Einführung in die Medieninformatik 1

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1 Einführung in die Medieninformatik 1 Wintersemester 2007/08 Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 1

2 Administrativa Pflichtvorlesung für Medieninformatik/Digitale Medien (Bachelor) Wahlpflicht: Informatik Termine: Vorlesung: Mittwoch: 13:00-15:00 (13:15-14:45) Tutorien: Donnerstags 10:00-12:00 und 13:00-15:00 Web-Seite: Medien.Informatik.Uni-Bremen.de Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 2

3 Übungen und Tutorien Ziel: Umsetzung des Stoffes in eigene Arbeit Learning by Doing z.t. in Kleingruppen Aufgaben für eine bis drei Wochen Aufgaben bauen aufeinander auf Treffen wöchentlich in den Tutorien Außerdem Einzelarbeit und in kleineren Gruppen Thema im ersten Semester: Entwicklung einer (digitalen) Medienkampagne Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 3

4 Vorlesung, Folien und Tutorien Sinn der Vorlesung: Zusammenhänge erklären Wichtige Dinge herausarbeiten Zeigen, in welche Richtungen man weiter machen kann Denkweise vermitteln Sinn der Folien: Ersetzen ein Skript Werden nicht alle in der Vorlesung behandelt Sollten mit Vorlesung und Tutorium verständlich sein Umfassen den kompletten relevanten Stoff Sinn der Tutorien: Ergänzen die Vorlesung, Raum für Nachfragen, Exkurse Vermitteln weitere Details des Stoffs Erklären und besprechen Übungsaufgaben Diskussion und Präsentation der Übungsergebnisse Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 4

5 Administrativa Tutoren und Tutorien (fast alle im MZH): Hidir Aras, aras (at) tzi.de T1: Donnerstag 10:00-12:00 Uhr, Raum 5300 Benjamin Walther-Franks, bwf (at) tzi.de T2: Donnerstag 10:00-12:00 Uhr, Raum MIR/5212 Marion Wittstock, witstock (at) tzi.de T3: Donnerstag 13:00-15:00 Uhr, Raum MIR/5212 Jens Teichert, teichert (at) tzi.de T4: Donnerstag 13:00-15:00 Uhr, Raum SFG 2080 Beginn der Tutorien: 8. November! Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 5

6 Anwendungstutorium Freitags 13:15-14:45 oder 15:15-16:45 Ort: MIR/5212 Ziel: Einführung in Tools und Werkzeuge Bildbearbeitung: Photoshop/GIMP Audiobearbeitung: Audacity Web Teilnahme nur nach Anmeldung! Anmeldung in den regulären Tutorien Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 6

7 Übung 1 Show and Tell Sucht ein Beispiel für Digitale Medien Präsentiert dieses im Tutorium (max 10 min) Schreibt einen kurzen Bericht (1 Seite) Folien und Bericht in Stud-IP! Erklärt: Was ist daran gut gemacht Wie funktioniert die Technik Warum hat es Euch gefallen/beeindruckt Präsentation: über das Semester verteilt, Termine mit den Tutoren absprechen Beachtet korrekte Zitierweise und wissenschaftliches Arbieten! Punkte: 10 Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 7

8 Übung 2 Erstes Konzept für die Kampagne (3-er Gruppen) - Wofür/wogegen wollt ihr sein? - Welche digitalen Medien könntet ihr einsetzen? - Welche menschlichen Faktoren wollt ihr berücksichtigen? - Abgabe im Tutorium mit Kurzvorstellung - Details dazu im Tutorium - Punkte: 5 Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 8

9 Plan (vorläufig) Einführung Menschen: Kognitive Aspekte Medien: Kodierung + Kompression Medien: Bilder: Grundlagen Medien: Bilder: Be-/Verarbeitung Medien: Texte und Typographie Medien: Audio: Grundlagen und Bearbeitung Menschen und Medien: Interaktion Web: Grundlagen Web: Techniken Medien: Video Zukunft Digitaler Medien, Zusammenfassung und Ausblick Abschluss-Event (ganztägig!) Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 9

