Дэвид Сиббет

Увидеть решение. Визуальные методы управления бизнесом

Переводчик Ирина Евстигнеева

Редактор Маргарита Савина

Руководитель проекта О. Равданис

Корректор Е. Аксёнова

Компьютерная верстка А. Абрамов

Дизайн обложки В. Молодов

Все права защищены. Произведение предназначено исключительно для частного использования. Никакая часть электронного экземпляра данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, для публичного или коллективного использования без письменного разрешения владельца авторских прав. За нарушение авторских прав законодательством предусмотрена выплата компенсации правообладателя в размере до 5 млн. рублей (ст. 49 ЗОАП), а также уголовная ответственность в виде лишения свободы на срок до 6 лет (ст. 146 УК РФ).

Editor’s choice – выбор главного редактора

На мой взгляд, один из ключевых навыков руководителя состоит в умении обсуждать проблемы и контролировать выполнение задач, используя при проведении совещаний простые инструменты визуализации, такие как шаблоны моделей, графические карты историй и визуальные планы.

Информация, легко воспринимаемая глазом, подаваемая через схемы и фигуры, особенно цветные, воспринимается значительно быстрее и запоминается лучше, чем сложные и длинные тексты. А значит, задачи будут понятнее, ошибок станет меньше, решения начнут приниматься быстрее и проще. Что еще может пожелать руководитель?

Сергей Турко,главный редактор издательства «Альпина Паблишер»

Эта книга посвящается всем современным руководителям, которые, находясь во главе своих организаций, принимают вызов нового столетия, а также управленческой команде The Grove, которая продолжит мое дело в будущем

Введение

«Визуальная» революция

Если вы держите в руках эту книгу, вас, вероятно, интересуют темы визуализации и лидерства. Возможно, вы участвовали во встречах, во время которых ведущий использовал большие графические дисплеи для записи ключевых моментов. Или вам поручили провести презентацию нового бизнес-плана, и вы считаете, что средства визуализации способны в этом помочь. А может быть, вас недавно назначили на руководящую должность, и для достижения поставленных целей вам нужно добиться от сотрудников понимания и слаженных действий. Или вы просто любите использовать стикеры для упорядочивания своих мыслей.

Как вы могли заметить, для нынешнего поколения визуализация не является чем-то необычным. Веб-сайты, цифровые фото и видео, графика, интерактивные карты, игры и фильмы воспринимаются как нечто само собой разумеющееся. Все это вписывается в контекст широкомасштабной революции в сфере визуализации данных, графического дизайна и фасилитации.

Обязательно ли уметь рисовать?

Если вы думаете: «Я не умею рисовать, а значит, не смогу воспользоваться предлагаемыми здесь инструментами» – знайте, эта книга для вас. Сегодня руководителям как никогда важно уметь использовать приемы визуализации, чтобы помочь своей организации сформировать визуальную компетенцию, и тут способности к рисованию абсолютно не важны.

Мы докажем, что вы обладаете совершенным визуальным мышлением, даже если вы всегда считали иначе. И покажем, как воспользоваться достижениями «визуальной» революции, не занимаясь ни рисованием, ни черчением. Разберем, как взаимодействовать со специалистами по визуализации, чтобы получить наилучшие результаты. Цель нашей книги – снабдить вас знаниями и практическими инструментами, которые позволят извлечь максимум пользы из стремительно набирающей обороты «визуальной» революции.

Для кого эта книга?

Для тех, кто недавно стал руководителем;

Командных лидеров;

Руководителей подразделений;

Руководителей отделов;

Менеджеров среднего звена;

Директоров;

Руководителей групп;

Топ-менеджеров;

Лидеров местных сообществ;

Руководителей некоммерческих организаций;

Предпринимателей;

Консультантов;

Председателей советов директоров;

Помощников руководителей;

Менеджеров по персоналу;

Консультантов по вопросам управления;

Всех практиков визуализации, работающих с руководителями.

Взглянув на название книги, вы можете спросить: насколько актуальна эта книга и рассматриваются ли в ней интересующие меня вопросы? Мои наставники утверждают, что руководство и управление неразделимы и большинству лидеров приходится не только прокладывать курс и ставить цели, но и непосредственно руководить исполнением. Эта книга предлагает эффективные инструменты не только для разработки стратегий, но и для их реализации. Она отлично раскрывает тему, без свободного владения которой немыслим сегодняшний лидер, – тему визуализации.

Невоспетые герои

Руководителей-визуализаторов можно причислить к невоспетым героям. На страницах книги вы познакомитесь с Бетси Стайтс и Пэм Халл из Health East Care System (Сент-Пол, Миннесота); Эвертом Линдквистом, профессором государственного управления Университета Виктории; Дэвидом Уорреном, консультантом по программам TEDx из Санта-Круз; Люком Хохманном из компании Innovation Games; Доном Нойбахером, суперинтендантом Йосемитского национального парка, и Джоном Шайво, бывшим генеральным директором Otis Spunkmeyer. Ни один из них не блистает художественными талантами, но, понимая всю важность визуальной коммуникации, они используют так называемую визуальную фасилитацию – широкую категорию методов визуализации, предназначенных для поддержки групповой коммуникации, принятия решений и организационного развития.

