Опыт экспериментального исследования по экстраполяции точки встречи движущихся сигналов-объектов (В. М. Водлозеров)

В данной статье представлены результаты экспериментального исследования характеристик экстраполяции человеком-оператором точки встречи движущихся сигналов-объектов.

Нами проведены две серии экспериментов. В первой серии сигналы перемещались в одном и том же направлении, во второй они двигались навстречу друг другу. Сигналы-метки перемещались прямолинейно с некоторой постоянной скоростью вдоль узкой светящейся щели длиной 400 мм. Программа перемещения сигналов вычерчивалась черной тушью в виде линий на бумажной ленте (рис. 1). Благодаря тому, что программная лента была закрыта непрозрачным (темным) экраном с узкой горизонтальной прорезью, испытуемый видел в ней лишь часть программы - штрих-метку размером 1X1 мм. Когда программная лента с помощью мотора начинала двигаться, в прорези появлялась неподвижная метка, которая через определенное время начинала перемещаться в направлении слева направо с некоторой посеянной скоростью. Одновременно с началом движения первой метки появлялась другая, движущаяся, в том же направлении, что и первая, но с большей скоростью.

Рис. 1. Программа движения сигналов, перемещающихся в направлении слева направо. V - сигнал, перемещающийся с большей скоростью; V - сигнал, перемещающийся с меньшей скоростью; S₁ - исходная позиция указателя; S₂ - точка встречи сигналов; t_зап - время запаздывания реакции; t₁, t₂, t₃ - длительность первого, второго и третьего движений руки; П - паузы; t₇ - интервал времени, к началу которого указатель устанавливается в точке встречи сигналов; ΔS₁ - ошибка после первого движения; ΔS₂ - ошибка после второго движения

Перед началом каждого опыта испытуемый устанавливал указатель-карандаш, держа его в правой руке, на неподвижной метке, а после движения сигналов-меток он должен был как можно раньше и точнее переместить указатель на место их будущей встречи.

Время движения, то есть время от начала движения сигналов и до их встречи, во всех опытах было постоянным - 20 с. Начальные расстояния между сигналами располагались в диапазоне 5-150 мм. Путь, проходимый сигналом, имеющим большую скорость (V_>), равнялся 20; 40; 80 и 160 мм. Соответственно этим расстояниям V_> принимала значения 1; 2; 4 и мм/с. Путь, проходимый сигналом, имеющим меньшую скорость (V_>), составлял 5-140 мм. Соответственно указанным расстояниям V_> принимала значения в диапазоне 0,25-7 мм/с. Величина отношения V_>/V_> изменялась в диапазоне от 1,14 до 16.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что экстраполяция места встречи двух движущихся сигналов даже в таком простом случае, как равномерное поступательное движение, представляет собой сложный процесс, в ходе которого на основе текущей информации о перемещении сигналов-объектов строится некоторая динамическая модель их ближайшего будущего состояния. В процессе наблюдения за перемещением сигналов по мере увеличения времени наблюдения за динамикой их сближения происходит уточнение перцептивного образа их относительного движения. По мере сближения сигналов происходит постепенное снятие неопределенности их точки встречи. Тем самым создаются благоприятные условия для эффективного включения в процесс регуляции механизма перцептивной экстраполяции.

Как видно из рис. 1, двигательные реакции при решении задачи встречи движущихся сигналов представляют собой, как правило, последовательное чередование движений-коррекций и пауз. Очевидно, что последним, то есть паузам, принадлежит функция оценки и контроля движений руки, а также оценки текущих состояний сигналов-объектов. После первого движения- коррекции ошибка рассогласования велика и составляет 30-70%. Однако по мере сближения сигналов и уменьшения времени, остающегося до их встречи, ее величина резко уменьшается.

Анализ механограмм двигательного поведения человека-оператора показывает, что количество коррекций и пауз, их длительность и точность существенно зависят от начального расстояния между сигналами и от соотношения их скоростей, а следовательно и от амплитуды экстраполируемого движения. Так, при малых амплитудах движения - 5-10 мм (при начальном расстоянии между сигналами 150 мм и при отношении ^V_>/_V<=16) реакции с перерегулированием составляют большинство реакций - около 85%. Однако с увеличением амплитуды экстраполируемого движения число реакций с перерегулированием резко уменьшается, падая до 0 при ^V_>/_V<=1,33. Число реакций с недорегулированием в данных условиях, наоборот, резко увеличивается от 6-8 до 90-100% (при ^V_>/_V<=1,14).

С уменьшением величины указанного соотношения, то есть с увеличением расстояния от исходной позиции до точки встречи, количество коррекционных движений и пауз постепенно увеличивается в среднем от 2,8 до 4,3.

Эксперименты показали, что эффективность выполнения операций по определению места встречи движущихся сигналов - объектов, точность и скорость двигательной реакции существенно зависят от степени осознания рабочей ситуации, то есть от выявления и упрочения связей между параметрами движения, определяющими как динамику движения сигналов, так и перемещения указателя-визира. В условиях наших экспериментов для того, чтобы успешно выполнить операцию, испытуемый должен был четко представлять себе, что место встречи движущихся сигналов определяется в первую очередь величиной соотношения их скоростей и начальным расстоянием между ними. Так если разность скоростей движения обоих сигналов незначительна то точка их встречи (при прочих равных условиях) значительно отодвигается от исходной позиции. Однако она приближается к исходной позиции по мере того, как разность скоростей становится все более значительной (скорость менее быстрого сигнала уменьшается).

