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Praktikum Ubiquitous Computing
WS06/07
Michael BeiglTU BraunschweigInstitute of Operating Systemsand Computer Networkswww.ibr.cs.tu-bs.de/dus
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-2
Ablauf
2 Wochen – 13 Stunden pro TagDavon 3 Stunden Theorie-Aufarbeitung, Rest PraktikumAblauf
Intro (heute)Start Projektarbeit▫ Einführung in die Technologie (cParts Programmierung)▫ Erstellung Arbeitsplan▫ Start, Identifizierung fehlender Hardware!!!!
Dazwischen immer wieder mal etwas Theorie, Hausaufgaben
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-3
Mobiler Informationszugriff
Information auf mobilen Gerätebegrenzte Rechenleistung und Speicherkapazität schränkt Verarbeitung von Information ein begrenzte Darstellungsressourcen: kleine Bildschirmfläche, Anzahl Pixel, und Farbtiefebegrenzte Interaktionsressourcen: z.B. für Auswahl, für Navigation, für Texteingabebegrenzte Bandbreitefehleranfällige Kommunikation
Anbindung an globale Informationswelterfordert Anpassung von Information
wo? (im Client, beim Server, oder dazwischen)wie? (Filterung, Transcoding, Umstrukturierung)
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-4
Anpassung von Information
Filterung/Anpassung im Clienttransparenter Zugriff, aber ineffizient (z.B. Übertragung von mehr Information, als dargestellt werden kann)
Anpassung im Server: Content NegotiationClient gibt im HTTP Header an, was er verarbeiten kann(Header Fileds wie Accept, Accept-Encoding,...)Server nutzt Kenntnis des Browsers/Client-Systems (z.B. User Agent: Pocketweb/2.3b ...)
Anpassung in einer ZwischeninstanzGateway zwischen Mobilnetz und Internet: universelles Transcoding für alle Clients im MobilnetzProxy: Stellvertreter-Instanz eines mobilen Clients
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-5
Anpassung von Information
Beispiel PocketWeberster Handheld Web Browser, 1994
Architektur: Client - Proxy - ServerClient-Proxy-Komm.: HTTP über GSM
Transcoding im ProxyFilterung nicht-darstellbarer ElementeUmformatierung/Skalierung von BildernErsetzung von Tabellen, Frames
Weitergehende Anpassung von InhaltenBewertungsabhängige Anpassungz.B. Ignorieren „unwichtiger“ Bilder (z.B. grafische Bullets)Anpassung der Dokumenten-Strukturz.B. Aufteilung großer Dokumente in kleinere, verknüpft durch LinksEinfügen von Elementen für einfachere Navigationn z.B. Inhaltsverzeichnis am Dokumenten-Anfang: Liste mit Links zu Header-Elementen
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-6
Anpassung von Information
TranscodingAutomatische Überführung von Information in ein anderes Format / eine andere Darstellung
ContentAnalyse
ContentManipulation
TranscodingEngine
ContentAuswahl
AnbieterPräferenzen
Client/UserPräferenzen
Server ClientTranscoder
Dimensionen der AnpassungModalität: Überführung von einer Darstellungsmodalität in eine andere (z.B. video-to-image, text-to-speech, table-to-list, image-to-url...)Qualität: innerhalb einer Modalität Skalierung der Qualität (z.B. Quantisierung von Frequenzanteilen, image-to-bitmap, text-to-keywords, ...)
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-7
Anpassung von Informationen
IBM Transcoding ServerMarktbeherschendes ProduktAls Proxy für Endgerätemit und ohne Preferenzen
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-8
Transcoding
W3C: Composite Capability/Preference Profiles (CC/PP)
Eingereicht von IBM
Beschreibung von Hardware- und Software des darstellenden Geräts für eventuelle Anpassung des Dokuments
BeispielHardware Platform
Memory = 64mb CPU = PPC Screen = 640*400*8 BlueTooth = Yes
Software PlatformOS version = 1.0 HTML version = 4.0 WML version = 1.0 Sound = ON Images = Yes Email Language = English
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-12
Transcoding
Annotation of Web Content for Transcoding
Keine automatische Wichtig/Unwichtig Erkennung im Transcoder möglich, dies ist oft AutorenwissenDeshalb externe Annotation als Hinweis/Sinnbeschreibung für den Transcoder
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-13
Transcoding Schema
RemovalSubstitute
RemovalSubstitute
RemovalSubstitute
RemovalSubstitute
Purpose Classification
Text prior to image/audio/video
Audio prior to videoMulti-resolution image compression
Layered codingFrame priorizationAudio prior to videos
Data Presentation
Format conversionFormat conversionFormat conversionColor-depth reductionColor-to-grayscale translation
Format conversationColor-depth reduction
Data Transcoding
Text-to-audioRemovalTable-to-listTable to plain textLanguage transl.
