Μεθοδολογικό πλαίσιο σχεδίασης της αλληλεπίδρασης μέσω εναέριων χειρονομιών του χρήστη με πολλαπλούς στόχους στον φυσικό χώρο

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται ζητήματα της Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου Υπολογιστή (Human-Computer Ιnteraction) εστιάζοντας σε συστήματα που προσφέρουν εναέρια αλληλεπίδραση με χειρονομίες (mid-air gestural interaction). Στην εναέρια αλληλεπίδραση με χειρονομίες ή απλά εναέρια αλληλεπίδραση (ΕΑ) ο χρήστης χρησιμοποιώντας κινήσεις ή στάσεις του σώματός του (κυρίως των χεριών του), μπορεί να αλληλοεπιδράσει απευθείας με συσκευές που βρίσκονται στον ίδιο χώρο ή με περιεχόμενο που προβάλλεται σε αυτές (μέσω κάποιας διεπαφής). Στην ΕΑ δεν υπάρχουν γενικά πρότυπα και σύνολα χειρονομιών τα οποία να είναι ιδανικά για όλες τις εφαρμογές. Συνεπώς, ο προσδιορισμός των κατάλληλων χειρονομιών αποτελεί ένα σημαντικό σχεδιαστικό πρόβλημα το οποίο θα πρέπει να προσαρμόζεται στις ανάγκες και χαρακτηριστικά της εκάστοτε εφαρμογής. Μέχρι σήμερα η εναέρια αλληλεπίδραση έχει μελετηθεί κατά κανόνα σε περιπτώσεις όπου ο χρήστης αλληλοεπιδρά με μια συσκευή (στόχο). Ωστόσο, δεν έχει διερευνηθεί εκτενώς η περίπτωση αλληλεπίδρασης με πολλαπλούς στόχους στον ίδιο χώρο, όπως για παράδειγμα στο έξυπνο σπίτι, σε αίθουσες με διάφορες τεχνολογικές επαυξήσεις (π.χ. αίθουσες διδασκαλίας ή συνεργασίας), σε χώρους εκθέσεων και μουσεία, σε σενάρια χωρικής επαυξημένης πραγματικότητας, κ.α. Εδώ, προκύπτουν επιπλέον σχεδιαστικές προκλήσεις, μερικές από τις πιο σημαντικές είναι ότι: η διαδικασία εμπειρικής έρευνας χειρονομιών, πρωτοτυποποίησης και αξιολόγησης είναι πιο σύνθετη, ότι εισάγεται το πρόβλημα της «απεύθυνσης» (addressing), ενισχύεται ο κίνδυνος της κατά-λάθος ενεργοποίησης («άγγιγμα του Μίδα»), ο αριθμός των χειρονομιών που θα πρέπει να απομνημονεύσει ο χρήστης είναι πολύ μεγάλος, αυξάνεται η πιθανότητα για «αλληλοσυγκρουόμενες» χειρονομίες, κ.α. Ο σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι να προτείνει και να εφαρμόσει μια επαναληπτική και ολοκληρωμένη μεθοδολογία σχεδιασμού εναέριας αλληλεπίδρασης σε συστήματα με πολλαπλούς στόχους, με κατάλληλη αξιοποίηση, επέκταση και ειδίκευση σχεδιαστικών μεθόδων που αφορούν ολόκληρο τον κύκλο ζωής και περιλαμβάνουν την εκμαίευση χειρονομιών, τη σχεδίαση συστήματος, την πρωτοτυποποίηση και την εμπειρική αξιολόγηση. Οι στόχοι της διδακτορικής διατριβής είναι: η κριτική ανασκόπηση και ανάλυση της τρέχουσας επιστημονικής και τεχνολογικής στάθμης του πεδίου της εναέριας αλληλεπίδρασης με χειρονομίες, η πρόταση μεθοδολογικού πλαισίου για τον ολοκληρωμένο σχεδιασμό της εναέριας αλληλεπίδρασης με χειρονομίες σε περιβάλλοντα με πολλαπλούς στόχους όπου περιλαμβάνονται τρία στάδια: εκμαιευτική μέθοδος, πρωτοτυποποίηση, και εμπειρική αξιολόγηση, τα οποία ειδικεύονται και προσαρμόζονται, και η πρόταση δύο μοντέλων εναέριας αλληλεπίδρασης σε περιβάλλοντα με πολλαπλούς στόχους (συσκευές στο έξυπνο σπίτι), που έχουν τη δυνατότητα σταδιακής ή απευθείας απεύθυνσης και εντολής προς κάθε συσκευή. Κατά την πειραματική διερεύνηση της ΕΑ με πολλαπλούς στόχους δοκιμάστηκαν δύο διαφορετικά μοντέλα αλληλεπίδρασης. Στο πρώτο μοντέλο αλληλεπίδρασης, «Απεύθυνση-έπειτα-Εντολή» (ΑεΕ), ο χρήστης πρέπει πρώτα να ασκήσει μια χειρονομία για να απευθυνθεί στην συσκευή και έπειτα να ασκήσει μια δεύτερη για να ενεργοποιήσει την εντολή. Στο δεύτερο μοντέλο αλληλεπίδρασης, με όνομα «Απεύθυνση-και-Εντολή» (ΑκΕ), ο