10 Veranstaltungshinweis Für Bachelor im Studiengang Digitale Medien An diesem Freitag: ab 15 Uhr im Auditorium der HfK hochschulübergreifende Infoveranstaltung zur Organisation des Bachelor Digitale Medien (mehr oder minder eine bebilderte Einführung in die (aktuelle) Prüfungsordnung) Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 10

11 Literatur Kai Bruns, Klaus Meyer- Wegener, Taschenbuch der Medieninformatik, 2005, 520 Seiten 29,90 [D] ISBN Weitere Literatur später Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 11

12 Einführung in die Medieninformatik 1 Teil 2: Menschen, psychologische und kognitive Aspekte Vorlesung Wintersemester 2006/07 Rainer Malaka Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 12

13 Menschliche Faktoren, Teil 1- Übersicht Sinne, Wahrnehmung, Gedächtnis Menschliche Sinne Visuell Akustisch für Digitale Medien am wichtigsten Weitere Sinne (Tasten, Riechen, Schmecken, Bewegung) Aktionen und Motorsystem Psychologische Aspekte Psychologie der Wahrnehmung Gedächtnis Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 13

14 Der Mensch Verarbeitung von Informationen visuell akustisch haptisch durch Bewegung (Geruch, Geschmack) Information wird gespeichert Information wird verarbeitet und angewandt Wieviel Information? Menschlicher MenschlicherInput Input p. p. Stunde Stunde im imleben Gelesener GelesenerText Text KB KB GB GB Audio Audio (Sprache) (Sprache) MB MB TB TB Sehen Sehen (TV-Qualität) (TV-Qualität) 2 GB GB PB Prof. 8 PB Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 14

15 Visuelles System Zwei Verarbeitungsstufen: Physische Wahrnehmung des Stimulus Verarbeitung und Interpretation 80% des Gehirns verarbeitet visuelle Information Aufbau des Auges Sehzellen Stäbchen für Helligkeit Zapfen für Farben Zapfen blau, grün, gelb nur Zapfen ungleiche Verteilung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 15 Bildquelle: de.wikipedia

16 Visuelles System Wahrnehmung elektromagnetischer Wellen Länge nm Frequenz THz Farben violett, blau, grün, gelb, orange, rot 8% der Männer und 1% der Frauen sind farbenblind Reizparameter und Sinneseindrücke Intensität -> Helligkeit Frequenz -> Farbe Frequenzgemisch -> Sättigung gamma ultraviolet visible microwave tv Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 16

17 Visuelles System Regelung Akkomodation Nahpunkt bei 50jährigen ca. 50 cm Pupille dunkel-hell: in 1 s von 8 auf 4,5 mm; 1 s von 4,5 auf 4 mm Adaptation dunkel-hell 1 s (max. 15 bis 60 s); hell-dunkel max min Bildquelle: de.wikipedia Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 17

18 Visuelles System Auflösung räumlich 1 Bogenminute => in 10 m Entfernung 3 mm zeitlich 15 bis 50 ms Gesichtsfeld: liegende Ellipse horizontal -100 bis +100 Wahrnehmung -60 bis +60 Farbsehen -30 bis +30 Erkennen von Symbolen -10 bis +10 Lesen von Wörtern vertikal -55 bis +80 Wahrnehmung -30 bis +40 Farbsehen Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 18

19 Visuelles System Sehschärfe in Mitte (ca. 2 ) des Gesichtsfeldes Maximum (1 ) in Peripherie nur ein Vierzigstel daher Augenbewegung auf Objekt horizontal -15 bis + 15, vertikal 0 bis 30, sons t Kopfbewegungen Augenbewegung Sakkade (50 ms): Sprung, nicht wahrgenommen Fixation ( ms) zwischen den Sakkaden Eindruck kontinuierlichen Gleitens beim Suchen Flimmern Flimmerverschmelzungsfrequenz bei Dunkeladaptation ca. 20 Hz, bei Helladaptation ca. 70 Hz in der Peripherie höher steigt mit Helligkeit, Kontrast, Fläche steigt mit Müdigkeit Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 19

