Wiki zur Diplomarbeit "Meaning and Metaphors for Grasp Interaction"

Inhalt der Diplomarbeit

Der Grasp aus Sicht der HCI beinhaltet mehrere Faktoren. Der Grasp wird als Komplex aus Human (die Person, die greift), Device (Affordance) und Intention (Ziel des Grasps) verstanden. Dabei geht es nicht um psychologische oder neuropsychologische Untersuchungen des Grasps, sondern nur die anthopologische Messbarkeit und die möglichen Ableitungen für Interfaces.

Der Faktor Human beinhaltet Fähigkeiten mit der Hand umzugehen. Bestimmte Personengruppen z.B. haben unterschiedliche Grade an Kontrolle über ihre Hand, als andere, wie etwa Musiker, Personen die mit Tastatur und Maus arbeiten, an Konsolen wie Wii spielen oder oft mit dem Handy umgehen.

Dabei sind 2 Aspekte von Interesse: 1. Die Ableitung von Intention zum Grasp 2. Die Erkennung der Anatomie zu einem bestimmt definierten Grasp

Dabei spielen weitere Forschungen eine Rolle, die helfen, Grasps zu Klassifizieren

Der Grasp wird als Metapher verstanden, der entweder bewusst (intentional) oder unterbewusst (non-intentional) durchgeführt wird. Auf die Trennung der beiden Metapher-Formen wird später weiter eingegangen.

Der Ablauf eines Grasps beinhaltet mehrere Phasen, von Reaching (Weg von der Zielperson zum Graspable, der beim Greifen überbrückt werden muss) über initial Grasp (erster Kontakt mit dem Graspable) bis hin zum final Grasp (das Graspable wird fest so berührt, wie vorgesehen). Zur einfacheren Messbarkeit soll nur der Final Grasp in die Auswertungen einfliessen, der für jeden Grasp definiert werden muss.

Hier spielt eine Rolle, wie gut man einzelne Grasps voneinander trennen kann. Welche Kriterien für eine Bewertung der Ähnlichkeit bzw. Unterschiedlichkeit von Grasps ist ebenfalls Thema dieser Diplomarbeit. Dafür müssen Graps digital repräsentiert bzw. dokumentiert werden. Gegebenenfalls wird für eine solche Dokumentationen eine neue Notation benötigt (vgl. Contact Web).

Forschungsfragen

  • Wie sehr unterscheiden sich "gleiche" Griffe bei der gleichen Person und bei unterschiedlichen Personen? Testgriff = "Precision Sphere", niedriger Zylinder, Videomessung.

  • Wieviel Information benötigt man zur Unterscheidung/Zuordnung von Grasps

  • Wie klassifiziere ich Griffe

  • Gibt es universale Grasp-Metaphern

  • Wie kann ein sinnvolles Mapping von Interaktion/Intention auf Grasp aussehen? Wie groß ist die Varianz bei einem und mehreren Benutzern?

Aufgabenstellung

Motivation

(Keine Forschung bzgl. von Griffverhalten im Kontext interaktiver Umgebungen. Gibt es universale Metaphern? Gibt es Ähnlichkeiten zwischen Anwendern?)

Ziel

Ziel der Arbeit ist, die Eignung von menschlichem Greifen für Mensch-Maschine-Interaktion zu untersuchen. Dazu soll eine sinnvolle Klassifizierung von Griffen gefunden werden. In Benutzerstudien soll ermittelt werden, inwieweit Griffe sich zwischen Benutzern und bei dem gleichen Benutzer unterscheiden. Des weiteren soll untersucht werden, inwieweit es universale Metaphern für Griffe gibt. In der Arbeit sollen Mappings für Interaktionen auf Grasps vorgeschlagen und überprüft werden.

