Pinching sweaters on your phone – iShoogle : multi-gesture touchscreen fabric simulator using natural on-fabric gestures to communicate textile qualities

The inability to touch fabrics online frustrates consumers, who are used to evaluating physical textiles by engaging in complex, natural gestural interactions. When customers interact with physical fabrics, they combine cross-modal information about the fabric's look, sound and handle to build an impression of its physical qualities. But whenever an interaction with a fabric is limited (i.e. when watching clothes online) there is a perceptual gap between the fabric qualities perceived digitally and the actual fabric qualities that a person would perceive when interacting with the physical fabric. The goal of this thesis was to create a fabric simulator that minimized this perceptual gap, enabling accurate perception of the qualities of fabrics presented digitally. We designed iShoogle, a multi-gesture touch-screen sound-enabled fabric simulator that aimed to create an accurate representation of fabric qualities without the need for touching the physical fabric swatch. iShoogle uses on-screen gestures (inspired by natural on-fabric movements e.g. Crunching) to control pre-recorded videos and audio of fabrics being deformed (e.g. being Crunched). iShoogle creates an illusion of direct video manipulation and also direct manipulation of the displayed fabric. This thesis describes the results of nine studies leading towards the development and evaluation of iShoogle. In the first three studies, we combined expert and non-expert textile-descriptive words and grouped them into eight dimensions labelled with terms Crisp, Hard, Soft, Textured, Flexible, Furry, Rough and Smooth. These terms were used to rate fabric qualities throughout the thesis. We observed natural on-fabric gestures during a fabric handling study (Study 4) and used the results to design iShoogle's on-screen gestures. In Study 5 we examined iShoogle's performance and speed in a fabric handling task and in Study 6 we investigated users' preferences for sound playback interactivity. iShoogle's accuracy was then evaluated in the last three studies by comparing participants’ ratings of textile qualities when using iShoogle with ratings produced when handling physical swatches. We also described the recording and processing techniques for the video and audio content that iShoogle used. Finally, we described the iShoogle iPhone app that was released to the general public. Our evaluation studies showed that iShoogle significantly improved the accuracy of fabric perception in at least some cases. Further research could investigate which fabric qualities and which fabrics are particularly suited to be represented with iShoogle

Art and Design Practices as a Driver for Deformable Controls, Textures and Screen Interactions

In this thesis, we demonstrate the innovative uses of deformable interfaces to help de-velop future digital art and design interactions. The great benefits of advancing digital art can often come at a cost of tactile feeling and physical expression, while traditional methods celebrate the diverse sets of physical tools and materials. We identified these sets of tools and materials to inform the development of new art and design interfaces that offer rich physical mediums for digital artist and designers. In order to bring forth these unique inter-actions, we draw on the latest advances in deformable interface technology. Therefore, our research contributes a set of understandings about how deformable interfaces can be har-nessed for art and design interfaces. We identify and discuss the following contributions: insights into tangible and digital practices of artists and designers; prototypes to probe the benefits and possibilities of deformable displays and materials in support of digital-physical art and design, user-centred evaluations of these prototypes to inform future developments, and broader insights into the deformable interface research.Each chapter of this thesis investigates a specific element of art and design, alongside an aspect of deformable interfaces resulting in a new prototype. We begin the thesis by studying the use of physical actuation to simulate artist tools in deformable surfaces. In this chapter, our evaluations highlight the merits of improved user experiences and insights into eyes-free interactions. We then turn to explore deformable textures. Driven by the tactile feeling of mixing paints, we present a gel-based interface that is capable of simulating the feeling of paints on the back of mobile devices. Our evaluations showed how artists endorsed the interactions and held potential for digital oil painting.Our final chapter presents research conducted with digital designers. We explore their colour picking processes and developed a digital version of physical swatches using a mod-ular screen system. This use of tangible proxies in digital-based processes brought a level of playfulness and held potential to support collaborative workflows across disciplines. To conclude, we share how our outcomes from these studies could help shape the broader space of art and design interactions and deformable interface research. We suggest future work and directions based on our findings

Design and evaluation of a web-and mobile-based binaural audio platform for cultural heritage