Какой маркер вы предпочтете: черный, желтый или красный?

Черный: При виде чистого листа или флипчарта немедленно принимаетесь рисовать на нем схемы, диаграммы и т. п.

Желтый: Удержаться от пометок и комментариев при виде чужого визуального творчества – выше ваших сил.

Красный: Раздражает, когда кто-то пытается выразить сложные понятия посредством простых рисунков.

Вы – «визуальный» мыслитель?

Дэн Роэм написал замечательную книгу «Визуальное мышление»1. На своих семинарах он любит задавать странный вопрос: «Кто из вас предпочитает черные маркеры, кто – желтые, а кто – красные?» Разумеется, нельзя на него ответить, не зная, что он имеет в виду. Любители черных маркеров – это те, кто при любой возможности прибегает к помощи белой доски или флипчарта для выражения своих идей. По словам Дэна, это около 25 % слушателей. Любители желтых маркеров (а это 50 % участников) не могут устоять перед искушением выделить, обвести или исчеркать стрелками рисунки и диаграммы, созданные другими. Среди них много лидеров, которые таким образом используют плоды творчества любителей черных маркеров – профессиональных фасилитаторов и консультантов. Любители красных маркеров (их 20–25 %) считают, что графика чрезмерно все упрощает. Среди этих последних много экспертов, не склонных к работе в команде. А к какому типу относитесь вы?

Эта книга прежде всего для любителей черных и желтых маркеров. Но даже если вы предпочитаете красные, то по мере чтения вы наверняка оцените всю полезность визуализации. Визуализация – не только создание конечного продукта (схемы или рисунка), но и мыслительный процесс. Визуализировать не так просто, как кажется, особенно если речь идет о таких системных вещах, как сквозные процессы, сценарии и инфраструктуры. К какому бы типу лидеров вы ни относились, вы должны знать, что такое визуализация.

Визуализация: общая картина

Дэвид Сиббет

Увидеть решение. Визуальные методы управления бизнесом

Переводчик Ирина Евстигнеева

Редактор Маргарита Савина

Руководитель проекта О. Равданис

Корректор Е. Аксёнова

Компьютерная верстка А. Абрамов

Дизайн обложки В. Молодов

Editor’s choice – выбор главного редактора

Сергей Турко,главный редактор издательства «Альпина Паблишер»

Введение

«Визуальная» революция

Обязательно ли уметь рисовать?

Для кого эта книга?

Для тех, кто недавно стал руководителем;

Командных лидеров;

Руководителей подразделений;

Руководителей отделов;

Менеджеров среднего звена;

Директоров;

Руководителей групп;

Топ-менеджеров;

Лидеров местных сообществ;

Руководителей некоммерческих организаций;

Предпринимателей;

Консультантов;

Председателей советов директоров;

Помощников руководителей;

Менеджеров по персоналу;

Консультантов по вопросам управления;

Всех практиков визуализации, работающих с руководителями.

Невоспетые герои

Какой маркер вы предпочтете: черный, желтый или красный?

Черный: При виде чистого листа или флипчарта немедленно принимаетесь рисовать на нем схемы, диаграммы и т. п.

Переводчик Ирина Евстигнеева

Редактор Маргарита Савина

Руководитель проекта О. Равданис

Корректор Е. Аксёнова

Компьютерная верстка А. Абрамов

Дизайн обложки В. Молодов

Editor’s choice – выбор главного редактора

Сергей Турко,
главный редактор издательства «Альпина Паблишер»

Эта книга посвящается всем современным руководителям, которые, находясь во главе своих организаций, принимают вызов нового столетия, а также управленческой команде The Grove, которая продолжит мое дело в будущем

Введение
«Визуальная» революция

Обязательно ли уметь рисовать?

Для кого эта книга?

Для тех, кто недавно стал руководителем;

Командных лидеров;

Руководителей подразделений;

Руководителей отделов;

Менеджеров среднего звена;

Директоров;

Руководителей групп;

Топ-менеджеров;

Лидеров местных сообществ;

Руководителей некоммерческих организаций;

Предпринимателей;

Консультантов;

Председателей советов директоров;

Помощников руководителей;

Менеджеров по персоналу;

Консультантов по вопросам управления;

Всех практиков визуализации, работающих с руководителями.

Это книга для менеджеров и руководителей

Невоспетые герои

Какой маркер вы предпочтете: черный, желтый или красный?
Черный: При виде чистого листа или флипчарта немедленно принимаетесь рисовать на нем схемы, диаграммы и т. п.

Желтый: Удержаться от пометок и комментариев при виде чужого визуального творчества – выше ваших сил.

Красный: Раздражает, когда кто-то пытается выразить сложные понятия посредством простых рисунков.

Вы – «визуальный» мыслитель?

Визуализация: общая картина

Приступая к чтению книги, вы должны понимать, что визуализация – чрезвычайно сложный феномен. Для одних она означает компьютерный анализ потоков данных, и не более того. Для других – это наглядное представление научных данных. Для третьих – обмен фотографиями через смартфоны. Для четвертых – удобное средство подачи материала в ходе рабочих встреч. Поскольку для того, чтобы сориентироваться на незнакомой территории, полезно иметь карту, мы начнем именно с нее. Одна из таких карт была создана Эвертом Линдквистом, директором Школы государственного управления при Университете Виктории в Британской Колумбии (Канада), с целью помочь аналитикам, консультирующим правительственные структуры, понять, как они могут повысить продуктивность своей работы при помощи визуализации. Им были выделены три ключевые ее области:

1. Визуализация данных. Эта область включает в себя методы, используемые при визуализации данных всех отраслей научного знания, финансовом анализе, анализе данных, моделировании, отображении геоданных. Тема остается за рамками книги.

