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

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

Mensch-Maschine-System

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

Mensch-Maschine-Systeme

Exkurs Entwickelt ein Robotersystem Regale Paletten

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

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

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

Kostenschätzung Wie teuer wird ein Projekt? 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: ???

Entwicklung von Prototypen

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

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

Vorhersage menschl. Leistung 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 Manuell Computergestützt mit gefakter Interaktion Computergestützt mit reeller Interaktion

KLM

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

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

Benutzung von CogTool 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 demonstriert gewünschtes Verhalten – CogTool zeichnet dieses auf, speziell die Interaktionen CogTool übersetzt Demonstration auf gewünschte Schnittstelle

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

Beispiel: Autofahrt

Beispiel: Autofahrt Vergleich CogTool - echter Mensch

Simulation der Interaktion

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

Hierarchische Aufgabenanalyse 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

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

GOMS - Eigenschaften 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

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

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

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

Timebuffer

Situation Externes Programm ACT-R

AGI ACT-R Graphical User Interface Externes Programm ACT-R AGI ACT-R Graphical User Interface Abstraktion innerhalb der kognitiven Simulation

agimap Steigerung der Modellierungseffizienz Externes Programm ACT-R

Agimap-Framework

ACT-R als Werkzeug zur SW-Entwicklung

Nutzung der Tools

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

Literatur Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die Erstellung kognitiver Nutzermodelle 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, Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06 Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User Interface mittels Goms,http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/mmi_ws0506/essays/uebung2-kunze.html Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes, http://ei.cs.vt.edu/~cs5724/g2/

GOMS -Beispiele KLM: Moving text with the MENU-METHOD CMN –GOMS GOAL: EDIT-MANUSCRIPT . GOAL: EDIT-UNIT-TASK ...repeat until no more unit tasks . . GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK ...if task not remembered Description Operator Duration (sec) Mentally prepare by Heuristic Rule 0 M 1.35 Move cursor to beginning of phrase P 1.10 Click mouse button K 0.20

GOMS - Beispiele 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