О эволюционных витках человеко-машинных интерфейсов

В демографии период смены поколений оценивается четвертью века, а в информационных технологиях (все более тесно сосуществующих с человеком) – лишь несколькими годами. Помимо этого, в первом случае данный показатель считается растущим, а во втором – сокращающимся. Стоит ли удивляться непредсказуемости эволюции человеко-машинных интерфейсов, находящихся в самом центре этого противоречия?

Каждое поколение выбирает своих кумиров, свою музыку и... свой человеко-машинный интерфейс. По мнению руководства электронного магазина деревянных игрушек woodentoystore.co.uk, освоение культуры общения с компьютерами должно начинаться с пеленок!

Очередная ежегодная конференция Computer-Human Interaction, состоявшаяся в Италии при генеральном спонсорстве Microsoft, несмотря на свои относительно скромные масштабы, привлекла необычно пристальное внимание ИT-прессы. Вероятно, дело в том, что в последние годы сразу две давно развивавшиеся концептуальные «интерфейсостроительные» тенденции доросли до стадии коммерциализации. И не просто доросли, но и обеспечили внедрившим их компаниям успех на рынках, занятых ожесточенно сражающимися конкурентами. Поэтому девиз CHI'08 – «Баланс технологии и искусства» – было бы логично дополнить упоминанием еще и о бизнесе. Речь идет, разумеется, о мультисенсорных панелях (multi-touch-pad), способных регистрировать одновременно более одного прикосновения, а также устройствах ввода на основе акселерометров (примерами которых могут служить пульты Nintendo Wii и мыши Logitech MAX Air).

Действительно, мультисенсорные интерфейсы окончательно перестали быть футуристической дизайнерской концепцией и перешли в наступление во всех сегментах ценового диапазона. Так, в марте ASUS показала общественности субноутбук EeePC 900 по цене около $600 (впечатляющий ролик с демонстрацией функций его мультисенсорной панели при работе с популярными Windows-приложениями можно просмотреть здесь). А в апреле началась давно обещанная кампания по оснащению торговых центров AT&T в крупных городах США терминалами Microsoft Surface, предоставляющими посетителям некоторые интригующие возможности в области информационного обслуживания. Например, положив на экран такого терминала пару мобильных телефонов, посетитель может получить сравнительную таблицу их характеристик.

Напомним, что нынешняя цена этих устройств – от 5 до 10 тыс. долл. Но те, кому она кажется чрезмерной, могут подождать коммерциализации недавно продемонстрированного продукта Microsoft под названием Touch Wall: его стоимость, согласно заверениям разработчиков, составит «несколько сот долларов». Или же уповать на успех открытого проекта CUBIT multi-touch, результатом которого, как ожидается, станет упрощенная разновидность Surface стоимостью $500–1000. Другой значимый открытый проект, связанный с мультисенсорными интерфейсами под названием MPX (это – аббревиатура от Multi-Pointer X Window Server), призван сделать возможным использование существующих X Window-совместимых приложений на UNIX-подобных ОС в режиме одновременного манипулирования несколькими курсорами.

Гвоздем программы CHI'08 стала инсталляция Natural Interaction Sensitive Table от итальянской компании iO (ioagency.com), представляющая собой что-то вроде «Surface на стероидах»: она оснащена массивом микрофонов с программно изменяемой диаграммой чувствительности, RFID-антеннами, функцией распознавания речи и прочими уникальными достоинствами.

Разработчики из Института Фраунхофера придали мультисенсорной поверхности форму самой совершенной из фигур (по мнению Аристотеля и Платона). Ни кнопки, ни разъемы не оскверняют идеальной симметричности устройства Touchglobe, связанного с компьютером через беспроводной интерфейс

Стоит упомянуть и о недавней презентации очередной ОС от Microsoft (неофициально известной как Windows 7), прошедшей под знаком тотальной поддержки мультисенсорного интерфейса, а также о планах оснащения такими экранами 75-долларовых ноутбуков XO2, анонсированных в рамках проекта OLPC (One Laptop Per Child).

В количественном отношении наиболее популярными устройствами с мультисенсорными панелями в ближайшем будущем суждено стать мобильным телефонам. Согласно данным аналитиков из iSuppli, в период 2006–2012 гг. глобальный объем их продаж должен возрасти менее с чем 200 тыс. до 21 млн шт.

Что же касается «акселерометрических» пультов управления игровыми консолями, то объем их рынка с трудом поддается оценке, ибо для них то и дело открываются новые неожиданные рыночные ниши. Так, в США в течение нескольких месяцев развернулась неофициальная кампания по внедрению Wii в качестве средства избавления «белых воротничков» от гиподинамии (официальной она, очевидно, станет после того, как экономическая целесообразность данного способа оздоровления офисных служащих будет доказана статистически). А недавно в нескольких электронных СМИ появились репортажи о растущей популярности Wii в... домах для престарелых!

