Samenvatting “Engineering Psychology and Human Performance” Hoofdstuk 1 Introduction to Engineering Psychology and Human Performance Engineering psychology and human factors
Human factors = ontwerpen van machines waarbij menselijke beperkingen (ook lichamelijk) in overweging genomen worden Experimentele psychologie: blootleggen van wetten die ten grondslag liggen aan het menselijke gedrag
Ingenieur psychologie heeft overlap met human factors en met experimentele psychologie Waarom interesse hierin? Training helpt niet altijd Monitoring werd belangrijker Invloed van IT en cybernetica
HF
Ing Psy ch
Exp’t al Psyc h
Design Cycle: (P staat voor verschillende fases van productontwerpen)
Relevante elementen voor design: 1) Taak analyse (opdelen in deeltaken) 2) De onderzoeksmethode, bijv. veldstudies, verslag van ongelukken, inspectie, taak simulaties, experimenten, modellen, literatuur 3) De maat van: snelheid/tijd, accuratesse/fouten, werkbelasting/capaciteit, voorkeur.
A model of human information processing
Hoofdstuk 2 Signal Detection, Information Theory and Absolute Judgment Signal detection theory Relevant by detecteren van ruisig signaal. Signaal aanwezig afhankelijk van hoeveelheid evidentie X en kritische waarde Xc.
Oordeel
Werkelijke toestand Signaal
Ruis
Aanwezig X > Xc
Hit True Positive
False alarm False Positive
Afwezig X < Xc
Miss False Negative
Correct Rejection True Negative
gevoeligheid d’ is afstand tussen gemiddelden in eenheid van standaarddeviaties (niet te gebruiken bij ongelijke standaarddeviaties)
Xc en β bepalen samen het response criterium of de response bias Xc: plaatsing van het criterium Xc bepaalt verhouding tussen misses en false alarms β = P(X|S) P(X|N) Totale aantal fouten bij gelijke verdelingen het kleinst bij β = 1, als P(S)=P(N) Factoren die β beinvloeden: 1) individuele verschillen 2) waarschijnlijkheden 3) payoffs ‘sluggish’ beta: - Mensen schatten extreem kleine kansen groter in dan ze werkelijk zijn en grote kansen juist kleiner in.
-
β wordt bijgesteld richting 1
ROC curve
ROC=Receiver Operating Characteristic, de ROC curve is een isosensitivity curve d’ en β in een plot: richtings coefficient op bepaald punt geeft bias aan, afstand over negatieve diagonaal t.o.v. positieve diagonaal representeert d′
Applications of signal detection theory • • • •
Medische diagnostiek Ooggetuigen (Oslo confrontaties) Industriele inspectie Bewaking
Vigilance Verminderde detectie na verloop van tijd veroorzaakt door vermindering van gevoeligheid en/of vergroting van beta. Invloed op vermindering van gevoeligheid: - afname signaalsterkte - tijds- en plaats onzekerheid van te verwachten signaal - toename event rate (aantal gebeurtenissen per tijdseenheid) - opeenvolgende taken Invloed op vermeerdering gevoeligheid: - geen gevoeligheidsvermindering als de taak automatisch gaat ipv gecontrolleerd - cognitieve taken (soms) Invloed op bias level: - waarschijnlijkheid: hoge kans op signaal ß omlaag (meer hits en fals alarms) lage kans op signaal ß omhoog (meer misses en meer correct rejections) - payoffs
- vermindering signaalsterkte ß omhoog Verminderde detectie tegengaan door: - gevoeligheid verhogen: voorbeeldsignalen tonen (en daardoor geheugenbelasting verlagen); verhoging opvallendheid van signaal; event rate aanpassen (verlagen); training. - response criterium naar optimaal niveau brengen: instructies; kennis van resultaten; valse signalen; meer beoordelingsmogelijkheden (signaal— onzeker-- ruis)
Information theory
Informatie (Hs): reductie van onzekerheid beoordeling van informatiewaarde beinvloedt door: • Aantal mogelijke gebeurtenissen (i): N Vaak uitgedrukt in bits: Hs = log2 N • waarschijnlijkheid van die gebeurtenissen informatie overgebracht door gebeurtenis i: Hs = log 2 (1/Pi) waarbij P i de waarschijnlijk (probability) van gebeurtenis i is. vaak geinteresseerd in gemiddelde waarschijnlijkheid van een serie van meerdere gebeurtenissen met verschillende waarschijnlijkheid: Haverage= • context en regelmaat in opeenvolgendheid bijv. ABABABABABABABAB P(A)=P(B)=0.5 maar je verwacht door volgorde een A Reduncancy is erg belangrijk. Information theorie; de mens als informatiekanaal. Geinteresseerd in capaciteit kanaal en bandbreedte. Aantal defenities van informatie (H): • HS: stimulus information • HR: response information • HT: information transmitted by operator • HL: information lost by operator • HSR: information dispersion • Noise: non-relevant information ideaal human information channel: HS = HT = HR
meer realistisch:
Informatietheorie heeft duidelijke voordelen maar toch ook nog een aantal beperkingen.
Absolute judgment Ééndimensionaal
Multidimensionaal Belangrijk verschil tussen orthogonal (onafhankelijke) en correlated (afhankelijke) dimensies. Door gebruik te maken van multidimensionale stimuli kan de totale hoeveelheid doorgegeven informatie behoorlijk vergroot worden. Orthogonaal: hoe meer dimensies gebruikt worden, hoe groter de totale hoeveelheid informatie, maar wel verlies aan informatie per dimensie. HT en daardoor efficienty maximaliseren Gecorreleerd: hoe meer dimensies gebruikt worden, hoe groter de zekerheid/veiligheid van het kanaal, maar Hs beperkt de totale hoeveelheid informatie Hloss minimaliseren en daardoor security maximaliseren
Dimensies kunnen integraal of separabel zijn: soms moeilijk om onderscheid te maken. Ook kunnen dimensies ‘correlated’ zijn.