Как следует из опроса испытуемых и анализа экспериментальных данных, те испытуемые, которые не учитывают существенных связей между параметрами движения и нахождением точки встречи на экране, значительное время не могут правильно определить место совмещения. Начинающие испытуемые либо совершают ряд прослеживающих движений, перемежающихся паузами, либо не-прерывно перемещают указатель, опережая правый сигнал лишь на 1-3 с (в то время как встреча обоих сигналов должна произойти через 10-15 с), и лишь за 5-1 с до момента совмещения указатель выводится в "зону" встречи.

Особенно отчетливо резкое увеличение числа движении-коррекций и пауз наблюдается при величине соотношения ^V_>/_V<, близкой к 1. В этих условиях, как правило, совершается ошибка недорегулирования, которая в ходе сближения объектов медленно уменьшается.

В ходе развития навыка (тренировки) по мере осознания и упрочения существенных связей между параметрами и местом будущей встречи сигналов-объектов количество коррекционных движений (перемещений указателя) уменьшается, а точность их увеличивается.

Во второй серии экспериментов исследовалась динамика перемещения указателя при наблюдении за сигналами, перемещающимися навстречу друг другу (рис. 2). Скорость одного из них была постоянной, а скорость другого изменялась в случайном порядке от 0,8 до 8 мм/с. Время движения обоих сигналов от начала перемещения до их встречи было постоянным и равнялось 20 с. Расстояние от исходной позиции указателя до каждого из сигналов в момент их появления было одинаковым и из менялось в диапазоне 80-160 мм. Расстояние от исходной позиции указателя до места встречи обоих сигналов изменялось в пределах 0-80 мм (S=0, когда скорости сигналов были равны между собой.)

Рис. 2. Программа движения сигналов, перемещающихся навстречу друг другу. V - сигнал, перемещающийся со скоростью 8 мм/с; V_i - сигнал, перемещающийся с меньшей скоростью. Остальные обозначения те жег что на рис. 1

Анализ полученных данных показал, что исходным моментом, определяющим начало решения задачи по определению места встречи двух сигналов, выступает запаздывание реакции. Начальное время запаздывания, то есть время означала движения сигналов до первого движения руки, нелинейно уменьшается с увеличением различия в скоростях движения сигналов (за меру различия принята величина ^(V-V_i)/_V, где V=8 мм/с, a V_i изменяется от 0 до 8мм/с).

Наиболее резкое уменьшение начального запаздывания (от 12 до 2,5 с) происходит при увеличении различия в скоростях от 0,1 до 0,5, а при дальнейшем увеличении различия уменьшение становится менее значительным (до 1,7-1,6 с).

Хотя по условиям опытов начальное расстояние от обоих сигналов до исходной позиции указателя было одинаковым, в ходе движения их пространственное положение как относительно друг друга, так и относительно исходной позиции указателя непрерывно изменялось. По мере движения рассогласование между пространственным положением обоих сигналов относительно указателя увеличивалось, и тем быстрее, чем больше были различия в скорости их перемещения.

Двигательная реакция испытуемого (величина движения, его направление) в данном случае определяется на основе визуальной оценки динамики накопления рассогласования и его знака (вправо, влево). Анализ полученных данных показывает, что чем быстрее растет рассогласование, тем меньше время запаздывания и тем больше амплитуда первого движения руки. При этом движение руки начинается лишь при некоторых определенных значениях рассогласования. На рис. 3 представлено изменение расстояния от движущихся сигналов до исходной позиции неподвижного указателя, при котором начинается первое движение руки, в зависимости от величины различия скоростей.

Рис. 3. Динамика изменения расстояний от исходной позиции указателя до каждого из сигналов к моменту начала движения руки в зависимости от различия их скоростей (K). S_V - расстояние до сигнала, перемещающегося со скоростью 8 мм/с; S_Vi - расстояние до сигнала, перемещающегося с меньшей скоростью; S_H - начальное расстояние до сигналов

Обращает на себя внимание тот факт, что кривые, описывающие динамику изменения расстояний для обоих сигналов в зависимости от величины их скоростей, идут почти параллельно друг другу. Это означает, что разность расстояний от неподвижного указателя до каждого из сигналов к моменту начала движения руки есть величина относительно постоянная и не зависит (в данных, условиях) от величины различия скоростей. В условиях наших экспериментов, то есть при различии скоростей 0,1-1,0 и при начальных расстояниях 160-180 мм, она составляла в среднем 12 мм. Таким образом, двигательная реакция испытуемого начинается в момент, когда рассогласование, в данном случае пространственная разность положений обоих сигналов относительно неподвижного указателя, достигнет значения, равного в среднем 12 мм.

После того, как сигнал рассогласования принят оператором, начинается собственно процесс решения задачи. Анализ механограмм перемещений указателя показывает, что, как и в случае сигналов, движущихся в одном направлении, точность коррекционных движений увеличивается по мере сближения сигналов. На рис. 4 представлена зависимость уменьшения вероятности точного решения задачи от увеличения интервала времени, остающегося до момента совмещения сигналов. Из рис. 4 видно, что с увеличением интервала вероятность точного решения задачи резко уменьшается.

Рис. 4. Вероятность точного решения задачи в зависимости от увеличения интервала времени, остающегося до момента совмещения движущихся сигналов

Успешное выполнение операций по определению точки встречи предъявляет высокие требования к измерительной функции зрительного анализатора. При значительном интервале времени, остающемся до совмещения сигналов, а следовательно и с увеличением расстояния между ними, процесс динамического соизмерения параметров движения становится затрудненным, ошибка измерения увеличивается. Однако в ходе наблюдения и сближения сигналов точность глазомерной оценки рабочей ситуации повышается.