PlugSonic is a suite of web- and mobile-based applications for the curation and experience of 3D interactive soundscapes and sonic narratives in the cultural heritage context. It was developed as part of the PLUGGY EU project (Pluggable Social Platform for Heritage Awareness and Participation) and consists of two main applications: PlugSonic Sample, to edit and apply audio effects, and PlugSonic Soundscape, to create and experience 3D soundscapes for headphones playback. The audio processing within PlugSonic is based on the Web Audio API and the 3D Tune-In Toolkit, while the mobile exploration of soundscapes in a physical space is obtained using Apple’s ARKit. The main goal of PlugSonic is technology democratisation; PlugSonic users-whether cultural institutions or citizens-are all given the instruments needed to create, process and experience 3D soundscapes and sonic narratives; without the need for specific devices, external tools (software and/or hardware), specialised knowledge or custom development. The aims of this paper are to present the design and development choices, the user involvement processes as well as a final evaluation conducted with inexperienced users on three tasks (creation, curation and experience), demonstrating how PlugSonic is indeed a simple, effective, yet powerful tool

A Tangible User Interface for Interactive Data Visualisation

Information visualisation (infovis) tools are integral for the analysis of large abstract data, where interactive processes are adopted to explore data, investigate hypotheses and detect patterns. New technologies exist beyond post-windows, icons, menus and pointing (WIMP), such as tangible user interfaces (TUIs). TUIs expand on the affordance of physical objects and surfaces to better exploit motor and perceptual abilities and allow for the direct manipulation of data. TUIs have rarely been studied in the field of infovis. The overall aim of this thesis is to design, develop and evaluate a TUI for infovis, using expression quantitative trait loci (eQTL) as a case study. The research began with eliciting eQTL analysis requirements that identified high- level tasks and themes for quantitative genetic and eQTL that were explored in a graphical prototype. The main contributions of this thesis are as follows. First, a rich set of interface design options for touch and an interactive surface with exclusively tangible objects were explored for the infovis case study. This work includes characterising touch and tangible interactions to understand how best to use them at various levels of metaphoric representation and embodiment. These design were then compared to identify a set of options for a TUI that exploits the advantages of touch and tangible interaction. Existing research shows computer vision commonly utilised as the TUI technology of choice. This thesis contributes a rigorous technical evaluation of another promising technology, micro-controllers and sensors, as well as computer vision. However the findings showed that some sensors used with micro-controllers are lacking in capability, so computer vision was adopted for the development of the TUI. The majority of TUIs for infovis are presented as technical developments or design case studies, but lack formal evaluation. The last contribution of this thesis is a quantitative and qualitative comparison of the TUI and touch UI for the infovis case study. Participants adopted more effective strategies to explore patterns and performed fewer unnecessary analyses with the TUI, which led to significantly faster performance. Contrary to common belief bimanual interactions were infrequently used for both interfaces, while epistemic actions were strongly promoted for the TUI and contributed to participants’ efficient exploration strategies

