La componente umana

Human-Computer Interaction - A.A.
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La componente umana
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Qui esaminiamo in breve:

Canali di I/O negli esseri umani:
•
•
•
•

Memorizzazione dell'informazione
•
•
•

Vista
Udito
Altri sensi
Movimento
Memoria sensoria
Memoria a breve termine
Memoria a lungo termine
Meccanismi di elaborazione
•
•
•
•
Ragionamento
Apprendimento
Approcci alla risoluzione dei problemi
Errori
/
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Introduzione
A seguire: La cognizione
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Human-Computer Interaction - A.A.
La cognizione
Attenzione
Input
Codifica
Confronto
Selezione
Esecuzione
della risposta della risposta
Output
Memoria
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A seguire: Input
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I sensi sono più di cinque come si dice di solito:
1.
Vista
•
2.
Udito
•
3.
•
•
•
Analisi chimica e tattile eseguita eseguita dalle mucose nasali
Propriocezione o kinestesia
•
7.
Analisi chimica, termica e fisica di oggetti attraverso i sensori posti sulle
papille gustative e dalle mucose della bocca. N.B.: la lingua è 5 volte più
sensibile a temperatura e pressione dei polpastrelli
Olfatto
•
6.
termorecettori (percezione di temperatura),
nocirecettori (percezione di dolore)
meccanorecettori (percezione di pressione)
Notevoli differenze di risoluzione e precisione a seconda della varie parti del
corpo.
Gusto
•
5.
Percezione di onde sonore
Tatto
•
4.
Percezione di luce, forme e colori
Consapevolezza della posizione del corpo e delle sue membra in relazione
allo spazio esterno e agli altri membri, grazie alla presenza di appositi
recettori di posizione nelle membra.
Equilibrio
/
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Input
A seguire: Vista (1)
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Vista (1)
La fonte di informazione esterne più importante per gli
esseri umani.
Possiamo dividere la percezione visiva in due stadi,
ciascuno con caratteristiche e limiti intrinseci:


La percezione fisica degli stimoli visivi da parte degli occhi
La loro successiva elaborazione da parte del cervello
/
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A seguire: Vista (2) - Percezione della luce
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Human-Computer Interaction - A.A.
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Vista (2) - Percezione della luce
La luce si riflette negli oggetti del mondo e arriva nella lente, che la
trasmette (capovolta) sul fondo della retina.
I fotorecettori posti sulla retina sono di quattro tipi:





I bastoncini, distribuiti ovunque, sono molto sensibili alla quantità di luce
e permettono la visione nell'oscurità. Sono poco sensibili ai colori e
facilmente saturabili (fenomeno dell'abbagliamento, limitata percezione
dei colori nel buio).
I coni, distribuiti soprattutto nella fovea, sono meno sensibili alla quantità
di luce e più ai colori. Sono di tre tipi, specializzati per colore.
Ganglioni X: concentrati nella fovea, si occupano della pre-identificazione
di pattern visivi
Ganglioni Y: distribuiti ovunque, in particolare nella retina esterna, si
occupano della pre-identificazione del movimento. Questo permette di
identificare rapidamente movimenti con la coda dell'occhio, anche in
assenza di riconoscimento delle forme.
La fovea è il punto di focalizzazione esatto dell'immagine, mentre la
giunzione della retina nel nervo ottico manca di recettori di qualunque
tipo ed è detto punto cieco.
A seguire: Vista (3) - Percezione di distanza, profondità, brillantezza
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Human-Computer Interaction - A.A.
Percezione (segue)

