ΕΠΛ 435: Αλληλεπίδραση Ανθρώπου Υπολογιστή

1. ΕΠΛ 435:ΑλληλεπίδρασηΑνθρώπουΥπολογιστή Υπολογιστής Συσκευές ΑΑΥ Υλικό βασισμένο στις διαφάνειες του Παναγιώτη Ζαχαριά

2. what goes in and outdevices, paper,sensors, etc. what can it do?memory, processing,networks Γιατί να μελετήσουμε τις συσκευέςαλληλεπίδρασης; • to understand human–computer interaction … need to understand computers!

3. ? Το υλικό σε ένα “τυπικό” ΔιαδραστικόΣύστημα • Υπολογιστής (Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας) • Πληκτρολόγιο • Ποντίκι • Οθόνη

4. Στο σπίτι? PC TV, VCR, DVD, HiFi, cable/satellite TV microwave, cooker, washing machine central heating security system … Στην τσέπη σου? PDA phone, camera smart card, card with magnetic strip? electronic car key USB memory … Πόσοι υπολογιστές …

5. Εμπλουτισμένη Διαδραστικότητα(εποχή Ubiquitous Computing) sensors and devices everywhere

6. Συσκευές εισόδου • Εισαγωγής κειμένου • Πληκτρολόγια • Τηλεφωνικά πληκτρολόγια • Ειδικά πληκτρολόγια • Παράδειγμα: πληκτρολόγιο για παιδιά σχολικής ηλικίας • Δεικτικές / Επιλογής • Ποντίκια • Joystick • Οθόνες αφής (touchscreens) • Αναγνώριση κειμένου, χειρογράφου, φωνής • Σαρωτές + λογισμικό OCR • Μικρόφωνο + Κάρτα Ήχου + λογισμικό αναγνώρισηςφωνής

7. Συσκευές Εισαγωγής Κειμένου keyboards (QWERTY et al.) chord keyboards, phone pads

8. Πληκτρολόγιο • Ο πιο κοινός τρόπος εισαγωγής κειμένου • Επιτρέπει την γρήγορη εισαγωγή κειμένου από έμπειρους χρήστες • Βασικές μορφές • QWERTY • Dvorak • Αλφαβητικό (ABCD) • Με ειδικά πλήκτρα • Χορδής • Και αριθμητικό πληκτρολόγιο

9. Διάταξη QWERTY • 1870 - Christopher Latham Sholes • Σχεδιάστηκε για γραφομηχανές και η τοποθέτηση των πλήκτρων έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφεύγεται μπλοκάρισμα των μηχανικών μερών λόγω της ταχύτητας πληκτρολόγησης • Συχνά χρησιμοποιούμενα πλήκτρα βρίσκονται σε απόσταση αυξάνοντας έτσι τη διαδρομή των δακτύλων • Μόνο τα αλφαριθμητικά πλήκτρα βρίσκονται σε προκαθορισμένες θέσεις.

10. Dvorak • 1920 • Σχεδιάστηκε για να ελαχιστοποιήσει την κίνηση των δακτύλων κατά την δακτυλογράφηση συγκεντρώνοντας τα συχνά χρησιμοποιούμενα γράμματα στο μέσο του πληκτρολογίου • Βελτιστοποίηση για δεξιόχειρες • Συχνά χρησιμοποιούμενοι συνδυασμοί γραμμάτων εμπλέκουν και τα δύο χέρια για μεγαλύτερη ταχύτητα • Αύξηση της ταχύτητας δακτυλογράφησης 10% -15% (σε σχέση με τη διάταξη QWERTY) • Παρότι αποδείχθηκε ότι η εξοικείωση με το πληκτρολόγιο Dvorak δεν απαιτεί περισσότερο από μια εβδομάδα οι χρήστες λόγω της ευρείας διάδοσης του QWERTY αρνούνται να επενδύσουν το χρόνο αυτό για την εκμάθηση του

12. Πληκτρολόγιο Αλφαβητικό (ABCD) • Διάταξη πλήκτρων με αλφαβητική σειρά • Στόχος: • Η ταχύτερη δακτυλογράφηση από νέους χρήστες • Αλλά: • Πιο αργή δακτυλογράφηση από έμπειρους χρήστες σε σχέση με το QWERTY • Ίδια ταχύτητα πληκτρολόγησης για νέους χρήστες • Πάντως σε σχετική έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε μαθητές δημοτικού αποδείχθηκε ότι το μνημονικό φορτίο που απαιτείται στην δακτυλογράφηση με αλφαβητικό πληκτρολόγιο ήταν μικρότερο από το αντίστοιχο στο κλασσικό QWERTY πληκτρολόγιο

