Создание устройств интерактивной связи (УИС) человека с машиной продиктовано необходимостью оперативного управления и ввода информации в вычислительную систему. В основном такие устройства представляют собой комбинацию устройств ввода и устройств вывода информации. при этом используются зрительный, тактильный и звуковой носители передачи информации.
Основным видом УИС является комбинация устройства вывода информации (дисплей или индикаторная панель) и одного или нескольких устройств ручного ввода и оперативного управления, как то: клавиатура, манипуляторы типа “мышь”, “джойстик”, “трекбол”, сенсорные устройства, устройства тактильного ввода, устройства речевого ввода. Сюда же относятся средства графического ввода и вывода информации (графопостроители, устройства кодирования графический информации).
Основным УИС является комбинация “дисплей-клавиатура”. Применяется для ручного ввода текстовой, числовой и управляющей информации в вычислительную систему (ВС). К данному типу УИС относится и комбинация “ВС-терминал”:
Благодаря увеличению вычислительных мощностей ПЭВМ, расширению их возможностей по обработки графический информации, появилась потребность в разработке и совершенствовании устройств оперативного ввода графический информации. в связи с этим появились новые УИС, которые явились комбинацией дисплея и устройств ввода, как то:
1. Манипулятор “мышь”. Выполнен в виде небольшой коробочке, передвигаемой по столу или др. ровной поверхности. Типовое устройство содержит две или три клавиши, реализованные в виде кнопочных переключателей, и специальную систему слежения за перемещением манипулятора в двух ортогональных направлениях. При этом для преобразования поступательного перемещения манипулятора в электрические сигналы используются в основном три способа: механический, оптико-механический и оптический.
При механическом способе вращения шарика передается на два ортогонально расположенных валика, связанных с осями потененциометров. Сигналы с резисторов управляют частотой (или длительностью) импульсных сигналов, посредством измерения которых и сравнением предыдущими отсчетами вычисляются новые координаты курсора на экране дисплея.
Оптико-механический способ является более точным и отличается тем, что вместо потененциометров установлены оптические системы – преобразователи. Принцип действия этих преобразователей основан на модулировании светового потока, причем частота модуляции пропорциональна скорости перемещения манипулятора относительно координатных осей.
Оптический способ слежения основан на принципе модуляции светового потока участками рабочей поверхности с различной светоотражающей способностью. Он обеспечивает высокую чувствительность, но необходимо наличие специальной поверхности с нанесенной на нее сеткой.
2. манипуляторы типа “трекбол” чаще всего используют как функциональный вариант манипулятора “мышь”. Шаровые координатографы передают движение на экран дисплея при вращении одного шарика и не требуют наличия большой ровной поверхности стола.
Для ввода графический информации в ПЭВМ используют также специализированные планшеты (дигитайзеры), позволяющие вводить данные об абсолютном положении считывающего органа на плоскости с координатной сеткой. При ориентации их на непосредственный (без промежуточного носителя) ввод графических данных, обычно используют тактильные пленки, а рабочее поле планшета при этом содержит рисунок, выполненный в виде координатной сетки или с нанесением стилизованных базовых элементов графических изображений.
Более тесным симбиозом являются УИС, построенные с применением светового пера, ультразвуковой “мыши”, сенсорных экранов.
Световое перо содержит фотосчитывающую систему и предназначено для регистрации сигналов подсветки отдельных точек на экране дисплея.
В ультразвуковой “мыши” для вычисления координат зонда используют измерения расстояний пройденных ультразвуковыми волнами, которые генерируются либо ультразвуковым манипулятором, либо пьезоэлектрическими датчиками, расположенные по периферии экрана. Положение манипулятора постоянно контролируется.
В сенсорных экранах применяется светодиодная инфракрасная координатная и др. техника с использованием оптически прозрачных покрытий. В светодиодных инфракрасных сенсорных экранах соответствующие излучатели и приемники, расположенные по периферии экрана, образуют координатную матрицу. При внесении какого-либо предмета перекрывается луч света, проходящий над поверхностью экрана. По номерам затемненных приемников определяются координаты точки контакта с экраном. В экранах, чувствительных к изменению емкости, используются матрицы оптически прозрачных площадок, каждая из которых электрически изолирована. Сигналы об изменении емкости передаются по тонким проводникам, встроенным в экранное покрытие. Информация о месте касания кодируется изменением емкости одной или нескольких площадок.
Одним из перспективных УИС являются устройства ввода-вывода речевой информации. Основными достоинствами подобных УИС являются: естественность общения человека с машиной и возможность его большей концентрации на выполняемой работе; повышение скорости и достоверности вводимой информации, освобождение глаз и рук человека для др. целей. Необходимо учитывать и недостатки речевого ввода в ПЭВМ: возможна ситуация, когда машина не поймет человека; необходимо знать правила построения предложений, распознаваемых ПЭВМ.
Абсолютное большинство систем распознавания речи реализует пословное распознавание, хотя имеются отдельные попытки пофонетного распознавания. Это связано с различным звуковым спектром речевого аппарата людей. Необходимо иметь ввиду, что при пословном распознавании при необходимости увеличить число распознаваемых слов в два раза, нужно увеличить емкость памяти для хранения образцов в два раза, а быстродействие памяти и процессоров повысить в четыре раза.
Пословное распознавание речи можно образно сравнить с самыми древними письменностями, когда каждому слову ставился в соответствие его иероглиф. В более поздних письменностях от иероглифов отказались, введя буквенное письмо. Совершенно аналогичную работу предстоит сделать и в области автоматизированного распознавания речи: перейти от пословного к пофонетному распознаванию речи. При этом можно будет вводить в ЭВМ любые слова, содержащие заданный набор фонем конкретного языка, точно также, как это делается в настоящее время с помощью органического набора клавиш.
И так, комплексное применение УИС позволяет максимально упростить взаимодействие человека с машиной и повысить эффективность использования ресурсов (времени) при организации работы человека и ПЭВМ.