Reconfiguration of User Interface Models for Monitoring and Control of Human-Computer Systems

Main goal of this work is the design and realization of a platform for reconfiguration of user interface models on a formal basis. The purpose of this platform is to assess the adaption of engineering systems and their computer-based representations from the perspective of applied cognitive science in the context of human-computer interaction studies. To achieve this goal, a new architecture was designed and implemented, called the UIEditor framework. It supports (re-)configuration of user interfaces, editors for creating new user interface models, as well as components for simulation of created user interfaces along with the simulation of the controlled system process. The physical appearance and functional purpose of the user interface distinguish the input side of actions triggering a change in the system’s state from the output side that represents the system’s current state. The whole concept of formal modeling and reconfiguration is based on a visual language for modeling user interfaces introduced in this work, the semantics of which is defined by an algorithmic mapping to reference nets. This allows a pattern-based and context-dependent reconfiguration, which takes the capabilities and requirements of the user into account and helps to avoid errors in interaction. Owing to the modeling language’s generality, it is possible to model, reconfigure and render mobile, distributed, collaborative, and multimodal human-computer interfaces. The reduction of errors in interaction and the increase of user’s acceptance and motivation are demonstrated in several evaluation studies in interdisciplinary collaboration with engineering and psychology.

Ziel der Arbeit ist es, eine Modellierungsplattform zur Benutzerschnittstellenrekonfiguration zu entwerfen und zu realisieren, die eine formale Grundlage für die Bewertung der Rekonfiguration für ingenieurwissenschaftliche Systeme und ihre Computer-basierten Modelle aus Sicht der Angewandten Kognitionswissenschaften im Rahmen der Mensch-Computer Interaktion bietet. Hierzu wurde mit dem UIEditor-Rahmenwerk eine Architektur entworfen und realisiert, die die (Re-)konfiguration von Ein- und Ausgabeschnittstellen unterstützt, die zur Erzeugung neuer Benutzerschnittstellen dient und es erlaubt, den Systemprozess mit ihnen zu simulieren und damit den Entwurf in Hinsicht auf ein Prozessziel oder Aufgabenmodell zu validieren. Dabei wird die Benutzerschnittstelle nach ihrem physikalischen Aussehen und dem funktionellen Zweck, nämlich eingabeseitig der Auslösung von Aktionen, die den Prozess von einem aktuellen in einen folgenden Zustand überführen, bzw. ausgabeseitig der Repräsentation von Prozesszuständen über die Werte gewisser Parameter unterschieden. Es wird eine neue visuelle Sprache zur Modellierung von Benutzerschnittstellen formal eingeführt, die ihre Semantik durch eine Abbildung auf Referenznetze erhält. Dies ermöglicht eine musterbasierte, kontextabhängige und formale Rekonfiguration, die die Fähigkeiten und Vorgaben des Nutzers berücksichtigt und Eingabefehler vermeiden hilft. Die Sprache erlaubt es in ihrer Allgemeinheit auch, mobile, verteilte, kooperative multimodale Mensch-Computer Schnittstellen zu (re-)konfigurieren und zu simulieren. Die Annahme, dass Benutzerschnittstellenrekonfiguration die Fehlerhäufigkeit bei Eingaben reduziert, die Mensch-Computerkommunikation verbessert und die Akzeptanz und Motivation des Nutzers erhöht, wird in mehreren Studien auch in einer interdisziplinären Zusammenarbeit mit den Ingenieurwissenschaften und der Psychologie belegt.

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