Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 La componente umana Fabio Vitali.

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1 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 La componente umana Fabio Vitali

2 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: La cognizione2/25 Introduzione Qui esaminiamo in breve: Canali di I/O negli esseri umani: Vista Udito Altri sensi Movimento Memorizzazione dell'informazione Memoria sensoria Memoria a breve termine Memoria a lungo termine Meccanismi di elaborazione Ragionamento Apprendimento Approcci alla risoluzione dei problemi Errori

3 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Input3/25 CodificaConfronto Selezione della risposta Esecuzione della risposta InputOutput Attenzione Memoria La cognizione

4 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (1)4/25 Input I sensi sono più di cinque come si dice di solito: 1. Vista Percezione di luce, forme e colori 2. Udito Percezione di onde sonore 3. Tatto termorecettori (percezione di temperatura), nocirecettori (percezione di dolore) meccanorecettori (percezione di pressione) Notevoli differenze di risoluzione e precisione a seconda della varie parti del corpo. 4. Gusto Analisi chimica, termica e fisica di oggetti attraverso i sensori posti sulle papille gustative e dalle mucose della bocca. N.B.: la lingua è 5 volte più sensibile a temperatura e pressione dei polpastrelli 5. Olfatto Analisi chimica e tattile eseguita eseguita dalle mucose nasali 6. Propriocezione o kinestesia Consapevolezza della posizione del corpo e delle sue membra in relazione allo spazio esterno e agli altri membri, grazie alla presenza di appositi recettori di posizione nelle membra. 7. Equilibrio

5 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (2) - Percezione della luce5/25 Vista (1) La fonte di informazione esterne più importante per gli esseri umani. Possiamo dividere la percezione visiva in due stadi, ciascuno con caratteristiche e limiti intrinseci: La percezione fisica degli stimoli visivi da parte degli occhi La loro successiva elaborazione da parte del cervello

6 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (3) - Percezione di distanza, profondità, brillantezza6/25 Vista (2) - Percezione della luce La luce si riflette negli oggetti del mondo e arriva nella lente, che la trasmette (capovolta) sul fondo della retina. I fotorecettori posti sulla retina sono di quattro tipi: I bastoncini, distribuiti ovunque, sono molto sensibili alla quantità di luce e permettono la visione nell'oscurità. Sono poco sensibili ai colori e facilmente saturabili (fenomeno dell'abbagliamento, limitata percezione dei colori nel buio). I coni, distribuiti soprattutto nella fovea, sono meno sensibili alla quantità di luce e più ai colori. Sono di tre tipi, specializzati per colore. Ganglioni X: concentrati nella fovea, si occupano della pre-identificazione di pattern visivi Ganglioni Y: distribuiti ovunque, in particolare nella retina esterna, si occupano della pre-identificazione del movimento. Questo permette di identificare rapidamente movimenti con la coda dell'occhio, anche in assenza di riconoscimento delle forme. La fovea è il punto di focalizzazione esatto dell'immagine, mentre la giunzione della retina nel nervo ottico manca di recettori di qualunque tipo ed è detto punto cieco.

7 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (4) - Percezione del colore7/25 Vista (3) - Percezione di distanza, profondità, brillantezza Percezione (segue) Percezione della distanza: Non siamo in grado di percepire oggetti dalle dimensioni inferiori a 0.5 secondi di arco. Oggetti vicini appaiono più grandi di oggetti lontani. Tuttavia la percezione di un oggetto rimane costante anche all'aumentare della distanza (legge di costanza della dimensione) Percezione della profondità Visione stereoscopica (piccole differenze tra il percepito dei due occhi che viene rielaborato a dare un'idea di profondità). Ulteriori effetti visivi: sovrapposizione, familiarità con gli oggetti, ecc. Percezione della brillantezza La brillantezza (brightness) è la percezione soggettiva della quantità di luce. La quantità oggettiva di luce emessa da un oggetto si chiama luminanza. Il contrasto è il rapporto tra luminanza dell'oggetto e la lunminanza dello sfondo. Flicker: la percezione di accensione e spegnimento di una luce, distinguibile sempre fino ai 50 Hz, ma anche a frequenze superiori con alta luminanza o nella visione periferale. Questi sono argomenti contro gli schermi ad alta luminanza o particolarmente grandi.