Einzelaufgaben

  • Nomenklatur für Griffe definieren
  • Rahmenbedingungen für Teilnehmer ("Standarduser") und Experiment definieren

  • Auswertung des Experiments
  • Experiment zum Griffverhalten im abstrakten Kontext (Größe ca 10+ Testpersonen, Zeitrahmen 5 Tage) - Größe der Objekte und Form selektieren
  • Auswertung des Experiments
  • Experiment zum Griffverhalten im konkreten Kontext (Größe ca 10+ Testpersonen, Zeitrahmen 5 Tage)
  • Auswertung des Experiments

Teil 1

Der erste Teil der Diplomarbeit soll um die Messung von 2D Grasps handeln. Dabei steht die Optimierung der Messergebnisse im Vordergrund sowie eine Möglichkeit, die Grasps adäquat aufzuzeichnen. Diese Messungen werden dann in Studien verfiziert.

Für generische Ergebnisse ist es wichtig, dass die Testpersonen dem gleichen anatomischen Durchschnitt entsprechen. Vor den Versuchen ist deshalb die Hand entsprechend zu vermessen. Es sollen Standarduser nach den deutschen Durchschnittswerten ausgewählt werden.

Kontrollierte Variablen der Versuche: User (durch ihre Anatomie), Reaching (gleiche einfache Erreichbarkeit des Graspables) und Setting (Wo liegt das Objekt, Zugriffsvektor)

Bei den Studien soll unterschieden werden, ob die Person "einfach so" greift, oder unter Anweisung handelt, einen bestimmten Grasp auszuführen. Graps an unterschiedlichen Formen ist eine weitere Möglichkeit, die jedoch vom Aufwand abhängig ist.

Für eine Unterscheidung der Grasps müssen Informationen extrahiert werden. Wie viele Informationen extrahiert werden können und welche für eine eindeutige Klassifizierung eines Grasps notwendig sind, soll herausgefunden werden. (Vorschlag: mit einer Webcam synchron Videos aus verschiedenen Winkeln des Grasps aufnehmen)

Experiment design 2D grasp:

For this experiment we'll use two prisms with 50mm and 60mm in diameter and 27mm in height to determine similarities in initial grasp. The participants are 16 persons of mixed gender and age. Their fingers will be marked with coloured pens to determine which fingers are used in the experiment. The participants will be performing grasps alternating left and right hands and walking around the table first clockwise after performing a set of grasps and then counter-clockwise for the next set of grasps. A total of 128 grasps will be performed by each person, 64 with each prism.

The independent variables are
  • the setup: a raised platform using a plexiglass platter on which the prism is set in a determined position. The platform is fixed in a height of 80cm. Under the platform a webcam will film the graping process for further evaluation and measurement.
  • The metrics of the participants, which will be defined by the DIN 33402 Part 2 general measures of the hand. Only participants falling inside the measures will be considered

The dependent variable are
  • which fingers are used to grasp the prism (by colour of the marked fingers)
  • how the fingers are positioned around the prism (by the angles between the fingers)

Data Format in CSV: [Number of User],[ImageName],[StartingSide],[Side of Table],[Hand],[Position Center],[Position Thumb],[Position Index],[Position Middle],[Position Ring],[Position Pinky],[Angle Thumb-Index],[Angle Thumb-Middle],[Angle Thumb-Ring],[Angle Thumb-Pinky]

Note about the prism: Polishing the plexiglass prism takes several steps. Depending on the grade of translucency you want you need to follow these steps to produce acceptable results:
  • sanding with a 350ish sanding paper
  • sanding with a 480ish sanding paper
  • sanding with a 800ish sanding paper
  • sanding with a 1200ish sanding paper
  • polishing with a polishing sponge (rough side first, soft side later, use water to soften it if possible)
  • polishing with a leather rag (for example Vileda leather cleaning rag blue/yellow using the soft yellow side and a plexiglass polishing paste)

Questionnaire

In English with German subtitles.

Analysis of Study Results

  • how large is the variance in grip angles between users, for one user, for every finger
  • effects of training or fatigue
  • effect of diameter on variance of finger angles,
  • effect of hand size, handedness, gender, etc. on finger position, finger angles, variance in finger position and finger angles
  • is left-handed participant somehow different?
  • which finger as reference point minimizes variance of angles? Thumb or index finger?