SEPARABEL
INTEGRAAL
CORRELATED
Hoofdstuk 3 Attention in Perception and Display Space Drie categorieën van gebrek aan aandacht: • selective attention: selectie van bepaald perceptueel kanaal; aandacht teveel gericht op een bepaald iets, zodat je iets anders over het hoofd ziet (‘cognitive tunneling’) • focused attention: mogelijkheid te focussen op bepaald kanaal; niet mogelijk om je geheel te focussen op 1 ding omdat je afgeleid wordt • divided attention: selectie van meerdere kanalen tegelijkertijd; beperkte capaciteit Aandacht zoeklicht: straalbreedte – wat we willen verwerken (focused) en wat we moeten verwerken maar niet willen (divided) – en richting (selective).
Selective attention Eye fixation system: alleen de fovea (2˚) ziet detail. Oogbol beweegt op 2 manieren: doel volgen en discrete, sprongsgewijze stappen die discrete stappen bestaan uit saccade (waarbij visuele input onderdrukt) en fixatie (met bepaalde locatie, Useful Field Of View en duur). Supervisory control Hierbij is de locatie bekend maar de informatie niet. Een aantal eigenschappen: 1) Mental model stuurt sampling 2) Aanpassing aan event rate (slug ß) 3) Display arrangement, eerder horizontale dan diagonale scanning 4) Geheugen is niet perfect 5) Preview geven helpt 6) Cognitive tunneling Target search Hierbij is de informatie bekend maar de locatie niet. Belangrijk is de verwachting van de locatie: daar wordt het meest op gefixeerd door de ogen, heeft weer te maken met mental model. Daarnaast is de opvallendheid en het aantal displays belangrijk. Zoektijd Belangrijk om de optimale zoektijd te bepalen: hoe langer de zoektijd hoe hoger de kans op detectie, maar niet lineair! Verschil in parallel en serieel zoeken ook belangrijk voor zoektijd. Factoren die zoektijd beinvloeden: 1. aantal elementen (serieel, zelfeindigend zoeken) 2. doelwit valt op (‘pop out’; parallel zoeken) 3. doelwit te onderscheiden van anderen (parallel zoeken) 4. verschil in zoeken naar ‘aanwezig’ (parallel) en ‘afwezig’ (serieel) 5. dichtheid van de elementen 6. meerdere doelwitten duurt langer 7. training (kan zorgen voor automatisch zoeken) In bijvoorbeeld menu’s wordt gestructureerd gezocht: er wordt van boven naar beneden alles langsgegaan totdat het doelwit gevonden is. Van belang is het verschil tussen het doelwit en een juist alternatief en het verschil tussen de opties in het menu onderling.
Cueing Door cue’s te geven worden dingen makkelijker gevonden. Hoe groter de StimulusOnset Asynchrony (SOA = tijd tussen cue en target) hoe beter het detecteren gaat. Twee soorten cues: • peripheral cues (op doellocatie): effectiever bij kortere SOA effect duurt kort • central cues (duiden locatie aan, vb. pijl): effectiever bij langere SOA effect duurt langer Dingen in een andere diepte dan de doellocatie leiden minder af dan op dezelfde diepte. Cue’ing blijkt effectief, maar soms blijken mensen blindelings de cue’s te geloven en te volgen.
Parallel processing and divided attention Visueel verwerking van een wereld met veel elementen bestaat uit twee fases: 1. Preattentive phase (Neisser) • gaat automatisch • deelt wereld op in objecten en groupeerd deze (Gestallt) • short term sensory store 2. Selective attention • objecten uit vorige fase verder bestuderen • perception Er zijn twee soorten verwerking: - Global processing alle elementen van een display worden tegelijk verwerkt in parallel - Local processing het verwerken van een enkel element in een display De globale aspecten van een stimulus worden automatisch verwerkt zonder te kijken naar locale aspecten => global precedence. Factoren die zorgen voor pre-attentive groeperen van objecten zijn nabijheid, gelijkheid, beweging, kleur, enz. Spatial proximity Ruimtelijke nabijheid bevordert parallele verwerking en kan dus zorgen voor divided attention. Dit kan bereikt worden door bijv. een beeld van een snelheidsmeter ‘op’ het beeld van de weg te projecteren Head Up Display. Ruimtelijke nabijheid blijkt echter wel verwarring tussen meerdere elementen op een display te vergroten, en daarmee focussed attention te bemoeilijken. In een experiment (Eriksen and Eriksen) moesten mensen links drukken voor F en rechts voor H, betreffende de middelste letter. Van invloed op reactietijd is: KHK een vol display andere letters zorgen voor verwarring/leiden af HHH redundancy winst doordat je alles ziet versterkt dat het signaal H FHF response conflict doordat je ook F ziet duurt het langer voor je H kiest Object-based proximity Naast ruimtelijke nabijheid is er ook ‘object-based’ nabijheid, bijv. kleur, vorm, locatie, grootte. Stroop effect: verschillende dimensies behorende bij één object worden parallel verwerkt, daardoor verwarring: blauw
Proximity Compatibility principle Onderscheid maken tussen: - display proximity = hoe dicht bij elkaar twee displayelementen zijn (ruimtelijk of object-based) - processing proximity = mate waarin twee informatiebronnen voor dezelfde taak gebruikt worden (vb: hoog bij schatten trend in grafiek, laag bij schatten ywaarde van 1 punt) Proximity compatibility principe: Als de taak hoge ‘processing proximity’ vereist hoge ‘display proximity’ nodig Als de taak lage processing proximity’ vereist lage ‘display proximity’ nodig Conlusie: verschillende displayelementen dicht bij elkaar plaatsen, door zelfde eigenschappen (kleur, formaat, enz.) of integreren als dimensies van 1 object zorgt voor: 1. verhoging parallele verwerking 2. creëren van ‘emergent features’ (vb symmetrie, vorm) wat kan zorgen voor intergratie van informatie, maar kunnen ook tegenwerken als ze niet ontworpen zijn voor die bepaalde taak 3. ongewenste clutter of response conflict kan optreden Color coding Voordelen van coderen met kleur kunnen zijn: - valt op - heeft symbolische betekenis (vb rood=stoppen) - kan verschillende elementen groeperen - nuttig als redundant kenmerk Nadelen zijn: - is continu - geen logische volgorde - stereotypen/symbolische betekenis kan voor verwarring zorgen - afleidend
Attention in the auditory modality
Een mens heeft geen “earballs” die rond kunnen draaien, maar auditieve signalen hebben wel andere eigenschappen - ruimtelijk - transient, hebben vaak waarschuwingsfunctie - dimensies: toonhoogte, locatie, luidheid, semantiek. - ‘auditory objects’ bestaan: een geluid met meerdere dimensies, wat ook parallel verwerkt kan worden (zowel betekenis als intonatie van zin) - intensiteit kan stress veroorzaken Cross-modality attention Mensen kunnen tegelijk visuele als auditieve signalen verwerken. Auditieve cues hebben dus invloed op visuele taken. Het blijkt wel dat er sprake is van visuele dominantie.