8 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (5) - Elaborazione dell'immagine8/25 Vista (4) - Percezione del colore Percezione del colore Compito dei coni, sensibili alla luce di tre colori (rosso, verde e blu). La visione dei colori quindi è meglio nella fovea e peggio nella visione periferale. La presenza di recettori del blu è sensibilmente inferiore, il che ci rende meno sensibili al blu. Il colore è caratterizzato da tre componenti: tinta (hue), intensità e saturazione. La tinta è data dalla lunghezza d'onda, l'intensità è la luminanza del colore, mentre la saturazione è data dalla quantità di bianco nel colore. Gli esseri umani sono in grado di distinguere cinca 150 tinte, per un totale di circa 7 milioni di colori differenti. Tuttavia, il numero di colori identificabili è di circa 10-20. Daltonismo Circa l'8% degli uomini e l'1% delle donne hanno una deficienza di origine genetica o di coni rossi o verdi, che rende difficile la distinzione tra questi colori (daltonismo). Altre forme di daltonismo (più rare) vedono una assenza dei coni blu (deficienza blu-giallo) oppure una totale assenza o malfunzionamento dei coni (daltonismo totale), che porta ad una visione totalmente in bianco e nero.

9 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (6) - Elaborazione del testo scritto (1)9/25 Vista (5) - Elaborazione dell'immagine Elaborazione dell'immagine L'elaborazione dell'immagine genera concetti interpretabili dal cervello. Essa è basata molto sulla percezione di pattern e sullo sfruttamento di aspettative. Queste servono per dare una stabilità ad immagini che si muovono o al fatto che noi ci muoviamo rispetto all'immagine. Le illusioni ottiche sono frutto di errori nella creazione di pattern o nelle aspettative usate. Illusione di Muller-LyonIllusione di Ponzo

10 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Vista (7) - Elaborazione del testo scritto (2)10/25 Vista (6) - Elaborazione del testo scritto (1) Elaborazione del testo scritto Passa attraverso varie fasi Input del pattern visivo del test Decodifica della parola o delle parole in base al linguaggio di riferimento Analisi sintattica e semantica del testo Durante l'input del pattern visivo, l'occhio esegue movimenti noti e distinguibili: 6 % del tempo movimenti a scatto, sia avanti che indietro 94 % del tempo fissità (tempo di elaborazione) Più il testo è complesso più regressioni (movimenti all'indietro) verranno fatti. La lettura non passa attraverso l'identificazione delle singole lettere Il tempo di riconoscimento di singole lettere e di parole intere è uguale La forma delle parole è alla chiave del riconoscimento veloce: parole tutte in maiuscolo o in font bizzarri rallentano il riconoscimento

11 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Udito (1)11/25 Vista (7) - Elaborazione del testo scritto (2) Aiuti ed impedimenti alla lettura Gli adulti leggono circa 5,5 sillabe al secondo. Dimensioni del testo comprese tra i 9 e i 12 punti sono egualmente leggibili, più lente se di dimensioni diverse. La larghezza della linea può andare tra i 6 e i 14 cm senza percepibili differenze di velocità. Leggere su schermo è più lento: Linee di testo più lunghe Meno parole per pagina Orientamento del testo Minore familiarità con il medium Leggere in contrasto negativo (testo scuro su sfondo chiaro) ha maggiore luminanza, e dunque maggiore contrasto, e dunque maggiore acuità di testi in contrasto positivo. Tuttavia è più facile al flickering

12 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Udito (2)12/25 Udito (1) Apparentemente secondario rispetto alla vista. Tuttavia sono tantissime le informazioni che riceviamo attraverso l'udito. L'orecchio riceve vibrazioni (raccolte ed amplificate dal padiglione auricolare) contro la membrana del timpano, che vibrando mette in azione i tre ossicini (martello, incudine e staffa)che smuovono il liquido gelatinoso che riempie la coclea (o orecchio interno) dove ciglia sottilissime percepiscono il suono e lo trasmettono al cervello.

13 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Codifica13/25 Udito (2) Sono caratteristiche del suono la frequenza (pitch), l'ampiezza (loudness) e il timbro. L'orecchio umano distingue suoni tra i 20 Hz e i 15.000. Frequenze inferiori sono percepibili con il resto del corpo. La risoluzione è di circa 1.5 Hz alle basse frequenze, molto maggiore alle alte frequenze. Possiamo percepire direzione e movimento del suono grazie alla percezione stereofonica delle orecchie. Particolarmente spiccato è il sistema di filtri nell'apparato uditivo, che ci permette di isolare solo quelle parti del rumore circostante che ci interessano (effetto cocktail party)

14 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Sfruttare l'effetto di continuazione14/25 Codifica Prossimità Gli oggetti/eventi sono vicini nello spazio o nel tempo Similarità Gli oggetti/eventi condividono proprietà o attributi Continuazione Gli oggetti seguono una curva continua e prevedibile, gli eventi accadono ad intervalli regolari Chiusura Gli oggetti/eventi formano una figura completa riconoscibile come tale Semplicità Gli oggetti hanno forme che semplificano la discussione Simmetria un caso speciale di semplicità Percezione (def.): lorganizzazione del percepito in strutture apprendibili Criteri di analisi delle percezioni:

15 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: La memoria15/25 Sfruttare l'effetto di continuazione

16 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Memoria sensoria16/25 La memoria Negli anni Sessanta venne proposto il modello multiplo di memoria, formato da tre tipi di memoria: Memoria sensoria Memoria a breve termine o di lavoro Memoria a lungo termine o permanente Non si sa se siano separate, né come interagiscano tra di loro. A noi interessa più come modello che per studiare l'effettivo funzionamento e malfunzionamento negli esseri umani.

