PaperPhone: papiergestützte Eingabemethode für Smartphones zur Anwendung durch ältere Menschen

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1 PaperPhone: papiergestützte Eingabemethode für Smartphones zur Anwendung durch ältere Menschen Thomas Birn, BSc M A S T E R A R B E I T eingereicht am Fachhochschul-Masterstudiengang Mobile Computing in Hagenberg im September 2012

2 Copyright 2012 Thomas Birn, BSc Diese Arbeit wird unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz NamensnennungNichtKommerziellKeineBearbeitung Österreich (CC BY- NC-ND) veröentlicht siehe 3.0/at/. ii

3 Erklärung Ich erkläre eidesstattlich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen nicht benutzt und die den benutzten Quellen entnommenen Stellen als solche gekennzeichnet habe. Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt. Hagenberg, am 2. September 2012 Thomas Birn, BSc iii

4 Inhaltsverzeichnis Erklärung iii 1 Einleitung Motivation Zielsetzung Gliederung Usability Einleitung Mensch-Maschine Interaktion Usability Usability Grundsätze Usability Engineering Usability Evaluation Usability und Mobiltelefone Barrieren der Interaktion Sehschwächen Gedächtnis Motorische Störungen Eingabemethoden Command Line Interface Graphical User Interface Natural User Interface Beispiele Stift-basierte Eingabemethode Konzept Motivation Szenarien Use Case Vergleich Nachrichten Anrufe Kalender Medikamente iv

5 Inhaltsverzeichnis v Bedienung der Umgebung PaperPhone Parallele Handlungsstränge Interaktion mit dem System Eingabe Feedback Stift-basierte Use Cases Rollen Nachricht senden Anruf tätigen Kalendereintrag Medikamentenerinnerung Home Automation Suche Systemeinsellungen Systemarchitektur Attribute Zuordnung Aktionen Tasks Verwendete Technologien Überblick Anoto Muster Stift Bluetooth und Android L2CAP-Protokoll Reports Android Optical Character Recognition Grundlagen On-line / O-line Handschrift / Blockschrift Wort-, zeichen- oder linienbasierte Erkennung Ansätze für Android Vergleich Stift-basierte Home Automation Konzept Prototyp Resümee Realisierung Design Pattern

6 Inhaltsverzeichnis vi Factory Pattern Visitor Pattern Architektur Stift-Anbindung Modellierung des Notizbuches Regelwerk und Verarbeitung Implementierung Anwendung Anoto-Anbindung Form handling Ergebnisse Notizbuch Verbindung mit dem Stift Hauptmenü Kalender Kontakte Nachrichten Suche Medikamentenerinnerung Home Automation Usability Evaluation Motivation Stichprobe Fragestellung und Hypothesen Evaluierungsgegenstand Evaluierungsmethoden Usability-Test Fragenblatt und emotionaler Zugang Erhebung von Gewohnheiten Evaluierungsinstrumente Auswahl der Testaufgaben Fragenblattdesign Erhebung von Gewohnheiten Durchführung Pre-Test Benutzereinführung Datenerhebung Datenauswertung Resultate Usability Test Einfachheit der Bedienung Emotionaler Zugang Erhebung von Gewohnheiten

7 Inhaltsverzeichnis vii Zukünftige Nutzung Interpretation Resümee und Ausblick 104 A User Study 106 A.1 Benutzereinführung A.2 Aufgaben A.3 Fragenblatt A.4 Fragebogen Quellenverzeichnis 120 Literatur Online-Quellen

8 Vorwort Ich möchte mich zunächst bei all jenen bedanken, welche mich bei der Entstehung dieser Arbeit unterstützt haben. Allen voran bei meiner Gattin, die mich - damals noch als Verlobte - mit Geduld und Rat durch die Zeit des Entstehens dieses Werkes begleitet hat. Meine Eltern haben meinen vollen Respekt, da sie mir das Studieren erst ermöglicht haben. Danke dafür. Vorwort zur geschlechtergerechten Formulierung in dieser Arbeit Mit der Unterzeichnung des Amsterdamer Vertrages, der 1999 in Kraft trat, verpichtete sich auch Österreich zur Umsetzung des Gender Mainstreaming, also der Gleichstellung von Männern und Frauen in allen Lebensbereichen. Die Sprache beeinusst bekanntermaÿen unser Denken und umgekehrt, weshalb das sogenannte gendern in der (geschriebenen oder gesprochenen) Sprache einen wichtigen ersten Schritt zu diesem Ziel darstellt. Je mehr und je öfter beide Geschlechter in allen Personenbezeichnungen vorkommen, desto gewöhnlicher wird der Gedanke an die Vertretung des weiblichen Geschlechts in allen Personengruppen. Bleiben Frauen demgegenüber in einen Satz am Beginn eines Textes verbannt, bleiben sie es auch aus den Köpfen der Leserinnen und Leser. Ich habe mich daher entschlossen, auch in dieser technischen Masterarbeit ausdrücklich beide Geschlechter anzusprechen. viii

9 Kurzfassung Die Verwendung von Smartphones ist in unserer Gesellschaft mittlerweile alltäglich und normal. Mehr und mehr Menschen nutzen die Funktionen dieser Art von Mobilgeräten. Bedingt durch die alternde Bevölkerung möchten auch mehr ältere Personen Smartphones benutzen. Das verlangt die Adaptierung von Technologien an diese Personengruppe. Dies kann geschehen, wenn sich Technologie in die Umgebung einfügt und nahtlos mit ihr verbindet. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, welches die Interaktion mit einem Smartphone auf natürliche Weise zulässt. Konkret wird ein vertrautes und konventionelles System - nämlich Stift und Papier - herangezogen und erweitert. Das Schreiben auf Papier ist eine gewohnte Handlung. Der konventionelle wird durch einen digitalen Stift getauscht und mit einem mobilen Gerät verbunden. So wird das Geschriebene übertragen, ausgewertet und digital verarbeitet. Das mobile Gerät kann dem Benutzer/ der Benutzerin daraufhin Feedback zur aktuellen Situation geben. Es wird gezeigt, wie herkömmliche Aufgaben - beispielsweise das Schreiben eines Kalendereintrages - wie gewohnt durchgeführt werden können, jedoch mit dem Vorteil einer digitalen Verarbeitung im Hintergrund. Ein Prototyp des Konzepts wurde mit einer Usability Study evaluiert, welche nicht nur die Schnelligkeit der Bedienung des Systems bestätigte, sondern auch die Bereitschaft der TestkandidatInnen, das System zu verwenden, belegt. ix

10 Abstract We use smart phones in our everyday lives and consider them ordinary. Due to the aging population more elderly people want to use this kind of mobile device. This presents the need for adapting technologies for elderly people. One approach is to integrate technology in everyday surroundings and let it fade into the background. This thesis presents a concept for controlling a smart phone using a familiar system - pen and paper. The concept extends this conventional approach by replacing the pen with a digital one, which is connected to a smart phone. This allows the transfer, analysis, and digital processing of the written text. The mobile device is now able to give appropriate feedback based on the current situation. The concept shows how conventional services, like the creation of a calendar entry, can be performed in a known way with digital processing in the background. The thesis presents a prototype of the system and evaluates it with a user study. The study showed that the system is in average about two times faster compared to a smart phone. Additionally, the participants preferred the prototype to the smart phone. x

11 Kapitel 1 Einleitung Die Benutzung von Smartphones gehört in diesem Zeitalter zum Alltag und ist für uns selbstverständlich. Es ist seit einiger Zeit zu beobachten, dass der Altersdurchschnitt der Bevölkerung steigt. Das lässt den Schluss zu, dass auch ältere Menschen Smartphones benutzen oder dies zumindest wollen. Diese Veränderung bringt den Bedarf an angepassten Systemen mit sich, welche die Bedürfnisse alter Menschen berücksichtigen. 1.1 Motivation Der Anstieg des Altersdurchschnitts kann am gesamten Globus beobachtet werden (siehe Abbildung 1.1). In Asien, Nordamerika und Europa reicht die Anzahl der Personen über 65 Jahre von 6% bis 16%. Diese Werte werden für das Jahr 2050 als 17% bis 29% vorhergesagt (vgl. [10, S. 3]). Abbildung 1.1: Prozentsatz der Bevölkerung über 65 im Jahr 2005, 2025 und 2050, Quellen: [29],[30], zitiert nach [10, S. 4]. 1

12 1. Einleitung 2 Die am schnellsten wachsende Untergruppe stellen die über 80-Jährigen dar. Menschen leben länger und sind auch im Alter noch relativ aktiv. Mit dem Alter ändern sich auch die Ansprüche an Systeme, da sich Wahrnehmung und Reizverarbeitung sowie körperliche Aspekte ändern (vgl. [10, S. 4]). Neben der alternden Bevölkerung lässt sich ein zweiter Trend feststellen. Der Einsatz von Smartphones ist in den letzten Jahren in allen Altersgruppen stark gestiegen, wobei dies bei der Altersgruppe besonders stark zu verzeichnen ist (siehe Abbildung 1.2). Doch auch die Altersgruppe 65+ nimmt stetig zu. Waren es im ersten Quartal 2011 noch 12% der 65+-jährigen, so benutzen im Jänner 2012 bereits 22% von ihnen ein Smartphone. Das ist eine Steigerung von 10% innerhalb eines Jahres. Diese Daten wurden von The Nielsen Company ([52],[53]) veröentlicht und betreen US-amerikanische Mobilfunkkunden. Es ist zu erwarten, dass in groÿen Teilen der Welt die Zahlen ähnlich aussehen. Mit der Ablöse von herkömmlichen Feature Phones durch Smartphones, was durch eine Studie von Google (siehe [12]) erhoben wurde, geht eine weitere Problematik einher. Abbildung 1.2: Zunahme der Smartphone-User von 2010 bis 2011 in den USA, Quelle: eigene Darstellung nach [52]. Auch ältere Menschen wollen Smartphones verwenden. Diese bieten jedoch oft viel mehr Funktionalität als benötigt wird, was zu Verwirrung führen kann. Auch die Bedienung von Touchscreens ist ungewohnt und führt zu Problemen (vgl. Kapitel 6). Abbildung 1.3 zeigt den Zusammenhang zwischen Funktionalität und Komplexität: Mit steigender Funktionalität steigt

13 1. Einleitung 3 auch die Komplexität (vgl. [20, S. 42]). Mehr Komplexität bedeutet jedoch nicht zwingend, dass ein System schwieriger zu bedienen ist. Ein Benutzerzentriertes Design soll die Komplexität zähmen um ein funktionstüchtiges, verstehbares und angenehmes System zu erhalten (vgl. [23, S. 51]). Abbildung 1.3: Funktionalität steht der Komplexität gegenüber, Quelle: eigene Darstellung nach [20, S. 43]. 1.2 Zielsetzung Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept zu schaen, welches älteren Personen die Funktionalitäten eines Smartphones bereitstellt, jedoch den Zugang zu diesen Funktionen stark erleichtert. Abbildung 1.4 zeigt das abstrakte Konzept. Die Grundidee basiert auf einem konventionellen Notizbuch, auf dem Text geschrieben wird. Wie gewohnt können hier Notizen, Termine und Briefe mit Stift geschrieben werden. Der Benutzer/ die Benutzerin sieht das Geschriebene und kann im Notizbuch nachsehen, was er/sie geschrieben hat. Das PaperPhone-Konzept fügt nun dem konventionellen Teil ein Add-on System, bestehend aus einem Smartphone hinzu. Der konventionelle Stift wird mit einem digitalen ausgetauscht und erlaubt die Übertragung des Geschriebenen an das Smartphone. Somit kann die Funktionalität des mobilen Gerätes genutzt werden um ein verbessertes Feedback an den Benutzer/ die Benutzerin zu geben. Das Konzept hat zwei Kernbereiche: die Eingabe von Informationen in das System und das Feedback an den Benutzer. Das mobile Gerät unterstützt den Benutzer/ die Benutzerin bei der Durchführung gewohnter Aktivitäten und kann zusätzliches Feedback - etwa in Form von Alarmen - geben. Dabei bleibt das konventionelle System erhalten.

14 1. Einleitung 4 Abbildung 1.4: Konzept einer Stift-basierten Lösung, Quelle: eigene Darstellung. 1.3 Gliederung Der Begri Usability spielt eine zentrale Rolle, sobald ein System an eine Benutzergruppe angepasst werden soll. Daher befasst sich Kapitel 2 zunächst mit diesem Grundbegri und notwendigen Methoden. Damit einher gehen die Barrieren der Eingabe speziell für ältere Menschen (Abschnitt 2.3) und allgemeine Eingabemethoden in Abschnitt 2.4. Abschnitt 2.5 geht kurz auf alternative Eingabemethoden ein. Anschlieÿend wird in Kapitel 3 ein Konzept vorgestellt, welches in Kapitel 5 auch realisiert wird. In Kapitel 4 werden die verwendeten Technologien angeführt und beleuchtet. Zum Abschluss wird das implementierte Konzept in einer Usability Study getestet und bewertet (Kapitel 6).

15 Kapitel 2 Usability Einleitung Dieses Kapitel klärt zunächst den Begri Usability und beschreibt die Kernpunkte des Usability-Engineerings. Es gibt weiters Auskunft über Barrieren der Eingabe mit Fokus auf ältere Menschen und zeigt neben herkömmlichen Eingabegeräten auch eine Alternative auf. 2.1 Mensch-Maschine Interaktion Computersysteme werden zunehmen mehr und häuger benutzt. Dabei spielt der Umgang mit diesen Systemen eine erhebliche Rolle. Die Mensch-Maschine Interaktion bestimmt diese Benutzung und bildet ein wissenschaftliches Gebiet mit Richtlinien und Grundsätzen. Hewett et al. [14] beschreibt die Mensch-Maschine Interaktion folgend: Human-computer interaction is a discipline concerned with the design, evaluation and implementation of interactive computing systems for human use and with the study of major phenomena surrounding them. Somit beschäftigt sich die Mensch-Maschine Interaktion nicht nur mit dem Design, der Evaluierung und der Implementierung von Systemen für Menschen, sondern ebenfalls mit deren Interaktion mit der Umgebung. 2.2 Usability Es gibt eine Reihe von Denitionen von Usability. Sardonick und Braun [25] beschreiben die meisten dieser Denitionen als nur hinreichend. Usability bedeute nach diesen Denitionen entweder ein System benutzerfreundlich zu machen (user friendly), oder einfach zu bedienen (ease of use). Usability ist keine eigene Disziplin [...] sondern eine Qualität eines technischen Systems, [25, S. 17]. Jakob Nielsen [22, S. 23] deniert Usability mit dem Begri Gebrauchs- 5

16 2. Usability Einleitung 6 tauglichkeit, welcher nicht nur die Benutzerfreundlichkeit umfasst, sondern zudem den Nutzer bei der Erreichung seiner Ziele hilft. Die DIN EN ISO 9241 [5] beschreibt Usability als das Ausmaÿ in dem ein technisches System durch bestimmte Benutzer in einem bestimmten Context verwendet werden kann um bestimmte Ziele eektiv, ezient und zufriedenstellend zu erreichen Usability Grundsätze Die Gestaltung der Benutzeroberäche spielt eine wichtige Rolle in der Usability. Die meisten Prinzipien für die Gestaltung der Schnittstellen zum Benutzer sind sehr allgemein und sollen die Gebrauchstauglichkeit erst ermöglichen und evaluieren. Weit verbreitet sind die Richtlinien nach der DIN EN ISO 9241[5] welche folgende Grundsätze vorgibt: Aufgabenangemessenheit, Selbstbeschreibungsfähigkeit, Erwartungskonformität, Steuerbarkeit, Individualisierbarkeit, Lernförderlichkeit und Fehlertoleranz (vgl. [25, S.31]). Neben diesen Grundsätzen existieren auch die acht goldenen Regeln von Ben Shneiderman [28], welche neben den ISO Normen und den Grundsätzen Nielsens [22] in der Literatur zu nden sind. Ein Überblick über diese Regeln kann folgendermaÿen dargestellt werden (vgl. [28]): ˆ Konsistenz: Das Design muss durchwegs konsistent sein. Ähnliche Situationen sollen den gleichen Ablauf haben. ˆ Universelle Bedienbarkeit: Verschiedene Benutzergruppen haben verschiedene Ansprüche welche auch ins Design einieÿen sollen. ˆ Informatives Feedback: Auf jede Eingabe des Benutzers soll ein adäquates Feedback ausgegeben werden. ˆ Abgeschlossenheit: Der Nutzer benötigt eine Rückmeldung sobald ein Dialog zum Abschluss gezeigt wird. Diese signalisiert das Ende der Aufgabe und er kann mit der nächsten beginnen. ˆ Fehler vermeiden: Sobald ein Fehler auftritt, sollte ein Weg präsentiert werden, wie dieser schnellstmöglich behoben werden kann. Unter diesen Punkt fallen auch präventive Maÿnahmen, wie etwa das Nachfragen ob gewisse Aktionen tatsächlich durchgeführt werden sollen. ˆ Umkehrbarkeit: Der Benutzer sollte zu jeder Zeit die Möglichkeit haben, den letzten Schritt rückgängig zu machen. ˆ Benutzerkontrolle: Der Benutzer sollte mit dem System agieren und nicht darauf reagieren

17 2. Usability Einleitung 7 müssen. Dies wird erzielt indem er die leitende Rolle in den Dialogen übernimmt. Kurzzeitgedächtnis entlasten: Das menschliche Kurzzeitgedächtnis ist stark eingeschränkt. Das System kann dies mit intuitiven Menüführungen und überschaubaren Displays kompensieren Usability Engineering Beim Usability Engineering handelt es sich nach Sarodnick und Brau [25] um einen zur klassischen Software-Entwicklung parallel laufenden Prozess, welcher mit diesem verschachtelt sein sollte. Ziel des Usability- Engineerings ist die enge Kooperation mit Software-Entwicklern, Designern und UsabilityExperten. Das Usability Engineering teilt sich in mehrere Phasen auf, welche im Zuge der Entwicklung eines Systems durchlaufen werden. Das Usability Engineering ist ein benutzerorientierter Prozess welcher sich in vier Teile, das sind: Analyse, Konzeption, Entwicklung und Einführung gliedert. Diese Phasen sind keineswegs prozedural, sondern erlauben einen Rücksprung in frühere Phasen sobald sich Usability Probleme abzeichnen (vgl. [25, S. 81 ]). Abbildung 2.1 zeigt eine detaillierte Illustration des Prozessmodells. Abbildung 2.1: Usability Engineering Prozessmodell, Quelle: [25, S.85]. Sarodnick und Brau betonen die starke Wechselwirkung zwischen den Phasen

18 2. Usability Einleitung 8 und das starke iterative Vorgehen. Die Evaluierung steht von Beginn an im Mittelpunkt und ist zu jeder Zeit zentraler Bestandteil Usability Evaluation Hinter dem Begri der Usability Evaluation verbirgt sich die strukturierte und möglichst objektive Bewertung eines Produktes. Wie in Abbildung 2.1 ersichtlich, kann dies zu jeder Zeit im Entwicklungsprozess geschehen und bildet somit einen wichtigen Input für die meisten Phasen im Entwicklungsprozess. Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen einer formativen und summativen Evaluation (vgl. [25, S. 20]). Die formative Evaluation ndet vor oder während des Designprozesses statt und soll potentielle Probleme aufspüren. Die summative Evaluation bewertet das gesamte Produkt und dessen Qualität (vgl. [25, S. 19f]). Sie eignet sich auch um zwei Systeme miteinander zu vergleichen (vgl. [22, S. 170]). Bei der Usability Evaluation werden Usabiltiy-Probleme gefunden und eingegrenzt. Ein Usability-Problem liegt vor, wenn Aspekte eines Systems es Nutzern mit hinreichender Domänenerfahrung unangenehm, inezient, beschwerlich oder unmöglich machen, in einem typischen Anwendungskontext die Ziele zu erreichen, für deren Erreichung das System erstellt wurde, [25, S. 22]. Für die Erhebung von Problemen können verschiedene Evaluierungsmethoden herangezogen werden. Diese können grob in analytisch/- benutzerorientiert und empirisch eingeteilt werden. Die empirische Methode befasst sich mit potentiellen Nutzern, deren Befragung mit Fragebögen und Usability-Tests. Die analyitsche Methode basiert auf Expertenmeinungen und -beobachtungen (vgl. [25, S. 113]) Usability und Mobiltelefone Bei der Usability von Mobiltelefonen gelten die oben erwähnten, allgemeinen Grundregeln. Zusätzlich müssen jedoch Aspekte berücksichtigt werden, welche nur im mobilen Kontext entstehen, da wesentliche Punkte der zuvor beschriebenen Betrachtungsweise geändert werden. Im Vergleich mit Personal Computer gibt es kaum Standards für die Gestaltung von Benutzeroberächen und Software für mobile Geräte. Trotzdem sollen diese Geräte für Benutzergruppen verschiedener Altersklassen sowie Menschen mit Behinderung gleichermaÿen bedienbar sein (vgl. [15, S. 2]). 2.3 Barrieren der Interaktion Viele Faktoren beeinussen die Interaktion mit Systemen. Im Folgenden wird eine Auswahl solcher Faktoren im Bezug auf das Alter erläutert.

