User Interface Engineering für ubiquitäre Computeranwendungen by ddh19362

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									Antrittsvorlesung von Jun.-Prof. Dr. Raimund Dachselt | 6. Februar 2008




User Interface Engineering
für ubiquitäre Computeranwendungen




         Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg | Fakultät Informatik
                           AG Computervisualistik/Software Engineering
Zur Person

  Studium der Informatik (TU Dresden, University of Glasgow)
  Ergänzungsstudium Designinformatik
  – Burg Giebichenstein, Hochschule für Kunst und Design Halle
  Softwareentwicklung
  – 8 Jahre für ein Ingenieurbüro (Hydrogeologie)
  – 2 Jahre in Virtual Reality‐Projekten (Mercedes Benz, Metalor)
  TU Dresden: DFG‐Stipendiat, Mitarbeiter, Assistent
  2004 Promotion
  – Komponentenarchitektur für dreidimensionale Anwendungen
  Seit November 2007
  – Juniorprofessor Computervisualistik/Software Engineering



                                                                    2
Zur Person

Forschungsinteressen
und ‐bereiche
UI: User Interface




                       3
Gliederung


  Auf dem Weg zu ubiquitären User Interfaces (UIs)
  – Kurzhistorie Desktop‐Interfaces
  – Ausprägungen realitätsbezogener UIs
  – 13 User Interface Thesen
  User Interface Engineering
  – Strukturierter Entwicklungsansatz
  – Aktivitäten & Labor der Arbeitsgruppe
  Zusammenfassung




                                                     4
Erster Teil
Auf dem Weg zu ubiquitären User Interfaces
Entwicklung graphischer User Interfaces

  1963 Sketchpad [Ivan Sutherland]
  – Erstes Graphisches User Interface 
    mit direkter Manipulation (Lichtstift)
  1968 Maus, Fenster [Douglas Engelbart]
  – Teil des oN Line Systems (Telekonferenzsystem)
  1969 Xerox PARC gegründet
  (Palo Alto Research Center)
  – Flex (erster PC), Dynabook (Laptop‐Modell)
  – Idee Window‐GUI [Alan Kay] 
  1981 Xerox STAR
  – Direkte graphische Manipulation, Menüs, Icons
  1979 Apple Lisa, dann Macintosh
  – [Steve Jobs, Jef Raskin et al.]
  – Beginn des Desktop Computings
  – Erste Interface Guidelines                       6
Entwicklung graphischer User Interfaces

  1983 Windows 1.01 ohne Icons [Gates]
  1988 Windows 2.02 (langer Rechtsstreit)
  – …
  Dominanz der Desktop‐Metapher
  WIMP: Windows, Icons, Menus, Pointing Device




                                                 7
Probleme mit aktuellen User Interfaces




        ‐   Funktionsüberfrachtung, Informationsflut
        ‐   Produktgestalt und Handhabbarkeit fehlen
        ‐   Interaktion wenig natürlich 
        ‐   Emotionalität und persönlicher Bezug fehlen
        ‐   Grenzen von Metapher
        ‐   Isolierte Einzelplatzlösungen




                                                          8
Dreidimensionale User Interfaces (3DUI)

  Virtual Reality
  – Räumliches Orientieren/Handeln
  Probleme
  – Bedienung kompliziert, Spezialhardware nötig
  – Realisierung kompliziert, keine Standardisierung
  Erfolge durch 3D‐Alltagsanwendungen                  [CAVE]

  – Geovisualisierungen
  – Second Life, Spiele
  – In modernen Betriebssystemen 




                                                        9
Augmented & Mixed Reality User Interfaces

  Augmented Reality (AR)
  – Einblenden/Überlagern digitaler 
    Informationen in reale Szenen
  – Erweiterung der Realität um 3D‐Objekte
    (per Kamerabild erfasst)
                                                    [AR‐Storytelling]
  Mixed Reality 
  – schließt alle kombinierten UIs zwischen 
    rein virtuellen und rein realen Szenarien ein
  Vorteile
  – „Magische“ Ergänzung der Wirklichkeit
  – UIs werden mobil  Handheld AR



                                                          [ARToolkit]



     [InvisibleTrain]                                          10
Mobile Benutzungsschnittstellen

  Neue Herausforderungen für mobile UIs
   – Visualisierungstechniken 
   – Interaktionstechniken für Einzelgeräte
     und gemischte Szenarien
  Verknüpfung mit der realen Welt
   – Ortsabhängige Dienste
   – Handheld Augmented Reality (Video)
  Automobile User Interfaces
                                                     [Miu06]