2. Графический дизайн. У всего, что производится в мире – физическом и виртуальном, – есть дизайн, который кто-то разрабатывает. Для архитекторов, инженеров, разработчиков программного обеспечения, дизайнеров и многих других профессионалов визуализация является ключевым направлением их работы: все создаваемые ими продукты визуальны. В 1970-е гг. эти методы начали распространяться за пределы дизайнерской деятельности, и сегодня «дизайн-мышление» считается одной из необходимых компетенций руководителя.

3. Визуальная фасилитация. Это стремительно развивающаяся практика использования средств визуализации в таких областях, как стратегическое планирование, реализация стратегии, командообразование, групповое решение проблем, и в других видах групповой деятельности. Международный форум практиков визуализации проводится уже в 17-й раз и собирает фасилитаторов, консультантов и других специалистов, чья деятельность тесно связана с визуализацией. Почти все фирмы сегодня активно используют визуализацию для поддержки процесса принятия решений, инноваций, разработки стратегий и планирования. Эта книга посвящена главным образом визуальной фасилитации, потому что ее инструменты – самые действенные и мощные, и именно ими чрезвычайно важно владеть руководителю-визуализатору.

Когда Эверт поделился со мной этой схемой, я признал, что наши архетипические представления (архетип – привычная модель мышления) она отражает хорошо, но в ней отсутствует один ключевой компонент. Он находится в сознании людей, применяющих эти инструменты. Этот компонент отвечает за то, как визуализация используется в наших мыслительных процессах, а также соотносится с нашим миром ментальных моделей и метафор. Компонент, о котором идет речь, называется когнитивной визуализацией.

4. Когнитивная визуализация. Включает индивидуальные представления, метафоры, ментальные модели и другие системы внутренних установок, направляющие и формирующие наше поведение. Их трансформация в схемы и рисунки наделяет визуальный материал смыслом. Питер Сенге в книге «Пятая дисциплина»2 определяет видение, ментальные модели и системное мышление как три из пяти фундаментальных дисциплин самообучающейся организации (плюс командная работа и личная ответственность). Все они основаны на визуализации и представляют собой структурированные способы фильтрации и обработки информации. Видение есть наше представление о возможностях и будущем состоянии. Используемые нами метафоры со временем превращаются в ментальные модели, фильтрующие информацию. Мы смотрим на наши организационные системы через эти внутренние линзы.

Эта книга сосредоточена на двух областях, наиболее актуальных для активного лидера, – когнитивной визуализации и визуальной фасилитации – и семи ключевых инструментах, которыми, как показали 40 лет практики визуализации, должен владеть каждый лидер. В этих рамках я представлю вашему вниманию идеи, методы и приемы визуализации.

Поможет ли визуализация справиться со сложностью?
Профессор Эверт Линдквист – один из тех, кто пытается осмыслить наблюдаемую ныне «визуальную» революцию. Вот что он пишет:

«В XXI в. признано, что сложность является имманентной проблемой при формировании публичной политики… Один из способов справиться со сложностью предлагают технологии визуализации, начиная с представления результатов анализа больших массивов данных и поиска творческих способов отображения информации до вовлечения сотрудников и представителей общественности в осознание сложности и совместную выработку стратегических решений».

Целью Эверта было помочь советникам по политическим вопросам улучшить свои рекомендации. Но о проблеме сложности точно так же мог бы сказать ИТ-специалист из Google, занимающийся анализом потоков данных, или представитель America Speaks, организующей тысячи общественных форумов. Сложность присутствует на всех уровнях, и использование визуализации позволяет в какой-то мере ее преодолеть.

Эта книга познакомит вас с двумя из четырех представленных на карте областей и поможет проникнуть в суть других областей.

(В красных рамках приводится информация, которую можно использовать для объяснения идей визуализации.)

Вы можете использовать эту книгу для решения трех задач

1. Обновление личной точки зрения и парадигмы мышления. Начать с себя – первое, что должен сделать лидер. Визуализация открывает двери к пониманию собственного видения, стратегии и планов. Она прокладывает путь к осознанию взаимосвязанности и целостности вещей. Книга поможет понять, какого рода организацией вы руководите и какая парадигма мышления будет наиболее эффективной. Я предлагаю несколько мощных инструментов самоанализа, которые можно использовать для изучения собственных представлений о руководимой вами команде, подразделении или целой организации.

2. Повышение эффективности коммуникации, связанной со стратегическими направлениями и планами. Визуализация позволяет эффективно донести до сотрудников, что они должны делать, как должны работать и взаимодействовать между собой все части организации и какие события в какие моменты времени должны произойти, чтобы были достигнуты желаемые результаты. Книга снабдит вас массой идей, которые вы сможете использовать для реализации своих планов, не будучи экспертом по созданию визуальных материалов. Эти методики применимы как при личном, так и при виртуальном общении. Вы также узнаете о различных инструментах и платформах, применяемых для визуальной фасилитации.