Percezione della distanza:
•
•

Percezione della profondità
•
•

Non siamo in grado di percepire oggetti dalle dimensioni inferiori a 0.5
secondi di arco.
Oggetti vicini appaiono più grandi di oggetti lontani. Tuttavia la percezione di
un oggetto rimane costante anche all'aumentare della distanza (legge di
costanza della dimensione)
Visione stereoscopica (piccole differenze tra il percepito dei due occhi che
viene rielaborato a dare un'idea di profondità).
Ulteriori effetti visivi: sovrapposizione, familiarità con gli oggetti, ecc.
Percezione della brillantezza
•
•
La brillantezza (brightness) è la percezione soggettiva della quantità di luce.
La quantità oggettiva di luce emessa da un oggetto si chiama luminanza. Il
contrasto è il rapporto tra luminanza dell'oggetto e la lunminanza dello
sfondo.
Flicker: la percezione di accensione e spegnimento di una luce, distinguibile
sempre fino ai 50 Hz, ma anche a frequenze superiori con alta luminanza o
nella visione periferale. Questi sono argomenti contro gli schermi ad alta
luminanza o particolarmente grandi.
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Vista (3) - Percezione di distanza, profondità,
brillantezza
A seguire: Vista (4) - Percezione del colore
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Vista (4) - Percezione del colore
Percezione del colore




Compito dei coni, sensibili alla luce di tre colori (rosso, verde e blu). La
visione dei colori quindi è meglio nella fovea e peggio nella visione
periferale. La presenza di recettori del blu è sensibilmente inferiore, il che
ci rende meno sensibili al blu.
Il colore è caratterizzato da tre componenti: tinta (hue), intensità e
saturazione. La tinta è data dalla lunghezza d'onda, l'intensità è la
luminanza del colore, mentre la saturazione è data dalla quantità di
bianco nel colore.
Gli esseri umani sono in grado di distinguere cinca 150 tinte, per un
totale di circa 7 milioni di colori differenti.
Tuttavia, il numero di colori identificabili è di circa 10-20.
Daltonismo


Circa l'8% degli uomini e l'1% delle donne hanno una deficienza di
origine genetica o di coni rossi o verdi, che rende difficile la distinzione
tra questi colori (daltonismo).
Altre forme di daltonismo (più rare) vedono una assenza dei coni blu
(deficienza blu-giallo) oppure una totale assenza o malfunzionamento dei
coni (daltonismo totale), che porta ad una visione totalmente in bianco e
nero.
A seguire: Vista (5) - Elaborazione dell'immagine
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Elaborazione dell'immagine



L'elaborazione dell'immagine genera concetti interpretabili dal
cervello. Essa è basata molto sulla percezione di pattern e sullo
sfruttamento di aspettative.
Queste servono per dare una stabilità ad immagini che si
muovono o al fatto che noi ci muoviamo rispetto all'immagine.
Le illusioni ottiche sono frutto di errori nella creazione di pattern o
nelle aspettative usate.
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Vista (5) - Elaborazione
dell'immagine
Illusione di Muller-Lyon
Illusione di Ponzo
A seguire: Vista (6) - Elaborazione del testo scritto (1)
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Human-Computer Interaction - A.A.
Elaborazione del testo scritto

Passa attraverso varie fasi
•
•
•

Durante l'input del pattern visivo, l'occhio esegue movimenti noti e
distinguibili:
•
•
•

Input del pattern visivo del test
Decodifica della parola o delle parole in base al linguaggio di
riferimento
Analisi sintattica e semantica del testo
6 % del tempo movimenti a scatto, sia avanti che indietro
94 % del tempo fissità (tempo di elaborazione)
Più il testo è complesso più regressioni (movimenti all'indietro)
verranno fatti.
La lettura non passa attraverso l'identificazione delle singole
lettere
•
•
Il tempo di riconoscimento di singole lettere e di parole intere è
uguale
La forma delle parole è alla chiave del riconoscimento veloce: parole
tutte in maiuscolo o in font bizzarri rallentano il riconoscimento
/
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Vista (6) - Elaborazione del testo scritto
(1)
A seguire: Vista (7) - Elaborazione del testo scritto (2)
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Human-Computer Interaction - A.A.
Aiuti ed impedimenti alla lettura




Gli adulti leggono circa 5,5 sillabe al secondo.
Dimensioni del testo comprese tra i 9 e i 12 punti sono
egualmente leggibili, più lente se di dimensioni diverse.
La larghezza della linea può andare tra i 6 e i 14 cm senza
percepibili differenze di velocità.
Leggere su schermo è più lento:
•
•
•
•

