانشگاه ها و شرکت هاي توليد کننده محصـولات کـامپيوتري قرار گرفته است ، زيرا که با وارد شدن به دوران Ubicomp کـه در آن کامپيوترهاي زيادي به طور محسوس و يا غالبا نامحسوس توسـط يـک نفر به خدمت گرفته مي شوند ديگر روش هاي قديميارتباط باکـامپيوتر ها کارايي خود را از دست داده اند و شرکت ها به دنبال استفاده ترکيبـي از تمامي حواس پنج گانه (شنوايي، بينايي، لامسه ، چشايي وبويايي) وحتي استفاده از خصوصيات اخلاقي افراد مانند علايق شان که کامپيوترها بـه مرور آنها را شناسايي کرده هستند تا بتواننـد بـه انـواع درخواسـت هـاي کاربران مانند: يک کتاب داستان ، يک عطـر بهـاري ، پيـدا کـردن يـک دوست و ... در کمترين زمان و با حداکثر دقت پاسخ دهند و رضايت آنان را جلب کنند.
١- HCI چيست ؟
هرآنچه مربوط به تعامل انسان و کامپيوتر مي گردد HCI تلقي مـي شـود، از سخت افزار گرفته تا نرم افزارهاي مختلف که به نکات طراحي ، ارزيـابي و پياده سازي سيستم هاي کامپيوتري تعاملي براي استفاده انسان مـي پردازد.
يک واسط کاربري دراصل واسطي بين کامپيوتر و انسان محسوب مي شود اما HCI فراتر از طراحي صرفا ظاهر صفحه رفته و به مطالعـاتي در زمينـه اعمال قابليت هاي ويـژه بـه کـامپيوتر و تـاثيرات بلندمـدت اسـتفاده از سيستم هاي کامپيوتري بر روي انسـان مـي پـردازد. بـا فراگيـر شـدن کامپيوتر در فرهنگ مردم ، طراحان سيستم ها به دنبال راه هـايي بـراي تعامل ساده تر، امن تر و کاراتر مي گردند.
پيشرفت هاي اخير مرتبط با سخت افزار را در اين زمينه مـي -تـوان بـه سـه دسته تقسيم نمود [١]:
• دستگاه هاي پوشيدني .
• دستگاه هاي بي سيم .
• دستگاه هاي مجازي .
به عنوان يک نمونه از اين دستگاه ها ميتوان صفحه کليدهاي مجازي را نـام برد، همانطور که در شکل ١ مشاهده مي نماييد اين صفحه کليد مجازي توسط اشعه قرمز روي سطح ايجاد مي شود، سپس دستگاه سعي مي کند
حرکات انگشتان کاربر را توسط يک حسگر حرکتي دنبال نمايد[.٢]

شکل ١- صفحه کليد مجازي MagicBox
٢- معماري سيستم هاي HCI
هر واسط کاربري توسط تعداد و تنوع ورودي و خروجـي کـه توليـد مـي کنـد تعريف مي شود. معماري يک سيستم HCI نشان مي دهد ايـن ورودي ها و خروجي ها چه چيزهايي هستند و چگونه با يکديگر کار مي کنند. در ادامه در حد آشنايي به اين معماري ها و انواع سيستم هـاي HCI مـي پردازيم ، براي اطلاعات بيشتر مي توانيد بـه منـابع ذکـر شـده مراجعـه نماييد. [٢][١][١] سيستم هاي HCI را مي توان به دو دسته کلي زير تقسيم نمود: سيستم هاي Unimodal HCI
• مبتني بر ديد.
• مبتني بر صوت .
• مبتني بر حسگر.
سيستم هاي MultiModal HCI
٢,١ سيستم هاي Unimodal HCI
هريک از کانال هاي منفرد مستقل را modality مي نـاميم . سيسـتمي که تنها براساس يک modality باشد unimodal ناميـده مـي شـود.
همانطور که گفته شد براساس طبيعت modality هـاي مختلـف ، ايـن سيستم ها به سه دسته تقسيم مي گردند که در ادامه همـين بخـش بـه توصيف هر يک از اين دسته ها مي پردازيم .