19 2. Usability Einleitung Sehschwächen Menschen aller Altersgruppen sind von Sehschwächen betroen. Mit zunehmenden Alter werden die Beschwerden über Sehstörungen gröÿer. Würden wir lange genug leben, so würden fast alle Menschen Probleme mit dem Sehen bekommen. Somit ist das Alter ein starker Indikator für Sehschwächen im Allgemeinen (vgl. [10, S. 17]). Das Sehen ist ein sehr komplexer Vorgang, welcher durch eine Vielzahl von physikalischen Beeinträchtigungen und Wahrnehmungsstörungen begleitet wird. Der Sehvorgang wird in zwei Bereiche eingeteilt. Im ersten Schritt ndet ein physikalische Aufnahme von Stimuli aus der realen Welt statt. Diese werden im zweiten Schritt analysiert und ausgewertet (vgl. [6, S. 14]). In beiden Schritten kann es zu Einschränkungen kommen. Alterssichtigkeit oder Probleme mit dem Anpassen der Brennweite des Auges sind so häug, dass die meisten Menschen über 40 Jahre damit Erfahrung gemacht haben. Auch die Adaptierung des Auges bei sich schnell ändernden Lichtverhältnissen wird schwieriger mit zunehmenden Alter. Ältere Menschen können die wahrgenommene Information nicht mehr so schnell verarbeiten als jüngere (vgl. [10, S. 18]) Gedächtnis Die allgemeine Annahme ist, dass unser Gedächtnis im Alter schlechter wird. In wieweit dies zutrit hängt jedoch vom Typ des Gedächtnisses ab, welches wir für eine bestimmte Aufgabe benötigen. Es ist erforscht, dass das Kurzzeitgedächtnis vom Alter stark beeinusst wird. Es gilt also Systeme zu schaen, die das Kurzeitgedächtnis entlasten (vgl. [10, S. 20]). Das semantische Gedächtnis ist ein Teil des Langzeitgedächtnis und zeigt nur wenig Anfälligkeit fürs Altern. In ihm ist Wissen gespeichert, wie historische Fakten oder Bedeutungen von Wörtern. Senioren können möglicherweise nicht mehr schnell auf dieses Wissen zugreifen, es ist in der Regel aber vorhanden. Ein zweiter Teil des Langzeitgedächtnis ist das prozedurale Gedächtnis. Ihn ihm sind Verhaltensmuster und Prozeduren gespeichert. Im Alter ist es sehr schwierig neue Prozeduren darin abzulegen. Gutes Design sollte zum einen gespeicherte Prozeduren berücksichtigen und zum Anderen das prozedurale Gedächtnis mit einheitlichen Bedienungsweisen fördern (vgl. [10, S. 20f]) Motorische Störungen Ältere Menschen brauchen länger um gewisse Aufgaben zu erfüllen als jüngere. Auch die Präzision schwindet mit dem Alter. Dies wird in der Literatur mit einer Kombination aus verschiedenen Faktoren begründet. Man kann davon ausgehen, dass Senioren um den Faktor 1,5 bis 2 langsamer sind als Teenager. Dies ist wichtig für den Designprozess, da eine Anpassung stattnden muss. Als Beispiel sei hier eine Computermaus genannt. Die Transformation

20 2. Usability Einleitung 10 von Bewegungen der Maus in Bewegungen des Cursors kann in den meisten Fällen angepasst werden (vgl. [10, S. 24]). Bei älteren Menschen treten zusätzlich altersbedingte Krankheiten oder Gebrechen auf, die berücksichtigt werden müssen. 2.4 Eingabemethoden Die Liste der Eingabemethoden ist lang und es gibt verschiedene Wege diese zu klassizieren. Nicht alle Eingabewerkzeuge eignen sich für ältere Menschen. Diese haben eine höhere Lernkurve und es dauert daher länger eine neue Technologie zu erlernen. Die Interaktion mit Computern hat sich in den letzten Jahren stark geändert. Das Design durchlief einen Wandel von simplen sequentiellen Eingaben zu multiplen, parallelen Kommandos. Die Metapher hat sich geändert und mit ihr die Eingabemethode. Folgend ndet ein kurzer Exkurs in die Entstehung der heutigen Eingabemethoden statt. Dies ist wichtig für das Verständnis von neuen und alternativen Eingabemethoden. Abbildung 2.2: Die Geschichte des User Interfaces von CLI zum GUI zum NUI, Quelle: [50] Command Line Interface Die erste Benutzerschnittstelle bildete das Command Line Interface (CLI). Bis jetzt bietet es eine simple Art mit Systemen zu kommunizieren. Das Konzept dahinter besteht aus sequentiell abgearbeiteten Befehlen wobei die Syntax der Kommandos exakt sein muss. Die Eingabe komplexer Befehle gestaltet sich als schwierig, da sie lange dauert und die Syntax zu jeder Zeit

21 2. Usability Einleitung 11 bekannt sein muss. Ein zweiter Nachteil ist die sequentielle Abarbeitung selbst, da immer nur ein Handlungsstrang existiert (vgl. [24], [32]) Graphical User Interface Mit dem Graphical User Interface (GUI) wurde ein System eingeführt, welches bis heute täglich Anwendung ndet. Der Startschuss dafür war unter Anderem die Erndung der Maus. Das GUI basiert auf der Manipulation von Objekten und Inhalten am Bildschirm. Diese Metaphern sind zum Beispiel Drag-Events der Maus, welche im Hintergrund in die strikt codierte Sprache des Systems übersetzt wird (vgl. [50], [9]) Natural User Interface Der Fokus der heutigen Forschung liegt auf organischen und natürlichen Benutzerschnittstellen. Diese basieren auf zunehmend traditionellen, menschlichen Interaktionsparadigmen wie Berührung, Sprache oder Sehen. Nach der Nuigroup [50] versucht ein Natural User Interface (NUI) die Umgebung im Sinne von Informationsverarbeitung und Interaktionsmodellen zu verstehen. Ein NUI versucht die reale Umwelt zu ersetzten und Technologien einzuführen, welche eine optimierte Interaktion zwischen physikalischen Objekten zulässt. NUIs versuchen die Interaktion zu vereinfachen indem sie eine natürliche Schnittstelle bereitstellen. Benutzer und Benutzerinnen kommunizieren mit Gesten, Bewegungen, Ausdrücken und erfahren die Umgebung durch Sehen und das Manipulieren von Objekten. Ein Schlüsselkonzept von NUIs ist der Gedanke, Personen mit der Umwelt interagieren zu lassen, wie diese es gewohnt sind. Aufgrund der verwendeten Ansätze in NUIs sind Computer-Technologien auch für Personen mit minimalem technischen Verständnis leicht zu bedienen (vgl. [50]) Beispiele ˆ Maus: Den Grundstein für die spätere Entwicklung der Maus legte Douglas C. Engelbart 1962 [9]. Die Maus ist bis heute eines der wichtigsten Eingabeinstrumente. Sie ist dem GUI zugeordnet. Das Design für ältere Personen sollte keine Doppelklicks beinhalten (vgl. [10, S. 66]). ˆ Tastatur: Die Tastatur zählt ebenfalls zu der heutigen Standardausstattung eines PC-Systems und ist dem GUI zugeordnet. Bei älteren Personen kann eine Mobilitätseinschränkung vorliegen, welche die präzise Bedienung unmöglich macht (vgl. [10, S. 67]).

22 2. Usability Einleitung 12 ˆ Touchscreen: Touchscreens sind in der Masse der Smartphones verbaut und erlauben eine direkte Eingabe mit dem Finger oder einem Stylus was es als natürliche Form der Eingabe qualiziert. ˆ Softwarekeyboard / Softwaretasten: Softwarekeyboards und -tasten werden unter anderem für Smartphones verwendet und fallen unter die Kategorie Touchbedienung. Das Problem dabei ist meist die Gröÿe der einzelnen Tasten. Diese sollen entsprechend groÿ für eine Bedienung von älteren Menschen ausfallen (vgl. [10, S. 67]). 2.5 Stift-basierte Eingabemethode Die Stift-basierte Eingabemethode stellt eine Alternative zu herkömmlichen Methoden dar. Hier wird versucht, mit Objekten der Umgebung zu interagieren, welche vertraut sind, was eine natürliche Form der Interaktion zufolge hat. Konzepte wie PADDs [13], PapierCraft [18] und NiCEBook [3] arbeiten mit einem digitalen Stift als Haupteingabegerät. Die Stifte sind dabei mit Systemen verbunden, welche die geschriebenen und gezeichneten Informationen aufnehmen und verarbeiten und nach Bedarf speichern. Die Vorteile einer Stift-basierten Lösung ist die Verknüpfung von einer analogen Herangehensweise mit einer digitalen Auswertung und Verarbeitung der Daten. Zusätzliche positive Aspekte sind (vgl. [41]): ˆ Eine natürlichere Form der Eingabe: Handschrift und Zeichnen sind eine natürlichere Formen der Eingabe als Maus und Tastatur. ˆ Gesten: Die Erkennung von Mustern, Bewegungsmustern erleichtern die Eingabe. ˆ Zugänglichkeit: Beispielsweise können Personen, welche physikalisch nicht in der Lage sind Maus und Tastatur zu bedienen, sehr wohl mit Stift und Papier arbeiten. ˆ Portabilität: Stift und Papier sind portabler als groÿe Bildschirme und Tastaturen. ˆ Horizontale Orientierung: Verglichen mit einem traditionellen Eingabesystem mit Maus, Tastatur und Bildschirm, muss beim Stift-basierten Ansatz die Sichtlinie nicht unterbrochen werden da alle Aktionen in der gleichen horizontalen Ausrichtung geschehen.

23 Kapitel 3 Konzept Wie in Kapitel 2 erwähnt, erweist sich die Bedienung von Technologien für ältere Menschen oft als schwierig. In diesem Kapitel wird zunächst ein Blick auf Aktionen im alltäglichen Leben geworfen und verglichen, wie diese durchgeführt werden können. Da es mehrere Wege und Medien (digitale und analoge) gibt, diese Aktionen durchzuführen, werden diese vergleichen. Darauf basierend wird ein Konzept vorgestellt, welches die Vorteile der Ansätze vereint und die Interaktion mit mobilen Geräten für ältere Menschen erleichtert. 3.1 Motivation Der Einsatz von Smartphones nimmt stetig zu (siehe Kapitel 1). Nicht selten werden dabei konventionelle Dinge ersetzt: Das Schreiben eines Briefes wird beispielsweise zur oder zum SMS. Der herkömmliche Kalendereintrag wird zum elektronischen. Dabei ist der zu Grunde liegende Gedanke derselbe: Der Benutzer/ die Benutzerin möchte eine Nachricht an jemanden senden. Dieser grundlegende Gedanke deniert die Tätigkeit und so ergeben sich unterschiedliche Interaktionspfade, welche das gleiche Resultat haben. 3.2 Szenarien Im Folgenden werden die verschiedenen Pfade verglichen um die Unterschiede in der Interaktion aufzuzeigen. Dabei werden konkret die Interaktionspfade konventionell, analog und digital anhand ausgewählter Szenarien herangezogen. Diese Szenarien beschränken sich auf die in Tabelle 3.1 angeführten. Die Liste der möglichen Szenarien ist endlos. Für diese Arbeit wurden exemplarisch jene herangezogen, welche im Alltag eher Anwendung nden. Die zu Grunde liegende Tätigkeit deniert sich mit dem ursprünglichen Willen, der den oder die BenutzerIn zu einem spezischen Verhalten führt. Als Beispiel wird hier das bereits erwähnte Versenden von s aufgegrien. Ursprünglich besteht der Wille des Benutzers eine Nachricht an jemanden zu 13

24 3. Konzept 14 senden. Die Form, in der er oder sie dies tut, kann variieren. Es besteht die Möglichkeit, einen Brief zu schreiben, aber auch in digitaler Form per SMS oder zu kommunizieren. Verallgemeinert kann gesagt werden, dass der oder die BenutzerIn ein Ziel verfolgt. Um an dieses Ziel zu gelangen, hat er/- sie die Wahl zwischen verschiedenen Wegen. Die im Folgenden angeführten Funktionen leiten sich jeweils aus diesen ursprünglichen Zielen ab und sind in die digitale Welt transformiert. Es wird sozusagen das digitale Pendant - mit starkem Fokus auf Smartphones - zur jeweiligen analogen Variante dargestellt. Ziel Herkömmlich Smartphones Jemandem eine Nachricht schreiben Brief/Postkarte /SMS Jemanden anrufen Telefonieren Telefonieren Kalendereintrag verfassen Medikamentenerinnerung Wohnumgebung regeln Tischkalender, Taschenkalender Medikamentenbox Interaktion mit der Umgebung (Lichtschalter, Heizung) Kalender-Anwendung Wecker stellen, Termine in Kalender eintragen Home Automation System Tabelle 3.1: Beispiele für Anwendungsfälle und Vergleiche in digitaler und analoger Form. 3.3 Use Case Vergleich Ein Use Case ist ein Set aus Interaktionen zwischen einer oder einem BenutzerIn mit einem System, wobei diese Interaktion stark zielgetrieben ist (vgl. [26, 272]). Die gefundenen Szenarien lassen sich als Use Cases darstellen. Ein Smartphone vereinheitlicht viele Funktionen. Dies ist und kann im Analogen nicht der Fall sein. Hier werden unterschiedliche Geräte und Systeme für unterschiedliche Tasks verwendet. Die Abbildungen 3.1 und 3.2 verdeutlichen dies. Es ist zu sehen, dass der/die BenutzerIn mit mehreren Systemen parallel arbeitet.

25 3. Konzept 15 Im Analogen wird mit einer Vielzahl von Systemen inter- Abbildung 3.1: agiert. Abbildung 3.2: Im Digitalen wird die Verwendung von wenigen Systemen angestrebt.

26 3. Konzept 16 Beim Vergleich der beiden Varianten wird deutlich, dass unterschiedliche Aktivitäten zum selben Ergebnis führen. Zudem unterscheidet sich die grundlegende Interaktion erheblich. Doch auch die Parallelen sind relevant, da diese für dieses Konzept aufschlussreich sind. Pro Use Case werden im Folgenden betrachtet: Die Aktionen, welche zum Ergebnis führen, die Art der Interaktion und die Gemeinsamkeiten zwischen den Systemen Nachrichten Der Versand einer Nachricht beginnt mit der Entscheidung, welches Medium verwendet wird. Die Auswahl ist hier nicht so trivial, wie es vielleicht scheint. Ausschlaggebend können folgende Faktoren sein: ˆ Kontext, in dem die Nachricht gesendet wird (z.b.: Postkarte im Urlaub, Brief in der Firma) ˆ Verfügbarkeit des Mediums ˆ Kosten für Porto ˆ Gewohnheiten ˆ Geschwindigkeit (Zeit, bis die Nachricht ankommt) ˆ Der/die EmpfängerIn und das Empfangsmedium ˆ Portabilität des Mediums Die Medien Postkarte und Brief stehen dem -Versand und dem SMS gegenüber. Beide Systeme haben Tätigkeiten, wie die Auswahl eines Empfängers und das Verfassen einer Nachricht in Textform, gemeinsam. Im analogen System wird ein Brief/eine Postkarte geschrieben und adressiert. Der nächste Schritt verlangt den Weg zum Postamt oder Postkasten, um den Brief zu senden. Mit Hilfe eines Smartphones wird eine Nachricht geschrieben, ein Kontakt gewählt und danach gesendet, alles in der gleichen Umgebung. Herkömmlich Smartphone Medium Brief, Postkarte , SMS Aktionen Text schreiben, adressieren, absenden Text eingeben, Kontakt wählen, senden Interaktion Stift, Papier Touchinput, Tastatur Tabelle 3.2: Der Nachrichtenversand wird hier beispielhaft in beiden Ansätzen dargestellt.

27 3. Konzept Anrufe Die Auswahl des Mediums fällt hier etwas leichter aus. So sind dies Standoder Festnetztelefone auf der historischen Seite und Mobiltelefone/Smartphones im Digitalen. Die Entscheidung für ein System kann bestimmt werden durch: ˆ Verfügbarkeit des Mediums ˆ Kosten der Verbindung ˆ Portabilität des Mediums Ein Anruf in der digitalen Welt gleicht dem in der historischen Welt. Bei beiden wird ein Kontakt ausgewählt und der Anruf abgesetzt. Herkömmlich Smartphone Medium Festnetztelefon Telefonfunktion Aktionen das Telefon nehmen, den Hörer abnehmen, eine Nummer wählen am Smartphone einen Kontakt auswählen, anrufen Interaktion händisch Touchinput, Tastatur Tabelle 3.3: Anrufe sind in beiden Ansätzen ähnlich Kalender Die Auswahl des Kalenders kann sehr weitreichend sein. Zur Wahl stehen etwa Taschen-, Tisch- bzw. Stehkalender oder die Kalenderfunktion des Smartphones. Kriterien für die Auswahl sind beispielsweise: ˆ Portabilität ˆ Gewohnheiten ˆ Art der Benutzung (Unterschied zwischen notizartigen und sehr komplexen Einträgen) Ein Kalendereintrag besteht typischerweise aus mehreren Elementen. Dies können sein (siehe Kapitel 6): ˆ Datum ˆ Startzeit ˆ Endzeit ˆ Name des Eintrages ˆ Ort ˆ Kontakte

28 3. Konzept 18 Medium Aktionen Herkömmlich Taschen-, Tisch-, Stehkalender einen Kalender zur Hand nehmen, Eintrag verfassen Smartphone Kalenderfunktion Kalender önen, Eintrag verfassen, speichern Interaktion Stift, Papier Touchinput, Tastatur Tabelle 3.4: Kompakte Darstellung eines Kalendereintrages. Hinter dem Punkt Eintrag verfassen verbirgt sich das Hinzufügen von Elementen Medikamente Personen mit dem Bedarf an regelmäÿiger Medikamenteneinnahme werden häug mittels Medikamentenboxen daran erinnert, welche Medikamente sie zu welcher Zeit einnehmen müssen. Soll diese Erinnerung automatisiert erfolgen, so müssen eigens für diesen Zweck entwickelte Systeme verwendet werden. Beispielsweise hat sich die Firma e-pill 1 unter anderem auf solche Geräte spezialisiert. Eine dritte Option wäre das Stellen eines Weckers oder das Einfügen von Terminen in den Kalender des Smartphones. Die Wahl einer Option hängt ab von ˆ der Art der Erkrankung, ˆ der Pegeanstalt. Herkömmlich Smartphone Medien Medikamentenbox Kalendereintrag, Wecker Aktionen zu gewissen Zeiten die Medikamentenbox benutzen Kalendereintrag erstellen, oder/und Wecker stellen Interaktion händisch Touchinput, Tastatur Tabelle 3.5: Der Ablauf einer Medikamentenerinnerung ist von Grund auf verschieden. 1

29 3. Konzept Bedienung der Umgebung Der Begri Home Automation bezeichnet ein Set von Geräten und Diensten, welche es dem Benutzer erlauben, das Eigenheim zu steuern (vgl. [11, S. 1]). Das Pendant in der analogen Welt ist das Bedienen eines Lichtschalters oder das Adjustieren der Heizung. Die digitale Welt bietet hier mehrere Zugänge, wie Gebäude automatisiert gesteuert werden können. Es existieren zahlreiche Systeme, welche sich in diesem Gebiet behaupten. Beispielhaft seien hier die beiden Firmen/Technologien KNX 2 und LonMark 3 genannt. Die Auswahl wird bestimmt durch: ˆ Bereitschaft für ein Home Automation System ˆ Kosten Herkömmlich Smartphone Medien Lichtschalter, Umgebung Home Automation Programm Aktionen Lichtschalter betätigen, eigens dafür erstellte Programme bedienen Heizung einstellen,... Interaktion händisch Touchinput, Tastatur Tabelle 3.6: Es stehen die Bedienung von Schaltern in der analogen Welt und die Verwendung eines Home Automation Systems einander gegenüber

