Эргономика в решении проблем гуманизации городской среды

Предлагаемая статья содержит материалы проводимого в настоящее время эргономического исследования, ориентированного на развитие проблемы эргодизайнерского проектирования, связанного с изучением феномена визуального комфорта человека при восприятии фрагментов городской среды.

Ключевые слова: эргономика, городская среда

До недавнего времени значительное место в эргономических исследованиях ВНИИТЭ занимали вопросы оптимизации условий труда, обеспечения эргономического качества промышленной продукции, эргономического обеспечения проектирования рабочих мест и т. п. Однако в связи с актуализацией в последние годы в деятельности института социально-экономической проблематики, а также развитие в отделе эргономики прогрессивных технологий эргодизайна, сфера эргономических исследований и разработок существенно расширилась за счет включения в нее объектов городской среды. Последнее во многом обусловлено такими причинами:

во-первых, необходимостью развития теории и экспериментально-проектной практики отечественного эргодизайна, поскольку основным научно-практическим направлением исследований отдела эргономики сейчас являются работы, связанные с эргодизайном [10, 17, 18];

во-вторых, возможностью охватить не только сферу проектирования промышленной продукции, как это ранее имело место, но и внести определенный вклад в практику создания гуманизированной городской среды, которая могла бы способствовать снятию напряжения городского жителя, особенно в крупных городах, психологически расслабить человека, поднять его настроение за счет совершенных форм средового дизайна, который в настоящее время набирает силу в новых социокультурных условиях. Это подтверждается публикациями последних лет [2, 3, 8, 9, 16, 19];

в-третьих, целесообразностью организовать и провести теоретическое и экспериментальное исследование функционального состояния человека, связанного с его визуальным комфортом; изучить особенности зрительного восприятия человеком эстетически совершенной городской среды и направить на изучение данного явления нестандартные приемы, психолого-эргономические и психофизиологические методы, имеющиеся в арсенале эргономической науки, предусмотренные синкретической моделью эргодизайна, которая будет рассмотрена далее;

в-четвертых, потребностью получить научно обоснованный экспериментальный материал по изучению феномена визуального комфорта человека в рамках решаемой проблемы гуманизации городской среды за счет эстетического совершенства ее объектов.

Полученные в результате корректно проведенных экспериментов объективные психофизиологические данные об особенностях зрительного восприятия человеком элементов городской среды, на наш взгляд, должны послужить специалистам средового дизайна и архитекторам полезной информацией в их практической деятельности и убедить их в необходимости ее использования.

Генеральная цель всей планируемой работы — создать базу данных о визуальном комфорте человека в городской среде, опирающуюся на имеющиеся в литературе теоретические и практические разработки и экспериментальные данные, полученные в ходе научного исследования, проведенного в полном объеме на экспериментальной базе ВНИИТЭ.

Предлагаемая статья содержит материалы проводимого в настоящее время эргономического исследования, ориентированного на развитие проблемы эргодизайнерского проектирования, связанного с изучением феномена визуального комфорта человека при восприятии фрагментов городской среды. В экспериментальном исследовании использовался психофизиологический подход, в основе которого находится полиэффекторный метод регистрации психофизиологических параметров человека, таких как электроокулограмма (ЭОГ) — регистрация движений глаз в процессе опознания предъявляемого изображения; кожно-гальваническая реакция (КГР) — электрическая активность кожи, позволяющая судить об эмоциональном состоянии испытуемого; электрокардиограмма (ЭКГ) — графическое отображение изменений биопотенциалов сердца для контроля общего функционального состояния.

Теоретическая и методологическая база экспериментального исследования

При организации данной экспериментальной работы мы основывались на тех, на наш взгляд, важных научных положениях и принципах, которые утверждались в дизайне и эргономике.

Первое принципиальное положение — на нем базируются все наши работы, включая и рассматриваемую далее, — состоит в том, что эргономика рассматривается как естественнонаучная основа дизайна и конструкторских решений. Подтверждение такого мнения имеется и в литературе. Так, известный дизайнер В. Ф. Рунге в своей фундаментальной работе [11], одну из ее глав назвал «Эргономика — естественнонаучная основа дизайна».