20 Auditives System Wahrnehmung mechanischer Wellen Länge 0,02-20 m Frequenz Hz Lautstärke dB Reizparameter und Sinneseindrücke Intensität -> Lautstärke Frequenz -> Tonhöhe Frequenzgemisch -> Klang(farbe) Regelung geringe Adaptation Schwelle ca W/cm2 Auflösung räumlich mehrere Grad zeitlich 2 bis 3 ms Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 20

21 Auditives System Informationen über Distanzen Richtungen Objekte... Aufbau des Ohrs: Außenohr: schützt, verstärkt Klang Mittelohr: leitet Vibrationen ans Innenohr Innenohr: frequenzspezifische Sinnesnerven übertragen Reiz Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 21

22 Haptik (Berührung) Drei Sinneswahrnehmungen über unterschiedliche Rezeptoren: Mechanorezeptoren (diskret und kontinuierlich) Schmerz (Hitze/Schmerz) Temperatur (heiß/kalt) Einige Regionen reizbarer als andere Finger Auflösung (räumlich, zeitlich) abhängig von Ort und Stimulus Kinesthesis Wahrnahme der eigenen Körperposition Beeinflusst Bequemlichkeit Wichtig für Maus, VR, AR (Chirurgie) Verschiedene Behinderungen, speziell für Sehbehinderte force-feedback Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 22

23 Weitere Sinne Gleichgewichtssinn Simulation Geruchssinn erste Prototypen bisher keine praktische Relevanz Geschmackssinn bisher keine praktische Relevanz Wärmeempfinden bisher keine praktische Relevanz Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 23

24 Motorisches System Parameter Erreichbarkeit, Geschwindigkeit, Beweglichkeit, Genauigkeit Antwortzeit auf einen Stimulus: Reaktionszeit + Bewegungszeit Bewegungszeit hängt ab von Alter, Fitness, Reaktionszeit hängt ab vom Stimulus: visuell ~ 200ms auditorisch ~ 150 ms Schmerz ~ 700ms Höhere Reaktionszeit vermindert Genauigkeit bei untrainierten Nutzern, aber nicht bei trainierten Oft Fehlerquelle Falsche Tasten Double-click vs. single click Prinzipien Feedback ist wichtig Augenbewegungen sollten minimiert werden Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 24

25 Visuelle Wahrnehmung Psychologische Gestaltgesetze Gesetz der Nähe räumliche Nachbarschaft zeitliche Nachbarschaft Gesetz der Ähnlichkeit / Gesetz der Gleichheit Farbe, Helligkeit, Größe, Orientierung, Form Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 25

26 Visuelle Wahrnehmung Gesetz der Gleichheit versus Gesetz der Nähe Abschwächung Verstärkung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 26

27 Visuelle Wahrnehmung Gesetz der guten Fortsetzung räumliche Einfachheit, Harmonie, Gesetzmäßigkeit zeitliche Einfachheit, Harmonie, Gesetzmäßigkeit Gesetz der guten Fortsetzung versus Gesetz der Gleichheit Gleichheit der Form meist schwächer Gleichheit der Farbe meist stärker Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 27

28 Visuelle Wahrnehmung Gesetz der Schließung Vervollständigung von Konturen Inneres - Äußeres Figur Hintergrund Gesetz der Symmetrie wenn keine anderen Gesetze greifen symmetrische Zwischenraum als Figur unsymmetrischer Zwischenraum als Hintergrund Vexierbild keine klare Figur-Grund-Unterscheidung Prinzip der guten Gestalt Zusammenwirken der Gestaltgesetze Entstehung möglichst einfacher, regelmäßiger, symmetrischer, geschlossener Figuren Figur-Grund-Unterscheidung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 28

29 Visuelle Wahrnehmung Konturen Zwang zur Kontur Bildung vertrauter Formen Menschen Spezielle Mechanismen für Gesichter Menschen wecken Aufmerksamkeit Change Blindness! vgl. Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik

30 Change Blindness Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 30

31 Visuelle Wahrnehmung Menschen Spezielle Mechanismen für Gesichter Orientierung spielt eine Rolle Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 31

