Когнитивная нагрузка в человеко-машинных интерфейсах А. Балканский, А. Лавров, Ю. Солоницын научный руководитель: А. Смолин, к.ф.н. VIII КМУ, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, 16 апреля 2019

Спешка и соседний ряд тумблеров 2 Верно Неверно 16 ноября 1973 г., экипаж космической станции Skylab 4 возвращается на Землю после 84 дней в космосе и крайне напряженной программы. Ошибившись рядом тумблеров, астронавты отключают систему стабилизации корабля. Их спасает мастерство и реакция командира, успевшего заметить проблему и переключить корабль на ручное управление [1].

Суматоха, жара и непонятные машины 3 Июнь 2016, Аэропорт Шенефельд, Берлин, железнодорожная станция (фото авторов). Пассажиры прибывших рейсов спешат приобрести билеты на местные поезда.

Когнитивная нагрузка 4 • Взаимодействуя с интерфейсом, пользователи испытывают когнитивную нагрузку — форму умственной нагрузки; • Нагрузка связана как с объемом обрабатываемой информации, так и с необходимостью поиска или распознавания элементов управления; • Рост нагрузки ведет к снижению эффективности и удовлетворенности пользователей, может приводить к ошибкам. [2–7]

Когнитивная нагрузка 5 Когнитивная нагрузка— умственная нагрузка, вызванная необходимостью изучения назначения пользовательского интерфейса системы и его элементов, текущего состояния системы, а также предоставленных пользователю возможностей для взаимодействия (определение авторов).

Исследовательские работы 6 Примеры исследований в области когнитивной нагрузки: • Работы Nielsen-Norman Group [4]; • Работы группы Ивана Бурмистрова (МГУ) [8]; • Работы группы Фабио [9]. [8] [9]

Оформление интерфейса и нагрузка на пользователей 7 Как отмечают исследователи, оформление интерфейса является значимым фактором, определяющим уровень когнитивной нагрузки. Однако, объективные данные, позволяющие выбрать оптимальный стиль оформления интерфейса, в открытых источниках отсутствуют или встречаются крайне редко. На изображении — интерфейс, элементы которого практически не имеют видимых границ [10].

Предпринятое исследование 8 • Май-июнь 2016; • Удаленное немодерируемое исследование; • Тестовые материалы доступны посредством Интернета; • 356 респондентов из 26 стран (преимущественно Россия и Украина); • Статистическая проверка влияния стиля оформления на время решения задачи и количество ошибочных нажатий.

Результаты: Различные стили оформления 9 Среднее число ошибок, %: Среднее время, с: Стиль: 0 2000 4000 6000 Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

0 2000 4000 6000 8000 10000 Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3 Результаты: При наличии отвлекающих стимулов 10 0.00% 100.00% 200.00% 300.00% Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3 Среднее число ошибок, %: Среднее время, с: Стиль:

Результаты: Карты нажатий 11 Без отвлекающих стимулов С отвлекающими стимулами

Результаты: Карты нажатий 12 Без отвлекающих стимулов С отвлекающими стимулами

Выводы (2017) 13 • Подтверждена гипотеза о влиянии стиля оформления интерфейса на эффективность взаимодействия пользователя с цифровым продуктом; • Отсутствие у элементов управления видимых границ резко снижает скорость решения задачи (во многом за счет ложного восприятия размера активной области); • Наличие отвлекающих стимулов, схожих по оформлению с активными элементами, ведет к резкому росту времени решения задачи и количества совершаемых ошибок.

Текущая актуальность проблемы 14 Наблюдается рост интереса к теме когнитивной нагрузки, повышения эффективности работы, упрощения освоения продукта. Профильные работы публикуются как исследовательскими центрами, так и популярными авторами. Например, см. [11-14].

