PARTE 1: Aspetti fondamentali di comunicazione ed interazione 1 1 Facoltà di Lettere e Filosofia Università di Verona A.A. 2006-07 Comunicazione ed interazione Uomo 2 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 3 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. 4 4 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 5 5 – 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 6 6 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 7 7 – 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 8 8 The Whole is not Equal to the Sum of Its Parts 9 9 The Whole is not Equal to the Sum of Its Parts II 10 10 • 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 11 11 • Percezione del colore – (modello HSI) composto da • gradazione • saturazione • intensità 12 12 – 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 13 13 • 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 14 14 Ponzo Illusion 15 15 The Ames Room 16 16 Figure and Ground in Perception 17 17 Gestalt Principles of Closure and Good Form 18 18 • Uso del contesto 19 19 • Altro esempio The quick brown fox jumps over the the lazy dog 20 20 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 21 monitor 21 22 22 Udito • Fornisce informazione sull’ambiente: distanze, direzioni, oggetti, etc. • Di solito è sottovalutato • Andrebbe maggiormente sfruttato nelle interfacce HC 23 23 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 24 24 L’elaborazione del suono – livello o pitch: frequenze caratteristiche del suono – intensità o loudness: ampiezza – timbro: tipo o qualità del suono 25 25 • 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 26 26 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 27 27 meccanocettori chemiocettori termocettori 28 28 • 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. 29 29 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. 30 30 • 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 31 31 • 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 32 32 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) 33 33 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) 34 34 • 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 35 35 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. 36 36 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 37 37 • 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 38 38 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 39 39 • Linee guida per facilitare la STM: – organizzare le informazioni presentate dall'interfaccia mediante suddivisione e raggruppamento per non sovraccaricare la memoria a breve termine 40 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! 41 41 Quando questo msg scompare, devo ricordare tutte queste informazioni nella MBT! 42 42 Questa è una soluzione migliore 43 43 – usare default, permettendo però all'utente di cambiarli – cambiando videata riportare su quella nuova le informazioni necessarie all'utente da quella vecchia 44 44 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. 45 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 46 46 • Rete semantica e inferenza 47 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 49 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 50 50 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) 51 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 52 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) 53 53 • 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 54 54 Esempio: Adventure games (I) Colossal Adventure, 1983, ZX Spectrum Ricordo 55 55 Esempio: Adventure games (II) Riconoscimento 56 Uninvited, 1986 (Mindscape, Macintosh 56 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 57 57 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 58 58 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 59 59 • 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 61 61 Problem solving • Processo di ricerca della soluzione a problemi non familiari usando la conoscenza • Diverse teorie – Gestalt – Teoria del problem space – Analogia 62 62 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. 63 63 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) 64 64 • 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) 65 65 FINE! 66 66