  • Throw away participants with more than 10 trials with a missing finger (for some tests at least)
  • throw away trial data with a missing finger of remaining participants

Teil 2

TBD: Ableitung aus dem Grasp zur Interaktion (mit Verifikation)

Themenkatalog Draft

1. Definition von "Grasp" - welche Klassen von handling gibt es? Eine sinnhafte Erweiterung der Grasp List http://web.student.tuwien.ac.at/~e0227312/

2. Konsolidierung der Grasp-Metapher auf ausgewählte Objekte (Mobile Phone/Brick, Cylinder, Ball)

3. Aufstellen einer These der Interaktionsformen (explizit und implizit) mit diesen Objekten - How Users want to interact with Objects

4. Empirische Validierung der These mit Testläufen Grasp-Metapher - Objekt mit noch zu bestimmenden Versuchsaufbau mit verknüpfter Befragung zu expliziten und impliziten Funktionen, Vorkenntnissen und Erwartungen

5. Auswertung des Experiments und der Befragung für eine den Ergebnissen entsprechend revidierten Versuchsreihe mit erwarteten Ergebnissen und erneute Befragung

6. Durchführung der 2. Welle des Experiments mit entsprechend den Ergebnissen angepasster Zielsetzung und fest definierten Erwartungen zu Handhaltung/Interaktion für jedes Objekt

7. Auswertung des Experiments mit Quantifizierung und Visualisierung der Ergebnisse (mögl. an einem 3D-Modell für Häufungspunkte, Abweichungen, "Zonen"-Definition und mögliche Auflösung aufgrund von einzigartigen Handstellungen)

8. ggf weiterer Testlauf bei Inkonsistenzen der Daten zur Verifizierung/Ausschluß von Unklarheiten

9. Ergebnis: Liste/Katalog der Objekte und der dafür definierten, benutzten Gesten, die von Anwendern erwartet werden, sowie die dazu passende gewünschte implizite/explizite Reaktion sowie der Toleranzschwellen für Abweichungen (links- rechtshänder, m/w,...)

Timeline Draft

Monat 1: Prüfen vorhandener Literatur und Paper um einen bestmöglichen Ansatz für die Experimente zu bestimmen. Dazu zählt eine Auswahl der Objekte, die zu erwartenden Interaktionen (Gesten), sowie ein passendes Setup der Experimente für eine optimale Datenausbeute

Monat 2: Erstes Experiment aus den Rohdaten für eine Filterung/Ergänzung der Werte/Optimierung des Fragebogens. Auswertung der Daten und Anpassung des Setups.

Monat 3-4: Durchführen der angepassten Experimentreihen mit den ausgewählten Objekten und Konsolidierung der erhaltenen Daten

Monat 5: Validierung der Ergebnisse und ggf. Letzte Versuchsreihe mit gefundenen Erkenntnissen

Monat 6: Visualisierung der Ergebnisse und Analyse

Fragebogen

Die Fragebögen für die Vorversuchsreihen 1 und 2 sind angehängt als Fragebogen_V1 und Fragebogen_V2

Fokusgruppe Interaction List

Die Fokusgruppe, bestehend aus 6 Personen zwischen 20 und 35 Jahren, ermittelte durch Brainstorming folgenden Interaktionskatalog gängigster Interaktionen. Dabei wurde in einer zweiten Runde eliminiert, was zu komplex oder nur eine Kombination unterschiedlicher Interaktionen beschrieb. Einige komplexe Interaktionen blieben jedoch zur Verifizierung der Nützlichkeit (Beispiel 3D Interaktion - Grab) erhalten.