Personalized Interaction with High-Resolution Wall Displays

Fallende Hardwarepreise sowie eine zunehmende Offenheit gegenüber neuartigen Interaktionsmodalitäten haben in den vergangen Jahren den Einsatz von wandgroßen interaktiven Displays möglich gemacht, und in der Folge ist ihre Anwendung, unter anderem in den Bereichen Visualisierung, Bildung, und der Unterstützung von Meetings, erfolgreich demonstriert worden. Aufgrund ihrer Größe sind Wanddisplays für die Interaktion mit mehreren Benutzern prädestiniert. Gleichzeitig kann angenommen werden, dass Zugang zu persönlichen Daten und Einstellungen — mithin personalisierte Interaktion — weiterhin essentieller Bestandteil der meisten Anwendungsfälle sein wird. Aktuelle Benutzerschnittstellen im Desktop- und Mobilbereich steuern Zugriffe über ein initiales Login. Die Annahme, dass es nur einen Benutzer pro Bildschirm gibt, zieht sich durch das gesamte System, und ermöglicht unter anderem den Zugriff auf persönliche Daten und Kommunikation sowie persönliche Einstellungen. Gibt es hingegen mehrere Benutzer an einem großen Bildschirm, müssen hierfür Alternativen gefunden werden. Die daraus folgende Forschungsfrage dieser Dissertation lautet: Wie können wir im Kontext von Mehrbenutzerinteraktion mit wandgroßen Displays personalisierte Schnittstellen zur Verfügung stellen? Die Dissertation befasst sich sowohl mit personalisierter Interaktion in der Nähe (mit Touch als Eingabemodalität) als auch in etwas weiterer Entfernung (unter Nutzung zusätzlicher mobiler Geräte). Grundlage für personalisierte Mehrbenutzerinteraktion sind technische Lösungen für die Zuordnung von Benutzern zu einzelnen Interaktionen. Hierzu werden zwei Alternativen untersucht: In der ersten werden Nutzer via Kamera verfolgt, und in der zweiten werden Mobilgeräte anhand von Ultraschallsignalen geortet. Darauf aufbauend werden Interaktionstechniken vorgestellt, die personalisierte Interaktion unterstützen. Diese nutzen zusätzliche Mobilgeräte, die den Zugriff auf persönliche Daten sowie Interaktion in einigem Abstand von der Displaywand ermöglichen. Einen weiteren Teil der Arbeit bildet die Untersuchung der praktischen Auswirkungen der Ausgabe- und Interaktionsmodalitäten für personalisierte Interaktion. Hierzu wird eine qualitative Studie vorgestellt, die Nutzerverhalten anhand des kooperativen Mehrbenutzerspiels Miners analysiert. Der abschließende Beitrag beschäftigt sich mit dem Analyseprozess selber: Es wird das Analysetoolkit für Wandinteraktionen GIAnT vorgestellt, das Nutzerbewegungen, Interaktionen, und Blickrichtungen visualisiert und dadurch die Untersuchung der Interaktionen stark vereinfacht.An increasing openness for more diverse interaction modalities as well as falling hardware prices have made very large interactive vertical displays more feasible, and consequently, applications in settings such as visualization, education, and meeting support have been demonstrated successfully. Their size makes wall displays inherently usable for multi-user interaction. At the same time, we can assume that access to personal data and settings, and thus personalized interaction, will still be essential in most use-cases. In most current desktop and mobile user interfaces, access is regulated via an initial login and the complete user interface is then personalized to this user: Access to personal data, configurations and communications all assume a single user per screen. In the case of multiple people using one screen, this is not a feasible solution and we must find alternatives. Therefore, this thesis addresses the research question: How can we provide personalized interfaces in the context of multi-user interaction with wall displays? The scope spans personalized interaction both close to the wall (using touch as input modality) and further away (using mobile devices). Technical solutions that identify users at each interaction can replace logins and enable personalized interaction for multiple users at once. This thesis explores two alternative means of user identification: Tracking using RGB+depth-based cameras and leveraging ultrasound positioning of the users' mobile devices. Building on this, techniques that support personalized interaction using personal mobile devices are proposed. In the first contribution on interaction, HyDAP, we examine pointing from the perspective of moving users, and in the second, SleeD, we propose using an arm-worn device to facilitate access to private data and personalized interface elements. Additionally, the work contributes insights on practical implications of personalized interaction at wall displays: We present a qualitative study that analyses interaction using a multi-user cooperative game as application case, finding awareness and occlusion issues. The final contribution is a corresponding analysis toolkit that visualizes users' movements, touch interactions and gaze points when interacting with wall displays and thus allows fine-grained investigation of the interactions

Development of the huggable social robot Probo: on the conceptual design and software architecture

This dissertation presents the development of a huggable social robot named Probo. Probo embodies a stuffed imaginary animal, providing a soft touch and a huggable appearance. Probo's purpose is to serve as a multidisciplinary research platform for human-robot interaction focused on children. In terms of a social robot, Probo is classified as a social interface supporting non-verbal communication. Probo's social skills are thereby limited to a reactive level. To close the gap with higher levels of interaction, an innovative system for shared control with a human operator is introduced. The software architecture de nes a modular structure to incorporate all systems into a single control center. This control center is accompanied with a 3D virtual model of Probo, simulating all motions of the robot and providing a visual feedback to the operator. Additionally, the model allows us to advance on user-testing and evaluation of newly designed systems. The robot reacts on basic input stimuli that it perceives during interaction. The input stimuli, that can be referred to as low-level perceptions, are derived from vision analysis, audio analysis, touch analysis and object identification. The stimuli will influence the attention and homeostatic system, used to de ne the robot's point of attention, current emotional state and corresponding facial expression. The recognition of these facial expressions has been evaluated in various user-studies. To evaluate the collaboration of the software components, a social interactive game for children, Probogotchi, has been developed. To facilitate interaction with children, Probo has an identity and corresponding history. Safety is ensured through Probo's soft embodiment and intrinsic safe actuation systems. To convey the illusion of life in a robotic creature, tools for the creation and management of motion sequences are put into the hands of the operator. All motions generated from operator triggered systems are combined with the motions originating from the autonomous reactive systems. The resulting motion is subsequently smoothened and transmitted to the actuation systems. With future applications to come, Probo is an ideal platform to create a friendly companion for hospitalised children

Tricks and treats: designing technology to support mobility assistance dogs

Assistance dogs are a key intervention to support the autonomy of people with tetraplegia. Previous research on assistive technologies have investigated ways to, ultimately, replace their labour using technology, for instance through the design of smart home environments. However, both the disability studies literature and our interviews suggest there is an immediate need to support these relationships, both in terms of training and bonding. Through a case study of an accessible dog treats dispenser, we investigate a technological intervention responding to these needs, detailing an appropriate design methodology and contributing insights into user requirements and preferences