3. Стимулирование организационного обучения и творчества. Внедрение формата визуализационных рабочих встреч и визуальных методов групповой работы напрямую обращается к резко возросшей сегодня потребности в творческом подходе, инновациях и достижении операционной эффективности. Люди быстрее учатся и меняются, когда вовлечены в интерактивный, ориентированный на открытия адаптивный процесс. Вы узнаете, как помочь своим подчиненным и другим ключевым руководителям в использовании визуального языка, чтобы значительно ускорить ключевые коммуникативные процессы.

Структура книги

Часть первая «В чем преимущество руководителя-визуализатора?» расскажет о преимуществах использования визуализации и о семи инструментах, необходимых для эффективного «визуального» руководства. Также вы узнаете, что должен знать об особенностях проведения совещаний с использованием визуализации каждый руководитель, если хочет работать с фасилитаторами и консультантами, использующими визуализационные инструменты.

Часть вторая «Взгляните на свой лидерский стиль» предлагает начать с себя. Лидер, который хорошо знает собственную «операционную систему», определяющую его подход к управлению, способен добиться бóльших успехов, чем лидер, который этого не осознает. Здесь показаны ключевые различия между метафорами, ментальными моделями и операционными системами. Также в ней представлена Модель устойчивых организационных форм Сиббета – Лесаже (Sibbet/LeSaget Sustainable Organizations Model™), которая позволит определить, какого рода организацией вы руководите и что даст вам использование средств визуализации. В конце части приведены семь практических упражнений, которые помогут повысить вам свой IQ в области визуализации.

Часть третья «Инструментарий руководителей-визуализаторов» – сердце книги. Каждая глава посвящена конкретному инструменту визуализации и содержит разбор предлагаемой методики, примеры из практики, упражнения и адаптацию под условия виртуальной коммуникации. Эти инструменты могут быть использованы как при разработке стратегии, так и в ходе ее реализации. Даже если вы не собираетесь использовать эти инструменты, чтение этой части даст вам необходимое понимание, чтобы успешно руководить их внедрением в организации.

Часть четвертая «Управление новыми медиа» обращается к новым технологиям. Сегодня лидер не может позволить экспертам по технологиям диктовать, какие формы коммуникации должна использовать его организация. Коммуникация формирует восприятие и отношение каждого сотрудника. Мы покажем, как вы можете задействовать возможности, открываемые новыми технологиями.

В пятой части «Управление организационным изменением» мы поговорим о том, как рассмотренные в предыдущих главах инструменты визуализации могут помочь вам, когда вы проводите свою организацию через процесс изменений. В главе 16 представлена детально проработанная карта трансформации организации. В последней главе показано, как вы можете использовать визуальные схемы и планы для создания безопасной среды для изменений, подобно тому, как куколка защищает бабочку во время ее трансформации.

Как и в других книгах этой серии – «Визуализируй это!»3 и «Визуальные команды» (Visual Teams), в заключительной, шестой части приводятся ссылки на книги, сайты и сетевые сообщества, где можно найти дополнительную информацию по теме лидерства и визуализации.

Руководители-визуализаторы помогут вам и вашей организации воспользоваться преимуществами «визуальной» революции
Визуализация трансформирует рабочую среду и роль лидеров в эпоху глобальных коммуникаций. Книга позволит вам повысить собственную визуальную компетенцию, а также помочь в этом другим. Она предлагает действенные инструменты, которые приводят к нужным результатам.

Визуальные совещания поддерживают цикл обучения
Книга «Визуализируй это!» рассказывает о том, как использовать графику, стикеры и интеллект-карты для поддержания цикла «Представь – Включись в работу – Осмысли – Действуй» на групповых встречах. Она содержит детальное описание различных методов визуализации вместе с инструкциями по их практическому применению. В ней также рассматривается клавиатура Group Graphics и семь базовых способов графической организации информации.

Для тех, кто серьезно заинтересовался темой визуализации

Хотя эта книга является непосредственным продолжением книг «Визуализируй это!» и «Визуальные команды», она вполне самостоятельна. Если вы хотите узнать более подробно о типах «визуальных» совещаний и визуализационных инструментах, техниках и методах командной работы, которые, возможно, пожелаете внедрить в своей организации, чтение этой серии книг, безусловно, обогатит вас ценными знаниями.

Книга «Визуализируй это!» посвящена тому, как можно использовать визуализацию для обучения и в ходе рабочих встреч. Она построена на основе простого цикла обучения: Представь – Включись в работу – Осмысли – Действуй. Книга предназначена не только для профессиональных фасилитаторов, но и для всех, кому приходится проводить рабочие встречи, и сосредоточена на техниках визуализации, которые может использовать каждый, независимо от его умения рисовать. Также в ней представлена клавиатура Group Graphics – модель, предлагающая семь базовых способов графического отображения информации и соотносящая их с различными целями и процессами групповой работы.

