Ihminen teknologian käyttäjänä Saila Ovaska Informaatiotieteiden yksikkö, Tampereen yliopisto Aiheina Ihmisen informaation prosessointi Tarkkaavaisuus Muisti Aistijärjestelmät Ihminen teknologian käyttäjänä Motoriikka Toiminnan 7 vaihetta: Normanin vuorovaikutusmalli Moniaistinen vuorovaikutus Aihepiiriä voi syventää mm. seuraavilla VT:n kursseilla: TIEVS79 Multimodal Interaction TIEVS60 Interaction Techniques TIEVS54 Emotions and Sociality in Interactive Technology Saila.Ovaska@uta.fi 1
KOGNITIIVINEN IHMINEN Ihminen tiedonkäsittelijänä Kognitivistinen malli näkee ihmisen koneen kaltaisena tiedonkäsittelijänä Aistihavainnot syötteinä Tiedolliset eli kognitiiviset toiminnot: havaitseminen, tulkitseminen, tietoisuus, tarkkaavaisuus, muistaminen, ajattelu, järkeily, ongelmanratkaisu,... Reaktiot tulosteina Saila.Ovaska@uta.fi 2
Tarkkaavaisuus Ärsyketulva ympärillämme on valtava Kaikkea ei voi käsitellä Tarkkaavaisuus vaikuttaa siihen, mitä havaitaan Erilaista tarkkaavaisuutta Keskittynyt vs. hajautunut tarkkaavaisuus Laske: Montako kertaa valkoinen joukkue heittää pallon? Tarkkaavaisuus ohjaa havaintoja Tarkkaavaisuus Keskittynyt (selective) yhteen signaaliin suuresta joukosta muita signaaleja Hajautunut (divided): tehdään useaa asiaa samaan aikaan (esim. laitteen käyttö ja tehtävän suoritus) Kun tarkkaavaisuus keskittyy yhteen asiaan, muu asia jää prosessoinnin ulkopuolelle. Kun tarkkaavaisuus keskittyy moneen asiaan, suorituskyky heikkenee, etenkin vaikeissa tehtävissä. Saila.Ovaska@uta.fi 3
Tarkkaavaisuutta ohjaavat Ulkomaailmassa tapahtuvat asiat poikkeavat ärsykkeet hyvin voimakkaat ärsykkeet äkilliset muutokset Ihmisen oma informaation prosessointi odotukset, tavoitteet aikaisempi tieto tunnereaktiot ja mieliala Esimerkki: tarkkaavaisuus ratissa Koejärjestely 40 minuuttia ajoa katseenseurantalaite päähän kiinnitettynä oma auto 25 henkilöä Tehtävät mm. säädä radiokanava kuvaile seuraavaa autoa muistamista ja järkeilyä vaativia tehtäviä annettuna puhelimitse Saila.Ovaska@uta.fi 4
Kolme videonpätkää Normaaliajo Radiokanavan säätö Puhelimessa annetun tehtävän ratkaisu Kuvaile seuraavaa autoa Silmänliike vaakatasossa Silmänliike ylös-alas Saila.Ovaska@uta.fi 5
Ratkaise tehtävä Tarkkaavaisuus Katsepolun koordinaatteja tutkittaessa löydettiin tilastollisesti merkittävä ero normaaliajon ja erikoistilanteiden välillä Siis: Puhelimessa puhuminen ajon aikana on vaarallista, mutta ei niinkään sen takia, että puhelinta pidetään korvalla vaan sen takia että kognitiivinen kuormitus kasvaa kuuntelun ja miettimisen takia M. Sodhi, B. Reimer, J. L. Cohen, E. Vastenburg, R. Kaars, S. Kirschenbaum. On-road driver eye movement tracking using head-mounted devices. Proc. ETRA 2002. Saila.Ovaska@uta.fi 6
Tarkkaavaisuus Vaikuttaa siihen mitä havaitaan Huomionherättämis- ja kohdentamiskeinoja käyttöliittymässä Tiedon jäsentäminen Tiedon määrä näytöllä ei saa kasvaa liian suureksi Tiedon asettelu ja ryhmittely kokonaisuuksiksi (ensi luentokerralla kuvataan hahmolait, Gestalt laws) Luonnolliset vihjeet (spatial and temporal cues) Paikan mukaan (sijainti näytöllä muistuttaa) Ajan mukaan (esimerkiksi kahvipannun porina kahviaikaan) Värien käyttö Erilaiset varoitustekniikat Muisti Kahdentyyppistä muistamista Työmuisti Pitkäkestoinen muisti Työmuisti on rajallinen sekä kapasiteetiltaan että kestoltaan Esimerkki: Ystäväsi esittelee sinut uudelle tuttavuudelle, joka kertoo nimensä selkeästi. Puolen minuutin päästä mietit, mikä hänen nimensä olikaan. Pitkäkestoinen muisti voi säilyttää tietoa vuosikausia Esimerkki: Saatat muistaa millainen reppu sinulla oli kun menit ensimmäisenä päivänä kouluun ekaluokkalaisena. Tai muistat mikä oli lapsuudenystäväsi kissan nimi. Saila.Ovaska@uta.fi 7
