Mensch-Maschine-Interaktion

Andreas Butz, Antonio Krüger

• Publisher: De Gruyter Oldenbourg
• Year: 2017
• eBook ISBN: 9783110476453
• Edition: 2
• Topic: Informatik
• Subtopic: Künstliche Intelligenz (KI) & Semantik

Dieses kompakte Grundlagen-Lehrbuch orientiert sich in Inhalt und Aufbau an einer einführenden Vorlesung zum Thema Mensch-Maschine-Interaktion und lehnt sich an das von der Association for Computing Machinery (ACM) vorgeschlagene Curriculum des Gebiets an. Es besteht aus vier großen Teilen. Davon umfassen die ersten drei den Stoff der Grundvorlesung und behandeln nacheinander die menschliche Seite (u.a. Wahrnehmung, Informationsverarbeitung, Motorik), die Seite der Maschine (u.a. technische Grundlagen, etablierte Interaktionsformen) und den Entwicklungsprozess (User Centered Design, Prototypen, Evaluation). Der vierte Teil gibt einen Ausblick auf spezielle Anwendungsgebiete (Desktop und Web, Touch, mobile Interaktion, Ubiquitous Computing, VR und AR) und bildet damit den Leitfaden für eine aufbauende Vorlesung. Die vorliegende zweite Auflage wurde in den Grundlagenteilen ergänzt und im Anwendungsteil deutlich erweitert.

Begleitet wird das Buch durch eine Webseite (mmibuch.de) mit Material für Studierende (Übungsaufgaben, Musterlösungen, multimediale Inhalte) und Dozenten (Bildmaterial, Vorlesungsfolien, weiterführende Literatur).

Andreas Butz

studierte Informatik an der Universitä t des Saarlandes und promovierte dort 1997. Nach einem Jahr an der Columbia University, New York sowie mehreren Jahren am DFKI Saarbrücken und als Geschäftsführer eines Technologie-Startup erhielt er 2004 einen Ruf an die Ludwig-Maximilians-Universität, München, wo er heute den Lehrstuhl für Mensch-Maschine-Interaktion innehat. Seit 2014 lehrt er das Fachgebiet zudem als Gastprofessor in Chengdu, China.

Antonio Krüger

studierte ebenfalls Informatik an der Universität des Saarlandes und promovierte dort 1999. Nach mehreren Jahren am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz erhielt er 2004 einen Ruf an die Universität Münster und 2010 den Lehrstuhl für »Ubiquitous Media Technologies« an der Universität des Saarlandes. Daneben ist er Direktor des »Innovative Retail Laboratory« amDeutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz.

Teil IV:Ausgewählte Interaktionsformen

15Grafische Benutzerschnittstellen am Personal Computer

15.1Personal Computer und Desktop Metapher

Historisch gesehen war der Computer in seiner Anfangszeit (etwa ab den 1940er Jahren) eine große und teure Maschine, die vor allem durch Spezialisten bedient wurde, die sich auch mit Aufbau und Funktion des Computers bestens auskannten. Später, im Zeitalter der Großrechner (engl. Mainframe) (etwa ab den 1960er Jahren), konnten solche Rechenanlagen dann auch mehrere Benutzer gleichzeitig versorgen. Jeder Benutzer hatte einen Textbildschirm und eine Tastatur zur Verfügung (zusammen ein sogenanntes Terminal) und konnte daran Kommandos eingeben, Dateien verwalten und editieren, und auch Programme schreiben und ausführen lassen. Noch heute finden wir diese Kommandozeilen-Umgebungen in viele PC-Betriebssysteme integriert (siehe Abschnitt 8.1 und Abbildung 8.1 auf Seite 93).

Mit der weiteren Entwicklung der Technik wurden die Rechner dann immer kleiner und preiswerter, zunächst entstanden sogenannte Workstations, also Arbeitsplätze, die jedem Benutzer seinen eigenen Rechner zur Verfügung stellten, und schließlich (etwa ab den 1980er Jahren) der sogenannte Personal Computer oder PC, der auch preislich dann für Privatanwender erschwinglich wurde. Seit Beginn dieses Jahrtausends wird der Personal Computer zunehmend durch mobile Rechner (PDAs und Smartphones) ergänzt. Hinzu kommen etwa seit 2010 auch größere Tablets, die nicht mehr als mobile PCs verstanden werden. Die überwiegende Nutzungsform von Rechenleistung verschiebt sich derzeit weg vom klassischen PC und hin zu diesen meist durch Touch bedienbaren mobilen Bauformen (vgl. Kapitel 17 und 18).

