Tangible interaction with anthropomorphic smart objects in instrumented environments

A major technological trend is to augment everyday objects with sensing, computing and actuation power in order to provide new services beyond the objects' traditional purpose, indicating that such smart objects might become an integral part of our daily lives. To be able to interact with smart object systems, users will obviously need appropriate interfaces that regard their distinctive characteristics. Concepts of tangible and anthropomorphic user interfaces are combined in this dissertation to create a novel paradigm for smart object interaction. This work provides an exploration of the design space, introduces design guidelines, and provides a prototyping framework to support the realisation of the proposed interface paradigm. Furthermore, novel methods for expressing personality and emotion by auditory means are introduced and elaborated, constituting essential building blocks for anthropomorphised smart objects. Two experimental user studies are presented, confirming the endeavours to reflect personality attributes through prosody-modelled synthetic speech and to express emotional states through synthesised affect bursts. The dissertation concludes with three example applications, demonstrating the potentials of the concepts and methodologies elaborated in this thesis.Die Integration von Informationstechnologie in Gebrauchsgegenstände ist ein gegenwärtiger technologischer Trend, welcher es Alltagsgegenständen ermöglicht, durch den Einsatz von Sensorik, Aktorik und drahtloser Kommunikation neue Dienste anzubieten, die über den ursprünglichen Zweck des Objekts hinausgehen. Die Nutzung dieser sogenannten Smart Objects erfordert neuartige Benutzerschnittstellen, welche die speziellen Eigenschaften und Anwendungsbereiche solcher Systeme berücksichtigen. Konzepte aus den Bereichen Tangible Interaction und Anthropomorphe Benutzerschnittstellen werden in dieser Dissertation vereint, um ein neues Interaktionsparadigma für Smart Objects zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit untersucht dafür die Gestaltungsmöglichkeiten und zeigt relevante Aspekte aus verwandten Disziplinen auf. Darauf aufbauend werden Richtlinien eingeführt, welche den Entwurf von Benutzerschnittstellen nach dem hier vorgestellten Ansatz begleiten und unterstützen sollen. Für eine prototypische Implementierung solcher Benutzerschnittstellen wird eine Architektur vorgestellt, welche die Anforderungen von Smart Object Systemen in instrumentierten Umgebungen berücksichtigt. Ein wichtiger Bestandteil stellt dabei die Sensorverarbeitung dar, welche unter anderem eine Interaktionserkennung am Objekt und damit auch eine physikalische Eingabe ermöglicht. Des Weiteren werden neuartige Methoden für den auditiven Ausdruck von Emotion und Persönlichkeit entwickelt, welche essentielle Bausteine für anthropomorphisierte Smart Objects darstellen und in Benutzerstudien untersucht wurden. Die Dissertation schliesst mit der Beschreibung von drei Applikationen, welche im Rahmen der Arbeit entwickelt wurden und das Potential der hier erarbeiteten Konzepte und Methoden widerspiegeln

PRESTK : situation-aware presentation of messages and infotainment content for drivers

The amount of in-car information systems has dramatically increased over the last few years. These potentially mutually independent information systems presenting information to the driver increase the risk of driver distraction. In a first step, orchestrating these information systems using techniques from scheduling and presentation planning avoid conflicts when competing for scarce resources such as screen space. In a second step, the cognitive capacity of the driver as another scarce resource has to be considered. For the first step, an algorithm fulfilling the requirements of this situation is presented and evaluated. For the second step, I define the concept of System Situation Awareness (SSA) as an extension of Endsley’s Situation Awareness (SA) model. I claim that not only the driver needs to know what is happening in his environment, but also the system, e.g., the car. In order to achieve SSA, two paths of research have to be followed: (1) Assessment of cognitive load of the driver in an unobtrusive way. I propose to estimate this value using a model based on environmental data. (2) Developing model of cognitive complexity induced by messages presented by the system. Three experiments support the claims I make in my conceptual contribution to this field. A prototypical implementation of the situation-aware presentation management toolkit PRESTK is presented and shown in two demonstrators.In den letzten Jahren hat die Menge der informationsanzeigenden Systeme im Auto drastisch zugenommen. Da sie potenziell unabhängig voneinander ablaufen, erhöhen sie die Gefahr, die Aufmerksamkeit des Fahrers abzulenken. Konflikte entstehen, wenn zwei oder mehr Systeme zeitgleich auf limitierte Ressourcen wie z. B. den Bildschirmplatz zugreifen. Ein erster Schritt, diese Konflikte zu vermeiden, ist die Orchestrierung dieser Systeme mittels Techniken aus dem Bereich Scheduling und Präsentationsplanung. In einem zweiten Schritt sollte die kognitive Kapazität des Fahrers als ebenfalls limitierte Ressource berücksichtigt werden. Der Algorithmus, den ich zu Schritt 1 vorstelle und evaluiere, erfüllt alle diese Anforderungen. Zu Schritt 2 definiere ich das Konzept System Situation Awareness (SSA), basierend auf Endsley’s Konzept der Situation Awareness (SA). Dadurch wird erreicht, dass nicht nur der Fahrer sich seiner Umgebung bewusst ist, sondern auch das System (d.h. das Auto). Zu diesem Zweck m¨ussen zwei Bereiche untersucht werden: (1) Die kognitive Belastbarkeit des Fahrers unaufdringlich ermitteln. Dazu schlage ich ein Modell vor, das auf Umgebungsinformationen basiert. (2) Ein weiteres Modell soll die Komplexität der präsentierten Informationen bestimmen. Drei Experimente stützen die Behauptungen in meinem konzeptuellen Beitrag. Ein Prototyp des situationsbewussten Präsentationsmanagement-Toolkits PresTK wird vorgestellt und in zwei Demonstratoren gezeigt