32 Visuelle Wahrnehmung Stereoskopisches Sehen Querdisparation nur mit zwei Augen jedes Auge ein eigenes Bild Tiefenwahrnehmung - Statische Perspektive trapezförmige Konturen => sich entfernende Parallelen Größenunterschiede => Entfernungsunterschiede Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 32

33 Visuelle Wahrnehmung Verdeckung vollständige Konturen weiter oben Ausnutzung der Gestaltgesetze Tiefenwahrnehmung durch Schatten räumliche Zuordnung von Objekten zu Ebenen von Objekten zueinander Tiefenwahrnehmung durch Gradienten Texturgradienten enge Textur weiter hinten Kontraste geringerer Kontrast weiter hinten Sättigung geringe Sättigung weiter hinten Farben Blau-Verschiebung in der Entfernung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 33

34 Visuelle Wahrnehmung Bewegungseindruck Einzelbilder mit geringen Unterschieden 20 bis 25 Bilder pro Sekunde für fließende Bewegung Film / Video höhere Frequenz nicht sinnvoll 3 bis 5 Bilder pro Sekunde als ruckende Bewegung Videokonferenzen Bildtelefonie Räumlich-zeitlicher Sprung Objekt verschwindet an Punkt A Objekt erscheint nach 30 bis 60 msec an Punkt B Eindruck einer Bewegung zwischen A und B Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 34

35 Visuelle Wahrnehmung Optische Täuschungen, Farbtäuschung Farben / Helligkeiten werden im Vergleich zur Umgebung wahrgenommen Adelson EH (2000) Lightness Perception and Lightness Illusions. In The New Cognitive Neurosciences, 2nd ed., M. Gazzaniga, ed. Cambridge, MA: MIT Press, pp Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 35

36 Visuelle Wahrnehmung Optische Täuschungen, Längentäuschung Beeinflussung einer Schätzung durch andere Objekte Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 36

37 Visuelle Wahrnehmung Optische Täuschungen, Formtäuschung Überlagerung verschiedener Formen Kippfigur Gleichwertige Alternativen ähnlich Vexierbild Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 37

38 Visuelle Wahrnehmung Textureffekte Viele weitere Effekte und Erklärungen: Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 38

39 Lesen Verarbeitungsstufen Optisches Bild erkennen Dekodierung in interne Repräsentation, Sprache Interpretation durch Syntax, Semantik, Pragmatik Lesen erfordert Sakkaden und Fixierungen Wahrnehmung während der Fixierungen Wortform (optisch) ist entscheidend für die Wahrnehmung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 39

40 Gedächtnis Verarbeitung von Sinnesreizen Nerven Bündel aus 10 bis Axonen Axon einer Nervenzelle 1 bis 15 µm dick, bis zu 1 m lang Reizweiterleitung Zustand der Nervenzelle (Ruhe- / Aktionspotential) Aktionspotential breitet sich mit 1 bis 100 m/sec aus Signalparameter = Frequenz der Aktionspotentiale => analoge Variable keine Unterschiede nach Sinnen Nervenzellen bilden Netzwerke Axone spalten sich auf in Äste mit Synapsen (Kontaktstellen) Synapsen hemmen oder fördern => analoge Variable Speicherung durch Festlegung dieser Leitfähigkeit Speicherkapazität theoretisch 50 TeraByte Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 40

41 Gedächtnis Typische Einteilung: Drei Arten von Gedächtnissen Sensorisches Gedächtnis (Puffer für Stimuli, Eindrücke) visuell ikonisch, auditorisch echoisch, berühren haptisch Kurzzeit- oder Arbeitsgedächtnis (Gedanken, Zwischenrechnugnen) Langzeitgedächtnis (dauerhaftes Wissen) Manchmal auch noch mittelfristige Zwischenstufe (mittelfristige Pläne) Stimulusauswahl wird durch Erregung gesteuert Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 41

