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1 ACT-R Anwedungen in der Mensch- Maschine-Interaktion Referat von Dorothea Kintz Seminar: Einführung in die kognitive Modellierung mit ACT-R Wintersemester.

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1 1 ACT-R Anwedungen in der Mensch- Maschine-Interaktion Referat von Dorothea Kintz Seminar: Einführung in die kognitive Modellierung mit ACT-R Wintersemester 07/08 Leitung: Sven Brüssow

2 2 Inhalt Mensch-Maschine-Interaktion Mensch-Maschine-Interaktion ACT-R in der MMI ACT-R in der MMI –Entwurf und Evaluation von MM-Schnittstellen Exkurs: Software-Technik Exkurs: Software-Technik Rapid Prototyping Rapid Prototyping Simulation statt Prototyp Simulation statt Prototyp Zusammenfassung Zusammenfassung

3 3 Mensch-Maschine-System

4 4 Mensch-Maschine-System Mensch-Maschine-Interaktion: Mensch-Maschine-Interaktion: –Häufig verstanden als Wissenschaftsdisziplin, die sich mit der benutzergerechten Gestaltung von Maschinen beschäftigt Mensch-Maschine-System Mensch-Maschine-System Mensch-Maschine-Schnittstelle Mensch-Maschine-Schnittstelle

5 5 Mensch-Maschine-Systeme

6 6 Exkurs Entwickelt ein Robotersystem Entwickelt ein Robotersystem Regale Paletten

7 7 Exkurs Welche Fragen wurden zu Beginn gestellt? Welche Leitfragen halfen beim Entwurf? Welche Fragen wurden zu Beginn gestellt? Welche Leitfragen halfen beim Entwurf? –Aufgabenstellung –Teilaufgaben Was wurde bei der Entwicklung beachtet? Was wurde bei der Entwicklung beachtet? –Funktionalität –Effizienz –Zuverlässigkeit –…–…–…–…

8 8 Softwaretechnik Um Qualität zu gewährleisten, müssen die einzelnen Phasen des Entwurfsprozess getestet werden: Um Qualität zu gewährleisten, müssen die einzelnen Phasen des Entwurfsprozess getestet werden:

9 9 Softwaretechnik Fehler in SW- Projekten Fehler in SW- Projekten 46 % Spezifikation Implemetierung Kommentare Fast die Hälfte aller Fehler beruht auf falschem Verständnis – in frühen Entwicklungsphasen!

10 10 Kostenschätzung Wie teuer wird ein Projekt? Wie teuer wird ein Projekt? Anforderungen aus dem Hochbau: Anforderungen aus dem Hochbau: –Kostenschätzung: 20 – 25 % Genauigkeit (für die Vorplanung) –Kostenberechnung: 10-15% Genauigkeit (für die Entwurfsplanung) –Kostenanschlag: 5-10% Genauigkeit (für Ausführungsplanung und als Grundlage für Vergabe) Mensch-Maschine-System: ??? Mensch-Maschine-System: ???

11 11 Entwicklung von Prototypen

12 12 CogTool Ziel: Mehrzweck-Prototypen für die Bewertung von Benutzerschnittstellen im Bereich Pervasive Computing Ziel: Mehrzweck-Prototypen für die Bewertung von Benutzerschnittstellen im Bereich Pervasive Computing Pervasive Computing: Pervasive Computing: –Allgegenwärtigkeit von Informationsverarbeitung

13 13 HTML-Prototypen Erlauben einfaches What-you-see-is-what-you- get –Design z.B: via Dreamweaver Erlauben einfaches What-you-see-is-what-you- get –Design z.B: via Dreamweaver Zur Kommunikation von Design-Ideen geeignet Zur Kommunikation von Design-Ideen geeignet Geeignet, um Schwierigkeiten für ungeübte Benutzer herauszufinden Geeignet, um Schwierigkeiten für ungeübte Benutzer herauszufinden Nicht geeignet für Leistungsvorhersagen Nicht geeignet für Leistungsvorhersagen