13. Ειδικά πληκτρολόγια (special keyboards) • Σχεδιάζονται για να μειώσουν την κούραση • Για να χρησιμοποιούνται με το ένα χέρι • Π.χ. • Πληκτρολόγια χορδής

14. Πληκτρολόγια Χορδής (Chord Keyboards) • Μόνο λίγα πλήκτρα (4-6) • Οι χαρακτήρες παράγονται με συνδυασμό πλήκτρων (όπως οι νότες στα έγχορδα όργανα) • Πλεονεκτήματα • Μικρό μέγεθος κατάλληλο φορητές εφαρμογές • Μεγάλη ταχύτητα πληκτρολόγησης (εφαρμογή στη τήρηση δικαστικών πρακτικών) • Χρήση με το ένα μόνο χέρι (κατάλληλο για άτομα με αναπηρία στα άνω άκρα) • Μειονεκτήματα: • Μακροχρόνια εκπαίδευση για εκμάθηση

15. Τηλεφωνικά Πληκτρολόγια (Phone Padand T9 entry) • Αριθμητικά πλήκτρα με επαναληπτική πίεση των πλήκτρων: 2 – a b c 6 - m n o 3 - d e f 7 - p q r s 4 - g h i 8 - t u v 5 - j k l 9 - w x y z • Αρκετά γρήγορο! • Προβλεπτική πληκτρολόγηση • Πληκτρολόγηση κατά τα συνηθισμένα • Χρήση λεξικού (T9) για «πρόβλεψη» της λέξης μετά από τους πρώτους χαρακτήρες

16. 1 2 3 7 8 9 4 5 6 4 5 6 7 8 9 1 2 3 * 0 # 0 . = Αριθμητικό πληκτρολόγιο (Numeric keypad) • Για γρήγορη εισαγωγή αριθμών: • calculator, PC keyboard • Για τηλέφωνα telephone calculator

17. Πληκτρολόγια: Εργονομικά θέματα • Διάταξη του πληκτρολογίου • Αντισυμβατική (σε σχέση με τις διαδεδομένες μορφές) τοποθέτηση ορισμένων βασικών (μη αλφαριθμητικών) πλήκτρων: • Το πληκτρολόγιο που χρησιμοποιείται από τα PC της IBM επικρίθηκε σφοδρά • για την τοποθέτηση του πλήκτρου backslash(\) εκεί οι περισσότεροι αναμένουν το πλήκτρο SHIFT • την τοποθέτηση πολλών ειδικών χαρακτήρων κοντά στο πλήκτρο ENTER • Π.χ. Delete, Backspace • Τοποθέτηση καρπών και χεριών

18. Δεικτικές συσκευές mouse, touchpadtrackballs, joysticks

19. Δεικτικές συσκευές / συσκευές επιλογής • Επιλογή • Επιλογή από ένα σύνολο τιμών (menu, αρχεία σε κατάλογο, τμήματα μιας εφαρμογής, επιλογή σε εργαλεία CAD κλπ.) • Οριοθέτηση • Ο χρήστης επιλέγει μια θέση στο μονοδιάστατο, δισδιάστατο ή τρισδιάστατο χώρο (π.χ. δημιουργία ενός γραφικού αντικειμένου, τοποθέτηση ενός παραθύρου σε ένα σημείο) • Ορισμός κατεύθυνσης • Επιλογή κατεύθυνσης κίνησης, περιστροφή κλπ. • Καθορισμός μονοπατιού • Διαδοχή ενεργειών οριοθέτησης και ορισμού κατεύθυνσης με μεγάλη ταχύτητα (π.χ. δημιουργία γραμμών, καθορισμός διαδρομής σε χάρτη κλπ.) • Καθορισμός τιμών • Μονοδιάστατη κίνηση (scrolling), διαδικασίες αύξησης / μείωσης τιμών με προκαθορισμένο βήμα • Επεξεργασία κειμένου • Τοποθέτηση σε τμήμα κειμένου για προσθήκη, διαγραφή ή τροποποίηση χαρακτήρων

20. Δεικτικές συσκευές (ΙΙ) • Άμεσου Χειρισμού • Οθόνες Αφής (touch screens) • Φωτογραφίδες (light pen) • Έμμεσου Χειρισμού • Ποντίκι • Ιχνοσφαίρα (trackball) • Χειριστήριο (joystick) • Πίνακας ψηφιοποίησης (digitizingtablet) • touchpad • Πλήκτρα κίνησης δρομέα (cursorkeys)

