PARTE 1: Aspetti fondamentali di comunicazione ed interazione

PARTE 1:
Aspetti fondamentali di
comunicazione ed interazione
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Facoltà di Lettere e Filosofia
Università di Verona
A.A. 2006-07
Comunicazione ed interazione
Uomo
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2
L’uomo
• La psicologia cognitiva studia il comportamento umano e i
processi umani che lo influenzano.
• Per progettare interfacce usabili è utile studiare i processi di
percezione, attenzione, memoria, apprendimento,
pensiero e risoluzioni di problemi in termini di capacità e
limitazioni.
• L’essere umano può essere considerato come un sistema di
elaborazione dell’informazione (eg., modello di Card,
Moran e Newell):
– l’informazione è ricevuta e trasmessa attraverso canali di I/O;
– l’informazione è immagazzinata in memoria;
– l’informazione è elaborata e applicata in diversi modi.
• Le capacità umane in queste aree sono importanti per il
progetto così come lo sono le differenze individuali
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3
I canali di input/output
• Vista, udito, tatto, gusto e olfatto: usati i primi 3,
il 4o e 5o non chiari, il 5o usato per come sistema
di monitor o allarme
La vista
• Esistono 2 processi essenziali:
– ricezione fisica dello stimolo
– elaborazione ed interpretazione dello stimolo.
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L’occhio umano
• Meccanismo che riceve luce e la trasforma in
energia elettrica
• La luce viene riflessa da oggetti che vengono
rappresentati rovesciati sulla retina
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– la retina contiene bastoncelli per la visione a bassi livelli
di luminosità e periferica, e i coni per per la visione a
colori con dettagli (fissazione)
– le celle gangliali (cellule) rilevano i pattern e il
movimento
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La percezione visiva
• Percezione delle dimensioni e della profondità
– l’angolo visuale indica lo spazio occupato da un oggetto
rispetto al campo di vista (è relativo alla dimensione e
distanza dall’occhio)
– l’acutezza visiva è l’abilità di percepire i dettagli fini
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– gli oggetti familiari sono percepiti come di dimensioni
costanti malgrado la variazione dell’angolo visuale (legge
di costanza della dimensione) ⇒ stima della distanza
– indizi come la sovrapposizione aiutano la percezione di
dimensione e profondità
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The Whole is not Equal to the Sum of Its
Parts
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9
The Whole is not Equal to
the Sum of Its Parts II
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• Percezione della brillantezza
– la reazione alla brillantezza è soggettiva
– è alterata dalla luminosità (luce emessa) degli oggetti
– il contrasto è funzione della luminosità dell’oggetto e dello
sfondo
– è percepita maggiormente se avviene una notevole differenza
della luminosità
– l’acutezza visiva cresce con la luminanza così come il flicker:
in grossi schermi luminosi si percepisce il flicker anche ad
alte frequenze
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• Percezione del colore
– (modello HSI) composto da
• gradazione
• saturazione
• intensità
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– i coni sono sensibili alla variazione della lunghezza d’onda
della luce
– l’acutezza del blu è la più bassa (3-4% della fovea e`
occupata da coni sensibili al blu)
– 8% della specie maschile e l’1% di quella femminile sono
ciechi al colore
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• La capacità e i limiti dell’elaborazione visiva
– Il sistema visivo compensa i movimenti (img percepite
stabili) e i cambi di luminanza (colore e brillantezza
invariati).
– Il contesto è utilizzato per risolvere le ambiguità
– Le illusioni ottiche accadono a volte per sovracompensazioni
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Ponzo Illusion
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The Ames Room
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Figure and Ground in Perception
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Gestalt Principles of Closure
and Good Form
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• Uso del contesto
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• Altro esempio
The quick brown
fox jumps over the
the lazy dog
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La lettura
• Diverse fasi
1. sono percepiti dei pattern visivi …
2. … che sono decodificati usando rappresentazioni interne
del linguaggio,
3. … che sono interpretati usando la conoscenza sintattica,
semantica e il pragmatismo
•
•
•
La lettura comporta i cosiddetti fenomeni saccadici e
di fissazione: la percezione avviene durante la
fissazione
La forma della parola è importante per il
riconoscimento
La visualizzazione in negativo migliora la lettura sui
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monitor
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Udito
• Fornisce informazione sull’ambiente: distanze,
direzioni, oggetti, etc.
• Di solito è sottovalutato
• Andrebbe maggiormente sfruttato nelle interfacce HC
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Udito
• Da’ informazione sull’ambiente: distanze, direzioni, etc.