17 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Short Term memory (1)17/25 Memoria sensoria Specifica: esistono locazioni specifiche per ogni senso Memoria iconica per stimoli visuali (ca. 0.5 secondi) Memoria ecoica per stimoli uditivi (necessaria per effetto stereofonico, ma anche per la ritenzione dello stimolo) Memoria tattile per stimoli tattili Persiste per pochi decimi di secondo, e sono constantemente riscritti da nuovi eventi sensori. Grandi quantità di dati ed elaborazioni in ogni istante Solo una minima quantità viene mantenuta, il resto si perde. E' in azione un meccanismo di selezione, l'attenzione. La continuità delle percezioni ci dà il senso dello scorrere del tempo e del senso di realtà di quello che ci circonda. Interruzioni momentanee, si suppone, generano il déjà-vu.

18 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Short Term memory (2)18/25 055 456 712 65 5 2 1 4 7 6 5 1 2 1 0 Short Term memory (1) Detta anche working memory Qui vengono posti ed elaborati i dati connessi con il task in corso di esecuzione. Ha a disposizione circa 7 +/- 2 blocchi, modali. Sono blocchi, perché permettono il raggruppamento. Ad esempio: 055 456 712 65 5 2 1 4 7 6 5 1 2 1 0

19 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Long Term Memory19/25 Short Term memory (2) La memoria è sempre piena, e appena si richiede di memorizzare un nuovo dato, uno dei dati precedenti viene cancellato. Dura circa 15 secondi Effetto di prolungamento per ripetizione uditiva Effetti amplificativi per importanza e freschezza

20 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Lattenzione20/25 Long Term Memory E' divisa in: Memoria episodica: la registrazione di eventi ed esperienze in maniera seriale. Memoria semantica: registrazione di fatti, concetti ed abilità apprese nel passato. La memoria a lungo termine non è mai una registrazione completa delle percezioni, ma una loro rielaborazione con filtro degli aspetti irrilevanti. Si chiama memoria eidetica il ricordare ogni singolo elemento del percepito. E' frequente nei bambini in età pre- scolare, rarissima negli adulti (cfr. "Funes, o della memoria", in J.L. Borges, Finzioni, 1944)

21 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Long Term Memory (2) - Un esperimento Un semplice esperimento di memoria eidetica Guardate con attenzione l'immagine che segue Domanda: di quante bande colorate è composta la coda del gatto? lo stregatto (da Alice nel Paese delle Meraviglie, Disney, 1950)

22 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Long Term Memory (3) La memorizzazione avviene per elaborazione, e non se ne conoscono né limiti né durata. Organizzazione gerarchica ed associativa: probabilmente mappabile in una rete semantica, che organizza per categorie e sottocategorie i concetti appresi Concetti sparsi (privi di nessi logici) sono più difficili da memorizzare di concetti collegati (connessi in una serie logica) Concetti astratti sono più difficili da memorizzare di concetti concreti Fede Grande Età Freddo Silenzio Idea Passato Linguaggio Barca Albero Gatto Tappeto Piatto Chiesa Fiamma Testa

23 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Long Term Memory (4) Concetti collegati a fattori emozionali si ricordano meglio di concetti neutri o quotidiani Interferenze: l'accesso ad un ricordo può causare l'accesso ad un altro ricordo completamente scollegato Cosa significa dimenticare? Due teorie: Decadimento: se la memoria non è sollecitata con frequenza il ricordo naturalmente e lentamente scompare (effetto "punta della lingua") Interferenza: l'acquisizione di nuove informazioni naturalmente ed immediatamente sostituisce una vecchia analoga (i vecchi numeri di telefono) La memoria funziona meglio per riconoscimenti che per ricordi Incontrare per caso un vecchio biglietto con il vostro vecchio numero di telefono ve lo fa immediatamente identificare come tale.

