Blickbewegungsmuster in der Mensch-Maschine-Interaktion Ergebnisse einer Literaturrecherche Oliver Dannat Informatikseminar „Usability Engineering“ Sommersemester 2001

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Inhalt Motivation Einleitung Hand-Auge-Koordination Augenbewegungsmuster Fazit und Ausblick 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Motivation

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Motivation Ausgangssituation (vereinfacht): Usability-Test (ggf. mit Aufzeichnung der Mauspositionen und Blickbewegungen des Testers) mit Beobachtung des Testers. Befragen des Testers und Auswertung der gesammelten Daten. Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit des Produktes. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Motivation Zielsituation (vereinfacht): Usability-Test mit Aufzeichnung der Mauspositionen und Blickbewegungen des Testers. Analyse der gesammelten Daten, Erkennen von Mustern und Vergleich dieser mit vorhandener Basis von bekann-ten Mustern. Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit des Produktes. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Motivation Vorteile der Zielsituation: Anwender (Tester) werden entlastet Daten lassen sich automatisch auswerten und klassifizieren Erfassung von objektiven und quantitativen Daten Zeit- und Kostenersparnis 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Motivation Schwierigkeiten: Erkennen signifikanter Maus- und/oder Augenbe-wegungen Definition von Mustern Zuordnung der Muster zu Problemsituationen des Nutzers, wie zum Beispiel Unruhe oder Hilflosigkeit. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Art der Recherche Charakterisierung der Ergebnisse Einleitung Art der Recherche Charakterisierung der Ergebnisse

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Art der Recherche hauptsächlich mit Hilfe des Internet: http://www.google.de Suchmaschine, mit der Möglichkeit, auch PDF-Dateien zu durchsuchen. http://citeseer.nj.nec.com/cs Verzeichnis von wissenschaftlichen Arbeiten zu verschiedenen Themen. kein Anspruch auf Vollständigkeit 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Erwartungen an die Ergebnisse Gesucht werden Muster, die die Augenbewegungen eines Nutzers und die Bewegungen der Maus durch den Nutzer bei der Interaktion mit einer grafischen Nutzerschnittstelle (GUI) beschreiben. Diese Muster sollen möglichst allgemein gültig sein. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Erwartungen an die Ergebnisse Gesucht wird eine Abbildung der gefundenen Muster auf Problemsituationen eines Nutzers bei der Inter- aktion mit dem GUI. Daraus könnte man dann auf die Gebrauchstauglich- keit des GUI schließen. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Charakterisierung der Ergebnisse Es wurden keine Artikel gefunden, die genau die gewünschten Ergebnisse liefern. Es gibt ein komm. Projekt, das versucht die Bewe- gungen der Augen auf mentale Prozesse abzubilden: Advanced Eye Interpretation Project http://eyetracking.stanford.edu Bisher keine Ergebnisse veröffentlicht. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Charakterisierung der Ergebnisse viele Arbeiten zu folgenden Themen: Eye-Tracking Techniken und Hardware Visualisierung von Eye-Tracking-Daten Augenbewegungen beim Lesen bzw. beim Lösen von (Rechen)Aufgaben Interaktion mit dem Computer über Augen-bewegungen (Augenmaus) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Charakterisierung der Ergebnisse Die Arbeiten, bei denen Muster in den Maus- und Augenbewegungen gefunden wurden, waren meist sehr speziell. Die nachfolgend näher vorgestellten Artikel bezie- hen sich daher immer auf bestimmte Aufgabenstel- lungen, wie das Finden von Menüeinträgen oder das Suchen von Objekten. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Hand-Auge-Koordination Artikel, der Zusammenhänge zwischen Maus- und Augenbewegungen untersucht