L’orecchio umano
–esterno: protegge l’orecchio int. e
amplifica il suono
–medio: trasmette le onde sonore
come vibrazioni all’interno
–interno: esistono trasmettitori
chimici che vengono rilasciati e che
causano impulsi al nervo uditivo
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L’elaborazione del suono
– livello o pitch: frequenze caratteristiche del suono
– intensità o loudness: ampiezza
– timbro: tipo o qualità del suono
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• L’essere umano può sentire frequenze dai 20 Hz
ai 15 KHz
• Distingue meno accuratamente le alte frequenze
rispetto alle basse
• Il sistema uditivo filtra il suono:
– può essere in attesa di percepire qualche suono
immerso in un ambiente rumoroso.
• Esempio: cocktail party effect
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Tatto o percezione tattile (o aptica)
• Fornisce importanti retroazioni circa l’ambiente.
• Può essere un senso basilare per chi è disabile
visivamente
• Gli stimoli sono ricevuti mediante recettori nervosi
della pelle, variabili in dipendenza della posizione:
– termo-recettori, sensibili al caldo/freddo
– chemio-recettori alla forte pressione, al calore e al dolore
– meccano-recettori sensibili alla pressione
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27
meccanocettori
chemiocettori
termocettori
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• Alcune aree sono più sensibili di altre (eg., dita)
• Un altro aspetto importante della percezione è la
consapevolezza della posizione del corpo, la
chinestasi, che influisce sulla comodità e le
prestazioni.
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Movimento
• Tempo richiesto per rispondere ad uno stimolo =
tempo di reazione + tempo di movimento
• Il tempo di movimento dipende dall’età, dalla
forma fisica, etc.
• Il tempo di reazione dipende dal tipo di stimolo:
– visivo: 200 ms
– uditivo: 150 ms
– dolore: 700 ms
• la necessità di tempi di reazione brevi può limitare
l’accuratezza in un operatore novizio, ma non in
uno esperto.
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• La legge di Fitts descrive il tempo impiegato per
colpire un obiettivo nello schermo
Mt = a + b log2 (D/S +1)
dove
–
–
–
–
a e b sono costanti determinate empiricamente
Mt è il tempo motorio
D è la distanza
S è la dimensione
D
S
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• L’obiettivo in generale deve essere
– più largo possibile
– più vicino possibile
Il tempo necessario per raggiungere il
bottone è lo stesso nei due casi
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La memoria umana
• Esistono vari tipi di memoria
• I vari tipi sono collegati con un modello seriale
Buffer sensoriali
- memoria iconica
-memoria ecoica
-memoria aptica
attenzione
Memoria
a breve termine
STM
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione (rehearsal)
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Memoria sensoriale
• “Tamponi” che registrano passivamente le informazioni
provenienti dal mondo esterno sotto forma di stimoli
sensoriali:
– iconica: stimolo visivo (0.5 sec di permanenza)
– ecoica: stimolo uditivo
– aptica: stimolo tattile
• Costantemente aggiornata (=sovrascritta)
• L’informazione passa dal livello sensoriale alla STM
mediante l’attenzione filtrando gli stimoli di interesse
Buffer sensoriali
- memoria iconica
-memoria ecoica
-memoria aptica
attenzione
Memoria
a breve termine
STM
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione (rehearsal)
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• La selezione degli stimoli (non la loro presenza) è
determinata dal livello attentivo, di interesse o necessità
(arousal), per non essere sovraccaricati
– cocktail party effect
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Memoria a breve termine (STM)
• Area di servizio per ricordi temporanei atti al
ragionamento
– accesso rapido: 70 ms
– decadimento rapido: 200 ms
– capacità limitata: 7±2 numeri o pezzi di informazione
• Si organizza in chiusure, ie., gruppi di informazione
consistenti. Generalizzando, si ha la necessità di
completare o concludere i task memorizzati nella STM
(es. bancomat)
• Il ricordo delle cose viste più di recente è migliore del
ricordo di cose precedenti: recency effect
• Effetto annullato se nel frattempo ci si impegna in altri
compiti.
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Esempio: il cellulare in auto
Studi recenti suggeriscono che:
• L’uso del cellulare durante la guida quadruplica il rischio
di collisione (come guidare da ubriachi)
• La causa principale del maggior rischio è l’impegno
mentale della conversazione (e non la gestione manuale del
telefono: in altre parole, il viva-voce non riduce il rischio)
• Durante la conversazione al cellulare il tempo di reazione
agli stimoli visivi (es. l’auto davanti che frena, il semaforo)
presentati al guidatore viene considerevolmente aumentato
(raddoppia?)