30 3. Konzept PaperPhone Beim Vergleich der Funktionen fällt auf, dass die konventionellen Aktionen entweder händisch oder per Stift und Papier durchgeführt werden. Es zeichnet sich auch die Vereinheitlichung der Eingabe des Smartphones mit Touchinput und/oder Tastatur ab. Für das Konzept der Stift-basierten Lösung können die Vorteile beider Systeme näher betrachtet werden. Zum einen entspricht es dem herkömmlichen Zugang der analogen Variante, Aufgaben mit Stift und Papier zu lösen. Zum anderen vereinheitlicht ein Smartphone alle Funktionen in einem System. Wie in Kapitel 2.5 erörtert, existieren Projekte, welche als Haupteingabegerät digitale Stifte verwenden. Genau dieser Ansatz wird in diesem Konzept verfolgt. Durch den Einsatz von Stift und Papier kann das System auch für ältere Personen attraktiver werden. Ein Stift bietet eine gewohnte Methode und der Schreibvorgang ist bereits in unserem prozeduralen Gedächtnis gespeichert (siehe auch Abschnitt 2.3.2). Der motorische Aspekt ist ebenso relevant, da die Handhabung eines Stiftes meist vertraut und geübt ist (siehe auch Abschnitt 2.3.3). Dieses Konzept sieht vor, dem Benutzer/der Benutzerin ein Notizbuch zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe er/sie mit dem System interagieren kann. Dabei sind alle wesentlichen Szenarien in diesem Buch vertreten. Den Kern des Systems stellt dabei ein mobiles Gerät dar. Dieses unterstützt den Benutzer/ die Benutzerin in der Interaktion mit dem Notizbuch und zeigt ihm/ihr beispielsweise relevante Seitenzahlen an. Dabei ist das Feedback immer gleich und auch die Eingabe im Notizbuch weicht zwischen der verschiedenen Szenarien nicht ab. Dies ist abermals wesentlich, da keine neuen Prozeduren gelernt werden müssen. Das Feedback am mobilen Gerät wird unter anderem durch den Einsatz von Farben durchgeführt. Diese können hilfreich sein, wenn das Sehvermögen der Personen beeinträchtigt ist (siehe auch Abschnitt 2.3.1) Parallele Handlungsstränge Wie im analogen Leben üblich, soll es auch im digitalen Umfeld die Möglichkeit geben, begonnene Aufgaben zu unterbrechen und zu einem späteren Zeitpunkt fortzusetzen. Wurde eine Aufgabe unterbrochen, um einer anderen Tätigkeit nachzugehen, muss der/die BenutzerIn an diese begonnene Aufgabe erinnert werden. Dies ist ein wichtiger Teil des Feedback-Prozesses. Abbildung 3.3 zeigt ein Beispiel von mehreren parallelen Handlungssträngen. Die Annahme ist, dass der/die BenutzerIn beginnt, einen Kalendereintrag zu verfassen. Währenddessen entscheidet er/sie eine Nachricht zu schreiben, woraufhin das Verfassen des Kalendereintrag unterbrochen wird. Auch die begonnene Nachricht wird durch einen Telefonanruf unterbrochen. Nachdem dieser beendet ist, muss das System den/die BenutzerIn über die unfertigen

31 3. Konzept 21 Aufgaben informieren. In diesem Beispiel wird danach das Schreiben des Kalendereintrages fortgesetzt. Ist dies geschehen, wird abermals über eine begonnene Handlung - die Nachricht - informiert. Der/die BenutzerIn kann nun auch diese fertigstellen. Das System ist somit keineswegs streng sequenziell aufgebaut, sondern erlaubt vielmehr die Unterbrechung und Fortführung von Aktionen. Abbildung 3.3: Konzept von parallelen Handlungssträngen am Beispiel Kalendereintrag, Nachricht und Anruf Interaktion mit dem System Wie in der Einleitung erwähnt und in Abbildung 1.4 gezeigt, besteht das System aus mehreren Komponenten. Diese sind: ˆ ein digitaler Stift, ˆ ein Notizbuch ˆ und ein mobiles Gerät. Die Interaktion teilt sich zudem in zwei wesentliche Bereich, welche auch nachfolgend beschrieben werden: die Eingabe von Informationen in das System und das Feedback für den Benutzer/ die Benutzerin. Dieser/ diese schreibt mit dem Stift im Notizbuch. Durch eine Datenverbindung des Stiftes mit dem mobilen Gerät werden die geschriebenen oder gewählten Informationen der Anwendung am Gerät verfügbar gemacht. Dieses ist für den Groÿteil der Verarbeitung der Daten zuständig, was es ihm erlaubt, ein entsprechendes Feedback zu geben. Denkt man etwa an den Versand von Nachrichten, so muss auch die Verbindung mit externen Zielen vorhanden sein. Deshalb reagiert das System ebenfalls auf externe Informationen - etwa eine eingehende -, bereitet diese auf und gibt abermals Feedback. Abbildung 3.4 fasst die Interaktionswege noch einmal zusammen. Ersichtlich ist die Eingabe in das System (blaue Pfeile) und das Feedback (rote Pfeile).

32 3. Konzept 22 Abbildung 3.4: Abstrakter Überblick über die Interaktion mit dem System Eingabe Um die erwähnten Anwendungsfälle abdecken zu können, muss das Notizbuch Elemente für die Interaktion bereitstellen. Diese sind als Felder deniert und beinhalten verschiedene Informationen. Abbildung 3.5 zeigt beispielhaft einen Entwurf einer Kontaktseite im Notizbuch. Die ersichtlichen Felder sind Interaktionselemente, welche durch Berührung mit dem digitalen Stift für die Weiterverarbeitung herangezogen werden können. Dies bedeutet, dass alle unterstützten Szenarien im Vorhinein deniert werden müssen und für die Durchführung bereits diese Elemente am Notizbuch vorhanden sein müssen. Die Seiten sind entsprechend gekennzeichnet, um sie dem Benutzer/der Benutzerin im Feedback-Prozess signalisieren zu können. Hier sieht das Konzept ebenfalls farbliche Markierungen sowie Seitenzahlen vor. Der Benutzer/ die Benutzerin kann nun die Elemente am Papier wählen und mit ihnen interagieren, um die gewünschte Information zu generieren. Bei Berührung des Stiftes mit einem Feld am Papier, wird die Verarbeitung am mobilen Gerät gestartet. Dieses ist in der Lage, das Feld einem Typ zuzuordnen, was eine weitere Verarbeitung - je nach Anwendungsfall - ermöglicht. Das in Abbildung 3.5 dargestellte erste Konzept des Notizbuches zeigt auf der linken Seite den Hauptbereich des Notizbuches. Dieser enthält die Elemente für die Eingabe. Beispielhaft sind hier Kontakte aufgeführt. Die rechte Seite stellt eine Klappe dar, auf der wichtige Aktionen gewählt werden können.

33 3. Konzept 23 Abbildung 3.5: Prototyp des Notizbuches: links der Hauptteil mit den Elementen, rechts die Aktionsleiste. Das Zusammenspiel zwischen Elementen und Aktionen wird in Kapitel 3.6 näher beleuchtet. An der rechten Seite des Hauptteiles sind farbige Felder, welche Registerkarten im Notizbuch darstellen. Jede dieser Registerkarten beherbergt Elemente, mit denen interagiert werden kann, und gruppiert die Szenarien in verständliche Teilbereiche Feedback Das Feedback stellt die Signalisierung des Zustandes des Systems dar. Für den/die BenutzerIn ist es relevant, da hier Systemfehler, der Status der aus-

34 3. Konzept 24 geführten Szenarios und dergleichen rückgemeldet werden. In diesem System wird generell zwischen externem und internem Feedback unterschieden. Das interne Feedback kann dabei auf interne Ereignisse, wie etwa die Erinnerung an einen Kalendertermin oder die erwähnte Signalisierung eines unfertigen Tasks, bezogen sein. Externes Feedback zeigt externe Ereignisse, wie zum Beispiel neue Nachrichten an. Das Feedback selbst wird dem Benutzer/der BenutzerIn mit Farben angezeigt, wobei jede Farbe eine andere Bedeutung hat und der Art des Feedbacks zugeordnet ist. Konkret hat das Feedback folgende Aufgaben: ˆ Führung des Benutzers/ der Benutzerin durch die Szenarien. ˆ Führung des Benutzers/ der Benutzerin durch das Notizbuch. ˆ Information über Ereignisse (intern, extern). ˆ Information über begonnene und unfertige Szenarien. Feedback-Ansichten Das Feedback am mobilen Gerät gliedert sich in zwei Arten von Ansichten. Einerseits existiert eine einzige Hauptansicht, HOME, welche den Einstiegspunkt darstellt und wichtige Informationen über alle unterstützten Szenarien bereitstellt. Der Benutzer/ die Benutzerin sieht hier auf einen Blick, ob neue Ereignisse vorhanden sind. Eine zweite Art der Ansicht ist die Detailansicht. In dieser werden Szenario-spezische Informationen dargestellt, wie zum Beispiel das Fehlen eines Elementes für ein Szenario und wo es im Notizbuch gefunden werden kann. Abbildung 3.6: Die Feedback Ebenen: Die Home-Ebene gibt einen Überblick über das System. Die Detailebenen spezialisieren sich auf die einzelnen Szenarien. Der Wechsel zwischen den Ebenen wird durch die Eingaben des Benutzers/ der Benutzerin bestimmt. Sieht der Benutzer/ die Benutzerin in der Hauptansicht, dass beispielsweise eine neue Nachricht eingegangen, so kann er/sie

35 3. Konzept 25 diese önen. Die Nachricht wird ihm/ihr in der Detailansicht präsentiert. Wird diese nun vom Benutzer/ von der Benutzerin geschlossen, so wird die aktualisierte Hauptansicht präsentiert, die keine Indikation für eine neue Nachricht enthält. Zustandsautomat Das System kann mit einem Zustandsautomaten dargestellt werden. Abbildung 3.7 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines solchen Automaten. Es existieren vier Zustände, welche auch das Feedback des Gerätes wiedergeben. Der Idle -Zustand ist jener, in dem auf neue Ereignisse gehorcht wird, im System Events genannt. Wird solch ein Event empfangen, wird zunächst überprüft, ob es eine unfertige Tätigkeit signalisiert. Ist das der Fall, so wechselt das System in den Zustand unfertig und zeigt dem Benutzer ein entsprechendes Feedback an. Sollte dies nicht der Fall sein, wechselt das System zu intern oder extern, je nach Typ des Events. Abbildung 3.7: Zustandsautomat des Feedbacks.

36 3. Konzept Stift-basierte Use Cases Um die für das System relevanten Use Cases zu generieren, werden die zuvor erhobenen Funktionen erweitert. Konkret handelt es sich dabei um die Einstellung der Lautstärke am Gerät, die Anpassung der Helligkeit des Anzeigegerätes und um eine Suche. Abbildung 3.8 zeigt alle behandelten Use Cases. Abbildung 3.8: Übersicht der ausgewählten Use Cases Rollen Es existieren zwei Rollen, welche für das System relevant sind. Diese werden in der Funktionsbeschreibung erwähnt und nden auch in den folgenden Use Cases Verwendung. Benutzer/ Benutzerin Der Endanwender/ die Endanwenderin, auch (Be-)NutzerIn genannt, interagiert mit dem System auf Benutzerebene. Er/Sie führt Funktionen aus.

37 3. Konzept 27 Arzt/Ärztin, Apotheker/Apothekerin Ärzte/Ärztinnen bzw. Apotheker/Apothekerinnen werden hier erwähnt, da ihnen später eine tragende Rolle zukommt. Sie sind für den Use Case Medikamentenerinnerung wichtig Nachricht senden Der Benutzer/ die Benutzerin wählt einen Kontakt und einen Text. Der Befehl Senden löst den Sendevorgang am mobilen Gerät aus Anruf tätigen Der Benutzer/ die Benutzerin wählt einen Kontakt und den Befehl Anrufen. Das Gerät wählt die Nummer des Kontaktes Kalendereintrag Der Benutzer/ die Benutzerin wählt einen Tag und schreibt einen Text. Optional stehen ihm/ihr die Elemente Uhrzeit und Ort zur Verfügung. Der Eintrag wird gespeichert, sobald der Tag festgelegt wurde Medikamentenerinnerung Der Arzt/ die Ärztin bzw. der Apotheker/ Apothekerin füllt ein Formular aus und wählt dabei das Medikament, die Dosis und die Tage der Einnahme. Das Gerät speichert Alarmzeiten und gibt Feedback Home Automation Der Benutzer/ die Benutzerin wählt einen Schalter und eine Aktion wie Dimmen, Ein, Aus, etc. Das Gerät sendet die Befehle an die Haussteuerung Suche Der Benutzer/ die Benutzerin schreibt einen Suchbegri in das Suchformular, wählt eine Suchkategorie und löst mit der Aktion Suchen den Suchvorgang aus Systemeinsellungen Der Benutzer/ die Benutzerin kann die Helligkeit des Displays über die Aktionsleiste heller oder dunkler stellen. Die Lautstärke ist ebenfalls anpassbar.

38 3. Konzept Systemarchitektur Die Systemarchitektur stellt die Grundlage für die Implementierung dar. Sie deckt die Beschreibung des Konzepts auf Systemebene ab und beinhaltet daher wesentliche Teile der Anwendung Attribute Attribute sind Informationen, welche für Szenarien benötigt werden. Sie werden aus den Use Cases extrahiert und bilden den Kern jeder Funktion. Das Attribut Befehl ist hier gesondert eingeführt und hervorzuheben, da es bestimmt, wie die Funktionen ausgeführt werden und welche Freiheiten der/die BenutzerIn dabei hat. Der Befehl ermöglicht es dem System, dem/der BenutzerIn eine Wahl zu lassen, etwa wann er/sie eine Nachricht sendet, wann die gewählte Person angerufen wird oder ob eine begonnene Funktion abgebrochen werden soll. Konkret wurden folgende Attribute gefunden: ˆ Text ˆ Kontakt ˆ Zeit ˆ Datum ˆ Ort ˆ Lautstärke ˆ Helligkeit ˆ Befehl Zuordnung Das System muss über die Zuordnung zwischen Attributen und Funktion Bescheid wissen. Daher existiert ein Regelwerk, welches diese Zuordnung durchführt. Für jede Funktion wird mindestens ein Attribut benötigt. Der Vorteil von Attributen ist, dass ein- und dasselbe für mehrere Funktionen verwendet werden kann und somit eine Modellierung mehrerer Funktionen mit den gleichen Attributen und somit den gleichen Seiten im Notizbuch ermöglicht wird. Ein Kontakt könnte somit beispielsweise für eine Nachricht sowie für einen Anruf benutzt werden. Für eine Nachricht wird ein Text und ein Kontakt verwendet, wie in Tabelle 3.7 ersichtlich ist. Das System erhält Attribute über die Eingabe des Benutzers/ der Benutzerin und kann sie zu den entsprechenden Funktionen zuordnen Aktionen Aktionen denieren sich durch eine Systemfunktion des mobilen Gerätes. Als Beispiel sei hier das Senden einer oder SMS oder das Einfügen eines Eintrages in den Kalender des Gerätes genannt.

39 3. Konzept 29 Text Kontakt Zeit Datum Lautstärke Helligkeit Ort Befehl Nachrichten x x x Telefonie x x Kalender x x x x x Medikamente x x x Home x x Automation Suche x x Lautstärke x Helligkeit x Tabelle 3.7: Zuordnung von Attributen zu Funktionen über das Regelwerk Tasks Ein Task vereint die genannten Elemente und stellt ein Szenario im System dar. Er deniert sich aus: ˆ der zu Grunde liegenden Funktion, ˆ Attributen, welche für die Funktion benötigt werden und ˆ einer Aktion, welche nach Beenden des Tasks ausgeführt wird. Das Auslösen der Aktion kann einerseits durch den Benutzer/ die Benutzerin selbst geschehen (zum Beispiel durch das Berühren des Senden-Buttons) aber auch automatisch vom System angestoÿen werden, sobald alle notwendigen Attribute vorhanden sind (zb. das Speichern eines Kalendereintrages, bestehend aus Datum und Text, wobei noch ein Ort hinzugefügt werden kann).

40 Kapitel 4 Verwendete Technologien In diesem Kapitel werden die verwendeten Technologien vorgestellt und beschrieben. Weiters nden hier Problemstellungen der jeweiligen Technologie und deren Lösung Platz. Das Kapitel geht näher auf die Gründe der Auswahl bestimmter Systeme ein und gibt zudem einen allgemeinen Überblick über deren Implementierung. 4.1 Überblick Das System besteht aus einem Anoto-Stift [36], welcher per Bluetooth mit einem Android-Gerät [42] verbunden ist. Für die Handschrifterkennung kommt die OCR (Optical Character Recognition) Software MyScript [54] zum Einsatz. Die Verbindung zu einem digitalstrom(r) [40] System erlaubt die Steuerung von Lampen im Raum. 4.2 Anoto Anoto ist eine schwedische Firma, welche sich auf digitale Stifte spezialisiert hat. Diese Stifte sind in der Lage, das Geschriebene zu digitalisieren und per Bluetooth oder USB zur Verfügung zu stellen. Neben hauseigenen Produkten wird die Technologie unter anderem lizenziert für Hersteller wie Logitech 1. Die Technologie dahinter teilt sich in den Stift selbst und ein spezielles Papier auf Muster Anoto verwendet ein spezielles Muster [37] welches unter Anderem auch auf Papier ausgedruckt werden kann. Dieses Muster besteht aus einem Raster von 0,3mm, in dem wiederum kleine Punkte in der Gröÿe von 0,1mm positioniert sind, siehe Abbildung 4.1. Für die Technologie relevant ist jeweils 1 30

41 4. Verwendete Technologien 31 das Verhältnis von vier Punkten zueinander. Alle Verhältnisse, also Kombinationen aus je vier Punkten ausgedruckt, würde die Fläche von insgesamt 60 Millionen m 2 bespannen. Abbildung 4.1: Beispiel des Anoto-Muster, Quelle: [37]. Das Anoto-Muster ist lizenziert und kann von Anoto per A0-Seiten erworben werden. So kann eigenes Papier durch Ausdrucken erstellt werden. Um Elemente, wie etwa ein Formular mit Feldern, auf das Anoto-Papier zu bringen gibt es zwei Möglichkeiten. ˆ Das Muster wird mitsamt dem gewünschten Layout (Felder, Formulare,...) auf Papier gedruckt. Das hat den Vorteil, dass kein Oset zwischen der gewünschten Position und der tatsächlichen Position der Layout- Elemente am Papier berücksichtigt werden muss, da sich das Verhältnis der Elemente zum Muster nicht ändert. ˆ Zunächst wird das Muster ausgedruckt um danach das gewünschte Layout auf dieses Muster zu drucken. Diese Methode erlaubt mehr Flexibilität, hat aber den Nachteil, dass die Position der Elemente nachträglich bestimmt werden muss und eventuelle Osets berücksichtigt werden müssen. Beim Ausdruck ist zu beachten, dass die Auösung des Patterns mindestens bei 600dpi liegt. Ist die Qualität schlechter, so wird die Erkennung ungenauer. Zudem spielen die verwendeten Farben beim Ausdruck eine wichtige Rolle. Wird eine Fläche in schwarz auf das Muster gedruckt, so besteht die Gefahr, dass dieses überdeckt wird. Es empehlt sich Bilder in die drei Farbkanäle C, M und Y aufzuteilen und den schwarzen Kanal zu entfernen. Viele Drucker

