Study of accelerometer assisted single key positioning user input systems

New designs of user input systems have resulted from the developing technologies and specialized user demands. Conventional keyboard and mouse input devices still dominate the input speed, but other input mechanisms are demanded in special application scenarios. Touch screen and stylus input methods have been widely adopted by PDAs and smartphones. Reduced keypads are necessary for mobile phones. A new design trend is exploring the design space in applications requiring single-handed input, even with eyes-free on small mobile devices. This requires as few keys on the input device to make it feasible to operate. But representing many characters with fewer keys can make the input ambiguous. Accelerometers embedded in mobile devices provide opportunities to combine device movements with keys for input signal disambiguation. Recent research has explored its design space for text input. In this dissertation an accelerometer assisted single key positioning input system is developed. It utilizes input device tilt directions as input signals and maps their sequences to output characters and functions. A generic positioning model is developed as guidelines for designing positioning input systems. A calculator prototype and a text input prototype on the 4+1 (5 positions) positioning input system and the 8+1 (9 positions) positioning input system are implemented using accelerometer readings on a smartphone. Users use one physical key to operate and feedbacks are audible. Controlled experiments are conducted to evaluate the feasibility, learnability, and design space of the accelerometer assisted single key positioning input system. This research can provide inspiration and innovational references for researchers and practitioners in the positioning user input designs, applications of accelerometer readings, and new development of standard machine readable sign languages

Integrating Usability Models into Pervasive Application Development

This thesis describes novel processes in two important areas of human-computer interaction (HCI) and demonstrates ways to combine these in appropriate ways. First, prototyping plays an essential role in the development of complex applications. This is especially true if a user-centred design process is followed. We describe and compare a set of existing toolkits and frameworks that support the development of prototypes in the area of pervasive computing. Based on these observations, we introduce the EIToolkit that allows the quick generation of mobile and pervasive applications, and approaches many issues found in previous works. Its application and use is demonstrated in several projects that base on the architecture and an implementation of the toolkit. Second, we present novel results and extensions in user modelling, specifically for predicting time to completion of tasks. We extended established concepts such as the Keystroke-Level Model to novel types of interaction with mobile devices, e.g. using optical markers and gestures. The design, creation, as well as a validation of this model are presented in some detail in order to show its use and usefulness for making usability predictions. The third part is concerned with the combination of both concepts, i.e. how to integrate user models into the design process of pervasive applications. We first examine current ways of developing and show generic approaches to this problem. This leads to a concrete implementation of such a solution. An innovative integrated development environment is provided that allows for quickly developing mobile applications, supports the automatic generation of user models, and helps in applying these models early in the design process. This can considerably ease the process of model creation and can replace some types of costly user studies.Diese Dissertation beschreibt neuartige Verfahren in zwei wichtigen Bereichen der Mensch-Maschine-Kommunikation und erläutert Wege, diese geeignet zu verknüpfen. Zum einen spielt die Entwicklung von Prototypen insbesondere bei der Verwendung von benutzerzentrierten Entwicklungsverfahren eine besondere Rolle. Es werden daher auf der einen Seite eine ganze Reihe vorhandener Arbeiten vorgestellt und verglichen, die die Entwicklung prototypischer Anwendungen speziell im Bereich des Pervasive Computing unterstützen. Ein eigener Satz an Werkzeugen und Komponenten wird präsentiert, der viele der herausgearbeiteten Nachteile und Probleme solcher existierender Projekte aufgreift und entsprechende Lösungen anbietet. Mehrere Beispiele und eigene Arbeiten werden beschrieben, die auf dieser Architektur basieren und entwickelt wurden. Auf der anderen Seite werden neue Forschungsergebnisse präsentiert, die Erweiterungen von Methoden in der Benutzermodellierung speziell im Bereich der Abschätzung von Interaktionszeiten beinhalten. Mit diesen in der Dissertation entwickelten Erweiterungen können etablierte Konzepte wie das Keystroke-Level Model auf aktuelle und neuartige Interaktionsmöglichkeiten mit mobilen Geräten angewandt werden. Der Entwurf, das Erstellen sowie eine Validierung der Ergebnisse dieser Erweiterungen werden detailliert dargestellt. Ein dritter Teil beschäftigt sich mit Möglichkeiten die beiden beschriebenen Konzepte, zum einen Prototypenentwicklung im Pervasive Computing und zum anderen Benutzermodellierung, geeignet zu kombinieren. Vorhandene Ansätze werden untersucht und generische Integrationsmöglichkeiten beschrieben. Dies führt zu konkreten Implementierungen solcher Lösungen zur Integration in vorhandene Umgebungen, als auch in Form einer eigenen Applikation spezialisiert auf die Entwicklung von Programmen für mobile Geräte. Sie erlaubt das schnelle Erstellen von Prototypen, unterstützt das automatische Erstellen spezialisierter Benutzermodelle und ermöglicht den Einsatz dieser Modelle früh im Entwicklungsprozess. Dies erleichtert die Anwendung solcher Modelle und kann Aufwand und Kosten für entsprechende Benutzerstudien einsparen