TU Darmstadt / ULB / TUprints

Physical Interaction Concepts for Knowledge Work Practices

Khalilbeigi Khameneh, Mohammadreza :
Physical Interaction Concepts for Knowledge Work Practices.
TU Prints, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Physical Interaction Concepts for Knowledge Work Practices
Language: English
Abstract:

The majority of workplaces in developed countries concern knowledge work. Accordingly, the IT industry and research made great efforts for many years to support knowledge workers -- and indeed, computer-based information workplaces have come of age. Nevertheless, knowledge work in the physical world has still quite a number of unique advantages, and the integration of physical and digital knowledge work leaves a lot to be desired. The present thesis aims at reducing these deficiencies; thereby, it leverages late technology trends, in particular interactive tabletops and resizable hand-held displays.

We start from the observation that knowledge workers develop highly efficient practices, skills, and dexterity of working with physical objects in the real world, whether content-unrelated (coffee mugs, stationery etc.) or content-related (books, notepads etc.). Among the latter, paper-based objects -- the notorious analog information bearers -- represent by far the most relevant (super-) category. We discern two kinds of practices: collective practices concern the arrangement of objects with respect to other objects and the desk, while specific practices operate on individual objects and usually alter them. The former are mainly employed for an effective management of the physical desktop workspace -- e.g., everyday objects are frequently moved on tables to optimize the desk as a workplace -- or an effective organization of paper-based documents on the desktop -- e.g., stacking, fanning out, sorting etc. The latter concern the specific manipulation of physical objects related to the task at hand, i.e. knowledge work. Widespread assimilated practices concern not only writing on, annotating, or spatially arranging paper documents but also sophisticated manipulations -- such as flipping, folding, bending, etc.

Compared to the wealth of such well-established practices in the real world, those for digital knowledge work are bound by the indirection imposed by mouse and keyboard input, where the mouse provided such a great advancement that researchers were seduced to calling its use "direct manipulation". In this light, the goal of this thesis can be rephrased as exploring novel interaction concepts for knowledge workers that i) exploit the flexible and direct manipulation potential of physical objects (as present in the real world) for more intuitive and expressive interaction with digital content, and ii) improve the integration of the physical and digital knowledge workplace. Thereby, two directions of research are pursued. Firstly, the thesis investigates the collective practices executed on the desks of knowledge workers, thereby discerning content-related (more precisely, paper-based documents) and content-unrelated object -- this part is coined as table-centric approaches and leverages the technology of interactive tabletops. Secondly, the thesis looks at specific practices executed on paper, obviously concentrating on knowledge related tasks due to the specific role of paper -- this part is coined as paper-centric approaches and leverages the affordances of paper-like displays, more precisely of resizable i.e. rollable and foldable displays.

The table-centric approach leads to the challenge of blending interactive tabletop technology with the established use of physical desktop workspaces. We first conduct an exploratory user study to investigate behavioral and usage patterns of interaction with both physical and digital documents on tabletop surfaces while performing tasks such as grouping and browsing. Based on results of the study, we contribute two sets of interaction and visualization concepts -- coined as PaperTop and ObjecTop -- that concern specific paper based practices and collective practices, respectively. Their efficiency and effectiveness are evaluated in a series of user studies.