Cfr.ad es. Schneider et al., CHI 2005
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• Esistono vari canali di STM
– visivo (composizione di frasi)
– articolatorio (memorizzazione di numeri, lettere
scoordinate)
• Esiste evidenza del fatto che l’interferenza di diversi
canali della STM (, etc.) non degrada il ricordo
– Esperimento di Baddeley
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Linee guida per facilitare la STM:
• ...fatelo fare al computer, non all’utente
MBT
ora devo liberare la
STM…
… e allora prendo
appunti e scarico STM
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• Linee guida per facilitare la STM:
– organizzare le
informazioni
presentate
dall'interfaccia
mediante
suddivisione e
raggruppamento
per non
sovraccaricare la
memoria a breve
termine
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40
– non costringere l'utente a mantenere troppi concetti nella
memoria a breve termine
Quando questo msg
scompare, devo
ricordare tutte queste
informazioni nella MBT!
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Quando questo msg
scompare, devo
ricordare tutte queste
informazioni nella MBT!
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Questa è una soluzione
migliore
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– usare default, permettendo però all'utente di cambiarli
– cambiando videata riportare su quella nuova le informazioni
necessarie all'utente da quella vecchia
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Memoria a lungo termine (LTM)
•
Area di archivio di tutta la conoscenza
– accesso lento: 0,1 s
– decadimento lento o nullo
– le informazioni in essa memorizzate sono altamente
strutturate e dinamiche
– enorme e illimitata capacità
– la necessità di richiamare spesso lo stesso concetto porta a
richiamarlo sempre più velocemente
•
Esistono 2 tipi:
1. episodica: memoria seriale di eventi
2. semantica: memoria strutturale di fatti, concetti, e
capacità individuali, accoglie il materiale per
ragionamenti astratti.
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45
• L’informazione nella LTM semantica deriva da
quella episodica
• La struttura della memoria semantica:
– fornisce accesso alle informazioni
– rappresenta le relazioni tra le informazioni
– supporta il ragionamento deduttivo
• Modello artificiale: rete semantica
– ereditarietà: nodi figli ereditano le proprietà dei nodi
padri
– relazione esplicita tra elementi informativi
– supporta deduzione attraverso l’ereditarietà
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46
• Rete semantica e inferenza
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47
• Altri modelli di LTM: modello a frame
– informazione è organizzata in una struttura dati
– i campi della struttura sono istanziati con valori
specifici per una certa istanza o default (~importanza).
– strutturati a rete (complementari ad una rete semantica)
DOG
Fixed
legs: 4
COLLIE
Fixed
breed of: DOG
type: sheepdog
Default
diet: carnivorous
sound: bark
Variable
size:
color:
Default
size: 65 cm
Variable
color:
48
48
• Altri modelli di LTM: script
– Modello di rappresentazione di informazione stereotipata,
richiesta per interpretare situazioni o un linguaggio
– Ha anch’esso elementi (slot) che possono essere istanziati
ad un particolare valore
Script per una visita dal veterinario
Entry condition: dog ill
vet open
owner has money
Result: dog better
owner poorer
vet richer
Props: examination table
medicines
instruments
Roles:
vet examines
diagnoses
owner brings dog in
pays
takes dog out
Scenes: arriving at reception
waiting in room
examination
paying
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49
•
Altri modelli di LTM: regole di produzione
–
rappresentazione di conoscenza procedurale
– regole condizione-azione
– se la condizione è verificata, la conseguente azione è svolta
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I processi della memoria a lungo termine (LTM)
•
Tre tipi di processi
1. Memorizzare informazioni
2. Dimenticare informazioni
3. Recuperare informazioni
Buffer sensoriali
- memoria iconica
-memoria ecoica
-memoria aptica
attenzione
Memoria
a breve termine
STM
Memoria
a lungo termine
LTM
ripetizione (rehearsal)
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51
• Memorizzare informazioni
– L’informazione si muove dalla memoria STM alla LTM per
rehearsal (ripetizione).
– La quantità di retenzione è proporzionale al tempo di rehearsal:
ipotesi di tempo totale. (più si studia, più si ricorda)
– È ottimizzata dilazionando il learning nel tempo: distribuzione
dell’effetto di riproduzione
– Struttura, significato e familiarità rendono l’informazione più
facile da ricordare
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52
•
Perdita di informazione (dimenticanze)
Due teorie:
1. Decadimento: l’informazione viene persa gradualmente
ma lentamente
2. Interferenza: la nuova informazione rimpiazza la vecchia
⇒ interferenza retroattiva
Informazione vecchia può interferire con la nuova:
inibizione proattiva (è possibile non dimenticare!) (Es.,
tornare vs casa vecchia invece della nuova)
– la memoria è selettiva e sensibile alle emozioni (si può
“scegliere” di dimenticare)
– difficile capire se si è dimenticato o se è molto difficile
accedere alla memoria (esempi, inibizione proattiva,
parola “sulla punta della lingua”, informazione non
ricordata ma riconosciuta)
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•
Recupero di informazioni (information retrieval)
Due teorie:
1. Ricordo: l’informazione riprodotta dalla memoria;
può essere coadiuvata da segnali, eg., categorie,
immagini, etc.