٢,١,١ سيستم هاي مبتني بر ديد
اين قسمت احتمالا وسيع ترين بخش را در HCI به خود اختصاص مي دهـد.
برخي از زمينه هاي تحقيقاتي اصلي مطرح در اين بخش را مي توان اين گونه نام برد:
• تحليل صورت .
• دنبال نمودن حرکت اجزاي بدن .
• تشخيص اشاره و حرکت .
• تشخيص نگاه .
٢,١,٢ سيستم هاي مبتني بر صوت
با اينکه سيگنال هاي صوتي به اندازه سيگنال هاي تصويري متغير نيستند امـا اطلاعاتي که از سيگنال هاي صوتي بدست مي آيند بسيار قابل اعتمادتر و مفيدتر مي باشند و در برخي موارد منحصر بفردند.
زمينه هاي تحقيقاتي اين شاخه موارد زير هستند:
• تشخيص گفتار.
• تشخيص حالات انسان از روي اصواتي مانند تـنفس ، آه کشـيدن ، خنديدن ، گريه و غيره .
٢,١,٣ سيستم هاي مبتني بر حسگر
در اين زمينه حداقل يک حسگر فيزيکي براي ايجاد تعامل بين کاربر و ماشين استفاده مي شود. اين حسگرها مي توانند بسيار ساده يا خيلي پيچيده باشند:
• تعاملات مبتني بر قلم .
• صفحه کليد و ماوس .
.Joysticks•
• حسگرهاي دنبال کننده حرکت .
• حسگرهاي لامسه اي .
• حسگرهاي فشاري .
• حسگرهاي بويايي.چشايي .

شکل ٢- لباس هاي مجهز به حسگرهاي دنبال کننده حرکت براي ساخت بازيهاي ويـدئويي و ...
٢,٢ سيستم هاي Multimodal HCI
تکنولوژي چند رسانه اي از اوايل سال ١٩٧٠ بوجود آمد. امـروزه سيسـتم هـاي چند رسانه هاي درگير فشرده سازي و انتقال داده روي شـبکه هسـتند و اينکه کيفيت سرويس هاي خود را بالا ببرند.
واســط هــاي کــاربري multimodal نمونــه اي از سيســتم هــاي هوشــمند چندرسانه اي هستند که از چندين وسيله و کانال ارتباطي مانند صـحبت کردن ، دست نوشته ، اشاره ، حرکت چشم ، حرکات صورت و نظـاير اينهـا براي تعامل بين کـامپيوتر و انسـان اسـتفاده مـي -نماينـد. يـک واسـط multimodal به عنوان تسهيل کننده تعامل بين کامپيوتر و انسان بکار مي رود و اين کار را از طريق دو يا تعداد بيشتري ورودي انجام مي دهد.
تکنولوژيهايي که براي پياده سازي تعـاملات multimodal بکـار مـي رونـد شامل تشخيص صوت ، دنبال کـردن حرکـت چشـم ، تشـخيص حـالات صورت و تحليل حرکات لب مي باشد. ورود سيستم هـاي multimodal به دنياي HCI حدود ٣٠ سال پيش و با برنامـه “Put-That-There” اتفاق افتاد. اين برنامه در سال ١٩٨٠ در MIT طراحي گرديـد، در ايـن سيستم کاربران مي توانستند بصورت همزمان توسـط صـحبت نمـودن و اشاره به يک صفحه گرافيکي بزرگ ، اشکال ساده اي را مـديريت نماينـد
.[3]در سال ١٩٩٠ اين سيستم ها پيشرفت نموده و به عنوان ورودي حرکـت هـاي قلم و دست خط ها را پردازش نموده و همچنين خروجي هاي لامسـه اي به روي کار آمدند.
درحال حاضر واسط هاي multimodal بخاطر پيشرفت در تکنولـوژي -هـاي بينايي ماشين قادر به تشخيص حالت هـاي سـه بعـدي دسـت ، حـالات صورت و حرکات بدن نيز مي باشند.