Hoofdstuk 4 Spatial Displays Graphical perception
Spatiele displays en analoge perceptie - Analoge perceptie: beoordeling waarbij grote veranderingen op een display ook grote veranderingen op een bepaalde dimensie reflecteren - Belangrijk om te zorgen voor compatibiliteit tussen voorgestelde dimensie en displayelementen Aanwijzingen voor het maken van grafieken - Vermijd bias door perceptuele illusies - Keuze grafiek is taakafhankelijk - Beperk het aantal benodigde mentale operaties - Houd de data-inkt ratio hoog: gebruik weinig inkt voor dingen die geen (relatie tussen) datapunten weergeven - zorg voor consistentie in codering, zodat dingen beter te vergelijken zijn Bias bij grafieken lezen - Variatie van Poggendorf illusie (a en b) oplossen door in vierkant te zetten met maatstrepen erbij (c).
-
Probleem met vergelijken van verschillen bij een verandering in helling oplossen door verschil te plotten (onderste grafiek)
-
Oppervlakte en volume vaak gebruikt om waardes te coderen, maar worden vaak incorrect beoordeeld (onderschat)
Cyclical Power Model: cilinder voor een deel ‘gevuld’ waarbij hoeveelheid bepaald moet worden hoe meer referentiepunten hoe beter de hoeveelheid ingeschat wordt. Task dependency and the proximity compatibility principle 4 typen taken behorende bij grafieken: 1) aflezen van 1 datapunt
2) locale vergelijking van 2 punten 3) globale vergelijking (meerdere combineren) 4) synthese: kijken naar alle data + extrapolatie (voorspellen wat er gebeuren gaat) Proximity Compatibility Principle ook bij grafieken: - Indien taak integratie van informatie vereist hoge display proximity (line graphs) - beoordelingen die focused attention vereisen lage proximity (bar graphs) - belangrijk om legendes en labels dicht bij hetgeen ze naar verwijzen te plaatsen Minimize the number of metal operations - Minder operaties reduceren verwerkingstijd en kans op fouten - Kleinere afstand tussen elementen reduceert scanning tijd van een naar een ander element
-
De Data-Inkt Ratio Hoeveelheid inkt voor non-data minimaliseren. Non-data vertraagt zoektijd voor relevante waarde en zorgt voor meer fouten plaatjes als achtergrond zijn ook nadelig voor response tijd, accuratesse, enz.
Multiple Graphs Meerdere grafieken in een plot laten gerelateerde sets data zien. Vier specifieke elementen zijn belangrijk voor het laten zien van de relaties tussen de grafieken: 1. coding variables: kwantitatieve variabelen op x-as, als alle variabelen kwalitatief zijn moeten de belangrijkste verschillende gecodeerd worden als de variabelen die gerepresenteerd worden door de 2 punten op elke lijn. 2. consistency: consistent zijn met codering van data 3. highlighting differences: geef verschillen tussen grafieken aan 4. distinctive legends: legenda’s van gelijke grafieken moeten verschillende kenmerken aangeven Grafiekontwerper kan twee doelen hebben: - bepaalde boodschap overbrengen aan lezer - manier van kijken en verkennen van data bieden
Dials, meters, and indicators: display compatibility Grafieken geven een statische weergave van kwantitatieve, analoge data; wijzerplaten, meters enz. zijn dynamische indicators en geven verandering van status weer. Deze moeten overeenkomen met informatieverwerking en mentaal model van gebruiker: display compatibility. Belangrijk om onderscheid te maken tussen analoge en continue systemen en digitale en discrete systemen. Bij analoge systemen wordt gedrag bepaald door fysieke elementen (bijv. snelheid auto) die continu veranderen. Er kan zowel statische als dynamische display compatibility zijn. The static component: pictorial realism Display representatie moet lijken op wat het representeert Twee componenten: - Indien systeem variabele analoog dan display ook analoog - Require absolute value of an indicator with high precision: use digital - Want to see rate of change: analog
-
- Want to see magnitude of change: analog - Want to estimate at a glance the distance of a variable from some limit: - analog - Temperature, pressure, speed, power, direction: analog Richting en vorm van display moeten ook compatibel zijn met systeem variabelen, en de mentale representatie daarvan - bad: showing a high altitude on the bottom of a display - bad: showing a high temperature at the bottom of a display - bad: circular dial represents linear variable (like for altitude)
Compatibiltiy of display movement Moving part: Als in het echt iets beweegt ook met bewegende display weergeven, daarbij gelijkheid tussen richtingen in display, werkelijkheid en mental model belangrijk. The frequency-separated display - inside-out: zoals piloot ziet, afb. (a) pictorial realism, maar juist weer niet principe van moving part (vliegtuig blijft stil op display) - outside-in: zoals vogel het vliegtuig ziet, afb. (b) Dus: probleem bij kiezen juiste display, daarom: frequency-separated display (c) Juiste principe op het juiste moment: - hoge frequentie responses: principe van moving part geldt - langzame verandering (bv. bijna statische snelheid): principe van pictorial realism geldt - als vliegtuig snel beweegt dan ook op display (outside-in) en vervolgens past omgeving zich langzaam aan (inside-out) Ecological interface: display geeft ook beperkingen van werkelijkheid weer.