Книга «Визуальные команды: Как использовать инструменты визуализации для создания приверженности, инноваций и высокой продуктивности» рассказывает о том, как команды могут использовать методы визуализации в работе за рамками совещаний. В ней подробно рассматриваются новые формы коммуникации, особенности взаимодействия в виртуальной среде, проблемы мобильности и утверждается, что можно получить ощутимые результаты, если позаимствовать методы у дизайнеров, широко использующих прототипы, взаимодействия и визуализацию. Также в книге описывается Модель командной продуктивности (The Drexler/Sibbet Team Performance Model). Эта модель получила широкое признание и играет роль интерфейса, помогающего пользователю при помощи методов визуализации заранее обдумать задачи, связанные с достижением и поддержанием командной продуктивности. «Визуальные команды» – это иллюстрированное пособие по тому, как добиться результатов от любого типа команд. Она также включает главы, посвященные теории процессов, к которой обращаются все три книги этой серии.

Наша книга дополняет первые две и адресована непосредственно тем, кто несет ответственность за результаты организации в целом, а не только за продуктивность команд или рабочих встреч. Предлагаемый в трех книгах тип визуального мышления обеспечивает целостный взгляд на организационную динамику как на микро-, так и на макроуровнях.

Книга «Визуальные команды» объясняет, как достичь высокой командной продуктивности при помощи визуализации
Книга «Визуальные команды» опирается на книгу «Визуализируй это!» и рассказывает о том, как команды могут использовать методы визуализации в работе за рамками совещаний. В книге представлен графический интерфейс для анализа командной динамики – The Drexler/Sibbet Team Performance Model®. Также подробно описываются семь проблем, с которыми сталкиваются высокоэффективные команды, и предлагаются инструменты, помогающие их решить. В книге рассказано о высокопродуктивных командах, активно использующих визуализацию.

Визуальный менеджмент (визуальное рабочее место) - это четкое изложение всех стандартов, целей и условий работы на местах, это возможность сравнить фактическое положение дел с требованиями к эффективности производства, предоставленная каждому работнику. На этой основе можно реализовать мероприятия, направленные на приведение продукта в соответствие с требованиями. Формы визуального менеджмента :

Вывешивание и использование стандартов (методы, качество, поддержание в исправном состоянии, подвод материала, количество деталей)
Вывешивание целей(присутствие на рабочих местах, качество, производительность, затраты, машинное время, сроки поставок)
Контроль и вывешивание достигнутых результатов (ликвидация разрывов между запланированным и фактическим состоянием)
Предостережение при возникновении проблем (визуальное и/или акустическое)
Предостережение при возникновении дефектов (визуальное и/или акустическое сообщение об ошибке).

Важно, чтобы вывешиваемая информация конкретно касалась специфических рабочих мест/процессов. Вывешивать информацию общего характера, затрагивающую общие отделы или работу всего предприятия не имеет смысла.

Визуальный менеджмент понимается как совокупность информации и методов, поддерживающих сотрудников при выполнении их работы и обеспечивающих обратную связь.

Примечание: Недостаточно только вывешивать информацию. Важно, чтобы каждый сотрудник рассматривал эти сведения как часть своих рабочих функций и тем самым непрерывно улучшал рабочий процесс.

Визуальные устройства важны для преобразования традиционного производства в производство Lean. Фактически, данное определение служит ключевой силой совершенствования и гарантирует, что Lean - усовершенствования ясно читаемы, понятны, и их постоянно придерживаются после внедрения мероприятий программы Kaizen. Визуальный менеджмент и программа 5S проводятся одновременно.

Первичная причина неэффективных затрат - дефицит информации - сотрудники просто испытывают недостаток в знании о том, как им сделать свои рабочие места эффективнее. Это вынуждает служащих тратить впустую ценное время на поиск, перемещение, ожидание, восстановление, переделку или даже простой отказ от действия! Visual management решает этот вопрос, производя существенные улучшения производительности, качества, удовлетворенности клиента, безопасности, и так далее (см.схему 1)

Схема 1. Комбинация организации рабочего места и визуального менеджмента

Примеры.

1. Вывешивание стандартов и пограничных образцов.

Выставление хороших и плохих деталей на рабочем месте, с комментариями по поводу того, почему эти детали плохие или хорошие. Особенно следует обращать внимание на детали, которые являются "почти хорошими" или "почти плохими" (пограничные случаи). Все критерии определения хороших деталей и деталей с дефектом должны быть четко установлены .

2. Сигналы Stop/Go

Все формы визуальных и/или акустических сигналов, дающие информацию о состоянии процесса, например, лампы сигнализации «тревоги», сирены и т.д.

3. Andon -системы.

Представляют собой световое табло или системы проводников, позволяющие четко определить место и вид проблемной ситуации. Эти системы поддерживают сотрудника в ситуации, когда ему необходима помощь в ходе выполнения про-цесса. Такие системы используются всемирно известными фирмами, чтобы ав-томатически остановить процесс, если нельзя оперативно решить проблему.

4. Auto-no-mation

Приспособление автоматического стопора в автоматизированных установках, останавливающее производственный цикл при возникновении аварийных ситуаций (например, контроль нарушений при сверлении). Таким способом предотвращается производство дефектных деталей, проблема исследуется и устраняется до того, как процесс пойдет дальше.