42 4. Verwendete Technologien 32 ignorieren dies jedoch, und mischen Schwarz zu den Farben um Tinte zu sparen Stift Der Anoto-Stift [36] enthält die Logik, welche für die Bestimmung der Position am Papier notwendig ist. Der Stift ist mit einer Infrarotkamera, einem Bildprozessor und einem Übertragungsmodul ausgestattet. Sobald der Stift über das Papier gleitet, nimmt die Kamera mit einer Rate von Bildern pro Sekunde Momentaufnahmen auf. Die Daten werden an den Bildprozessor übergeben, welcher die Position der Spitze des Stiftes (in x- und y-koordinaten) am Papier und die gezeichneten Striche bestimmt. Zusätzlich nimmt der Stift noch folgende Daten auf: ˆ Die Zeit der Aufnahme der Daten über einen Timestamp. ˆ Die ID der Anoto Seite (jede A0 Seite hat eine eindeutige ID). ˆ Eine eindeutige Kennung des Stiftes über dessen ID. Die Informationen werden entweder im Stift gespeichert und später an eine Gegenstelle übertragen, direkt von einem Programm im Stift verarbeitet, oder kontinuierlich über eine bestehende Datenverbindung an eine Gegenstelle gesendet. Die Datenübertragung mit einem Anoto-Stift kann wie folgt aussehen [38][39]: ˆ Bluetooth: Diese Verbindung kann entweder manuell durch Anoto- Software ausgelöst werden um die am Stift gespeicherten Daten zu übertragen, oder es besteht eine Verbindung zu einer Gegenstelle, welche kontinuierlich Daten empfängt. ˆ USB Verbindung mit einem PC. 4.3 Bluetooth und Android Der Anoto-Stift wird mit dem Android-Gerät per Bluetooth verbunden. Das zugrunde liegende Protokoll dafür ist das HID 2 -Prol. Dieses basiert wiederum auf dem L2CAP 3 -Protokoll. Diese Anforderung, die die Anoto- Übertragungstechnologie mit sich bringt, resultiert in einer Vielzahl an Problemen. Das gröÿte davon ist wohl die Tatsache, dass das Android-System (in Version 2.3) grundsätzlich nicht mit dem HID-Prol kompatibel ist. Die folgenden Kapitel werden einen Einblick in die Beschaenheit des HID-Prols geben, Probleme aufzeigen und schlussendlich einen Lösungsansatz präsentieren. 2 Human Interface Device 3 Logical Link Control and Adaptation Protocol

43 4. Verwendete Technologien L2CAP-Protokoll Das HID-Prol ist ursprünglich im USB Standard [31] implementiert worden, weshalb die Dokumentation auch dort zu nden ist. Speziell für Bluetooth wurde der BT-HID Standard [1] deniert, welcher die Luftschnittstelle der Verbindung beschreibt. BT-HID stellt zudem ein Set von Services zur Verfügung, mit denen eine Kommunikation zwischen einem Host und einem BT-HID Gerät ermöglicht wird. Für jeden Kommunikationsuss werden zwei Kanäle geönet, wobei ein Kanal einen Endpunkt auf Host-Seite und ein Kanal einen Buer auf der Geräteseite darstellt. Zudem werden für jede Verbindung zwei L2CAP-Kanäle geönet, ein Control-Channel und ein Interrupt-Channel. Abbildung 4.2 zeigt diese beiden Kanäle. Abbildung 4.2: Funktionsprinzip der L2CAP-Kanäle, Quelle: [1, S. 51] Reports Das BT-HID-Prol unterstützt drei verschiedene Arten von Transfertypen, Reports genannt: ˆ Input Reports werden vom Gerät generiert und zum Host gesendet. Sie beinhalten Daten mit niedriger Latenz. ˆ Ouput Reports haben ebenfalls niedrige Latenzzeiten und werden vom Host zum Gerät gesendet. ˆ Feature Reports sind bidirektional und beinhalten Informationen welche nicht zeitkritisch sind.

44 4. Verwendete Technologien 34 Input und Output Reports werden über den Interrupt-Kanal gesendet, wogegen Feature Reports dem Control Channel zugewiesen sind Android Android bietet einen Bluetooth-Stack, allerdings mit einigen Einschränkungen. Android ist in der verwendeten Version 2.3 nicht kompatibel mit dem BT-HID Prol. Es gibt weder öentliche Schnittstellen des Herstellers Google, noch eine Adaptierung für dieses Prol. Die Bluetooth Implementierung von Android beschränkt sich auf die RFCOMM-Schnittstelle und somit auf serielle Verbindungen. Seit Android 3.0 gibt es zwar die Möglichkeit, Bluetooth-HID-Geräte an das Android-Gerät anzuschlieÿen, dies muss jedoch vom Hersteller ermöglicht werden und es gibt keinen oziellen Weg, als Programmierer darauf zuzugreifen [43]. Da für RFCOMM-Verbindungen keine L2CAP-Kanäle benötigt werden, ist es auf der Masse der verfügbaren Geräten nicht möglich, solch einen Kanal aufzubauen, da hier der Bluetooth- Stack diese Technologie nicht unterstützt. Die in dieser Arbeit erwähnte Lösung wurde daher auf Geräten erstellt, bei denen der Bluetooth-Stack L2CAP-Kanäle unterstützt. Dies war ein HTC Nexus One und ein Samsung Nexus S. Erstellen einer Verbindung Eine direkte Verbindung mit einem HID-Gerät ist selbst mit implementiertem L2CAP im Bluetooth-Stack nicht möglich. Es kann jedoch eine Verbindung zu einem Bluetooth-Gerät mit Hilfe des Java Reection API erstellt werden. Dieses Tool lässt den Blick in innere Strukturen von Javaklassen zu. Zudem können Methoden und Kontruktoren der Klasse aufgerufen werden [51]. Mit diesem Mechanismus ist es möglich einen Bluetooth-Socket zu einem HID-Gerät zu erstellen, über den die Daten gesendet werden können. Über diese grundlegende Verbindung können nun zwei Kanäle geönet werden, welche den Datentransfer regeln. In ihnen werden die Reports der Anwendung verfügbar gemacht. Da hier die oziellen Programmierschnittstellen umgangen werden und ein Verhalten des Systems erwirkt wird, welches nicht vorhersehbar ist, ist diese Lösung zwar zweckgemäÿ, jedoch keineswegs vor Anpassungen seitens des Android-Systems geschützt. 4.4 Optical Character Recognition Optical Character Recognition (OCR) beschreibt den Vorgang, beim dem nicht digitalisierte Zeichen in Text transformiert werden. Da eine Menge an Techniken für OCR existiert, ist die Wahl des richtigen Instruments nicht trivial und es müssen einige Aspekte berücksichtigt werden. OCR kann entweder On-line oder O-line durchgeführt werden, wobei sich das On-line hier

45 4. Verwendete Technologien 35 auf die zeitliche Komponente bezieht und Echtzeit meint. Auch die zugrunde liegende Art der Information spielt eine Rolle. Es wird unterschieden zwischen kursiver Schrift, Block- und Schreibschrift. Im Folgenden werden die verschiedenen Arten umrissen und Ansätze für die Verwendung mit Android diskutiert Grundlagen Der Vorgang bei der OCR kann nach Bunke [4] mit einer Prozesskette dargestellt werden. Sie überführt die Quelle, ein Dokument, Bild,..., in eine digitale Repräsentation als Text. Abbildung 4.3 zeigt solch eine Prozesskette am Beispiel einer -Anwendung. Abbildung 4.3: Die Prozesskette beinhaltet (v.l.n.r.): Segmentierung, Merkmalsextrahierung, Klassikation und Interpretation, Quelle: eigene Darstellung nach [4]. ˆ Bilderfassung Das Hauptziel der Bilderfassung ist, ein Dokument in eine numerische Darstellung zu konvertieren. Dies kann mit verschiedenen Arten von Digitizern durchgeführt werden. Ein Digitizer ist typischerweise eine Kamera oder ein Scanner. Bei beiden wird die Konvertierung nicht in Echtzeit durchgeführt. Dazu müssen Geräte wie Tablet Digitizer verwendet werden, welche die Position eines Stiftes erkennen und verarbeiten. Es funktioniert auch umgekehrt, sodass der Stift selbst die Logik enthält und die Position weitergibt, wie es auch bei Anoto implementiert ist. In diesem Fall wird keine extra Bilderfassung benötigt. Für alle analogen Bildquellen ist ein Sampling, Quantisieren und Codieren notwendig. ˆ Bildtransformation Die Bildtransformation ist eine Bild-zu-Bild Operation und wird deshalb als eine Input-Output-Beziehung charakterisiert. Der Grund für die Transformation ist die Korrektur der in der Bilderfassung produzierten Verzerrungen. Danach wird das Bild geltert um den Hinter-

46 4. Verwendete Technologien 36 grund von den Zeichen abzuheben. In einem nächsten Schritt können die Kanten der Zeichen bestimmt werden um die Segmentierung der Objekte zu ermöglichen. Als letztes sorgt ein Thinning der Kanten für ein Erkennen der Linien. Diese Linien beziehen sich auf die Ausrichtung des Textes und der Zeilen. Die Linien bilden die Basis für die Wort- und Buchstaben-Segmentierung. ˆ Bildsegmentierung Bildsegmentierung beschreibt den Prozess, bei dem das Bild in Regionen - Segmente - aufgeteilt wird. Jedes Segment kann entweder ein Objekt oder eine Gruppe von Objekten beinhalten. Das können beispielsweise einzelne Buchstaben, Wörter oder Zeilen sein. Es gibt verschiedene Ansätze diese Segmentierung durchzuführen (vgl. [4]): Connected Component Labeling, X-Y-tree Decomposition, Run-length Smearing oder Hough Transform. Das Ergebnis der Segmentierung sind Segmentierungs-Punkte, die die Kanten einander berührender Objekte kennzeichnen. ˆ Merkmalsextrahierung Die Merkmalsextrahierung basiert auf Modellen, welche wiederum aus einer gewissen Summe aus Merkmalen bestehen. Die Extrahierung vergleicht diese Modelle mit den Objekten und kann sie somit zuordnen, bzw. das Modell erweitern. Der Vorgang ist komplex, daher existieren hier ebenfalls verschiedene Ansätze (vgl. [4]): Geometrical Features, Moments, Orthogonal Transformations or Relational Descriptions. ˆ Klassizierung Die Klassizierung nimmt die extrahierten Merkmale und Segmente und versucht diese zu kennzeichnen, zu klassizieren. Diese Zuordnung zu einer Klasse übernimmt einen wichtige Rolle und ist der vorletzte Teil der Prozesskette. Der am häugsten verwendete Ansatz ist Function Apporximation, welcher auf statistischen Daten beruht (vgl. [4]). Andere Methoden seien hier kurz erwähnt (vgl. [4]): Decision Trees, Rule-based Methods, Syntactic Grammers und Fuzzy. ˆ Interpretation Sind die Klassen nun zugeteilt, folgt im letzten Schritt die Interpretation in ein kontextabhängige Darstellung.

47 4. Verwendete Technologien 37 Die Wahl aller in der Aufzählung genannten Methoden und Ansätze sind sehr stark von der gewählten Art der OCR und den zu Verfügung stehenden Daten ab On-line / O-line Eine der Hauptentscheidungen bei der Auswahl einer OCR-Technologie OCR ist ob die Erkennung on-line oder o-line stattndet. On-line beschreibt den Erkennungsvorgang während der Benutzer/ die Benutzerin schreibt. On-line Daten sind deniert durch zeitlich geordnet Positionspunkte, welche die Linienführung vorgeben (dargestellt in Abbildung 4.4, (a)). O-line Daten sind Pixeldaten und nach Bereichen geordnet. Die Linienführung ist nicht bekannt (4.4, (b)). Typische Anwendungen für on-line OCRs sind Stift-basierte Eingabesysteme. O-line OCR ndet nach dem tatsächlichen Schreiben statt, wobei die Daten oft als Pixel vorhanden sind. Es gibt eine Tendenz on-line Daten in Pixel-Daten zu konvertieren um ein o-line Erkennung durchzuführen. Die Verwendung einer on-line Erkennung bringt folgende Vorteile mit sich:ˆ Datenaufbereitung und Merkmalsextrahierung können schneller abgehandelt werden wenn die Linienführung bekannt ist. ˆ Zweideutige oder ähnliche Zeichen (wie ; und j ) werden einfach erkannt, wenn die Linienführung bekannt ist. ˆ Die Segmentierung wird erheblich erleichtert wenn die Zeitpunkte des Hebens und Senkens des Stiftes bekannt sind. ˆ Feedback kann unmittelbar gegeben werden. Dieses kann dem Benutzer/ der Benutzerin signalisiert werden oder für das Training des Systems verwendet werden Handschrift / Blockschrift Der Unterschied zwischen geschwungener Handschrift und Blockschrift beeinusst die Technik der OCR sehr. Ein Problem stellt die Tendenz in einem Mix aus beiden Arten zu schrieben dar. Blockschrift ist einfacher zu handhaben, da hier der Platz zwischen den Zeichen die Segmentierung vorgeben. Eine geschwungene Handschrift beinhaltet wenige bis keine Punkte an denen der Stift gehoben wird, was in einem durchgehenden Kontinuum von Segmentierungspunkten endet. Diese Punkte können auf zwei Weisen behandelt werden (vgl. [4]). ˆ Heuristic Provisional Segmentierungspunkte basieren auf dem Heben des Stiftes (bestimmt durch Extrema der Stift-Geschwindigkeit) oder Punkte mit starker Krümmung. Potentielle Zeichen werden bestimmt

48 4. Verwendete Technologien 38 Abbildung 4.4: (a) zeitlich geordnete Daten, (b) Pixel-Daten, Quelle [4]. Abbildung 4.5: (a) Segmentierung anhand von Extremstellen, (b) Segmentierung nach xen Intervallen, Quelle: [4]. indem ein bis fünf Segmente gruppiert werden. Abbildung 4.5 (a) zeigt diese Gruppierung. ˆ Regularly Spaced Provisional Segmentierungspunkte werden durch einen xen Abstand bestimmt. Eine xe Anzahl von Segmenten wird danach gruppiert. Diese Vorgehensweise kann mit einem Sliding Window verglichen werden. Der Vorgang wird in Abbildung 4.5 (b) dargestellt Wort-, zeichen- oder linienbasierte Erkennung Texterkennung basiert nicht immer auf einer Zeichenerkennung. Je nach Situation und Anwendung gibt es weitere Techniken der Erkennung. Worter-

49 4. Verwendete Technologien 39 kennung wird für ein kleines Vokabular verwendet. Die Segmentierung gestaltet sich hier einfach, da der Abstand zwischen den Wörtern herangezogen werden kann. Linien- oder strichbasierte Erkennung teilt Zeichen in deren Linien auf. Diese Linien bilden ein Alphabet aus Subzeichen welches für andere Zeichen wiederverwendet werden kann Ansätze für Android Da es sich bei Android um eine mobile Plattform handelt und Rechenleistung nur sehr eingeschränkt verfügbar ist, stellt die Performance der Erkennung einen wichtigen Faktor dar. Zudem ist ein schnelles Feedback für den Benutzer/die Benutzerin wichtig. Ein zweiter Aspekt ist die Genauigkeit der eingesetzten Technologien. Für Android existieren einige Ansätze, welche auf der Programmiersprache Java basieren. In den folgenden Abschnitten werden vier Produkte beleuchtet: Android Gesture API [35], Tesseract [44], Wisetrend [33] und MyScript [54]. Gesture API Das ozielle Google Gesture API [35] repräsentiert eine on-line Erkennung. Es ist Bestandteil des Android SDKs und kann gezeichnete Gesten erkennen, welche auf dem Display eines mobilen Gerätes gezeichnet werden. Die Erkennung basiert auf einem Modell, welches mit dem Tool GestureBuilder [45] erstellt werden kann. Mithilfe dieses Tools werden Gesten erstellt, die aus einer oder mehreren Linien bestehen können. Für den Ansatz der Zeichenerkennung werden mehrere Linien pro Geste benötigt um Zeichen wie A oder H,... erkennen zu können. Google hat eine Applikation erstellt, welche gezeichnete Gesten am Display verwendet um Einträge im Telefonbuch oder in den installierten Applikationen zu suchen. Diese Suche wird zeichenweise optimiert, wobei die Genauigkeit hoch ist. Das Modell für die Erkennung wird in einer GestureLibrary gespeichert. Für die Erkennung wurde solch ein Testmodell mit dem Alphabet erstellt um die Performance und Genauigkeit des API feststellen zu können. Eine entwickelte Testapplikation kann dieses Modell laden um damit gezeichnete Gesten zu klassizieren, sobald diese als solche erkannt werden. Dabei muss der Benutzer/die Benutzerin einen Buchstaben auf das Display des Gerätes zeichnen. Das API gibt die Geste und somit den Buchstaben zurück, der am besten der gezeichneten Geste entspricht. Zu Testzwecken wurde die Zeichenkette Hello World gezeichnet, wobei 6 von 10 Buchstaben richtig erkannt wurden. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Erkennung starke Schwächen aufweist. So wurden Buchstaben mit mehr als einer Linie wie R und D nicht erkannt. Der Buchstabe E wurde des öfteren als L erkannt, da ein E aus einem geschriebenen L und zwei weiteren Linien besteht. Die Anwendung erkennt die zusätzlichen zwei Linien, jedoch gibt es

50 4. Verwendete Technologien 40 den falschen Buchstaben zurück. Da die Daten aus zeitlich geordneten Punkten bestehen, spielt der zeitliche Aspekt eine starke Rolle. Wurde der Buchstabe L von oben nach unten gezeichnet, fand eine Erkennung statt. In dieser Form wurde er auch in das Modell eingefügt. Wird von unten nach oben gezeichnet, so wird der Buchstabe nicht erkannt. Zeitlich geordnete Punkte erleichtern die Segmentierung (vgl. Kapitel 4.4.3), werden aber in diesem Kontext zum Problem. Es gibt keine Möglichkeit dieses Verhalten des APIs zu ändern. Zusätzlich wurde die Geschwindigkeit der Erkennung gemessen. Gemessen wurde die Zeit ab dem Start der Geste bis zur Erkennung eines Buchstaben. Die Messung wurde mit Java durchgeführt, was eine Granularität von Millisekunden erlaubt. Die mittlere Zeit für die Erkennung liegt bei 14,78ms. Gesten müssen keineswegs über das Display eingegeben werden. Sie können auch direkt in Java erstellt werden. Dies erlaubt die Benutzung eines digitalen Stiftes als Eingabemedium, da dieser genauso zeitlich geordnete Punkte zurückgibt. Ein weiterer Test wurde mit einem Anoto-Stift (siehe Kapitel 4.2) durchgeführt. Dieser Test zeigte, dass die Punkte nicht innerhalb der Pixelmatrix des Displays des Gerätes sein müssen und somit eine Transformation nicht nötigt ist. Tesseract Tesseract, [44] ist ein wort-basiertes, o-line Framework. Momentan wird es von Goolge entwickelt und steht unter der Apache Licence 2.0. Das Framework benutzt Bilder als Quelle und erkennt Text. Das Framework benötigt kein Training-Set, sondern arbeitet mit einem Wörterbuch. Das Framework ist in der Programmiersprache C++ implementiert, wurde jedoch im Projekt Mezzofanti [46] unter Verwendung des Android NDKs 4 für Android Geräte verfügbar gemacht. Ein Test mit diesem Framework zeigt eine Genaugikeit von 50% für die Zeichenkette Hello World. Die mittlere Dauer der Erkennung eines Buchstabens liegt bei 194ms. WiseTrend WiseTrend, [33] stellt eine o-line Erkennung dar. Das Framwork nutzt den proprietären Engine ABBYY [34]. WiseTrend stellt ein OCR Cloud System zur Verfügung. Die Bildquellen können über verschiedenen Protokolle in den Cloudspeicher geladen werden, beispielsweise per , FTP oder über HTTP-Requests. Letzterem muss ein XML angefügt werden, welches die Rahmenbedingungen der Erkennung festhält. Dazu zählen einige Parameter: Die URL, die das zu bearbeitende Bild verlinkt, die Sprache der Erkennung 4 NDK: Native Development Kit. Es ermöglicht die Verwendung von C und C++ Code in Android-/Java-Awendungen