  [Audi]                                  [iPhone]   [Sim05]
                                                        11
Tangible User Interfaces und digital erweiterte Objekte

     Tangible User Interfaces
     – Bricks: Fitzmaurice, Ishii, Buxton 1995
     – Tangible Bits: Ishii & Ullmer 1997
     – MIT Media Lab – Tangible Media Group
     Smart Objects, embedded interaction…
                                                        [Music Bottles]
     – Digital erweiterte Alltagsobjekte


     Vorteile
     – Machen UIs begreifbar, erlauben Dinglichkeit         [Nabaztag]
     – Spannungsfeld: spezialisierte Objekte vs.
       generalisierte Eingabegeräte




[MetaDesk]                                            [Coffee Compass]
                                                                   12
Büro der Zukunft – Digital erweitertes Papier

  Anoto‐Technologie 
  – Ausdruck eines unsichtbaren Musters 
    (Anoto Pattern) auf gewöhnlichem Papier
  – Verwendung digitaler Stifte 
    mit eingebauter Infrarotkamera
  – Simultane Erfassung des Geschriebenen
  – Zwischenspeicherung oder 
    Bluetooth‐Übertragung in Echtzeit
  Anwendung
  – Ausfüllen von Formularen                     [Anoto]

  – Kombination von realem Papier 
    mit digital überlagerten Inhalten
  – Nutzung des Anoto‐Musters unter Plexiglas 
    für Tabletop‐Interaktion


                                                 [MI‐Lab]
                                                            13
Büro der Zukunft – Interaktive Tabletops




                                           alle Abb. [MI‐Lab]

                                                                14
Tabletops & andere interaktive Oberflächen

  Berührungssensitive interaktive Tische (Tabletops)
  – Tracking von Fingern, Stiften, Objekten
  – MERL DiamondTouch, Microsoft Surface…
  Elektronische Whiteboards
  Interaktive Oberflächen: Wände, Möbel
  Multitouch‐Walls
  Trend: 
  Mixed Displays
  Vorteile                            [Roomware]

  –   Intuitivere Bedienung 
  –   Haptisch
  –   Echte direkte Manipulation
  –   Ubiquitärer
                                                       15
Beeindruckende Gerätevielfalt – Displays




             Kleinste (mobile) Geräte   riesige (öffentliche) Displays
                      Displaylösungen everywhere, every size




                                                                         16
Ein Lösungsansatz: Zoomable User Interfaces

  Zoomable User Interfaces
  – sind Multiskalen‐UIs, die einen großen Informationsraum 
    navigierbar und erfahrbar machen
  – Zoom in: Details  |  Zoom out: Überblick  animierte Übergänge
  TimeZoom [Dachselt & Weiland CHI 2006]
  – Uniformes Zeitvisualisierungswidget mit kontinuierlichem Zoom 
    zeitabhängiger Daten 
  – Diskrete Daten
       Kalender, E‐Mails, Ereignisse, Nachrichten, Prozesse, Dokumente, Medien…
  – Kontinuierliche Daten
       Wetterdaten, Aktienkurse, Sensordaten,…




  FacetZoom
                                                                             17
Ein Lösungsansatz: Zoomable User Interfaces

  MAMBO: Mobile fAcet‐based Music BrOwser
  [Dachselt & Frisch MUM 2007]
  –   Suche, Stöbern & Filtern in großen Musiksammlungen
  –   Basis: Zooming‐Widget FacetZoom [Dachselt et al. CHI 2008]
  –   Skalierbar für mobile Endgeräte und große Displays
  –   Verschiedene Interaktionstechniken




                                                                   18
13 Thesen zu künftigen Benutzungsschnittstellen

Künftige User Interfaces werden:
1. ubiquitär (Büro, Heim, Auto, Ämter, Stadt…) und 
   nahtlos in die Welt integriert sein (pervasive),
2. private und öffentliche Interaktionsmöglichkeiten koppeln 
   (z.B. Mobile Devices + Public Displays),
3. eine große Vielfalt an Interaktionsmodalitäten 
   in verteilten Szenarien bieten,
4. einem sehr großen Personenkreis zur Verfügung stehen 
   (Alltagsnutzer, Alltagswelten),
5. sich situationsabhängig an die zunehmende Vielfalt 
   heterogener Nutzungskontexte anpassen,
6. demzufolge Nachhaltigkeit im Bezug auf ubiquitäre 
   Informationsverfügbarkeit erfordern (Rückzugsmöglichkeiten, ruhige 
   und informations‐/kommunikationsfreie Zonen etc.),