Améliorer les interactions homme-machine et la présence sociale avec l’informatique physiologique

This thesis explores how physiological computing can contribute to human-computer interaction (HCI) and foster new communication channels among the general public. We investigated how physiological sensors, such as electroencephalography (EEG), could be employed to assess the mental state of the users and how they relate to other evaluation methods. We created the first brain-computer interface that could sense visual comfort during the viewing of stereoscopic images and shaped a framework that could help to assess the over all user experience by monitoring workload, attention and error recognition.To lower the barrier between end users and physiological sensors,we participated in the software integration of a low-cost and open hardware EEG device; used off-the shelf webcams to measure heart rate remotely, crafted we arables that can quickly equip users so that electrocardiography, electrodermal activity or EEG may be measured during public exhibitions. We envisioned new usages for our sensors, that would increase social presence. In a study about human-agent interaction, participants tended to prefer virtual avatars that were mirroring their own internal state. A follow-up study focused on interactions between users to describe how physiological monitoringcould alter our relationships. Advances in HCI enabled us to seam lesslyintegrate biofeedback to the physical world. We developped Teegi, apuppet that lets novices discover by themselves about their brain activity. Finally, with Tobe, a toolkit that encompasses more sensors and give more freedom about their visualizations, we explored how such proxy shifts our representations, about our selves as well as about the others.Cette thèse explore comment l’informatique physiologique peut contribuer aux interactions homme-machine (IHM) et encourager l’apparition de nouveaux canaux de communication parmi le grand public. Nous avons examiné comment des capteurs physiologiques,tels que l’électroencéphalographie (EEG), pourraient être utilisés afin d’estimer l’état mental des utilisateurs et comment ils se positionnent par rapport à d’autres méthodes d’évaluation. Nous avons créé la première interface cerveau-ordinateur capable de discriminer le confort visuel pendant le visionnage d’images stéréoscopiques et nous avons esquissé un système qui peux aider à estimer l’expérience utilisateur dans son ensemble, en mesurant charge mentale, attention et reconnaissance d’erreur. Pour abaisser la barrière entre utilisateurs finaux et capteurs physiologiques, nous avons participé à l’intégration logicielle d’un appareil EEG bon marché et libre, nous avons utilisé des webcams du commerce pour mesurer le rythme cardiaque à distance, nous avons confectionné des wearables dont les utilisateurs peuvent rapidement s’équiper afin qu’électrocardiographie, activité électrodermale et EEG puissent être mesurées lors de manifestations publiques. Nous avons imaginé de nouveaux usages pour nos capteurs, qui augmenteraient la présence sociale. Dans une étude autour de l’interaction humain agent,les participants avaient tendance à préférer les avatars virtuels répliquant leurs propres états internes. Une étude ultérieure s’est concentrée sur l’interaction entre utilisateurs, profitant d’un jeu de plateau pour décrire comment l’examen de la physiologie pourrait changer nos rapports. Des avancées en IHM ont permis d’intégrer de manière transparente du biofeedback au monde physique. Nous avons développé Teegi, une poupée qui permet aux novices d’en découvrir plus sur leur activité cérébrale, par eux-mêmes. Enfin avec Tobe, un toolkit qui comprend plus de capteurs et donne plus de liberté quant à leurs visualisations, nous avons exploré comment un tel proxy décalenos représentations, tant de nous-mêmes que des autres

Multimodális ember-gép kapcsolatok

A multimodális ember-gépkapcsolatok bemutatása, jelentősége. Az informatika és azon belül az interfész fejlesztések lehetőségei. Példarendszerek, majd a Debreceni Egyetem sakkozógépének bemutatása. A sakkozógéppel végzett humánteszt célkitűzése, statisztikai igazolása.M

