Brainatwork: Logging Cognitive Engagement and Tasks in the Workplace Using Electroencephalography

Today's workplaces are dynamic and complex. Digital data sources such as email and video conferencing aim to support workers but also add to their burden of multitasking. Psychophysiological sensors such as Electroencephalography (EEG) can provide users with cues about their cognitive state. We introduce BrainAtWork, a workplace engagement and task logger which shows users their cognitive state while working on different tasks. In a lab study with eleven participants working on their own real-world tasks, we gathered 16 hours of EEG and PC logs which were labeled into three classes: central, peripheral and meta work. We evaluated the usability of BrainAtWork via questionnaires and interviews. We investigated the correlations between measured cognitive engagement from EEG and subjective responses from experience sampling probes. Using random forests classification, we show the feasibility of automatically labeling work tasks into work classes. We discuss how BrainAtWork can support workers on the long term through encouraging reflection and helping in task scheduling

TransparentHMD: Revealing the HMD User's Face to Bystanders

While the eyes are very important in human communication, once a user puts on a head mounted display (HMD), the face is obscured from the outside world's perspective. This leads to communication problems when bystanders approach or collaborate with an HMD user. We introduce transparentHMD, which employs a head-coupled perspective technique to produce an illusion of a transparent HMD to bystanders. We created a self contained system, based on a mobile device mounted on the HMD with the screen facing bystanders. By tracking the relative position of the bystander using the smartphone's camera, we render an adapting perspective view in realtime that creates the illusion of a transparent HMD. By revealing the user's face to bystanders, our easy to implement system allows for opportunities to investigate a plethora of research questions particularly related to collaborative VR systems

They Are All After You: Investigating the Viability of a Threat Model That Involves Multiple Shoulder Surfers

Many of the authentication schemes for mobile devices that were proposed lately complicate shoulder surfing by splitting the attacker's attention into two or more entities. For example, multimodal authentication schemes such as GazeTouchPIN and GazeTouchPass require attackers to observe the user's gaze input and the touch input performed on the phone's screen. These schemes have always been evaluated against single observers, while multiple observers could potentially attack these schemes with greater ease, since each of them can focus exclusively on one part of the password. In this work, we study the effectiveness of a novel threat model against authentication schemes that split the attacker's attention. As a case study, we report on a security evaluation of two state of the art authentication schemes in the case of a team of two observers. Our results show that although multiple observers perform better against these schemes than single observers, multimodal schemes are significantly more secure against multiple observers compared to schemes that employ a single modality. We discuss how this threat model impacts the design of authentication schemes

Scraping social media photos posted in Kenya and elsewhere to detect and analyze food types

Monitoring population-level changes in diet could be useful for education and for implementing interventions to improve health. Research has shown that data from social media sources can be used for monitoring dietary behavior. We propose a scrape-by-location methodology to create food image datasets from Instagram posts. We used it to collect 3.56 million images over a period of 20 days in March 2019. We also propose a scrape-by-keywords methodology and used it to scrape ∼30,000 images and their captions of 38 Kenyan food types. We publish two datasets of 104,000 and 8,174 image/caption pairs, respectively. With the first dataset, Kenya104K, we train a Kenyan Food Classifier, called KenyanFC, to distinguish Kenyan food from non-food images posted in Kenya. We used the second dataset, KenyanFood13, to train a classifier KenyanFTR, short for Kenyan Food Type Recognizer, to recognize 13 popular food types in Kenya. The KenyanFTR is a multimodal deep neural network that can identify 13 types of Kenyan foods using both images and their corresponding captions. Experiments show that the average top-1 accuracy of KenyanFC is 99% over 10,400 tested Instagram images and of KenyanFTR is 81% over 8,174 tested data points. Ablation studies show that three of the 13 food types are particularly difficult to categorize based on image content only and that adding analysis of captions to the image analysis yields a classifier that is 9 percent points more accurate than a classifier that relies only on images. Our food trend analysis revealed that cakes and roasted meats were the most popular foods in photographs on Instagram in Kenya in March 2019.Accepted manuscrip

Brave New GES World:A Systematic Literature Review of Gestures and Referents in Gesture Elicitation Studies