21. Σύγκριση δεικτικών συσκευών • Εργονομία • Ταχύτητα κίνησης για μικρές και μεγάλες αποστάσεις • Ακρίβεια οριοθέτησης • Συχνότητα σφαλμάτων • Χρόνος εκμάθησης • Ικανοποίηση χρήστη • Άλλες παράμετροι • Κόστος • Διάρκεια ζωής • Όγκος, βάρος • Αριστερόχειρη ή δεξιόχειρη χρήση • Πιθανότητα πρόκλησης μυϊκών προβλημάτων • Συμβατότητα με άλλα συστήματα

22. Σύγκριση δεικτικών συσκευών (ΙΙ) • Μερικά Αποτελέσματα • Οι συσκευές άμεσου χειρισμού είναι ταχύτερες αλλά λιγότερο ακριβείς • Οι πίνακες ψηφιοποίησης είναι ελκυστικοί όταν ο χρήστης χρειάζεται να παραμείνει χωρίς πληκτρολόγιο για μεγάλα διαστήματα • Το ποντίκι είναι ταχύτερο από το χειριστήριο • Για εργασίες που περιλαμβάνουν συνδυασμό δακτυλογράφησης και χρήσης δεικτικών συσκευών οι χρήστες προτιμούν τα πλήκτρα κίνησης δρομέα από το ποντίκι • Η μυϊκή κούραση είναι χαμηλή για τα πλήκτρα κίνησης δρομέα

23. Ο νόμος του Fitt • Η απόδοση μιας δεικτικής συσκευής, δηλαδή ο χρόνος Τ που απαιτείται για να εστιάσει ένας χρήστης έναν δεδομένο στόχο πλάτους W, που βρίσκεται σε απόσταση D από την τρέχουσα θέση του δρομέα. • Ο εμπειρικός νόμος του Fitt υπολογίζει τον χρόνο αυτό σε δευτερόλεπτα: Τ = C1 + C2 log2 (2D/W)

24. Άσκηση Έστω δεικτική συσκευή με σταθερές του νόμου του Fitt: C1 = 0,2 , C2= 0,1. Να βρεθεί ο χρόνος που απαιτείται για εστίαση του δρομέα σε στόχο διαμέτρου 2 cm, που βρίσκεται σε απόσταση 10 cm από την τρέχουσα θέση του δρομέα. Τ = C1 + C2 log2 (2D/W)

25. Άλλες Συσκευές Cursor keys Touchpad Discrete positioning controls Eyegaze

26. Αναγνώριση κειμένου, ομιλίας Handwriting & Speech recognition

27. Σαρωτής (Scanner) • Μετατρέπει τα περιεχόμενα από χαρτί σε εικόνα • Τυπικές αναλύσεις 600–2400 dpi • Ευρεία Χρήση • Π.χ. Αποθήκευση εγγράφων σε ηλ. Μορφή

28. Αυτόματη Αναγνώριση • Αναγνώριση κειμένου • OCR • Αναγνώριση χειρογράφου • Paper –based interaction • Χαρακτήρων, κίνησης, πίεσης γραφής, κλπ

29. Πολυμέσα : ήχος Τεχνολογία αναγνώρισης ομιλίας Μηχανή που κατανοεί ανθρώπινη ομιλία : φυσική αλληλεπίδραση, διευκολύνει την επικοινωνία ατόμων με ειδικές ανάγκες (μυϊκές αναπηρίες, μειωμένη όραση) με τον υπολογιστή. Δυσκολίες λόγω της πολυπλοκότητας της ανθρώπινης ομιλίας (μεταφορικός λόγος, επαναλαμβανόμενα νοήματα, μη-δομημένος λόγος, δυσκολία αποτύπωσης παρα-λεκτικής πληροφορίας, ιδιαιτερότητας στη χροιά της φωνής διαφορετικών ομιλούντων υποκειμένων κλπ) • συστήματα αναγνώρισης διακριτών λέξεων και συστήματα αναγνώρισης συνεχούς λόγου. • συστήματα που εξαρτώνται από τον ομιλητή ή ανεξάρτητα ομιλητή.