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Artikelbeschreibung „Hand Eye Coordination Patterns in Target Selection“ Barton A. Smith, Janet Ho, Wendy Ark und Shumin Zhai IBM Almaden Research Center in San Jose 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ziel und Testaufgaben Ziel der Untersuchung: Testen der Performance von Eingabegeräten (Maus, Touchpad und Pointing Stick®) 2 Aufgaben: Anklicken von Paaren von Objekten (reciprocal pointing task) Anklicken von zufällig erscheinenden Objekten (random pointing task) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Verlauf und Ergebnis Verlauf der Untersuchung: 24 Tester bearbeiteten die 2 Aufgaben jeweils 90 mal. die Positionen der Maus und die Blickpositionen der Tester während der Abarbeitung wurden aufgezeichnet. Ergebnis der Untersuchung: mit der Maus erfolgte die Interaktion am schnellsten, danach folgt der Pointing Stick® und mit dem Touch-pad dauerte es am längsten. 3 Muster der Hand-Auge-Koordination wurden gefunden. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Mustererkennung In den Testdaten war anfangs keine Struktur erkennbar. Die Tester verwendeten viele verschiedene Strategien, häufig auch mit dem selben Eingabegerät. Muster ergaben sich, als die Blickpositionen in Beziehung zu den Mauspositionen und der Zielposition gesetzt wurden. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI erkannte Muster: Blick folgt dem Cursor zum Ziel Cursor und Blick bewegen sich miteinander Richtung Ziel. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Blick folgt dem Cursor zum Ziel Diagramm zeigt Euklidische Distanz von Blickpunkt und Mausposition zum Ziel. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI erkannte Muster: Blick folgt dem Cursor zum Ziel Cursor und Blick bewegen sich miteinander Richtung Ziel. Blick führt den Cursor zum Ziel Zuerst Cursor und Blick konstant, dann bewegt sich der Blick schnell in die Nähe des Ziels und der Cursor folgt. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Blick führt Cursor zum Ziel Diagramm zeigt Euklidische Distanz von Blickpunkt und Mausposition zum Ziel. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI erkannte Muster: Blick folgt dem Cursor zum Ziel Cursor und Blick bewegen sich miteinander Richtung Ziel. Blick führt den Cursor zum Ziel Zuerst Cursor und Blick konstant, dann bewegt sich der Blick schnell in die Nähe des Ziels und der Cursor folgt. Blick wechselt zwischen Cursor und Ziel Wenn sich der Cursor das erste Mal bewegt, ist das Auge schon in der Nähe des Ziels, dann bewegt sich der Cursor mit hoher Geschwindig- keit in die Nähe des Ziels und dann langsamer bis zum Ziel, während der Blick vom Ziel zum Cursor wechselt. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Blick wechselt zw. Cursor und Ziel Diagramm zeigt Euklidische Distanz von Blickpunkt und Mausposition zum Ziel. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Augenbewegungsmuster Artikel, die untersuchen, wie sich die Augen bei der Lösung bestimm- ter Aufgaben bewegen