How to determine highly effective and intuitive gesture sets for interactive systems tailored to end users’ preferences? A substantial body of knowledge is available on this topic, among which gesture elicitation studies stand out distinctively. In these studies, end users are invited to propose gestures for specific referents, which are the functions to control for an interactive system. The vast majority of gesture elicitation studies conclude with a consensus gesture set identified following a process of consensus or agreement analysis. However, the information about specific gesture sets determined for specific applications is scattered across a wide landscape of disconnected scientific publications, which poses challenges to researchers and practitioners to effectively harness this body of knowledge. To address this challenge, we conducted a systematic literature review and examined a corpus of N=267 studies encompassing a total of 187, 265 gestures elicited from 6, 659 participants for 4, 106 referents. To understand similarities in users’ gesture preferences within this extensive dataset, we analyzed a sample of 2, 304 gestures extracted from the studies identified in our literature review. Our approach consisted of (i) identifying the context of use represented by end users, devices, platforms, and gesture sensing technology, (ii) categorizing the referents, (iii) classifying the gestures elicited for those referents, and (iv) cataloging the gestures based on their representation and implementation modalities. Drawing from the findings of this review, we propose guidelines for conducting future end-user gesture elicitation studies

Designing gaze-based interaction for pervasive public displays

The last decade witnessed an increasing adoption of public interactive displays. Displays can now be seen in many public areas, such as shopping malls, and train stations. There is also a growing trend towards using large public displays especially in airports, urban areas, universities and libraries. Meanwhile, advances in eye tracking and visual computing promise straightforward integration of eye tracking on these displays for both: 1) monitoring the user's visual behavior to evaluate different aspects of the display, such as measuring the visual attention of passersby, and for 2) interaction purposes, such as allowing users to provide input, retrieve content, or transfer data using their eye movements. Gaze is particularly useful for pervasive public displays. In addition to being natural and intuitive, eye gaze can be detected from a distance, bringing interactivity to displays that are physically unreachable. Gaze reflects the user's intention and visual interests, and its subtle nature makes it well-suited for public interactions where social embarrassment and privacy concerns might hinder the experience. On the downside, eye tracking technologies have traditionally been developed for desktop settings, where a user interacts from a stationary position and for a relatively long period of time. Interaction with public displays is fundamentally different and hence poses unique challenges when employing eye tracking. First, users of public displays are dynamic; users could approach the display from different directions, and interact from different positions or even while moving. This means that gaze-enabled displays should not expect users to be stationary at a specific position, but instead adapt to users' ever-changing position in front of the display. Second, users of public displays typically interact for short durations, often for a few seconds only. This means that contrary to desktop settings, public displays cannot afford requiring users to perform time-consuming calibration prior to interaction. In this publications-based dissertation, we first report on a review of challenges of interactive public displays, and discuss the potential of gaze in addressing these challenges. We then showcase the implementation and in-depth evaluation of two applications where gaze is leveraged to address core problems in today's public displays. The first presents an eye-based solution, EyePACT, that tackles the parallax effect which is often experienced on today's touch-based public displays. We found that EyePACT significantly improves accuracy even with varying degrees of parallax. The second is a novel multimodal system, GTmoPass, that combines gaze and touch input for secure user authentication on public displays. GTmoPass was found to be highly resilient to shoulder surfing, thermal attacks and smudge attacks, thereby offering a secure solution to an important problem on public displays. The second part of the dissertation explores specific challenges of gaze-based interaction with public displays. First, we address the user positioning problem by means of active eye tracking. More specifically, we built a novel prototype, EyeScout, that dynamically moves the eye tracker based on the user's position without augmenting the user. This, in turn, allowed us to study and understand gaze-based interaction with public displays while walking, and when approaching the display from different positions. An evaluation revealed that EyeScout is well perceived by users, and improves the time needed to initiate gaze interaction by 62% compared to state-of-the-art. Second, we propose a system, Read2Calibrate, for calibrating eye trackers implicitly while users read text on displays. We found that although text-based calibration is less accurate than traditional methods, it