                                                                     19
13 Thesen zu künftigen Benutzungsschnittstellen


7. das Marktpotential von Produkten entscheidend 
   bestimmen (Usability + User Experience),
    Beispiel: 25.800.000 Google Hits, 19.300.000 Abbildungen im Netz

8. durch Kopplung an reale Gegenstände wieder dinglicher, 
   (be)greifbarer, fühlbarer sein,
9. eine hohe Designqualität besitzen (visuell, auditiv, interaktiv, haptisch, 
   olfaktorisch…), 
10. Magie in unser Leben zurückbringen und Träume erfüllen,
11. emotionalisierend sein, Erlebnisqualität bieten, hedonistisch sein 
    (User Experience),
12. identitätsstiftend sein durch Personalisierung und nachvollziehbare 
    Nutzeradaption, 
13. Mediatoren im Sinne der Mensch‐Computer‐Mensch‐Interaktion sein, 
    d.h. neue Formen sozialer Interaktion hervorbringen.

                                                                           20
Zweiter Teil
User Interface Engineering
Defizite bisheriger Ansätze

  User Interface Design (HCI‐Forschung) 
  – Häufig sehr kreatives Vorgehen  Ideen für „coole“ Einzeltechniken 
  – Einfache Prototypen (proof‐of‐concept), 1‐3 Nutzerstudien
  – Fehlende Systematisierung, Verallgemeinerung, Praxistauglichkeit
  Software Engineering (SE)
  – Systematisches, quantifizierbares Vorgehen bei der Entwicklung, 
    dem Betrieb und der Wartung von Software  dauerhafte Ziele
  – SW‐Entwicklungsprozess: Fokus auf funktionalen Anforderungen
  – Keine Zeit, kein Budget, keine Kompetenz für innovative UI‐Ansätze
  Usability Engineering (Softwareergonomie)
  – Wissenschaft von der Benutzbarkeit und Gebrauchstauglichkeit 
    (Usability) von Software, Teil des SE‐Prozesses
  – Softwareentwurf: Aufgabenorientierung  +  Benutzerorientierung
  – Ergonomische Prinzipien und Normen für SW‐Arbeitsplätze
  – Benutzbarkeit, nicht jedoch Benutzungsfreude (User Experience)
                                                                     23
User Interface Engineering

  Nutzerzentriertes Design von Systemen mit Fokus auf 
  Benutzbarkeit und User Experience
  – Neues Ziel: ein möglichst angenehmes Nutzungserlebnis
  – Eleganz der Lösung, Freude, Genuss  emotionale Ansprache
  – Intuitive Interaktion und Benutzbarkeit
  Charakteristik des Prozesses
  –   Kooperativ: mit durchgängiger Benutzerpartizipation
  –   Strukturiert: aber nicht formalisiert
  –   Iterativ: bietet zudem mehrere Einstiegs‐ und Ausstiegspunkte
  –   Interdisziplinär: Informatik, Arbeitswissenschaften, Psychologie, 
      Design und Kunst, Domänenexperten…
  Mischung aus kreativem, gestalterischem, künstlerischem 
  Anteil und ingenieurwissenschaftlichem Herangehen


                                                                           24
  User Interface Engineering – Phasenmodell
                              Domänenwissen                       Evaluation
                               Analysephase                           Feld‐
                                                                     studien
Kreativ‐
            Anforderungsanalyse          Nutzungskontextanalyse
 phase
                                                                    Evaluation 
                                                                  von Mockups
                               Usability‐Ziele                     u. Modellen
 Experi‐
mentieren                                                             Design 
                                                                     Reviews

                             Konzeptionsphase
 Spielen
                                                                  Evaluation von 
                  Design                         Prototyping      Anforderungen


                           Ausgereifte Prototypen                   Usability
                                                                     Tests


                            Entwicklungsphase
             Detailiertes UI‐Design         Implementierung

                                  Produkt



                             Einführungsphase                                       25
Ziele der Arbeitsgruppe

  Weiterentwicklung des User Interface Engineerings als 
  methodische Basis 
  – Benutzbarkeit: Überprüfung durch Usability‐Tests. Auch 
    Anpassung und Neuentwicklung von Testverfahren.
  – Realisierbarkeit: Anwendung und Konzeption geeigneter 
    softwaretechnologischer Modelle und Ansätze
  – Nützlichkeit: Einsatz in realen Anwendungen


  Lehre mit engem Bezug zu Forschungsthemen
  – Veranstaltungen zu HCI‐Aspekten und ausgewählten SE‐Aspekten
  – Kreatives Arbeiten mit Studierenden  Begeisterung wecken
  – gleichzeitig Systematik, Bewertung, ingenieurwiss. Herangehen