2. Riconoscimento: avviene quando la presentazione di
un’informazione provoca la consapevolezza che tale
informazione è stata già vista.
Meno complesso che il ricordo.
•
Manovre per favorire il ricordo
– Uso di categorie
– Memoria visiva
– Immaginazione
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Esempio: Adventure games (I)
Colossal Adventure, 1983, ZX Spectrum
Ricordo
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Esempio: Adventure games (II)
Riconoscimento
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Uninvited, 1986 (Mindscape, Macintosh
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Il pensiero:
ragionamento e problem solving
•
L’uomo
– acquisisce informazioni
– le mantiene in memorie di vario tipo
– elabora le informazioni in maniera complessa, pensando
•
Due categorie del pensiero:
1. Ragionamento
2. Problem solving
Ragionamento
Problem
solving
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Ragionamento
• processo con cui si usa la conoscenza di cui si dispone
per trarre conclusioni o dedurre qualcosa di nuovo sul
campo di interesse
• di 3 tipi:
– Deduttivo
– Induttivo
– Abduttivo
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Il ragionamento deduttivo
• Le conclusioni sono logicamente derivate dalle
premesse date.
• Esempio:
• Se è venerdì, lui andrà a lavorare
– È venerdì
– quindi egli andrà a lavorare
– Conclusioni possono essere logicamente vere ma
intuitivamente fasulle (chi è che forma le deduzioni “di
partenza”?)
– Esempio
• Se piove, il terreno sarà asciutto
– Piove
– Quindi il terreno è asciutto
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• Induttivo: generalizza da casi visti a casi non visti.
– Esempio: tutti gli elefanti che ho visto hanno la
proboscide, quindi tutti gli elefanti hanno la proboscide
– non affidabile: può solo provare il falso non la verità
– L’essere umano non usa bene l’evidenza negativa
– Esempio, carte di Wason
• Ogni carta ha un numero da una parte e un carattere dall’altra:
quali carte devo girare per testare la verità della frase: se una
carta ha una vocale da un lato ha un numero pari dall’altro?
4
E
7
K
60
60
• Abduttiva: ragionamento dagli eventi alle cause
– Esempio: Marco guida veloce quando ha bevuto
– Se si vede Marco guidare veloce, si assume che abbia
bevuto
– Non affidabile: può portare a false spiegazioni
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Problem solving
• Processo di ricerca della soluzione a problemi non
familiari usando la conoscenza
• Diverse teorie
– Gestalt
– Teoria del problem space
– Analogia
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Gestalt
– lontana dalla teoria comportamentale (behaviourism)
che spiega il problem solving come una riproduzione
di risposte note o a tentativi
– teoria percettivistica, secondo la quale l'immagine è
costruita in maniera attiva sia con informazioni
provenienti dall'ambiente esterno sia con conoscenze
contenute nella memoria
– teoria sia produttiva che riproduttiva
– La parte produttiva cerca di ristrutturare il problema
con perspicacia/percezione; quella riproduttiva fa riuso
della conoscenza ed esperienza
– attrattiva ma non esiste abbastanza evidenza per
spiegare tutti i fenomeni della percezione.
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Teoria del problem space
– il problem space include gli stati del problema
– il problem solving comporta la transizione tra gli stati
usando operatori legali
– è utilizzata euristica per selezionare gli operatori, eg.,
analisi means-ends:
• da uno stato iniziale si arriva al finale (goal) mediante
operazioni intermedie sempre confrontate col goal per capire
quanto ci si è avvicinati alla soluzione
– opera entro i sistemi umani di elaborazione delle
informazioni (eg., limiti della STM, etc.)
– largamente applicata al problem solving in ben definite
aree (eg., puzzle)
– a volte la soluzione del problema include l’acquisizione
di nuova conoscenza (scrivere codice di un programma)
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• Analogia
– i problemi nuovi sono risolti usando la conoscenza di
un dominio simile in un nuovo dominio: mapping
analogico
– il mapping analogico può essere difficile se i domini
sono semanticamente diversi
– vicina alla Gestalt (parte produttiva con uso di
perspicacia)
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FINE!
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