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Interaktion in Ambient Intelligence -- Konzeption eines intuitiven Assistenten zur ganzheitlichen und konfliktfreien Interaktion in adaptiven Umgebungen

Nazari Shirehjini, Ali Asghar :
Interaktion in Ambient Intelligence -- Konzeption eines intuitiven Assistenten zur ganzheitlichen und konfliktfreien Interaktion in adaptiven Umgebungen.
Graphisch-Interaktive Systeme
[Ph.D. Thesis], (2009)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Interaktion in Ambient Intelligence -- Konzeption eines intuitiven Assistenten zur ganzheitlichen und konfliktfreien Interaktion in adaptiven Umgebungen
Language: German
Abstract:

Ambient Intelligence bezeichnet insbesondere ein neues Paradigma der Interaktion zwischen dem Menschen und seiner Alltagsumgebung. Betrachtet man AmI-Umgebungen näher, kann festgestellt werden, dass die Anzahl elektronischer Geräte und deren funktionaler Komplexität ständig wächst. Dabei ist der Nutzer mit der Bedienung und Kontrolle der Technik überfordert. Viele Geräte besitzen aufgrund der Miniaturisierung eine umständliche und eingeschränkte Bedienmöglichkeit. Dies stellt neben der wachsenden Komplexität ein weiteres Problem für die Mensch-Umgebungs-Interaktion dar. Die Akzeptanz der Technologie und damit der Erfolg des AmI-Paradigmas hängt wesentlich von einer intuitiven Interaktion ab. Damit der Nutzer sich nicht in Fülle der Technik hilflos verliert, werden intuitive Bedienungskonzepte benötigt. Deshalb fokussiert diese Arbeit auf den Forschungsbereich der Assistenz zur ganzheitlichen und konfliktfreien Interaktion in adaptiven Umgebungen. Die Fragestellungen hierzu lauten zum einen, wie der Nutzer in solchen Umgebungen mit so einer großen Anzahl von komplexen Systemen interagieren wird. Zum anderen wie interagiert der Nutzer in einer unbekannten Umgebung mit einer Technik, welche wie” Strom, Wasser und Telefon“ allgegenwärtig ist und zugleich” unsichtbar im Hintergrund verschwindet“? Die wichtigste Fragestellung dieser Arbeit lautet jedoch wie der Nutzer Geräte manuell auswählen kann ohne technische Informationen über die Infrastruktur zu haben? Vertiefend und im Zusammenhang mit der Behandlung der oben skizzierten Randbedingungen liefert diese Dissertation folgende wesentliche Beiträge zu den jeweiligen Gebieten: Domainanalyse und Ontologien • die Untersuchung und Modellierung von Präsentationsszenarien zur Gewinnung von wichtigen Erkenntnissen zur Ausformung eines Situations- und Umgebungsmodells • die Einführung von Parametern für eine eindeutige Situationsbeschreibung; erstmalig auf einer semi-formalen Ebene und unabhängig von speziellen Sensoren und Erfassungstechnologien • die Einführung eines neuen hierarschichen Aufgabenmodells sowie die Beschreibung von Beziehungen zwischen Aufgaben, Medien und Geräten Kontextbewußtsein • die Entwicklung einer Sensorik zur Kontexterfassung und die Schaffung eines Verfahrens zur verbesserten Ortung von mobilen Multimedia-Geräten • Die Definition eines neuen Kontextmodells, welche die Umgebung und den Interaktionskontext beschreibt und erstmalig eine adaptive Navigation von dreidimensionalen Benutzungsschnittstelleen in Abhängigkeit von den Kontextdimensionen Ort, Gerät, Medien und Aktivität ermöglicht. • die Entwicklung eines verbesserten Verfahrens für ein ortsabhängiges Auffinden von Geräten (Location-aware Device Discovery) • die Entwicklung eines verbesserten Simulations- und Entwicklungswerkzeuges für kontextabhängige Anwendungen Mensch-Umgebungs-Interaktion • Die Einführung eines neuen Klassifikationsmodells für Mensch-Umgebungs-Interaktion, welches eine weitergehende und detailliere Betrachtung der Interaktion in sechs unterschiedlichen Dimensionen erlaubt. • die erstmalige Entwicklung einer 3-D-basierten Benutzungsschnittstelle für Mensch- -Umgebungs-Interaktion. Das Bedienungskonzept erlaubt erstmalig eine räumliche Adressierung von Geräten und bietet hierzu neuartige 3-D-Metaphern für die Steuerung der Umgebung an • die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur dynamischen und kontextsensitiven Adaptierung der Oberfläche und dessen Synchronisation mit der Umgebung • die Einführung von neuen Metaphern und Mechanismen zur Lösung von Interaktionskonflikten und die erstmalige Anwendung auf die Mensch-Umgebungs-Interaktion Eine der Hauptergebnisse dieser Arbeit ist die Einführung eines neuartigen, intuitiven und ganzheitlichen Bedienungskonzeptes. Die Anwendung von neuartigen 3-D-Metaphern lösen erstmalig die heutigen Probleme von manueller Geräteauswahl in unbekannten Umgebungen. Dadurch können Nutzer die Geräte basierend auf einer räumlichen Adressierung identifizieren und durch eine 3-D-Schnittstelle auswählen, statt diese wie bei existierenden Systemen über ihre technische Adressen zu selektieren. Die kontextabhängige Anpassung von 3-D-basierten Benutzungsschnittstellen erlaubt es dem Benutzer sich auch in dynamischen Umgebungen zu orientieren. Die 3-D-Darstellung fungiert als eine Systemrepräsentation (system face) für die AmI-Umgebungen. Es ermöglicht so dem Benutzer auf Anhieb den Funktionsumfang, die Funktionsweise und den aktuellen Zustand der Umgebung zu erfassen. Als eine weitere Innovation erlaubt das Bedienungskonzept dem Nutzer sowohl eine zielbasierte Steuerung von Geräte-Ensembles als auch eine rein-funktionsbasierte Steuerung von einzelnen Geräten seiner Umgebung vorzunehmen. Zwecks zielbasierter Steuerung werden neuartige, 3-D-basierte Metaphern eingeführt. Die