автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки качества графического пользовательского интерфейса

На правах рукописи

ПОНОМАРЕВ Игорь Александрович

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ГРАФИЧЕСКОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре Информатики и программного обеспечения вычислительных систем в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Доктор технических наук, профессор Гагарина Лариса Геннадьевна

Доктор технических наук, профессор Брюнин Владимир Николаевич, ОАО «Ангстрем М» Кандидат технических наук, Панасенко Сергей Петрович, ООО «Фирма АНКАД»

Научно-производственный центр

«Микроэлектроника», г. Москва.

Защита состоится »_

заседании диссертационного

_200 £ года в ~ на

совета Д 212.134.02 при

Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ. Автореферат разослан 200 ^г.

Ученый секретарь диссертационн^о совета к.т.н., проф.

Воробьев Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время существенно возросла проблема построения человеко-машинных интерфейсов, поскольку вычислительная техника и программное обеспечение (ПО) применяются практически во всех областях человеческой деятельности. Подавляющее большинство современных прикладных программ обладают графическим интерфейсом пользователя (ГПИ). При создании информационных систем и ПО естественным образом возникает вопрос об оценке параметров, в том числе и параметров «качества» ГПИ.

Интуитивный выбор методов построения ГПИ и отображения информации для организации диалога человек-вычислительная система приводит к построению систем, в которых человек с трудом справляется с выполнением возложенных на него функций. Как правило, во многих современных информационных системах, время затрачиваемое человеком на анализ возникшей ситуации больше времени реакции системы, поэтому этот фактор во многом определяет быстродействие и пропускную способность всей системы.

Актуальность проблемы построения высокоэффективных ГПИ вызвана следующими причинами: большинство пользователей обладает средними или низкими навыками работы с информационными системами; большинство программистов-разработчиков не являются специалистами в области разработки ГПИ; о процессе развития средств вычислительной техники происходит постоянное усложнение информационных систем и расширение их функциональности.

Следовательно, построение эффективных ГПИ, позволяющих упростить работу пользователей и сделать ее более эффективной имеет первоочередное значение.

Теоретические исследования в области построения и повышения эффективности ГПИ изложены в работах многих зарубежных и ряда отечественных ученых: Cooper А., Reimann R., Kieras D., Торрес Р.Дж., Мандел Т., Агафонова В.В.

Недостатки и неполнота известных на сегодняшний день подходов оценки и анализа параметров графических пользовательских интерфейсов указывают на актуальность следующих проблем:

- существующие методы анализа и оценки ГПИ неформализованы и в значительной мере полагаются на субъективное экспертное мнение;

- многие известные методы анализа ГПИ не позволяют проводить количественную оценку параметров ГПИ;

- необходимо провести формализацию известных методов оценки ГПИ;

- существует необходимость формализации описания экранной формы (разработки соответствующей математической модели);

- необходима процедура определения критериев и условий оптимальности ГПИ;

- существует потребность в алгоритмических методах оценки ГПИ;

- не решена проблема взаимосвязи процедур оценки ГПИ и инструментальных средств разработки приложений.

Анализ возможностей современных средств разработки приложений (Microsoft Visual Studio 2003.NET, CodeForge, Borland Delphi, Kylix, CBuilder, JBuilder, Oracle Forms Developer, GLADE, Qt Designer) показал, что различные методы и приемы проектирования графических пользовательских интерфейсов нашли в них широкое применение.

Необходимо отметить, что в современных средствах разработки приложений практически не автоматизирован процесс комплексного тестирования и оценки параметров качества пользовательского интерфейса (с использованием формальных и эвристических методов). Среди существующих методов доминируют неформальные подходы, при этом значителен субъективизм оценок; общей является попытка выделить (с помощью обширного тестирования пользователями и самих

пользователей) общие, типовые характеристики присущие качественным интерфейсам и на их основе создать методику оценки эффективности графического пользовательского интерфейса. Как правило, существующие методики рассматривают какой-то один аспект оценки эффективности графического пользовательского интерфейса, выделяя при этом единственный наиболее значимый критерий.

Как показал анализ, инструментальные средства, в большинстве своем, ориентированы на автоматизацию процесса создания программного обеспечения, а вопрос оценки эффективности созданных программ не рассматривается. Однако, на процесс проектирования ГПИ большое влияние оказывают субъективные представления проектировщика о понятности и удобстве пользовательского интерфейса.

В связи с этим весьма актуальной становится проблема достоверной оценки качества ГПИ и создания формального аппарата адекватных методик и моделей, которые позволят выполнить такую оценку. Применение формальных, алгоритмических подходов анализа и оценки ГПИ на ранних этапах процесса проектирования ГПИ информационных систем позволит избежать значительного числа ошибок и просчетов разработчиков. Проведенный анализ показал, что алгоритмы и средства для многокритериальной оценки ГПИ крайне востребованы в процессе проектирования ПО.

Цели и задачи диссертационной работы

Целью настоящей диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки графического пользовательского интерфейса (ГПИ), обеспечивающих решение указанных выше проблем. В работе рассматривается ГПИ прикладных программ, построенный на основе статических экранных форм (ЭФ).

Поставленная цель определяет следующие объекты и задачи диссертационного исследования:

1. Методы и средства построения формальных моделей оценки ГПИ:

- исследование и анализ проблем оценки ГПИ, существующих способов и средств оценки ГПИ;

- формализация и алгоритмизация существующих методик;

- формализации описания экранной формы (построение соответствующей математической модели ГПИ);

- разработка набора критериев оценки ГПИ.

2. Алгоритмы и модели оценки параметров ГПИ:

- разработка общей методики (модели и схемы алгоритмов) для многокритериальной оценки ГПИ;

- разработка моделей и алгоритмов оценки ГПИ по отдельным направлениям:

- отдельных элементов ГПИ и их групп;

- графического образа (визуальной картины) ГПИ;

- структуры элементов ГПИ;

- создание математической модели определения условий оптимальности ГПИ.

3. Исследование и анализ разработанных моделей и алгоритмов оценки параметров ГПИ:

- построение функциональной зависимости времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ от числа правил проверки;

- проведение оценки времени анализа всех элементов ЭФ (как зависимость от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ);

- обоснование условий сходимости и существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ;

- общая оценка эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов при использовании различных методологий жизненного цикла разработки ПО.

4. Реализация методики анализа ГПИ (предложенных моделей и алгоритмов) в виде комплекса инструментальных средств:

- разработка технологии интеграции алгоритмов в среду разработки приложений 4вЬ;

- проектирование расширяемой, модульной структуры комплекса инструментальных программных средств;

- реализация предложенных алгоритмов в виде библиотек классов;

Методы исследования

В диссертационном исследовании были использованы методы системного анализа, дискретной математики (теории управления и оптимизации, теории алгоритмов, теории графов), теории реляционных баз данных, теории объектно-ориентированного моделирования и программирования сложных систем.