Muistiprosessien toiminta Jatkuva kertaus Sensorinen (aisti-) muisti Työmuisti Kertaaminen, harjoittelu Pitkäkestoinen muisti tarkkaavaisuus osa häviää osa korvautuu osa unohtuu Havaintomuisti Aistikohtaiset havaintomuistit säilyttävät tietoa puhetta muutamia sekunteja nähtyä sekunnin murto-osia pyyhkiytyy yli ja korvautuu uudella havainnolla, ellei verestetä Saila.Ovaska@uta.fi 8
Työmuisti Työmuistin ominaisuuksia Lyhytkestoinen Rajallinen kapasiteetti Sisältöä käytettävä - kerrattava jotta säilyisi mielessä Häiriytyy helposti Työmuistia voisi kutsua myös ihmisen tietoisuudeksi nykyhetkestä Työmuistin kapasiteetti Työmuistissa kerrallaan 7 ± 2 "yksikköä" (Miller, 1956) Kesto sekunnin murto-osia ennen kuin unohtuu tai korvautuu uudella tiedolla Kapasiteetti kasvaa mieltämisyksiköiden koon noustessa Mieltämisyksikkö (chunk) 358335517058 +358-3-3551 7058 Aloitteleva Word-käyttäjä (XP): Vie hiiri Tiedosto-valikon päälle Napsauta hiiren vasemmalla painikkeella Liikuta hiiri Tallenna-komennon päälle Napsauta hiiren vasemmalla painikkeella Kokenut Word-käyttäjä: Valitse valikosta Tallenna-komento Saila.Ovaska@uta.fi 9
Muistamista auttaa muistuttelu (ulkoaluku) ei ole tehokas tapa siirtää tietoa kestomuistiin parempi tapa: tietoinen kertaaminen muistisääntöjen käyttö tiedon organisointi isommiksi kokonaisuuksiksi Muistilistat one is a bun two is a shoe three is a tree jne; perustuu riimeihin visualisoi muistettava sana listan avulla Aiheen ja sisällön ymmärtäminenkin auttaa... Pitkäkestoinen muisti Pitkäkestoisen muistin sisältö Osaksi täysin yhdenmukaista tietoa (faktoja, kuvia) reaalimaailman kanssa Kohteita, käsitemalleja, suhteita, rakenteita, käsiteltyä tietoa Liikesarjoja ja toimintaa: suora yhteys suorittaviin kehon osiin Pitkäkestoisen muistin kapasiteettia, kestoa ja toimintaperiaatetta ei täysin tunneta Saila.Ovaska@uta.fi 10
Pitkäkestoinen muisti Pitkäkestoisen muistin sisältönä Episodinen muisti tapahtumaepisodien muistaminen Semanttinen muisti esim. mitä sana semantiikka tarkoittaa Proseduraalinen muisti miten jokin asia tehdään Muistin osina voidaan tunnistaa Eksplisiittinen muisti (recognition & recall) Näit rikoksen tapahtuvan. Tunnistatko (recognition) syyllisen poliisin tunnistusjonosta, tai osaatko kuvailla hänen piirteensä ulkomuistista (recall) poliisin piirtäjälle? Ei-eksplisiittinen eli implisiittinen muisti ei välttämättä tietoisesti mieleen painettua eikä sanallisesti kuvattavissa esim. polkupyörällä ajamisen taito tai priming-efekti Pitkäkestoiseen muistiin tallentuu parhaiten syvällisesti prosessoitu tieto, joka on jotenkin erityistä ärsyke eroaa muista muistijäljistä ja tarkkaa: ärsykkeen merkitys ja linkittyminen läheisiin käsitteisiin auttaa Muistin toiminnasta opittua Ihminen muistaa huonosti nippelitietoa Mikäli joutuu tekemään jotain muuta ohessa, ei muista edes 7 asiaa Vihjeiden avulla voi muistaa enemmän Muistaminen ja ymmärtäminen paranee, jos tunnetaan asiayhteys Huomaa: (käyttöliittymässä) näkyvä asia voidaan tunnistaa jo yhden kerran jälkeen: Recognition rather than recall Vertaa, kumpi toimii paremmin (Norman): Knowledge in the world - tieto ja tietämys maailmassa vs. Knowledge in the head - tietämys omassa päässä / muistissa Saila.Ovaska@uta.fi 11