As mentioned, the paper-centric perspective leverages late ultra-thin resizable display technology. We contribute two sets of novel interaction concepts again -- coined as FoldMe and Xpaaand -- that respond to the design space of dual-sided foldable and of rollout displays, respectively. In their design, we leverage the physical act of resizing not "just" for adjusting the screen real estate but also for interactively performing operations. Initial user studies show a great potential for interaction with digital contents, i.e. for knowledge work.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Der Großteil der Arbeitsplätze in entwickelten Ländern befasst sich mit Wissensarbeit. Die IT-Industrie und -Forschung hat entsprechend große Anstrengungen unternommen, um Wissensarbeiter zu unterstützen - tatsächlich sind computerbasierte Arbeitsplätze heute allgegenwärtig. Nichtsdestotrotz bietet die Wissensarbeit in der physischen Welt noch immer eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber der digitalen Welt. Insbesondere die Integration der digitalen in die physische Welt lässt noch viel zu wünschen übrig. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, diese Defizite unter Nutzung neuer Technologietrends, insbesondere von Tabletops und größenveränderbaren tragbaren Displays, zu beheben. Ausgangspunkt ist dabei die Beobachtung, dass Wissensarbeiter hochgradig effiziente Praktiken, Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit physischen Objekten in der realen Welt entwickelt haben – und zwar sowohl für wissensbezogene Hilfsmittel (Bücher, Notizblöcke, ...) als auch für nicht wissensbezogene (Kaffeetassen, Büromaterialien, ...) Unter den wissensbezogenen Objekten stellen papierbasierte Objekte die bei weitem relevanteste (Über-)Kategorie dar – Papier ist der klassische analoge Informationsträger. Wir unterscheiden hier zwei Arten von Praktiken: Kollektive Praktiken betreffen die Anordnung von Objekten bezogen auf andere Objekte auf dem Tisch, während spezifische Praktiken auf einzelnen Objekten operieren und diese gewöhnlich verändern. Die erste Kategorie wird hauptsächlich für ein effektives Management des physischen Arbeitsplatzes eingesetzt - z.B. werden gewöhnliche Objekte häufig auf dem Schreibtisch verschoben, um den Arbeitsplatz zu optimieren - oder zur effektiven Organisation papierbasierter Dokumente auf dem Tisch - z.B. stapeln, auffächern, sortieren, ... Die zweite Kategorie befasst sich mit der spezifischen Manipulation von physischen Objekten in Bezug auf die aktuelle Aufgabe, z.B. Wissensarbeit. Weitläufig genutzte Praktiken beinhalten nicht nur das Schreiben auf, Annotieren von oder räumliche Anordnen von Papierdokumenten, sondern auch die Manipulation derselben, zum Beispiel durch drehen, falten, biegen, usw. Verglichen mit der Vielzahl solcher etablierter Praktiken in der realen Welt sind die Praktiken in der digitalen Welt heute noch dominiert durch die Eingabe mit Maus und Tastatur. Die Maus war zwar ein so großer Fortschritt, dass Forscher verleitet wurden, ihre Verwendung "Direktmanipulation" zu nennen, doch aus heutiger Sicht ist klar, dass sie immer noch eine sehr hinderliche Indirektion darstellt. In diesem Licht kann das Ziel dieser Arbeit umformuliert werden als: Erforschung neuer Interaktionskonzepte für Wissensarbeiter, die i) das Potential der flexiblen und direkten Manipulation physischer Objekte für eine intuitivere und ausdrucksstarke Interaktion mit digitalen Inhalten (sehr ähnlich derjenigen in der realen Welt) ausnutzen, und ii) die Integration digitaler und physischer Arbeitsplätze verbessern. Hierbei werden zwei Forschungsrichtungen verfolgt: Erstens werden die kollektiven Praktiken von Wissensarbeitern am Schreibtisch untersucht; dabei wird unterschieden zwischen wissensbezogenen (Papier / Dokumente) Objekten und nicht wissensbezogenen Hilfsmitteln – letzteres wird im Folgenden "table-centric approaches" genannt, Basis sind interaktive Tabletops. Zweitens untersucht die Arbeit spezifische Praktiken für die Arbeit auf Papier, sie konzentriert sich dabei auf wissensbezogene Aufgaben aufgrund der spezifischen Rolle von Papier in diesem Bereich - dieser Teil hat den Titel "paper-centric approaches". Dabei werden die so genannten Affordances von papierähnlichen Displays ausgenutzt, genauer gesagt von größenveränderbaren, z.B. roll- und faltbaren, Displays Der "table-centric approach" führt zu der Herausforderung, interaktive Tabletops mit der allgemein etablierten Nutzung konventioneller (Tisch-)Arbeitsplätze zu kombinieren. Wir führen zunächst eine exploratorische Nutzerstudie durch, um die Verhaltens- und Nutzungsmuster der Interaktion mit sowohl physischen als auch digitalen Dokumenten auf Tabletops bei der Ausführung von Überblicks- und Gruppieraufgaben zu untersuchen. Basierend auf den Ergebnissen der Studie entwickeln wir zwei Interaktions- und Visualisierungskonzepte - PaperTop und ObjecTop - die die spezifischen Praktiken papierbasierter bzw. kollektiver Arbeit berücksichtigen. Die Effizienz und Effektivität werden jeweils in einer Reihe von Benutzerstudien untersucht. Wie erwähnt nutzt der "paper-centric approach" ultradünne größenveränderbare Displays. Wir tragen hier wiederum zwei neue Interaktionskonzepte bei - genannt FoldMe und Xpaaand - welche unsere Antwort auf den Design-Space von zweiseitigen falt - bzw. rollbaren Displays darstellen. Im Design nutzen wir den Vorgang der Größenveränderung nicht nur, um die Bildschirmgröße anzupassen, sondern auch um interaktiv Operationen durchzuführen. Erste Nutzerstudien zeigen ein großes Potential für die Interaktion mit digitalem Inhalt, z.B. für die Wissensarbeit.German
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: TU Prints
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Telecooperation
Date Deposited: 22 May 2014 10:50
Last Modified: 22 May 2014 10:50
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-39643
Referees: Mühlhäuser, Prof. Dr. Max and Hollan, Prof. Dr. James D. and Steimle, Dr. Jürgen
Refereed: 8 May 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3964
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