Научная новизна

В диссертационной работе осуществлено решение проблемы создания моделей и алгоритмов анализа параметров ГПИ, позволяющих провести формализованных анализ ГПИ и получить количественные оценки показателей «качества» ГПИ. Научная новизна проведенного исследования заключается в создании совокупности технических разработок и методик (моделей и алгоритмов) реализующих системный и комплексный подход к оценке качества графического пользовательского интерфейса. Предложенные походы предполагают проведение оценки эффективности графического пользовательского интерфейса многокритериальным способом (по нескольким независимым направлениям).

В ходе выполнения диссертационных исследований получены следующие новые научные результаты: 1. Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.

2. Разработана модель и алгоритм оценки структуры элементов ЭФ, заключающийся в оценке пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ.

3. Разработана модель и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ, позволяющий определить показатели контрастности, выявить зрительные центры и области низкой различимости, оценить цветовое решение и сочетаемость (гармоничность) цветов.

4. Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

5. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ, заключающаяся в построении «весового поля», в котором каждому участку площади ЭФ ставится в соответствие некоторый скалярный параметр («вес»), характеризующий данный участок.

6. Обоснована принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

7. Разработана имитационная модель алгоритма оценки отдельных элементов ЭФ, подтверждена работоспособность и достаточная производительность алгоритма.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс для преподавания элементов учебных дисциплин «Информационные системы», «Человеко-машинное взаимодействие», «Теория вычислительных процессов».

По результатам работы получен акт внедрения разработанного комплекса инструментальных средств в ЗАО «ПроРескСервис».

Достоверность научных результатов

Достоверность полученных в диссертации научных результатов подтверждается их апробацией в виде алгоритмических и программных средств, используемых на практике, соответствием результатов теоретического анализа результатам экспериментов (моделирования).

Обоснована достоверность проведенных исследований, показано, что модель обеспечивают точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% с вероятностью 95%. Сравнение результатов моделирования и реальных измерений показало хорошую их согласуемость (величина стандартного отклонения составила 1.07%).

Практическая значимость

Применение разработанной комплексной методики анализа и оценки эффективности графического пользовательского интерфейса позволяет повысить качество ГПИ прикладных программ и значительно сократить общую трудоемкость и время затрачиваемое на разработку информационных систем и число итераций в процессе разработки. Оценки показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и итеративного подходов при разработке (снижение трудоемкости на 8,0%).

Разработанные алгоритмы и модели позволяют получить объективную оценку графического пользовательского интерфейса, обеспечить выработку рекомендаций и предложений, направленных на оптимизацию интерфейса взаимодействия с пользователем.

Созданные модели позволяют провести формальную оценку и анализ свойств ЭФ по различным направлениям. Представленные в работе алгоритмы направлены на решение задач повышения эффективности ГПИ на основе ЭФ и позволяют обеспечить более высокий уровень эффективности взаимодействия пользователя и ЭВМ (по критериям времени выполнения задач, информационной нагруженности ГПИ, его структурной и графической сложности).

Полученные результаты доведены до уровня практического использования, создана инструментальная система оценки ГПИ (в виде надстройки к среде разработки приложений Microsoft Visual Studio.NET). Что подтверждено актом внедрения в ЗАО

«ПроРескСервис».Все работы по реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре ИПОВС в МИЭТ.

Личный вклад автора

1. На основе аналитического обзора методов и средств анализа ГПИ показана актуальность создания моделей и алгоритмов автоматизированного анализа параметров ГПИ.

2. Проведена формализация ряда известных методов оценки и анализа ГПИ.

3. Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

4. Создана модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.

5. Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.

6. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ.

7. Разработаны модели и алгоритмы оценки ГПИ по различным направлениям: оценка отдельных элементов ГПИ и их групп; оценка графического образа (визуальной картины) ГПИ; оценка структуры элементов ГПИ;

8. Показана принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты:

1. Результаты обзора существующих методов и средств оценки ГПИ и необходимость создания формальных алгоритмов и методов

2. Формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

3. Модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.

4. Методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ.

5. Модель алгоритма и методика оценки отдельных элементов ГПИ и их групп;

6. Модель алгоритма и методика оценки структуры элементов ГПИ (пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ);

7. Модель алгоритма и методика оценки графического образа (визуальной картины) ГПИ.

Апробация работы

Положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2005";

Конференции "Актуальные проблемы современной науки" Самара, 2006;

Научно-практическую конференцию: Информационные технологии в образовании и науке, Москва 2006.

Публикации

По результатам проведенных научных исследований опубликовано 15 (пятнадцать) статей.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 70 наименований и приложения (состоящего из 6 частей). Работа изложена на 180 страницах (130 страниц основного текста), содержит 8 таблиц и 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обосновывается актуальность решаемой проблемы, формулируется цель работы, проблемы и задачи исследования, перечислены положения, выносимые на защиту, показана научная новизна и практическая значимость результатов, рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.

В первой главе представлено описание предметной области, проведен анализ проблематики построения графического пользовательского интерфейса (ГПИ). Выполнен обзор и анализ возможных классификаций ГПИ, рассмотрены области применения ГПИ различных типов. Проведен обзор и существующих методик и средств оценки ГПИ, обоснована рациональность многомерной классификацию ГПИ, по различным классифицирующим группам, таким как: методология проектирования ГПИ; базовые средства ГПИ ОС; анализ параметров и проверка ГПИ. Показана недостаточная адекватность существующих методик имеющимся задачам и определены недостатки существующих подходов; обоснована необходимость создания формальных, автоматизированных методик, алгоритмов и средств анализа эффективности ГПИ.

При проведении анализа процесса проектирования ГПИ выделены основные «технологические» задачи:

1. Управления геометрическими параметрами и размещением элементов, расположенных на экранной форме (геометрическое форматирование).

2. Управления свойствами и параметрами самих элементов управления.

3. Обеспечения взаимодействия между программным кодом и экранной формой (элементами на ней).

Обоснованы цели и задачи диссертационной работы: Целью работы является разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ. Поставлены задачи: исследования существующих способов и средств оценки ГПИ; разработки набора критериев оценки ГПИ; разработки общей

структуры модели оценки ГПИ и отдельных алгоритмов и методик; исследования и анализа разработанных моделей и алгоритмов; проектирования и реализации предложенных моделей в виде комплекса инструментальных средств.

Во второй главе разработано формальное теоретико-множественное описание моделей и алгоритмов оценки ГПИ. Проведена формализация известных методов оценки ГПИ.

Разработана общая схема для многокритериальной оценки ЭФ (рис.1) и модель алгоритма для интегральной оценки параметров ГПИ (рис.2).