В. Ф. Рунге дает объяснение своей научной позиции. Так, он считает, что «Эргономика органически связана с дизайном, одной из главных целей которого является формирование гармоничной предметной среды, отвечающей материальным и духовным потребностям человека. При этом отрабатываются не только свойства внешнего вида предметов, но, главным образом, их структурные (с точки зрения как изготовителя, так и потребителя). Именно последнее обстоятельство позволяет рассматривать эргономику как естественнонаучную основу дизайна» [11, с. 29].

Такой взгляд на эргономику дизайнера-теоретика весьма важен, с нашей точки зрения, по ряду причин. Прежде всего, в связи с тем, что дизайнерам-практикам для их успешной деятельности необходимо иметь полноценное представление об эргономике — обладать, как минимум, основами знаний о сенсорных и моторных системах, об основных психических процессах, а также психофизиологических и антропометрических характеристиках человека. В связи с этим одной из основных задач отдела эргономики ВНИИТЭ в настоящее время является обеспечение дизайнеров и конструкторов современными знаниями о человеческих факторах применительно к конкретным видам деятельности, выполняемых человеком.

Другая причина, помимо указанной выше, по которой можно судить о важности признания дизайнерами эргономики в качестве естественнонаучной основы дизайна — это их фактически позитивное отношение к «встраиванию» эргономики в дизайн, а также и к образованию своеобразного симбиоза двух междисциплинарных образований — эргономики и дизайна, названного эргодизайном. Такой точки зрения придерживаются дизайнеры нашего времени — В. Ф. Рунге, Е. В. Жердев [6], И. Н. Савельева, А. М. Упине, А. С. Михайлова, работающие в разных сферах дизайна. Слияние эргономики и дизайна представлено нами в виде синкретической модели эргодизайна (см. рис. 1).

Синкретическая модель эргодизайна разработана специалистами ВНИИТЭ (эргономистами — Л. Д. Чайновой, В. Б. Лидовой и дизайнерами — В. П. Анисимовым и В. И. Лебедевым) [10]. Данная модель демонстрирует слияние дизайна и эргономики в единую систему знаний.

Синкретическая модель включает в себя все необходимые составляющие эргодизайна, направленные на то, чтобы создаваемые изделия или какие-либо технические объекты наиболее полно отвечали индивидуальным психофизиологическим особенностям и потребностям человека. На этой модели обозначена совокупность знаний, которые могут быть полезны дизайнерам в их практической работе.

Как видно на рис. 1 данная модель состоит из двух составляющих — эргономики и дизайна. Эргономика рассматривается как междисциплинарная наука. Она признана научной дисциплиной, основным объектом исследования которой является система «человек — техническое средство — предмет деятельности — окружающая среда». Принято считать, что предметом изучения эргономики является деятельность человека с тем или иным средством в предметно-пространственной среде, а целью является обеспечение трех элементов деятельности: эффективности, реализации оптимального функционального состояния человека при ее осуществлении и предпосылок для развития его личности.

Что касается дизайна, то дизайн в одной из последних работ трактуется как специфическая сфера деятельности по разработке (проектированию) предметно-пространственной среды (в целом и отдельных ее компонентов), а также жизненных ситуаций с целью придания результатам проектирования высоких потребительских свойств, эстетических качеств, оптимизации и гармонизации их взаимодействия с человеком и обществом [11].

В результате сфера деятельности, возникшая на стыке эргономики и дизайна, была названа эргодизайном. Как отмечается в той же работе, эргодизайн объединяет в единое целое «научные эргономические исследования «человеческого фактора» с проектными дизайнерскими разработками таким образом, что установить границы между ними порой оказывается просто невозможно» [11].

Эргодизайн в наших работах определяется как человекоориентированная научно-проектная деятельность, при которой за счет интеграции средств дизайна и эргономики в результате совместной деятельности дизайнеров, конструкторов и эргономистов поэтапно создаются эстетически и эргономически полноценные объекты и предметно-пространственная среда.

