Einführung in die Mensch-Maschine-Kommunikation Stefan Kopp Universität Bielefeld SFB 673 1 Mensch-Maschine-Kommunikation 2 ! Mensch ! Will eine Aufgabe lösen ! Nutzt Maschine für diesen Zweck ! Unterliegt speziellen Einschränkungen ! Maschine ! Software für Problemlösungen ! Hardware zur Programmausführung und Ein-/Ausgabeschnittstelle ! Kommunikation ! Fortlaufender Informationsaustausch ! Gemeinsames Zeichensystem ! Gemeinsame Kommunikationskanäle Mensch und Maschine kommunizieren
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Einf hrung in die Mensch-Maschine-Kommunikationskopp/download/Kopp_MMK... · Mensch-Maschine-Kommunikation Year 1950s 1970s 1980s 1980s+ 1990s+ 2000s+ Paradigm Typewriter Desktop
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Einführung in die Mensch-Maschine-Kommunikation
Stefan Kopp
Universität Bielefeld
SFB 673
1
Mensch-Maschine-Kommunikation2
! Mensch! Will eine Aufgabe lösen
! Nutzt Maschine für diesen Zweck
! Unterliegt speziellen Einschränkungen
! Maschine! Software für Problemlösungen
! Hardware zur Programmausführungund Ein-/Ausgabeschnittstelle
! „As we may think“ (1945):„The summation of human experience is being expaned at a prodigious rate, and the means we use for threading through the consequent maze to the momentarily important item is the same as was used in the days of square-rigged ships“
„Memex“ (memory expander)Informationsverarbeitende Maschine als persönliches Werkzeug zum Speichern und Finden von Daten
Mensch-Maschine-Kommunikation7
Joseph C.R. Licklider
! „Man-Computer Symbiosis" (1960):"The hope is that, in not too many years, human brains and computing machines will be coupled together very tightly and that the resulting partnership will think as no human brain has ever thought and process data in a way not approached by the information-handling machines we know today.”
! Visions:
! Short-term: Time-sharing, input/ouput of symbolic and graphical information, real-time systems
! Mid-term: Facilitate human cooperation, speech recognition, character recognition, light-pen editing
! Long-term: Natural language understanding, heuristic programming, learning
Mensch-Maschine-Kommunikation8
Douglas C. Engelbart
„I had the image of sitting at a big CRT screen with all kinds of symbols, new and different symbols, not restricted to our old ones. The computer could be manipulated, and you could be operating all kinds of things to drive the computer“
„ONLine System“ (1968)
! Two persons collaboratively edit the same text from two different consoles
! Multiple windows, on-screen teleconferencing
! Need for new input device for text selection and manipulation ! first mouse
Mensch-Maschine-Kommunikation
Übersicht
! Maschinen als Werkzeuge! Bedienung
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! Maschine bietet Vielzahl von ausführbaren Funktionen
! Nutzer bedienen die Maschine in einem fortlaufenden Interaktionsprozess
! Rückmeldung der Maschine über aktuellen Status der lokalen Problemlösung
Mensch-Maschine-Kommunikation
Maschinen als Werkzeuge
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Psychology of HCI (Card, Moran & Newell; 1983)
Wahrnehmung
Mensch Computer
Informations-
verarbeitung
Handeln Eingabegeräte
Informations-
verarbeitung
Ausgabegeräte
Mensch-Maschine-Kommunikation
Handlungsschritte
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Seven Stages of Action Model (D. Norman, 1988)
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Mensch-Maschine-Kommunikation
Probleme beim Überbrücken der „Ausführungskluft“
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(aus Dahm, 2006)
Mensch-Maschine-Kommunikation
Probleme beim Überbrücken der „Evaluationskluft“
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(aus Dahm, 2006)
Mensch-Maschine-Kommunikation
Ziel: Gebrauchstaugliche Maschinen
! „Usability“ - können Nutzer das System auch wirklich
erfolgreich gebrauchen?
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DIN ISO 9241:
! Effektivität: Genauigkeit und Vollständigkeit, mit der die Benutzer ein bestimmtes Ziel erreichen.
! Effizienz: Aufwand der Benutzer im Verhältnis zur Genauigkeit und Vollständigkeit des erzielten Effekts.
! Zufriedenheit: Positive Einstellung gegenüber der Nutzung und Freiheit von Beeinträchtigungen
Mensch-Maschine-Kommunikation
„Usablity Engineering“
! Elemente zur Interaktionsgestaltung! Software: Eingabezeilen, Kommandosprachen, Formulare,
! Hardware: Tastatur, Touchpads, Maus, Bildschirm, etc.