Рис. 2 Модель интегральной оценки параметров ГПИ

В главе разработана математическая модель описания ЭФ и ее элементов, определяемая как упорядоченная тройка (кортеж)

вида: F = (5,В,М) . Модель состоит из двух компонентов -

структурного описания элементов из которых состоит форма ( £ ) и описания её как целостного графического образа — битовой карты (В). Эти описания дополняют друг на друга, и представляют различные свойства одной и той же экранной формы в некотором дискретном координатном пространстве (двумерной декартовой плоскости) М. Структурное описание экранной формы есть набор описаний элементов расположенных на экранной форме. Элементы ЭФ могут выступать как «контейнеры» - т.е. содержать в себе другие элементы. Каждый элемент определяется кортежем вида

Е^Хг.....^^(рЬ*.....включающего:

параметры элемента Р; множество элементов, вложенных в элемент-контейнер; и линейный порядок на множестве вложенных элементов, определяющий логическую последовательность в которой элементы расположены в контейнере. Битовая карта

В = [6Д1 = = (матрица чисел),

состоящая из элементарных элементов изображения (пикселей), определяет графический образ экранной формы. Кортеж

М = Ах, Ау, Nх, Nу ^ определяет характеристики координатного

пространства экранной формы.

В главе предложена методика «характеристических карт» оценки ЭФ. Методика заключается в построении «весового поля» ЭФ, в котором каждому участку площади ЭФ ставится в соответствие некоторый скалярный параметр («вес»), характеризующий данный участок с той или иной точки зрения (в соответствии с задачами алгоритма анализа ГПИ). Построенное таким способом «весовое поле» в наглядной форме представляет результаты анализа разработчику-специалисту.

Разработана процедура получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ.

Модель определения условий оптимальности позволяет осуществить поиск величин коэффициентов значимости того или иного параметра ГПИ, при которых, общая эффективность варианта ГПИ максимальна. Модель оперирует множеством

вариантов ГПИ G = {gi}> '= . Для каждого из вариантов

получены оценки эффективности ГПИ г1 = А1 (g)

Для целей анализа и сравнения данная оценка нормируется

с коэффициентом чувствительности ÀJ (параметр алгоритма) по

отношению к оптимальной оценке эффективности ГПИ гт (параметр алгоритма) по следующему правилу:

rLm

Общая «интегральная» оценка ГПИ полагается равной:

j

Где:

v> — весовой коэффициент важности оценки ГПИ по алгоритму AJ} причем V/ : vJ е [0..1]

Вводя вектор-строку весовых коэффициентов важности: у = У ... l/"| = [v7]

>

в векторной форме можно записать ^(я) — ^ ' Rnorm Вариант ГПИ gi будет наиболее эффективен среди при таких величинах весовых коэффициентов важности vi что ) тах , и выполнены ограничения:

f V vy > О

Таким образом, в работе показано, что задача определения условий оптимальности того или иного варианта ГПИ сводится к общей задаче нелинейного программирования. Однако по отношению к весовым коэффициентам важности V! модель является линейной.

Проводя поиск величин весовых коэффициентов важности У (нормализованных векторов, позволяющих оценить доли влияния каждого из факторов):

5

получим матрицу условий оптимальности вариантов ГПИ:

шах Уу7 >0

7

^оп! — ГЧи?/./]

ор!.\

ор1.к

Матрица Уор1 показывает, при каких изначальных

предпочтениях в отношении отдельных характеристик ГПИ тот или иной вариант ГПИ оказывается рациональнее других.

Разработаны алгоритм оценки структуры элементов ЭФ и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ.

Алгоритм оценки структуры элементов ЭФ выполняет анализ, изучение и оценку свойств ЭФ на основе пространственно-временных критериев исходя из характеристик отдельных элементов (расположенных на экранной форме) и их взаимного расположения.

Основные направления анализа структуры ЭФ заключаются в анализе: параметров отдельных элементов ЭФ; временных характеристик ЭФ; характеристик пространственного расположения элементов.

Алгоритм оценки временных характеристик ЭФ (рис.3) выполняет расчет обобщенных показателей навигационной сложности ГПИ. Данный показатель является количественным критерием, который характеризует, насколько сложно для пользователя (в анализируемом ГПИ) перемещать «фокус ввода» от одного элемента к другому.

Рис.3 Схема оценки временных характеристик ЭФ

Входными данными алгоритма являются: блок данных -описание ЭФ F = В,М} ; величины времени выполнения

типовых действий = , ^ ; соотношение

частоты использования пользователем устройств ввода Л-г (мыши и клавиатуры); кортеж элементов время ввода

информации в которую необходимо оценить МЕ =

пороговая величина среднего времени доступа к элементу 5Т .

В результате работы вычисляются: среднее время доступа к элементу ЭФ Тг; среднее время циклического обхода элементов Тгк, Тт; среднее время ввода информации (во все элементы ЭФ Т(п , и заданный кортеж элементов , Т™Е ); среднее ожидаемое время восприятия информации Тои( а^; подмножества элементов ЭФ, кластеризованные по времени «достижимости» элементов { Е(} .

Алгоритм анализа структуры пространственного расположения элементов ЭФ (рис.4) выполняет исследование и оценку расположения и выравнивания элементов ЭФ относительно друг друга (анализ на соответствие заданным правилам и требованиям пространственного расположения).

Рис.4 Схема оценки характеристик пространственного расположения, элементов ЭФ

Входными данными алгоритма

являются: блок данных - описание ЭФ = геометрические размеры ячейки, определяющей дискретность анализа ЭФ £,д; пороговый диапазон допустимого отклонения геометрических координат элемента от параметров координатной сетки ЭФ ЛА.

В результате работы вычисляются: множество элементов, не выровненных по координатной сетке 0^. —);

средняя плотность заполнения ЭФ

элементами «характеристическая карта» плотности

заполнения участков ЭФ элементами ^Ь.. J;

интегральный параметр «равномерности» заполнения ЭФ

элементами = ^М (пу - N ь)* = • Е {"у )'] ■

V V )

Алгоритм оценки ЭФ как целостного графического

изображения, выполняет анализ путем оценки характеристик

яркости, контрастности и цветового решения (рис.5).

Входными данными алгоритма являются: блок данных -описание ЭФ Т7 = В,М} ; геометрические размеры ячейки,

определяющей дискретность анализа ЭФ ЬА; пороговые

величины (минимальная площадь участка ЭФ, порог контраста, цветовой порог)

Рис .5 Схема оценки графического изображения ЭФ

В результате работы алгоритма: выполняется разбиение площади ЭФ на области (по границам контрастных переходов);

вычисляется средний контраст областей ЭФ ; строятся

множества областей высокой и низкой контрастности

{£}Лм4>; ВЬШолняется кластеризация областей выполняется классификация областей по функциональному назначению преобладающего цвета ; строится матрица

сочетаемости палитры цветов > выполняется оценка

близости палитры к эталону

В третьей главе приводятся анализ и исследование результатов работы. Методом имитационного моделирования

(рис.6) получена оценка времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ.