Linee di testo più lunghe
Meno parole per pagina
Orientamento del testo
Minore familiarità con il medium
Leggere in contrasto negativo (testo scuro su sfondo chiaro) ha
maggiore luminanza, e dunque maggiore contrasto, e dunque
maggiore acuità di testi in contrasto positivo. Tuttavia è più facile
al flickering
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Vista (7) - Elaborazione del testo scritto
(2)
A seguire: Udito (1)
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Apparentemente secondario
rispetto alla vista. Tuttavia sono
tantissime le informazioni che
riceviamo attraverso l'udito.
L'orecchio riceve vibrazioni
(raccolte ed amplificate dal
padiglione auricolare) contro la
membrana del timpano, che
vibrando mette in azione i tre
ossicini (martello, incudine e
staffa)che smuovono il liquido
gelatinoso che riempie la coclea (o
orecchio interno) dove ciglia
sottilissime percepiscono il suono e
lo trasmettono al cervello.
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Udito (1)
A seguire: Udito (2)
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Sono caratteristiche del suono la frequenza (pitch),
l'ampiezza (loudness) e il timbro.
L'orecchio umano distingue suoni tra i 20 Hz e i 15.000.
Frequenze inferiori sono percepibili con il resto del corpo.
La risoluzione è di circa 1.5 Hz alle basse frequenze, molto
maggiore alle alte frequenze.
Possiamo percepire direzione e movimento del suono
grazie alla percezione stereofonica delle orecchie.
Particolarmente spiccato è il sistema di filtri nell'apparato
uditivo, che ci permette di isolare solo quelle parti del
rumore circostante che ci interessano (effetto cocktail
party)
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Udito (2)
A seguire: Codifica
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Percezione (def.): l’organizzazione del percepito in strutture apprendibili
Criteri di analisi delle percezioni:
Prossimità

Gli oggetti/eventi formano una
figura completa riconoscibile come
tale
Semplicità
Gli oggetti/eventi condividono
proprietà o attributi
Continuazione


Gli oggetti/eventi sono vicini
nello spazio o nel tempo
Similarità

Chiusura

Gli oggetti hanno forme che
semplificano la discussione
Simmetria
Gli oggetti seguono una curva
continua e prevedibile, gli
eventi accadono ad intervalli
regolari

un caso speciale di semplicità
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Codifica
A seguire: Sfruttare l'effetto di continuazione
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Sfruttare l'effetto di continuazione
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A seguire: La memoria
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Human-Computer Interaction - A.A.
Negli anni Sessanta venne proposto il modello multiplo di
memoria, formato da tre tipi di memoria:



Memoria sensoria
Memoria a breve termine o di lavoro
Memoria a lungo termine o permanente
Non si sa se siano separate, né come interagiscano tra di
loro. A noi interessa più come modello che per studiare
l'effettivo funzionamento e malfunzionamento negli esseri
umani.
/
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La memoria
A seguire: Memoria sensoria
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Specifica: esistono locazioni specifiche per ogni senso



Memoria iconica per stimoli visuali (ca. 0.5 secondi)
Memoria ecoica per stimoli uditivi (necessaria per effetto stereofonico,
ma anche per la ritenzione dello stimolo)
Memoria tattile per stimoli tattili
Persiste per pochi decimi di secondo, e sono constantemente riscritti
da nuovi eventi sensori.
Grandi quantità di dati ed elaborazioni in ogni istante
Solo una minima quantità viene mantenuta, il resto si perde. E' in
azione un meccanismo di selezione, l'attenzione.
La continuità delle percezioni ci dà il senso dello scorrere del tempo e
del senso di realtà di quello che ci circonda.
Interruzioni momentanee, si suppone, generano il déjà-vu.
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Memoria sensoria
A seguire: Short Term memory (1)
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Detta anche working memory
Qui vengono posti ed elaborati i dati connessi con il task in
corso di esecuzione.
Ha a disposizione circa 7 +/- 2 “blocchi”, modali. Sono
blocchi, perché permettono il raggruppamento.
Ad esempio:
52147651210
055
055 456
456 712
712 65
65
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Short Term memory (1)
A seguire: Short Term memory (2)
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Human-Computer Interaction - A.A.
Short Term memory (2)
La memoria è sempre piena, e appena si richiede di
memorizzare un nuovo dato, uno dei dati precedenti viene
cancellato.
Dura circa 15 secondi
Effetto di prolungamento per ripetizione uditiva
Effetti amplificativi per importanza e freschezza
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A seguire: Long Term Memory
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Human-Computer Interaction - A.A.
Long Term Memory
E' divisa in:


