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ACT-RAnwedungen in der Mensch-Maschine-Interaktio
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• Referat von Dorothea Kintz
• Seminar Einführung in die kognitive Modellierung
  mit ACT-R
• Wintersemester 07/08
• Leitung Sven Brüssow

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Inhalt

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

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Mensch-Maschine-System
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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

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Mensch-Maschine-Systeme
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Exkurs

• Entwickelt ein Robotersystem

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Exkurs

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

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Softwaretechnik

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

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Softwaretechnik

• Fehler in SW- Projekten

Fast die Hälfte aller Fehler beruht auf falschem
Verständnis in frühen Entwicklungsphasen!
Kommentare
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Spezifikation
Implemetierung
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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 ???

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Entwicklung von Prototypen
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CogTool

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

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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

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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

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KLM
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KLM - Funktion

• Annahme sequentieller Verarbeitung
• Gesamtaufgabenzeit Addition der Teilaufgaben
• Mentaler Operator an Widgets des Interface
  gekoppelt

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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

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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

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Benutzung von CogTool

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

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Beispiel Autofahrt
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Beispiel Autofahrt

• Vergleich CogTool - echter Mensch

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Simulation der Interaktion
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Vorteil Simulation

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

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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

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GOMS

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

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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

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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

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Vorteile kognitiver Architekturen

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

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Verarbeitung von Zeit

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

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Timebuffer
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Situation
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AGI
AGI

• ACT-R Graphical User Interface
• Abstraktion innerhalb der kognitiven Simulation

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agimap
agimap

• Steigerung der Modellierungseffizienz

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Agimap-Framework
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ACT-R als Werkzeug zur SW-Entwicklung
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Nutzung der Tools
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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

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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-k
  unze.html
• Bodnar, Heagy, Henderson, Seals GOMS, Lecture
  Notes, http//ei.cs.vt.edu/cs5724/g2/

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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
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GOMS - Beispiele

• NGOMSL
• Method for goal Move text 1Step 1. Accomplish
  goal Cut text. 1Step 2. Accomplish goal Paste
  text 1Step 3. Return with goal accomplished. 1