Orientierung und Navigation in zoombaren Benutzerschnittstellen unter besonderer Berücksichtigung kognitions-psychologischer Erkenntnisse

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2006
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Masterarbeit/Diplomarbeit
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Zusammenfassung

Zoomable User Interfaces (ZUIs) allow access to information-objects in a natural and visual-spatial way. Instead of navigating in abstract hierarchies and structures, the user can navigate in an infinite information landscape by zooming and panning. Informationobjects are therefore organized in space and scale, which allows the user to navigate analogue to the real world. If someone would like to access more information about an object in the real world they simply step closer to it. In a similar way, the knowledge about the location of objects can be compared to remembering where one has placed a certain book on the table. By transferring these concepts to the design of user interfaces it is made better use of the cognitive abilities of people, which have been specialized for these natural visual-spatial ways of navigation and orientation since many centuries. However this also implies some problems, which have to be considered. As in the real world, there is a certain danger of getting lost in such an infinite information landscape. The first part of this thesis will introduce the zoomable scatterplot ZuiScat and three different types of interaction- and navigation techniques. ZuiScat was especially developed for small screens, e.g. those used for Personal Digital Assistants (PDAs).Two experiments are presented, each including 24 participants, which analyse in which way those interaction techniques help to avoid problems in navigation and orientation. The results show, that users clearly ask for support as far as orientation and navigation are concerned and that the fisheye-distortion interaction technique seems to be the most promising one. This technique enlarges specific, user defined parts of the information space but allows staying orientated by distorting instead of discarding the context. An alternative to this approach would be an additional overview window, which allows for reorientation similar to an overview map. Taking into account the limited screen size which also complicates interaction, the second technique did not prove useful in the case of ZuiScat. Given different preconditions in terms of screen size and input devices it should nevertheless be considered as an alternative. The second part of this thesis deals with orientation and navigation in the real world. At first the basic theoretical foundations of Spatial Ability, Wayfinding and Cognitive Maps are introduced. The main navigation strategies are identified, which especially emphasize the relevance of Landmarks. Landmarks are described as distinctive objects or features of the environment, which can be linked to movement decisions. Furthermore they help in structuring the environment and support people in orientation matters. Therefore it can be said that they form the basis for route navigation and cognitive maps. Furthermore the neuronal findings regarding cognitive representation of space are presented. Special importance is assigned to the Place Cells in the Hippocampus, which somehow are thought to represent the environment in a cognitive map. However this field of research still has many questions to answer, which hopefully can be addressed in the next couple of years with the help of improved technological analysis possibilities. Some other topics that are addressed in this part are for example the structure of spatial memory. Many empirical studies support the hypothesis that our spatial environment is stored in hierarchies and that visual hierarchies embedded in an environment can have a large impact on navigation as well as on learning the environment. Another aspect is the measurement of navigation and orientation performance and the related problems.