51 4. Verwendete Technologien 41 und das Format der Ausgabe. WiseTrend führt anschlieÿend die Erkennung durch und stellt das Ergebnis bereit. Um eine Erkennung durchzuführen sind zwei Schritte nötig. Zunächst muss ein Bild online gestellt werden. Dies kann entweder auf einem privaten Webspace oder in der OCR Cloud von WiseTrend abgelegt werden. Nach dem Upload muss das XML generiert und über HTTP-POST-Nachrichten and den WiseTrend Server übertragen werden. Der Server antwortet mit einer URL, auf der das Ergebnis abrufbar gemacht wird. Diese URL kann periodisch auf Updates überprüft werden um letztendlich das Resultat als Text abzurufen. Auch dieses Framework wurde in einer Testapplikation gekapselt. Tests mit der gleichen Zeichenkette Hello World ergaben eine mittlere Zeit von 6,949 Sekunden für die Erkennung. Diese vergleichsweise hohe Zeit mit fast sieben Sekunden kann mit dem groÿen Overhead der Serververbindung und des Uploads der Bilddatei erklärt werden. MyScript MyScript [54] ist ein on-line Framework, welches auf die Eingabe mit Stift spezialisiert ist. Das Framework ist für Android erhältlich und arbeitet mit einem Wörterbuch, was eine Wort-basierte Erkennung zulässt. Mit MyScript ist es möglich eigene Wörterbücher zu erstellen um die Erkennung so an eigene Bedürfnisse anzupassen. Das ist beispielsweise bei der Erkennung von Kontakten aus dem Telefonbuch eines mobilen Gerätes nötig. Um das Framework in eine Androidanwendung einzubinden, wird eine Library verwendet. Mit dieser ist es möglich eine Instanz der Klasse HandwritingContext zu erstellen. Dieses Objekt kapselt sämtliche relevanten Informationen der Erkennung. Ihm werden die verwendete Sprache und das zu verwendende Wörterbücher bekannt gemacht. Um die Erkennung auszulösen, müssen dem HandwritingContext zeitlich geordnete Punkte übergeben werden. Erst dann kann das Resultat abgefragt werden. Ist die Erkennung beendet, so kann das Objekt gelöscht werden Vergleich Die untersuchten Lösungen für Android sind sehr unterschiedlich in deren Grundtechnologie. Prinzipiell sind on-line basierte Lösungen mehr für die Eingabe mit einem Stift geeignet. Aber auch o-line Lösungen können hier angewandt werden. Der initiale Gedanke, die Erkennun g mit Android eigenen Boardmitteln durchzuführen scheint naheliegen. Das Gesture API von Google ist jedoch mit einer Fehlerrate von 40% nicht für eine produktive Umgebung geeignet. Zudem gestaltet sich das Training des Systems schwierig. Tesseract hat eine Fehlerrate von 50% erzielt, wobei das Framework noch optimiert werden kann. Das genaueste Framework war Wisetrend mit 100%, es ist jedoch mit einer mittleren Zeit von sieben Sekunden zu langsam für ein

52 4. Verwendete Technologien 42 Produktivsystem. Die Erkennung mit dem Gesture API ist mit 14ms sehr schnell und mit Tesseract (ca. 200ms) noch annehmbar. Das MyScript Framework erlaubt eine Erkennung mit 15ms bei einer Fehlerrate von 10%. Der Vorteil an dieser Software ist die nahtlose Integration in die eigene Applikation. Mit dem Framework können Wörterbücher in verschiedenen Sprachen verwendet werden und es ist für Stift-basierte Lösungen optimiert. Auch die Erstellung eigener Wörterbücher zur Laufzeit ist möglich. MyScript ist somit die bevorzugte Lösung. 4.5 Stift-basierte Home Automation In Kapitel 3 wurde das Szenario der Home Automation dargestellt. Dieser Abschnitt soll darstellen, wie die Steuerung eines Home Automation Systems mit einem Stift aussehen könnte. Viele Firmen [49],[40] bieten mittlerweile mobile Lösungen für deren Home Automation Systeme an. Der Vorteil solch einer Anbindung liegt auf der Hand. Die Kontrolle eines Home Automation Systems mit einem mobilen Gerät erlaubt Mobilität und einen einfachen Zugang. Personen mit Kenntnis im Umgang mit mobilen Geräten sind nun in der Lage, ihre Wohnung zu steuern. Im Folgenden wird versucht noch weiter zu gehen und die Bedienung so natürlich wie möglich zu machen. Dafür wird die Bedienung mit Stift und Papier näher beleuchtet. Es wird gezeigt, wie ein mögliches System aussehen könnte um dieses im zuvor vorgestellten System verwenden zu können. Das Ziel ist ein System, welches die Steuerung eines Home Automation Systems mit Stift und Papier zulässt. Die Vorteile einer Stift-basierten Lösung wird in Kapitel 2.5 diskutiert. Home Automation Systeme werden oft mit Terminals oder Weboberächen bedient. Der Schritt zur natürlichen und intuitiven Form der Eingabe ist auch in diesem Gebiet zu berücksichtigen Konzept Mithilfe eines Stiftes soll der Benutzer/ die Benutzerin die Möglichkeit haben, ein Home Automation System zu steuern. Die Kombination von Stift und Papier erlaubt dem Benutzer/ der Benutzerin die Interaktion mit einem vordeniertem Set aus Bedienelementen und Befehlen. Mögliche Szenarien könnten sein: das Einschalten/Ausschalten der Heizung oder das Dimmen einer Lampe. Zusätzlich kann der Benutzer/ die Benutzerin den Stift verwenden um eigene Bedienelemente, wie etwa Schalter zu zeichnen und mit ihnen zu interagieren. Das System besteht also zunächst aus zwei Hauptkomponenten: Dem digitalen Stift und das Home Automation System. Um diese Komponenten zu verbinden braucht es einen Mediator, der die Eingabe des Stiftes verwertet und in Befehle für das Home Automation System übersetzt.

53 4. Verwendete Technologien Prototyp Ein Prototyp testet das Konzept des Systems. Für die drei verwendeten Teile wurden verschiedene Technologien benutzt, genau genommen ist das ein Anoto-Stift, ein Android-Gerät und ein digitalstrom-system. Die Abbildung 4.6 zeigt die Komponenten. An der rechten Seite ist der Anoto-Stift zu sehen. Die Mitte zeigt das Android-Gerät und oben rechts ist das Home Automation System zu sehen. Der Informationsuss ist folgender: Der Stift nimmt Striche auf und sendet diese an das mobile Gerät. Dieses interpretiert die Linien und teilt sie einer Region und der dahinter liegenden Funktionalität - diese ist im Vorfeld festzulegen - am Papier zu. Je nach Region kann ein entsprechender Befehl an das Home Automation System gesendet werden. Die Kommunikation zwischen mobilem Gerät und dem Home Automation System geschieht über HTTP. Der Prototyp kann drei reale Lampen des digitalstrom Systems schalten. Anstatt echte Lichtschalter zu betätigen, kann der/ die BenutzerIn diese am Papier selektieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, selbst Lichtschalter auf Papier zu zeichnen. Das System speichert die Region dieses Schalters. Wird dieser nun mit dem Stift selektiert, löst dies ein Schalten einer zuvor bestimmten Lampe aus. digitalstrom Das digitalstrom [40] System erlaubt eine einfache Kontrolle der häuslichen Umgebung mithilfe des bestehenden Stromnetzes. Kleine Computer- Chips können in elektrische Geräte eingebaut werden und erlauben so die Kommunikation miteinander und einem digitalstrom- Server. Die Vorteile liegen in der Energieezienz, der Wiederverwendbarkeit von Steckdosen und im digitalen Zugang zu allen verbundenen Komponenten. Diese haben eine eindeutige ID. Mit Hilfe von HTTP-Requests kann der Server mit den Komponenten kommunizieren und ihnen Befehle erteilen. Mögliche Befehle sind: ˆ Schalten von Licht ˆ Schalten von Steckdosen ˆ Musik ein-/ausschalten ˆ Sicherheitssystem ein-/ausschalten Stift and Papier Ein Formular wurde entworfen auf dem verschiedene Zonen für Schalter und Befehle abgebildet sind. Insgesamt existieren elf unterschiedliche Bereiche, vgl. Abbildung 4.7. Sechs von ihnen stellen Lichter/Lampen dar und vier repräsentieren die Kommandos.

54 4. Verwendete Technologien 44 Abbildung 4.6: Die Komponenten des Prototypen: digitalstrom Demo- System, Nexus One Android-Gerät und ein Anoto-Stift. Abbildung 4.7: Das Papier enthält verschiedene Zonen für Lichtschalter und Befehle.

55 4. Verwendete Technologien 45 Die sechs Zonen für die Auswahl der Lichter sind folgende: 1. Zone All: Mit dieser Zone können alle Lichter gewählt und abgewählt werden. 2. Zone Living Room: Wählt die Lampe im Wohnzimmer. 3. Zone Kitchen: Wählt die Lampe in der Küche 4. Zone Corridor: Wählt die Lampe im Flur. 5. Zone Porch: Wählt die Lampe auf der Veranda. 6. Zone Dining Room: Wählt die Lampe im Esszimmer. Die Kommandos spezizieren sich als: 1. Zone ON: Schaltet die gewählten Lichter ein. 2. Zone OFF: Schaltet die gewählten Lichter aus. 3. Zone BRIGHTEN: Erhellt die gewählten Lichter. 4. Zone DIM: Dimmt die gewählten Lichter. Die Zonen können unterschiedlich genutzt werden. Es sind verschiedene Modi vorgesehen, in denen die Zonen unterschiedlich zum Einsatz kommen. Anwendung und Modi Die Anwendung am Android-Gerät sammelt nun alle gezeichneten Striche und teilt diese einer Zone zu. Das Gerät kann so die Lichter und Befehle erkennen und die entsprechenden Aktionen durchführen. Ein zweiter wichtiger Aspekt ist das Feedback für den Benutzer/ die Benutzerin. Aus diesem Grund zeigt eine einfache Oberäche am Gerät den aktuellen Status der Lichter (ein/aus) und ob diese momentan am Papier gewählt wurden. Ersichtlich ist dies in Abbildung 4.8. Die hell gelben Lichter sind an, die grau hinterlegten Lichter sind momentan ausgewählt. Um dem Benutzer/ der Benutzerin ein Auswahl an Bedienungsmöglichkeiten zu präsentieren wurden drei Modi ausgearbeitet. Beispiele dieser Modi sind in Abbildung 4.7 zu sehen. Diese sind mit verschiedenen Farben markiert. 1. Normaler Modus: Der Benutzer/ die Benutzerin kann mit dem Stift direkt auf einen Lichtschalter tippen um das Licht umgehend ein- bzw. auszuschalten. In Abbildung 4.7 werden alle Lichter geschaltet (roter Punkt). 2. Kombinierter Modus: Der Benutzer/ die Benutzerin kann mehrere Lichter gleichzeitig wählen indem er sie nacheinander antippt. Zusätzlich ist es möglich, die Zonen mit einer Linie zu verbinden. Nachdem alle Lichter gewählt sind, kann er/sie die gewünschte Aktion wählen um sie ein-/ auszuschalten, zu dimmen oder zu erhellen. Alle gewählten Lichter können mit einer erneuten Berührung mit dem Stift abgewählt werden. Der Vorteil des Modus ist die Vielseitigkeit und die Möglichkeit mehrere Lichter auf einmal zu schalten. Abbildung 4.7 zeigt ein Beispiel in dem die Lichter

56 4. Verwendete Technologien 46 Abbildung 4.8: Das Feedback zeigt den momentanen Status der Lichter und ob diese am Papier gewählt wurden. Der aktuelle Modus ist unten rechts angezeigt. in der Küche, im Wohnzimmer und im Flur gedimmt werden, das alles mit nur einer Linie (blau). Es ist hier klar ersichtlich, dass der Benutzer/ die Benutzerin den Stift zu keiner Zeit heben muss um die Zonen zu verbinden. 3. Wildcard-Modus: In diesem Modus benötigt der Benutzer/ die Benutzerin kein vordeniertes Formular. Er/ sie muss lediglich einen Schalter am Papier zeichnen und in danach mit dem Stift berühren um ein Schalten auszulösen. Der Einfachheit halber wurde hier von einer zusätzlichen Auswahl eines Lichtes durch den Benutzer/ die Benutzerin abgesehen. Der Prototyp schalten immer das Licht im Wohnzimmer. Um zwischen den vorgestellten Modi wechseln zu können, bendet sich ein zusätzlicher Bereich switch mode am Papier. Der aktuelle Modus wird dem Benutzer am Gerät angezeigt.

57 4. Verwendete Technologien Resümee Der vorgestellte Prototyp kann erweitert und verbessert werden. Beispielsweise sind hier Gesten denkbar um die Bedienung noch intuitiver zu gestalten. Der Wildcard-Modus zeigt das Potential hinter diesem Ansatz. Ein Anwender/ eine Anwenderin könnte ein Blatt Papier an die Wand kleben, einen Schalter darauf zeichnen und so das Licht in diesem Raum schalten. Auch könnte hier eine Texterkennung eingeführt werden um zwischen Lichtern wählen zu können. Das Konzept des Home Automation Systems lässt sich nahtlos in das generelle Konzept einechten. Dazu muss lediglich eine neue Seite in das Notizbuch eingeheftet werden.

58 Kapitel 5 Realisierung Dieses Kapitel gibt Einblick in verwendete Design Pattern und die technische Realisierung mit den verwendeten Ansätzen und notwendigen Komponenten. Abschlieÿend werden die Ergebnisse der Umsetzung präsentiert. 5.1 Design Pattern Einleitend werden die, in diesem Anschnitt verwendeten Design Pattern beschrieben Factory Pattern Das Factory Pattern erlaubt die einfache Initialisierung von Objekten. Dies ist sinnvoll, wenn die Initialisierung eines Objektes sehr komplex ist (vgl. [17]). Das Pattern kann vereinfacht dargestellt werden: Abbildung 5.1: Grundstruktur des Factory Patterns, nach [17, S. 239] Visitor Pattern Das Visitor Pattern [17] ist ein exibler Ansatz zum Durchlaufen und Verarbeiten von Datenstrukturen und es besteht aus verschiedenen Teilen. Das Interface Visitor deniert Methoden, welche beim Durchlauf aufgerufen 48

59 5. Realisierung 49 werden. Für jeden Typ, der durchlaufen wird, gibt es typischerweise eine Methode. Eine Basisklasse Element enthält eine Methode accept(), welche eine Instanz des Visitors übernimmt und die entsprechenden Methoden im Visitor aufruft. Mit diesem Mechanismus kann eine Struktur durchlaufen werden, indem dem Hauptelement der passende Visitor übergeben wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass pro Funktionalität ein eigener Visitor erstellt werden kann und die Logik somit nicht in der Datenstruktur implementiert werden muss (vgl. [17, S. 253f]). Abbildung 5.2: Grundstruktur des Visitor Patterns, nach [17, S. 254]. 5.2 Architektur Die Architektur beschreibt die Modellierung des Notizbuches. Wie es üblich ist, besteht solch ein Buch aus Seiten oder Karteikarten. Diese Seiten können auch Formulare genannt werden und die enthaltenen Elemente sind Felder. Aus der Systemarchitektur (siehe Kapitel 3.6) geht hervor, dass das System mit Tasks und Aktionen arbeitet, welche Attribute benötigen. Der Kern der

60 5. Realisierung 50 Architektur bildet daher die Verarbeitung von Eingaben in Formulare und Feldern zu Tasks und Attribute. Sind diese generiert, so können die Aktionen ausgeführt werden. Das System wird grob in drei wesentliche Teile gespaltet. Zunächst ist die Verbindung von Stift und mobilem Gerät relevant. Als nächster Teil stellt die Modellierung des Notizbuches einen wesentlichen Teil dar und zuletzt wird die Verarbeitung der erhaltenen Informationen des Stiftes beleuchtet Stift-Anbindung Der erste Bereich deckt die Anbindung des Stiftes an das System ab. Ein Service übernimmt alle relevanten Aufgaben für das Erstellen, Erhalten und Beenden der Verbindung mit dem Stift. Um die erhaltenen Daten auswerten zu können, wurde eine Klasse PenHandler eingeführt. Diese konvertiert den erhaltenen Datenstrom in so genannte PenEvents welche im Anschluss der restlichen Anwendung verfügbar gemacht werden. Abbildung 5.3: Struktur eines PenEvents. Ein PenEvent beschreibt ein Ereignis des Stiftes. Dabei werden drei Arten unterschieden. ˆ START-/STOP-Events werden gesendet, sobald die Verbindung zum Stift aufgebaut bzw. abgebrochen wird.

61 5. Realisierung 51 ˆ UP-/DOWN-Events werden generiert sobald der Stift das Papier berührt oder vom Papier genommen wird. ˆ DRAG-Events werden während dem Schreibvorgang gesendet und beinhalten Koordinaten. Zusätzlich zum Typ des Events, werden im Falle eines DRAG-Events die Koordinaten X und Y gespeichert. Alle Events sind mit einem Timestamp und mit der Nummer der Seite ausgestattet. Während des Schreibvorganges werden eine Vielzahl an Events generiert und and die Anwendung gesendet. Der Vorgang ist folgender: Setzt der Stift zum Schreiben auf, so wird einmalig ein DOWN-Event gesendet. Während der Benutzer/die Benutzerin schreibt, werden kontinuierlich DRAG-Events mit den aktuellen Koordinaten des Stiftes am Papier gesendet. Wird der Stift vom Papier genommen, wird ein UP-Event empfangen. Dieser Vorgang wiederholt sich für jeden Strich am Papier. Die folgende Verarbeitung der Events ist demnach auf eine Strich-basierte Lösung gestützt Modellierung des Notizbuches Das Notizbuch besteht aus Seiten, die Formulare enthalten. Jede Seite kann dabei mehrere Formulare haben. Jedes Formular besteht aus mehreren Feldern, welche die Basis für die Generierung von Attributen darstellt. Das Formular selbst ist einem Task zugeordnet und führt zu einer Aktion. Formulare und Felder werden durch Koordinaten deniert und bespannen eine Fläche am Papier. Daher können diese beiden Elemente zu einer Fläche mit gleichen Eigenschaften abstrahiert werden. Formulare Das Formular bestimmt den ausgeführten Task und ist somit auch eindeutig einem Typ/einer Aktion zugeordnet. Enthält das Formular keine Aktionsbeschreibung, so dient es als Container für Attribute. Das kann zum Beispiel eine Seite mit Kontakten sein. Das Formular beinhaltet Felder, dabei muss ein Formular nicht unbedingt alle für den Typ des Formulars benötigten Felder enthalten. Beispielsweise muss nicht auf jeder Seite im Notizbuch eine Kommandoleiste sein. Zur Initialisierung können der Klasse Form Felder hinzugefügt werden. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit das Formular und damit auch alle beinhaltenden Felder zurückzusetzen. Felder Ein Feld kapselt ein Attribut, welches extrahiert werden muss. Da zwischen statischen und dynamischen Feldern unterschieden wird, muss eine erneute Zuweisung stattnden. Statische Werte werden übernommen. Bei dynami-

62 5. Realisierung 52 Abbildung 5.4: Klassendiagram von Formular und Feld. schen Werten muss entweder eine OCR oder Gestenerkennung durchgeführt werden. Es kann auch sein, dass die reine Art des Feldes ausreicht. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn es sich um eine Checkbox handelt. Die Klasse Field enthält eine Zuordnung des Typs, eine ID und ein Feld ob es statisch ist. Zusätzlich können die Punkte, die in diesem Feld gezeichnet wurden gespeichert werden. Das Attribut InkShort kapselt Vektordaten und dient zur Handschrifterkennung welche mit den Methoden doocr(string) und doo- CR(String, List) durchgeführt werden kann. Die erste Methode startet die OCR je nach Typ des Feldes (bsp.: Kontakt, Text). Der letzteren wird ein Liste von Strings übergeben, die für die Erkennung herangezogen wird.