Проектирование объекта, используемого человеком (его эстетический уровень, удобство пользования им, безопасное функционирование и т. п.), должно осуществляться с позиций оптимизации деятельности в соответствии с разработанным во ВНИИТЭ критерием функционального комфорта.

Функциональный комфорт, таким образом, можно рассматривать как обобщенный критерий оптимизации системы «человек — орудие труда — рабочая среда», как оптимальное психофизиологическое состояние человека в процессе активной деятельности, проявляющееся в виде положительных эмоциональных реакций, как критерий адекватности предметного окружения индивидуальным возможностям и потребностям человека. Функциональный комфорт выступает мерилом эргономического совершенства отдельных дизайнерских решений, так и дизайн-проектов в целом. Этот критерий оказывается продуктивным при расширении области эргономического знания и практики, когда объектом исследований и разработок становится любая деятельность человека — в сфере быта, спорта, отдыха, образования и т. д.

Подводя итог вступительной части данной статьи, в которой рассматривались наши исходные теоретические и методологические позиции, мы можем утверждать следующее: учет эргономических данных или человеческих факторов — неотъемлемая часть процесса дизайнерского проектирования, а точнее эргодизайнерского.

Критерием наиболее совершенного эргодизайнерского проекта является функциональный комфорт (ФК), т. е. такое оптимальное состояние человека, которое возникает при эргодизайнерском совершенстве проектируемого продукта.

Уровень визуального комфорта, т. е. степень удовлетворения человека от увиденного (что является предметом нашего экспериментального исследования), отражается на общем состоянии человека, а, следовательно, обусловливает оптимальное или неоптимальное функциональное состояние (функциональный комфорт или дискомфорт).

Комплексное экспериментальное исследование феномена визуального комфорта при восприятии человеком фрагментов городской среды с использованием метода регистрации движения глаз

Данная работа посвящена исследованию особенностей движений глаз при восприятии человеком фрагментов городской среды, что позволяет получить объективные экспериментальные данные, которые могут быть использованы для решения проблемы обеспечения визуального комфорта в городах.

При организации данного комплексного экспериментального исследования, мы исходили из следующих научных положений.

Средовой подход рассматривался нами в связи с деятельностным подходом. Оба подхода в совокупности представляют, на наш взгляд, научную платформу эргодизайна городской среды, их объединяющим механизмом при этом является общая ориентация, направленная на максимальную гуманизацию предметного мира человека, среды его обитания и жизнедеятельности. В данном случае речь идет о совершенном, с точки зрения человеческих запросов и потребностей, предметном окружении, каким является городская среда. Как указывается в одной из работ, посвященной психологии жизненного пространства, город, являясь искусственной средой обитания, должен соответствовать потребностям и ценностям человека [16]. Предполагается, что каждый человек имеет в городе свои потребности и ценности.

В настоящее время существует достаточное количество научных подходов и методик, способных установить, что для человека предпочтительно, комфортно, полезно, а что вредно. Существуют общепринятые суждения, касающиеся, например, потребностей социального характера. Социальность всех без исключения человеческих потребностей проявляется в их содержании, происхождении и в способах реализации (удовлетворения). Потребности человека формируются в процессе его деятельности, освоения им социальной действительности, становления его личности. Субъективно потребности переживаются в форме эмоционально окрашенных желаний, стремлений. Актуальные потребности организуют также течение познавательных процессов, повышая готовность субъекта к восприятию релевантной информации [5, 12].

В психологической науке существуют различные классификации потребностей человека. Применительно к рассматриваемым в нашей работе проблемам гуманизации городской среды с целью удовлетворения человеком высших (растущих) потребностей, нам наиболее близка позиция известного американского психолога Абрахама Маслоу, который предложил иерархию (пирамиду) потребностей, куда вошли эстетические потребности человека.

Эстетические потребности человека, а именно — потребности в гармонии, симметрии, красоте [4, 7], могут быть в наибольшей степени удовлетворены при соблюдении принципов визуальной экологии [13, 14].

Визуальная экология представляет собой междисциплинарную область знаний, объединяющую данные физиологии восприятия, психологии, биологической науки, философии, эстетики. Она понимается не только как физиологическое обоснование эстетики, но и как важнейшая составная часть эргономического проектирования, учитывающая нормативы зрительного восприятия.