Mit der technologischen Entwicklung der Computertechnik besaßen diese Personal Computer von Anfang an grafikfähige Bildschirme und ein grafisches Eingabegerät, die Maus, sowie die aus der Mainframe Zeit verbliebene Tastatur. Sie verarbeiteten Daten in einem flüchtigen Haupt- oder Arbeitsspeicher und legten sie auf einem nichtflüchtigen Speichermedium wie einer Festplatte oder Diskette ab. Die Maus war als Eingabegerät relativ gut untersucht und ihr Verhalten mit Gesetzmäßigkeiten wie Fitts’ Law oder dem Steering Law gut zu beschreiben (siehe Abschnitte 4.1 und 4.2).

Konzipiert waren sie zur Erledigung von Büro-Arbeiten, und einer der konzeptuellen Vorläufer des PC, die Star Workstation (siehe Abbildung 15.1 auf Seite 168), wurde auch von einer Firma aus der Büro-Branche, Xerox, entwickelt. Da es darum ging, die Arbeitsabläufe eines damaligen papierbasierten Büros auf den Rechner zu übertragen, lag es auf der Hand, die Objekte und Aktionen dieser Umgebung auf dem Rechner grafisch abzubilden (siehe hierzu auch Abschnitt 7.10). So entstand die Desktop Metapher mit ihrer Schreibtischoberfläche, den Ordnern, Akten und Dokumenten. Die Elemente dieser Metapher sind uns mittlerweile so vertraut und erscheinen so selbstverständlich, dass sie im alltäglichen Sprachgebrauch oft mit den Begriffen für die technischen Umsetzungen vertauscht werden: Ein Dokument ist technisch gesehen als eine Datei abgelegt. Ein Ordner enthält konzeptuell mehrere Dokumente, genau wie ein Verzeichnis technisch mehrere Dateien enthält. Zum technischen Konzept des Laufwerks, also der Festplatte, Diskette oder der heutigen Halbleiterspeicher, existierte kein so richtig passendes Element in der Metapher, höchstens vielleicht der Aktenschrank, daher taucht das Laufwerk auch genau als solches in der Desktop-Umgebung auf und bildet damit eine Abweichung von der physikalischen Welt. Die Desktop Metapher ist also ein Beispiel für ein konzeptuelles Modell, das sich in manchen Bereichen recht nahe an das implementierte Modell anlehnt (vgl. Kapitel 5).

Abb. 15.1: Das Interface der Xerox Star Workstation (1981) mit den grafischen Elementen für Dokumente, Ordner und Ablagefächer sowie für die Werkzeuge Drucker, Taschenrechner und Papierkorb.

mmibuch.de/v2/a/15.1

Abb. 15.2: Grundlegende Elemente eines Fensters in einer heutigen Desktop-Umgebung.

mmibuch.de/v2/a/15.2

15.2Das WIMP Konzept

Die grundlegenden Elemente der grafischen Benutzerschnittstelle am PC sind Fenster, Icons, Menüs und ein Zeiger, der den Bewegungen eines Zeigegeräts wie z.B. der Maus folgt. Auf Englisch heißen diese Begriffe Window, Icon, Menu und Pointer, was zusammen das Akronym WIMP ergibt (engl. wimp = Feigling, Schwächling). Mit diesen 4 Grundelementen wird das Konzept der Direkten Manipulation umgesetzt (vgl. Abschnitt 8.4). Das WIMP Konzept ist jedoch allgemeiner als die Desktop Metapher und kann potenziell auch andere Metaphern umsetzen. Das Prinzip der Direkten Manipulation ist ebenfalls übergeordnet und findet beispielsweise in vielen Computerspielen Anwendung, ohne dass dort von Dokumenten und Ordnern die Rede ist.