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Artikelbeschreibung „101 Spots, or How Do Users Read Menus“ (1998) Antti Aaltonen, Aulikki Hyrskykari und Kari-Jouko Räiha Department of Computer Science University of Tampere (Finland) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ziel und Testaufgaben Ziel der Untersuchung: Test, wie Nutzer lineare (Pulldown-)Menüs lesen und durchsuchen (systematisch oder zufällig) 2 Aufgaben: Selektion eines vorgegebenen Menüeintrages (selecting task) Suchen eines Menüeintrages, der Antwort auf eine gestellte Frage ist und Selektion dieses (reading task) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Verlauf Verlauf der Untersuchung: 20 Tester bearbeiteten die Aufgabe 1 jeweils 60 mal und Aufgabe 2 jeweils 41 mal. die Mausereignisse (Menü und -eintrag) und die Blickpositionen der Tester wurden aufgezeichnet. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Augenbewegungen: selecting task: fast gerade vertikale Linie bis zum Ziel reading task: Fixation bei fast jedem Menüeintrag, aber selten mehr als eine Fixation auf einem Niveau (außer bei langen Menüeinträgen) Es erfolgt keine zufällige Suche. Es werden unterschiedliche Suchstrategien verwen-det, sowohl vom gleichen Tester als auch von Ex-perten und Anfängern. sweeps 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse sweeps: Sequenzen von Augenbewegungen in die gleiche Richtung down-sweep beginnt mit Sakkade nach unten up-sweep beginnt mit Sakkade nach oben down-sweeps sind länger als up-sweeps, sowohl in der Länge als auch in der Dauer erste sweep ist meist am längsten 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Beziehung zw. Mausposition und Blickpunkt: Mauscursor ist Lesehilfe und wandert mit dem Blick von Menüeintrag zu Menüeintrag. Mauscursor verharrt über dem Menütitel und die Suche erfolgt nur mit den Augen. Mauscursor dient als Marker für bisher am besten passenden Menüeintrag. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Artikelbeschreibung „Eye Tracking the Visual Search of Click-Down Menus“ Michael D. Byrne, John R. Anderson, Scott Douglass und Michael Matessa Psychology Department Carnegie Mellon University, Pittsburgh 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ziel und Testaufgaben Ziel der Untersuchung: Test, wie Nutzer (Clickdown-)Menüs lesen und durchsuchen Verifikation vorhandener Modelle, die das Nutzerverhalten beschreiben bzw. vorhersagen Aufgabe: Suchen und Selektion eines vorgegebenen Menüeintrages 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Das EPIC – Modell* Vorhersagen: Augenbewegungen folgen einem Muster, das zu 50% aus Top-to-Bottom-Suche und zu 50% aus zufälliger Suche besteht. Die Augen des Nutzers bewegen sich in festen Abständen, da jeder Menüeintrag untersucht wird. Das Auge bewegt sich meist über das Ziel hinaus, da mehrere Einträge gleichzeitig verarbeitet werden. Es finden keine Mausbewegungen statt, bis das Ziel gefunden wurde. * Hornof, Kieras: „Cognitive modeling reveals menu search is both random and systematic“ (1997) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Das ACT-R – Modell* Vorhersagen: Die Augen bewegen sich nur Top-to-Bottom. Die Augen des Benutzers bewegen sich nicht in festen Abständen. Sie variieren von Menü zu Menü und von Versuch zu Versuch. Das Auge bewegt sich nie über das Ziel hinaus. Mausbewegungen finden auch schon statt, bevor das Ziel gefunden wurde - sie folgen den Blickbewegungen. * Anderson, Matessa, Libiere : „ACT-R: A theory of higher level cognition and its relation to visual attention“ (1997) 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Verlauf Verlauf der Untersuchung: 11 Teilnehmer bearbeiteten jeweils 108 Aufgabenstellungen die Mausereignisse (Menü und -eintrag) und die Blickpositionen der Teilnehmer wurden aufgezeichnet. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Augenbewegungen: Es werden mehr Fixationen benötigt, um Menüeinträge zu finden, die sich weiter unten im Menü befinden. (Ü) Die Initialfixation ‚trifft‘ meist auf einen der ersten 3 Menüeinträge (bevorzugt auf den ersten) (kÜ) Menüeinträge in der Mitte des Menüs werden bei der Suche übersprungen (keine Fixation) (kÜ) (k)Ü - (keine)Übereinstimmung mit den Modellen 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Mausbewegungen: Weniger ‚Mousefixationen‘ als Augenfixationen 2 Strategien: Maus wird nicht bewegt, bis das Ziel gefunden ist. Maus bewegt sich mit den Augen 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Zusammenfassung: Top-to-Bottom Suchstrategie. Einige Einträge werden übersprungen. Verletzung der Top-to-Bottom Strategie durch Backtracking, falls gesuchter Eintrag überlesen wurde. Modelle beschreiben das Verhalten des Nutzers nicht genau genug. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Artikelbeschreibung „ Effects of Structural Support on Knowledge Acquisition and Navigation in Hypertext“ Jacqueline Waniek, Anja Naumann und Josef Krems Chemnitz University of Technology 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ziel und Testaufgaben Ziel der Untersuchung: Test, ob Strukturierung eines Hypertext-Dokumentes das Verständnis, die Navigation innerhalb des Doku-mentes und die Augenbewegungen beim Lesen beeinflussen. Aufgabe: Lesen eines Dokumentes und Beantwortung von Fragen zum Verständnis des Textes. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Testaufbau Dokumenttypen: Linearer Text. Am Ende der Seiten befinden sich Vor- und Zurück-Buttons mit denen navigiert wird. Text mit einem Inhaltsverzeichnis links neben dem Text. Die Navigation erfolgt wiederum über die Vor- und Zurück-Buttons. Text mit einem Inhaltsverzeichnis links neben dem Text. Die Navigation erfolgt über das Inhaltsver-zeichnis (Hyperlinks). 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Verlauf und Ergebnis Verlauf der Untersuchung: 49 Tester lasen das Dokument jeweils in einer der 3 Ausführungen (zufällige Auswahl). Die Navigationsoperationen und die Blickpositionen der Tester wurden aufgezeichnet. Ergebnis der Untersuchung: Keine Unterschiede im Textverständnis festgestellt. Es wurden verschiedene Strategien bei der Navigation verwendet. Verschiedene Augenbewegungen in Abhängigkeit vom Dokumenttyp. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Navigationsstrategien: Lesen des Textes in der Reihenfolge der Darbietung. Lesen des Textes in der Reihenfolge nach eigenem Verständnis. Lesen des Textes mit Springen zwischen den einzelnen Kapiteln (ohne feste Reihenfolge nach 1. oder 2.) Mehrfaches Lesen des Textes in Verbindung mit 1., 2. oder 3. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Augenbewegungen: Dokument wurde zur Untersuchung in 4 Teile geteilt (linke Seite mit Inhaltsverzeichnis, Titel, Text, Navigation) Je nach Dokumenttyp unterscheiden sich die Zeiten, in denen die Tester ihre Augen innerhalb der einzelnen Teile bewegten (zum Beispiel dadurch, dass bei Typ 3 innerhalb des Inhaltsverzeichnisses navigiert wird). 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ergebnisse Augenbewegungen: 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Fazit und Ausblick