63 5. Realisierung Regelwerk und Verarbeitung Ein wesentlicher Teil der Architektur besteht in der Modellierung der Verarbeitung von PenEvents. Konkret soll anhand der Eingabe und der generierten Events des Benutzers/ der Benutzerin eine gewisse Aktion ausgeführt werden. Konkret gilt es aus PenEvents Tasks zu generieren und zu bearbeiten, welche wiederum Aktionen auslösen. Der Benutzer/ die Benutzerin erhält Feedback über die Tasks. Dieser Abschnitt stellt nun zunächst die Architektur des Tasks und Aktionen vor. Danach liegt der Fokus auf dem Durchlauf der Formulare um die erhaltenen PenEvents zuordnen und Tasks generieren zu können. Tasks Ein Task spielt eine wesentliche Rolle. Er transformiert die Felder aus dem Notizbuch in Attribute und weist sie einer Funktion zu. Die benötigten Attribute ergeben sich daher zum Hauptteil aus der grundlegenden Aktion. Daher ist in der Taskbeschreibung festgelegt, welche Attribute benötigt werden und wie diese zu verarbeiten sind. Die Klasse Task spiegelt die Architektur deutlich wieder. Im Feld neededitems sind alle benötigten Attribute angegeben. Wird dem Task ein Feld zugeordnet, so wird dieses entsprechend in ein Attribut umgewandelt indem entweder der statische Wert übernommen, oder eine Berechnung wie OCR durchgeführt wird. Sobald die Bedingungen für die Ausführung einer Aktion erfüllt sind, wird diese initiiert. TaskPool Tasks sind zur Laufzeit in Taskpools gespeichert. Der Pool ist für die Persistenz der Daten verantwortlich und hält auch den aktuellen Task. Sobald ein Task beendet wird, wird er im Pool gespeichert und persistiert, damit er für spätere Anfragen verfügbar gemacht werden kann. Aktionen Aktionen im System benötigen Attribute. Diese sind in der Beschreibung deniert. Bevor eine Aktion ausgeführt werden kann, müssen sämtliche Attribute bekannt sein. Aktionen im System bieten die Möglichkeit eine Rückmeldung über einen Callback-Mechanismus zu geben. Für die Erfüllung der Use Cases werden eine Reihe von Aktionen benötigt. Diese können denierte werden als: ˆ Senden einer Nachricht ˆ Eintragen eines Kalendereintrages ˆ Ändern eines Kalendereintrages

64 5. Realisierung 54 Abbildung 5.5: Grundstruktur des Tasks. ˆ Suche im System ˆ... Im System existiert ein Interface Action das die Methode execute(task) bereitstellt (siehe Abbildung 5.6). Alle im System benötigten Aktionen implementieren dieses Interface.

65 5. Realisierung 55 Abbildung 5.6: Aktionen im System. Aktionen benötigen Teile des System. Da Aktionen unmittelbar von Tasks ausgeführt werden und die jeweilige Aktion dem Task bekannt gemacht werden muss, ist hier die Anwendung des Factory Patterns nötig. Dies erlaubt die Kapselung von Systeminformationen und Businesslogik. Der Task hat eine enge Verbindung mit Aktionen. Der Ablauf ist folgendermaÿen.der Task holt sich eine Instanz der jeweiligen Action über die AcitonFactory. Wird die Methode doaction() des Tasks aufgerufen, so wird die Action exekutiert. Der Callback-Mechanismus gibt dem Task Informationen über die erfolgreiche Beendigung der Action. Verarbeitung von Pen-Events Die Verarbeitung der Pen-Events ist zentral. Teile der Anwendung können sich für den Erhalt der Events registrieren. Für die Verwaltung der Formulare wurde die Klasse FormHandler eingeführt. Sie kapselt die zuvor bekannt gemachten Formulare und der Felder mit Koordinaten. Beim Erhalt von Drag-Events werden die enthaltenen Koordinaten gespeichert und es wird gleichzeitig versucht jenes Formular zu nden, welches die Koordinaten beinhaltet. Wird ein Up-Event registriert, so wird das gefundene Formular mit den gespeicherten Punkten für die anschlieÿenden Berechnungen heran-

66 5. Realisierung 56 Abbildung 5.7: Ablauf der Ausführung von Aktionen. gezogen. Konkret wird ein Broadcast Receiver für den Erhalt von PenEvents registriert. Dieser bekommt daraufhin sämtliche Events und kann nach deren Typ entsprechend entscheiden. Handelt es sich um Ein START- oder STOP- Event so kann die Oberäche der Anwendung entsprechend verändert werden. Ist das Event ein DOWN-Event, so signalisiert dies die Einleitung eines Striches. Handelt es sich um ein DRAG-Event, wird dieses dem FormHandler hinzugefügt. Dieser versucht das Formular zu nden, indem dieses aufgetreten ist. Wird ein UP-Event erkannt, wird die Methode onstrokefinished() des FormHandlers aufgerufen. Dieser setzt danach die weitere Berechnung in Gang. Das Visitor-Pattern wurde für die Anwendung angepasst (siehe Abbildung 5.8). Das Interface FieldVisitor wurde erstellt um Formulare und deren Felder zu durchlaufen. Als Basisklasse wurde die Klasse Area verwendet. Diese stellt nun die Methode accept() bereit. Die Methode wird von den Klassen Form und Field überschrieben und rufen nun die jeweiligen Methoden des FieldVisitors auf. Es wurden verschiedene Visitor-Implementierungen erstellt um beispielsweise die Ausgabe aller Formulare in XML-Form zu gewährleisten. Manche dieser Implementierungen halten Koordinatenpunkte, weshalb das Interface Point-

67 5. Realisierung 57 FieldVisitor erstellt wurde und all Methoden des Interfaces FieldVisitor erbt und zusätzlich eine Möglichkeit bietet, Koordinaten zu speichern. Die Klasse FieldTaskVisitor ist für die Hauptverarbeitung entscheidend. Ein Objekt dieser Klasse erhält, nachdem ein Strich beendet wurde, alle gespeicherten Koordinaten. Das Objekt wird im Anschluss dem ausgewählten Formular übergeben um die Felder des Formulars zu durchlaufen. Der Vorgang ist in Abbildung 5.9 zu sehen. Der erwähnte FormHandler erhält die Information, dass der Strich beendet worden ist. Daraufhin werden die gespeicherten Koordinaten (Punkte) dem FieldTaskVisitor bekannt gemacht. Um nun alle Felder des aktuellen Formulars zu durchlaufen, wird die Methode accept(fieldvisitor) am zuvor gefundenen Formular aufgerufen. Das Objekt Form sorgt für den Aufruf der Callback-Methoden für das Formular selbst und für alle Felder des Formulars. Der FieldTaskVisitor erhält nun über den Callback-Mechanismus alle Felder des gewählten Formulars indem die Koordinaten geschrieben wurden. Zusätzlich ist dem FieldTaskVisitor-Objekt der aktuelle TaskPool bekannt. Damit kann das Objekt auf alle Tasks zugreifen, den aktuellen Task erfragen und neue Tasks in den Pool einfügen. Der FieldTaskVisitor hat folgende Aufgaben: ˆ Finden des Feldes, indem die übergebenen Punkte gezeichnet wurden. ˆ Zuordnen des Feldes zu einem Task. ˆ Erstellen von neuen Tasks. ˆ Ausführen von Aktionen, welche keinen Task benötigen. Beispielsweise das Einstellen der Helligkeit des Displays. Der FieldTaskVisitor wird zunächst über das aktuelle Formular informiert, dass der Durchlauf gestartet wurde. Daraufhin wird überprüft ob der aktuelle Task im TaskPool beendet ist und nicht mehr bearbeitet werden kann. Dies wird in der Klasse Task (siehe Abbildung 5.5) mit den Methoden is- Finished() und issaveable() abrufbar gemacht. Trit beides zu, so wird der aktuelle Task gespeichert und zurückgesetzt. Im Anschluss wird von jedem Feld im Formular die Methode visitfield(field _eld) aufgerufen. Bei jedem Aufruf wird geprüft, ob die gespeicherten Koordinatenpunkte im Feld liegen. Ist dies der Fall, so werden dem Feld die Striche zugeordnet. Im Anschluss gibt es drei Möglichkeiten: ˆ Das Feld kapselt ein allgemeines Kommando, welches nicht in einem extra Task gekapselt werden muss: Es wird auf allgemeine Kommandos überprüft, indem der gespeicherte Typ des Feldes mit den zuvor denierten verglichen wird. Stimmt ein Typ überein, wird die entsprechende Aktion ausgelöst.

68 5. Realisierung 58 Abbildung 5.8: Adaptierung des Visitor Patterns.

69 5. Realisierung 59 Abbildung 5.9: Ablauf des Visitor Patterns. GUI ˆ Das Feld repräsentiert einen gespeicherten Task, der bearbeitet werden kann: Der Taskpool wird gefragt, ob er einen Task beinhaltet, welcher durch das aktuelle Feld repräsentiert wird. Wird ein Task gefunden und kann dieser bearbeitet werden, so wird ihm das Feld zugewiesen und der Task wird geladen und angezeigt. ˆ Das Feld löst das Erstellen eines neuen Tasks aus: Wenn kein Task gefunden wurde, ist der Typ des aktuellen Formulars entscheidend, denn dieser gibt die Art des Tasks vor. Es wird ein neuer Task erstellt, ihm wird das aktuelle Feld zugeordnet und er wird angezeigt. Zusätzlich wird der Task als aktueller Task gespeichert. Die Oberäche wird von der Klasse PenView repräsentiert. Diese ist eine Implementierung des Interfaces IView welche Methoden für das Laden der View bereitstellt. Der Task implementiert das Interface Viewable und kann somit von der Applikation für die Ansicht geladen werden. Jeder Task enthält eine eigene View, welche schon bei der Konstruktion der Instanz erstellt werden muss. Wird die Methode load() eines Tasks aufgerufen, so wird die PenView vorbereitet und mit Daten des Tasks befüllt und danach angezeigt. Um Views zur Laufzeit zu generieren, wurde die Klasse ViewFactory eingeführt. Dies ist notwendig, da die Erstellung eines Objekts der Klasse PenView komplex ist und stark vom System abhängt.

70 5. Realisierung 60 Abbildung 5.10: Darstellung der GUI-Klassen. 5.3 Implementierung Folgende Abschnitte geben eine Darstellung der Implementierung speziell für Android wieder. Sie beinhalten Details der technischen Umsetzung Anwendung Die Anwendung wurde auf der Plattform Android implementiert. Diese bringt eigenen Systeme und Konzepte mit sich, weshalb ein kurzer Exkurs in die

71 5. Realisierung 61 Android-Entwicklung nötig ist. Jede Android-Anwendung kann grundsätzlich aus mehreren Instanzen dreier Komponenten bestehen [47]: ˆ Activity Activities sind meist mit einer Oberäche verbunden und sind daher für den Hauptablauf der Anwendung verantwortlich. Activities durchlaufen einen bestimmten Zyklus während deren Lebenszeit. Die Programmierung erfolgt mit Hilfe dieses Zyklus indem denierte Methoden überschrieben werden. Die Activity kann weitere Activites und Services starten und diese wieder beenden. ˆ Service Der Android Service stellt einen Hintergrunddienst bereit und besitzt keine Benutzeroberäche. Ein Service läuft typischerweise nur solange er gebraucht wird und kann sich entweder selbst beenden oder über eine Activity beendet werden. ˆ Broadcast Receiver Broadcast Receiver können sich für Android-interne Ereignisse (Intents) registrieren. Diese stammen entweder von der eigenen Anwendung, oder vom Android-System selbst. Der in Abschnitt erwähnte Service wird über einen Android-Service realisiert. Eine Android-Activity übernimmt die Kontrolle der Anwendung und stellt das User Interface zur Verfügung. Android bietet dabei eine Reihe von vorgefertigten Klassen auf die hier nicht näher eingegangen wird. Die Activity kann den Service starten und beenden. Zudem hält es einen Broadcast-Receiver, welcher sich für PenEvents registrieren kann. Die Activity stellt ebenfalls den FormHandler bereit. So ist es möglich diese beiden Komponenten zu verbinden und die PenEvents zu verarbeiten Anoto-Anbindung Ein Android-Service kapselt die Verbindung zum Bluetooth-Gerät. Zwischen Bluetooth-Host und Gerät werden zwei Kanäle aufgebaut, welche im System mit zwei Threads realisiert werden. Bei den zwei Kanälen handelt es sich um einen Control- und einen Interruptkanal. Zum Aufbau der Kanäle werden zusätzlich jeweils zwei Typen von Threads benötigt. Diese sind der InterruptConnectThread und der ControlConnectThread. Diese sind für den Aufbau der der beiden Hauptkanäle verantwortlich. Sind die beiden Kanäle aufgebaut, können die Daten über Handler verarbeitet werden. Für den Interruptkanal wird ein AnotoPenHandler herangezogen. Dieser kann den Datenstrom vom digitalen Stift in PenEvents umwandeln und gibt diese zurück (siehe Abschnitt 5.2.1). Für jedes empfangene

72 5. Realisierung 62 Paket wird also der AnotoPenHandler aufgerufen um ein PenEvent zu generieren. Dieses kann im Anschluss weitergeleitet werden. Verbindungsaufbau Um eine Verbindung aufzubauen, wird über die GUI der Hauptanwendung ein Anoto-Stift gewählt. Die Hauptactivity speichert dabei die Adresse des Bluetoothgerätes ab. Daraufhin startet die Activity den Hintergrundservice, welcher zunächst versucht eine Verbindung mit dem Gerät aufzubauen. Dies geschieht indem er eine Instanz der Klasse ControlConnectThread erstellt um die Adresse des Bluetooth-Geräts und den Port für den Control-Kanal übergibt. Wird eine Verbindung aufgebaut, so kann der Datensocket einer Instanz des ControlConnectedThread übergeben werden und mit der Verbindung des Interruptkanals begonnen werden. Auch hier wird bei erfolgreicher Verbindung ein Socket verwendet um einen InterruptConnectedThread zu starten. Diese beiden Threads bilden die in Kapitel 4.3 erwähnten L2CAP- Kanäle. Bei beiden ConnectedThreads dienen jeweilige Handler als Verarbeitungsklassen für die empfangenen Daten. Verbindungsabbau Der Service kann zu jeder Zeit von der Activity beendet werden. In diesem Fall wird versucht sämtliche Kanäle zum Bluetoothgerät zu schlieÿen und die Threads zu beenden. Broadcast Der AnotoPenHandler erhält die empfangenen Daten des InterruptConnectedThreads und extrahiert PenEvents. Dafür steht die Methode handleevent(byte[]) zur Verfügung, welche PenEvents zurückgibt. Dieses Event wird im Anschluss über einen Broadcast an das System geleitet. Dieser Broadcast ist mit einer eindeutigen ID gekennzeichnet. Die Hauptanwendung kann sich mithilfe dieser eindeutigen ID für den Broadcast registrieren und die Bearbeitung des PenEvents gemäÿ Abschnitt durchführen. Der Service, als Initiator des Broadcast selbst, weiÿ nicht wer sich für die Events registriert hat. Die Klasse PenEvent ist zu komplex um sie über Broadcast senden zu können und muss daher in einer Form serialisiert werden. Dafür wird das Interface Parcelable verwendet welches es ermöglicht, das Objekt in ein Paket zu packen und beim Empfang wieder zu entpacken.

73 5. Realisierung Form handling Die Formulare des Notizbuches werden auf Anoto-Papier ausgedruckt. Das Layout der Seiten muss danach dem System bekannt gemacht werden. Dafür wird die Beschreibungssprache XML verwendet. Wie aus Listing 5.1 ersichtlich, wird jedes Formular, gekennzeichnet durch das Tag <form> über die Seite im Notizbuch und über die Aktion deniert. Zu sehen sind diese beiden Werte im Beispiel in den Zeilen 5 und 6. Die Felder eines Formulars werden mit dem Tag <eld> (Zeile 7) angegeben. Auch hier ist der Typ des Feldes angegeben (Zeile 8) und dessen Koordinaten am Papier (Zeilen 10-13). Die Position wird dabei über die obere linke und die untere rechte Ecke des Feldes angegeben. Ist das Feld statisch, so ist der Wert im Tag <static> eingeschlossen (Zeile 9). Wird der Wert dynamisch durch die Eingabe des Benutzers generiert, so entfällt dieses Tag. Mehrere Formulare können in einer XML-Datei zusammengefasst werden, sofern sie direkt vom Root- Element <formset> eingeschlossen sind. Beim Start der Anwendung wird die Konguration eingelesen und der FormHandler mit den Informationen befüllt. 1 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <formset> 3... <form> 5 <page>2</page> <action>message</action> 7 <field> <type>contact</type> 9 <static>thomas</static> <top>27</top> 11 <left>63</left> <right>509</right> 13 <bottom>143</bottom> </field> 15 <field> <type>text</type> 17 <top>149</top> <left>31</left> 19 <right>663</right> <bottom>555</bottom> 21 </field> <field> 23 <type>command</type> <static>send</static> 25 <top>693</top> <left>395</left>

74 5. Realisierung <right>843</right> <bottom>445</bottom> 29 </field> </form> </formset> Listing 5.1: Denition der Formulare und Felder über die Beschreibungssprache XML. Das Beispiel in Listing 5.1 zeigt die Denition eines Nachrichtenformulars. Dieses bendet sich auf der Seite 2 (Zeile 5). Die Aktion ist deniert als message, und wird aus diesem Grund vom System als Nachrichtenformular erkannt. Der FieldTaskVisitor weiÿ, dass die gezeichneten Striche auf diesem Formular auf einem Nachrichtenformular erfolgten. Das Formular enthält drei Felder. Zeile 7 zeigt den beginn eines Kontaktfeldes. Dieses enthält einen statischen Wert Thomas. Aus dem Feld kann während der Bearbeitung ohne extra Berechnung das Attribut Kontakt mit dem Wert Thomas generiert werden. Das nächste Feld kapselt den Textbereich des Nachrichtenformulars. Da das Feld dynamisch ist, muss während der Verarbeitung eine OCR durchgeführt werden um an das Attribut Text zu gelangen. Das letzte Feld stellt ein Kommando dar und hat den statischen Wert send. Damit kann das Auslösen des Sendevorganges initiiert werden. 5.4 Ergebnisse Dieser Abschnitt beschreibt den erstellten Prototypen und präsentiert die Ergebnisse. Die Implementierung des Konzepts resultiert in einem dreiteiligen System bestehend aus einem Notizbuch, einem digitalen Anoto-Stift und einem Android-Gerät. Das System ist in der Lage, Eingaben des Benutzers zu verarbeiten um Attribute zu extrahieren und Tasks auszuführen. Das System speichert alle durchgeführten Tasks. Der Benutzer erhält Feedback über das Display des mobilen Gerätes. Im folgenden wird eine Auswahl an unterstützten Features präsentiert Notizbuch Das Notizbuch selbst wurde durch eine Ringmappe nachempfunden. Sie beinhaltet insgesamt sechs Registerkarten. Diese werden verwendet um die einzelnen Typen von Use Cases zu separieren. Seiten können in die Register eingeheftet werden und enthalten die jeweiligen Attribute für die Durchführung der Use Cases. Die Layouts sind beispielhaft und für einen Prototypen gestaltet. Abbildung 5.11 zeigt diesen Prototypen. Deutlich erkennbar sind die farbigen Registerkarten und die Aktionsleiste am rechten Rand. Mit die-

75 5. Realisierung 65 ser lassen sich bestimmte Aktionen auslösen und sie stellt allgemeine Kommandos bereit. Abbildung 5.11: Das Notizbuch besteht aus Registerkarten welche sich farbig von einander unterscheiden Verbindung mit dem Stift Um die Funktion des Systems zu gewährleisten, muss der Anoto-Stift mit dem mobilen Gerät verbunden werden. Der Startbildschirm (siehe Abbildung 5.12) der Anwendung am mobilen Gerät bietet dafür einen Button (Stift wählen). Dieser ist beim ersten Start rot eingefärbt, was die benötigte Aktion signalisiert. Betätigt der Benutzer/ die Benutzerin den Button, so wird ihm/ ihr eine Liste von verfügbaren Bluetooth-Geräten angezeigt

76 5. Realisierung 66 (siehe Abbildung 5.13). Die Geräte sind zusätzlich farblich gekennzeichnet. Grün bedeutet, dass das Gerät verbunden werden kann, rot das Gegenteil. Der gewünschte Stift kann gewählt werden und die Anwendung versucht eine Verbindung aufzubauen (siehe Abbildung 5.14). Dies wird an der rechten, oberen Ecke des Bildschirms signalisiert. Nach erfolgreicher Verbindung wechselt die Anwendung in die Hauptansicht. Abbildung 5.15 zeigt den Startbildschirm falls bereits ein Stift ausgewählt wurde. Der Benutzer kann direkt starten oder den Stift ändern. Abbildung 5.12: Der Startbildschirm der Anwendung, wenn noch kein Stift ausgewählt wurde. Abbildung 5.13: Der Auswahlbildschirm zeigt verfügbare Geräte an.

77 5. Realisierung 67 Abbildung 5.14: Die Anwendung versucht eine Verbindung mit dem Stift herzustellen. Abbildung 5.15: Die Startansicht, wenn bereits ein Stift gewählt wurde.

