Improving the Usability of Interactive Systems by Incorporating Design Thinking into the Engineering Process: Raising Computer Science Students’ Awareness of Quality versus Quantity in Ideation

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TouchEditor: Interaction design and evaluation of a flexible touchpad for text editing of head-mounted displays in speech-unfriendly environments

A text editing solution that adapts to speech-unfriendly (inconvenient to speak or difficult to recognize speech) environments is essential for head-mounted displays (HMDs) to work universally. For existing schemes, e.g., touch bar, virtual keyboard and physical keyboard, there are shortcomings such as insufficient speed, uncomfortable experience or restrictions on user location and posture. To mitigate these restrictions, we propose TouchEditor, a novel text editing system for HMDs based on a flexible piezoresistive film sensor, supporting cursor positioning, text selection, text retyping and editing commands (i.e., Copy, Paste, Delete, etc.). Through literature overview and heuristic study, we design a pressure-controlled menu and a shortcut gesture set for entering editing commands, and propose an area-and-pressure-based method for cursor positioning and text selection that skillfully maps gestures in different areas and with different strengths to cursor movements with different directions and granularities. The evaluation results show that TouchEditor i) adapts to various contents and scenes well with a stable correction speed of 0.075 corrections per second; ii) achieves 95.4% gesture recognition accuracy; iii) reaches a considerable level with a mobile phone in text selection tasks. The comparison results with the speech-dependent EYEditor and the built-in touch bar further prove the flexibility and robustness of TouchEditor in speech-unfriendly environments

Handwriting velcro: Endowing AR glasses with personalized and posture-adaptive text input using flexible touch sensor

Text input is a desired feature for AR glasses. While there already exist various input modalities (e.g., voice, mid-air gesture), the diverse demands required by different input scenarios can hardly be met by the small number of fixed input postures offered by existing solutions. In this paper, we present Handwriting Velcro, a novel text input solution for AR glasses based on flexible touch sensors. The distinct advantage of our system is that it can easily stick to different body parts, thus endowing AR glasses with posture-adaptive handwriting input. We explored the design space of on-body device positions and identified the best interaction positions for various user postures. To flatten users' learning curves, we adapt our device to the established writing habits of different users by training a 36-character (i.e., A-Z, 0-9) recognition neural network in a human-in-the-loop manner. Such a personalization attempt ultimately achieves a low error rate of 0.005 on average for users with different writing styles. Subjective feedback shows that our solution has a good performance in system practicability and social acceptance. Empirically, we conducted a heuristic study to explore and identify the best interaction Position-Posture Correlation. Experimental results show that our Handwriting Velcro excels similar work [6] and commercial product in both practicality (12.3 WPM) and user-friendliness in different contexts

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

Modellierung und Erkennung dreidimensionaler Handschrift mittels Inertialsensorik

In dieser Dissertation wird mit Airwriting eine Technologie präsentiert, die eine freihändige, jederzeit verfügbare und leicht erlernbare Texteingabe für Wearable Computing Systeme durch Schreiben in der Luft erlaubt. Die Bewegungserfassung erfolgt mittels am Körper getragener Inertialsensoren. Zusätzlich wird auch die inertialsensorbasierte Erkennung traditioneller, mit einem Stift geschriebener, Schrift behandelt und die gestenbasierte Texteingabe mit einer Gestensteuerung kombiniert