Supporting the Development Process of Multimodal and Natural Automotive User Interfaces

Nowadays, driving a car places multi-faceted demands on the driver that go beyond maneuvering a vehicle through road traffic. The number of additional functions for entertainment, infotainment and comfort increased rapidly in the last years. Each new function in the car is designed to make driving as pleasant as possible but also increases the risk that the driver will be distracted from the primary driving task. One of the most important goals for designers of new and innovative automotive user interfaces is therefore to keep driver distraction to a minimum while providing an appropriate support to the driver. This goal can be achieved by providing tools and methods that support a human-centred development process. In this dissertation, a design space will be presented that helps to analyze the use of context, to generate new ideas for automotive user interfaces and to document them. Furthermore, new opportunities for rapid prototyping will be introduced. To be able to evaluate new automotive user interfaces and interaction concepts regarding their effect on driving performance, a driving simulation software was developed within the scope of this dissertation. In addition, research results in the field of multimodal, implicit and eye-based interaction in the car are presented. The different case studies mentioned illustrate the systematic and comprehensive research on the opportunities of these kinds of interaction, as well as their effects on driving performance. We developed a prototype of a vibration steering wheel that communicates navigation instructions. Another prototype of a steering wheel has a display integrated in the middle and enables handwriting input. A further case study explores a visual placeholder concept to assist drivers when using in-car displays while driving. When a driver looks at a display and then at the street, the last gaze position on the display is highlighted to assist the driver when he switches his attention back to the display. This speeds up the process of resuming an interrupted task. In another case study, we compared gaze-based interaction with touch and speech input. In the last case study, a driver-passenger video link system is introduced that enables the driver to have eye contact with the passenger without turning his head. On the whole, this dissertation shows that by using a new human-centred development process, modern interaction concepts can be developed in a meaningful way.Das Führen eines Fahrzeuges stellt heute vielfältige Ansprüche an den Fahrer, die über das reine Manövrieren im Straßenverkehr hinausgehen. Die Fülle an Zusatzfunktionen zur Unterhaltung, Navigation- und Komfortzwecken, die während der Fahrt genutzt werden können, ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Einerseits dient jede neu hinzukommende Funktion im Fahrzeug dazu, das Fahren so angenehm wie möglich zu gestalten, birgt aber anderseits auch immer das Risiko, den Fahrer von seiner primären Fahraufgabe abzulenken. Eines der wichtigsten Ziele für Entwickler von neuen und innovativen Benutzungsschnittstellen im Fahrzeug ist es, die Fahrerablenkung so gering wie möglich zu halten und dabei dem Fahrer eine angemessene Unterstützung zu bieten. Werkzeuge und Methoden, die einen benutzerzentrierten Entwicklungsprozess unter-stützen, können helfen dieses Ziel zu erreichen. In dieser Dissertation wird ein Entwurfsraum vorgestellt, welcher helfen soll den Benutzungskontext zu analysieren, neue Ideen für Benutzungsschnittstellen zu generieren und diese zu dokumentieren. Darüber hinaus wurden im Rahmen der Arbeit neue Möglichkeiten zur schnellen Prototypenerstellung entwickelt. Es wurde ebenfalls eine Fahrsimulationssoftware erstellt, welche die quantitative Bewertung der Auswirkungen von Benutzungs-schnittstellen und Interaktionskonzepten auf die Fahreraufgabe ermöglicht. Desweiteren stellt diese Dissertation neue Forschungsergebnisse auf den Gebieten der multimodalen, impliziten und blickbasierten Interaktion im Fahrzeug vor. In verschiedenen Fallbeispielen wurden die Möglichkeiten dieser Interaktionsformen sowie deren Auswirkung auf die Fahrerablenkung umfassend und systematisch untersucht. Es wurde ein Prototyp eines Vibrationslenkrads erstellt, womit Navigations-information übermittelt werden können sowie ein weiterer Prototyp eines Lenkrads, welches ein Display in der Mitte integriert hat und damit handschriftliche Texteingabe ermöglicht. Ein visuelles Platzhalterkonzept ist im Fokus eines weiteren Fallbeispiels. Auf einem Fahrzeugdisplay wird die letzte Blickposition bevor der Fahrer seine Aufmerksamkeit dem Straßenverkehr zuwendet visuell hervorgehoben. Dies ermöglicht dem Fahrer eine unterbrochene Aufgabe z.B. das Durchsuchen einer Liste von Musik-titel schneller wieder aufzunehmen, wenn er seine Aufmerksamkeit wieder dem Display zuwendet. In einer weiteren Studie wurde blickbasierte Interaktion mit Sprach- und Berührungseingabe verglichen und das letzte Fallbeispiel beschäftigt sich mit der Unterstützung der Kommunikation im Fahrzeug durch die Bereitstellung eines Videosystems, welches Blickkontakt zwischen dem Fahrer und den Mitfahrern ermöglicht, ohne dass der Fahrer seinen Kopf drehen muss. Die Arbeit zeigt insgesamt, dass durch den Einsatz eines neuen benutzerzentrierten Entwicklungsprozess moderne Interaktionskonzept sinnvoll entwickelt werden können