Распространение устройств ввода на основе акселерометров и мультисенсорных панелей повысит востребованность графических интерфейсов, ориентированных на жестикуляцию и выработку «мышечной памяти», потенциал которой в области повышения эффективности человеко-машинного взаимодействия еще мало реализован. В частности, в мультисенсорные интерфейсы весьма естественно вписываются меню в виде круговых диаграмм («pie menus»): указательный палец может использоваться для их вызова в произвольном месте экрана, а большой или средний – для выбора требуемого пункта. Стоит ожидать, что увлечение модой на «multi-touch-стиль» в скором времени трансформирует привычный нам вид панелей задач и контекстных меню.

Посильную лепту в популяризацию Surface-подобных интерфейсов внесла Бьорк, использовавшая в концертных выступлениях музыкальные инструменты Реактейбл и Lemur. Первый – выглядящее пришельцем из отдаленных параллельных миров детище Барселонского института аудиовизуальных технологий. Объекты на его поверхности (так называемые «tangibles») символизируют компоненты звукосинтезирующего тракта. Сильная сторона второго – возможность моделирования физических параметров реальных устройств (например, инерционности ползунковых регуляторов на микшерском пульте)

Как устроены мультисенсорные панели?

Как и многие другие технологии на ранних стадиях внедрения, современные мультисенсорные интерфейсы восхищают буйством оригинальных конструкторских решений. Упомянем некоторые из них.

В Microsoft Surface и Perspecta положение пальцев пользователя определяется посредством анализа изображений, поступающих с нескольких камер. В последнем случае ему предлагается носить особые перстни-маркеры, что не очень-то удобно. Зато благодаря им программное обеспечение никогда не спутает, скажем, средний палец с указательным.
В существенно менее ресурсоемких (и не таких точных) системах Microsoft Touchwall область пространства, прилегающая к плоскости изображения, сканируется с помощью трех инфракрасных светодиодов.
В сферическую поверхность Touchglobe внедрен массив микроскопических пьезоэлектрических датчиков. Достоинство такого решения – возможность регистрировать силу каждого из прикосновений, а недостаток – непрозрачность сенсорной панели.
В мультисенсорных дисплеях мобильных телефонов в настоящее время используются проекционно-резистивная и проекционно-емкостная технологии. Последняя отличается более высокой стоимостью и чувствительностью и даже способна регистрировать возмущения электростатического поля, вызываемые пальцем, поднесенным к экрану на расстояние около 2 мм.
Джефферсон Хан (Jefferson Han) из Нью-йоркского университета запатентовал и применил в своей разработке так называемый эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection, или FTIR), с 1960-х годов используемый в биометрических приложениях (для снятия отпечатков пальцев). Он предложил поместить перед экраном стеклянную панель (не обязательно плоскую), внутренний объем которой насыщается многократно переотражаемым излучением инфракрасных светодиодов, расположенных по ее периметру. Прикосновения к панели нарушают нормальный ход лучей, благодаря чему оказывается возможной их регистрация с помощью скрытой за экраном видеокамеры. В 2006 г. для коммерциализации этой разработки г-н Хан организовал компанию Perceptive Pixel (perceptivepixel.com), продающую в настоящее время мультисенсорные дисплеи эксклюзивного качества по цене около 100 тыс. долл.

Что нас ждет через 25 лет?

Microsoft Surface – компьютер с мультисенсорным интерфейсом, известный широкой общественности по голливудскому фантастическому боевику «Особое мнение»

В заключение хотелось бы пофантазировать о гипотетическом 25-летнем цикле развития интерфейсных концепций: ведь мышка, изобретенная в 1963 г., получила широкое распространение не раньше середины 1980-х, а мультисенсорные панели, впервые созданные в 1982 г. в Университете Торонто, находят массовый спрос только теперь. Идея устройства ввода, построенного на основе акселерометров, также насчитывает примерно 25 лет. Если это закономерность, а не случайные совпадения, то не следует ли предположить, что восприятие всякого очередного кардинально нового способа взаимодействия с техникой требует смены поколения ее пользователей? Ведь тогда революционные изменения, связанные с некоторыми из зарождающихся на наших глазах интерфейсными технологиями, произойдут лишь спустя четверть века и затронут не столько нас, сколько наших потомков. Что же это будут за изменения?