В качестве величин параметров моделирующего алгоритма использовались реальные значения, полученые путем нескольких замеров на разработаном программном комплексе, с последующим их усреднением. Была оценена статистика использования элементов пользовательского интерфейса различных типов, эти сведения также были учтены при моделировании.

При моделировании оценивалось время анализа ЭФ с помощью правил проверки пропорций элементов, за оптимальное соотношение геометрических размеров элементов былое принята величина равная соотношению горизонтально и вертикального размеров ЭЛТ монитора R0ma„o„ = TV = у. В

качестве базовых параметров имитационной модели были заданы:

- число различных типов элементов на ЭФ - 39 (соответствует числу классов элементов ЭФ библиотеки Microsoft.NET) ;

- число правил проверки — 1, 3, 6, 9;

- число элементов на ЭФ — величина, распределеная по нормальному закону со средними значениями 5, 10, 15, 20, 25 и среднеквадратичным отклонением в 10% от среднего; i

- число «прогонов» (число проверяемых ЭФ, составлененых случаным образом) — 100;

- диапазон допустимого отклонения пропорций элемента от

заданной величины (Ашп»Апах) ~~ величина, распределеная по нормальному закону со средним значением R3mawil = TV = j и среднеквадратичным

отклонением в 10% от среднего.

В результате моделирования была получена и исследована зависимость времени работы алгоритма как функции от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ.

Результаты проведенного имитационного моделирования (полученные зависимости), показанны на рис.6-7. Исследования показали, что время затрачиваемое на проверку одного элемента нелинейным образом зависит от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ, это объясняется тем, что при малом числе правил выбор самого правила из набора и проверка элемента осуществляются достаточно быстро, а с ростом числа правил время нахождения правила соответствующего элементу ЭФ увеличивается.

Установлено, что при анализе типовой экранной формы содержащей 25 элементов и числе правил проверки равном 9 среднее затрачиваемое время составило 4.36 секунд. Параметры моделирования выбраны таким образом, что обеспечивается точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% (2сг) с вероятностью 95%.

Для верификации имитационной модели были проведены измерения времени анализа элементов на ЭФ и на разработаном программном комплексе (на нескольких ЭФ) и их сопоставление с результатами моделирования. Результаты такого сопоставления приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сопоставление измерений и результатов моделирования

Параметры эксперимента Суммарное время анализа ЭФ [мс] Отклонение

№ число эл-тов на ЭФ числ о прав ил результат моделиров ания измерение абс. отн.

1 5 1 48 55 7 12,2%

2 5 3 244 241 -3 -1,2%

3 5 6 527 518 -8 -1,6%

4 10 1 102 103 1 1,4%

5 10 3 473 469 -5 -1,0%

6 10 6 910 903 -7 -0,8%

7 15 1 144 147 3 2,2%

8 15 3 719 712 -7 -1,0%

9 15 6 1496 1486 -10 -0,7%

Оценки: Среднее значение: -3 1,1%

Стандартное отклонение: 6 4,4%

Проведена оценка условий существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ.

В главе, также, дана общая оценка эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов в рамках типовых процессов жизненного цикла разработки информационных систем. Сделанные методом весовых коэффициентов оценки (табл. 2) показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании Инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и

Итеративного подходов (снижение трудоемкости на 8,0%) пр и разработке информационных систем

0123456789 10

Число правил

Рис. б Зависимость среднего времени проверки

элемента ЭФ от числа правил

Время анализа [мс]

■н 5081,77 н 4200 О 3200 О 2200 Щ] 1200 Щ® 200

Рис. 7 Среднее время анализа всех элементов на ЭФ

Таблица 2

Оценка эффективности применения разработанных моделей и

алгоритмов для различных методологий жизненного _цикла разработки ПО_

Методология Жизненного Цикла Разработки ПО Эффект (снижение потребности в ресурсах)

Классический подход (модель "водопада") 1,8%

Инкрементальный подход (модульная разработка) 27,0%

Итеративный подход (наращивание функционала) 8,0%

Методология Rapid Application Development (RAD) 2,9%

Методология "спиральной" разработки 0,6%

В четвертой главе представлено описание реализации созданных алгоритмов и методик. Разработан комплекс инструментальных средств (КОМИНС) анализа ГПИ. В качестве альтернатив рассматривалась реализация КОМИНС как отдельного приложения или реализация как надстройки (Add-In) к среде разработки программного обеспечения. В результате оценки по методу весовых коэффициентов был выбран вариант реализации КОМИНС в виде настройки к среде разработки приложений Microsoft VisualStudio.NET.

При проектирования программного комплекса составлена иерархическая модель функций создаваемой инструментальной системы, составленный. перечень функций определил

В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.

В приложениях представлены фрагменты листинга программной реализации разработанных алгоритмов, пример формализации и применения методики вОМЗ, копии официальных документов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе выполнено решение проблемы оценки параметров качества ГПИ на основе ЭФ. Проблема решена путем создания семейства алгоритмов и средств позволяющих произвести оценку показателей качества ГПИ формальным образом.

Разработанная методика основана на результатах анализа существующих средств и способов оценки ГПИ, требований

26

российских и международных стандартов (ГОСТ 28195-89,

ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93).

Основные научные и практические результаты

диссертационной работы:

1. Обоснована недостаточная адекватность существующих методов имеющимся задачам, связанная с отсутствием формальных методик оценки и анализа ГПИ.

2. Проведена формализация известных методов оценки ГПИ.

3. Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного прогпаммирования. |

4. Разработана модель и алгоритм оценки структуры элементов ЭФ, заключающийся в оценке пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ.

5. Разработана модель и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ, позволяющий определить показатели контрастности, выявить зрительные центры и области низкой различимости, оценить цветовое решение и сочетаемость (гармоничность) цветов. I

6. Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

7. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ. |

8. Обоснована принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

9. Разработана имитационная модель алгоритма оценки отдельных элементов ЭФ, подтверждена работоспособность и достаточная производительность алгоритма (при анализе типовой экранной формы содержащей 25 элементов и числе правил проверки равном 9 среднее время анализа всех элементов составило 4.36 секунд). Обоснована достоверность проведенных исследований, показано, что модель

обеспечивают точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% с вероятностью 95%.

10. На основе разработанной методики оценки и анализа ГПИ разработана информационно-программная система, выполняющая функции автоматизированного анализа параметров ЭФ.

11. Применение созданных моделей и алгоритмов позволяет сократить общую трудоемкость, сократить затрачиваемое время, и упростить процесс разработки информационных систем. Сделанные оценки показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании Инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и Итеративного подходов при разработке (снижение трудоемкости на 8,0%).