Three dimensions and depth Kenmerken van diepte waarnemen: - Object Centered (pictorial cues) o linear perspectief o interposition: objecten voor elkaar plaatsen o hoogte: hoe hoger hoe verder o licht en schaduw o relatieve grootte: gebaseerd op wat we weten van hoe groot iets is o texture: fijnere structuur is verder weg o proximity luminance covariance: hoe dichterbij hoe duidelijker o atmospheric perspective: verder weg is onduidelijker en minder gedetailleerd o motion parallax: dingen die verder weg zijn bewegen langzamer - Observer Centered (gebaseerd op eigenschappen van ons visuele systeem) o binocular disparity: inschatting van afstand door verschil tussen wat beide ogen zien o convergence: oog kan zich focussen op iets
o
accommodation (monocular): oogspieren vervormen lens zodat je scherp ziet: mate van aanspanning van deze spieren is maat voor hoe dichtbij iets is
Als meerdere cue’s een verschillend signaal afgeven, moeten we deze verwerken en tot een conclusie komen. Soms gaat het fout. 3D Displays van 3D Ruimte Reden om 3D display te gebruiken voor 3D wereld: meer compatible met mental model 3D is beter voor ruimtelijke oplettendheid en taken waarbij integratie van informatie uit 3 dimensies nodig is, 2D kan benodigde info wel geven, maar er is mentale inspanning nodig om de informatie te integreren en plaatje te vormen. -
3D displays zijn nadelig bij focused attention tasks betreffende 1 of 2 van de dimensies 3D kan foute hypotheses opwekken voor diepte en afstand er zijn ook stereoscopische displays, die voor beide ogen een iets verschillend plaatje geven, dit kan niet iedereen zomaar begrijpen
Hoofdstuk 5 Navigation and Interaction in Real and Virtual Environments Tijdens het ontwerpen van virtuele omgevingen helpt het om te kijken naar dingen als dat we onze beweging controleren in de ruimte, welke info uit de omgeving we daarvoor nodig hebben, wat ervoor zorgt dat we iets plannen enz. De informatie die op de gebruiker afkomt is dynamisch en verandert dus constant.
Navigation and spatial cognition Beoordeling van egomotion (waar ben ik en waar ga ik heen, hoe snel beweeg ik en hoe ver weg is het) door mensen, o.a. door visuele cues. Deze worden soms ‘optical invariants’ genoemd. Een aantal: - compression en splay o compression: afnemende mate van detail door afstand, bv. afnemende afstand tussen horizontale lijnen o splay: bv. hoek tussen verticale (evenwijdige) lijnen, geeft met name informatie over hoogte o snelheidswaarneming beinvloed door verandering in compression & splay - optical flow o geeft informatie over bewegingsrichting d.m.v. verschil in bewegingssnelheid van individuele punten in ons zichtveld, geeft naderingshoek - tau = time-to-contact o hoe lang het duurt voordat de bewegende kijker contact maakt met iets o met name gebaseerd op expansie-snelheid (wat dichterbij komt wordt groter), ook beïnvloed door bekendheid, relatieve afmetingen, eigen beweging, e.d. - global optical flow o bepaalt indruk eigen snelheid o beïnvloed door eigen hoogte (bv. lage sportwagen vs. taxi-ing in een 747) - edge rate (bewegen randen, grovere details) o snelheid waarmee grovere ‘details’ voorbijkomen, hoe meer details er voorbij komen hoe sneller men denkt te gaan (bv. naderingsstrepen op steeds kleinere afstand van een kruispunt deden ongevallen afnemen) Automatische verwerking van de cues gebeurt door door gespecialiseerde informatieverwerkingsmodules. Navigation and understanding of 3-D space Hoe representeren mensen een omgeving in hun geheugen? - representaties zijn veelal vervormd, ‘rectilinear normalization’ (een bochtige weg wordt recht, neiging to 90° hoeken - geprefereerde (=canonical) oriëntatie van de representatie, mensen verwachten dingen op bepaalde manier (bij kaart is noord boven, bij tour ga je via hoofdingang naar binnen) taak- en persoon-afhankelijk - drie soorten geografische representaties: o landmarks: kenmerkende objecten (vanuit eigen perspectief: egocentrisch) o route knowledge: verbale beschrijving (bv. “rechts, dan 2e links” etc, = egocentrisch) o survey knowledge: kaart (exocentrisch)
navigatie-ondersteuning - egocentrisch: voorkeur bij verplaatsen (probleem als je verdwaalt) - exocentrisch: voorkeur bij beschrijving aan meerdere reizigers - verbale aanwijzingen o voordeel: verbaal/auditief o nadeel: niet flexibel bij afwijkingen - ruimtelijke (spatiele) aanwijzingen (kaart) o voordeel: compatibel (bv. bij afwijkingen van de route) o nadeel: veelal teveel (nutteloze) informatie (‘clutter’) Voor navigeren tijdens een reis is een egocentrische ondersteuning optimaal: perspectief is meest bekend (geen extra omzetting) en toont wat er aan komt. Bij heading up: geen kaart-/mentale rotatie nodig. Voor verkennen (‘understanding’) van een omgeving is exocentrische ondersteuning (m.n. plattegrond) optimaal: niet-draaiend perspectief is minder verwarrend, geeft overzicht en geen beperking van het beeld. Afstanden en richtingen zijn beter te schatten, geen perspectivische vervorming (zoals bij egocentrisch beeld). Augmented (‘uitgebreide’) displays: verbeteren display-eigenschappen door extra informatie, bijv. combineert perspectieven (bv. exo- & egocentrisch display), extra landmarks, raster, enz.