14 14 Vorhersage menschl. Leistung Viele Modelle zur Auswahl Viele Modelle zur Auswahl –Model Human Processor –Key-Stroke-Level-Models (siehe Folie 15) –GOMS (siehe Folie 24) –Kognitive Architekturen (ACT-R) Möglichkeiten zur Modellierung Möglichkeiten zur Modellierung –Manuell –Computergestützt mit gefakter Interaktion –Computergestützt mit reeller Interaktion

15 15 KLM

16 16 KLM - Funktion Annahme sequentieller Verarbeitung Annahme sequentieller Verarbeitung Gesamtaufgabenzeit: Addition der Teilaufgaben Gesamtaufgabenzeit: Addition der Teilaufgaben Mentaler Operator: an Widgets des Interface gekoppelt Mentaler Operator: an Widgets des Interface gekoppelt

17 17 Vorteile durch ACT-R Bietet detaillierte Beschreibung menschlicher Wahrnehmung, Kognition und Performanz. Bietet detaillierte Beschreibung menschlicher Wahrnehmung, Kognition und Performanz. Theorien zu Augenbewegung, Aufmerksamkeit, visuelle Aufmerksamkeit, Motor Ausführung … Theorien zu Augenbewegung, Aufmerksamkeit, visuelle Aufmerksamkeit, Motor Ausführung … ACT Simple verbindet Einfachheit von KLM mit sowie Vorsagefähigkeit von ACT-R ACT Simple verbindet Einfachheit von KLM mit sowie Vorsagefähigkeit von ACT-R Multitasking: Kombination einfacher Tasks via ACT-R Umschalten Multitasking: Kombination einfacher Tasks via ACT-R Umschalten

18 18 Benutzung von CogTool Theorien zu menschl. Kognition gekapselt Designer braucht kein Wissen darüber Theorien zu menschl. Kognition gekapselt Designer braucht kein Wissen darüber Designer stellt über WYSIWYG HTML-Prototypen zusammen – CogTool sorgt für Kommunikation zu CogTool und ACT-R Designer stellt über WYSIWYG HTML-Prototypen zusammen – CogTool sorgt für Kommunikation zu CogTool und ACT-R Designer demonstriert gewünschtes Verhalten – CogTool zeichnet dieses auf, speziell die Interaktionen Designer demonstriert gewünschtes Verhalten – CogTool zeichnet dieses auf, speziell die Interaktionen CogTool übersetzt Demonstration auf gewünschte Schnittstelle CogTool übersetzt Demonstration auf gewünschte Schnittstelle

19 19 Benutzung von CogTool CogTool platziert Mentale Operatoren an die richtigen Stellen CogTool platziert Mentale Operatoren an die richtigen Stellen Modell in ACT-R wird erstellt Modell in ACT-R wird erstellt ACT-R interagiert direkt mit HTML- Prototyp, ACT-R interagiert direkt mit HTML- Prototyp,

20 20 Beispiel: Autofahrt

21 21 Beispiel: Autofahrt Vergleich CogTool - echter Mensch Vergleich CogTool - echter Mensch

22 22 Simulation der Interaktion

23 23 Vorteil Simulation Schon in frühen Phasen möglich, wenn lediglich Modelle der Prozesse zut Verfügung stehen Schon in frühen Phasen möglich, wenn lediglich Modelle der Prozesse zut Verfügung stehen

24 24 Hierarchische Aufgabenanalyse GOMS GOMS –Entwickelt 1983 von Card, Moran und Newell –Goals: Ziele, die erreicht werden sollen –Methods: Methoden, mit den die Ziele erreicht werden können –Operators: kleine Schritte, die einen Unterschied bewirken, haben durchschnittliche Bearbeitungszeit –Selection Rules: Regeln zur Auswahl der geeigneten Methoden

25 25 GOMS Ansätze: Ansätze: –Sequentiell –Programmform GOMS-Modelle GOMS-Modelle –KLM –CMN-GOMS –NGOMSL –CPM-GOMS