Таким образом, можно утверждать, что предложенные модели и алгоритмы выполняет свою основную функцию - облегчают анализ и оценку ЭФ при разработке ГПИ средних и крупных программных проектов, что позволяет упростить процесс разработки, сократить его сроки и повысить качество программного обеспечения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Гагарина Л.Г., Пономарев И.А. Разработка модели определения условий оптимальности графического пользовательского интерфейса методом линейного программирования // Оборонно промышленный комплекс научно-техническому прогрессу России. - 2006. - JST^-S- С.20-24.

2. Пономарев И.А. Методы формальной оценки пользовательского интерфейса прикладных программ для ЭВМ. // Объединенный научный журнал. — 2005. — №3 (131). - ISSN 17293707. — С.55-57

3. Пономарев И.А. Методы и средства оценки пользовательского интерфейса прикладных программ для ЭВМ // Объединенный научный журнал. - 2005. - №4 (132). - ISSN 1729-3707. - С.59-62

4. Гагарина Л.Г., Пономарев И.А. Методы формальной оценки пользовательского интерфейса прикладных программ для ЭВМ // Микроэлектроника и информатика - 2005. 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2005. - 444 с. - ISSN 5-7256-0391-1.-С.287

5. Пономарев И.А. Методика анализа элементов экранных форм // Естественные и Технические Науки. - 2005. - №5 (19). - 167 с. -ISSN 1684-2626.-С.129-132

6. Пономарев И.А. Параметры анализа элементов экранных форм // Актуальные Проблемы Современной Науки. - 2005. - №5 (26).-217 с.-ISSN 1680-2721. - С.212-215

7. Пономарев И.А. Методы оценки качества пользовательского интерфейса // Интеллектуальные технологии и системы (сборник статей). Выпуск 4. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.

8. Пономарев И.А. Интеллектуальные средства поддержки процесса проектирования пользовательского интерфейса в современных средах разработки приложений // Интеллектуальные технологии и системы (сборник статей). Выпуск 4. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.

9. Пономарев И.А. Анализ графического изображения экранных форм // Объединенный научный журнал. — 2006. - №3 (163). — ISSN 1729-3707.-С.50-53

10. Пономарев И.А. Математическая модель экранной формы графического пользовательского интерфейса // Объединенный научный журнал. - 2006. - №8 (168). - ISSN 1729-3707. - С.66-68.

11. Пономарев И.А. Структурный анализ графического пользовательского интерфейса // Техника и технология. — 2006. — №2 (14). - ISSN 1811-3532. - С.30-32.

12. Пономарев И.А. Линейная модель условий оптимальности ГПИ // Техника и технология. - 2006. - №3 (15). - ISSN 18113532. — С.45-46. i

13. Пономарев И.А. Оценка цветового решения ГПИ // Техника и технология. -2006. - №5(17). - ISSN 1811-3532. - С.41-43.

14. Пономарев И.А. Проблема структурного анализа графического пользовательского интерфейса / Международный форум "Актуальные проблемы современной науки": Тезисы докладов. - Самара, 2006.

15. Пономарев И.А. Алгоритм структурного анализа графического пользовательского интерфейса / Научно-практическая конференция: Информационные технологии в образовании и науке: Тезисы докладов. - М., 2006.

Подписано в печать: I

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л.^ Тираж/¿>0 экз. ЗаказЛ!^

Отпечатано в типографии ИПКМИЭТ.

124498, Москва, г.Зеленоград, проезд4806, д.5, МИЭТ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ ГРАФИЧЕСКОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА.

1.1 Проблематика проектирования и оценки ГПИ.

1.2 Обзор существующих методик и средств оценки и оптимизации ГПИ.

1.3 Объекты исследования и постановка задачи.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ОЦЕНКИ ГРАФИЧЕСКОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА.

2.1 Формализация известных методов оценки ГПИ.

2.2 Разработка методики оценки эффективности ГПИ.

2.3 Формализация описания ЭФ и ее элементов.

2.4 Методика оценки ГПИ по отдельным направлениям.

2.5 Модель определения условий оптимальности ГПИ.

2.6 Разработка алгоритма оценки структуры элементов ЭФ.

2.7 Разработка алгоритма оценки графического образа ЭФ.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ.

3.1 Задачи исследования.

3.2 Оценка условий существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ.

3.3 Имитационная модель алгоритма оценки параметров элементов ЭФ.

3.4 Разработка имитационной модели.

3.5 Результаты моделирования.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ГПИ.

4.1 Технология интеграции моделей и алгоритмов в средства разработки приложений.

4.2 Архитектура программного комплекса.

4.3 Организация диалога с пользователем.

4.4 Требования к аппаратно-программному обеспечению.

Выводы по главе 4.

Актуальность проблемы

В настоящее время существенно возросла проблема построения человеко-машинных интерфейсов, поскольку вычислительная техника и программное обеспечение (ПО) применяются практически во всех областях человеческой деятельности. Подавляющее большинство современных прикладных программ обладают графическим интерфейсом пользователя (ГПИ). При создании информационных систем и ПО естественным образом возникает вопрос об оценке параметров, в том числе и параметров «качества» ГПИ.

Интуитивный выбор методов построения ГПИ и отображения информации для организации диалога человек-вычислительная система приводит к построению систем, в которых человек с трудом справляется с выполнением возложенных на него функций. Как правило, во многих современных информационных системах, время затрачиваемое человеком на анализ возникшей ситуации больше времени реакции системы, поэтому этот фактор во многом определяет быстродействие и пропускную способность всей системы.

Актуальность проблемы построения высокоэффективных ГПИ вызвана следующими причинами: большинство пользователей обладает средними или низкими навыками работы с информационными системами; большинство программистов-разработчиков не являются специалистами в области разработки ГПИ; в процессе развития средств вычислительной техники происходит постоянное усложнение информационных систем и расширение их функциональности.

Следовательно, построение эффективных ГПИ, позволяющих упростить работу пользователей и сделать ее более эффективной имеет первоочередное значение.

Теоретические исследования в области построения и повышения эффективности ГПИ изложены в работах многих зарубежных и ряда отечественных ученых: Cooper A., ReimannR., Kieras D., Торрес Р.Дж., Манд ел Т., Агафонова В.В. Недостатки и неполнота известных на сегодняшний день подходов оценки и анализа параметров графических пользовательских интерфейсов указывают на актуальность следующих проблем:

- существующие методы анализа и оценки ГПИ неформализованы и в значительной мере полагаются на субъективное экспертное мнение;

- многие известные методы анализа ГПИ не позволяют проводить количественную оценку параметров ГПИ;

- необходимо провести формализацию известных методов оценки ГПИ;

- существует необходимость формализации описания экранной формы (разработки соответствующей математической модели);

- необходима процедура определения критериев и условий оптимальности ГПИ;

- существует потребность в алгоритмических методах оценки ГПИ;

- не решена проблема взаимосвязи процедур оценки ГПИ и инструментальных средств разработки приложений.