Зрительное восприятие предметной среды (в нашем случае городской среды) оказывает значительное влияние на эмоциональную сферу человека, мотивацию его поступков, что имеет прямое воздействие на психическое, а затем и физическое здоровье человека. В конечном итоге, визуальная экология является необходимой составляющей совокупного показателя качества жизни человека.

Проводимое нами экспериментальное исследование особенностей зрительного восприятия изображений фрагментов городской среды — пример реализации эргодизайнерского подхода, демонстрирующего совместную исследовательскую предпроектную деятельность дизайнера, эргономистов-психофизиологов и психологов.

Цель исследования — выявление наиболее информативных параметров движений глаз, с помощью которых может осуществляться объективная оценка степени визуального комфорта человека при восприятии фрагментов городской среды.

Основная экспериментальная гипотеза — количество высокоамплитудных саккадических скачков движений глаз испытуемых существенно различается при рассматривании ими субъективно приятных и субъективно неприятных фрагментов городской среды.

В настоящей работе рассматривается возможность объективной оценки степени визуального комфорта человека при восприятии окружающей его городской среды с помощью метода электроокулографии. При этом использовались некоторые параметры саккадических движений глаз.

В исследовании анализировались быстрые движения глаз высокой амплитуды, поскольку применяемый метод регистрации является наиболее чувствительным к данным движениям, а также и потому, что такой тип движений глаз является наиболее характерным для человека, воспринимающего какой-либо неподвижный объект. Крупные саккады, как правило, возникают при смене точек фиксации, например, во время рассматривания картины, поиска заданного элемента, пересчета объектов и др., и обычно носят произвольный характер (произвольный в плане выбора субъектом следующей точки фиксации, в то время как произвольно изменить скорость, ускорение, продолжительность саккады человек не может) [1].

Для анализа были выбраны пять основных показателей, которые связаны с амплитудой и количеством крупных саккад в единицу времени. Эти параметры представляются наиболее целесообразными для сравнения на данном этапе исследования, поскольку учитывают особенности такого типа движений глаз, как крупные саккады (автоматия, ритмичность, произвольность выбора точки фиксации). Предполагается, что субъективная оценка изображения испытуемым связана с определенными «объективными» характеристиками данного изображения, которые включают в себя некоторые структурные особенности (наличие или отсутствие гомогенных и агрессивных полей, наличие большого количества мелких деталей) [13, 14].

Если фрагмент городской среды, представленный на предъявляемом изображении, красиво и правильно структурирован, то автоматия саккад протекает естественным образом, поскольку рассматриваемый объект имеет привлекательные точки, за которые можно «зацепиться». В таком случае испытуемый с высокой вероятностью даст положительную оценку изображению.

Если фрагмент городской среды, представленный на предъявляемом изображении, нарушает естественные процессы восприятия, из-за отсутствия указанных точек или недостаточного их количества, то испытуемый будет склоняться к отрицательной оценке такого изображения. В этом состоит основная гипотеза экспериментального исследования.

Процедура и условия проведения экспериментального исследования.

Для достижения ранее поставленной цели была разработана экспериментальная процедура, обеспечивающая регистрацию движений глаз человека с использованием метода ЭОГ при свободном рассмотрении изображений, содержащих различные объекты городской среды. Изображения, которые впоследствии предъявлялись испытуемым, представляли жилые дома, гостиницы, спортивные сооружения, торговые и административные здания.

Предположительно, некоторые изображения считались приятными с эстетической точки зрения, другие — казались испытуемым неприятными.