Virtual environments Virtual Environments: “multisensory experience of locations through artificial means, including active manipulation” (betere term dan ‘Virtual Reality’) Eigenschappen die VE versterken: - 3 dimensionaal perspectief - dynamisch beelden, beweging - interactiviteit (korte delay) - ego-centered frame of reference - multimodale interactie (zicht, geluid, gevoel, enz.) - bij head mounted displays: hoofdbewegingsmeting (head tracker) Hoe meer van deze eigenschappen, hoe meer immersion steeds duurder en logger Augmented reality: virtual object elements zijn toegevoegd aan werkelijkheid. Voordelen VE - stuurtaken mogelijk vanwege egocentrisch perspectief - training: veiliger en vaak goedkoper dan echt - beter begrip, verkennen van binnen uit (bv. architect, chemicus) Nadelen/problemen VE - Vaak toch duur - Computationeel intensief (renderen in real-time lastig machine-afhankelijk) - vereenvoudigen schaadt realisme onderzoek naar optimum - vervormingen bv. - 2D-3D effect: vlak lijkt stijgend - virtual space effect: objecten lijken hoger te staan - onderschatting van (diepte-)afstanden - verdwalen, geen overzicht, relatieve positie (kaart toevoegen) - motion sickness bij sommigen
Visualizing information Wetenschappelijke visualisatie - moderne technologie toepasbaar voor weergave van informatie - interactieve weergave van zeer kleine/grote objecten - (ruimtelijke) afstand wordt gebruikt als metafoor voor semantische/hiërarchische afstand: o muis, cursor o menu’s (cognitive distance = organizational distance) - ruimtelijke afstand onderscheid categorieën van commando’s: File, Edit, View, Insert … o spreadsheet (Excel): afstand tussen cellen - bv. wetenschappelijke informatie: vloeistofstromen, (atmosferische) turbulentie, chemicus, computer-aided design, ergonomisch ontwerp Informatie visualisatie Organisatie van database moet overeenkomen met mentale organisatie van gebruiker: - cognitive distance: hoe 2 informatiebronnen gerelateerd zijn voor de gebruiker - organizational distance: afstand tussen 2 items in een menustructuur een effectief menu zorgt ervoor dat deze twee overeenkomen Problemen kunnen optreden, zoals verliezen van overzicht (verdwalen). Om te zorgen voor overzicht én zichtbare details, werken met bijv. fisheye view, data wall, cone tree, etc. World wide web Visual momentum: vier richtlijnen tegen verdwalen wees consistent in symbool gebruik over pagina’s, ook display elementen constistent gebruiken vloeiende overgangen: zoomen ipv. discrete veranderingen belangrijke informatie blijvend benadrukken (door bv. kleur, helderheid) toon locale positie in overzichtsbeeld (bv. de positie van een land op de wereldkaart)
Hoofdstuk 6 Language and Communications The perception of print Verschillende levens van verwerking: - Om een zin te lezen: woorden analyseren - Om woorden te analyseren: letters interpreteren - Elke letter is een combinatie van lijnen, hoeken en curven - Als we lezen verwachten we bepaalde letters en bepaalde patronen van letters
Twee soorten verwerking: Bottum-up / Data-driven processing: letters > woorden > zinnen Top-down / Context-driven processing: door context weet je dingen Top-down processing is belangrijk, want invloed van de context kan stimulus degradatie compenseren. (bijvoorbeeld als een letter zelf niet duidelijk is wordt hij door de zin wel duidelijk, zie ‘the cat’) ‘Word-superiority effect’: een letter in een woord wordt sneller verwerkt dan een letter op zich
Belangrijke factoren zijn: - kwaliteit van de zintuigen - context - redundancy - vertrouwdheid - consistent zijn Samengevat in een model:
Applications of unitization and top-down processing Unitization (the configuration of smaller units of information into large coordinated units): - Kritieke informatie beter onder aandacht brengen door het ontwikkelen van automatische verwerking in plaats van de intensiteit van een signaal te verhogen. - Kleine letters zijn beter te lezen dan HOOFDLETTERS, al valt in een tekst een woord met HOOFDLETTERS wel beter op. - Door unitization worden woorden sneller verwerkt dan afkortingen - Data wordt snelst verwerkt in chunks van 3 of 4 digits. Context-Data Trade-Offs Voorbeeld: hand-held display unit grote letters verbeteren bottum-up verwerking maar kan weinig tekst weergegeven worden; kleine letters is meer woorden dus verbeteren top-down verwerking maar moeilijker te lezen dus verslechteren bottumup verwerking. Keuze hangt af van type data: - veel redundancy kleinere letters - random letters/cijfer/symbolen grotere tekens - slechte displaykwaliteit grotere tekens Top-down verwerking wordt geholpen door een boodschap te beperken in aantal woorden. (?) Code Design: Economy versus Security Shannon-Fano principe: Meest efficiente code wordt gegenereerd tussen de lengte van een boodschap en de informatiewaarde - Waarschijnlijk toestand kort berichten - Onwaarschijnlijke toestand lange berichten Belangrijk voor veiligheid om datakwaliteit te verbeteren: redundancy ipv efficiency Een code (bijv. afkorting) moet betekenisvol zijn. Codes moeten kort zijn. Niet slim om onnodig cijfers toe te voegen (nr. 0003457). Soms voor duidelijkheid alpha, bravo, charlie ipv a, b, c.
