Expressive haptics for enhanced usability of mobile interfaces in situations of impairments

Designing for situational awareness could lead to better solutions for disabled people, likewise, exploring the needs of disabled people could lead to innovations that can address situational impairments. This in turn can create non-stigmatising assistive technology for disabled people from which eventually everyone could benefit. In this paper, we investigate the potential for advanced haptics to compliment the graphical user interface of mobile devices, thereby enhancing user experiences of all people in some situations (e.g. sunlight interfering with interaction) and visually impaired people. We explore technical solutions to this problem space and demonstrate our justification for a focus on the creation of kinaesthetic force feedback. We propose initial design concepts and studies, with a view to co-create delightful and expressive haptic interactions with potential users motivated by scenarios of situational and permanent impairments.Comment: Presented at the CHI'19 Workshop: Addressing the Challenges of Situationally-Induced Impairments and Disabilities in Mobile Interaction, 2019 (arXiv:1904.05382

Enhancing interaction in mixed reality

With continuous technological innovation, we observe mixed reality emerging from research labs into the mainstream. The arrival of capable mixed reality devices transforms how we are entertained, consume information, and interact with computing systems, with the most recent being able to present synthesized stimuli to any of the human senses and substantially blur the boundaries between the real and virtual worlds. In order to build expressive and practical mixed reality experiences, designers, developers, and stakeholders need to understand and meet its upcoming challenges. This research contributes a novel taxonomy for categorizing mixed reality experiences and guidelines for designing mixed reality experiences. We present the results of seven studies examining the challenges and opportunities of mixed reality experiences, the impact of modalities and interaction techniques on the user experience, and how to enhance the experiences. We begin with a study determining user attitudes towards mixed reality in domestic and educational environments, followed by six research probes that each investigate an aspect of reality or virtuality. In the first, a levitating steerable projector enables us to investigate how the real world can be enhanced without instrumenting the user. We show that the presentation of in-situ instructions for navigational tasks leads to a significantly higher ability to observe and recall real-world landmarks. With the second probe, we enhance the perception of reality by superimposing information usually not visible to the human eye. In amplifying the human vision, we enable users to perceive thermal radiation visually. Further, we examine the effect of substituting physical components with non-functional tangible proxies or entirely virtual representations. With the third research probe, we explore how to enhance virtuality to enable a user to input text on a physical keyboard while being immersed in the virtual world. Our prototype tracked the user’s hands and keyboard to enable generic text input. Our analysis of text entry performance showed the importance and effect of different hand representations. We then investigate how to touch virtuality by simulating generic haptic feedback for virtual reality and show how tactile feedback through quadcopters can significantly increase the sense of presence. Our final research probe investigates the usability and input space of smartphones within mixed reality environments, pairing the user’s smartphone as an input device with a secondary physical screen. Based on our learnings from these individual research probes, we developed a novel taxonomy for categorizing mixed reality experiences and guidelines for designing mixed reality experiences. The taxonomy is based on the human sensory system and human capabilities of articulation. We showcased its versatility and set our research probes into perspective by organizing them inside the taxonomic space. The design guidelines are divided into user-centered and technology-centered. It is our hope that these will contribute to the bright future of mixed reality systems while emphasizing the new underlining interaction paradigm.Mixed Reality (vermischte Realitäten) gehen aufgrund kontinuierlicher technologischer Innovationen langsam von der reinen Forschung in den Massenmarkt über. Mit der Einführung von leistungsfähigen Mixed-Reality-Geräten verändert sich die Art und Weise, wie wir Unterhaltungsmedien und Informationen konsumieren und wie wir mit Computersystemen interagieren. Verschiedene existierende Geräte sind in der Lage, jeden der menschlichen Sinne mit synthetischen Reizen zu stimulieren. Hierdurch verschwimmt zunehmend die Grenze zwischen der realen und der virtuellen Welt. Um eindrucksstarke und praktische Mixed-Reality-Erfahrungen zu kreieren, müssen Designer und Entwicklerinnen die künftigen Herausforderungen und neuen Möglichkeiten verstehen. In dieser Dissertation präsentieren wir eine neue Taxonomie zur Kategorisierung von Mixed-Reality-Erfahrungen sowie Richtlinien für die Gestaltung von solchen. Wir stellen die Ergebnisse von sieben Studien vor, in denen die Herausforderungen und Chancen von Mixed-Reality-Erfahrungen, die Auswirkungen von Modalitäten und Interaktionstechniken auf die Benutzererfahrung und die Möglichkeiten zur Verbesserung dieser Erfahrungen untersucht werden. Wir beginnen mit einer Studie, in der die Haltung der nutzenden Person gegenüber Mixed Reality in häuslichen und Bildungsumgebungen analysiert wird. In sechs weiteren Fallstudien wird jeweils ein Aspekt der Realität oder Virtualität untersucht. In der ersten Fallstudie wird mithilfe eines schwebenden und steuerbaren Projektors untersucht, wie die Wahrnehmung der realen Welt erweitert werden kann, ohne dabei die Person mit Technologie auszustatten. Wir zeigen, dass die Darstellung von in-situ-Anweisungen für Navigationsaufgaben zu einer deutlich höheren Fähigkeit führt, Sehenswürdigkeiten der realen Welt zu beobachten und wiederzufinden. In der zweiten Fallstudie erweitern wir die Wahrnehmung der Realität durch Überlagerung von Echtzeitinformationen, die für das menschliche Auge normalerweise unsichtbar sind. Durch die Erweiterung des menschlichen Sehvermögens ermöglichen wir den Anwender:innen, Wärmestrahlung visuell wahrzunehmen. Darüber hinaus untersuchen wir, wie sich das Ersetzen von physischen Komponenten durch nicht funktionale, aber greifbare Replikate oder durch die vollständig virtuelle Darstellung auswirkt. In der dritten Fallstudie untersuchen wir, wie virtuelle Realitäten verbessert werden können, damit eine Person, die in der virtuellen Welt verweilt, Text auf einer physischen Tastatur eingeben kann. Unser Versuchsdemonstrator detektiert die Hände und die Tastatur, zeigt diese in der vermischen Realität an und ermöglicht somit die verbesserte Texteingaben. Unsere Analyse der Texteingabequalität zeigte die Wichtigkeit und Wirkung verschiedener Handdarstellungen. Anschließend untersuchen wir, wie man Virtualität berühren kann, indem wir generisches haptisches Feedback für virtuelle Realitäten simulieren. Wir zeigen, wie Quadrokopter taktiles Feedback ermöglichen und dadurch das Präsenzgefühl deutlich steigern können. Unsere letzte Fallstudie untersucht die Benutzerfreundlichkeit und den Eingaberaum von Smartphones in Mixed-Reality-Umgebungen. Hierbei wird das Smartphone der Person als Eingabegerät mit einem sekundären physischen Bildschirm verbunden, um die Ein- und Ausgabemodalitäten zu erweitern. Basierend auf unseren Erkenntnissen aus den einzelnen Fallstudien haben wir eine neuartige Taxonomie zur Kategorisierung von Mixed-Reality-Erfahrungen sowie Richtlinien für die Gestaltung von solchen entwickelt. Die Taxonomie basiert auf dem menschlichen Sinnessystem und den Artikulationsfähigkeiten. Wir stellen die vielseitige Verwendbarkeit vor und setzen unsere Fallstudien in Kontext, indem wir sie innerhalb des taxonomischen Raums einordnen. Die Gestaltungsrichtlinien sind in nutzerzentrierte und technologiezentrierte Richtlinien unterteilt. Es ist unsere Anliegen, dass diese Gestaltungsrichtlinien zu einer erfolgreichen Zukunft von Mixed-Reality-Systemen beitragen und gleichzeitig die neuen Interaktionsparadigmen hervorheben