integrates smoothly while reading and thereby more suitable for public displays. Finally, through our prototype system, EyeVote, we show how to allow users to select textual options on public displays via gaze without calibration. In a field deployment of EyeVote, we studied the trade-off between accuracy and selection speed when using calibration-free selection techniques. We found that users of public displays value faster interactions over accurate ones, and are willing to correct system errors in case of inaccuracies. We conclude by discussing the implications of our findings on the design of gaze-based interaction for public displays, and how our work can be adapted for other domains apart from public displays, such as on handheld mobile devices.In den letzten zehn Jahren wurden vermehrt interaktive Displays in öffentlichen Bereichen wie Einkaufszentren, Flughäfen und Bahnhöfen eingesetzt. Große öffentliche Displays finden sich zunehmend in städtischen Gebieten, beispielsweise in Universitäten und Bibliotheken. Fortschritte in der Eye-Tracking-Technologie und der Bildverarbeitung versprechen eine einfache Integration von Eye-Tracking auf diesen Displays. So kann zum einen das visuelle Verhalten der Benutzer verfolgt und damit ein Display nach verschiedenen Aspekten evaluiert werden. Zum anderen eröffnet Eye-Tracking auf öffentlichen Displays neue Interaktionsmöglichkeiten. Blickbasierte Interaktion ist besonders nützlich für Bildschirme im allgegenwärtigen öffentlichen Raum. Der Blick bietet mehr als eine natürliche und intuitive Interaktionsmethode: Blicke können aus der Ferne erkannt und somit für Interaktion mit sonst unerreichbaren Displays genutzt werden. Aus der Interaktion mit dem Blick (Gaze) lassen sich Absichten und visuelle Interessen der Benutzer ableiten. Dadurch eignet es sich besonders für den öffentlichen Raum, wo Nutzer möglicherweise Datenschutzbedenken haben könnten oder sich bei herkömmlichen Methoden gehemmt fühlen würden in der Öffentlichkeit mit den Displays zu interagieren. Dadurch wird ein uneingeschränktes Nutzererlebnis ermöglicht. Eye-Tracking-Technologien sind jedoch in erster Linie für Desktop-Szenarien entwickelt worden, bei denen ein Benutzer für eine relativ lange Zeitspanne in einer stationären Position mit dem System interagiert. Die Interaktion mit öffentlichen Displays ist jedoch grundlegend anders. Daher gilt es völlig neuartige Herausforderungen zu bewältigen, wenn Eye-Tracking eingesetzt wird. Da sich Nutzer von öffentlichen Displays bewegen, können sie sich dem Display aus verschiedenen Richtungen nähern und sogar währenddessen mit dem Display interagieren. Folglich sollten "Gaze-enabled Displays" nicht davon ausgehen, dass Nutzer sich stets an einer bestimmten Position befinden, sondern sollten sich an die ständig wechselnde Position des Nutzers anpassen können. Zum anderen interagieren Nutzer von öffentlichen Displays üblicherweise nur für eine kurze Zeitspannen von ein paar Sekunden. Eine zeitaufwändige Kalibrierung durch den Nutzer vor der eigentlichen Interaktion ist hier im Gegensatz zu Desktop-Szenarien also nicht adäquat. Diese kumulative Dissertation überprüft zunächst die Herausforderungen interaktiver öffentlicher Displays und diskutiert das Potenzial von blickbasierter Interaktion zu deren Bewältigung. Anschließend wird die Implementierung und eingehende Evaluierung von zwei beispielhaften Anwendungen vorgestellt, bei denen Nutzer durch den Blick mit öffentlichen Displays interagieren. Daraus ergeben sich weitere greifbare Vorteile der blickbasierten Interaktion für öffentliche Display-Kontexte. Bei der ersten Anwendung, EyePACT, steht der Parallaxeneffekt im Fokus, der heutzutage häufig ein Problem auf öffentlichen Displays darstellt, die über Berührung (Touch) gesteuert werden. Die zweite Anwendung ist ein neuartiges multimodales System, GTmoPass, das Gaze- und Touch-Eingabe zur sicheren Benutzerauthentifizierung auf öffentlichen Displays kombiniert. GTmoPass ist sehr widerstandsfähig sowohl gegenüber unerwünschten fremden Blicken als auch gegenüber sogenannten thermischen Angriffen und Schmierangriffen. Es bietet damit eine sichere Lösung für ein wichtiges Sicherheits- und Datenschutzproblem auf öffentlichen Displays. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit spezifischen Herausforderungen der Gaze-Interaktion mit öffentlichen Displays. Zuerst wird der Aspekt der Benutzerpositionierung durch aktives Eye-Tracking adressiert. Der neuartige Prototyp EyeScout bewegt den Eye-Tracker passend zur Position des Nutzers, ohne dass dieser dafür mit weiteren Geräten oder Sensoren ausgestattet werden muss. Dies ermöglicht blickbasierte Interaktion mit öffentlichen Displays auch in jenen Situationen zu untersuchen und zu verstehen, in denen Nutzer in Bewegung sind und sich dem Display von verschiedenen Positionen aus nähern. Zweitens wird das System Read2Calibrate präsentiert, das Eye-Tracker implizit kalibriert, während Nutzer Texte auf Displays lesen. Der Prototyp EyeVote zeigt, wie man die Auswahl von Textantworten auf öffentlichen Displays per Blick ohne Kalibrierung ermöglichen kann. In einer Feldstudie mit EyeVote wird der Kompromiss zwischen Genauigkeit und Auswahlgeschwindigkeit unter der Verwendung kalibrierungsfreier Auswahltechniken untersucht. Die Implikationen der Ergebnisse für das Design von blickbasierter Interaktion öffentlicher Displays werden diskutiert. Abschließend wird erörtert wie die verwendete Methodik auf andere Bereiche, z.B. auf mobilie Geräte, angewendet werden kann