Erweiterung von bekannten Desktopmetaphern – wie das Drag&Drop – auf physische Umgebungen schafft eine logische Verknüpfung zwischen den virtuellen Dokumentenablagen (Repositories) und der physischen Umgebung des Nutzers. So kann man mit einem einzigen Interaktionsschritt Dokumente und physische Geräte verbinden. Erstmalig wird im Rahmen dieser Dissertation eine Konzeption und Umsetzung für die Koexistenz von mobilen Assistenten und adaptiven Multimedia-Umgebungen vorgestellt. Das innovative Bedienungskonzept kombiniert implizite und explizite Interaktionsformen. Darüber werden die Vorteile beider Interaktionsansätze kombiniert. Dadurch besitzt der Nutzer die Kontrolle über seine Umgebung und kann gleichzeitig auch die Vorteile einer Automatisierung nutzen. Zusätzlich wird eine Akzeptanz der Geräte und der intelligenten Umgebungen durch den Ansatz erreicht, dass der Benutzer mittels eines Assistenzsystems jederzeit in das Geschehen eingreifen kann und somit nicht das Gefühl hat, die Kontrolle über die Umgebung zu verlieren. Eventuell auftretende unerwünschte Automatismen, gegensätzliche Aktionen und Interaktionskonflikte können mittels graphischer Elemente erkannt und ausgeglichen werden. Hierzu werden neue Mechanismen und Metaphern wie physical undo, device exclusion oder activity exclusion eingeführt. Die Koexistenz von diesen beiden Paradigmen fehlte bislang. Die erstmalige Anwendung von solch einem hybriden System für Mensch-Umgebungs-Interaktion in adaptiven Medienräumen ist ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit. Die Konzepte wurden anhand prototypischer Systeme validiert. Um die Intuitivität des Bedienungskonzeptes zu bewerten, werden im Rahmen von Feldversuchsstudien die Aufgabendurchführungszeiten, Fehlerraten, die Lernkurve des Nutzers sowie die Ergonomie gründlich analysiert und bewertet. Insgesamt bestätigten die qualitativen und quantitativen Untersuchungen die Annahme, dass die Benutzer durch eine integrierte Benutzungsschnittstelle bestehend aus 3-D-Visualisierung und WIMP-Elementen ihre typischen Aufgaben in adaptiven Arbeitsumgebungen wesentlich schneller und mit weniger Fehlern durchführen können als mit konventionellen Interaktionssystemen. Insbesondere trifft dies für die Verwendung räumlicher Adressierung von Geräten und der Raummetapher zu.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
According to the vision of Ambient Intelligence (AmI), our everyday environment and its objects will be pervaded by sensing, computing and communication capabilities. A major characteristic of such environments is the increasing amount of intelligent devices and their complexity; Computers will be ubiquitous. As household appliances grow in complexity and sophistication, they become harder and harder to use, particularly because of their tiny display screens and limited keyboards. At the same time, devices will disappear into the background and will be invisible to the user. With the emergence of newly available technology, the challenge to maintain control increases, while the additional value decreases. After taking a closer look at Ambient Intelligence environments (AmI-E), there will come up the (general) question of how to build a more intuitive way for people to interact with such an environment. This thesis discusses such challenges of interacting with complex, disappearing, and adaptive environments (e.g., such as AmI-E). It discusses existing research focusing on some important challenges of Human-Environment-Interaction. Based on this discussion, the present thesis shows major advantages and weaknesses of explicit interaction vs. implicit interaction. As a result, it will motivate to follow a mixed-initiative approach to interact with Ambient Intelligence environments. In the main part of this thesis, an interaction model is presented that is designed to overcome identified interaction challenges. Following on that model proof-of-concept implementations are presented. In final chapters of this work, the author presents user evaluations to validate the developed interaction models. The author argues that his approach increases user control over adaptive environments. This is achieved by using a mobile assistant which provides intuitive and explicit access to AmI-E thus allowing always the user to stay in control. Another benefit is that using intuitive metaphors and conflict management mechanisms, the user can define and restrict the behaviour of the implicit actions initiated by the AmI-E. This allows the user to avoid, stop, or undo inappropriate adaptivity, which will increase the reliability of the overall system. Allowing the user to remain control and increasing the reliability of the AmI-E will increase trust in automated system thus motivating the user to accept and use the technology.English
Uncontrolled Keywords: Ambient Intelligence, Interaktion, Kontextbewußtsein
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Ambient Intelligence, Interaktion, KontextbewußtseinGerman
Ambient Intelligence, Human Computer Interaction, Context AwarenessEnglish
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 10 Nov 2009 15:00
Last Modified: 07 Dec 2012 11:56
Related URLs:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-19534
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Fellner, Prof. Dr. Dieter W. and Ferscha, Univ.-Prof Alois
Refereed: 18 December 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1953
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