Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1830
Main Title: Analyse kognitiver Benutzermodelle für die Evaluation von Mensch-Maschine-Systemen
Translated Title: Analyzing cognitive models for the evaluation of human-machine systems
Author(s): Dzaack, Jeronimo
Advisor(s): Urbas, Leon
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Entwicklung und Gestaltung von Schnittstellen für Mensch-Maschine-Systeme erfordern, neben der Kenntnis der Aufgabe und der Arbeitsumgebung, auch eine Vorstellung über die kognitiven Anforderungen an zukünftige Benutzer. Ein Grund dafür liegt in der zunehmenden Informationsdichte und dem ansteigenden Automatisierungsgrad von technischen Systemen. Daraus ergibt sich die Frage, welche Art von Schnittstelle die kognitiven Prozesse bei der Interaktion am besten unterstützt und wie diese prospektiv gestaltet werden kann. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag, um kognitive Aspekte bei fertigkeits- und regelbasierten Tätigkeiten in der Mensch-Maschine-Interaktion in den Entwicklungsprozess zu integrieren. Für die Analyse und Bewertung von Schnittstellen bietet sich in frühen Systementwicklungsphasen die kognitive Benutzermodellierung an, die eine computerbasierte Simulation des zukünftigen Benutzerverhaltens auf Basis formaler Spezifikationen erlaubt. Die Analyse und Interpretation der Simulationsdaten ermöglicht das Aufdecken von Fehlern in der Schnittstellengestaltung und dem Interaktionsdesign. Die kognitive Modellierung wird aber aufgrund des hohen Aufwands und fehlender Werkzeuge für die Modellentwicklung und Analyse von Simulationsdaten nur selten angewendet. In dieser Arbeit wird überprüft, in welcher Art und Weise Simulationsdaten kognitiver Benutzermodelle für die Bewertung von Mensch-Maschine-Systemen in frühen Phasen der Systementwicklung analysiert und angewendet werden können. Dabei liegt der Fokus auf simulierten Blickbewegungsdaten der kognitiven Architektur ACT-R (atomic components of thought – rational) und empirisch erhobenen Blickbewegungsdaten für fertigkeits- und regelbasierte Tätigkeiten. Die Blickbewegungsdaten stellen für die Bewertung von Mensch-Maschine-Schnittstellen einen wichtigen Faktor dar, um beispielsweise die visuelle Suche und die räumliche Gestaltung zu untersuchen. Für die effiziente und effektive Verarbeitung und die vergleichende Analyse der simulierten und empirisch erhobenen Daten wurde das Werkzeug SimTrA (Simulation Trace Analyzer) entwickelt. SimTrA gibt dem Entwickler ein Methodenrepertoire an die Hand, um Schnittstellen bereits in frühen Systementwicklungsphasen formal und computerbasiert auf Basis von Simulationsdaten kognitiver Benutzermodelle zu bewerten. Die Arbeit stellt das Konzept, die Realisierung und die Anwendung von SimTrA in einer experimentellen Evaluationsstudie vor. Die Ergebnisse der Evaluationsstudie belegen, dass kognitive Benutzermodelle in frühen Systementwicklungsphasen angewendet werden können und unter bestimmten Bedingungen mit empirischen Daten vergleichbare Aussagen ermöglichen. Des Weiteren konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass die Analyse von Blickbewegungsdaten kognitiver Benutzermodelle durch SimTrA ermöglicht wird und die Bewertung von Mensch-Maschine-Systemen unterstützt. SimTrA stellt somit eine wertvolle Erweiterung für die kognitive Benutzermodellierung und für die prospektive Bewertung von Mensch-Maschine-Systemen dar.
Creating and designing interfaces for human-machine systems demands not only an understanding of the task and its environment, but also an appreciation of the capabilities and cognitive demands of the users. This becomes more and more important because of the growing information density and automation of human-machine systems. Regarding the environment, an important issue is what kind of interface best supports cognitive processes and how can an interface be designed to best match the future user requirements. The work presented here makes a contribution to integrate cognitive aspects of skill- and rule-based activities during human-machine interaction into the development process of human-machine systems. In early stages of the development process cognitive modeling can be applied to evaluate human-machine interfaces. Using formal cognitive user models to simulate the future user behavior and requirements allows us to analyze the behavior on a detailed level. This helps to detect errors in the interaction design of interfaces and gives indications about the cognitive demands of the future users. But cognitive modeling is seldom used because of the high effort and a lack of tools for the development and analysis of cognitive user models. In this dissertation the question is raised, in what way cognitive model data can be analyzed and used to evaluate human-machine systems in early design stages. The focus is directed to eye movement data simulated by cognitive user models in ACT-R (atomic components of thought – rational) and human eye movement data. In questions of usability, eye movement studies play an important role and are a reliable way to evaluate visual search and the spatial design of interfaces among other things To process both the cognitive model data and the empirical data and to compare the outcomes in an effective and efficient manner the tool SimTrA (Simulation Trace Analyzer) was developed. The tool provides a repertoire of methods to evaluate human-machine interfaces in a formal and computerized way based on cognitive model data. The concept and the implementation of SimTrA and its application in an evaluation study are shown in this dissertation. The results of the evaluation study show that cognitive user models in general can be applied in early stages of the development process of human-machine interfaces and under certain conditions provide statements comparable with empirical data. The study further indicates that the analysis of simulated eye movement data with SimTrA is possible and supports the evaluation of human-machine systems. Hence SimTrA is a useful tool for cognitive modeling and for prototype evaluation in early design phases of human-machine systems.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-17875
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2127
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1830
Exam Date: 22-Feb-2008
Issue Date: 11-Apr-2008
Date Available: 11-Apr-2008
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Blickbewegung
Kognitive Modellierung
Mensch-Maschine-Systeme
Usability Engineering
Cognitive modeling
Eye movement
Human-machine systems
Usability engineering
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