Memoria episodica: la registrazione di eventi ed esperienze in
maniera seriale.
Memoria semantica: registrazione di fatti, concetti ed abilità
apprese nel passato.
/
La memoria a lungo termine non è mai una registrazione
completa delle percezioni, ma una loro rielaborazione con
filtro degli aspetti irrilevanti.
Si chiama memoria eidetica il ricordare ogni singolo
elemento del percepito. E' frequente nei bambini in età prescolare, rarissima negli adulti (cfr. "Funes, o della
20 memoria", in J.L. Borges, Finzioni, 1944)
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A seguire: L’attenzione
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Human-Computer Interaction - A.A.
Domanda:
di quante bande colorate è
composta la coda del gatto?
Un semplice esperimento di
memoria eidetica
lo stregatto
Guardate
con attenzione
(da Alice nel Paese
delle Meraviglie,
Disney, 1950)
l'immagine che segue
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Long Term Memory (2) - Un esperimento
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
La memorizzazione avviene per elaborazione, e non se ne
conoscono né limiti né durata.
Organizzazione gerarchica ed associativa: probabilmente
mappabile in una rete semantica, che organizza per
categorie e sottocategorie i concetti appresi
Concetti sparsi (privi di nessi logici) sono più difficili da
memorizzare di concetti collegati (connessi in una serie
logica)
Concetti astratti sono più difficili da memorizzare di concetti
concreti


Fede Grande Età Freddo Silenzio Idea Passato Linguaggio
Barca Albero Gatto Tappeto Piatto Chiesa Fiamma Testa
/
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Long Term Memory (3)
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Concetti collegati a fattori emozionali si ricordano meglio di
concetti neutri o quotidiani
Interferenze: l'accesso ad un ricordo può causare l'accesso
ad un altro ricordo completamente scollegato
Cosa significa dimenticare? Due teorie:


Decadimento: se la memoria non è sollecitata con frequenza il
ricordo naturalmente e lentamente scompare (effetto "punta della
lingua")
Interferenza: l'acquisizione di nuove informazioni naturalmente ed
immediatamente sostituisce una vecchia analoga (i vecchi numeri
di telefono)
La memoria funziona meglio per riconoscimenti che per
ricordi

Incontrare per caso un vecchio biglietto con il vostro vecchio
numero di telefono ve lo fa immediatamente identificare come
tale.
/
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Long Term Memory (4)
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
L’attenzione
L'attenzione è la selezione di uno o alcuni dei tanti stimoli
sensoriali che ci raggiungono.
Attenzione focalizzata (scrivere) o attenzione divisa
(guidare e parlare)
L’effetto cocktail party: la possibilità di filtrare (escludere)
larga parte di stimoli anche dello stesso senso.
Il task determina la focalizzazione dell’attenzione.
Le aspettative lo influenzano. In questo senso l’attenzione
è modale: eventi inaspettati o fuori di modalità distraggono.
L’uso di ausili cognitivi per il mantenimento dell’attenzione
/
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A seguire: Prestazioni degli esseri umani (1)
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Human-Computer Interaction - A.A.
Il ragionamento è il processo attraverso il quale usiamo la
conoscenza che già abbiamo per trarre conclusioni su un
evento di interesse.
Gli esseri umani adoperano meccanismi di ragionamento
per dedurre nuova informazione e risolvere problemi che si
pongono nella vita di tutti i giorni.
Questo avviene in maniera semi-conscia: a volte siamo in
grado di arrivare al risultato, ma non di ripercorrere i passi
del ragionamento che ci hanno portato al risultato.
Possiamo identificare almeno tre meccanismi di
ragionamento:



Ragionamento deduttivo
Ragionamento induttivo
Ragionemanto abduttivo
/
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Ragionamento(1)
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Partendo da una legge generale e da un caso, otteniamo
un informazione precisa.

