Представлены: обзор исследуемой проблемы, методика выполнения эксперимента, собранные данные и методы их математической обработки. Эксперимент выполнен в мае-июне 2016. Математическая обработка - ноябрь-декабрь 2016. Интерпретация данных, выводы, рекомендации - в процессе подготовки. Презентация к докладу на конференции XLVI Научной и учебно-методической конференции, февраль 2017, Университет ИТМО, Санкт-Петербург.

1. Исследование воздействия
когнитивной и информационной нагрузки
на эффективность взаимодействия пользователя
с человеко-машинным интерфейсом
Балканский А.А., Лавров А.В., Смолин А.А., Солоницын Ю.А.
Университет ИТМО, кафедра Графических технологий
Дизайн человеко-компьютерных систем

2. Авторы
• Научный руководитель — Смолин А.А., к.ф.н.
• Реализация эксперимента — Солоницын Ю.А.
• Научный консультант — Балканский А.А.
• Консультант по математической обработке данных — Лавров А.В.

3. Исследуемая проблема
• В настоящее время при оформлении интерфейсов все шире
используется «Плоский стиль» («Flat UI»);
• В то же время, ряд экспертов ИТ-индустрии (в частности, Якоб
Нильсен) заявляют о том, что использование этого стиля ведет к
снижению эффективности взаимодействия [1, 2];
• В сферах промышленности, транспорта, финансовых системах
снижение эффективности взаимодействия ведет к снижению
безопасности труда, росту риска техногенных аварий и
финансовых потерь [3, 4].

4. Примеры
Фрагмент интерфейса, оформленного в «классическом» стиле.
(“Heroes of Might and Magic III – HD Edition”, 3DO/UbiSoft, 1999)
Фрагмент интерфейса, «Flat UI».
(Windows Phone Maps, HERE/Microsoft corp., 2016)

5. Примеры
Piotr Kubicki, Szczecin Airport | redesign concept,
https://www.behance.net/gallery/37478667/Szczecin
-Airport-redesign-concept
David Perger, FADE APP UI KIT | FREEBIE,
https://www.behance.net/gallery/36367535/FAD
E-APP-UI-KIT-FREEBIE-
Roma Smirnov, Yandex.Electrichki
https://www.behance.net/gallery/36
466693/jandekselektrichki

6. Практическая значимость
• Эффективность* работы с интерфейсом прямо связана со
временем решения задачи и числом совершаемых ошибок;
• В коммерческих системах — эффективность интерфейса прямо
связана с доходом компании;
• В промышленных системах — эффективность интерфейса прямо
связана с безопасностью и производительностью труда.
* — Эффективность — связь между достигнутым результатом и
использованными ресурсами (ГОСТ Р ИСО 9241-210 — 2012).

7. Пример (один из многих)
Берлин, аэропорт Шенефельд, станция наземного метро (S-Bahn).
Время ожидания в очереди: около 20 минут.
Пользователь нажимает на все
видимые элементы в попытке
определить алгоритм
взаимодействия с терминалом.

8. Термины и определения
• Когнитивная нагрузка— явление, приводящее к росту объема
умственных усилий, затрачиваемых пользователем на
взаимодействие с интерфейсом [3];
• Информационная нагрузка — объем данных или число
факторов, которые пользователь должен обработать для
решения задачи [1, 2, 3, 4].

9. Аналогичные исследования
Группа Бурмистрова [5]: Группа Фабио [6]:
Сравнение эффективности интерфейсов,
выполненных в «классическом» и «плоском»
стилях.
Изучение когнитивной нагрузки.

10. Тестовые материалы
• Набор web-страниц, последовательно
предъявляемых респонденту;
• 9 заданий;
• Демографические данные.

11. Проведение эксперимента
0
50
100
150
200
250
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
12-14 15-18 18-25 25-35 35-45 45-65 More than
65
Всего респондентов: 571;
Полных записей: 356.
Эксперимент: 20 мая — 19 июня 2016.