Анализ возможностей современных средств разработки приложений (Microsoft Visual Studio 2003.NET, CodeForge, Borland Delphi, Kylix, CBuilder, JBuilder, Oracle Forms Developer, GLADE, Qt Designer) показал, что различные методы и приемы проектирования графических пользовательских интерфейсов нашли в них широкое применение.

Необходимо отметить, что в современных средствах разработки приложений практически не автоматизирован процесс комплексного тестирования и оценки параметров качества пользовательского интерфейса с использованием формальных и эвристических методов). Среди существующих методов доминируют неформальные подходы, при этом значителен субъективизм оценок; общей является попытка выделить (с помощью обширного тестирования пользователями и самих пользователей) общие, типовые характеристики присущие качественным интерфейсам и на их основе создать методику оценки эффективности графического пользовательского интерфейса. Как правило, существующие методики рассматривают какой-то один аспект оценки эффективности графического пользовательского интерфейса, выделяя при этом единственный наиболее значимый критерий.

Как показал анализ, инструментальные средства, в большинстве своем, ориентированы на автоматизацию процесса создания программного обеспечения, а вопрос оценки эффективности созданных программ не рассматривается. Однако, на процесс проектирования ГПИ большое влияние оказывают субъективные представления проектировщика о понятности и удобстве пользовательского интерфейса.

В связи с этим весьма актуальной становится проблема достоверной оценки качества ГПИ и создания формального аппарата адекватных методик и моделей, которые позволят выполнить такую оценку. Применение формальных, алгоритмических подходов анализа и оценки ГПИ на ранних этапах процесса проектирования ГПИ информационных систем позволит избежать значительного числа ошибок и просчетов разработчиков. Проведенный анализ показал, что алгоритмы и средства для многокритериальной оценки ГПИ крайне востребованы в процессе проектирования ПО.

Цели и задачи диссертационной работы

Целью настоящей диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки графического пользовательского интерфейса (ГПИ), обеспечивающих решение указанных выше проблем. В работе рассматривается ГПИ прикладных программ, построенный на основе статических экранных форм (ЭФ).

Поставленная цель определяет следующие объекты и задачи диссертационного исследования:

1. Методы и средства построения формальных моделей оценки ГПИ:

- исследование и анализ проблем оценки ГПИ, существующих способов и средств оценки ГПИ;

- формализация и алгоритмизация существующих методик;

- формализации описания экранной формы (построение соответствующей математической модели ГПИ);

- разработка набора критериев оценки ГПИ.

2. Алгоритмы и модели оценки параметров ГПИ:

- разработка общей методики (модели и схемы алгоритмов) для многокритериальной оценки ГПИ;

- разработка моделей и алгоритмов оценки ГПИ по отдельным направлениям:

- отдельных элементов ГПИ и их групп;

- графического образа (визуальной картины) ГПИ;

- структуры элементов ГПИ;

- создание математической модели определения условий оптимальности ГПИ.

3. Исследование и анализ разработанных моделей и алгоритмов оценки параметров ГПИ:

- построение функциональной зависимости времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ от числа правил проверки;

- проведение оценки времени анализа всех элементов ЭФ (как зависимость от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ);

- обоснование условий сходимости и существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ;

- общая оценка эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов при использовании различных методологий жизненного цикла разработки ПО.

4. Реализация методики анализа ГПИ (предложенных моделей и алгоритмов) в виде комплекса инструментальных средств:

- разработка технологии интеграции алгоритмов в среду разработки приложений 4GL;

- проектирование расширяемой, модульной структуры комплекса инструментальных программных средств;

- реализация предложенных алгоритмов в виде библиотек классов;

Методы исследования

В диссертационном исследовании были использованы методы системного анализа, дискретной математики (теории управления и оптимизации, теории алгоритмов, теории графов), теории реляционных баз данных, теории объектно-ориентированного моделирования и программирования сложных систем.

Научная новизна

В диссертационной работе осуществлено решение проблемы создания моделей и алгоритмов анализа параметров ГПИ, позволяющих провести формализованных анализ ГПИ и получить количественные оценки показателей «качества» ГПИ. Научная новизна проведенного исследования заключается в создании совокупности технических разработок и методик (моделей и алгоритмов) реализующих системный и комплексный подход к оценке качества графического пользовательского интерфейса. Предложенные походы предполагают проведение оценки эффективности графического пользовательского интерфейса многокритериальных способом (по нескольким независимым направлениям).

В ходе выполнения диссертационных исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.

2. Разработана модель и алгоритм оценки структуры элементов ЭФ, заключающийся в оценке пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ.

3. Разработана модель и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ, позволяющий определить показатели контрастности, выявить зрительные центры и области низкой различимости, оценить цветовое решение и сочетаемость (гармоничность) цветов.

4. Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

5. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ, заключающаяся в построении «весового поля», в котором каждому участку площади ЭФ ставится в соответствие некоторый скалярный параметр («вес»), характеризующий данный участок.

6. Обоснована принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

7. Разработана имитационная модель алгоритма оценки отдельных элементов ЭФ, подтверждена работоспособность и достаточная производительность алгоритма.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс для преподавания элементов учебных дисциплин «Информационные системы», «Человеко-машинное взаимодействие», «Теория вычислительных процессов».

По результатам работы получен акт внедрения разработанного комплекса инструментальных средств в ЗАО «ПроРескСервис». Достоверность научных результатов

Достоверность полученных в диссертации научных результатов подтверждается их апробацией в виде алгоритмических и программных средств используемых на практике, соответствием результатов теоретического анализа результатам экспериментов (моделирования). Обоснована достоверность проведенных исследований, показано, что модель обеспечивают точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% с вероятностью 95%. Сранение результатов моделирования и реальных измерений показало хорошую их согласуемость (величина стандартного отклонения составила 1.07%).

Практическая значимость

Применение разработанной комплексной методики анализа и оценки эффективности графического пользовательского интерфейса позволяет повысить качество ГПИ прикладных программ и значительно сократить общую трудоемкость и время затрачиваемое на разработку информационных систем и число итераций в процессе разработки. Оценки показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании Инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и Итеративного подходов при разработке (снижение трудоемкости на 8,0%).

Разработанные алгоритмы и модели позволяют получить объективную оценку графического пользовательского интерфейса, обеспечить выработку рекомендаций и предложений направленных на оптимизацию интерфейса взаимодействия с пользователем.

Созданные модели позволяют провести формальную оценку и анализ свойств ЭФ по различным направлениям. Представленные в работе алгоритмы направлены на решение задач повышения эффективности ГПИ на основе ЭФ и позволяют обеспечить более высокий уровень эффективности взаимодействия пользователя и ЭВМ (по критериям времени выполнения задач, информационной нагруженности ГПИ, его структурной и графической сложности).

