Chinese Text Entry with Mobile Devices

Tietokoneiden ja nykyaikaisten matkapuhelimien käytön kannalta on olennaista, että niihin voidaan syöttää tekstiä tehokkaasti. Kiinan kielen eri murteita puhuu äidinkielenään noin viidesosa maailman väestöstä eli yli miljardi ihmistä. Kiinan kielen merkki- ja tavuperustaisuus tekee siitä tekstinsyötön kannalta ainutlaatuisen haastavan. Monet kiinalaisista merkeistä ovat rakenteeltaan monimutkaisia ja homofonisia (ääntyvät samalla tavoin) joidenkin muiden merkkien kanssa. Syötettäessä tekstiä näppäimistöltä tavallinen tapa on käyttää ns. pinyin-koodeja, joiden avulla kukin kiinan merkki voidaan esittää useasta latinalaisen aakkoston merkistä koostuvana koodina. Homofoniasta johtuen tarkoitettu kiinan kielen merkki joudutaan tämän jälkeen vielä valitsemaan usean vaihtoehdon joukosta, mikä tekee tekstinsyöttöprosessista vaikeampaa kuin romaanisten kielten tapauksessa. Lisäksi on otettava huomioon Kiinan eri osissa puhutut useat murteet. Kaikki nämä tekijät yhdessä tekevät kiinankielisen tekstin syötöstä tietokoneille haastavaa. Tämän väitöskirjan tavoitteena on parantaa kiinankielisen tekstin syöttötapojen käyttäjäkokemusta käytettäessä matkapuhelimia ja muita mobiililaitteita. Väitöskirjassa tutkitaan empiiristen kokeiden ja mallinnuksen avulla uusia tekstinsyöttötapoja ja niiden käyttöä. Tutkimuksen kohteena on neljä erilaista tekstinsyöttötapaa: kiinankielen käsinkirjoituksen tunnistus, pyörivän kiekon avulla tapahtuva tekstinsyöttö, mandariinikiinaan perustuva sanelu, ja numeronäppäinten avulla tapahtuva pinyin-koodien syöttö. Työssä ehdotetaan uusia tekniikoita sekä käsinkirjoituksen tunnistukseen että kiekkoa käyttävään pinyin-koodien syöttöön. Empiirisissä kokeissa osoittautui että käyttäjät pitivät uusista tekniikoista. Mandariinikiinalle on suunniteltu lyhytviestien sanelusovellus, josta on tehty kaksi käyttäjäkoetta. Myös numeronäppäinten avulla tapahtuvaa pinyin-koodien syöttöä on tutkittu kahdessa kokeessa. Ensimmäisessä kokeessa vertailtiin viittä eri menetelmää. Se tuotti suunnitteluohjeita etenkin koskien fraasien (useamman merkin kokonaisuuksien) syöttöä, tekniikkaa joka voi nopeuttaa tekstinsyöttöä. Toisen osatutkimuksen tuloksena on tekstinsyöttöä kuvaava malli, jonka avulla voidaan ennustaa menetelmän nopeutta kun syötettäessä ei tehdä virheitä. Tutkimus johti myös useisiin jatkotutkimuskysymyksiin. On tarpeen kehittää tehokkaampia menetelmiä tilanteeseen, jossa merkki joudutaan valitsemaan useista vaihtoehdoista. Kehityspotentiaalia on myös merkkien perustana olevien viivojen tunnistustavoissa sekä kosketusnäytöllä esitettyjen näppäimistöjen paremmassa hyödyntämisessä.For using computers and modern mobile phones it is essential that there are efficient methods for providing textual input. About one fifth of the world´s population, or over one billion people, speaks some variety of Chinese as their native language. Chinese has unique characteristics as a logosyllabic language. For example, many Chinese characters are complex in structure and normally homophonic with some others. With keyboards and other key-based input devices the normal approach is to use so-called pinyin input, where the Chinese characters are entered using their pinyin mark that consists of several characters in the Roman alphabet. Because of homophony this technique requires choosing the correct Chinese character from a list of posssible choices, making the input process more complicated than in Roman languages. Moreover, the many varieties of the language in different parts of China have to be taken into account as well. All above factors bring new challenges to the design and evaluation of Chinese text entry methods in computing systems. The overall objective of this dissertation is to improve user experience of Chinese text entry on mobile devices. To achieve the goal, the author explores new interaction solutions and patterns of user behavior in the Chinese text entry process with various approaches including empirical studies and performance modeling. The work covers four means of Chinese text entry on mobile devices: Chinese handwriting recognition, Chinese indirect text entry with a rotator, Mandarin dictation, and Chinese pinyin input methods with a 12-key keypad. New design solutions for Chinese handwriting recognition and pinyin methods utilizing a rotator are proposed and proved being well accepted by users with empirical studies. A Mandarin short message dictation application for mobile phones is also presented , with two associated studies on human factors. Two studies were also carried out on Chinese pinyin input methods that are based on the 12-key keypad. The comparative study of five phrasal pinyin input methods led to design guidelines for the advanced feature of phrasal input. The second study of pinyin input methods produced a predictive model addressing users´ error-free speeds. Based on the conclusions from studies in this thesis, several additional research questions were identified for the future. For example, improvements are necessary to promote user performance on target selection process in Chinese text entry on mobile devices. Moreover, design and studies on stroke methods and Chinese specific soft keyboards are also required

Techniques d'interaction 'phygitales' pour l'exploration de systèmes informationnels complexes

Durant cette dernière décennie, la quantité de données numériques n'a cessé d'augmenter. Ces données provenant de l'Internet des Objets ou de smartphones permettent aux utilisateurs de comprendre et d'analyser leur santé, leur mode de vie ou encore leur consommation énergétique, et aux différentes institutions (villes, campus, promoteurs immobiliers) de gérer le flux de population, le trafic routier ou les pertes énergétiques dans les bâtiments administrés. Le domaine de la "ville intelligente" en tire particulièrement profit. Il est donc capital de mettre à disposition des visualisations interactives de ces données pour pouvoir faire émerger des connaissances et faciliter la prise de décision. Une approche récente propose de représenter ces données proches de l'objet qui les capte ou les produit. Cependant, ce domaine est encore assez récent et il reste de nombreux défis à explorer. Un des défis majeurs identifié par Thomas et collab. (Thomas et al., 2018) est le développement et la conception de techniques d'interaction pour faciliter l'analyse de données situées. L'objectif de nos travaux de thèse est de concevoir et d'évaluer des solutions interactives tirant profit du référent physique pour interagir avec des données numériques situées en se focalisant sur une tâche interactive fondamentale en IHM : la sélection. Dans ce manuscrit nous abordons cette tâche selon une approche fonctionnelle et une approche conceptuelle.Over the past decade, the amount of digital data has been increasing. This data from the Internet of Things or smartphones allows users to understand and analyse their health, lifestyle or energy consumption, and different institutions (cities, campuses, real estate developers) to manage the flow of people, road traffic or energy losses in the buildings they manage. One particular topic that benefits from this is the "smart city". It is therefore essential to make interactive visualisations of this data available in order to generate knowledge and facilitate decision-making. A recent approach proposes to represent these data close to the object that captures or produces them. However, this field is still quite new and there are still many challenges to explore. One of the major challenges identified by Thomas et al. (Thomas et al., 2018) is the development and design of interaction techniques to facilitate the analysis of situated data. The objective of our thesis work is to design and evaluate interactive solutions leveraging the physical referent to interact with situated digital data by focusing on a fundamental interactive task in HCI: selection. In this manuscript we study this task from both a practical and a conceptual approach

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