Сегодня понятие «интерфейсы будущего» в значительной мере ассоциируется со средствами воздействия на продолжающие оставаться неохваченными органы обоняния и осязания, а также вкусовые рецепторы. Во всяком случае, японские эксперты уже предвидят появление рисоварок, позволяющих пользователям получать представление о вкусе риса в процессе его приготовления.

По мере развития теории ИИ такие традиционные средства устройства ввода, как клавиатура или система распознавания речи, будут применяться для получения сведений о текущем эмоциональном состоянии пользователя. Это, в частности, позволит устранить «бестактность» систем голосового общения, встраиваемых в современные бортовые компьютеры автомобилей: легко понять, что игнорирование напряженного состояния водителя, занятого решением сложной дорожной ситуации, чревато катастрофическими последствиями.

В начале этого года руководство Toyota объявило, что новая фирменная система автоматического избегания столкновений будет принимать решения с учетом того, закрыты ли в критический момент глаза водителя. Отметим забавное (но, возможно, более глубокое, чем кажется на первый взгляд) сходство этого проекта с одним из экспонатов CHI'08 – системой Spoken Words, разработанной в университетах Берлина и Потсдама. Всмотревшись в выражение лица пользователя (через объектив обычной веб-камеры) и обнаружив оба его глаза закрытыми, она инициирует прочтение вслух редактируемого в MS Word текущего предложения.

Впрочем, более важными сегодня представляются исследования интерфейсных систем, основанных на энцефалографии и других методах изучения физиологии мозга и нервной системы человека.

Мультисенсорный 3D-монитор Perspecta компании Actuality Medical (actuality-medical.com) также тяготеет к сферичности

В 2004 г. серьезный научно-технологический журнал IEEE Spectrum опубликовал футурологическую повесть Вернона Винджа «Комплексная интуиция» (Vernon Vinge, «Synthetic serendipity»; см. переводной сборник «Лучшее за год»: shop.bambook.com/scripts/pos.showitem?v=1&ite=81013). Компьютерную клавиатуру ее герои воспринимают как безнадежный анахронизм, предпочитая общаться с помощью одежды, оснащенной датчиками для регистрации нервных импульсов, отражающих пользовательские намерения (например, нажать ту или иную воображаемую клавишу). Буквально в том же году эти научно-фантастические пророчества начали сбываться: исследователи из NASA продемонстрировали систему речевого синтеза, управляемую так называемыми субвокальными нервными импульсами, снимаемыми с определенных участков кожи на шее, и позволяющую озвучивать то, что пользователь хотел бы произнести. Немым эта система способна вернуть дар речи, а спецназовцам предоставит возможность переговариваться в толпе без опасности быть подслушанными.

В отличие от неинвазивных методов NASA технология глубокой стимуляции, разрабатываемая в Бристольском университете, предполагает внедрение сверхтонких электродов (толщиной с человеческий волос) непосредственно в мозг пациента. Показано, что модулируемые компьютером электрические сигналы могут нормализовать состояние участков мозга, пораженных при некоторых формах депрессии, что, в свою очередь, приводит к улучшению настроения пациента или, при его желании, даже к состоянию эйфории. Численность страдающих тяжелыми формами депрессии только в Великобритании оценивается в 50 тыс., и некоторые эксперты уже предвидят появление социальных проблем, связанных с новыми «электронными» формами наркомании.

По-видимому, анонс XO2 знаменует появление нового класса ноутбуков, представляющих собой раскладной мультисенсорный дисплей, одна из половинок которого при необходимости имитирует клавиатуру. Отметим, что внешний вид последней может определяться спецификой активного приложения (выгоды такого решения систематически излагаются на популярном сайте artlebedev.com/portfolio/optimus). Наладка массового выпуска этого симпатичного гибрида мобильного компьютера и электронной книги обещана в 2010 г.

А нейрофизиологам из Университета Дьюка (штат Северная Каролина) в этом году удалось заставить перемещаться по беговой дорожке антропоморфного робота. Источником сигналов для управления его нижними конечностями послужил мозг живой обезьяны, точнее электрические потенциалы приблизительно двухсот нейронов, отвечающих за двигательную активность животного. Это достижение открывает беспрецедентные перспективы для реабилитации парализованных больных.

Отметим, что людям, страдающим параличом и депрессией, потребуется имплантация электродов, работающих как на «ввод», так и на «вывод». Возможно, лет 25 спустя нынешнее десятилетие будет восприниматься ИT-историографами как период, когда теснота симбиотического сосуществования с ИТ подготовила человека к сдаче интерфейсным технологиям последнего рубежа, связанного с представлениями о неприкосновенности собственного мозга для механических вмешательств.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365