Saatavuus Oppiminen Käytön tehokkuus Käytön helppous ekalla kerralla Esteettisyys Tieto ja tietämys ulkomaailmassa (Knowledge in the world) Aina, kun tieto on näkyvillä tai kuuluvilla Ei vaadi oppimista vaan tulkintaa Hidastuu, jos tietoa pitää hakea ja tulkita Helppo (tai sitten ei; tulkinnan tarve?) Voi olla sekavaa, jos huonosti suunniteltu Tieto ja tietämys omassa päässä (Knowledge in the head) Vaatii muistihakua Vaatii oppimista Voi olla tehokasta Vaikea Mitään ei tarvitse olla näkyvillä Lähde: Norman, DOET. Muistin toiminnasta opittua Ihmisen muisti on rajallinen SIIS: käyttöliittymässä Tee asiat näkyviksi! Tarjoa luonnollisia vihjeitä jotta oikea toiminto löytyy helposti ja itsestään Tue laajojen muistirakenteiden syntyä Saila.Ovaska@uta.fi 12
Model Human Processor Malli ihmisestä tietojenkäsittelijänä: Kuvattu muistin osien kapasiteetit ja viiveajat (latency) tyypillisine jakaumineen Mukana myös ns. motor processor eli liikeratoja ohjaavat keskushermoston osat Tätä mallia on käytetty pohjana erilaisissa ennustamaan pyrkivissä mallinnustavoissa, mm. Keystroke level model (KLM) Card, Moran & Newell, The psychology of human-computer interaction,1983. MOTORIIKKA Saila.Ovaska@uta.fi 13
Mitä on motoriikka? Model Human Processor Motoriikan vaiheet Ärsyke havaitaan ja tieto välittyy aivoihin Tilanne prosessoidaan ja sopiva vaste valitaan Aivoista käsky lihaksille Lihaksista ja iholta palaute (tunto, asento, liike) aivoille mahdollinen palaute muita aistikanavia käyttäen Arvioidaan toiminnan seuraus (onnistuiko) Card, Moran & Newell, The psychology of human-computer interaction,1983. Mitä on motoriikka? Motorisen toiminnan peruskomponentit Nopeus Reaktioaika + liikkeen suorittamiseen kuluva aika + tehdyn toiminnan arviointiin kuluva aika Tarkkuus Mitä tarkempaa motorista toimintaa vaaditaan, sitä hitaammaksi suoritus yleensä käy Fittsin laki (1954) (Fitts law) Nopeuden ja tarkkuuden kompromissi, speed-accuracy tradeoff Nopeuden kasvattaminen kasvattaa myös virhemäärää Lisätietoa esim: http://www.usabilityfirst.com/glossary/term_475.txl Saila.Ovaska@uta.fi 14
Motoriset taidot kehittyvät Lapsen kehityksessä karkea motoriikka ja hienomotoriikka kehittyvät rinnan eri vaiheissa Esim. kyky seistä tai kiivetä tuolille vs. tarttuminen kädellä kohteeseen ja sormiote kynästä http://www.schoolsparks.com/early-childhood-development/fine-motor Käyttäjien motoriset taidot vaihtelevat tietokoneen syöttölaitteiden käyttö vaatii motorisia taitoja Harjoittelu alkaa jo lapsena http://video.about.com/familyinternet/start-kids-typing-on-keyboards.htm Kuinka tarkkaa motoriikkaa tietty toiminto käyttäjältä vaatii? esim. raahaus pudottamatta kohdetta välillä voi olla vaikeaa Ns. hand-eye coordination Kuluuko vaadittavan motoriikan opetteluun aikaa? Yleensä ei voida olettaa, että käyttäjän on käytettävä aikaa alkuun päästäkseen Sen sijaan joskus voidaan olettaa, että toiminnan tehostamiseksi vaaditaan opettelua esim. 10-sormijärjestelmä, hiiren käyttö, tietokonepelien kontrollit Saila.Ovaska@uta.fi 15