The usage of fully immersive head-mounted displays in social everyday contexts

Technology often evolves from decades of research in university and industrial laboratories and changes people's lives when it becomes available to the masses. In the interaction between technology and consumer, established designs in the laboratory environment must be adapted to the needs of everyday life. This paper deals with the challenges arising from the development of fully immersive Head Mounted Displays (HMD) in laboratories towards their application in everyday contexts. Research on virtual reality (VR) technologies spans over 50 years and covers a wide field of topics, e.g., technology, system design, user interfaces, user experience or human perception. Other disciplines such as psychology or the teleoperation of robots are examples for users of VR technology. The work in the previous examples was mainly carried out in laboratories or highly specialized environments. The main goal was to generate systems that are ideal for a single user to conduct a particular task in VR. The new emerging environments for the use of HMDs range from private homes to offices to convention halls. Even in public spaces such as public transport, cafés or parks, immersive experiences are possible. However, current VR systems are not yet designed for these environments. Previous work on problems in the everyday environment deals with challenges such as preventing the user from colliding with a physical object. However, current research does not take into account the new social context for an HMD user associated with these environments. Several people who have different roles are around the user in these contexts. In contrast to laboratory scenarios, the non-HMD user, for example, does not share the task with or is aware of the state of the HMD user in VR. This thesis contributes to the challenges introduced by the social context. For this purpose I offer solutions to overcome the visual separation of the HMD user. I also suggest methods for investigating and evaluating the use of HMDs suitable for everyday context. First, we present concepts and insights to overcome the challenges arising from an HMD covering the user's face. In the private context, e.g., living rooms, one of the main challenges is the need for an HMD user to take off the HMD to be able to communicate with others. Reasons for taking off the HMD are the visual exclusion of the surrounding world for HMD users and the HMD covering the users' face, hindering communication. Additionally, the Non-HMD users do not know about the virtual world the HMD user is acting in. Previous work suggests to visualize the bystanding Non-HMD user or its actions in VR to address such challenges. The biggest advantage of a fully immersive experience, however, is the full separation from the physical surrounding with the ultimate goal of being at another place. Therefore I argue not to integrate a non-HMD users directly into VR. I introduce the approach of using a shared surface that provides a common basis for information and interaction between a non-HMD and a HMD user. Such a surface can be utilized by using a smartphone. The same information is presented to the HMD in VR and the Non-HMD user on the shared surface in the same physical position, enabling joint interaction at the surface. By examining four feedback modalities, we provide design guidelines for touch interaction. The guidelines support interaction design with such a shared surface by an HMD user. Further, we explore the possibility to inform the Non-HMD user about the user's state during a mixed presence collaboration, e.g., if the HMD user is inattentive to the real world. For this purpose I use a frontal display attached to the HMD. In particular we explore the challenges of disturbed socialness and reduced collaboration quality, by presenting the users state on the front facing display. In summary, our concepts and studies explore the application of a shared surface to overcome challenges in a co-located mixed presence collaboration. Second, we look at the challenges of using HMDs in a public environment that have not yet been considered. The use of HMDs in these environments is becoming a reality due to the current development of HMDs, which contain all necessary hardware in one portable device. Related work, in particular, the work on public displays, already addresses the interaction with