На основании этого система оценки каллиграфии должна предоставлять комплекс упражнений, направленных на выявление и устранение дефектов письма:

1) оценка написания отдельных элементов букв и соединений: короткая или длинная линия, линия с закруглением внизу, прямая с петлей, овал, полуовал, линия с закруглением с двух сторон, малая петля и дополнительный элемент (две точки);

2) оценка написания отдельных букв полностью: строчных и прописных с выдерживанием угла наклона и пропорций частей;

3) оценка написания соединений двух-трех букв с акцентом на межсоединения;

4) оценка написания значащих слов и словосочетаний с выдерживанием расстояния между буквами и словами.

На каждом этапе выполнения система должна продолжать контролировать все критерии качества каллиграфии, сочетать и подбирать упражнения на основе индивидуальных результатов их выполнения каждым учеником.

Система должна оценивать выполненные упражнения с учетом отклонения от нормированного

эталона, что позволит избежать необъективной оценки.

Подытоживая, отметим, что в данной статье проанализированы методики выявления дефектов и оценки каллиграфии, а также сформулированы главные требования, предъявляемые к системе.

Основное внимание уделено анализу каллиграфических ошибок. При разработке критериев оценки принимались во внимание существующие в этой области проблемы и совокупность методов их решения.

Литература

1. Хорошилова Е.И. Характеристика специфических ошибок письма младших школьников // Начальная школа. 2001. № 7.

2. Власов А.И., Кирбабин О.Е., Шепель А.С. Методология визуального проектирования как инструмент организации поддержки учебного процесса // Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ"2008): матер. Меж-дунар. симпоз. М.: ЭГРИ, 2008. 219 с.

3. Цыновникова Ю.Л. Автоматизация навыка письма на этапе первичного усвоения буквенных знаков // Начальная школа. 2001. № 7.

4. Проненко Л.И. Каллиграфия для всех. М.: Книга, 1990.

5. Кудреватова Л.И. Типичные каллиграфические ошибки и их исправления // Начальная школа. 1995. № 3.

МЕТОДЫ ВИЗУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ

Н.В. Зеновкин; А.И. Власов, к.т.н. (МГТУ им. Н.Э. Баумана, [email protected])

В статье проводится анализ существующих решений в области системы регистрации движений глаз, вырабатываются требования к системе пользовательского интерфейса на основе регистрации движений глаз. Рассматриваются основные подходы к определению точки фокусирования взгляда и математические модели поиска зрачка в видеоизображении.

Ключевые слова: регистрация движений глаз, методы визуального управления.

Для отслеживания направления взгляда используются системы, регистрирующие движения глаза. Регистрация движений глаза - это процесс либо измерения точки направления взгляда, либо регистрации движений глаз относительно головы. Регистратор движений глаз - устройство, измеряющее положение глаза и регистрирующее его движения. Регистраторы движений глаз применяются в системах визуализации, в психологии, в когнитивной лингвистике и в промышленном дизайне. Существует множество методов измерения движений глаза. Самые популярные используют видеоизображения, из которых выделяется позиция глаза, другие методы - встроенные в контактные линзы индуктивные катушки, так называемые электроокулографы .

Изучение движений глаз опередило широкое распространение компьютеров практически на сто лет (например, работы Джавала 1878 г.). В отличие от чисто визуального наблюдения за движениями глаз эти исследования были достаточно дискомфортными, так как производились методом прямого механического воздействия на роговицу. Первая система, не предусматривающая прямого контакта с глазом, была разработана в 1901 году Доджем и Клайном и использовала свет, отраженный от роговицы.

Развитие цифровой видеотехники позволило наблюдать за движением глаз в реальном времени без непосредственного физического контакта. Одним из наиболее перспективных применений такого рода систем является построение пользова-

тельских интерфейсов, управляемых посредством направления взгляда.

Такие системы могут значительно повысить эффективность работы за компьютером за счет исключения лишних действий, производимых пользователями. По последним исследованиям когнитивной психологии, объектом внимания человека в большинстве случаев является тот объект, на котором сфокусирован его взгляд. Применительно к пользовательским интерфейсам это значит, что фокус взгляда человека находится на том элементе управления, который он собирается выбрать. Таким образом, отслеживание направления взгляда позволяет исключить лишние действия пользователя, например, нажатие на кнопки.

Пользовательские интерфейсы на основе регистрации движений глаз можно применять и для адаптации людей с ограниченными возможностями, которые не могут пользоваться традиционными для персональных компьютеров системами ввода.

Физиология движений глаз

Глаз - самый активный из органов чувств: он постоянно перемещается в двух основных плоскостях - горизонтальной (вправо-влево) и вертикальной (вверх-вниз). Такая активность достигается прежде всего природой глазодвигательного аппарата и работой его нервных центров, а также свойствами мышц глаза, самых быстродействующих в организме.

Кроме того, одной из ключевых особенностей является то, что человек, как правило, думает о том объекте, на котором в данный момент сфокусирован его взгляд. Таким образом, информация о положении глаза и, следовательно, о точке фокусирования взгляда имеет широкое практическое применение, в частности, в системах интерфейсов пользователя, в которых управление устройством осуществляется посредством движения глаз.