Предъявление фрагментов городской среды осуществлялось в режиме «слайд-шоу». Последовательность предъявления изображений менялась в произвольном порядке. Начальное число предъявляемых изображений составляло 22, в дальнейшем было увеличено до 30. Каждое изображение предъявлялось испытуемому один раз в течение 20 секунд. Окончательный вариант экспериментальной процедуры включал в себя: регистрацию исходного функционального состояния субъекта (2 мин.), запись психофизиологических параметров в основной серии эксперимента с предъявлением изображений (22 изображения фрагментов городской среды, 8 мин.), запись итогового состояния испытуемого (2 мин.). После завершения психофизиологического эксперимента, испытуемым предлагалось оценить каждое из просмотренных изображений, на основании чего можно было классифицировать изображения по группам: визуально приятные, неприятные и те, в оценке которых испытуемые сомневались. В данном эксперименте использовался лабораторный экспериментальный комплекс, который состоял из следующих основных компонентов:

многоканального электроэнцефалографа-анализатора ЭЭГА-21/26 «Энцефалан 131-03», предназначенного для проведения комплексных электрофизиологических исследований;

светозвукоизолированной камеры, защищенной от электромагнитых полей и позволяющей проводить точные замеры объективных реакций человека (типа ЭОГ, КГР, ЭКГ и др.) в различных моделируемых рабочих ситуациях;

монитора, на котором экспонировалось воспринимаемое изображение городской среды;

фиксатор для головы, обеспечивающий ее стабильное положение.

Для проведения данной экспериментальной работы были созданы: специальная конфигурация съема необходимых психофизиологических параметров, сценарий их регистрации и последовательности стимульной информации для предъявления испытуемым.

В исследовании полиэффекторно производилась регистрация четырех психофизиологических параметров (ПФП): электрокардиограмма (ЭКГ), кожно-гальваническая реакция (КГР), вертикальная составляющая электроокулограммы (ЭОГверт.), горизонтальная составляющая электроокулогаммы (ЭОГгор.). ЭКГ регистрировалась с целью оценки общего функционального состояния испытуемого.

Таким образом, основным исследуемым параметром являлись движения глаз. В настоящем исследовании особое внимание уделялось макросаккадам горизонтальной составляющей ЭОГ, поскольку ЭОГгор. является более информативным параметром для оценки особенностей движений глаз при рассмотрении испытуемым изображения. Вертикальная ЭОГ регистрировалась с целью выявления артефактов от морганий в ЭОГгор., а также для последующего, более подробного, анализа.

В эксперименте приняли участие 17 испытуемых в возрасте 17—18 лет, шесть из которых были лица мужского пола. Испытуемыми являлись студенты московских учебных заведений.

Испытуемые сидели в кресле с регулируемым по высоте сиденьем, глаза находились на расстоянии 70 см от монитора, линия взора была перпендикулярна экрану.

Все психофизиологические параметры регистрировались на установке «Энцефалан 131-03»: ЭКГ регистрировалась с помощью трех электродов, зафиксированных на внутренней стороне предплечий испытуемых; КГР регистрировалась с помощью пары электродов, накладывающихся на первые фаланги указательного и среднего пальцев; ЭОГверт. регистрировалась с помощью пары электродов, расположенных над и под глазной впадиной. Пара электродов для регистрации ЭОГгор. располагалась на расстоянии 1 см от уголков глазной впадины правого и левого глаз. Электроды фиксировались с помощью медицинского пластыря.

Для улучшения контакта электродов с кожей использовался специальный высокопроводящий медицинский гель. В местах наложения электродов кожа предварительно обрабатывалась спиртом.

Основным этапом обработки экспериментальных данных являлось выделение фрагментов записи движений глаз, соответствующих предъявленным изображениям. В результате были получены 22 двадцатисекундных фрагмента записи для каждого испытуемого. Затем после выделения фрагментов записи производилась обработка основных данных: вычислялись параметры движений глаз.

Для анализа использовались 4 параметра движений глаз: количество саккад, процентная доля крупных саккад (более 70 мкВ, или 7 угловых градусов), средняя амплитуда саккады и стандартное отклонение.

Остановимся на наиболее значимых результатах экспериментального исследования. В начале анализа экспериментальных данных, рассматривая механизм движения глаз при восприятии заданных изображений, мы установили, что процентная доля крупных (более 70 мкВ) саккад — более чувствительный показатель, чем среднее количество крупных саккад. Данный показатель отражает количество крупных скачков глаз, среди общего количества скачков, которые возникают при рассмотрении изображений. Крупные скачки свидетельствуют о том, что испытуемый в данный момент переключился с одной точки рассмотрения на другую, и эти две точки находятся на большом расстоянии друг от друга. Поскольку предполагается, что крупные саккады отражают произвольные движения глаз (имеется в виду произвольность выбора точки рассмотрения), можно говорить о том, что чем больше количество таких скачков, тем больше точек фиксации было произвольно выбрано испытуемым. Значит, изображение представляет интерес.