26 26 GOMS - Eigenschaften Nach der Bestimmung der GOMS findet Auswertung statt – bestimmbar: Nach der Bestimmung der GOMS findet Auswertung statt – bestimmbar: –Leistung erfahrener Benutzer –Zeit zum Lernen von Methoden –Wahrscheinlichkeit für Gedächtnisfehler –Kostenkalkulation für Subsystem Mensch möglich –Notwendigkeit eines Redesigns des Systems –Qualität des Designs

27 27 GOMS - Eigenschaften Nachteile und Einschränkungen Nachteile und Einschränkungen – GOMS gilt für erfahrene Benutzer –Kognitive Prozesse werden wenig beachtet –Keine Beachtung von Arbeitslast –Keine Modellierung von Ermüdung –Zielkonflikte bleiben unbeachtet

28 28 Vorteile kognitiver Architekturen Phänomenübergreifende Modellierung Phänomenübergreifende Modellierung Basieren auf kognitionswissenschaftlich begründeten Strukturen und Mechanismen Basieren auf kognitionswissenschaftlich begründeten Strukturen und Mechanismen Forschergemeinde Forschergemeinde Sehr gute Bausteine für Gedächtnisleistungen und Wahrnehmung Sehr gute Bausteine für Gedächtnisleistungen und Wahrnehmung

29 29 Verarbeitung von Zeit Menschliche Fähigkeit, Zeit einzuschätzen, unterliegt starken Schwankungen Menschliche Fähigkeit, Zeit einzuschätzen, unterliegt starken Schwankungen Erweiterung einer kognitiven Architektur um generischen Baustein zur Dauerschätzung Erweiterung einer kognitiven Architektur um generischen Baustein zur Dauerschätzung

30 30 Timebuffer

31 31 Situation ACT-RExternes Programm

32 32 AGI ACT-R Graphical User Interface ACT-R Graphical User Interface –Abstraktion innerhalb der kognitiven Simulation ACT-RExternes Programm AGI

33 33 agimap Steigerung der Modellierungseffizienz Steigerung der Modellierungseffizienz ACT-RExternes Programm AGI agimap

34 34 Agimap-Framework

35 35 ACT-R als Werkzeug zur SW-Entwicklung

36 36 Nutzung der Tools

37 37 Zusammenfassung CogTool: Benutzen von ACT-R für so genanntes Rapid Prototyping CogTool: Benutzen von ACT-R für so genanntes Rapid Prototyping GOMS : Werkzeug zur Aufgabenanalyse GOMS : Werkzeug zur Aufgabenanalyse Erweiterung von ACT-R zur Verbesserung der Simulation Erweiterung von ACT-R zur Verbesserung der Simulation –Timer –AGI –agimap

38 38 Literatur Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die Erstellung kognitiver Nutzermodelle Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die Erstellung kognitiver Nutzermodelle Urbas & Leuchter: Model Based Analysis and Design of Human- Machine-Dialogues through Displays Urbas & Leuchter: Model Based Analysis and Design of Human- Machine-Dialogues through Displays John & Salvucci (2004): Multipurpose Prototypes for Assessing User Interfaces in Pervasive Computing Systems, in IEEE Pervasive Computing, John & Salvucci (2004): Multipurpose Prototypes for Assessing User Interfaces in Pervasive Computing Systems, in IEEE Pervasive Computing, Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06 Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06 Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User Interface mittels Goms, /uebung2-kunze.html Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User Interface mittels Goms, /uebung2-kunze.html Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes, Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes,

39 39 GOMS -Beispiele KLM: Moving text with the MENU-METHOD KLM: Moving text with the MENU-METHOD CMN –GOMS CMN –GOMS –GOAL: EDIT-MANUSCRIPT. GOAL: EDIT-UNIT-TASK...repeat until no more unit tasks.. GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK...if task not remembered DescriptionOperator Duration (sec) Mentally prepare by Heuristic Rule 0 M1.35 Move cursor to beginning of phrase P1.10 Click mouse button K0.20

40 40 GOMS - Beispiele NGOMSL NGOMSL –Method for goal: Move text 1 Step 1. Accomplish goal: Cut text. 1 Step 2. Accomplish goal: Paste text 1 Step 3. Return with goal accomplished. 1


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