Операционные системы 15 Окно входа в систему, Microsoft Skype под управлением Windows 10, апрель 2019 Оформление диалогового окна, MacOS Mojave, апрель 2019

Терминалы для заказа 16 Терминал самообслуживания в сети быстрого питания Hesburger, декабрь 2018

Банкоматы 17 Оформление интерфейса банкоматов банка «ВТБ» в феврале 2017 (слева) и в феврале 2019 (сверху)

Adobe XD 18 Запрос на сохранение файла, программа Adobe XD, Adobe: До апреля 2019: Середина апреля 2019:

Выводы 19 • Взаимодействуя с интерфейсом, пользователи испытывают когнитивную нагрузку — форму умственной нагрузки; • Наблюдается рост интереса к теме когнитивной нагрузки в области человеко-машинных интерфейсов , увеличивается число тематических публикаций; • Наблюдается «разнонаправленная» картина изменения подхода к оформлению интерфейса: • Ведущие производители ПО сохраняют или вновь внедряют явное визуальное выделение активных элементов; • Разработчики сервисов массового обслуживания поддерживают тенденцию к отказу от визуального оформления активных элементов интерфейса.

Спасибо за внимание! Университет ИТМО, Санкт-Петербург

Источники 21 1. “The Human Interface”: NASA Safety Center. System Failure Case Study, Volume 9, Issue 2; October 2016; 2. K. Holden, N. Ezer, G. Vos. Risk of Inadequate Human-Computer Interaction // NASA Johnson Space Center. NASA. Дата публикации: 26 декабря 2013. URL: https://humanresearchwiki.jsc.nasa.gov/index.php?title=Risk_of_Inadequate_Human-Computer_Interaction (дата обращения: 16 ноября 2015) 3. Windows 8 — Disappointing Usability for Both Novice and Power Users. Jakob Nielsen // Nielsen Norman Group. Дата публикации: 19 ноября 2012. URL: https://www.nngroup.com/articles/windows-8-disappointing-usability/ (дата обращения: 14 апреля 2019); 4. Long-Term Exposure to Flat Design: How the Trend Slowly Decreases User Efficiency. Kate Meyer // Nielsen Norman Group. Дата публикации: 08 ноября 2015. URL: https://www.nngroup.com/articles/flat-design-long-exposure/ (дата обращения: 14 апреля 2019); 5. Increased Cognitive Load in Resolution of Problems Caused by Human Error on New Aircrafts. Edgard Thomas Martins. Depto de Design – CAA. Universidade Federal de Pernambuco. Recife- Pernambuco, Brasil // ACHI 2012 : The Fifth International Conference on Advances in Computer-Human Interactions. Jan 30 – Feb 4, 2012, Valencia, Spain; 6. Minimize Cognitive Load to Maximize Usability. Kathryn Whitenton // Nielsen Norman Group. Дата публикации: 22 декабря 2013. URL: https://www.nngroup.com/articles/minimize-cognitive-load/ (дата обращения: 14 апреля 2019); 7. ГОСТ Р ИСО 10075–2011 «Эргономические принципы обеспечения адекватности умственной нагрузки»; 8. 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; 9. 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; 10. Trip Planner App. Ghani Pradita // Dribbble. Дата публикации: 27 мая 2015. URL: https://dribbble.com/shots/2082175-Trip-Planner-App (дата обращения: 16 апреля 2019) 11. 8 ways to reduce cognitive load: Part 1. Malgorzata Piernik // UX Planet. Medium. Дата публикации: 7 июля 2017. URL: https://uxplanet.org/8-ways-to-reduce-cognitive-load-part-1-cc2048d1b157 (дата обращения: 16 апреля 2019). 12. Top 10 Application-Design Mistakes. Jakob Nielsen, Page Laubheimer // Nielsen Norman Group. Дата публикации: 17 февраля 2019. URL: https://www.nngroup.com/articles/top-10-application-design-mistakes/ (дата обращения: 16 апреля 2019); 13. Avoiding cognitive overload in UI and UX design // Areteworks. Дата публикации: 22 февраля 2019. URL: http://www.areteworks.com/cognitive-load-ux-design/ (дата обращения: 16 апреля 2019); 14. Cognitive Load and Mobile UX Design: How to Make a User Less Overwhelmed. Dana Kachan // Customer Think. Дата публикации: 25 марта 2019. URL: https://customerthink.com/cognitive-load-and-mobile-ux-design-how-to-make-a-user-less-overwhelmed/ (дата обращения: 16 апреля 2019).