Motoriikka Entä jos käyttäjän motoriikka ei toimikaan keskivertotavalla? Ikääntyminen ja sairaudet voivat heikentää motoriikkaa Myös käyttökonteksti voi vaikuttaa käyttäjän sen hetkiseen motoriikkaan Esim. mobiilikäyttö bussissa mukulakivikadulla Käyttöliittymäsuunnittelijan on huomioitava tehtävään vaadittava motoriikka Erityisesti, jos voidaan olettaa että heikentynyt motoriikka on yleistä käyttäjäryhmällä ja/tai laitteen tyypillisissä käyttökonteksteissa Toiminnan automatisoituminen Joskus toiminta automatisoituu toistojen myötä ja muuttuu rutiiniksi Lihas muisti Soittajan sormet Tietokoneiden yhteydessä? Vaikea oppia pois jos jokin muuttuu Saila.Ovaska@uta.fi 16
Rutiinin muodostuminen Tietoinen toiminta Hitaampaa Vaatii tarkkaavaisuutta Tietoisen kontrollin alainen Käyttää työmuistin kapasiteettia Joustava, mukautuu tilanteeseen rasittava? Rutiinitoiminta Nopeaa Ei tarkkaavaisuuden alainen Ei tietoisesti kontrolloitu Ei kuormita työmuistia Toistuu aina samanlaisena virheiden lähde? IHMINEN TEKNOLOGIAN KÄYTTÄJÄNÄ: NORMANIN TOIMINTASYKLI Saila.Ovaska@uta.fi 17
Norman: toiminnan 7 vaihetta Tavoite Arviointi Täytäntöönpano Reaalimaailma Tavoitteiden ohjaama toimintasykli Havainnon tulkinta Tulkinnan arviointi Tavoite Aikomus Toimenpiteen määrittely Tuloksen havainnointi Suoritus Lähde: Norman, 1988 Saila.Ovaska@uta.fi 18
Toimeenpanon kuilu Gulf of Execution Mitkätoimenpiteetovatmahdollisia? Mikä toimenpide on oikea tähän tarkoitukseen? Miten helposti voin suorittaa toimenpiteen? Näkyvyys Luonnolliset kytkennät Hyvä käsitteellinen malli Lähde: Norman, 1988 Gulf of Evaluation Arvioinnin kuilu Miten helposti voin havaita systeemin tilan? Miten helposti voin päätellä, mitä se tarkoittaa? Miten helposti voin arvioida onko tila se, mitä olen tarkoittanut? Palaute Luonnolliset kytkennät Hyvä käsitteellinen malli Lähde: Norman, 1988 Saila.Ovaska@uta.fi 19
IHMISEN AISTIJÄRJESTELMÄT KOHTI MONIAISTISTA VUOROVAIKUTUSTA Ihmisen aistijärjestelmät Modaliteetilla tarkoitetaan aistijärjestelmän osan ihmiselle tuottamaa syötekokemusta. Näköaistiin perustuva, visuaalinen (visual) Kuuloaistiin perustuva, auditiivinen (auditory) Hajuaistiin perustuva (olfactory) Makuaistiin perustuva (gustatory) Somaattiset" aistit (somatic) 1. of, relating to, or affecting the body [...]; 2. of or relating to the wall of the body A Taxonomy of Multimodal Interaction in the Human Information Processing System. A Report of the ESPRIT PROJECT 8579, February, 1995. Saila.Ovaska@uta.fi 20
Ns. somaattiset aistit Tuntoaistiin perustuva (haptic, tactile) Tuntoaisti monta erilaista "aistia (ihossa olevia reseptoreita): kuuma, kylmä, kosketus, paine, värähtely Tasapainoaistiin perustuva (vestibular) Fysiologiseen kehon liikkeiden kokemiseen perustuva (kinesthetical) Liikkeiden kokemiseen liittyvät seikat tärkeitä erityisesti keinotodellisuudessa (virtual reality) Tekniikkana voimatakaisinkytkentä (force feedback): kohdetta "työnnettävä" tai "nostettava", ei vain "kosketettava jotta haluttu toiminto tapahtuu Moniaistinen vuorovaikutus Ihmiselle on luonnollista käyttää kaikkia aisteja samanaikaisesti tiedon vastaanottamiseen Ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutus voi olla monikanavaista Esim. tietokone ymmärtää liikkumista ja huutamista, kuten Kukakumma-pelissä Moniaistinen eli multimodaalinen käyttöliittymä Perustietokoneelle toteutettu vain muutama aisti, syötteenantotapa Näppäimistö, hiiri Kosketus(näyttö), muu (usein kynällä käytettävä) kosketuskäyttöliittymä (esim. tabletti) Kameroiden avulla toteutettu näköaisti Mikrofonien avulla toteutettu kuuloaisti http://www.cs.uta.fi/kukakumma/htmls_en/index.html Saila.Ovaska@uta.fi 21
Hyödyntämättömiä mahdollisuuksia Rajoittava kanava kahden tehokkaan tietojenkäsittelijän välillä. Tavoite: kaistanleveyden kasvattaminen Alikäytettyjä mahdollisuuksia: Ja käytön esteiden poistaminen esim. näkövammaiselta, Puheentunnistus joka ei voi toimia hiiren avulla Silmät, katseenseuranta Liikkeet ja eleet (muutkin kuin hiirellä tehtävät...), kehon asentoon liittyvät syötteet Tuntoaisti ja koskettaminen Fysiologian kuten stressitasomittausten käyttö syötteenä Mahdollisuuksia on niiden käyttöönoton järkevyys ei ole itsestään selvää Uusien vuorovaikutustapojen haasteita Uusien vuorovaikutustapojen tulisi olla käyttäjälle luonnollisia ja luontevia Onko koneelle puhuminen luonnollista? Uudet vuorovaikutustavat ovat alttiita virheille Esim. hiirellä on mahdollista osoittaa tarkasti yksittäistä kuvapistettä, mutta uusiin vuorovaikutustapoihin liittyy epätarkkuutta; tarkka osoitus ei ole teknisesti mahdollista Esim. puhekäyttöliittymässä tulee tunnistusvirheitä kone kuulee väärin tai tulkitsee käyttäjän puheen eri tavalla kuin mitä käyttäjä tarkoitti Vuorovaikutustavat on sidottu käytössä olevaan tekniikkaan; käyttäjälle olisi helpointa valita joustavasti tässä tilanteessa paras mahdollinen tapa Saila.Ovaska@uta.fi 22
Vuorovaikutuksen viitekehys Dix et al. esittelee termin Interaction Framework Alunperin Abowd & Beale 1991 Vertaa Normanin 7-vaiheiseen sykliin Tässä systeemi piirretty näkyviin! Normanin laajennos Mallissa neljä osaa: käyttäjä syötteet systeemi tulosteet S systeemi Malli auttaa tarkentamaan syöte- ja tulostemodaliteetit voivat olla erilaisia O tulosteet I syötteet U käyttäjä Vuorovaikutuksen viitekehys Jokaisella mallin osalla on oma esityskielensä Vuorovaikutus edellyttää käännöstä kielten välillä Käyttäjän aikeet käännös siihen muotoon, jossa järjestelmän syötteet on annettava syötteiden annon myötä järjestelmän tila muuttuu muutos näkyy järjestelmän tulosteiden muuttumisena ja käyttäjän pitää pystyä tulkitsemaan muutos Jokaisen käännöksen vaikeutta tutkitaan erikseen S systeemi O tulosteet I syötteet U käyttäjä Moniaistinen eli multimodaalinen: monta vuorovaikutustapaa Saila.Ovaska@uta.fi 23
Yhteenveto Keskeisiä käsitteitä ihmisessä tietojenkäsittelijänä tavoite toiminnalle tarkkaavaisuus, havaitseminen, muistaminen tulee ottaa huomioon käyttöliittymiä suunniteltaessa Motoriikka ei ole vain liikeratoja, vaan aistiärsykkeet tulkitaan aivoissa ja sopiva liikerata tai muu reaktio tuotetaan Nopeuden ja tarkkuuden kompromissi Normanin 7-vaiheinen vuorovaikutusmalli kuvaa ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen vaiheet hyödyllinen malli suunnittelijan avuksi Haasteena tietokoneen aistien (ja kognitiivisen ja emotionaalisen älykkyyden) kehittäminen lisää kaistanleveyttä ihmisen ja koneen välille Saila.Ovaska@uta.fi 24