Foundations of Trusted Autonomy

Trusted Autonomy; Automation Technology; Autonomous Systems; Self-Governance; Trusted Autonomous Systems; Design of Algorithms and Methodologie

Tangible interfaces for manipulating aggregates of digital information

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, School of Architecture and Planning, Program in Media Arts and Sciences, 2002.Includes bibliographical references (p. 255-269).This thesis develops new approaches for people to physically represent and interact with aggregates of digital information. These support the concept of Tangible User Interfaces (TUIs), a genre of human-computer interaction that uses spatially reconfigurable physical objects as representations and controls for digital information. The thesis supports the manipulation of information aggregates through systems of physical tokens and constraints. In these interfaces, physical tokens act as containers and parameters for referencing digital information elements and aggregates. Physical constraints are then used to map structured compositions of tokens onto a variety of computational interpretations. This approach is supported through the design and implementation of several systems. The mediaBlocks system enables people to use physical blocks to "copy and paste" digital media between specialized devices and general-purpose computers, and to physically compose and edit this content (e.g., to build multimedia presentations). This system also contributes new tangible interface techniques for binding, aggregating, and disaggregating sequences of digital information into physical objects.(cont.) Tangible query interfaces allow people to physically express and manipulate database queries. This system demonstrates ways in which tangible interfaces can manipulate larger aggregates of information. One of these query approaches has been evaluated in a user study, which has compared favorably with a best-practice graphical interface alternative. These projects are used to support the claim that physically constrained tokens can provide an effective approach for interacting with aggregates of digital information.by Brygg Anders Ullmer.Ph.D

Synthesis of listener vocalizations : towards interactive speech synthesis

Spoken and multi-modal dialogue systems start to use listener vocalizations, such as uh-huh and mm-hm, for natural interaction. Generation of listener vocalizations is one of the major objectives of emotionally colored conversational speech synthesis. Success in this endeavor depends on the answers to three questions: Where to synthesize a listener vocalization? What meaning should be conveyed through the synthesized vocalization? And, how to realize an appropriate listener vocalization with the intended meaning? This thesis addresses the latter question. The investigation starts with proposing a three-stage approach: (i) data collection, (ii) annotation, and (iii) realization. The first stage presents a method to collect natural listener vocalizations from German and British English professional actors in a recording studio. In the second stage, we explore a methodology for annotating listener vocalizations -- meaning and behavior (form) annotation. The third stage proposes a realization strategy that uses unit selection and signal modification techniques to generate appropriate listener vocalizations upon user requests. Finally, we evaluate naturalness and appropriateness of synthesized vocalizations using perception studies. The work is implemented in the open source MARY text-to-speech framework, and it is integrated into the SEMAINE project\u27s Sensitive Artificial Listener (SAL) demonstrator.Dialogsysteme nutzen zunehmend Hörer-Vokalisierungen, wie z.B. a-ha oder mm-hm, für natürliche Interaktion. Die Generierung von Hörer-Vokalisierungen ist eines der zentralen Ziele emotional gefärbter, konversationeller Sprachsynthese. Ein Erfolg in diesem Unterfangen hängt von den Antworten auf drei Fragen ab: Wo bzw. wann sollten Vokalisierungen synthetisiert werden? Welche Bedeutung sollte in den synthetisierten Vokalisierungen vermittelt werden? Und wie können angemessene Hörer-Vokalisierungen mit der intendierten Bedeutung realisiert werden? Diese Arbeit widmet sich der letztgenannten Frage. Die Untersuchung erfolgt in drei Schritten: (i) Korpuserstellung; (ii) Annotation; und (iii) Realisierung. Der erste Schritt präsentiert eine Methode zur Sammlung natürlicher Hörer-Vokalisierungen von deutschen und britischen Profi-Schauspielern in einem Tonstudio. Im zweiten Schritt wird eine Methodologie zur Annotation von Hörer-Vokalisierungen erarbeitet, die sowohl Bedeutung als auch Verhalten (Form) umfasst. Der dritte Schritt schlägt ein Realisierungsverfahren vor, die Unit-Selection-Synthese mit Signalmodifikationstechniken kombiniert, um aus Nutzeranfragen angemessene Hörer-Vokalisierungen zu generieren. Schließlich werden Natürlichkeit und Angemessenheit synthetisierter Vokalisierungen mit Hilfe von Hörtests evaluiert. Die Methode wurde im Open-Source-Sprachsynthesesystem MARY implementiert und in den Sensitive Artificial Listener-Demonstrator im Projekt SEMAINE integriert

Clemson Newsletter, 1989-1991

Information for the faculty and staff of Clemson Universityhttps://tigerprints.clemson.edu/clemson_newsletter/1021/thumbnail.jp