30. Have speech interfaces come of age?

31. Συσκευές Εξόδου bitmap screens (CRT & LCD) large & situated displaysdigital paper, printers

32. Συσκευές Εξόδου • Μονάδες Απεικόνισης Εικόνων και Βίντεο • Οθόνες καθοδικού σωλήνα (CRT) • Οθόνες Υγρών Κρυστάλλων (LCD) • Οθόνες Πλάσματος (Plasma) • Μονάδες Απεικόνισης Χαρακτήρων • Δίοδοι εκπομπής φωτός (Light Emitting Diodes –LED) • Εκτυπωτές • Ακίδων (dot-matrix) • Ψεκασμού (inkjet) • Θερμικοί (thermal) ή συσκευές fax • Laser printers • Φωτογραφικοί (photographic)

33. Κρίσιμα χαρακτηριστικά στις οθόνες • Μέγεθος • Συχνότητα ανανέωσης (Refresh rate) • Δυνατότητα απεικόνισης κίνησης • Ανάλυση (Resolution) • Επιπεδότητα (flatness) • Ανάκλαση προσπίπτοντος φωτός • Αντίθεση χαρακτήρων και φόντου (Contrast between characters and background) • Φωτεινότητα (Brightness) • Τρεμόπαιγμα (Flicker) • Οξύτητα ακμών και γραμμών (sharpness) • Σχηματισμός χαρακτήρων (character formation) • Ανοχή στις δονήσεις (Tolerance for vibration)

34. Αναγνωσιμότητα κειμένου σε οθόνες • Η συνήθης ταχύτητα ανάγνωσης από έντυπο υλικό είναι 200-300λέξεις ανά λεπτό. • Σύμφωνα με διάφορες έρευνες η ανάγνωση δεν προκύπτει απόομαλή κίνηση των οφθαλμών κατά μήκους του κειμένου, αλλάαντιθέτως παρατηρούνται φαινόμενα παλινδρόμησης, διαδοχικέςεστιάσεις και επιταχύνσεις επί του κειμένου από τον αναγνώστη. • Από μελέτες του φαινομένου έχει προκύψει ότι η αναγνωσιμότητακειμένου (ταχύτητα ανάγνωσης και αριθμός σφαλμάτων ανάγνωσης)από την οθόνη είναι κατά 30% μειωμένη έναντι ανάγνωσης του ιδίουκειμένου από έντυπο.

35. Η μειωμένη ποσότητα κειμένου στην οθόνη έναντι του εντύπου η γωνία ανάγνωσης περιορίζεται από τη σχετική θέση οθόνης-αναγνώστη η μειωμένη συγκέντρωση των χρηστών λόγω του νέου μέσου ο αριθμόςχαρακτήρων και λέξεων ανά γραμμή το χρώμα και η χρωματική αντίθεση τα διαστήματα μεταξύ χαρακτήρων και γραμμών το μήκος γραμμών η γραμματοσειρά. Αιτίες χαμηλής αναγνωσιμότητας

36. Λέξεις με κεφαλαία γράμματα είναι κατά 20% πιο δυσανάγνωστες από τις ίδιες λέξεις με μικρά Κανονικές γραμματοσειρές (χωρίς έντονους ή πλάγιους χαρακτήρες) με έμφαση στις προεξοχές των χαρακτήρων. (serifκαλύτερο από sans serif) Η χρήση κενού χώρου σε μια σελίδα κειμένου είναι θετικός παράγων. Η απόσταση μεταξύ των χαρακτήρων πρέπει να είναι περίπου 10% της απόστασης μεταξύ των λέξεων. Η απόσταση μεταξύ γραμμών τουλάχιστον 50% του ύψους των γραμμάτων που χρησιμοποιούνται. 8-15 λέξεις ανά γραμμή είναι ο βέλτιστος αριθμός για καλή αναγνωσιμότητα. Το κείμενο θα πρέπει να χωρίζεται σε παραγράφους μεγέθους 3-5 γραμμών. Οδηγίες αναγνωσιμότητας

37. Ενσωματωμένες οθόνες (situated displays) • Σε δημόσιους χώρους • Μικρές η μεγάλες large or small • Για μικρή ομάδα η πολλούς ανθρώπους • Για παρουσίαση μόνο • Για πληροφόρηση σχετικά με την τοποθεσία • Ή για αλληλεπίδραση • Χρησιμοποίηση οθόνης επαφής • Σε όλες τις περιπτώσεις, η τοποθεσία είναι σημαντική • Η σημασία της πληροφορίας και της αλληλεπίδρασης σχετίζεται με την τοποθεσία

38. Hermes a situated display • small displays beside office doors • handwritten notes left using stylus • office owner reads notes using web interface small displaysbesideoffice doors handwritten notes leftusing stylus office ownerreads notesusing web interface