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! User-centered design• Iterativ-inkrementell
• Nutzerbeteiligung
Mensch-Maschine-Kommunikation
„Usability Engineering“
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! Metaphern! Bezug (Analogie) zu bekannten
Real-Welt-Aktivitäten
! Beispiele: Schreibtisch-Metapher, direkte Manipulation
! Affordances (Norman, 1988): "refers to the properties of objects --what sorts of operations and manipulations can be done to a particular object"
! Objekte sollen ihre Affordances suggerieren
Mensch-Maschine-Kommunikation
Übersicht
! Maschinen als Werkzeuge! Bedienung
! Maschinen als intelligente Werkzeuge! Instruktion
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Mensch-Maschine-Kommunikation
Instruierbare intelligente Werkzeuge
! Mit zunehmenden Fähigkeiten und Autonomie der Systeme werden immer „natürlichere“ Kommunikations- und Interaktionsarten möglich
! Credo: Maschine soll wie Menschen kommunizieren können
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Mensch-Maschine-Kommunikation
Klassisches Kommunikationsmodell der KI
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Terry Winograd (1983)
Fokus auf symbolischer Kommunikation
Mensch-Maschine-Kommunikation
Beispiel: Der virtuelle Konstrukteur
! Verstehen von Instruktionen unter Rückgriff auf Weltwissen und Situationswissen
! Referenzierung von Objekten über deren! aktuelle oder potentielle Rolle („Leitwerk“ statt „Leiste“)! aktuelle relative Merkmalsausprägung im Kontext, Status im
Diskurskontext
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Virtueller Konstrukteur (Jung et al., 1998)
Konzeptdynamik(Wachsmuth & Jung, 1996)
Mensch-Maschine-Kommunikation
Sprachdialogsysteme
! Erlauben dem Nutzer Eingabe in gesprochener Sprache und antworten durch natürlich-sprachliche Ausgaben
! Natürlich-sprachlicher Dialog als Schnittstelle ! Informationsstruktur: Was ist neu und was bekannt?
! Kohärenz: Wie beziehen sich Äußerungen aufeinander? ! Referenz: Auf was wird Bezug genommen?
! Sprechakte: Was ist die Aktion und Intention des Sprechers?! Rederecht: Wer redet wann?
! Initiative: Wer hat die Kontrolle im Dialog?! Grouding: Welche Informationen sind etabliert?
! Reparatur: Wie können Missverständnisse korrigiert werden?
Mensch-Maschine-Kommunikation22
Multimodale Mensch-Maschine-Kommunikation
! Menschliche Kommunikation zeichnet sich durch gleichzeitige und kombinierte Verwendung vieler „Modalitäten“ aus (Sprache, Gestik, Mimik, etc).
! Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ist multimodal, wenn sie mehrere Eingabemodalitäten und/oder mehrere Ausgabemodalitäten zur Verfügung stellt.
Eine Modalität bezeichnet ein kommunikatives System,das durch die Art und Weise wie Information kodiert,
übertragen und interpretiert wird gekennzeichnet ist.
Mensch-Maschine-Kommunikation23
Beispiele
Dreh das Teil
so herum!
Spracherkennung + Lippenlesen
Das Ding ist
unten rund…
QuickSet (OHSU Oregon) MARA (Fraunhofer FIT)
SFB 360 Bielefeld AG WBS, Uni Bielefeld
Mensch-Maschine-Kommunikation24
Warum multimodale MMK?
Natürlichkeit! Anpassung an den Menschen, Intuitivität
! Natürlicheres Interaktionsszenario! Direkte Übertragung der bekannten Kommunikationsarte
! Metapher eines Vermittlers wird „greifbar“ ! Da ist jemand, der mir hilft
! Motivationale Faktoren! Zusammenarbeit und Interaktion mit einer „Person“ ist
motivierender und unterhaltsamer
Mensch-Maschine-Kommunikation32
Interface-Agenten
Communicate
Observe Observe
Operate
UserInterface
agent
Application
! Aufgabe: Vermittlung zwischen Nutzer und Anwendung
! Kommunizieren mit dem Nutzer und unterstützen ihn
! Übernehmen die Bedienung der Applikation
! Agent und (ggf.) Nutzer „observieren“ die Applikation
Mensch-Maschine-Kommunikation33
Anthropomorpher Interface-Agent für Webbrowser (U. Tokyo)
Mensch-Maschine-Kommunikation34
Embodied conversational agents
„Computer interfaces that hold up their end of conversation,
have bodies and know how to use it for conversational behaviors as a function of the demands of dialogue and of emotion, personality, and social convention.“
(Cassell, 2000)
! Ziel: Verhalten sich wie Menschen in der „face-to-face“ Kommunikation! Erkennen und verarbeiten verbale und nonverbale Eingaben