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Fazit gewünschte Zielsituation (vereinfacht): Usability-Test mit Aufzeichnung der Mauspositionen und Blickbewegungen des Testers. Analyse der gesammelten Daten, Erkennen von Mustern und Vergleich dieser mit vorhandener Basis von bekann-ten Mustern. Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit des Produktes. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Fazit Ergebnisse der Recherche sind nicht ausreichend, um Zielsituation zu erreichen. Die erkannten Muster von Augen- und Mauscursor- bewegungen sind an spezielle Aufgaben gebunden und können daher nicht einfach verallgemeinert werden. Sie können in diesen speziellen Aufgabenstellungen aber möglicherweise als „Normalfall“ des Nutzer- verhaltens angesehen werden und Abweichungen davon als „Problemfall“. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Fazit Es sind also weitere Untersuchungen notwendig, um allgemeingültige Muster zu ermitteln. Anforderungen an diese Tests: Test sollte so aufgebaut sein, dass er möglichst viele verschiedene Aufgaben für den Tester enthält, damit allgemeine Aussagen getroffen werden können. Testteilnehmer sollten aus allen möglichen Nutzergruppen stammen. Es sind 2 Varianten von Tests denkbar. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Fazit Variante 1: Bearbeitung einfacher Aufgaben, die ohne Probleme gelöst werden können. Aus den dabei aufgezeichneten Augen- und Mausbewegungsdaten können dann Muster für ein „normales“ Nutzerverhalten abgeleitet werden. Abweichungen von diesen Mustern deuten dann auf Problemsituationen hin. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Fazit Variante 2: Bearbeitung von Aufgaben, die Probleme bereiten, wie zum Beispiel das Suchen von nicht vorhandenen Objekten. Aus den dabei aufgezeichneten Augen- und Mausbewegungsdaten können dann Muster für das Verhalten in Problemsituationen abgeleitet werden. Da es sicherlich unmöglich ist alle Problemsituatio- nen zu simulieren, ist Variante 1 möglicherweise leichter realisierbar. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI

Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI Ausblick weitere zu untersuchende Fragestellungen: Was beeinflusst das Verhalten des Nutzers? (Farben und Formen von Interaktionselementen etc.) Können die gefundenen Muster eindeutig einer Problemsituation zugeordnet werden, oder gibt es hier Unterschiede zwischen einzelnen Nutzern? Lässt sich der Prozess der Mustererkennung und Problemsituationszuordnung automatisieren oder gehen dabei Details verloren, die wichtig sind. 28.08.2001 Oliver Dannat Blickbewegungsmuster in der MMI