Audio to textremoval
Image-to-textRemoval
Video-to-imageVideo-to-audioVideo-to-textRemoval
Modality Transfer
Text summaryOutliningFont size reductionText white space removal
Audio highlightAudio subsamplingStereo-to-mono
Image Dimension reductionData size reduction (by increasing compression rate)
Video highlightVideo Frame rate reductionVideo resolution reductionKeyframeextraction
InformationAbstraction
TextAudioImageVideo
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-15
Informationsverlinkung
InformationsrepräsentationDirektes Abbild der Welt,
Komplettes Abbild z.B. bei VR-Cave AnwendungenAnwendungsspezifisch, z.B. bei Automatisierter LagerhaltungViel Domänenwissen
Reale Welt als „Anker“ zu Informationen in der Informationswelt
WWW Adresse, Beispiel CooltownRF-ID Nummer zu Datenbank/Informationsseite, Beispiel Augmented Reality SystemeProxy im Netz, RF-ID als Anker zu Programm eines ObjektsWenig oder kein Domänenwissen
In beiden FällenFest einprogrammiertes oder in Datenbanken gehaltenes Domänenwissen wird um reale Information ergänzt
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-16
„Welcome to CoolTown ..., where people, places, and thingsare first class citizens of the Web“
CoolTown: „Serving the Real World“CoolTown Vision/Projekt
HP Labs Palo Alto, http://www.cooltown.hp.comAusgangspunkt:
Diversifikation von InformationsproduktenOffenheit und Flexibilität des WWW als Integrationsplattform
„Web Presence for the Real World“Web-Präsenz für alle physikalisch vorhandene Objekte: Menschen, Plätze und DingeVerlinkung von physikalischen Objekten mit virtuellen Daten via Web-Technologie
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-17
CoolTown
„People, Places, Things“Menschen, Plätze, Dinge: Beziehungsgeflecht in realer WeltWeb-Präsenz von Menschen, Plätzen, Dingen: Unterstützung/Erweiterung des BeziehungsgeflechtsImpliziter Zugriff auf Information im Web statt expliziter Interaktion am Display
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-18
CoolTown
Web-Präsenz für Menschen, Plätze, DingeWeb-Präsenz von Menschen
Homepage (heute): statischin CoolTown: Proxy/Stellvertreter von Menschen im Web, z.B. als Kontaktpunkt für Kommunikation
WebLink: Abstraktion von Kommunikationsdiensten
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-19
CoolTown
Web-Präsenz für Menschen, Plätze, DingeWeb-Präsenz von Dingen
Einbettung von Web-Servern in allen GerätenTagging: Dinge mit URL verknüpfen
Aber: Präsentation für Menschen bestimmt
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-20
CoolTown
Web-Präsenz für Menschen, Plätze, DingeWeb-Präsenz von Plätzen
Web-Portale von physischen LokationenKontext für Dienstleistungen und Ressourcenreflektiert Dynamik: Menschen/Dinge die kommen und gehenService/Resource Discovery: Sensoren/Tags
Plätze im weitesten Sinnez.B. Konferenzraum: Portal zu vorhandenen Ressourcen, Kontaktpunkt zu Menschen im Raumz.B. Bushaltestelle: Statische und dynamische Information: wann kommt der nächste Bus, wo ist das nächste Café, wie komme ich von hier zum Bahnhof,...
