В приведенной ранее классификации имитаторов по используемым средствам и методам взаимодействия обучаемого с имитатором указано, что процессы передачи на основные органы восприятия пользователя программно управляемых воздействий, а также процессы получения производимых пользователем действий для последующего обеспечения реалистичной реакции имитируемой среды реализуются при помощи различных методов и аппаратных средств:

1. На основе стандартных средств ввода/вывода.
2. Полная или частичная копия рабочего места «в железе» (полномасштабные модели щитов управления и т.д.).
3. На основе систем формирования виртуальной реальности.

Под стандартными средствами ввода/вывода понимается такие периферийные устройства персонального компьютера как монитор, клавиатура, мышь, джойстик. Методы реализации взаимодействия с пользователем при помощи указанных аппаратных средств представляются достаточно тривиальными и не требуют более детального описания. Такая форма взаимодействия является эффективной в том случае, если совпадает с формой взаимодействия между пользователем и реальным объектом (например, оператор процесса может реально иметь компьютер на рабочем месте и, соответственно, выполнять определенные действия при помощи клавиатуры и мыши). В других случаях данная форма взаимодействия снижает эффективность имитатора, т. к. обучаемый чувствует разницу между действиями, производимыми при управлением реальным объектом, и действиями, совершаемыми им для решения тех же задач в имитаторе. Например, процесс управления объектом в 3D-пространстве, особенно, если объект имеет 3 степени свободы, при помощи манипулятора мышь (2 степени свободы) вызывает большие затруднения.

Полная или частичная копия рабочего места «в железе» также часто применяется в реализации взаимодействия с пользователем, как правило, в полномасштабных тренажерах, в задачах выработки моторных навыков управления. Наличие копии рабочего места строго регламентировано для тренажеров в различных областях промышленности (авиация, атомная энергетика и т.д.). В ГОСТ 26387-84 "Система человек-машина. Термины и определения" указано, что тренажер в обязательном порядке должен иметь конструктивную часть, т. е. точную копию рабочего места оператора.

Рисунок. Полная или частичная копия рабочего места «в железе» также часто применяется в реализации взаимодействия с пользователем

Рисунок. Авиационный тренажер компании CAE

Рисунок. Тренажеры для обучения локомотивных бригад (РЖД)

Реализация взаимодействия при помощи технологии формирования виртуальной реальности является относительно новым способом, основанным на системе позиционирования и системе имитации воздействия среды. Система позиционирования - совокупность устройств, позволяющих отслеживать положение пользователя в виртуальном пространстве и производимые им действия. Система имитации воздействия среды (осязания) обеспечивает имитацию силового сопротивления (необходимость приложения силы) при взаимодействии с виртуальными объектами. Может быть реализована на основе устройств, использующих магнитный, ультразвуковой, оптический, механический или инерциальный принципы.

Использование каждого из перечисленных подходов имеет преимущества и недостатки, в зависимости от заданных условий эксплуатации. Существующие системы позиционирования представлены как отдельными датчиками, так и в составе таких устройств, как виртуальные перчатки, шлемы и т.д. Устройства имитации осязания, например, могут быть представлены как простой перчаткой с сенсорным контактом, так и полной моделью, обеспечивающей силовое сопротивление во всех суставах рук или ног, специальными платформами и т.д.

Рисунок. Пример использования устройств ввода системы формирования виртуальной реальности (перчатка и шлем)

В любом случае, высокий уровень соответствия механизмов взаимодействия между пользователем и имитатором оригиналу может повысить эффективность имитатора в целом. Возможна ситуация, когда пользователь, зная, какие действия нужно произвести, может не успеть этого сделать из-за потери времени, в попытках понять, как выполнить привычные (в реальности) для него действия в имитаторе. Это возможно при непродуманной системе управления тренажером. С другой стороны, система управления, в некоторых случаях, не должна позволять большего количества действий в единицу времени, чем это возможно в реальности. Также должна учитываться антропометрическая совместимость (учет размеров тела человека), сенсомоторная совместимость (учет скорости моторных операций человека и его сенсорных реакций), энергетическая совместимость (учет силовых возможностей человека).

При оценке степени соответствия соответствия механизмов взаимодействия целесообразно использовать экспертный метод. Для использования экспертного метода оценки необходимо назначить качественные, сравнительно-количественные или количественные показатели на основе их принятия или соглашения. Наиболее эффективно использование экспертов, имеющих опыт работы на имитируемом объекте. Точность оценки в любом случае является субъективной и напрямую зависит от компетенции и опыта экспертов. Неточности оценки увеличивают риск обнаружения ошибок во время эксплуатации имитатора.

Рисунок. Использование устройств формирования виртуальной реальности (1 - Z800; 2 - 5DT Data Glove; 3 - датчик положения кисти)

Рисунок. Пример того, что видит обучаемый, в т.ч. демонстрация управления при помощи виртуальной перчатки

Рисунок. Демонстрация управления при помощи двух виртуальных перчаток

Также стоит отметить вопросы эргономики человеко-компьютерного взаимодействия. На сегодняшний день вопросы человеко-компьютерного взаимодействия частично рассмотрены в ГОСТ Р ISO 9241 — "Эргономика человеко-машинного взаимодействия" в серии 200: "Способы человеко-машинного взаимодействия". Также комитетом ISO планируется издание целой группы стандартов, относительно использования физических устройств ввода: устройств ввода для сред формирования виртуальной реальности, устройств с обратной связью, тактильных взаимодействий и т.д. В списке на данный момент из неопубликованных и дорабатываемых частей стандарта ISO 9241 представляют интерес следующие части:

• ISO 9241 Part 153 Virtual reality
• ISO 9241 Part 420 Selection procedures for physical input devices Under preparation
• ISO 9241 Part 421 Workplace test and evaluation methods for the use of physical input devices
• ISO 9241 Part 900 Introduction to tactile and haptic interactions
• ISO 9241 Part 910 Framework for tactile and haptic interactions
• ISO 9241 Part 920 Guidance on tactile and haptic interactions Under preparation
• ISO 9241 Part 930 Haptic and tactile interactions in multimodal environments
• ISO 9241 Part 940 Evaluation of tactile and haptic Interactions
• ISO 9241 Part 971 Haptic and tactile interfaces to publicly available devices