χρήστης θα πρέπει να εφαρμόσει και με τα δύο του χέρια ταυτόχρονα, μια στάση με το αριστερό χέρι και μια χειρονομία (ή στάση) του με το δεξί χέρι. Στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής τα παραπάνω μοντέλα διερευνήθηκαν για την περίπτωση συσκευών έξυπνου σπιτιού, αναπτύχθηκε πρωτότυπο και έγινε εμπειρική αξιολόγηση τους με χρήστες, σύμφωνα με την προτεινόμενη μεθοδολογία. Το κύριο αποτέλεσμα της πειραματικής διερεύνησης έδειξε πως η ΕΑ στο έξυπνο σπίτι είναι απολύτως εφικτή, εύκολη στην ενθύμηση, εύχρηστη, και κινητοποιεί το ενδιαφέρον των χρηστών. Μεταξύ των δύο μοντέλων αλληλεπίδρασης, το μοντέλο ΑκΕ έχει κάποια συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι του ΑεΕ κυρίως ως προς την ταχύτητα ολοκλήρωσης των εργασιών, και τα λάθη των χρηστών. Η συμβολή της διδακτορικής διατριβής εστιάζει σε θέματα μεθοδολογίας σχεδιασμού ΕΑ καθώς και σε προτεινόμενα μοντέλα αλληλεπίδρασης σε συστήματα με πολλαπλούς στόχους. Στο στάδιο της εμπειρικής έρευνας χειρονομιών προτείνεται η εφαρμογή εκμαιευτικών μεθόδων σύμφωνα με συγκεκριμένες αρχές (principles), και πλαίσιο οριοθέτησης (frame) της διαδικασίας, ώστε οι χειρονομίες που προτείνονται από τους χρήστες να είναι εστιασμένες στο πεδίο εφαρμογής. Επίσης, εισάγεται η μετρική ‘Βαθμού Συνοχής Χρήστη’ (User Consistency Rate) η οποία αποτυπώνει το βαθμό συμφωνίας των χειρονομιών που προτείνει ένας χρήστης για μια δεδομένη εντολή σε πολλές διαφορετικές συσκευές. Στο στάδιο της πρωτοτυποποίησης ΕΑ με πολλαπλούς στόχους προτείνεται πρωτότυπη τεχνολογική σύνθεση με αξιοποίηση εργαλείων που επιτρέπουν τη γρήγορη παραγωγή χειρονομιών, αξιοποίηση μηχανής παιχνιδιών προκειμένου να υλοποιηθεί η ανάδραση κάθε χειρονομίας για κάθε στόχο με τη βοήθεια γραφικών (στατικών και κινούμενων) και ήχου, και αξιοποίηση τεχνολογίας χωρικής επαυξημένης πραγματικότητας (Spatial Augmented Reality) μέσω χαρτογραφημένης προβολής (Projection Mapping) όπου οι συσκευές και η ανάδραση του «οικοσυστήματος» προβάλλεται πάνω σε ψεύτικα ομοιώματα αντικειμένων (mockups) έτσι ώστε να προσομοιώνεται ένα αληθοφανές περιβάλλον πολλαπλών στόχων αλληλεπίδρασης ενός έξυπνου σπιτιού. Στο στάδιο της αξιολόγησης προτείνεται εμπειρική αξιολόγηση με συμμετοχή χρηστών και χρήση πλαισίου, αντίστοιχο με αυτό που χρησιμοποιήθηκε κατά το στάδιο της εμπειρικής έρευνας χειρονομιών σε διαδικασία με τρεις συνεδρίες (εκπαίδευσης, ανακεφαλαίωσης, και δοκιμής). Επίσης αξιοποιείται σύνολο μετρικών αξιολόγησης που αφορούν την ευχρηστία, την εμπειρία του χρήστη και την ευκολία ενθύμησης, καθώς και ερωτηματολόγια διαβάθμισης (benchmarking) των παραπάνω. Η διδακτορική διατριβή είναι πρωτότυπη ως προς τα παρακάτω. Ασχολείται με το θέμα της ΕΑ με πολλαπλές συσκευές μέσω μιας ολοκληρωμένης ερευνητικής προσέγγισης που περιλαμβάνει εμπειρική έρευνα χειρονομιών, πρωτοτυποποίηση, και αξιολόγηση. Ερευνά την αλληλεπίδραση με πολλαπλές συσκευές ως ένα ενιαίο οικοσύστημα και όχι την κάθε συσκευή μεμονωμένα. Παρουσιάζει, ερευνά, και συγκρίνει δύο διαφορετικά μοντέλα εναέριας αλληλεπίδρασης τα οποία αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της «απεύθυνσης» προς τις συσκευές και το πρόβλημα του «αγγίγματος του Μίδα», και επιτρέπουν την μείωση των διαφορετικών χειρονομιών του συστήματος (σε σχέση με τις λειτουργίες που ενεργοποιούν), συμβάλλοντας στην εύκολη απομνημόνευσή τους. Προτείνει ένα ενιαίο μεθοδολογικό πλαίσιο σχεδιασμού της ΕΑ με πολλαπλές συσκευές.