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-21
CoolTown
Web-Präsenz für Menschen, Plätze, DingeReflektion der Beziehungen zwischen Web-präsenten Menschen, Plätzen und Dingenvom Beziehungs-Kontext abhängige Präsenz
Beispiel: WebBusWeb-Server im Bus eingebettet, GPS-Lokation integriertfür Menschen im Bus: Portal zu ortsabhängiger Information, z.B. zu Sehenswürdigkeiten für Menschen an der Haltestelle: wo ist der Bus jetzt, wann wird er ankommen
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-23
Einführung Interaktion
Mensch-Computer-InteraktionHuman-Computer Interaction (HCI)Informationsaustausch zwischen Mensch und Computer„User Interface (UI)“: HW/SW für die InteraktionBedienoberfläche: „wahrnehmbarer Teil“ des UI
Menge von InteraktionsobjektenInteraktionsobjekte: Konvertierung von Information zw. Ausdruck/Wahrnehmung des Menschen und digitaler FormSyntax der Interaktion
Benutzungsschnittstelle: Semantisches Modell der Interaktion, „Dialog“Definiert Informationsaustausch in Abstraktion von Informationsdarstellung
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-24
HCI Modelle
Mensch im Mittelpunktstatt Technik
ModelleMensch als Verarbeiter sensorischer Information
Experimentelle PsychologieBeschränkungen menschlicher Wahrnehmung im Vordergrund
Mensch als Interpreter der wahrgenommenen RealitätKognitive PsychologieWissen und Aufgaben im Vordergrund
Mensch als gestaltender Teilnehmer einer UmgebungActivity theory, EthnographieAufgabenumgebung und sozialer Kontext imVordergrund
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-25
Einführung InteraktionWie enthält man Bedienelemente und Dialog?
Aufgabenanalyse und ZerlegungKlassiker: Hierachical Task Analysis (HTA)
Aufgaben werden in Unteraufgaben/Pläne zerlegtVor.: Unteraufgaben bestimmbar und Mensch verfolgt immer gleiche Strategie
Situated Action (L. Suchman)Mensch verfolgt keine starren LösungsansatzJede Situation (Kontext) verändert LösungswegLösungsstrategien mittel- und langfristig
Kirsherheblicher Teil der intelligenten Aktivitäten des Menschen ohne logische Gedankengänge oder Denken durchgeführt wird. 97% menschlicher Aktion konzeptfrei (Brooks)
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-26
Interaktion in Ubiquitous ComputingVeränderte Zielgruppe: „Consumer“ statt „User“keine Computererfahrung vorausgesetzt: Hide the computerDisaggregierte ZugangsschnittstelleEinfachheit, minimaler Lernaufwand
insbesondere bis zur ersten erfolgreichen Nutzung
Hide the computerSystemmodelle verbergenBsp.: Dateien im Organizer: to Save or not to Save ?
warum gibt es „Save File“ im PC ?WinCE vs. PalmOS vs. Psion/EPOC
Einführung Interaktion
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-28
GestaltungAffordance KonzeptEtwas Mensch-Maschine Interaction:James Gibson, 1977: the theory of affordances
Beeinflußt von Gestalt Theorie, aber „ecologischer“ (Entdecker-) statt konstruktivistischer Ansatz
Gestalt Theorie
Menschen erkennen die Dinge/Abläufe im Zusammenhang und interpretieren diese innerhalb des aktuellen Kontextes
Beschreibt, wie Dinge als zusammengehörig empfunden werden
Proximity: Räumliche Nähe von Dingen
Similarity: Ähnlichkeit im Aussehen, Bedienung, Kontext,...
Closure: Im Zusammenhang nützlich
Simplicity: Wenn sie zusammen ein vereinfachtes Bild abgeben
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-29
GestaltungAffordance Konzept
Don NormanHuman-centered design: “The Design of Everyday Things”, 1988affordance refers to the perceived and actual properties of the thing
IdeeGestaltung von (alltäglichen Dingen) unter Ausnutzung der Affordance EigenschaftBringe empfundene (perceived) und tatsächliche Eigenschaften (acutal properties) in Einklang
3 Prinzipien zur Gestaltung Mache nutzbare Eigenschaften sichtbarBenutze “natürliche” Assoziationen zur VerdeutlichungGib “Feedback”
Quelle: jnd.com
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-30
Affordances
AffordancesMerkmale in der Gestalt, die den Nutzer in gewisser Weise führenAufgabe: Die Glaswand einer Bushaltestelle wird eingetreten und muß vom Bauamt ersetzt werden. Leider wiederholt sich die Zerstörung binnen einer Woche, und aus Kostengründen ersetzt das Bauamt danach die Glasscheibe durch eine Sperrholzplatte. Was passiert daraufhin ?