Чтобы понять, каким образом регистрировать движения глаз, необходимо разобраться в их сущности. Движения глаз - вращения их в орбитах, выполняющие разнообразные функции в построении зрительного образа, прежде всего, в зрительном восприятии пространства, обеспечивая измерение и анализ пространственных свойств предметов (форма, положение, величина объектов, их удаленность, скорость движения). Наиболее важная функция этого движения заключается в переводе изображения объекта, которое отобразилось сначала на периферии поля зрения, в центр сетчатки, где острота зрения наибольшая. Перевод взгляда на предмет осуществляется с помощью быстрых саккадических движений и конвергенци-онно-дивергенционных движений.

Движения глаза подразделяются на дрейф, тремор, саккады, фиксации.

Дрейф - относительно медленные, плавные смещения глаза со средней скоростью 6 угл. мин/с при амплитуде от 3 до 30 угл. мин.

Тремор - фиксационные движения глаз, обладающие высокой частотой (от 30 до 90 Гц) и малой амплитудой (около 1").

Саккады - быстрые, строго согласованные движения глаз, происходящие одновременно и в одном направлении (термин микросаккады применяется для определения саккадических движений с амплитудой менее 1 градуса и высокой частотой). Наибольшее число саккад следует через 0,20,6 секунды, амплитуда саккад изменяется в большом диапазоне от 2 угл. мин до 15 угл. град. Ориентированы саккады практически во всех направлениях (вправо, влево, вверх, вниз), но обычно более часты в горизонтальной плоскости.

Фиксации - сознательные движения глаз, ориентированные на поиск необходимого объекта.

Если взор наблюдателя направлен на объект, глазодвигательная система какое-то время должна фиксировать объект для получения нужной информации. Фиксацию объекта (как неподвижного, так и движущегося) сопровождают три вида движений - дрейф, тремор и саккады.

Тремор и дрейф имеют достаточно малую амплитуду, сравнимую с порядком точности измерительных приборов, поэтому эти движения при исследовании направления взгляда могут не учитываться. Саккадические движения обладают значительно большей амплитудой и возникают непроизвольно. Характер движения саккад (рис. 1) определяется индивидуально. Паттерн саккад может меняться в зависимости от условий наблюдения. Однако саккадические движения являются баллистическими: начавшись, саккада будет закончена независимо от того, изменила ли точка фиксации свое положение за время, прошедшее после начала саккады. Поскольку саккадические движения чисто случайные и баллистические, математическое ожидание положения точки фокусирования в каждый момент будет находиться в точке фиксации глаза.

Рис. 1. Саккады

Зная физиологию движений глаз, можно выработать требования к системе регистрации таких движений для пользовательского интерфейса. Точность определения точки фокусирования должна быть в пределах 1 углового градуса. Повышение точности не сыграет существенной роли,

так как погрешность в этих пределах будет возникать вследствие нистагмов - дрейфа и тремора. Минимальная частота определения точки фокусирования должна составлять 30-40 Гц. При более низких частотах время, затраченное на фильтрацию саккадических движений и поиск точки фиксации, будет заметно для пользователя.

Классификация систем регистрации движения глаз

Для измерения вращения глаза в системах регистрации движения глаз существует много способов, но принципиально их можно разделить только на три категории.

Первый тип использует подсоединяемое к глазу устройство, например, специализированную контактную линзу с встроенным зеркалом или датчиком магнитного поля. Перемещения устройства измеряются в предположении, что оно перемещается вместе с глазом. Измерения с плотно прилегающими контактными линзами дают очень точные записи движений глаз, магнитные катушки используются в исследованиях динамики и психологии движений глаз.

Вторая обширная категория использует бесконтактные методы оптического измерения движений глаз. Свет, обычно инфракрасный, отражается от глаз и снимается видеокамерой или каким-либо иным специально разработанным оптическим датчиком. Информация анализируется, из нее через изменения в отражении вычленяется поворот глаза. Основанные на видео системы регистрации направления взгляда обычно используют отражение от роговицы как точки для отслеживания. Наиболее точно типы регистраторов используют отражение от роговицы и от обратной стороны линзы к точке для отслеживания. Еще более точные методы отслеживания - это изображения различных объектов внутри глаза, таких как вены на сетчатке, и следование за этими объектами при повороте глаза. Оптические методы, особенно основанные на записи видео, широко используются в отслеживании направления взгляда и очень популярны в силу их стоимости и удобства.

Третья категория основана на измерении электрического потенциала на контактных электродах, расположенных рядом с глазом. Самый распространенный вариант такой системы - элек-троокулограф (рис. 2). Он основан на том, что у глаза есть постоянный электрический потенциал, роговица всегда положительно заряжена относительно сетчатки. Однако этот потенциал непостоянен и его изменения делают электроокулограф не приспособленным для измерения медленных движений и фиксированных позиций взгляда. Электроокулограф наиболее полезен для измерения быстрых, саккадических движений глаз и смещений взгляда.

Примечание: IR Emitter - формировать излучения, IR Detector - регистратор.

Рис. 2. Электроокулограф

Около 50 лет назад было обнаружено, что направление взгляда человека соотносится с расположением зрачка и с отражением объекта наблюдения от роговицы. В конце 1960-х Кеннет Мейсон формализовал метод центра зрачка/отражения от роговицы, автоматическую процедуру наблюдения за глазом посредством камеры, измерения положения центра зрачка и отражения от роговицы и вычисления направления взгляда.