                                                                    26
Ziele der Arbeitsgruppe: Forschungsthemen

  Techniken zur nahtlosen Interaktion in Umgebungen mit 
  mehreren Displays und Geräten (Seamless User Interaction)
  –   Personal Information & Media Management
  –   Softwarevisualisierung, insbesondere für Softwaremodellierung
  –   Kreativitätstechniken und kollaboratives Arbeiten
  –   …
  Software Engineering für ubiquitäre User Interfaces
  – Ziel: Signifikante Erleichterung des Erstellungsprozesses 
    interaktionsbetonter, visueller Anwendungen 
  – Modellgetriebene Entwicklung und Entwurfsmuster für Mixed 
    Reality Environments
  Serviceorientierte Architektur für verteilte User Interfaces 
  und kontextabhängige, dynamische Komposition 
  (User Interface Services)

                                                                      27
User Interface Lab am ISG

  Mobile Endgeräte
  – Ultra Mobile PC, Handys
  2 Tabletops (Kooperation MI‐Lab, Österreich)
  – Neuartiger Flux‐Tabletop (Rückprojektion)
  – Aufprojektionstisch Konferenzgröße
  – Anoto‐Technologie und digitale Stifte
  Wanddisplay mit Benutzertracking
  Geplant: Erweiterung zum FIN‐Usability‐Lab
  – Diverse Trackingtechnologien 
    (Nutzertracking, Blickverfolgung…)


  Kooperationen


                                                    28
                                         [MI‐Lab]
Bildwerfer




             29
Zusammenfassung


  Entwicklung von ubiquitären Benutzungsschnittstellen
  13 Thesen als Forschungsherausforderungen
  User Interface Engineering
  als strukturierter Entwicklungsprozess


  Beitrag zu den Forschungsschwerpunkten und 
  Studiengängen der Fakultät Informatik




                                                         30
Vielen Dank!



AG Computervisualistik/Software Engineering
http://wwwisg.cs.uni-magdeburg.de/cvse/
Raimund Dachselt: dachselt@acm.org
Referenzen
  [Anoto] http://www.anoto.com/
  [AR‐Storytelling] http://www.ict.csiro.au/page.php?did=26&print=print
  [ARToolkit] http://www.hitl.washington.edu/artoolkit
  [CAVE] http://www.vrmedialab.dk/pr/facilities/cave.html
  [Coffee Compass] Microsoft Research Project Coffee Compass (Andy Wilson, Raman Sarin) 
  http://www.interactiontomorrow.org/
  [Dachselt et al. CHI 2008] Dachselt, R., Frisch, M., Weiland, M.: FacetZoom: A Continuous Multi‐Scale Widget for Navigating
  Hierarchical Metadata, Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems , Florence, Italy, 
  ACM Press, New York, April 2008.
  [Dachselt & Frisch MUM 2007] Dachselt, R., Frisch, M.: Mambo: A Facet‐based Zoomable Music Browser, Proceedings of
  the 6th International Conference on Mobile and Ubiquitous Multimedia (MUM 2007), Oulu, Finnland, 110‐117, ACM, 
  Dezember 2007.
  [Dachselt & Weiland CHI 2006] Dachselt, R., Weiland, M.: TimeZoom: a flexible detail and context timeline, CHI '06 
  extended abstracts on Human factors in computing systems, Montréal, Québec, Canada, 682‐687, ACM Press, April 2006.
  [Invisible Train] http://studierstube.icg.tu‐graz.ac.at/invisible_train/
  [Metadesk] http://tangible.media.mit.edu/projects/metadesk/
  [MI‐Lab] Media Interaction Lab Hagenberg, Österreich. http://mi‐lab.org/
  [Miu06] Miura, M. and Kunifuji, S. 2006. RodDirect: two‐dimensional input with stylus knob. In Proceedings of the 8th
  Conference on Human‐Computer interaction with Mobile Devices and Services. ACM Press, New York, NY.
  [Music Bottles] http://tangible.media.mit.edu/projects/musicbottles/
  [Nabaztag] Smart Object http://www.nabaztag.com/
  [Roomware] http://www.ipsi.fraunhofer.de/ambiente/projekte/projekte/roomware.html
  [Sim05] R. Simon, H. Kunczier, H. Anegg Towards Orientation‐Aware Location Based Mobile Services 3rd Symposium on LBS 
  and TeleCartography, Vienna, Austria, November 28‐30, 2005.
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