ToDo: Wird formatiert angehängt

2D

  • Doppelclick
  • Rechtsclick
  • Drag&Drop
  • Resize/Scale(?)
  • Select
  • Copy/Paste(?)
  • Navigate X
  • Navigate Y
  • (Zoom?)
  • Scroll

Gaming
  • Jump
  • Shoot

3D

  • Rotate X
  • Rotate Y
  • Rotate Z
  • Push/Move/Throw
  • Navigate X
  • Navigate Y
  • Navigate Z
  • Click
  • Doppelclick
  • Rechtsclick
  • Select
  • Grab/Get(?)
  • Zoom
  • Drag&Drop

Mobile

  • Telefonieren
  • SMS Schreiben
  • Photographieren
  • Show Screen to others
  • Videos aufnehmen
  • Check Screen
  • Gyroskop-Funktionen (Marble Spiel)
  • Sprach-Memo
  • Hinlegen (?)
  • Screen Off/On
  • Lock Phone
  • Pause
  • Power Ön/Öff
  • Flashlight-Funktion
  • Seitentasten bedienen
  • Rotate Interface
  • Using Touch Screen
  • Sliding (scroll)
  • (Pen usage?)
  • Vorspulen/FFW (Zurück?)

Vorstudien

Vorstudie 1 Den Testpersonen wurde ein Fragebogen (Fragebogen_V1 im Anhang) vorgelegt.

Danach sollten die Testpersonen aus drei zufällig angeordneten Kugeln unterschiedlicher Farbe (weiß, schwarz, braun) diejenige aussuchen, welche sie für eine Benutzereingabe präferieren.

  • Farbauswahl Testreihe 1:
    Farbauswahl_Versuchsreihe_1.jpg

Zuletzt sollten die Testpersonen aus drei zufällig angeordneten Formen diejenige aussuchen, von der sie die besten Eingabemöglichkeiten erwarten

  • Formauswahl Versuchsreihe 1:
    Formauswahl_Versuchsreihe_1.jpg

Vorstudie 2 Den Testpersonen wurde ein überarbeiteter Fragebogen (Fragebogen_V2 im Anhang) vorgelegt.

Danach sollten die Testpersonen aus drei zufällig angeordneten Kugeln unterschiedlicher Größe diejenige auswählen, welche für sie am ehesten als Eingabegerät in Frage käme

  • Auswahl an Größen Versuchsreihe 2:
    Kugel_auswahl.jpg

Als nächstes sollten die Testpersonen aus drei zufällig angeordneten Kugeln unterschiedlicher Farbe (rot, grün, grau) diejenige auswählen, welche sie zur Eingabe verwenden würden

  • Auswahl an Farben Versuchsreihe 2:
    Farben_auswahl.jpg

Zuletzt sollten die Versuchspersonen aus drei zufällig angeordenten Formen diejenige heraussuchen, welche für sie als Eingabegerät am meisten Sinn macht

  • Auswahl an Formen Versuchsreihe 2:
    Formen_auswahl.jpg

Vorüberlegungen zum Brainstormen

Postkarten zum Ideen-sketchen

Grasp Definition
  • Neurologisch
  • Psychologisch
  • Physiologisch
  • Kontextuell

Formen
  • Auswahl der passenden Form
  • Affordances

Situationen
  • Umgang mit Displays
  • Umgang mit Maschinen
  • Umgang mit Computern

  • Statische und Dynamische Informationen aus dem Griff herauslesen?
  • Hold - vs - Nonhold
  • Escape Action / Unterbrechung
  • Infogehalt aus einem Griff
  • Was unterscheidet einen Griff vom Anderen
  • Welcher Griff hat eine Bedeutung, wo ziehen wir die Grenze?

Mögliche Fragen:
  • Welche Info ist implizit im Grasp enthalten, nur wenn das Objekt gehalten wird
  • Was kann ich explizit aus einem Grasp lesen, wenn eine Intention dahinter steckt
  • Interaktionsmöglichkeiten (Szenarien)
  • Welche Initialisierung des Graspables kannst Du Dir vorstellen?
  • Welche Escape Action des Graspables

Brainstorming

Ein Brainstorming mit Mitgliedern des Fachbereichs der Medieninformatik umfasste folgende Fragen (Scans der Scribbles angehängt)