В начале 1970-х Джон Мерчант и Ричард Мор-риссет в работе, финансируемой воздушными силами США, построили систему, которая практически реализовывала концепцию Кеннета Мейсона. Их знаменитый окулометр использовал видеокамеру для наблюдения за глазом респондента и компьютер для обработки изображения глаза с камеры. Алгоритм обработки изображения состоял из инновационных методов обнаружения зрачка глаза и вычисления геометрического центра и обнаружения относительной позиции отражения от роговицы. Они представили способ использования полиномиальных вычислений высокого порядка для коррекции нелинейности в окулометре и разработали так называемые Яоо^теап-^"даге ге-gression-методъI для калибровки вычислений под индивидуальные особенности человеческого глаза.

Наиболее широкое распространение в настоящее время получили основанные на видео регистраторы движений глаз (рис. 3). Камера, сфокуси-

Рис. 3. Схема регистратора движений глаз на основе видеоизображения

рованная на одном из двух глаз, записывает их движения в то время, когда наблюдатель смотрит на что-либо. Наиболее современные регистраторы используют контрастность, чтобы найти центр зрачка, и инфракрасный или близкий к нему свет, чтобы определить отражение от роговицы (corneal reflcetion - CR). Вектор, определенный разницей между этими двумя точками, может использоваться для нахождения пересечения направления взгляда с какой-либо поверхностью после проведения небольшой индивидуальной калибровки.

Методы определения положения зрачка по видеоизображению

Две основные техники, получившие распространение в данных методах, - техника светлого зрачка и техника темного зрачка. Их различия основаны на положении источника освещения относительно оптической системы. Если освещение соосно оптическому пути, глаз выступает в роли ретрорефлектора, в то время как свет, отражаясь от сетчатки, образует эффект сродни эффекту красных глаз на фотографии. Если источник освещения смещен относительно оптического пути, зрачок представляется темным.

Для достижения эффекта светлого глаза ранние системы регистрации направления взгляда использовали источник света, расположенный сбоку от объектива, и полупрозрачное зеркало, смонтированное напротив объектива под углом 45°, чтобы отраженный свет попадал вдоль оси камеры на глаз. Хотя метод достигал эффекта светлого глаза, половина отраженного сетчаткой света отражалась зеркалом, уменьшая яркость и четкость изображения на камере. В 1986 году Томас Хатчинсон изобрел способ, при котором маленький светодиод располагался в центре объектива. Оборудование значительно упростилось, и, поскольку светодиод блокировал лишь малую часть изображения, изображение глаза получалось чище и ярче.

Рис. 4. Сравнение эффекта темного и светлого зрачка

Эффект светлого зрачка создает больший контраст между зрачком и радужной оболочкой, позволяя более точно отслеживать положение зрачка

в автономном режиме, исключая влияние пигментации радужной оболочки. Он также позволяет выполнять измерения в различных световых условиях, начиная от полной темноты и заканчивая крайне ярким освещением. Но технология светлого зрачка неэффективна для работы вне помещения, потому что внешние инфракрасные (ИК) источники будут интерферировать с внутренними.

На рисунке 4 показано изображение темного (А) и светлого (В) зрачка. Точка отражения ИК-луча от роговицы указана буквой С.

Математические модели определения положения зрачка

Алгоритмы регистрации движения глаза обычно используют два подхода - основанный на модели и основанный на свойствах изображения. Основанные на свойствах изображения методы обнаруживают и локализуют изображение, относящееся к глазу . Типичной характеристикой таких методов являются критерии в виде порогов: есть или нет в данном месте свойство. Отслеживаемые свойства очень разнятся ввиду различных алгоритмов, но, как правило, основаны на интенсивности и определении регионов.

C другой стороны, основанный на модели подход не использует обнаружение свойств, а, скорее, подгоняет модель под существующее изображение. Например, интегродифференциальные операторы могут использоваться для обнаружения радужной оболочки, контура зрачка и т.п. Этот подход требует итеративного поиска по пространству параметров модели, который максимизирует интеграл отклонений контура или изображения. Основанный на модели алгоритм может достичь гораздо более точного результата, но ему необходимо хорошее начальное предположение, чтобы поиск не был чрезвычайно долгим .

Таким образом, наиболее эффективными являются использование каких-либо свойств изображения для поиска приближенной модели и оптимизация найденных результатов методом, основанным на поиске наилучшей модели. Представленный алгоритм реализует такой способ, используя лучевой метод поиска контрастных точек края зрачка и робастный метод оценки параметров модели для наилучшего приближения.

Литература

1. Гиппенрейтер Ю.Б. Движения человеческого глаза. М.: Изд-во МГУ, 1978.

2. Дэвид А. Форсайт, Джин Понс. Компьютерное зрение. Современный подход. М.: Издат. дом «Вильямс», 2004. 928 с.

3. Стокман Дж., Шапиро Л. Компьютерное зрение. М.: Изд-во «Бином. Лаборатория знаний», 2006.

4. Majaranta P., Raiha K. Twenty years of eye typing: systems and design issues // ACM Eye tracking research and applications symposium, New Orleans, Louisiana, USA, 2002.

Трудовые отношения