39. Ηλεκτρ. Χαρτί (Digital paper) • Τι είναι; • Λεπτό εύκαμπτο φύλλο • Ανανεώνεταιηλεκτρονικά

40. Τεχνολογία ηχητικής εξόδου Παραγωγή ηχητικής εξόδου • Σύνθεση ομιλίας • Φυσικοί ήχοι • Μουσικοί ήχοι • Συνθετικοί ήχοι με κατάλληλη σημασιολογία

41. Σύνθεση ομιλίας • Διασύνδεση προ-ηχογραφημένων αποσπασμάτωνανθρώπινης ομιλίας (concatenatedspeech). Τα αποσπάσματα αυτά μπορεί να αφορούν είτε ολόκληρες προτάσεις, λέξεις ή στοιχειώδεις συλλαβές. • Π.χ. Πληροφορίες Καταλόγου • Σύνθεση ομιλίας από στοιχειώδη φωνήματα με βάση φωνητικούς κανόνες • Τα φωνήματα είναι οι διακριτοί ήχοι που χρησιμοποιούνται σε μια γλώσσα, δεν αντιστοιχούν δε απαραίτητα στα γράμματα της γλώσσας. Για παράδειγμα το φώνημα i μπορεί να παραχθεί από διαφορετικούς συνδυασμούς γραμμάτων και διφθόγγων, ενώ το γράμμα ψ αντιστοιχεί σε δύο φωνήματα <p,s>. Υπάρχουν 33 φωνήματα στην ελληνική γλώσσα και 40 στην αγγλική.

42. Εφαρμογές ηχητικής εξόδου • ηχοποίηση συμβάντων σε γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης • ο χρήστης αδυνατεί να παρακολουθήσει την οθόνη αφού είναι απασχολημένος σε άλλη δραστηριότητα (οδηγοί, πιλότοι, χειρουργοί κλπ.) • περιπτώσεις συνεχούς παρακολούθησης διεργασιών, όπου ήχοι χρησιμοποιούνται για επισήμανση εξαιρετικών συμβάντων • εφαρμογές για χρήστες με δυσκολίες στην όραση • ηχοποίηση δεδομένων ή αλγορίθμων.

43. Εικονική πραγματικότητα virtual reality and 3D interaction

44. Εικονική πραγματικότητα • Αναγκαίο όταν η πραγματικότητα είναι απροσπέλαστη (π.χ. εχθρική χώρα, μακρινός πλανήτης, περιβάλλον υψηλής ραδιενέργειας), ή επικίνδυνη για πειραματισμό και εκπαίδευση (προσομοιωτές πτήσης), ή είναι διαφορετικών διαστάσεων για τις ανθρώπινες εμπειρίες (ατομικός και μοριακός κόσμος, ή πλανητικό σύμπαν). • Τεχνολογίες: • συστήματα ολικής εμβάπτισης του χρήστη (immersion systems) • Με Head-mounted display • Με ειδικά γάντια (dataglove) • Με φόρμα (datasuite) που καταγράφουν τις κινήσεις του • επιτραπέζια συστήματα (desktop VR systems)

45. VR headsets • small TV screen for each eye • slightly different angles • 3D effect

46. Νόσος Κίνησης Εικονικής Πραγματικότητας (VR motion sickness) • Καθυστέρηση χρόνου (time delay) • Καθυστέρηση συγχρονισμού προβολής εικόνας με την κίνηση των ματιών • Αντίληψη Βάθους (depth perception) • Σύγκρουση γωνίας ματιών με εστίαση

47. Προσομοιωτές και Εικονικές Σπηλιές (simulators and VR caves) • Σκηνές προβαλλόμενες σε τοίχο • Ρεαλιστικό περιβάλλον • Αληθινοί έλεγχοι • Συμμετέχουν και άλλοι άνθρωποι • Υδραυλική κίνηση

48. Άσκηση στην Τάξη Ποιες από τις παρακάτω είναι κατά τη γνώμη σας περιοχές εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας και δώστε από ένα παράδειγμα. • εκπαίδευση, • τηλε-εργασία, • σχεδίαση, • εφαρμογές για άτομα με ειδικές ανάγκες, • ιατρική, • στρατιωτικές εφαρμογές.

49. physical controls, sensors etc. special displays sound, touch, feel, smell physical controls environmental and bio-sensing

50. Touch, feel, smell • touch and feeling important • in games … vibration, force feedback • in simulation … feel of surgical instruments • called haptic devices • texture, smell, taste • current technology very limited