DATO CHE
Le persone vive respirano.
La vittima dell'incidente respira,
ALLORA
La vittima dell'incidente è ancora viva.
Il sillogismo è un ragionamento deduttivo
Non siamo sempre bravi con il pensiero deduttivo,
soprattutto in presenza di assunti falsi o parziali

DATO CHE
Alcune persone sono infanti
Alcuni infanti piangono
SI PUÒ DEDURRE CHE
Alcune persone piangono?
/
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Ragionamento deduttivo
Fabio Vitali
NO!
Non ci è stato detto che tutti
gli infanti sono persone!
Human-Computer Interaction - A.A.
Partendo da una serie di casi omogenei deduco una regola
generale (inferenza o generalizzazione)

Tutti gli elefanti che ho visto hanno la proboscide
DUNQUE
Tutti gli elefanti hanno la proboscide
L'inferenza è inaffidabile e facile da smontare portando un
contro-esempio (un elefante senza proboscide)
Inoltre non può mai essere provata completamente (se non
esaminando sistematicamente tutti i casi)
Tuttavia è il modo naturale di generare nuove regole per la
nostra vita quotidiana
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Ragionamento induttivo
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Partendo da un caso, si sceglie la regola che meglio si adatta al caso

Mario sta guidando troppo forte
Mario guida troppo forte quando ha bevuto
ALLORA
Mario ha bevuto
Anche questo meccanismo di ragionamento è imperfetto: molte
possono essere le regole adatte, possono esserci regole non note

Mario può avere avuto un'emergenza
In particolare, un assunto implicito nel ragionamento abduttivo è che
esista una regola che spiega il caso, e che si debba solo scoprirla.
Nei sistemi informatici, una naturale abduzione è che l'evento a cui
assisto sullo schermo derivi dall'azione che ho appena eseguito.
Se evento ed azione, invece, non sono collegati, ne sorge
inevitabilmente confusione ed errore.
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Ragionamento abduttivo
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Il trovare una soluzione per un task nuovo o non familiare
Gli umani sono caratterizzati dall'abilità con cui adattano
l'informazione che hanno alle nuove situazioni.



Comportamentisti (fine XIX secolo): problem solving funziona o
per applicazione di regole note o per prova ed errore.
Teoria del Gelstalt (metà XX secolo): individuano sia approcci
riproduttivi (basati su esperienze precedenti) che produttivi (basati
sulla riflessione e la ristrutturazione del problema in altri termini).
Il problema della fissazione. Il caso delle due funi.
Teoria dello spazio dei problemi (anni settanta):il problema è
identificato come uno stato attuale e uno stato finale ottimale.
Attraverso una analisi mezzi-fini, si cerca di ricondurre lo stato
iniziale del sistema ad uno stato "più vicino" allo stato ottimo, per
poi riiniziare con l'analisi per il passo successivo. Lo spazio del
problema è l'ambito all'interno del quale utilizzare euristiche,
competenze e analogie per ottenere nuovi spazi più vicini al
risultato atteso.
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Problem solving
Fabio Vitali
Human-Computer Interaction - A.A.
Prestazioni degli esseri umani (1)





Il tempo di risposta è dipendente dal tipo di stimolo (l’essere
umano reagisce più velocemente al suono che alla visione)
Compromessi tra velocità ed accuratezza
Automaticità
Stanchezza
Errori d’azione
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A seguire: Prestazioni degli esseri umani (2)
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Human-Computer Interaction - A.A.
 Legge
di Fitt: Il tempo necessario per raggiungere un
oggetto è proporzionale alla distanza ed inversamente
proporzionale alla dimensione
dove:
•
•
•
•
2D
T  a  b log 2 (
)
W
T: time to target
a, b: costanti determinabili
D: distanza dell’oggetto
W: dimensione dell’oggetto
/
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Prestazioni degli esseri umani (2)
A seguire: Conclusioni
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Human-Computer Interaction - A.A.
Conclusioni
Qui abbiamo parlato di




Limiti e vincoli degli esseri umani come device
Caratteristiche di input ed output degli esseri umani
Tipologie della memoria umana
Prestazioni sensorie degli esseri umani
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A seguire: Riferimenti
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Human-Computer Interaction - A.A.
Riferimenti
A. Dix et alii, HCI, Prentice Hall, 1998, capitolo 1
D. Egan, “Individual differences in HCI”, in M. Helander
(ed.), Handbook of HCI, North-Holland, 1988
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03
Fine Presentazione