12. Задачи математической обработки
• Проверка статистической значимости воздействия факторов,
изменяемых в ходе эксперимента;
• Проверка статистической значимости обнаруженных в ходе
эксперимента изменений параметров.

13. Алгоритм обработки данных
1. Предварительная фильтрация данных;
2. Выравнивание выборок — случайное прореживание;
3. Проверка значимости воздействия экспериментальных
факторов — попарное сравнение случайно
перераспределенных выборок (метод χ2);
4. Проверка значимости изменения параметров — попарное
сравнение исходных выборок (метод χ2, критерий Стьюдента с
предварительным приведением данных к нормальному виду).

14. Программное обеспечение

15. Результаты (задание 2)
Среднее число
ошибок, %:
Среднее
время, с:
Стиль:
P(t): • 1–2: > 5%
• 2–3: > 5%
• 1–3: > 5%
1 2 3
0
1000
2000
3000
4000
5000
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3
0
0.005
0.01
0.015
0.02
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

16. Результаты (задание 3)
Среднее число
ошибок, %:
Среднее
время, с:
Стиль:
P(t): • 1–2: > 5%
• 2–3: < 1%
• 1–3: < 1%
1 2 3
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

17. Результаты (задание 4)
Среднее число
ошибок, %:
Среднее
время, с:
Стиль:
P(t): • 1–2: > 5%
• 2–3: < 1%
• 1–3: < 1%
1 2 3
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3
0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
14.00%
16.00%
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

18. Результаты (задание 5)
Среднее число
ошибок, %:
Среднее
время, с:
Стиль:
P(t): • 1–2: > 5%
• 2–3: < 1%
• 1–3: < 1%
1 2 3
0
1000
2000
3000
4000
5000
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3
0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
14.00%
16.00%
18.00%
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

19. Результаты (задания 6–8)
Среднее число
ошибок, %:
Среднее
время, с:
Матрица:
P(t): • 3x3–5x5: < 1%
• 5x5–7x7 : < 1%
• 3x3–7x7 : < 1%
3x3 5x5 7x7
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
3x3 5x5 7x7
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
6.00%
7.00%
3x3 5x5 7x7

20. Возможное проявление закона Хика
Задания 6–8:

21. Результаты (задание 9)
Среднее
время, с:
Стиль:
P(t): • 1–2: < 1%
• 2–3: < 1%
• 1–3: < 1%
1 2 3
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3
0.00%
50.00%
100.00%
150.00%
200.00%
250.00%
300.00%
Стиль 1 Стиль 2 Стиль 3

22. Результаты (задания 5 и 9)
P(t): • 5(1)–9(1): < 1%
• 5(2)–9(2): < 1%
• 5(3)–9(3): < 1%

23. Карты нажатий

24. Проявление закона Фиттса

25. Источники
1. J. Nielsen. Windows 8 – Disappointing Usability for Both Novice
and Power Users. Nielsen Norman Group. Published on:
19 November 2012. Accessed on: 05 December 2015. Web:
http://www.nngroup.com/articles/windows-8-disappointing-
usability/.
2. K. Whitenton. Minimize Cognitive Load to Maximize Usability.
Nielsen Norman Group. Published on: 22 December 2013.
Accessed on: 17 November 2015. Web:
http://www.nngroup.com/articles/minimize-cognitive-load/.
3. K. Holden, N. Ezer, G. Vos. Risk of Inadequate Human-Computer
Interaction. NASA Johnson Space Center. Published on:
26 December 2013. Accessed on: 16 November 2015.Web:
https://humanresearchwiki.jsc.nasa.gov/index.php?title=Risk_of_In
adequate_Human-Computer_Interaction.
4. The human-machine interface as an emerging risk. European
Agency for Safety and Health at Work. Published in ~2006.
Accessed on: 16 November 2015. Web:
https://osha.europa.eu/en/tools-and-
publications/publications/literature_reviews/HMI_emerging_risk.
5. 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.
6. 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.

26. Спасибо за внимание!