Recognition of objects Top-Down and Bottom-Up Processing We zien objecten als combinaties van een klein aantal basisfiguren, nl. Simpele geometrische figuren. Daarbij is vertrouwdheid belangrijk, maar ook eenmaligheid. Volgens Biederman zijn de basisfiguren zoals op de afbeelding hiernaast. Pictures and Icons Afbeeldingen worden net zo snel herkend als woorden, als het niet sneller is. Wel letten op leesbaarheid en interpretatie. Plaatjes kunnen versterkt worden met tekst.
Comprehension Instructies soms moeilijk te volgen, readability formulas (Bailey’s): 1. direct zeggen wat nodig is zonder overschot aan woorden 2. vertrouwd taalgebruik 3. alle informatie moet expliciet vermeld worden (niet veel: ‘het’) 4. verschillende punten nummeren of scheiden, ipv in een lang verhaal zetten 5. belangrijke dingen highlighten Belangrijke punten bij begrijpen: − context − command versus status (geef je een commando of alleen status weer): bij hoge mate van stress is commando beter, wordt sneller verwerkt − linguistic factors: “aan” ipv “niet uit”, positieve beweringen worden sneller verwerkt − abcense of cues: mensen nemen beter weer als iets onverwachts ineens aanwezig is ipv dat iets wat verwacht wordt mist − congruence and order reversals: logische volgorde volgen (A>B>C ipv B>C>A) − working memory load: zorgen dat door nieuwe instructie te geven de oude niet uit WM verloren gaat, dus eerst 1 ding afhandelen is beter
Multimedia instructions
Tekst, afbeeldingen en geluid worden gebruikt voor instructies. Er zijn drie guidelines in de volgende gebieden: − Optimale medium − Niveau van redundancy − Benodigde realisme Optimale medium Tekst en afbeeldingen moeten aangepast worden aan hun relatieve sterkte: − Afbeeldingen: voor analoge, spatiele relaties en complexe spatiele patronen − Tekst: voor meer abstracte informatie zonder .. − Geluid: zorgvuldig gebruiken, vraagt veel van WM om spraak te begrijpen medium kiezen als functie van materiaal of taak en niet als functie van wat de gebruiker fijn zou vinden Redundancy Gebruik maken van combinaties van media zodat redundancy optreedt. Tekst en afbeeldingen zoveel mogelijk integreren, dus niet laten wachten op afbeelding (op bijv. volgende pagina). Onderzoek suggereert dat geluid met afbeeldingen beter werkt dan tekst met afbeeldingen: je kan kijken naar afbeeldingen en luisteren tegelijk (twee modaliteiten) beter dan kijken naar tekst en afbeeldingen tegelijk (een modaliteit). Benodigde realisme Meer realisme is niet altijd beter, simpele tekeningen met lijnen zijn vaak al voldoende.
Product Warnings waarschuwingen moeten worden: - opgemerkt human attention; auditief beter dan visueel; designprincipes - gelezen belangrijkste moet leesbaar zijn - begrepen vier componenten: signal word, beschrijving gevaar, gevolgen, gewenste gedrag - nageleefd door minimaliseren van cognitieve en fysieke inspanning en prestatiekosten
Speech perception Ook bij spraak bottom-up en top-down processing. Bottom-up: fonemen lettergrepen woorden. Maar spraaksignaal is continu/analoog, dus soort van analoog naar digitaalomzetting is nodig. Representation of Speech Spraakstimulus wordt geanalyseerd mbv Fourier-analyses. Uiteindelijk wordt er een ‘speech spectrograph’ van gemaakt: op de x-as de tijd, op de y-as de frequentie en de breedte van de grafiek geeft de amplitude weer. [afbeelding invoegen! > klank ‘da’] Units of speech perception - Fonemen: te vergelijken met letters, maar fysieke vorm hangt ook sterk af van context: ‘invariance problem’ (k in kid anders dan k in lick) - Lettergrepen: combinatie van 2 of meer fonemen, lettergreep-unit is relatief onveranderlijk, mensen zijn gedeeltelijk afhankelijk van de lettergreep-unit in spraakperceptie - Woorden: komen niet geheel overeen met fysieke spreekgeluid, daardoor ‘segmentation problem’ fysieke pauzes komen niet overeen met woordgrenzen (she uses st*and*ard oil) Top-down processing of speech Door invariance problem en segmentation problem bij bottom-up processing is topdown processing erg belangrijk. Uit experiment blijkt dat hoe minder context hoe sterker het signaal moet zijn voor gelijke prestatie. Woordgrenzen zijn dus niet duidelijk uit fysieke pauzes: dus deze moeten wel uit context gehaald worden. Applications of voice recognition research Onderzoek en theorie van spraakperceptie hebben 2 belangrijke categorieën toepassingen: - ontwerpen van speech recognition systems - meten en voorspellen van effect van verstoring van spraakbegrip Frequentie is belangrijker dan volume bij verstoring. Articulation Index (AI): vergelijking spraak en achtergrondgeluid door verdelen in frequentiebanden. Horen is
niet altijd begrijpen: 1 AI kan meerdere soorten begrip hebben. Uitzetten in diagram met op y-as ‘intelligibility’, het aantal begrepen woorden. Reduncancy is belangrijk, maak gebruik van carrier sentence (your fuel is low ipv fuel low) Communications - Nonverbale communicatie: 1. de mond visualiseren 2. nonverbale cues: vb. bewegingen met lichaam en gezichtsuitdrukkingen 3. disambiguity: feedback door bijv. gezichtuitdrukkingen van publiek 4. gedeelde kennis van handelen - Video mediated communications Video geeft niet evenveel hulp bij begrijpen als face-to-face contact. - Crew resource management Steeds meer aandacht voor effectieve communicaties en belang ervan in multioperator omgevingen, zodat teamprestatie verbetert (door trainingen).
