11

ACT-RACT-RAnwedungen in der Mensch-Anwedungen in der Mensch-

Maschine-InteraktionMaschine-Interaktion

Referat von Dorothea KintzReferat von Dorothea Kintz

Seminar: Einführung in die kognitive Modellierung mit Seminar: Einführung in die kognitive Modellierung mit ACT-RACT-R

Wintersemester 07/08Wintersemester 07/08

Leitung: Sven BrüssowLeitung: Sven Brüssow

22

InhaltInhalt

Mensch-Maschine-InteraktionMensch-Maschine-Interaktion ACT-R in der MMIACT-R in der MMI

– Entwurf und Evaluation von MM-Entwurf und Evaluation von MM-SchnittstellenSchnittstellen Exkurs: Software-TechnikExkurs: Software-Technik Rapid PrototypingRapid Prototyping Simulation statt PrototypSimulation statt Prototyp

ZusammenfassungZusammenfassung

33

Mensch-Maschine-SystemMensch-Maschine-System

44

Mensch-Maschine-SystemMensch-Maschine-System

Mensch-Maschine-Interaktion:Mensch-Maschine-Interaktion:– Häufig verstanden als Wissenschaftsdisziplin, Häufig verstanden als Wissenschaftsdisziplin,

die sich mit der benutzergerechten Gestaltung die sich mit der benutzergerechten Gestaltung von Maschinen beschäftigtvon Maschinen beschäftigt

Mensch-Maschine-SystemMensch-Maschine-System Mensch-Maschine-SchnittstelleMensch-Maschine-Schnittstelle

55

Mensch-Maschine-SystemeMensch-Maschine-Systeme

66

ExkursExkurs

Entwickelt ein RobotersystemEntwickelt ein Robotersystem

Reg

ale Paletten

77

ExkursExkurs

Welche Fragen wurden zu Beginn Welche Fragen wurden zu Beginn gestellt? Welche Leitfragen halfen beim gestellt? Welche Leitfragen halfen beim Entwurf?Entwurf?– AufgabenstellungAufgabenstellung– TeilaufgabenTeilaufgaben

Was wurde bei der Entwicklung beachtet?Was wurde bei der Entwicklung beachtet?– FunktionalitätFunktionalität– EffizienzEffizienz– ZuverlässigkeitZuverlässigkeit– ……

88

SoftwaretechnikSoftwaretechnik

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

99

SoftwaretechnikSoftwaretechnik

Fehler in SW- ProjektenFehler in SW- Projekten

46 %

SpezifikationImplemetieru

ng

Kommentare

Fast die Hälfte aller Fehler beruht auf falschem Verständnis – in frühen Entwicklungsphasen!

1010

KostenschätzungKostenschätzung

Wie teuer wird ein Projekt?Wie teuer wird ein Projekt? Anforderungen aus dem Hochbau:Anforderungen aus dem Hochbau:

– Kostenschätzung: 20 – 25 % Genauigkeit (für die Kostenschätzung: 20 – 25 % Genauigkeit (für die Vorplanung)Vorplanung)

– Kostenberechnung: 10-15% Genauigkeit (für die Kostenberechnung: 10-15% Genauigkeit (für die Entwurfsplanung)Entwurfsplanung)

– Kostenanschlag: 5-10% Genauigkeit (für Kostenanschlag: 5-10% Genauigkeit (für Ausführungsplanung und als Grundlage für Ausführungsplanung und als Grundlage für Vergabe)Vergabe)

Mensch-Maschine-System: ???Mensch-Maschine-System: ???

1111

Entwicklung von PrototypenEntwicklung von Prototypen

1212

CogToolCogTool

Ziel: Mehrzweck-Prototypen für die Ziel: Mehrzweck-Prototypen für die Bewertung von Bewertung von Benutzerschnittstellen im Bereich Benutzerschnittstellen im Bereich Pervasive ComputingPervasive Computing

Pervasive Computing: Pervasive Computing: – Allgegenwärtigkeit von Allgegenwärtigkeit von

InformationsverarbeitungInformationsverarbeitung

1313

HTML-PrototypenHTML-Prototypen

Erlauben einfaches What-you-see-is-what-Erlauben einfaches What-you-see-is-what-you-get –Design z.B: via Dreamweaveryou-get –Design z.B: via Dreamweaver

Zur Kommunikation von Design-Ideen Zur Kommunikation von Design-Ideen geeignetgeeignet

Geeignet, um Schwierigkeiten für ungeübte Geeignet, um Schwierigkeiten für ungeübte Benutzer herauszufindenBenutzer herauszufinden

Nicht geeignet für LeistungsvorhersagenNicht geeignet für Leistungsvorhersagen

1414

Vorhersage menschl. Vorhersage menschl. LeistungLeistung

Viele Modelle zur AuswahlViele Modelle zur Auswahl– Model Human ProcessorModel Human Processor– Key-Stroke-Level-Models (siehe Folie 15)Key-Stroke-Level-Models (siehe Folie 15)– GOMS (siehe Folie 24)GOMS (siehe Folie 24)– Kognitive Architekturen (ACT-R)Kognitive Architekturen (ACT-R)