The thesis closes with a summary of the topics presented and the effort to generate ideas for the design of zoomable user interfaces based on the psychological findings regarding orientation and navigation in the real world discussed in the second part.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Zoombare Benutzerschnittstellen (ZUIs) ermöglichen es dem Anwender, auf Informationsobjekte in einer natürlichen, visuell-räumlichen Art und Weise zuzugreifen. Anstelle der Navigation in abstrakten Hierarchien und Strukturen kann der Benutzer visuell-räumlich durch Zooming und Panning in einer unendlichen Informationslandschaft navigieren. Die Position der Informationsobjekte bestimmt sich dabei durch deren Platzierung und Skalierung im Raum. Hierdurch wird eine Analogie zu der Navigation in der realen Umwelt hergestellt, in welcher der Mensch beispielsweise auf Objekte näher zugeht, um mehr Details sehen zu können oder diese im Raum relativ zueinander platziert, um sich später besser erinnern zu können, welches Objekt wo zu finden ist. Durch die Übertragung dieser Konzepte auf die Gestaltung von Benutzerschnittstellen sollen die kognitiven Fähigkeiten des Menschen, welche auf diese natürlichen visuell-räumlichen Formen der Navigation und Orientierung seit Jahrtausenden trainiert wurden, besser unterstützt werden. Dabei werden allerdings auch Probleme übernommen, die es zu meistern gilt. Wie in der realen Welt, besteht die Gefahr, dass der Benutzer die Orientierung verliert und seine eigene Position im Verhältnis zur Informationslandschaft nicht mehr bestimmen kann.
Am Beispiel des zoombaren Punktdiagramms ZuiScat werden im ersten Teil dieser Arbeit drei Interaktions- und Navigationskonzepte empirisch in zwei Experimenten mit jeweils 24 Teilnehmern untersucht, um festzustellen, inwieweit sie dazu beitragen können, diese Probleme zu vermeiden. ZuiScat wurde dabei speziell für kleine Bildschirme, wie die von Personal Digital Assistants (PDAs), entworfen. Die Ergebnisse zeigen, dass von den Benutzern eine Unterstützung bei der Orientierung und Navigation durchaus gewünscht ist und hierbei eine Fischauge-Verzerrungstechnik am viel versprechendsten erscheint. Diese vergrößert vom Anwender spezifizierte Bereiche und ermöglicht durch eine Verzerrung des Kontextes jedoch dennoch, diesen weiterhin im Blick zu behalten. Eine Alternative hierzu stellt ein zusätzliches Übersichtsfenster dar, welches im Sinne einer Übersichtskarte stets die eigene Position aufzeigt. Aufgrund der beschränkten Bildschirmgröße und der hiermit zusätzlich noch erschwerten Interaktion konnte sich diese Variante für das Beispiel ZuiScat jedoch nicht bewähren. Im Falle von anderen Voraussetzungen bezüglich Bildschirmgröße und Eingabegeräte sollte es jedoch als mögliche Alternative in Erwägung gezogen werden.
Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Orientierung und Navigation in der realen Umwelt. Hierbei werden zunächst durch eine Einführung in die Konstrukte Spatial Ability, Wayfinding und kognitive Karten die theoretischen Grundlagen gelegt. Dabei werden die wichtigsten Navigationsstrategien identifiziert, bei welchen insbesondere den Landmarken eine entscheidende Bedeutung zukommt. Landmarken sind auffälligen Objekte oder Merkmale der Umgebung, welche diese strukturieren und zur Orientierung dienen können. Weiterhin können mit ihnen auch Bewegungsentscheidungen verknüpft werden und somit die Basis für weitere Navigationsstrategien wie Routennavigation und kognitive Karten gelegt werden. Des Weiteren werden die neuronalen Erkenntnisse bezüglich dieser Thematik näher beleuchtet und insbesondere vorgestellt, wie so genannte Place Cells im menschlichen Hippocampus eine Repräsentation der Umwelt bilden. Allerdings existieren hier noch viele offene Fragen, die erst in den kommenden Jahren durch verbesserte technologische Untersuchungsmöglichkeiten möglicherweise beantwortet werden können. Weitere Fragestellungen betreffen die Form der Repräsentation der Umwelt im Gehirn sowie die Struktur der Speicherung. Hierbei zeigt sich, dass das menschliche Gehirn stark mit Hierarchien arbeitet und somit visuelle Hierarchien wie beispielsweise Regionen in einer Landschaft einen starken Einfluss sowohl auf die Navigation als auch auf das Erlernen dieser Landschaft haben. Ebenso wird beleuchtet, wie Orientierung und Navigation gemessen werden und welche Schwierigkeiten sich hierbei ergeben. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung sowie dem Versuch, aus den Erkenntnissen des zweiten Teils Ideen zu generieren, welche das Design von zoombaren Benutzerschnittstellen bezüglich Orientierung und Navigation nachhaltig verbessern könnten.

Fachgebiet (DDC)
004 Informatik
Schlagwörter
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690GERKEN, Jens, 2006. Orientierung und Navigation in zoombaren Benutzerschnittstellen unter besonderer Berücksichtigung kognitions-psychologischer Erkenntnisse [Master thesis]
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