Hoofdstuk 7 Memory and Training Working memory (WM): tijdelijke opslag tot gebruik, ‘workbench’, voordat naar LTM gaat. Long Term Memory (LTM): opslag van feiten over de wereld en handelingen
Working memory 3 hoofdcomponenten: - phonological store linguistic form - visuospatial sketchpad typical/visual images - central executive controle van alles Code interference De verbale-fonetische en visuelespatiele codes van het WM blijken elkaar meer te helpen dan tegen te werken. Ze maken geen gebruik van dezelfde beperkte verwerkingsruimte of aandacht. Als twee taken die uitgevoerd moeten worden die van dezelfde code gebruik maken, werkt dit dus minder goed dan wanneer ze beide van een andere code gebruik maken. Stimulus/central processing/response compatibility: - optimale combinaties blijken: - visueel-ruimtelijk-manueel - auditief-verbaal-vocaal - spraak blijft langer hangen in het sensorisch geheugen (‘echoisch geheugen’) dan visuele informatie (‘iconisch geheugen’) - lange boodschap: beter visueel Optimum assingment of display format to working memory code
Limitation of WM: Duration and Capacity Duur: WM heeft een beperkte duur (brown-peterson paradigm) Capaciteit: WM heeft een beperkte capaciteit. ‘Memory span’: limietaantal te onthouden items (7±2). ‘Item’ chunk = set stimulusunits bij elkaar gehouden door associaties vanuit LTM. Chunking wordt geholpen door ‘parsing’ opdelen ( [27 48] beter dan [2 7 4 8]), daarbij helpen associaties (vb: deel telefoonnummer is geboortejaar).
Interference and confusion Twee soorten interferentie: - Proactive Interference (PI): activiteiten voor het onthouden belemmeren terughalen - Retroactive Interference (RI): activiteiten na het onthouden belemmeren terughalen Verwarring ontstaat door gelijkenis van verschillende te onthouden items. Regels: - geen lange series gelijkende chunks - verschillende codes gebruiken (verbal – spatial) - cijfercodes gebruiken die goed te onthouden zijn (vb. 333,888) - voor, tijdens en na onthouden geen storende activiteiten die zelfde code gebruiken Running memory Interferentie treedt op door gelijkheid van meerdere attributen. Beter om van 1 object verschillende waardes te onthouden ipv 1 waarde van meerdere objecten. Interferentie kan verminderd worden door combinatie met ruimtelijke locaties.
Expertise en memory Expertise: domeinspecifiek - verkregen door oefening/training in domein - zorgt voor prestatieverbetering - berust op gespecialiseerde kennis Gebruik expertise bij taken kan op twee manieren: - ‘intrinsic’: expertise in die taak (schaken) - ‘contrived’: expertise ondersteunt taak (bv. schakers kennen posities alle stukken) Onze bekwaamheid van chunking hangt af van expertise in dat domein. Skilled memory Bij experts treedt er weinig interferentie op door het doen van een andere (verbale of spatiele) taak tegelijk met een geheugentaak. Waarschijnlijk is dit zo omdat experts de taakgerelateerde informatie opslaan in ‘retrieval structure’ van het Long Term Working Memory (LT-WM). LT-WM: gebruikt het gewone LTM geheugen, maar toegang gaat o.g.v. complexe cue structuren in WM. Hierdoor is er een directe activatie van een zeer groot aantal taak-specifieke chunks. Voor zo’n LT-WM is expertkennis noodzakelijk. Een chunk in het WM komt ongeveer overeen met de ‘retrieval structure’.
Planning and problem solving
Planning en probleemoplossen vinden plaats in central executive. Keuzemoeilijkheid neemt toe bij: - meer alternatieven per subprobleem - meer gelijkwaardigheid van alternatieven - keuze beste beslissing wordt bemoeilijkt door WM capaciteit Keuze van een oplossing wordt mede bepaald door de kosten van het zoeken naar en uitvoeren van een oplossing. Mensen neigen tot opportunistisch plannen: voortdurend bijsturen gedurende uitvoering: ‘goedkoop’ maar minder optimaal alleen kijken naar korte termijn ipv lange termijn
Situation awareness Situation awareness: bewust van huidige situatie en de zich daaruit ontwikkelende situatie (bv. betrek moment van dag bij route planning ivm drukte). Situation awareness is gerelateerd aan expertise (retrieval structure, WM) en domeinspecifiek. Ook kost het aandacht (STM, LTM). Situation awareness wordt verminderd door werkdruk (bv. tunnelvisie).
Learning and training
Expertise: kennis én vaardigheden opgeslagen in LTM als - procedurele kennis: hoe? (vaardigheid) - declaratieve kennis: wat? (feitenkennis, beschrijvend) Twee cognitieve modellen die ‘leren’ beschrijven: ACT-R (Anderson) en SOAR (Newell). Beide zijn productieregelsystemen, essentie: IF
THEN , bv. IF doel=optellen AND S1=7 AND S2=3 THEN R=10 - productieregel procedurele kennis - doelen, condities, acties declaratieve kennis chunks Model SOAR maakt geen onderscheid tussen procedurele en declaratieve kennis. Uitgangspunten produktieregelsystemen: - mensen generaliseren concrete gebeurenissen (niet abstract) berust op terughalen van specifieke gevallen (‘instances’) - leren: uitbreiding van ‘instances’ repertoire - retrieval uit LTM context afhankelijk - inzicht in leren d.m.v. productieregelsystemen laat zien hoe getraind moet worden Trainingskeuze bepaald door: beste resultaat in kortste tijd langste herinneringsvermogen goedkoopste samen vormen deze criteria de training efficientie. Transfer of training: van de ene naar de andere taak, in hoeverre het leren van iets nieuws voortbouwt op wat voorheen geleerd is. Van belang voor trainingen: bv. van leeromgeving (simulator) naar een echte taak. Factoren die transfer of training beïnvloeden: - vergelijkbaarheid training en echte taak o identiek: positieve (maximale) transfer o volledig anders: geen transfer o gelijkenis (S) gecombineerd met tegengestelde taakeisen (bv. andere S-R mappings): negatieve transfer TER: transfer effectiveness ratio = opbrengst/kosten (zie afb.) TCR: training cost ratio = kosten echte taak / kosten training TER x TCR > 1: kosteneffectief 0 < TER x TCR < 1: nut hangt af van veiligheid en mogelijke praktische problemen Afnemende meeropbrengst nut van extra trainingstijd (TER dus) neemt af
controle groep
positieve transfer
geen transfer
negatieve transfer
Gelijkenis trainingssimulator hoeft niet perfect te zijn o realistische simulatoren zijn duur (toename van TCR, zonder toename van TER) o grotere gelijkenis kan negatieve transfer geven(bv. slechte bewegingssimulatie) o te complexe taak kan afleiden van de te leren vaardigheid Trainingstechnieken 1. practice and overlearning: oefening zorgt voor verbetering van prestatie, maar bij ‘overlearning’ neemt prestatie niet meer toe, maar werkbelasting en vergeten nemen wel af 2. rehearsal: - maintenance rehearsal: herhalen in WM, matig leereffect - elaboration rehearsal: relateren aan bestaande kennis chunking, beter bij actieve betrokkenheid, beter leereffect 3. cognitive load theory: training lijdt onder WM belasting Dus belangrijk om WM belasting te verminderen, door bv. gebruik diagrammen, verschillende sensorische modaliteiten, uitgewerkte voorbeelden.