Möglichkeiten zur ModellierungMöglichkeiten zur Modellierung– ManuellManuell– Computergestützt mit gefakter InteraktionComputergestützt mit gefakter Interaktion– Computergestützt mit reeller InteraktionComputergestützt mit reeller Interaktion

1515

KLMKLM

1616

KLM - FunktionKLM - Funktion

Annahme sequentieller VerarbeitungAnnahme sequentieller Verarbeitung

Gesamtaufgabenzeit: Addition der Gesamtaufgabenzeit: Addition der TeilaufgabenTeilaufgaben

Mentaler Operator: an Widgets des Mentaler Operator: an Widgets des Interface gekoppeltInterface gekoppelt

1717

Vorteile durch ACT-RVorteile durch ACT-R

Bietet detaillierte Beschreibung Bietet detaillierte Beschreibung menschlicher Wahrnehmung, Kognition und menschlicher Wahrnehmung, Kognition und Performanz.Performanz.

Theorien zu Augenbewegung, Theorien zu Augenbewegung, Aufmerksamkeit, visuelle Aufmerksamkeit, Aufmerksamkeit, visuelle Aufmerksamkeit, Motor Ausführung …Motor Ausführung …

ACT Simple verbindet Einfachheit von ACT Simple verbindet Einfachheit von KLM mit sowie Vorsagefähigkeit von ACT-RKLM mit sowie Vorsagefähigkeit von ACT-R

Multitasking: Kombination einfacher Tasks Multitasking: Kombination einfacher Tasks via ACT-R via ACT-R Umschalten Umschalten

1818

Benutzung von CogToolBenutzung von CogTool

Theorien zu menschl. Kognition gekapselt Theorien zu menschl. Kognition gekapselt Designer braucht kein Wissen darüber Designer braucht kein Wissen darüber

Designer stellt über WYSIWYG HTML-Designer stellt über WYSIWYG HTML-Prototypen zusammen – CogTool sorgt für Prototypen zusammen – CogTool sorgt für Kommunikation zu CogTool und ACT-RKommunikation zu CogTool und ACT-R

Designer demonstriert gewünschtes Designer demonstriert gewünschtes Verhalten – CogTool zeichnet dieses auf, Verhalten – CogTool zeichnet dieses auf, speziell die Interaktionenspeziell die Interaktionen

CogTool übersetzt Demonstration auf CogTool übersetzt Demonstration auf gewünschte Schnittstellegewünschte Schnittstelle

1919

Benutzung von CogToolBenutzung von CogTool

CogTool platziert Mentale Operatoren CogTool platziert Mentale Operatoren an die „richtigen Stellen“ an die „richtigen Stellen“

Modell in ACT-R wird erstelltModell in ACT-R wird erstellt ACT-R interagiert direkt mit HTML-ACT-R interagiert direkt mit HTML-

Prototyp, Prototyp,

2020

Beispiel: AutofahrtBeispiel: Autofahrt

2121

Beispiel: AutofahrtBeispiel: Autofahrt

Vergleich CogTool - echter MenschVergleich CogTool - echter Mensch

2222

Simulation der InteraktionSimulation der Interaktion

2323

Vorteil Simulation Vorteil Simulation

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

2424

Hierarchische Hierarchische AufgabenanalyseAufgabenanalyse

GOMSGOMS– Entwickelt 1983 von Card, Moran und Newell Entwickelt 1983 von Card, Moran und Newell – GoalsGoals: Ziele, die erreicht werden sollen: Ziele, die erreicht werden sollen– MethodsMethods: Methoden, mit den die Ziele erreicht : Methoden, mit den die Ziele erreicht

werden könnenwerden können– OperatorsOperators: kleine Schritte, die einen : kleine Schritte, die einen

Unterschied bewirken, haben durchschnittliche Unterschied bewirken, haben durchschnittliche BearbeitungszeitBearbeitungszeit

– Selection RulesSelection Rules: Regeln zur Auswahl der : Regeln zur Auswahl der geeigneten Methodengeeigneten Methoden

2525

GOMSGOMS

Ansätze: Ansätze: – SequentiellSequentiell– ProgrammformProgrammform

GOMS-ModelleGOMS-Modelle– KLMKLM– CMN-GOMS CMN-GOMS – NGOMSLNGOMSL– CPM-GOMSCPM-GOMS

2626

GOMS - EigenschaftenGOMS - Eigenschaften

Nach der Bestimmung der GOMS findet Nach der Bestimmung der GOMS findet Auswertung statt – bestimmbar:Auswertung statt – bestimmbar:– Leistung erfahrener BenutzerLeistung erfahrener Benutzer– Zeit zum Lernen von MethodenZeit zum Lernen von Methoden– Wahrscheinlichkeit für GedächtnisfehlerWahrscheinlichkeit für Gedächtnisfehler– Kostenkalkulation für Subsystem Mensch Kostenkalkulation für Subsystem Mensch

möglichmöglich– Notwendigkeit eines Redesigns des SystemsNotwendigkeit eines Redesigns des Systems– Qualität des DesignsQualität des Designs