78 5. Realisierung Hauptmenü Die GUI der Hauptanwendung ist geteilt in vier Teile, welche die vier Hauptkomponenten des Systems darstellen. Alle vier Teile des Bildschirm sind in der Farbe grün dargestellt wenn keine neuen Events verzeichnet wurden (siehe Abbildung 5.16). Am jeweils linken Rand der vier Bereiche ist ein farbiger Balken zu sehen. Dieser gibt die Position der Information im Notizbuch bekannt (siehe Abbildung 5.11). Abbildung 5.16: Der Hauptbildschirm der Anwendung. Deutlich erkennbar sind die vier Bereiche. Sobald ein Event auftritt, wird dieses kategorisiert und farbig dargestellt. Abbildung 5.17) zeigt ein Beispiel von neuen Events. In diesem Fall ist eine neue Nachricht eingegangen und der Benutzer hat eine Erinnerung an einen Termin erhalten. Der Benutzer/ die Benutzerin kann nun darauf reagieren indem er/ sie am Notizbuch den entsprechenden Button mit dem Stift antippt. Alternativ kann er/sie auch am Display des mobilen Gerätes den entsprechenden Bereich berühren. Dieser bendet sich in der Aktionsleiste (Abbildung 5.18). Es stehen Buttons für Kalendereinträge (neue Termine) und Nachrichten (neue Nachrichten) bereit. Werden diese angetippt, so wechselt die Anwendung auf die jeweilige Detailansicht und zeigt die neue Information. Im Wesentlichen wird der Status der Aufgabe angezeigt. Zusätzlich werden noch fehlende Attribute rot markiert. Die Detailansichten werden in den folgenden Kapiteln pro Use Case noch genauer behandelt. Sollten mehrere Ereignisse gleichzeitig pro Kategorie auftreten, wird eine Auswahlliste präsentiert. Ist der Benutzer/ die Benutzerin in einer Detailansicht, so kann er/sie zu jeder Zeit wieder in die Hauptansicht wechseln. Dafür steht ihm/ihr der Button heute zur Verfügung. In Abbildung 5.18 ist zudem ein abbrechen Button ersichtlich. Mit diesem ist es möglich, begonnenen Aufgaben abzubrechen. Diese werden gelöscht und es wird abermals der Hauptbildschirm angezeigt.

79 5. Realisierung 69 Abbildung 5.17: Der Hauptbildschirm zeigt eingetretene Events an. Verschiedene Events haben unterschiedliche Farben: blaue steht für interne, gelb für externe und rot für unfertige Events/Aufgaben. Abbildung 5.18: Ein Teil er Kommandoleiste beherbergt Befehle für das Anzeigen von neuen Events Kalender Der Kalender enthält Tage, wobei jeder Tag ein Feld darstellt und ein Textattribut kapselt. In Abbildung 5.11 ist am unteren Rand eine beispielhaft Modellierung einer Zeiteingabe zu sehen. Dabei kann der Benutzer/ die Benutzerin eine Linie von der gewünschten Start- bis zur Endzeit ziehen und die Uhrzeit wird entsprechend gesetzt. Der Ablauf kann nun folgendermaÿen dargestellt werden. Der Benutzer/ die Benutzerin wählt einen Tag im Notizbuch aus und beginnt den Eintrag zu schrieben (Abbildung 5.19). Das mobile Gerät gibt sofort Feedback indem es in die Detailansicht springt und den geschriebenen Text anzeigt (Abbildung 5.20). Die Uhrzeit könnte, wie erwähnt,

80 5. Realisierung 70 noch angepasst werden. Aus Gründen der Einfachheit wird dieses Beispiel jedoch davon absehen. Dem Eintrag wird jedoch ein Ort hinzugefügt (Abbildung 5.21) und auch ein Kontakt wird dazu eingeladen (Abbildung 5.22). Abbildung 5.23 zeigt die Darstellung des fertigen Kalendereintrages. Zu beachten ist die farbige Kennzeichnung der einzelnen Attribute in den gleichen Farben wie die Registerkarten im Notizbuch. Abbildung 5.19: Im Notizbuch wird ein Kalendereintrag hinzugefügt. Abbildung 5.20: Die Anwendung zeigt die Detailansicht mit dem geschriebenen Text im linken, oberen Viertel.

81 5. Realisierung 71 Abbildung 5.21: Dem Eintrag wird der Ort Hinterstoder aus dem Register Orte hinzugefügt. Abbildung 5.22: Der Kontakt Thomas wird im Register Kontakte ausgewählt. Abbildung 5.23: Der fertige Kalendereintrag enthält alle Attribute.

82 5. Realisierung Kontakte Um einen Kontakt auszuwählen, muss dieser im Register Kontakte angetippt werden (Abbildung 5.24). Die Anwendung zeigt die Detailansicht für den Kontakt (Abbildung 5.25). Der Benutzer/ die Benutzerin könnte nun den Kontakt zu einer Gruppe hinzufügen in dem eine entsprechende Markierung in ein Gruppenfeld am unteren Rand des Kontaktes gesetzt wird. Diese sind den Gruppen, ersichtlich in Abbildung 5.24 farbig zugeordnet. Der Benutzer/ die Benutzerin kann zudem den Kontakt anrufen indem in der Aktionsleiste der Befehl anrufen gewählt wird (siehe Abbildung 5.26). Das mobile Gerät initiiert daraufhin einen Telefonanruf. Abbildung 5.24: Auswahl eines Kontaktes. Abbildung 5.25: Das Gerät zeigt den Kontakt an.

83 5. Realisierung 73 Abbildung 5.26: Absetzten eines Anrufes mit der Aktion anrufen Abbildung 5.27: Das mobile Gerät setzt den Anruf ab Nachrichten Der Nachrichtenversand beginnt mit dem Schreiben eines Textes in das Nachrichtenfeld (Abbildung 5.28). Das Nachrichtenfeld ist im Register Nachrichten zu nden, welches blau gekennzeichnet ist. Das Endgerät zeigt noch

84 5. Realisierung 74 während der Eingabe den geschriebenen Text an (Abbildung 5.29). Was hier besonders auällt sind die rot hervorgehobenen Felder des Feedbacks. So fehlt noch ein Kontakt. Dieser wird, wie in Abbildung 5.30 gezeigt hinzugefügt. Danach scheint dieser in der Anwendung auf (Abbildung 5.31) und der Hintergrund wir grün eingefärbt. Die Nachricht ist nun bereit zum Versand. Dieser kann über die Aktionsleiste angestoÿen werden (Abbildung 5.32). Ist der Versand erfolgreich, so wird dies dem Benutzer/ der Benutzerin wie in Abbildung 5.33 dargestellt visualisiert. Abbildung 5.28: Der Benutzer/ die Benutzerin beginnt eine Nachricht zu schreiben. Abbildung 5.29: Das Endgerät zeigt sofort den geschriebenen Text an.

85 5. Realisierung 75 Abbildung 5.30: Der Nachricht wird ein Kontakt hinzugefügt. Abbildung 5.31: Die Nachricht ist bereit zum Senden.

86 5. Realisierung 76 Abbildung 5.32: Das Senden wird über die Aktionsleiste ausgelöst. Abbildung 5.33: Der Nachrichtenversand ist abgeschlossen Suche Ein Register des Notizbuches beherbergt eine Suchfunktion. Diese ermöglicht die Suche nach Kontakten, Nachrichten oder Kalendereinträgen. Um die Suche zu starten muss der Benutzer/ die Benutzerin einen Suchbegri in das Suchfeld eintragen (Abbildung 5.34). Die Eingabe wird am mobilen Gerät angezeigt nachdem dieses in die Detailansicht wechselt (Abbildung 5.35). Der Suche fehlt noch eine Kategorie, welche am Notizbuch ausgewählt werden kann (Abbildung 5.36). Danach kann der Suchvorgang gestartet werden (Abbildung 5.37). Dies wird abermals über die Aktionsleiste durchgeführt (5.38). Wird ein Ergebnis gefunden, so wird es dem Benutzer/ der Benutzerin präsentiert (5.39). Findet das System keinen Eintrag, so wird dies dem Benutzer im Statusfeld angezeigt. Werden mehrere Einträge gefunden, erscheint ein Auswahlmenü.

87 5. Realisierung 77 Abbildung 5.34: Der Benutzer/ die Benutzerin schreibt einen Suchtext. Abbildung 5.35: Das Endgerät zeigt den geschriebenen Text an.

88 5. Realisierung 78 Abbildung 5.36: Die Suche kann mit einer Suchkategorie verfeinert werden. Abbildung 5.37: Der Suchvorgang kann nun gestartet werden. Abbildung 5.38: Die Suche wird über die Aktionsleiste ausgelöst.

89 5. Realisierung 79 Abbildung 5.39: Wird ein Eintrag gefunden, so wird dieser angezeigt Medikamentenerinnerung Wie bereits im Konzept erwähnt, wird das für die Medikamentenerinnerung notwendige Formular vom Arzt oder Apotheker ausgefüllt. Das mobile Gerät zeigt die wichtigsten Daten an. Abbildung 5.41 zeigt das Formular. Enthalten sind Felder für den Namen des Medikaments, die Einnahme und die Verpackungsgröÿe sowie die Dosis und wann das Medikament eingenommen werden kann. Abbildung 5.40 zeigt das Feedback am mobilen Gerät nach der Eingabe. Muss das Medikament eingenommen werden, so wird das in der Hauptansicht (vgl. Abbildung 5.42) signalisiert. Die genauen Informationen könne abermals aus der Detailansicht entnommen werden.

90 5. Realisierung Abbildung 5.40: Das ausgefüllte Medikamentenformular. Abbildung 5.41: Das mobile Gerät zeigt alle wesentlichen Informationen des Medikaments und der Einnahme dessen. 80

91 5. Realisierung 81 Abbildung 5.42: Die Hauptansicht erinnert an die Einnahme des Medikaments Home Automation Die Home Automation wurde bereits in Kapitel 4 beschrieben. Dabei handelt es sich um einen Prototypen, welcher Lichter schalten kann. Damit wurde das Konzept geprüft. Eine direkte Integration in das PaperPhone System wurde nicht durchgeführt.

92 Kapitel 6 Usability Evaluation 6.1 Motivation Um das System zu evaluieren und erste Eindrücke zu sammeln, wurde eine User Study durchgeführt. Die Studie liefert empirische Daten über die Durchführung vordenierter Aufgaben. Des Weiteren wurde beobachtet, wie die potentiellen Benutzer und Benutzerinnen diese Aufgaben durchführen um so mögliche Adaptierungen des Systems und die Bedürfnisse der Benutzer auszuloten. Die Studie wurde im Feld und somit bei den ProbandInnen zuhause durchgeführt. Im Gegensatz zu Labortests haben die TeilnehmerInnen hier ein vertrautes Umfeld. 6.2 Stichprobe Eine empirische Studie erfasst keineswegs die Gesamtheit aller möglichen Fälle, sondern arbeitet mit Stichproben, also einer Auswahl einer Teilgesamtheit. Diese Teilgesamtheit wird beeinusst durch nanzielle und temporale Faktoren sowie den Untersuchungsgegenstand und die Hypothesen selbst (vgl. [2, S. 602]). Es ist wichtig, dass eine Stichprobe repräsentativ für die Gesamtheit ist. Je genauer die Zielgruppe deniert werden kann, desto besser können die Ergebnisse sein (vgl. [22, S. 175f]). Für diese Evaluation werden ProbandInnen im Alter von 55+ gewählt. Sie sollen keinen Bezug zu Smartphones haben. Abbildung 6.1 zeigt, dass sich mit sechs Testpersonen bereits 86% der Usability- Probleme aufdecken lassen. Der Zugewinn schmälert sich von 29% bei der ersten Testperson, auf lediglich 5% bei der letzten. Auch wenn diese Darstellung etwas gewagt ist und mit Vorsicht zu betrachten ist, erwähnen Dumas und Redish, dass, nachdem mehrere Personen denselben Fehler gemacht haben, kein Sinn in einer erneuten Untersuchung besteht, da oensichtlich bereits ein Problem aufgedeckt wurde (vgl. [8, S. 128]). 82

93 6. Usability Evaluation 83 Abbildung 6.1: Entdeckte Usability-Probleme, nach [21]. An der Studie haben 12 (6 männlich, 6 weiblich) TeilnehmerInnen im Alter zwischen 55 und 78 teilgenommen. Die ProbandInnen hatten noch nie ein Smartphone bedient. 6.3 Fragestellung und Hypothesen Die Studie wurde erstellt um die beiden Systeme PaperPhone und Smarthphone zu vergleichen. Das Ziel war, Aussagen über die Performanz, das subjektive Empnden der Kandidaten und die allgemeine Tendenz zu einem System zu ermitteln. Um Aussagen über die Performanz zu treen, wurden Hypothesen aufgestellt. Diese gilt es zu belegen. ˆ H-1: Jemanden anrufen ist schneller durchführbar mit dem PaperPhone System als mit einem Smartphone. ˆ H-2: Eine schreiben ist schneller durchführbar mit dem Paper- Phone System als mit einem Smartphone. ˆ H-3: Das Erstellen eines Kalendereintrages ist schneller durchführbar mit dem PaperPhone System als mit einem Smartphone. ˆ H-4: Das PaperPhone System ist einfacher zu bedienen als das Smartphone Um diese Hypothesen zu belegen, müssen diese zunächst in Null-Hypothesen übergeleitet werden. Danach ist es möglich diese zu verwerfen, was wiederum zur Belegung der ursprünglichen Hypothese führt. ˆ H0-1: Es gibt keinen Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem PaperPhone System und einem Smartphone bezüglich dem Absetzen eines Anrufes. ˆ H0-2: Es gibt keinen Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem PaperPhone System und einem Smartphone bezüglich dem Schreiben einer .

94 6. Usability Evaluation 84 ˆ H0-3: Es gibt keinen Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem PaperPhone System und einem Smartphone bezüglich dem schreiben eines Kalendereintrages. ˆ H0-4: Die beiden Systeme sind gleich einfach zu bedienen. 6.4 Evaluierungsgegenstand Für die Evaluierung wurde ein Designprototyp des PaperPhone Systems herangezogen. Dieser bestand aus einer Mappe mit Einlageblättern wie es in Abbildung 5.11 dargestellt ist. Als zugehöriges mobiles Gerät kam ein HTC Nexus One zum Einsatz. Das Gerät hat folgende Spezikationen: ˆ Display: 3,7 Zoll ˆ Auösung: 800 x 480 Pixel ˆ Software: Android Besonders hervorzuheben sei hier die Bildschirmgröÿe von 3.7 Zoll. Als Eingabegerät diente ein zur Verfügung stehender Anoto-Stift. Für den Vergleich wurde ein Gerät gesucht, bei dem folgende Merkmale passend waren: ˆ Ausstattung und Funktionalität ˆ Art und Weise der Interaktion ˆ Verfügbarkeit Die Ausstattung und Funktionalität des Gerätes sollte die meisten Funktionen des PaperPhone Systems unterstützen. Die Interaktion sollte jedoch abweichen und mit herkömmlichen Techniken wie Touch arbeiten. Die Wahl el auf ein Samsung Galaxy Tab (7 Zoll Display Diagonale). Dies war zur Verfügung und erfüllte alle Kriterien. Um den Vergleich der beiden System möglichst fair zu gestalten, wurden folgende Anpassungen am Gerät vorgenommen. Zunächst wurden die für die User study relevanten Funktionen des Gerätes auf den Homescreen gelegt. Somit sind diese, ähnlich dem PaperPhone System, sofort zugänglich und langes Suchen in Untermenüs entfällt. Weiters wurden Teile, welche auch im PaperPhone System leicht zugänglich sind in den entsprechenden Anwendungen am Galaxy Tab einfach zugänglich gemacht. Dies wurde hauptsächlich mit dem Ändern von Standardansichten auf Detailansichten erzielt. 6.5 Evaluierungsmethoden Für die Auswahl der passenden Methoden der Evaluierung ist die Formulierung der Fragestellung und das zu testende System nicht unerheblich. Für die Evaluierung von mobilen Geräten sind benutzerorientierte Usability-Tests sinnvoll und geeignet (vgl. [16, S. 188]). Es hat sich eine Kombination aus

95 6. Usability Evaluation 85 aufeinander aufbauenden Benutzertests bewährt, weshalb die Usability-Tests um einen Fragebogen erweitert werden (vgl. [22, S. 222]). Mithilfe des Fragebogens, welcher gezielt Funktionen der getesteten Systeme bewertet, können Systeme besser verglichen werden. Um die aktuellen Gewohnheiten besser zu verstehen, ist ein zusätzlicher Fragebogen hilfreich. In diesem Fragebogen wird die momentane, sowie die zukünftige Nutzung von Diensten abgefragt. Alle drei Methoden, werden im folgenden kurz beschrieben Usability-Test Die Richtigkeit und Zuverlässigkeit der erhobenen Daten sind wichtige Faktoren für Usability-Tests. Kann ein Test unter den selben Bedingungen jederzeit wiederholt werden und führen die Tests zu den selben Ergebnissen, so sind die Tests vertrauenswürdig. Sofern die Ergebnisse auch auÿerhalb der Testumgebung relevant sind, sind die Tests gültig (vgl. [22, S ]). Einuss auf die beiden Faktoren haben die Probanden, der Testleiter, das Testumfeld, die Auswahl der Testaufgaben und der Testablauf an sich (vgl. [22, S. 170]). Bei der Durchführung der Tests sollen alle Schritte der Benutzer und alle Äuÿerungen aufgezeichnet werden um die Basis für die Auswertung zu schaen. (vgl. [7, S. 22]). Experimentielle Methode Usability-Tests können prinzipiell in zwei verschiedenen Varianten durchgeführt werden. Wird eine Study within groups durchgeführt, so muss jeder Teilnehmer die selben Aufgaben mit allen zu testenden Systemen durchführen. Between groups teilt die Teilnehmer auf die Testsysteme auf, sodass ein Teilnehmer immer nur ein System testen kann. Der Vorteil von within groups ist, dass weniger Testpersonen benötigt werden, allerdings kann ein Memory-Eekt der Teilnehmer entstehen. Um das zu umgehen ist es nötig, die Aufgaben zu würfeln (vgl. [6, S. 331f]). Testumgebung Es gibt zwei Möglichkeiten Usability-Tests abzuhalten. Einerseits ist es üblich ein Set in einem Testlabor zu erstellen, mit dem Vorteil, für alle Tests die gleichen Voraussetzungen zu haben. Für gewissen Arten von Studien eignen sich jedoch Feldtests besser, da das System in eine gewohnte, realistischere Umgebung eingebettet werden kann (vgl. [25, S. 161f]). Diese Studie wurde bewusst im Feld und somit bei den ProbandInnen zuhause durchgeführt. Da die Tests bekannte Tätigkeiten des aktuellen Lebens wiedergeben, war das Setting des Alltages gefragt.

96 6. Usability Evaluation Fragenblatt und emotionaler Zugang Ein Fragebogen besteht üblicherweise aus eine Set aus Fragen. Mihilfe dieser Fragen lassen sich subjektive Einschätzungen der ProbandInnen, basierend auf deren Erfahrung erheben (vgl. [25, S. 169f]). Es existieren standardisierte Fragebögen welche bereits erprobt sind und sich für Usability studies eignen. Genannt sei hier der Questionnaire for User Interface Satisfaction (QUIS), der Software Usability Measurement Inventory (SUMI), IsoNorm 9241/10 und der IsoMetrics (vgl. [25, S. 175f]). Diese Fragebögen geben den emotionalen Zugang der Probanden wieder und geben wertvolle Information über das Denken der Probanden Preis. Zusätzlich zum Fragebogen können dem Probanden/der Probandin noch Entscheidungsfragen gestellt werden um spezisch auf bestimmte Punkte einzugehen Erhebung von Gewohnheiten Um ProbandInnen besser in deren Kontext einbetten zu können, dient ein weiterer Fragebogen als Hilfe. Auch dieser enthält Sets aus Fragen über die Gewohnheiten der Benutzer. Dieser Teil bringt somit wichtige Informationen über die Nutzung des zu testenden Systems im Alltag der oder des Probandin/en. 6.6 Evaluierungsinstrumente Für die Ausführung der Tests, werden Instrumente für die Evaluierungsmethoden verwendet. Für den Fragebogen müssen Fragen gefunden und für die Tests müssen passende Aufgaben deniert werden Auswahl der Testaufgaben Während der Abhandlung der Tasks wurden folgende Metriken gemessen. ˆ objektiv: Die Zeit für die einzelnen Tasks ˆ subjektiv: Die Anzahl der Fragen und der emotionale Zugang der TeilnehmerInnen Die Tasks sind in Gruppen zusammengefasst. Diese Gruppen stellen jeweils ein bekanntes Szenario dar und teilen sich in Einführung, Anruf (A1, A2), Nachrichtenversand (N1, N2) und Kalendereintrag (K1, K2). Pro Aufgabe sind denierte Schritte durchzuführen (siehe Anhang A.2).