4. part-task training: verschillende delen apart trainen 4a. segmentation - elke seriële fase apart oefenen (piano: delen in het stuk) - met name zinvol bij uiteenlopende moeilijkheid 4b. fractionation - afzonderlijk oefenen van gelijktijdige taken (piano: per hand apart oefenen) - laat automatisering toe maar coördinatie wordt niet geleerd: uiteindelijk effect varieert - fractionation werkt indien: 1. deeltaken onafhankelijk zijn of gebruik maken van verschillende WM subsystemen 2. de belangrijkste deeltaken apart geoefenend worden; techniek van ‘backward transfer’ geeft kritische deeltaken aan 3. aandacht geven aan moelijke deeltaken (‘varied-priority training’) 5. guided training: voorkom herhaald fouten maken door directe terugkoppeling (bv. training wheels) 6. knowledge of results: direct ná afloop aanbieden van resultaten werkt motiverend en prestatieverbeterend 7. learning by example: twee technieken: annotation: benadrukking van belangrijke delen elaboration: vragen laten beantwoorden kan highlights accentueren 8. mapping consistency altijd zelfde symbolen en mappings gebruiken (tenzij dat later ook niet gebeurt)
Long-term memory: representation, organization, and retrieval
Door leren en trainen wordt informatie opgeslagen in lange termijn geheugen. Kennis kan procedureel (handelingen) of declaratief (feitenkennis) zijn. Ander onderscheid is tussen algemene kennis (semantisch geheugen) en specifieke gebeurtenissen (episodisch geheugen). Mentale representatie bepaalt hoe informatie aangeboden moet worden (met name van belang voor beginners) bv. psycholoog zoekt in een boek onder ‘perceptie, visueel’ een ingenieur onder ‘visuele displays’, dus inhoudsopgave moet breed en redundant zijn. Hoe bepaal je een mentale representatie? door ‘knowledge acquisition techniques’ kijk je hoe kennis bij een expert gestructureerd is. Aantal methoden: - scaling: semantisch netwerk, geeft weer hoe dingen gerelateerd zijn (gebaseerd op experts die rating van conceptparen geven) - protocol analyse: expert bepaalde taken laten doen en daarbij hardop te laten denken - Interviews, observaties, analyses van documenten (manuals) Beeld van de kennis wordt weergegeven in een conceptual graph.
Mental model is een mentale structuur die begrip van een systeem door de gebruiker reflecteert: - verder dan gebruiksprocedures (bv. werking), geeft flexibiliteit in gebruik, voorspellingen effecten onbekende acties - soms incorrect, daarom goed aangeleerd te worden - niet altijd beter dan aangeleerde procedures Recall and recognition Twee vormen van ophalen uit geheugen: - recall herinneren, actief: informatie uit geheugen ophalen (vb. telefoonnr.) - recognitie herkenning: je krijgt info welke je moet vergelijken met info uit geheugen (vb. ooggetuige) Problemen treden op, bijvoorbeeld door verschil expert / nieuweling in gebruik computer: expert wil graag korte commando’s, een nieuweling een uitgebreide, duidelijke menustructuur een goed systeem combineert beide. Fouten treden op door: - retro-active en pro-active interferentie - verwarring door soortgelijke informatie - afwezigheid retrieval cues - vergeten na verloop van tijd Geheugen voor gebeurtenissen Twee soorten bias: vergeten van dingen en inkleuren van de herinnering met iets dat niet gebeurd is met name bij experts. Top-down verwerking werkt op het geheugen voor gebeurtenissen. Mensen hebben de neiging tot te groot zelfvertrouwen (overconfidence): denken dat ze het wel kunnen. Mogelijk om valse herinneringen in te planten: bijv. door suggestieve vragen bij een verhoor (“hoorde u de klap?”) of door foto’s van personen te zien na de gebeurtenis en zo te denken dat die personen er echt bij waren repressed memory syndrome Skill retention Vaak moeten mensen een geleerde vaardigheden uitoefenen (skill retention) uit procedural memory. Gaat vaak nauwkeurig en gemakkelijk en wordt nauwelijks vergeten (skien), tenzij oorspronkelijk niet voldoende getraind. Factoren die onthouden vaardigheid beïnvloeden: - overlearning (automatisch bij dagelijkse taken) - soort taak: cognitieve taken (bv. hoe een programma te gebruiken) sneller vergeten dan perceptueel-motorische taken (bv. auto rijden) - individuele verschillen: snel leren minder vergeten