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-31
Gestaltung: AffordancePerceived and actual properties
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-32
Interaktion
EinführungAffordancesImplizite InteraktionTangible Media
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-33
Neue Interaktionsparadigmen: Implizite Interaktion
Ambient ComputingAusgangspunkt: Aktivität in der realen WeltComputernutzung im Hintergrund einbetten„unaufdringliche“ User Interfaces an der Peripherienicht-monopolisierend (d.h. nicht von der Umgebung abschottend)
vgl. Weiser & Brown`s Calm TechnologyPeriphere Wahrnehmung und Selektive Fokussierung„engaging both the center and the periphery of our attention“
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-34
Implizite Interaktion
SzenarioAuslieferungslager: 2 Personen
Lagerarbeiter packt ProdukteBearbeiter gibt Produkte in Computersystem ein, komplexer Vorgang
Implizite Eingabe:Informationsübertragung durch alltägliche TätigkeitAutomatisierter Datenzugriff / Wartung durch GüterkontaktFür jedermann bedienbar, keine Vorkenntnisse erforderlich, kein EinlernvorgangLagerarbeiter kann Bearbeiterfunktion übernehmen
TechnologieWearable Computer, RFID Reader im HandschuhAuslesen von aktiven Tags durch elektromagnetische InduktionAnbindung Backendsystem über existierende (Web) Technologie
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-35
Implizite Interaktion: Wearable
Unterstützte Interaktion – „Mixed Reality“„Augmented Reality“MobilitätKontext und UmgebungIntelligenz des Benutzersverstärken
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-36
Interaktionsobjekte off-the-screenMixed Reality Interfaces
In der realen Welt verankerte Interaktionsobjekte, die reale undvirtuelle Form verbindenMotivation: „Natürlichkeit“/Gewohnheit der Interaktion mit realen gegenständlichen ObjektenExplizite Interaktion, als „Ersatz für Bildschirminteraktion“Physische Gestalt und Anordnung im Raum als „Affordances“ nutzen, d.h. als Anhaltspunkte für die Handhabung
AffordancesMerkmale in der Gestalt, die den Nutzer in gewisser Weise führen(Kognitionspsychologie, D. Norman)
Aufgabe: Die Glaswand einer Bushaltestelle wird eingetreten und muß vom Bauamt ersetzt werden. Leider wiederholt sich die Zerstörung binnen einer Woche, und aus Kostengründen ersetzt das Bauamt danach die Glasscheibe durch eine Sperrholzplatte. Was passiert daraufhin ?
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-37
Neue Interaktionsparadigmen:Augmented / Amplified RealityAugmented Reality
Ausgangspunkt: Wahrnehmung/Interaktion in der realen WeltErweiterung um zusätzliche Information/InteraktionUser Interface realen Dingen/Szenen überlagertSetzt Erschließung der realen Welt als komplexen Kontext voraus
AusprägungenErweiterter Eindruck realer Objekte: nicht das Objekt, sondern die Sicht auf das Objekt wird erweitert
unterschiedliche AR-Sichten auf das gleiche Objekt möglichWearable/Mobile AR
Erweiterter Ausdruck realer Objekte: Objekte selbst erweiternEinheitliche Sicht auf erweitertes Objektauch: „Amplified Reality“
Michael Beigl Ubicomp, Wintersemester 06/07 1-39
Neue Interaktionsparadigmen
Tangible MediaAusgangspunkt: GUIs bestehen aus „painted bits“Stattdessen Interfaces aus „tangible bits“Direktere Manipulation, „Begreifbarkeit“Nutzung der Fähigkeit des Menschen, physische Umgebungen zu manipulierenNutzung von Design Affordances, s.u.Vision und Beispiele s. http://tangible.media.mit.edu/