24 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Prestazioni degli esseri umani (1)21/25 Lattenzione L'attenzione è la selezione di uno o alcuni dei tanti stimoli sensoriali che ci raggiungono. Attenzione focalizzata (scrivere) o attenzione divisa (guidare e parlare) Leffetto cocktail party: la possibilità di filtrare (escludere) larga parte di stimoli anche dello stesso senso. Il task determina la focalizzazione dellattenzione. Le aspettative lo influenzano. In questo senso lattenzione è modale: eventi inaspettati o fuori di modalità distraggono. Luso di ausili cognitivi per il mantenimento dellattenzione

25 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Ragionamento(1) Il ragionamento è il processo attraverso il quale usiamo la conoscenza che già abbiamo per trarre conclusioni su un evento di interesse. Gli esseri umani adoperano meccanismi di ragionamento per dedurre nuova informazione e risolvere problemi che si pongono nella vita di tutti i giorni. Questo avviene in maniera semi-conscia: a volte siamo in grado di arrivare al risultato, ma non di ripercorrere i passi del ragionamento che ci hanno portato al risultato. Possiamo identificare almeno tre meccanismi di ragionamento: Ragionamento deduttivo Ragionamento induttivo Ragionemanto abduttivo

26 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Ragionamento deduttivo Partendo da una legge generale e da un caso, otteniamo un informazione precisa. DATO CHE Le persone vive respirano. La vittima dell'incidente respira, ALLORA La vittima dell'incidente è ancora viva. Il sillogismo è un ragionamento deduttivo Non siamo sempre bravi con il pensiero deduttivo, soprattutto in presenza di assunti falsi o parziali DATO CHE Alcune persone sono infanti Alcuni infanti piangono SI PUÒ DEDURRE CHE Alcune persone piangono? NO! Non ci è stato detto che tutti gli infanti sono persone!

27 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Ragionamento induttivo Partendo da una serie di casi omogenei deduco una regola generale (inferenza o generalizzazione) Tutti gli elefanti che ho visto hanno la proboscide DUNQUE Tutti gli elefanti hanno la proboscide L'inferenza è inaffidabile e facile da smontare portando un contro-esempio (un elefante senza proboscide) Inoltre non può mai essere provata completamente (se non esaminando sistematicamente tutti i casi) Tuttavia è il modo naturale di generare nuove regole per la nostra vita quotidiana

28 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Ragionamento abduttivo Partendo da un caso, si sceglie la regola che meglio si adatta al caso Mario sta guidando troppo forte Mario guida troppo forte quando ha bevuto ALLORA Mario ha bevuto Anche questo meccanismo di ragionamento è imperfetto: molte possono essere le regole adatte, possono esserci regole non note Mario può avere avuto un'emergenza In particolare, un assunto implicito nel ragionamento abduttivo è che esista una regola che spiega il caso, e che si debba solo scoprirla. Nei sistemi informatici, una naturale abduzione è che l'evento a cui assisto sullo schermo derivi dall'azione che ho appena eseguito. Se evento ed azione, invece, non sono collegati, ne sorge inevitabilmente confusione ed errore.

29 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fabio Vitali Problem solving Il trovare una soluzione per un task nuovo o non familiare Gli umani sono caratterizzati dall'abilità con cui adattano l'informazione che hanno alle nuove situazioni. Comportamentisti (fine XIX secolo): problem solving funziona o per applicazione di regole note o per prova ed errore. Teoria del Gelstalt (metà XX secolo): individuano sia approcci riproduttivi (basati su esperienze precedenti) che produttivi (basati sulla riflessione e la ristrutturazione del problema in altri termini). Il problema della fissazione. Il caso delle due funi. Teoria dello spazio dei problemi (anni settanta):il problema è identificato come uno stato attuale e uno stato finale ottimale. Attraverso una analisi mezzi-fini, si cerca di ricondurre lo stato iniziale del sistema ad uno stato "più vicino" allo stato ottimo, per poi riiniziare con l'analisi per il passo successivo. Lo spazio del problema è l'ambito all'interno del quale utilizzare euristiche, competenze e analogie per ottenere nuovi spazi più vicini al risultato atteso.

30 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Prestazioni degli esseri umani (2)22/25 Prestazioni degli esseri umani (1) Il tempo di risposta è dipendente dal tipo di stimolo (lessere umano reagisce più velocemente al suono che alla visione) Compromessi tra velocità ed accuratezza Automaticità Stanchezza Errori dazione

31 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Conclusioni23/25 Prestazioni degli esseri umani (2) Legge di Fitt: Il tempo necessario per raggiungere un oggetto è proporzionale alla distanza ed inversamente proporzionale alla dimensione dove: T: time to target a, b: costanti determinabili D: distanza delloggetto W: dimensione delloggetto

32 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 A seguire: Riferimenti24/25 Conclusioni Qui abbiamo parlato di Limiti e vincoli degli esseri umani come device Caratteristiche di input ed output degli esseri umani Tipologie della memoria umana Prestazioni sensorie degli esseri umani

33 Human-Computer Interaction - A.A. 2002/03 Fine Presentazione Riferimenti A. Dix et alii, HCI, Prentice Hall, 1998, capitolo 1 D. Egan, Individual differences in HCI, in M. Helander (ed.), Handbook of HCI, North-Holland, 1988