Полученные результаты доведены до уровня практического использования, создана инструментальная система оценки ГПИ (в виде надстройки к среде разработки приложений Microsoft Visual Studio.NET). Что подтверждено актом внедрения в ЗАО «ПроРескСервис».Все работы по реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре ИП0ВС в МИЭТ. Личный вклад автора

1. На основе аналитического обзора методов и средств анализа ГПИ показана актуальность создания моделей и алгоритмов автоматизированного анализа параметров ГПИ.

2. Проведена формализация ряда известных методов оценки и анализа ГПИ.

3. Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

4. Создана модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.

5. Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.

8. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ.

6. Разработаны модели и алгоритмы оценки ГПИ по различным направлениям: оценка отдельных элементов ГПИ и их групп; оценка графического образа (визуальной картины) ГПИ; оценка структуры элементов ГПИ;

7. Показана принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты:

1. Результаты обзора существующих методов и средств оценки ГПИ и необходимость создания формальных алгоритмов и методов

2. Формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

3. Модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.

4. Методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ.

5. Модель алгоритма и методика оценки отдельных элементов ГПИ и их групп;

6. Модель алгоритма и методика оценки структуры элементов ГПИ (пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ);

7. Модель алгоритма и методика оценки графического образа (визуальной картины) ГПИ.

Апробация работы и публикации

Положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на;

-12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2005";

-Конференции "Актуальные проблемы современной науки" Самара, 2006;

-Научно-практическую конференцию: Информационные технологии в образовании и науке, Москва 2006. Публикации

По результатам проведенных научных исследований опубликовано 15 (пятнадцать) статей. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 70 наименований и приложения (состоящего из 5 частей). Основная часть работы изложена на 180 страницах (130 страниц основного текста), содержит 10 таблиц и 30 рисунков.

Выводы по главе 4

На основе разработанной методики оценки и анализа ГПИ было проведено и получено следующее:

1. Разработан Комплекс Инструментальных Средств анализа ГПИ (КОМИНС) - информационно-программная система, выполняющая функции автоматизированного анализа параметров ЭФ.

2. Приведено обоснование выбранного способа реализации системы методом сравнительного анализа экспертных оценок.

3. Разработана модульная структура системы, включающая в себя подсистемы «Анализ параметров ЭФ», «Разработка» и «Служебные функции».

4. Выполнена разработка моделей данных, позволяющая рационально и адекватно осуществить централизованное хранение параметров и результатов (входных и выходных данных) работы созданных алгоритмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе выполнено решение научной проблемы достоверной оценки параметров качества ГПИ на основе ЭФ. Проблема решена путем создания семейства моделей и алгоритмов позволяющих провести оценку показателей качества ГПИ формальным образом. Разработанная методика основана на результатах анализа существующих средств и способов оценки ГПИ, требований российских и международных стандартов (ГОСТ 28195-89, ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93).

Основные научные и практические результаты диссертационной работы:

- Обоснована недостаточная адекватность существующих методов имеющимся задачам, связанная с отсутствием формальных методик оценки и анализа ГПИ.

- Проведена формализация известных методов оценки ГПИ.

- Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.

- Разработана модель и алгоритм оценки структуры элементов ЭФ, заключающийся в оценке пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ.

- Разработана модель и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ, позволяющий определить показатели контрастности, выявить зрительные центры и области низкой различимости, оценить цветовое решение и сочетаемость (гармоничность) цветов.

- Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.

- Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ.

- Обоснована принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).

- Разработана имитационная модель алгоритма оценки отдельных элементов ЭФ, подтверждена работоспособность и достаточная производительность алгоритма (при анализе типовой экранной формы содержащей 25 элементов и числе правил проверки равном 9 среднее время анализа всех элементов составило 4.36 секунд). Обоснована достоверность проведенных исследований, показано, что модель обеспечивают точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% с вероятностью 95%.

- На основе разработанной методики оценки и анализа ГПИ разработана информационно-программная система, выполняющая функции автоматизированного анализа параметров ЭФ.

- Применение созданных моделей и алгоритмов позволяет сократить общую трудоемкость, сократить затрачиваемое время, и упростить процесс разработки информационных систем. Сделанные оценки показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании Инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и Итеративного подходов при разработке (снижение трудоемкости на 8,0%).

Материалы диссертационной работы использованы при создании учебных материалов курсов и дисциплин «Информационные системы», «Человеко-машинное взаимодействие», «Теория вычислительных процессов».

По результатам работы получен акт внедрения разработанного комплекса инструментальных средств в ЗАО «ПроРескСервис».

Таким образом, можно утверждать, что предложенные модели и алгоритмы выполняет свою основную функцию - облегчают анализ и оценку ЭФ при разработке ГПИ средних и крупных программных проектов, что позволяет упростить процесс разработки, сократить его сроки и повысить качесто программного обеспечения.

1. Gunderloy М. Developer to Designer: GU1.Design for the Busy Developer. -USA, Alameda, CA : SYBEX Inc., 2005. - ISBN: 0-7821-4361-Х - C.3

2. Cooper A., Reimann R. About Face 2.0: The Essentials of Interaction Design. NewYork: Wiley Publishing Inc., 2003. - 540 c. - ISBN: 0764526413

3. Щуркин С.Ю. Формирование Системы Управления информационными потоками промышленного предприятия : Дис. канд. экон. наук: 08.00.05. -М.: МИЭТ, 2003.-С. 17

4. Торрес Р.Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса: Пер. с англ. М.: Вильяме, 2002.

5. Цветкова Л.С. Мозг и интеллект: Нарушение и восстановление интеллектуальной деятельности. М.: Просвещение - АО «Учеб. лит.», 1995. -305 с. -ISBN 5-09-004989-0. - С.181-186

6. Электронный ресурс. Головач В. Дизайн Пользовательского Интерфейса. М., 2001. - 147 с. - издание в формате PDF. - С. 80-84

7. Головач В. 5 ПРАВИЛ хорошего интерфейса // Паблиш. М. Юткрытые системы, - 2000. - №6.

8. Агафонова В.В. Интерфейсы информационных систем в экономике. -М.: Финансы и статистика, 2003. 176 е.: ил. - ISBN 5-279-02655-7. - С.98-99

9. Агафонова В.В. Интерфейсы информационных систем в экономике. -М.: Финансы и статистика, 2003. 176 е.: ил. - ISBN 5-279-02655-7. -С.101

10. Агафонова В.В. Интерфейсы информационных систем в экономике. -М.: Финансы и статистика, 2003. 176 е.: ил. - ISBN 5-279-02655-7. -С.104

11. Агафонова В.В. Теория интерфейсов бизнес-систем : Дис. д-ра экон. наук : 08.00.13.-М.: РГБ ОД 71:04-8/158, 2003. 284 с.