2727

GOMS - EigenschaftenGOMS - Eigenschaften

Nachteile und Einschränkungen Nachteile und Einschränkungen – GOMS gilt für erfahrene BenutzerGOMS gilt für erfahrene Benutzer– Kognitive Prozesse werden wenig Kognitive Prozesse werden wenig

beachtetbeachtet– Keine Beachtung von ArbeitslastKeine Beachtung von Arbeitslast– Keine Modellierung von ErmüdungKeine Modellierung von Ermüdung– Zielkonflikte bleiben unbeachtetZielkonflikte bleiben unbeachtet

2828

Vorteile kognitiver Vorteile kognitiver ArchitekturenArchitekturen

Phänomenübergreifende ModellierungPhänomenübergreifende Modellierung Basieren auf Basieren auf

kognitionswissenschaftlich kognitionswissenschaftlich begründeten Strukturen und begründeten Strukturen und MechanismenMechanismen

ForschergemeindeForschergemeinde Sehr gute Bausteine für Sehr gute Bausteine für

Gedächtnisleistungen und Gedächtnisleistungen und WahrnehmungWahrnehmung

2929

Verarbeitung von ZeitVerarbeitung von Zeit

Menschliche Fähigkeit, Zeit Menschliche Fähigkeit, Zeit einzuschätzen, unterliegt starken einzuschätzen, unterliegt starken SchwankungenSchwankungen

Erweiterung einer kognitiven Erweiterung einer kognitiven Architektur um generischen Baustein Architektur um generischen Baustein zur Dauerschätzungzur Dauerschätzung

3030

TimebufferTimebuffer

3131

SituationSituation

ACT-RExternes Program

m

3232

AGIAGI

ACT-R Graphical User InterfaceACT-R Graphical User Interface– Abstraktion innerhalb der kognitiven SimulationAbstraktion innerhalb der kognitiven Simulation

ACT-RExternes Program

m

AGI

3333

agimapagimap

Steigerung der ModellierungseffizienzSteigerung der Modellierungseffizienz

ACT-RExternes Program

m

AGIagimap

3434

Agimap-FrameworkAgimap-Framework

3535

ACT-R als Werkzeug zur SW-ACT-R als Werkzeug zur SW-EntwicklungEntwicklung

3636

Nutzung der ToolsNutzung der Tools

3737

ZusammenfassungZusammenfassung

CogTool: Benutzen von ACT-R für so CogTool: Benutzen von ACT-R für so genanntes Rapid Prototypinggenanntes Rapid Prototyping

GOMS : Werkzeug zur GOMS : Werkzeug zur AufgabenanalyseAufgabenanalyse

Erweiterung von ACT-R zur Erweiterung von ACT-R zur Verbesserung der SimulationVerbesserung der Simulation– TimerTimer– AGIAGI– agimapagimap

3838

LiteraturLiteratur Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die

Erstellung kognitiver NutzermodelleErstellung kognitiver Nutzermodelle Urbas & Leuchter: Model Based Analysis and Design of Urbas & Leuchter: Model Based Analysis and Design of

Human-Machine-Dialogues through Displays Human-Machine-Dialogues through Displays John & Salvucci (2004): Multipurpose Prototypes for John & Salvucci (2004): Multipurpose Prototypes for

Assessing User Interfaces in Pervasive Computing Systems, Assessing User Interfaces in Pervasive Computing Systems, in IEEE Pervasive Computing,in IEEE Pervasive Computing,

Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06 Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User

Interface mittels Interface mittels Goms,Goms,http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/mmi_ws050http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/mmi_ws0506/essays/uebung2-kunze.html 6/essays/uebung2-kunze.html

Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes, Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes, http://ei.cs.vt.edu/~cs5724/g2/http://ei.cs.vt.edu/~cs5724/g2/

3939

GOMS -BeispieleGOMS -Beispiele

KLM: KLM: Moving text with the MENU-METHODMoving text with the MENU-METHOD

CMN –GOMSCMN –GOMS– GOAL: EDIT-MANUSCRIPTGOAL: EDIT-MANUSCRIPT

. GOAL: EDIT-UNIT-TASK ...repeat until no more unit tasks. GOAL: EDIT-UNIT-TASK ...repeat until no more unit tasks

. . GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK ...if task not remembered. . GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK ...if task not remembered

DescriptionDescription OperatorOperator Duration (sec)Duration (sec)

Mentally prepare by Heuristic Mentally prepare by Heuristic Rule 0Rule 0

MM 1.351.35

Move cursor to beginning of Move cursor to beginning of phrasephrase

PP 1.101.10

Click mouse buttonClick mouse button KK0.200.20

4040

GOMS - BeispieleGOMS - Beispiele

NGOMSLNGOMSL– Method for goal: Move text 1Method for goal: Move text 1

Step 1. Accomplish goal: Cut text. 1Step 1. Accomplish goal: Cut text. 1Step 2. Accomplish goal: Paste text 1Step 2. Accomplish goal: Paste text 1

Step 3. Return with goal accomplished. 1Step 3. Return with goal accomplished. 1