15.2.1Fenster und Leisten

Der Begriff Fenster bezeichnet im Zusammenhang mit WIMP einen reservierten Bildschirmbereich, der für eine bestimmte Anwendung reserviert ist. Beispiele hierfür sind komplette Anwendungsfenster, aber auch kleinere Dialogboxen oder Meldungen. Fenster können (müssen aber nicht) beweglich sein. Sie können sich gegenseitig überlappen und verdecken, und ihre Anordnung auf dem Bildschirm ist keine triviale Aufgabe. Jede WIMP Umgebung hat für diesen Zweck eine Programmkomponente, die sich nur um die Verwaltung der Fenster kümmert. Unter LINUX gibt es verschiedene, austauschbare Window Manager, in Windows und Mac OS ist diese Komponente fester Bestandteil des Betriebssystems. Neben dem reservierten Bildschirmbereich sind Fenster oft mit einer sogenannten Dekoration versehen, die es erlaubt, das Fenster zu verschieben, zu skalieren, zu schließen oder zu minimieren. Auch in Betriebssystemen für kleinere Bildschirme, wie Windows CE gab es das Konzept von Fenstern noch, was jedoch kaum Sinn ergab, da fast alle Fenster (bis auf kleine Dialogboxen) den vollen Bildschirm beanspruchten. Auch in heutigen Smartphone Betriebssystemen existiert das Konzept des Fensters auf Software-Ebene noch, in der grafischen Benutzerschnittstelle fehlen jedoch die klassischen Dekorations-Elemente verschiebbarer Fenster. Benötigt der in einem Fenster dargestellte Inhalt mehr Platz als das Fenster bietet, so zeigt das Fenster üblicherweise nur einen Ausschnitt. Die Position dieses Ausschnitts kann mit den sogenannten Scroll-Balken eingestellt werden. Dabei zeigt der Reiter des Balkens die Position und meistens auch die Größe des Ausschnitts im Gesamtdokument.

Neben den Fenstern enthalten aktuelle Desktop Schnittstellen regelmäßig Leisten am Bildschirmrand, wie z.B. die Menüleiste in macOS oder die Task-Leiste in Windows. Diese Anordnung am oberen oder unteren Rand des Bildschirms hat den Vorteil, dass die vertikale Position nicht genau getroffen werden muss, sondern die Maus beliebig über den Bildschirmrand hinaus geschoben werden kann und dort hängen bleibt. Aus diesem Grund befinden sich dort häufig benötigte Funktionen, wie z.B. das Anwendungsmenü in der macOS Menüleiste oder die minimierten Fenster in der Windows Task Leiste. Eine weitere bevorzugte Position auf dem Bildschirm sind die Ecken, da dort die Maus gleich in zwei Richtungen hängen bleibt. Aus diesem Grund befinden sich dort die am häufigsten genutzten Funktionen des Betriebssystems, wie das Startmenü in Windows und das Systemmenü in macOS.

15.2.2Menü-Techniken

Menüs, die aus einer Leiste am oberen Bildschirmrand herabgezogen werden, heißen aus diesem Grund Pull-down-Menü (siehe Abbildung 15.3). Menüs, die an einer beliebigen Bildschirmposition erscheinen, wie das Kontextmenü vieler Anwendungen, heißen Pop-up-Menü. Beides sind lineare Menüs. Dies bedeutet, dass die verschiedenen Einträge des Menüs linear untereinander angeordnet sind. Je weiter entfernt von der Startposition sich ein Eintrag befindet, desto länger dauert es, ihn mit der Maus zu treffen. Dies folgt aus Fitts’ Law (siehe Abschnitt 4.1). Noch komplizierter wird es, wenn ein Eintrag des Menüs ein Untermenü öffnet. In diesem Fall muss sich der Mauszeiger zunächst zum betreffenden Eintrag...

Table of contents

• Cover
• Titelseite
• Impressum
• Inhaltsverzeichnis
• Einführung
• Teil I: Grundlagen auf der Seite des Menschen
• Teil II: Grundlagen auf der Seite der Maschine
• Teil III: Entwicklung Interaktiver Systeme
• Teil IV: Ausgewählte Interaktionsformen
• Bildnachweis
• Literatur
• Stichwortverzeichnis