در سيستم هاي MMHCI، اين modality ها به راه هـايي کـه سيسـتم بـه ورودي ها پاسخ مي ¬دهد يا بعبارتي کانال هاي ارتباطي اشاره مي کنند که از انواع ارتباطات انساني گرفته شده انـد کـه براسـاس حـواس پنجگانـه انسان شامل بينايي، شنوايي، لامسه ، بويايي و چشايي مي باشند.[٣] واسط هاي multimodal مزايايي نسبت به واسط هـاي قـديمي دارنـد، آنهـا مي توانند بسيار طبيعيتر بوده و کاربر پسندتر باشند. مسئله مهم ديگر در واسط هاي multimodal توانايي آنها در فراهم نمودن افزونگـي بـراي پاسخ دادن به افراد مختلـف و در شـرايط مختلـف اسـت . بـراي نمونـه سيستم هايي طراحي شده اند که اجازه مي -دهند هم از طريـق نوشـتن و هم از طريق صحبت نمودن از سيستم استفاده نمود تا در مواردي که به دليل نويز بالا امکان استفاده از صحبت نيست بتوان از نوشـتن اسـتفاده کرد.[٤]
امروزه واسط هاي کاربري که multimodal طراحي مـي شـوند از تکنيـک - هايي براي تشخيص صوت انسان ، حرکت چشم ، الگوهاي حرکتي بدن و ساير رفتارهاي انسان استفاده مي کنند، به همين دليل طراحي اين واسط هاي کاربري نيازمند بهره گيري از روش هايي است که در آنهـا تمرکـز کار بر روي کـــاربران ايـــن واســط هــاي کــاربري مي باشد.
در ارتباطـات انسـان - انسان تفسير ترکيبي از سيگنال هاي صوتي -تصويري بسيار حائز اهميت است . برخلاف سيستم هاي HCI در گذشته که تنها از يـک مـاوس يـا صفحه کليد براي تعامل انسان -کامپيوتر استفاده مي شد امروزه سيسـتم - هايي طراحي شده اند که در آنها کـاربر مجبـور نيسـت بصـورت صـريح فرمان هاي خود را براي کامپيوتر صادر کند. استفاده از اين سيستم هـاي multimodal داراي مزايايي ازجمله : کاهش خطاهاي احتمالي ، قـدرت بخشيدن به واسط -هاي کـاربري ، راهنمـايي هرچـه بيشـتر کـاربران در مواجه با سيستم و پيش رو نهادن راه هـاي جـايگزيني بـراي تعامـل بـا کامپيوتر مي باشند. در زمينه HCI مي توان بـا اسـتفاده از تکنيـک هـاي multimodal انواع مختلفي از واسط هاي کاربري را طراحي نمود.
در طراحي واسط هاي کاربري multimodal مي بايست بـه ايـن نکتـه توجه کرد که چون طراحي ها با محوريت کاربران انجام مي شوند بايد در آنها به وابستگي آنچه به کاربر نمايش داده مي شود با الگوهاي رفتـاري ، فرهنگي و اجتماعي کاربر توجه نمود.
در HCI هايي که با نياز کاربر انطباق پيدا مي کنند مي -تـوان کارهـاي پيچيده را با سرعت و دقت بيشتري به انجام رسانيد طوري که در انتهاي کار رضايت کاربر را نيز جلب نموده باشيم . در حال حاضـر تحقيقـات بـر روي نسل جديدي از واسط هاي کاربري است که برمبناي عامـل هـاي هوشمند طرح ريزي مي شوند تا واسط کاربري بتوانـد بصـورت پويـا بـا موقعيت فعلي و الگوهاي رفتاري کاربر سـازگار گـردد. چنـين تعـاملاتي قطعا تاثير بسزايي در کارايي تعاملات انسان -کامپيوتر خواهـد داشـت و نقش مهمي را در Multimodal HCI نيز ايفا مي کند. در واقع هدف از واسط هاي کاربري هوشمند رسيدن همزمـان بـه دو هـدف افـزايش ميزان تعامل بين انسان و ماشين و افزايش کارايي اين تعامـل بصـورت طبيعي تر و واقعي تر مي باشد. کارهايي که