technology in public environments. The form factor of the HMD, the need to take an HMD onto the head and especially the visual and mental exclusion of the HMD user are new and not yet understood challenges in these environments. We propose a problem space for semi-public (e.g., conference rooms) and public environments (e.g., market places). With an explorative field study, we gain insight into the effects of the visual and physical separation of an HMD user from surrounding Non-HMD users. Further, we present a method that helps to design and evaluate the unsupervised usage of HMDs in public environments, the \emph{audience funnel flow model for HMDs}. Third, we look into methods that are suitable to monitor and evaluate HMD-based experiences in the everyday context. One core measure is the experience of being present in the virtual world, i.e., the feeling of ``being there''. Consumer-grade HMDs are already able to create highly immersive experiences, leading to a strong presence experience in VR. Hence we argue it is important to find and understand the remaining disturbances during the experience. Existing methods from the laboratory context are either not precise enough, e.g, questionnaires, to find these disturbances or cause high effort in their application and evaluation, e.g., physiological measures. In a literature review, we show that current research heavily relies on questionnaire-based approaches. I improve current qualitative approaches -- interviews, questionnaires -- to make the temporal variation of a VR experience assessable. I propose a drawing method that recognizes breaks in the presence experience. Also, it helps the user in reflecting an HMD-based experience and supports the communication between an interviewer and the HMD user. In the same paper, we propose a descriptive model that allows the objective description of the temporal variations of a presence experience from beginning to end. Further, I present and explore the concept of using electroencephalography to detect an HMD user's visual stress objectively. Objective detection supports the usage of HMDs in private and industrial contexts, as it ensures the health of the user. With my work, I would like to draw attention to the new challenges when using virtual reality technologies in everyday life. I hope that my concepts, methods and evaluation tools will serve research and development on the usage of HMDs. In particular, I would like to promote the use in the everyday social context and thereby create an enriching experience for all.Technologie entwickelt sich oft aus jahrzehntelanger Forschung in Universitäts- und Industrielabors und verändert das Leben der Menschen, wenn sie für die Masse verfügbar wird. Im Zusammenspiel von Technik und Konsument müssen im Laborumfeld etablierte Designs an die Bedürfnisse des Alltags angepasst werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen, die sich aus der Entwicklung voll immersiver Head Mounted Displays (HMD) in Labors, hin zu ihrer Anwendung im täglichen Kontext ergeben. Die Forschung zu Virtual-Reality-Technologien erstreckt sich über mehr als 50 Jahre und deckt ein breites Themenspektrum ab, wie zum Beispiel Technologie, Systemdesign, Benutzeroberflächen, Benutzererfahrung oder menschliche Wahrnehmung. Andere Disziplinen wie die Psychologie oder die Teleoperation von Robotern sind Beispiele für Anwender von VR Technologie. in der Vergangenheit Arbeiten wurden Arbeiten mit VR Systemen überwiegend in Labors oder hochspezialisierten Umgebungen durchgeführt. Der Großteil dieser Arbeiten zielte darauf ab, Systeme zu generieren, die für einen einzigen Benutzer ideal sind, um eine bestimmte Aufgabe in VR durchzuführen. Die neu aufkommenden Umgebungen für den Einsatz von HMDs reichen vom privaten Haushalt über Büros bis hin zu Kongresssälen. Auch in öffentlichen Räumen wie öffentlichen Verkehrsmitteln, Cafés oder Parks sind immersive Erlebnisse möglich. Allerdings sind die aktuellen VR Systeme noch nicht für diese Umgebungen ausgelegt. Vorangegangene Arbeiten zu den Problemen im Alltags Umfeld befassen sich daher mit Herausforderungen, wie der Vermeidung von Kollisionen des Benutzers mit einem physischen Objekt. Die aktuelle Forschung berücksichtigt allerdings nicht den neuen sozialen Kontext für einen HMD-Anwender, der mit den Alltagsumgebungen verbunden ist. Mehrere Personen, die unterschiedliche Rollen haben, sind in diesen Kontexten um den Benutzer