Arten implizter Interaktion, die man sich vorstellen kann
  • Zielführung der Bewegung (Geschwindigkeit und Orientierung?)
  • Benutzen? Oder einfach wegstecken
  • Single User und Multiuser Umgebung
  • Platzierung wo am Körper oder am Tisch?
  • Druck
  • Welche Hand (Fingerstellung)
  • Fingeranzahl
  • Wärme
  • Entspannung oder Anspannung durch Druck
  • Wie gut kann man das Objekt halten? (festigkeit des Griffs, muss man nachgreifen?)
  • Temperatur - Handschuherkennung (Tasten größer)
  • ein oder beidhändig
  • bewegungsgeschwindigkeit
  • strecke vom ausgangspunkt
  • Fingerabdruck Useridentifizierung
  • Handmessung (mann frau kind)
  • Occlusion durch rekonstruktion der handstellung
  • Sperrung durch Erkennung der Hände
  • Gegenstände Erkennung
  • Fingerglieder und Spreizung Erkennen
  • puls messen können
  • nervosität durch schwitzen (leitfähigkeit)

Formen expliziter Interaktionen, die man sich vorstellen kann
  • wegschubsen (deaktivieren/Standby)
  • anstupsen - info
  • komplett umschließen - mute (ohren zuhalten)
  • faust draufhauen - deaktivieren
  • standby auf on mit einem squeeze
  • stärke des drückens erkennt die gesundheit der person
  • druck - wie feste drücke ich oder wie ich drücke (fest leicht fest)
  • auseinanderziehen links rechts anfassen
  • wo wird gedrückt
  • welche seite wird berührt und womit wird sie berührt
  • haltung der hand am gerät bedeutet, dass man auf etwas zeigt
  • press and hold geht schneller
  • stabilisieren durch druckmessung
  • buttons aktivieren sich, wenn man in der nähe drückt (in gewissen zonen)
  • an nicht gewöhnlichen stellen berührt, dann soll es still sein zB
  • druck der haltehanden hand für zoomen als separate interaktion
  • druck schiebt zusammen, auseinanderziehen zoomt raus
  • steuerung von objekten durch das graspable
  • druck - schneller und stärker oder näher dran (metapher funktionieren)
  • repetative bewegung und aus dem muster kann man einiges rauslesen

Welche Art von Escape Action können sich vorgestellt werden
  • schütteln
  • wegwischend
  • umdrehen
  • schlagartige Bewegung
  • klopfen (morsen) für Metapher

Idee für eine Studie : Gerät schütteln lassen und durch verschiedene Gegestände prüfen, ob die selbe Bewegung das Gleiche bedeutet

Ideen für Interaktionen: Stift, Schlüssel, Armbanduhren, Tische, Portemonnaies, Tablets, Lenker, Lenkrad, Interaktion mit anderen Personen

Offene Punkte / Kritik

  • Die Ausdrucksweise muss wissenschaftlicher und fundierter werden. Dabei spielt die Präzision der Ausdrucksweise eine wichtige Rolle.
  • Es wurde der Hinweis gegeben, früh begleitend zu Schreiben. Das soll vor allem der thematischen Erfassung dienen, da eine Umformulierung im Verlauf wahrscheinlich ist
  • Idee für die Experiment-Props: Bestehend aus einem weicher Kern (Schaumstoff?) umhüllt aus einer,Knetmasse-Schicht zur Erfassung des Griffmusters durch leichten Druck
  • Recherche nach anwendungsbezogener Literatur
  • Definition von Griff: Wie greifen Leute unterschiedliche Sachen?
  • Das Setting/Kontext beeinflusst das Griffmuster der Personen. Vermutung:Stimmung/Intention/Affordances/Verhältnis zum Objekt beeinflussen direkt Griffmuster, Präzision, Stärke, Dauer
  • Prüfung auf eine zeitgesteuerte Interaktion. Beispiel einer Aktion erst nach einer gewisser Zeit in der Hand (Tooltip - Wollen Sie...)
  • Greifen ist eine Gestik, und dadurch Persönlichkeitsbezogen. Je nach Typ findet die Interaktion unterschiedlich statt (verspielt, zielorientiert,..)
  • Auswertungen der Vorstudien anhängen