Enhanced Virtuality: Increasing the Usability and Productivity of Virtual Environments

Mit stetig steigender Bildschirmauflösung, genauerem Tracking und fallenden Preisen stehen Virtual Reality (VR) Systeme kurz davor sich erfolgreich am Markt zu etablieren. Verschiedene Werkzeuge helfen Entwicklern bei der Erstellung komplexer Interaktionen mit mehreren Benutzern innerhalb adaptiver virtueller Umgebungen. Allerdings entstehen mit der Verbreitung der VR-Systeme auch zusätzliche Herausforderungen: Diverse Eingabegeräte mit ungewohnten Formen und Tastenlayouts verhindern eine intuitive Interaktion. Darüber hinaus zwingt der eingeschränkte Funktionsumfang bestehender Software die Nutzer dazu, auf herkömmliche PC- oder Touch-basierte Systeme zurückzugreifen. Außerdem birgt die Zusammenarbeit mit anderen Anwendern am gleichen Standort Herausforderungen hinsichtlich der Kalibrierung unterschiedlicher Trackingsysteme und der Kollisionsvermeidung. Beim entfernten Zusammenarbeiten wird die Interaktion durch Latenzzeiten und Verbindungsverluste zusätzlich beeinflusst. Schließlich haben die Benutzer unterschiedliche Anforderungen an die Visualisierung von Inhalten, z.B. Größe, Ausrichtung, Farbe oder Kontrast, innerhalb der virtuellen Welten. Eine strikte Nachbildung von realen Umgebungen in VR verschenkt Potential und wird es nicht ermöglichen, die individuellen Bedürfnisse der Benutzer zu berücksichtigen. Um diese Probleme anzugehen, werden in der vorliegenden Arbeit Lösungen in den Bereichen Eingabe, Zusammenarbeit und Erweiterung von virtuellen Welten und Benutzern vorgestellt, die darauf abzielen, die Benutzerfreundlichkeit und Produktivität von VR zu erhöhen. Zunächst werden PC-basierte Hardware und Software in die virtuelle Welt übertragen, um die Vertrautheit und den Funktionsumfang bestehender Anwendungen in VR zu erhalten. Virtuelle Stellvertreter von physischen Geräten, z.B. Tastatur und Tablet, und ein VR-Modus für Anwendungen ermöglichen es dem Benutzer reale Fähigkeiten in die virtuelle Welt zu übertragen. Des Weiteren wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Kalibrierung mehrerer ko-lokaler VR-Geräte mit hoher Genauigkeit und geringen Hardwareanforderungen und geringem Aufwand ermöglicht. Da VR-Headsets die reale Umgebung der Benutzer ausblenden, wird die Relevanz einer Ganzkörper-Avatar-Visualisierung für die Kollisionsvermeidung und das entfernte Zusammenarbeiten nachgewiesen. Darüber hinaus werden personalisierte räumliche oder zeitliche Modifikationen vorgestellt, die es erlauben, die Benutzerfreundlichkeit, Arbeitsleistung und soziale Präsenz von Benutzern zu erhöhen. Diskrepanzen zwischen den virtuellen Welten, die durch persönliche Anpassungen entstehen, werden durch Methoden der Avatar-Umlenkung (engl. redirection) kompensiert. Abschließend werden einige der Methoden und Erkenntnisse in eine beispielhafte Anwendung integriert, um deren praktische Anwendbarkeit zu verdeutlichen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass virtuelle Umgebungen auf realen Fähigkeiten und Erfahrungen aufbauen können, um eine vertraute und einfache Interaktion und Zusammenarbeit von Benutzern zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen individuelle Erweiterungen des virtuellen Inhalts und der Avatare Einschränkungen der realen Welt zu überwinden und das Erlebnis von VR-Umgebungen zu steigern