Analyse, Modellierung und Simulation der visuell-räumlichen Kognition bei der Mensch-Maschine-Interaktion

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1 Schriftenreihe Rationalisierung und Humanisierung Band 82 Carsten Winkelholz Analyse, Modellierung und Simulation der visuell-räumlichen Kognition bei der Mensch-Maschine-Interaktion D 82 (Diss.RWTH Aachen) Shaker Verlag Aachen 2006

2 EINLEITUNG PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG VORGEHENSWEISE NOMENKLATUR 5 GRUNDLAGEN VISUELL-RÄUMLICHE KOGNITION Visuelle Wahrnehmung visuelle Vorstellung Referenzsysteme Varianzen bei der Kodierung räumlicher Informationen ARCHITEKTUREN MENSCHLICHER KOONITION Soar EPIC ACT-R ACT-RIM DETAIL Atigemeine Architektur Symbolische Ebene Subsymbolische Ebene Gedächtnis für Fakten Auswahl der Erzeugungsregeln Visuelle Wahrnehmung und Kognition Gedächtnis für räumliche Stimuli in ACT-R 30 METHODIK ZUR ANALYSE KOGNITIVER PROZESSE MENSCH-MASCHINE-INTERAKTION ALS EREIGNISDISKRETER PROZESS Stochastische Prozesse Diskrete Stochastische Prozesse Gesamtsystem Mensch-Maschine Zustandswechsel in ACT-R Endliche Menge von Aktionen und Zuständen Fazit STOCHASTISCHE AUTOMATEN Stochastic Finite Automaton (SFA) Probabilistic Finite Automaton (PFA) Probabilistic Suffix Automaton (PSA) f^ PFA versus L-PSA PFAversusSFA Abschließender Vergleich PARAMETRISIERUNGSTOCHASTISCHER AUTOMATEN 59

3 II Bewertung von Schätzalgorithmen SFA: EM-Algorithmus PSA: Markovketten Variabler Länge (MKVL) Prediction Suffix Tree (PST) Schätzalgorithmus Eigenschaften des Schätzalgorithmus von RON et al Eigenschaften des Schätzalgorithmus von BOHLMANN & WYNER Eigenschaften der Schätzalgorithmen in Bezug auf die Vorhersagegüte Oberführung PST in PSA PSA: Statistische Markovketten Variabler Länge (SMKVL) Algorithmus zur Parametrisierung Vergleich MKVL und SMKVL ANALYSE DISKRETER ZEITREIHEN MITTELS MARKOVKETTEN VARIABLER LÄNGE Verfahren zur Validierung semantischer Regeln Direkte Interpretation mittels SMKVL Diskussion 89 4 EMPIRISCHE UNTERSUCHUNGEN ZIELE UND METHODIK Versuchspersonen und Apparatur für Experiment 1 und EXPERIMENT Stimuli Versuchsdurchßhrung Ergebnisse Fehleranzahl Abhängigkeit von der Position Abhängigkeit von der Versuchswiederholung Diskussion EXPERIMENT Stimuli Versuchsdurchßhrung Ergebnisse Anzahl der korrekt wiedergegebenen Sequenzen Fehler in Abhängigkeit der Position.' Diskussion.y DETAILANALYSE DES BENUTZERVERHALTENS HO Ergebnisse Experiment 1 /// Ergebnisse Trainingsdurchläufe Klassifizierung des Fehlverhaltens 113

4 III 4.5 ANALYSE DER BLICKBEWEGUNGEN Anzahl der Fixationen Ergebnisse Diskussion Mittlere Sakkadenweite Ergebnisse Diskussion Blickbewegung als diskrete Zeitreihe ; Datenaufbereitung Ergebnisse und Diskussion SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR DAS SIMULATIONSMODELL THEORIEENTWICKLUNG REFERENZSYSTEME VARIANZEN IN DEN ATTRIBUTEN RÄUMLICHER GEDÄCHTNISEINHEITEN Repräsentation räumlicher Positionen Rauschen beim Rekonstruieren von Objektpositionen Rauschen bei der Erzeugung räumlicher Gedächtnisenheiten Auswirkung skalarer Attribute auf das zentrale Erzeugungssystem Festlegen der Ähnlichkeitsparameter Ähnlichkeiten in den Assoziationen Ähnlichkeiten in der Basisaktivierung INDIZIERTE ORTE IM SICHTFELD BEVORZUGTE GEGENÜBER ZUFÄLLIGE SUCHRICHTUNG ERWEITERTE SCHNITTSTELLE DES VISUELLEN MODULS COMPETITIVECHUNKING Oberblick Subsymbolische Integration Grundidee Schätzen der subsymbolischen Parameter DISKUSSION Bewertung der realisierten Konzepte Weitere relevante Aspekte Symmetrie Fixation und Aufmerksamkeit &, Schlussfolgerungen SIMULATION SIMULATIONSMODELL FÜR DIE EXPERIMENTE 161

5 IV Erzeugungsregeln Vergleich Simulation - Experiment Anzahl korrekt wiedergegebener Sequenzen Abhängigkeit von der Position in der Sequenz Abhängigkeit von der Versuchswiederholung Schlussfolgerungen SIMULATIONSMODELL FÜR EINE RÄUMLICHE ZUORDNUNGS AUFGABE Motivation Aufgabe und Stimuli Erzeugungsregeln Ergebnisse Schlussfolgerungen ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK LITERATUR ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ANHANG BAYES INFERENZSTATISTIK KORRELATIONSKOEFFIZIENT FÜR DIE MODELLBEWERTUNG EXAKTER FISCHERTEST FÜR MULTINOMINAL VERTEILUNG GRAFISCHER EDITOR FÜR ERZEUQUNGSREGELN ERZEUOUNOSREGELN FÜR DAS SIMULATIONSMODELL DER EXPERIMENTE ERZEUGUNGSREGELN FÜR DAS SIMULATIONSMODELL DER ZUORDUNGSAUFGABE 229