12. Электронный ресурс. Стандарт Министерства Обороны Великобритании. DEF STAN 00-25 (PART 15)/1. Human Factors for Designers of Systems. Part 15: Principles and Process -http://www.dstan.mod.uk. 2004. Издание в формате PDF. - 84 с. - С.8

13. Электронный ресурс. Стандарт ISO DIS 9241-11. Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs): Part 11: Guidance on Usability. 1994, - издание в формате Microsoft Word. -33 c.-C. 8

14. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса. M.: ДМК Пресс, 2001.-416 с.-ISBN 5-94074-069-3. - С. 5-18.

15. Пономарев И.А. Методы формальной оценки пользовательского интерфейса прикладных программ для ЭВМ // Объединенный научный журнал,-2005.-№3 (131).-ISSN 1729-3707. С.55-57.

16. Пономарев И.А. Методы и средства оценки пользовательского интерфейса прикладных программ для ЭВМ // Объединенный научный журнал. 2005. - №4 (132). - ISSN 1729-3707. - С.59-62.

17. Ware С. Information Visualization: Perception for Design. Morgan Kaufmann Publishers, 500 Sansome Street, Suite 400, San Francisco, CA 94111, 2004, - ISBN 1-55860-819-2

18. Пономарев И.А. Методика анализа элементов экранных форм // Естественные и Технические Науки. 2005. - №5 (19). - 167 с. - ISSN 1684-2626.-С. 129-132

19. Пономарев И.А. Параметры анализа элементов экранных форм // Актуальные Проблемы Современной Науки. 2005. - №5 (26). - 217 с. -ISSN 1680-2721. -С.212-215

20. Kieras D. A Guide to GOMS Model Usability Evaluation using GOMSL and GLEAN3. University of Michigan (ftp.eecs.umich.edu/people/kieras), 2002.

21. Электронный ресурс. Official Guidelines for User Interface Developers and Designers. Microsoft Corporation, 2003. - Издание в формате PDF.

22. Электронный ресурс. User Interface Architecture Second Edition. IBM Corporation, 2001. - Издание в формате PDF.

23. Электронный ресурс. Aqua Human Interface Guidelines. Apple Computer Corporation, 2002. - Издание в формате PDF.

24. Электронный ресурс. Macintosh Human Interface Guidelines. Apple Computer Corporation, 2002. - Издание в формате PDF.

25. Berkun S. The Human Factor: The Art of UI Prototyping. Microsoft Corporation, 2000.

26. MedlockM.C. и др. Using the RITE method to improve products. -Microsoft Corporation, 2002.

27. Пономарев И.А. Методы оценки качества пользовательского интерфейса // Интеллектуальные технологии и системы (сборник статей). Выпуск 4.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.

28. ГОСТ 28195-89. Оценка качества программных средств. М.: Изд-во стандартов, 1989.

29. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. Оценка программной продукции. М.: Изд-во стандартов, 1993.

30. Воробель Р.А. и др. Метод количественной оценки качества рентгенографических изображений // Труды Третьей Украинской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика 2000". - Днепропетровск. - С. 233-236.

31. Данчул А.Н., Федоров Б.С., Черненький В.М. Методические указания к курсовой работе по курсу "Моделирование систем", М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1995. - С.4-5.

32. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2001. -343 е.: ил. -С.84-88.

33. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2001. 343 е.: ил. - С.94-106.

34. Сойфер В.А. Компьютерная обработка изображений. Часть 2. Методы и алгоритмы // СОЖ. М. - 1996. - №3, - С. 110-121.

35. Хорн Б.К.П. Зрение роботов: Пер. с англ. М.; Мир, 1989. - 487 е., ил.

36. Levkowitz Н. Color Theory and Modeling for Computer Graphics, Visualization, and Multimedia Applications. University of Massachusetts Lowell, Lowell, Massachusetts, USA : Kluwer Academic Publishers, 1997. -C.45-55.

37. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - Кн.1 - 312 с, ил. С. 174-178.

38. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - Кн.2 - 312 е., ил. С.499-500

39. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - Кн.2 - 312 е., ил. С.499-500

40. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982.-Кн.2-312 с, ил. С.509-511

41. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - Кн.2 - 312 е., ил. С.555-565

42. Ballard D.H., Brown С.М. Computer Vision. Department of Computer Science, University of Rochester, Rochester, New York, USA. - USA, New

43. Jersey : Prentice-Hall Inc. Publishing, 1982. ISBN 0-13-165316-4. - C.149-162

44. Bow S.-T. Pattern Recognition and Image Preprocessing: 2nd edition revised and expanded. USA, New York : Marcel Dekker Inc., 2002. - ISBN 0-82470659-5 -C.311-312

45. Jahne B. Digital Image Processing: 5nd revised and extended edition. -Germany, Berlin : Springer-Verlag, 2000. ISBN 3-540-67754-2 - C.433-436

46. Колмогоров A.H. Теория информации и теория алгоритмов. М.: Наука, 1987. - 304 с. - С.213-216

47. Симонов П.С. Физиология трудовой деятельности. М.: Изд-во МГМСУ, 2000.

48. Иттен Й. Теория цвета. М.:Мир, 1969.

49. Раскин Дж. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. М.: Символ-Плюс, 2003. - 272 е.: ил. - ISBN 593286-030-8.

50. Пономарев И.А. Анализ графического изображения экранных форм // Объединенный научный журнал. 2006. - №3 (163). - ISSN 1729-3707. -С.50-53

51. Пономарев И.А. Математическая модель экранной формы графического пользовательского интерфейса // Объединенный научный журнал. 2006. - №8 (168). - ISSN 1729-3707. - С.66-68.

52. Пономарев И.А. Структурный анализ графического пользовательского интерфейса // Техника и технология. 2006. - №2 (14). - ISSN 1811-3532. -С.30-32.

53. Пономарев И.А. Линейная модель условий оптимальности ГПИ // Техника и технология. 2006. - №3 (15). - ISSN 1811-3532. - С.45-46.

54. Саттон Т. Гармония цвета: Полное руководство по созданию цветовых комбинаций: Пер. с англ. В.П. Воропаева. М. ООО "Издательсво Астрель": ООО "Издательсво ACT", 2005.-215 е.; -ISBN 5-17-027219-7.

55. Пономарев И.А. Оценка цветового решения ГПИ // Техника и технология. 2006. - №5(17). - ISSN 1811-3532. - С.41-43.

56. Information Systems Audit and Control Association: CISA Review Manual 2006. ISACA, 2006. - ISBN 1-933284-15-3.

57. Information Systems Audit and Control Association: IS auditing guideline System Development Life Cycle (SDLC) Reviews document G23. ISACA, 2003.

58. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы. Пер. с англ. - СПб.:Символ-Плюс, 2001.

59. Recommended Approach to Software Development. Revision 3. National Aeronautics and Space Administration (NASA), Greenbelt, Maryland, USA, 1992.