42 Gedächtnis Gedächtnis und Prozessoren Langzeitgedächtnis Arbeitsgedächtnis Ikonisches Gedächtnis D = 200ms ( ) K = 12 Chunks(7-17) C = physisch? Echoisches Gedächtnis D = 1,5s (0,9-5) K = 5 Chunks(4,4-6,2) C = physisch? D = 15s (5-226) K = 3 Chunks (2,5-4,1) K* = 7 Chunks (5-9) C = auditiv oder visuell D = unbegrenzt K = unbegrenzt C = semantisch Perzeptueller Prozessor T = 100ms (50-200) Kognitiver Prozessor T = 70ms (25-170) Motorischer Prozessor T =7 0ms (30-170) Auge Ohr Muskulatur D Dauer K Kapazität C Code T Zykluszeit Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 42

43 Gedächtnis Aufgaben Kodierung und Abruf von Wissen Richtige Aktionsauswahl Eigenschaften Nicht alles wird gespeichert Information wird gefiltert und verarbeitet Kontext spielt eine große Rolle Wiedererkennung ist leichter, als Abruf Deshalb GUI besser als Kommandosprache Bilder sind leichter zu merken als Worte Deshalb eher Icons als Namen Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 43

44 Kurzzeit-Gedächtnis Kodierung Experiment von Santa Vorreiz Prüfreiz gleich ungleich linear gleich linear ungleich Vorreiz schnelle Erkennung langsame Erkennung Dreieck Dreieck Dreieck Kreis Quadrat Kreis Quadrat Kreis Pfeil Dreieck Kreis Quadrat Dreieck Kreis Pfeil gleich ungleich langsame Erkennung linear gleich linear ungleich schnelle Erkennung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 44

45 Kurzzeit- Gedächtnis Ergebnisse aus dem Experiment von Santa zeigen Unterschiedliche Kodierungen Geometrische Objekte in räumlichem Zusammenhang Wörter als Ketten Unterschiedliche Erkennungsleistungen besser, wenn Anordnung der Codierung entspricht Folgerungen für Bildschirmgestaltung Verbalobjekte linear in Zeilen und Spalten Grafische Elemente in gleich bleibender Anordnung Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 45

46 Kurzzeit- Gedächtnis Speichern von 7 (±2) Chunks Neue Information hat Wechselwirkung mit alter Wiederholung führt zu Speicherung Neue Reize zum Vergessen Schneller Zugriff (~70ms) Schnelles Vergessen (~200ms) Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 46

47 Langzeit- Gedächtnis Episodisches Gedächtnis Ereignisse und Erfahrungen in serieller Form Speichert, was uns widerfahren ist Semantisches Gedächtnis Strukturierte Fakten, Konzepte und Fähigkeiten Verschiedene Hypothesen über Funktionsweise Als semantisches Netz In Frames und Skripten Semantisches Wissen abgeleitet aus episodischem Wissen Scheinbar unbegrenzt und unbeschränkt Zugriff langsamer und schwerer Aktionen helfen (wie bei einem Cache) Zugriff ~1/10 s Langsames Vergessen Verschiebung von Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis durch Wiederholung und Üben, sowie durch Kontext Vergessen durch Decay /Auflösung und Interferenz Falsche Erinnerungen möglich Keine Festplatte! Emotionen beeinflussen Gedächtnis Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 47

48 Wrap Up Grundlagen der menschlichen Wahrnehmung Sinne und deren Möglichkeiten Sehen, Hören,.. Verarbeitung von Information Täuschungen Gedächtnis und Kognition Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 48

49 Quellen Thompson P (1980) Margaret Thatcher: a new illusion. Perception 9: Cliparts: Office PPT Cliparts und Buch-Cover von den jeweiligen Verlagen Fachbuchverlag Leipzig Kursmaterial der Georgia Tech HCI faculty. Contributors include Gregory Abowd, Jim Foley, Diane Gromala, Elizabeth Mynatt, Jeff Pierce, Colin Potts, Chris Shaw, John Stasko, and Bruce Walker. Checker-Shadow Illusion von Edward H. Adelson Adelson EH (1993) Perceptual organization and the judgment of brightness. Science 262: Adelson EH (2000) Lightness Perception and Lightness Illusions. In The New Cognitive Neurosciences, 2nd ed., M. Gazzaniga, ed. Cambridge, MA: MIT Press, pp Sammlung optischer Illusionen von Michel Bach (Uni freiburg) Prof. Dr. Rainer Malaka, Digitale Medien Medieninformatik 1 49