Preliminary Experiments:

Griffverhalten je nach Bezug zum Objekt - In ein transparentes Objekt werden unterschiedliche Inhalte getan und damit die REaktion und das Griffverhalten beobachtet. Die Vermutung ist hierbei, dass erwartungsgemäß abstossende Inhalte (z.B. Spinne) zu einer Veränderung des Griffverhaltens führen. Durch eine unsymmetrische Form und einer Aufstellung auf einem Podest sowie der Möglichkeit, das Objekt indirekt an einem Schnürchen hochzuheben, soll möglichst viel Griffvarianz machbar sein.

Dabei sollten auf folgende Dinge geachtet werden:

  • Vermessen der Hände (Scanner mit Maßstab)
  • Variante in der Griffart möglich?
  • Variante in der Größe des Objektes
  • Implizite Interaktionen sind interessanter für die Studien. Aus der Erwartungshaltung kann die explizite Interaktion deriviert werden, um möglichst nahe am intuitiven Vorbild zu bleiben
  • Auswerten der Grips, ob Abweichungen im Griffmuster bereits eine implizite Interaktion beschreiben

Möglichkeit der Simulation der GEfühlswelt betreffend des Griffverhaltens durch eine Schauspielschule möglich?

Literatur

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-- MauriceSanner - 08 Feb 2010

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Brainstorming_1.jpgjpg Brainstorming_1.jpg manage 33.8 K 08 Feb 2010 - 04:32 MauriceSanner Brainstorming Graspable Interfaces Scan 1
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Brainstorming_Thema_1_Bild_1.jpgjpg Brainstorming_Thema_1_Bild_1.jpg manage 222.7 K 14 Feb 2010 - 22:34 MauriceSanner Thema Brainstorming 1.1
Brainstorming_Thema_1_Bild_2.jpgjpg Brainstorming_Thema_1_Bild_2.jpg manage 128.8 K 14 Feb 2010 - 22:35 MauriceSanner Thema Brainstorming 1.2
Brainstorming_Thema_1_Bild_3.jpgjpg Brainstorming_Thema_1_Bild_3.jpg manage 136.5 K 16 Feb 2010 - 08:51 MauriceSanner Thema Brainstorming 1.3
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Farbauswahl_Versuchsreihe_1.jpgjpg Farbauswahl_Versuchsreihe_1.jpg manage 42.8 K 08 Feb 2010 - 04:43 MauriceSanner Farbauswahl Testreihe 1
Farben_auswahl.jpgjpg Farben_auswahl.jpg manage 48.4 K 08 Feb 2010 - 04:40 MauriceSanner Auswahl an Farben Versuchsreihe 2
Formauswahl_Versuchsreihe_1.jpgjpg Formauswahl_Versuchsreihe_1.jpg manage 48.1 K 08 Feb 2010 - 04:43 MauriceSanner Formauswahl Versuchsreihe 1
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Fragebogen_V2.pdfpdf Fragebogen_V2.pdf manage 96.8 K 08 Feb 2010 - 04:54 MauriceSanner Fragebogen_V2
GraspingImagePilot.bmpbmp GraspingImagePilot.bmp manage 1406.3 K 02 Jun 2010 - 10:12 MauriceSanner 2D Grasping Shot
GraspingImagePilot.jpgjpg GraspingImagePilot.jpg manage 20.8 K 02 Jun 2010 - 10:21 MauriceSanner 2D Experiment Grasp Image
Kugel_auswahl.jpgjpg Kugel_auswahl.jpg manage 98.6 K 08 Feb 2010 - 04:40 MauriceSanner Auswahl an Größen Versuchsreihe 2
MauriceSanner-MeaningAndMetaphors.docdoc MauriceSanner-MeaningAndMetaphors.doc manage 66.0 K 15 Apr 2010 - 07:38 MauriceSanner Diplomarbeit Framework
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