Наличие большого количества крупных скачков связано, по-видимому, с отнесением изображения в категорию «приятных» фрагментов. Такие данные согласуются с данными других исследователей [14]. Ими рассматривается идея о том, что комфортная визуальная среда обладает множеством мелких деталей, которые помогают глазу зафиксироваться в определенной точке визуального поля.

Если таких точек недостаточно, то глаз начинает «блуждать» по изображению, в результате чего, спустя некоторое время, нарушается процесс автоматии саккад. Кроме того, показатель процентной доли крупных саккад является нормированным показателем, что дает возможность его сравнения по всем испытуемым.

Экспериментальные исследования подтвердили выдвинутую нами гипотезу о том, что при рассматривании «приятных» изображений число саккад должно быть больше, чем при рассматривании «неприятных» изображений. При этом был установлен факт, что доля саккад, превышающих 70 мкВ (выраженных в уровне электрических сигналов) также больше при рассматривании «приятных» изображений. Этот факт, по нашему мнению, обусловлен тем, что в процессе принятия окончательного решения в отношении «приятных» объектов глаза в большей мере сканируют все элементы предъявляемого изображения. Это и приводит к повышению доли больших саккад.

Таким образом, исходя из полученных результатов статистической обработки экспериментальных данных, следует, что в качестве объективных индикаторов «приятных» фрагментов могут использоваться число саккад и доля больших саккад, определяемых за фиксированное время наблюдения.

Обобщая материалы, представленные в данной статье, хотелось бы подчеркнуть следующее.

Метод электроокулографии, примененный в данной работе, следует считать вполне эффективным для оценки эстетического качества воспринимаемых изображений фрагментов городской среды. По количеству зрительных саккад и доле больших саккад (их величине) можно судить о том, «что для глаза хорошо и что — плохо», что может обеспечить визуальный комфорт, а что — нет.

Как ранее указывалось, в предъявляемом материале анализировались две категории изображений: «приятные» и «неприятные», или пользуясь терминологией В. А. Филина, эти категории можно обозначить как «что для глаз хорошо?» и «что для глаз плохо?». В изображениях, названных нами «приятными», обычно больше эстетически привлекательных элементов, рассматривание которых приводит к большему числу движений глаз (саккал). Глаза сначала обнаруживают привлекательные элементы предъявляемого изображения объекта (элемента городской среды), а затем их анализируют (рассматривают). После этого принимается окончательное решение, относящееся ко всему объекту. При этом осуществляется повторное обозрение всех элементов объекта. Объекты, воспринимаемые испытуемым как «неприятные», обычно содержат меньше привлекательных элементов, вследствие чего количество саккад уменьшается, как при анализе отдельных деталей изображения, так и в процессе принятия окончательного решения о том, к какой категории — «приятным» или «неприятным» — следует отнести то или иное изображение (объект).

Экспериментальные исследования подтвердили правомерность выдвинутой нами гипотезы о том, что при рассмотрении субъективно «приятных» (визуально комфортных) фрагментов городской среды число саккад должно быть больше, чем при рассматривании субъективно «неприятных» (визуально дискомфортных) изображений.

Установлено, что в качестве объективных показателей выраженности визуального комфорта при оценке фрагментов городской среды могут использоваться число саккад и доля больших саккад. Для повышения достоверности получаемых результатов при дальнейших исследованиях будет увеличено число испытуемых до 30—35 человек. Число разнородных фрагментов городской среды также увеличится. Разработанные экспериментальный комплекс и экспериментальная процедура удовлетворяют требования поставленной задачи по проверке гипотезы исследования.

Данную работу планируется продолжить в целях увеличения статистических данных и создания базы данных о визуальном комфорте человека в городской среде.