97 6. Usability Evaluation Fragenblattdesign Für die User Study wurde ein Standardfragebogen adaptiert und angepasst (siehe Anhang A.3). Er besteht aus fünf Fragen je System und Aufgabengruppe. Die Fragen haben jeweils Antwortmöglichkeiten von eins bis fünf, wobei eins für stimmt völlig zu und fünf für stimmt überhaupt nicht zu steht. Der Bogen soll verschiedene Bereiche und Faktoren abdecken. Diese sind die Verständlichkeit des Konzepts, Lesbarkeit des Bildschirms, Übersichtlichkeit der Information, Überblick behalten, und Bearbeitung der Aufgaben. Zusätzlich wurden die ProbandInnen gefragt, welches System Sie grundsätzlich bevorzugen, bzw. für welches System sie sich entscheiden würden Erhebung von Gewohnheiten Im Anschluss an den Usability-Test und die gestellten Fragen an die ProbandInnen wurden sie gebeten einen Fragebogen auszufüllen. Dieser bestand insgesamt aus 29 Fragen (siehe Anhang A.4). Hintergrund des Fragebogens war, die aktuellen Gewohnheiten der TeilnehmerInnen in Erfahrung zu bringen. Diese beschränkten sich in erster Linie auf die Tätigkeiten im täglichen Leben. So konzentrierten sich die ersten Fragen auf die Verwendung des Telefons, das Schreiben von Briefen, die Verwendung von (analogen) Kalendern, das Schreiben von s, das Verwalten von Kontakten und das Nutzen von Medikamentenerinnerungen. Der zweite Teil handelt von der zukünftigen Nutzung von digitalen Diensten, wenn dies über einen einheitlichen Zugang möglich ist. Als Abschluss werden noch Angaben zur Person gefragt. Der Fragebogen erhebt die Nutzung der genannten Dienste. Konkret soll in Erfahrung gebracht werden: ˆ Werden die Dienste genutzt? ˆ Wie werden die Dienste genutzt? ˆ Wie oft werden die Dienste genutzt? ˆ Würde das vorgestellte Konzept (in der Study) genutzt werden? ˆ Welche der Dienste würden genutzt werden? 6.7 Durchführung Pre-Test Um die reibungslose Abhandlung der Test zu gewährleisten, wurde im Vorfeld mit ProbeteilnehmerInnen ein Pre-Test durchgeführt. Dieser enthielt die gleichen Fragen und Aufgaben wie der tatsächliche Test, wurde jedoch nicht in die Auswertung aufgenommen. Der Pre-Test hat zudem den Vorteil, dass die ungefähre Zeitdauer des Test abgeschätzt werden kann. Aus dem Pre-Test ging hervor, dass die Zeitmessung der Tasks nicht korrekt durchgeführt werden konnte. Gedacht war diese mit Hilfe einer Stoppuhr zu

98 6. Usability Evaluation 88 messen. Da bei der Durchführung der Test jedoch ebenfalls Beobachtungen aufgezeichnet werden sollten und das Testteam auf eine Person reduziert war, wurde entschieden, die gesamte Zeit des Test auf Band aufzuzeichnen. Dies machte eine spätere Feststellung der Zeiten möglich Benutzereinführung Um die TeilnehmerInnen auf die bevorstehenden Aufgaben vorzubereiten, wurde ihnen eine Einführung in schriftlicher Form (siehe Anhang A.1) gegeben. Die ProbandInnen wurden über die ungefähre Dauer und die zu erwartenden Aufgaben informiert. Sie wurden aufgeklärt, dass ihre Daten vertraulich behandelt und nur anonymisiert veröentlicht werden. Zusätzlich wurden sie gebeten, während den Aufgaben laut zu denken und Fragen zu stellen, sollten sich welche ergeben Datenerhebung Im Vergleich zu Labor-Test sind Usability-Tests im Feld mit mehr Aufwand verbunden. Im Labor existiert eine Infrastruktur, die unverändert benutzt werden kann. Für die Datenerhebung im Feld gibt es mehrere Ansätze, deren Verwendung von nanziellen Mitteln, personeller und temporaler Art abhängen (vgl. [27]). Schusteritsch, Wei, und LaRosa legen Gesichtspunkte für die Auswahl einer Erhebungsmethode für Mobiltelefone fest. Diese Kriterien sind aufgeteilt in drei Gruppen (vgl. [27]): ˆ Generic Infrastructure Issues Cost Time available for setup Compatability with existing infrastructure Available AV support ˆ Mobile Device-Specic Issues Weight of the monitoring device Consequences of damage to mobile device being studied Form factor of mobile device Variety of mobile devices to be studied Naturalism of interaction with mobile device ˆ Usability Study Context Issues System portability Frequency and duration of study sessions Audio and video recordings Live broadcast of study

99 6. Usability Evaluation 89 Auf Basis dieser Kriterienaufzählung wurde zunächst die Datenerhebung mit Videokamera in Betracht gezogen. Da das Testsystem aus drei Teilen besteht, würde eine einzige Kamera jedoch nicht ausreichen um das Display des mobilen Gerätes und das Notizbuch in ausreichender Qualität zu erfassen. Es müsste somit eine spezielle Kamera am mobilen Gerät befestigt werden. Dies führt jedoch unweigerlich zum Verlust der Realitätsnähe und die Ergebnisse werden dadurch verfälscht (vgl. [27, S. 1840]). Es wurde daher die direkte Beobachtung angewandt. Diese erlaubt es, den realen Kontext zu erhalten und dem Probanden/der Probandin über die Schulter zu sehen und Informationen zu sammeln (vgl. [27, S. 1840]). Für die Beobachtungen stand ein eigens dafür entworfener Bewertungsbogen bereit. Dieser beinhaltet die Zeit für die Aufgaben, die Anzahl der Fragen und ob die Hilfe des Beobachters beansprucht worden ist. Ein zusätzliches Fragenblatt enthält Fragen über das jeweilige System und wurden vom Beobachter pro Aufgabengruppe (Kalender, Nachrichten, Anrufe) ausgefüllt. Zusätzlich wurden die ProbandInnen gefragt, für welches System sie sich entscheiden würden und warum Datenauswertung Für die Auswertung der quantitativ gewonnenen Daten wurde das Statistikprogramm SPSS [48] in Version 16 verwendet. Eingegeben wurden sowohl die Daten aus dem Beobachtungsblatt als auch des Fragenblattes. Qualitative Daten aus den Fragen der ProbandInnen und der abschlieÿenden oenen Fragen werden intellektuell ausgewertet. 6.8 Resultate Im Folgenden werden die Ergebnisse der durchgeführten Studie beleuchtet. Es handelt sich dabei um die gemessenen Zeiten zur Beurteilung der Hypothesen, die Anzahl der gestellten Fragen und das ausgefüllte Fragenblatt. Zusätzlich wird der ausgefüllte Fragebogen betrachtet. Für die Verizierung der Daten und deren Einuss auf das Ergebnis wurden Signikanztests durchgeführt. Durch die kleine Anzahl der Daten und die gerichtete Auswahl der ProdandInnen wird die Stichprobe als nicht normalverteilt angesehen. Daher ist für die Signikanz ein nichtparametrisches Testverfahren anzuwenden, was bei der Auswertung durch den Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test geschieht (vgl. [19]). Die angegebenen Werte sind gerundet Usability Test Zunächst sind die in Abschnitt 6.3 erstellen Hypothesen relevant. Alle vier sind im Folgenden beschrieben.

100 6. Usability Evaluation 90 Hypothese 1: Jemanden anrufen ist schneller durchführbar mit dem PaperPhone System als mit einem Smartphone. Für die Analyse dieser These wurde die Zeit der Tasks A1 und A2 in Sekunden herangezogen. Beiden beinhalteten einen Telefonanrufe an eine Person aus dem Adressbuch. PaperPhone Smartphone N Mittelwert 17,33 49,50 Standardabweichung 7,46 23,51 Spannweite Minimum 5 12 Maximum Tabelle 6.1: Benötigte Zeit für Aufgabe A1 [s]. Tabelle 6.1 zeigt die benötigte Zeit für den Task A1 in Sekunden. Es fällt zunächst auf, dass der Mittelwert des Smartphones mehr als doppelt so hoch ist wie der des PaperPhone Systems. Der maximale Wert ist sogar das dreifache. PaperPhone Smartphone N Mittelwert 26,67 34,33 Standardabweichung 14,37 10,78 Spannweite Minimum Maximum Tabelle 6.2: Benötigte Zeit für Aufgabe A2 [s]. Bei Task A2 (Tabelle 6.2) sind die Unterschiede nicht mehr so deutlich wie bei A1. Die Tabelle zeigt, dass die Mittelwerte vergleichsweise nahe aneinander liegen und auch die restlichen Werte nur marginale Unterschiede aufweisen. Tabelle 6.3 zeigt die errechnete Signikanz. Der Test gibt an, zu wieviel Prozent die Ergebnisse auf die Grundgesamtheit zutreen. Zudem ist ein Wert über 0,05 (5%) als nicht signikant und unter 0,05 als signikant zu

101 6. Usability Evaluation 91 A1 A2 Wilcoxon-Test 0,000 0,073 Tabelle 6.3: Signikanz der Aufgaben A1 und A2. werten. Aus der Tabelle geht hervor, dass das PaperPhone System signikant schneller ist als das Smartphone, betreend Aufgabe A1. Aufgabe A2 ist jedoch nicht signikant und somit muss die Hypothese widerlegt werden. Hypothese 2: Eine schreiben ist schneller durchführbar mit dem PaperPhone System als mit einem Smartphone. Der Mittelwert beim Smartphone ist auch bei Aufgabe N1 mehr als doppelt so hoch (vgl. Tabelle 6.4). Hier auallend ist der hohe Minimalwert beim Smartphone. PaperPhone Smartphone N Mittelwert 49,92 119,08 Standardabweichung 50,61 63,92 Spannweite Minimum Maximum Tabelle 6.4: Benötigte Zeit für Aufgabe N1 [s]. Bei Aufgabe N2 ist der Mittelwert des Smartphones über dem 3,5 fachen des PaperPhones (vgl. Tabelle 6.5). Generell sind alle Werte mindestens dreifach so hoch, wobei die Spannweite des Smartphones mit 213 und der Maximalwert von 279 besonders hervorstehen. Der Signikanztest zeigt (vgl. Tabelle 6.6), dass die Ergebnisse beider Aufgaben signikant sind. Die Hypothese kann somit bestätigt werden. Hypothese 3: Das Erstellen eines Kalendereintrages ist schneller durchführbar mit dem PaperPhone System als mit einem Smartphone. Die Durchführung von Aufgabe K1 mit dem PaperPhone dauerte im Mittel 32 Sekunden (vgl. Tabelle 6.7), verglichen mit dem Smartphone etwa 2,5 mal

102 6. Usability Evaluation 92 PaperPhone Smartphone N Mittelwert 34,25 122,17 Standardabweichung 15,16 72,05 Spannweite Minimum Maximum Tabelle 6.5: Benötigte Zeit für Aufgabe N2 [s]. N1 N2 Wilcoxon-Test 0,002 0,000 Tabelle 6.6: Signikanz der Aufgaben N1 und N2. PaperPhone Smartphone N Mittelwert 32,17 82,58 Standardabweichung 21,19 42,10 Spannweite Minimum Maximum Tabelle 6.7: Benötigte Zeit für Aufgabe K1 [s]. schneller. Die Minimalwerte unterscheiden sich um 11 Sekunden während der Maximalwert vom Smartphone annähernd das Doppelte vom PaperPhone ausmacht. Die Mittelwerte von Aufgabe K2 (vgl. Tabelle 6.8) unterscheiden sich um etwa Faktor 2,5, wobei abermals das PaperPhone System die niedrigsten Werte aufweist. Auch die anderen Werte weichen stark voneinander ab. Wie in Tabelle 6.9 ersichtlich, ergibt sich ein signikanter Unterschied bezüglich der Zeiten, was eine Bestätigung der Hypothese 3 zulässt.

103 6. Usability Evaluation 93 PaperPhone Smartphone N Mittelwert 38,75 132,67 Standardabweichung 16,91 79,814 Spannweite Minimum Maximum Tabelle 6.8: Benötigte Zeit für Aufgabe K2 [s]. K1 K2 Wilcoxon-Test 0,002 0,000 Tabelle 6.9: Signikanz der Aufgaben K1 und K2. Hypothese 4: Das PaperPhone System ist einfacher zu bedienen als das Smartphone Für die Auswertung dieser Hypothese wurden die ausgefüllten Fragenblätter verwendet. Ein Fragenblatt bezieht sich jeweils auf einen Aufgabentyp, also A, N oder K für beide Systeme. Die Fragen sind jeweils von 1 bis 5 gewertet, wobei 1 für stimmt völlig zu und 5 für stimmt gar nicht zu stehen. Frage PaperPhone Smartphone Signikanz Verständlichkeit des 1,42 2,00 0,048 Konzepts Lesbarkeit des 1,00 1,08 0,317 Bildschirms Übersichtlichkeit der 1,42 2,25 0,024 Information Überblick behalten 0,175 3,08 0,004 Bearbeitung der Aufgaben 1,67 2,67 0,004 Tabelle 6.10: Mittelwerte für die Fragen zu den Anrufen.

104 6. Usability Evaluation 94 Die Mittelwerte der Anrufe (vgl. Tabelle 6.10) unterschieden sich signikant in der Übersichtlichkeit, im Überblick und in der Durchführung der Aufgaben. Die Verständlichkeit des Konzepts ist besser mit dem PaperPhone System. Frage PaperPhone Smartphone Signikanz Verständlichkeit des 1,33 2,75 0,000 Konzepts Lesbarkeit des 1,17 1,17 1,000 Bildschirms Übersichtlichkeit der 1,67 2,42 0,035 Information Überblick behalten 1,25 3,25 0,000 Bearbeitung der Aufgaben 2,17 3,08 0,004 Tabelle 6.11: Mittelwerte für die Fragen zu den Nachrichten. Die Unterschiede beim Nachrichtenversand der beiden System wird in Tabelle 6.11 deutlich. Abgesehen von der Lesbarkeit des Displays schneidet das PaperPhone System in allen Punkten signikant besser ab. Frage PaperPhone Smartphone Signikanz Verständlichkeit des 2,08 2,33 0,952 Konzepts Lesbarkeit des 1,17 1,08 0,002 Bildschirms Übersichtlichkeit der 1,5 2,83 0,020 Information Überblick behalten 2,42 3,58 0,014 Bearbeitung der Aufgaben 2,08 3,00 0,128 Tabelle 6.12: Mittelwerte für die Fragen zu den Kalendereinträgen. Tabelle 6.12 zeigt keinen Unterschied in der Verständlichkeit des Konzepts bei den Kalendereinträgen. Es fällt auf, dass das Display des Smartphones hier zwar besser zu lesen, die Übersichtlichkeit der dargestellten Informationen jedoch geringer ist. Die ProbandInnen haben den Überblick mit dem

105 6. Usability Evaluation 95 PaperPhone System behalten. Frage PaperPhone Smartphone Signikanz Verständlichkeit des 1,61 2,36 0,008 Konzepts Lesbarkeit des 1,11 1,11 0,771 Bildschirms Übersichtlichkeit der 1,53 2,50 0,001 Information Überblick behalten 1,81 3,31 0,000 Bearbeitung der Aufgaben 1,97 2,92 0,002 Tabelle 6.13: Mittelwerte aller Fragen. Tabelle 6.13 zeigt die Mittelwerte aller Fragen, aller Typen (A,N und K). Das Smartphone besitzt, abgesehen von der Lesbarkeit des Bildschirms die schlechteren Werte. Das PaperPhone-System kann sich behaupten und ist in Summe signikant leichter zu bedienen Einfachheit der Bedienung Zusätzlich zu den Zeiten wurden pro Aufgabe auch die Anzahl der gestellten Fragen aufgezeichnet. Abbildung 6.2 zeigt die Anzahl der gestellten Fragen pro System gruppiert nach Aufgabe. Es zeichnet sich sehr deutlich ab, dass während der Nutzung des Smartphones deutlich mehr Fragen gestellt wurden. Diese Tatsache unterstreicht die Hypothesen 4 und ist ein Indiz für die Einfachheit der Systeme Emotionaler Zugang Anschlieÿend an das Fragenblatt wurden die ProbandInnen pro Aufgabentype (A,N,K) gefragt, für welches System sie sich entscheiden würden. Abbildung 6.3 zeigt deutlich, dass sich die Mehrheit der ProbandInnen für das PaperPhone-System entscheiden würden. Als Gründe für das PaperPhone System geben sie die Intuitivität der Bedienung an. Am PaperPhone-System wird vor allem der Einsatz von drei verschiedenen Geräten als negativ gewertet.

106 6. Usability Evaluation 96 Abbildung 6.2: Anzahl der gestellten Fragen während der Ausführung der Aufgaben. Abbildung 6.3: Die ProbandInnen mussten sich pro Aufgabentyp für ein System entscheiden.

107 6. Usability Evaluation Erhebung von Gewohnheiten Die Erhebung wurde mit einem Fragebogen durchgeführt. Die Fragen teilen sich in Gruppen, welche ím Folgenden behandelt werden. Allgemein Diese Sektion besteht aus einer Frage und erhebt die Nutzung von Geräten. Gerät Anzahl Prozent Telefon (Festnetz) 10 83,3% Mobiltelefon 11 91,7% Smartphone 0 0,0% PC 9 75,0% Tabelle 6.14: Frage: Welche dieser Geräte nutzen Sie? Tabelle 6.14 zeigt die Frage welche System verwendet würden. Es ist ersichtlich dass während die Mehrheit der Befragten ein Mobiltelefon oder Festnetz benutzt, kein Einziger/ keine Einzige ein Smartphone bedient. Werden die Dienste genutzt? Alle Befragten telefonieren regelmäÿig (siehe Tabelle 6.15). Nur die Hälfte schreibt regelmäÿig Briefe. Der Anteil an Personen, welche s schreiben ist mit 75% realtiv hoch. Auallend ist, dass 91,7% der Befragten eine Art der Kontaktverwaltung verwenden. Dienst Anzahl Prozent Telefonie ,0% Briefe 6 50,0% Kalender 12 50,0% s 9 75,0% Kontaktverwaltung 11 91,7% Medikamentenerinnerung 2 16,7% Tabelle 6.15: Frage: Nutzen Sie diese Dienste?

108 6. Usability Evaluation 98 Wie oft werden die Dienste genutzt? Abbildung 6.4 gibt Aufschluss über die Häugkeit der Nutzung der ausgewählten Dienste. Die Medikamentenerinnerung wird demnach ausschlieÿlich täglich genutzt. Die Mehrheit der Befragten telefoniert täglich. Die Hälfte jener, die Briefe schreiben, tut dies seltener als mehrmals im Monat. Ein Drittel der Gefragten schreibt täglich Briefe. Ungefähr 80 Prozent der Befragten schreiben mindestens einmal in der Woche einen Kalendereintrag, ein oder benutzen die Kontaktverwaltung. Abbildung 6.4: Häugkeit der Nutzung der Dienste. Wie werden die Dienste genutzt? Die Frage wie die Befragten die Dienste benutzen gab die Antworten, zu sehen in Abbildung 6.5. Alle Befragten benutzen das Festnetz zum Telefonieren, 50 Prozent nutzen auch ein Mobiltelefon. Der Kalender wird zum Groÿteil analog mit Stift und Papier genutzt. 41,7 Prozent benutzen einen PC für die Verwaltung des Kalenders und 33,3 Prozent verwenden eine Kalenderfunktion am Mobiltelefon. s werden vorwiegend am PC verfasst. Ein geringer Prozentsatz (11,1 Prozent) verwendet das Mobiltelefon für den versand. Kontakte werden zu 61 Prozent mit Stift/ Papier und am Mobiltelefon verwaltet. Ein etwas weniger hoher Prozentsatz benutzt den PC

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