An aesthetics of touch: investigating the language of design relating to form

How well can designers communicate qualities of touch? This paper presents evidence that they have some capability to do so, much of which appears to have been learned, but at present make limited use of such language. Interviews with graduate designer-makers suggest that they are aware of and value the importance of touch and materiality in their work, but lack a vocabulary to fully relate to their detailed explanations of other aspects such as their intent or selection of materials. We believe that more attention should be paid to the verbal dialogue that happens in the design process, particularly as other researchers show that even making-based learning also has a strong verbal element to it. However, verbal language alone does not appear to be adequate for a comprehensive language of touch. Graduate designers-makers’ descriptive practices combined non-verbal manipulation within verbal accounts. We thus argue that haptic vocabularies do not simply describe material qualities, but rather are situated competences that physically demonstrate the presence of haptic qualities. Such competencies are more important than groups of verbal vocabularies in isolation. Design support for developing and extending haptic competences must take this wide range of considerations into account to comprehensively improve designers’ capabilities

Survey and Systematization of Secure Device Pairing

Secure Device Pairing (SDP) schemes have been developed to facilitate secure communications among smart devices, both personal mobile devices and Internet of Things (IoT) devices. Comparison and assessment of SDP schemes is troublesome, because each scheme makes different assumptions about out-of-band channels and adversary models, and are driven by their particular use-cases. A conceptual model that facilitates meaningful comparison among SDP schemes is missing. We provide such a model. In this article, we survey and analyze a wide range of SDP schemes that are described in the literature, including a number that have been adopted as standards. A system model and consistent terminology for SDP schemes are built on the foundation of this survey, which are then used to classify existing SDP schemes into a taxonomy that, for the first time, enables their meaningful comparison and analysis.The existing SDP schemes are analyzed using this model, revealing common systemic security weaknesses among the surveyed SDP schemes that should become priority areas for future SDP research, such as improving the integration of privacy requirements into the design of SDP schemes. Our results allow SDP scheme designers to create schemes that are more easily comparable with one another, and to assist the prevention of persisting the weaknesses common to the current generation of SDP schemes.Comment: 34 pages, 5 figures, 3 tables, accepted at IEEE Communications Surveys & Tutorials 2017 (Volume: PP, Issue: 99