herum. Im Gegensatz zu Szenarien im Labor teilt der Nicht-HMD-Benutzer beispielsweise nicht die Aufgabe und ist sich nicht über den Zustand des HMD-Benutzers in VR bewusst. Diese Arbeit trägt zu den Herausforderungen bei, die durch den sozialen Kontext eingeführt werden. Zu diesem Zweck bieten ich in meiner Arbeit Lösungen an, um die visuelle Abgrenzung des HMD-Anwenders zu überwinden. Ich schlage zudem Methoden zur Untersuchung und Bewertung des Einsatzes von HMDs in öffentlichen Bereichen vor. Zuerst präsentieren wir Konzepte und Erkenntnisse, um die Herausforderungen zu meistern, die sich durch das HMD ergeben, welches das Gesicht des Benutzers abdeckt. Im privaten Bereich, z.B. in Wohnzimmern, ist eine der größten Herausforderungen die Notwendigkeit, dass der HMD-Nutzer das HMD abnimmt, um mit anderen kommunizieren zu können. Gründe für das Abnehmen des HMDs sind die visuelle Ausgrenzung der Umgebung für die HMD-Anwender und das HMD selbst, welches das Gesicht des Anwenders bedeckt und die Kommunikation behindert. Darüber hinaus wissen die Nicht-HMD-Benutzer nichts über die virtuelle Welt, in der der HMD-Benutzer handelt. Bisherige Konzepte schlugen vor, den Nicht-HMD-Benutzer oder seine Aktionen in VR zu visualisieren, um diese Herausforderungen zu adressieren. Der größte Vorteil einer völlig immersiven Erfahrung ist jedoch die vollständige Trennung der physischen Umgebung mit dem ultimativen Ziel, an einem anderen Ort zu sein. Daher schlage ich vor die Nicht-HMD-Anwender nicht direkt in VR einzubinden. Stattdessen stelle ich den Ansatz der Verwendung einer geteilten Oberfläche vor, die eine gemeinsame Grundlage für Informationen und Interaktion zwischen einem Nicht-HMD und einem HMD-Benutzer bietet. Eine geteile Oberfläche kann etwa durch die Verwendung eines Smartphones realisiert werden. Eine solche Oberfläche präsentiert dem HMD und dem Nicht-HMD-Benutzer an der gleichen physikalischen Position die gleichen Informationen. Durch die Untersuchung von vier Feedbackmodalitäten stellen wir Designrichtlinien zur Touch-Interaktion zur Verfügung. Die Richtlinien ermöglichen die Interaktion mit einer solchen geteilten Oberfläche durch einen HMD-Anwender ermöglichen. Weiterhin untersuchen wir die Möglichkeit, den Nicht-HMD-Benutzer während einer Zusammenarbeit über den Zustand des HMD Benutzers zu informieren, z.B., wenn der HMD Nutzer gegenüber der realen Welt unachtsam ist. Zu diesem Zweck schlage ich die Verwendung eines frontseitigen Displays, das an dem HMD angebracht ist. Zusätzlich bieten unsere Studien Einblicke, die den Designprozess für eine lokale, gemischt präsente Zusammenarbeit unterstützen. Zweitens betrachten wir die bisher unberücksichtigten Herausforderungen beim Einsatz von HMDs im öffentlichen Umfeld. Ein Nutzung von HMDs in diesen Umgebungen wird durch die aktuelle Entwicklung von HMDs, die alle notwendige Hardware in einem tragbaren Gerät enthalten, zur Realität. Verwandte Arbeiten, insbesondere aus der Forschung an Public Displays, befassen sich bereits mit der Nutzung von Display basierter Technologien im öffentlichen Kontext. Der Formfaktor des HMDs, die Notwendigkeit ein HMD auf den Kopf zu Ziehen und vor allem die visuelle und mentale Ausgrenzung des HMD-Anwenders sind neue und noch nicht verstanden Herausforderung in diesen Umgebungen. Ich schlage einen Design Space für halböffentliche (z.B. Konferenzräume) und öffentliche Bereiche (z.B. Marktplätze) vor. Mit einer explorativen Feldstudie gewinnen wir Einblicke in die Auswirkungen der visuellen und physischen Trennung eines HMD-Anwenders von umliegenden Nicht-HMD-Anwendern. Weiterhin stellen wir eine Methode vor, die unterstützt, den unbeaufsichtigten Einsatz von HMDs in öffentlichen Umgebungen zu entwerfen und zu bewerten, das \emph{audience funnel flow model for HMDs}. Drittens untersuchen wir Methoden, die geeignet sind, HMD-basierte Erfahrungen im Alltagskontext zu überwachen und zu bewerten. Eine zentrale Messgröße ist die Erfahrung der Präsenz in der virtuellen Welt, d.h. das Gefühl des "dort seins". HMDs für Verbraucher sind bereits in der Lage, hoch immersive Erlebnisse zu schaffen, was zu einer starken Präsenzerfahrung im VR führt. Daher argumentieren wir, dass es wichtig ist, die verbleibenden Störungen während der Erfahrung zu finden und zu verstehen. Bestehende Methoden aus dem Laborkontext sind entweder nicht präzise genug, z.B. Fragebögen, um diese Störungen zu finden oder verursachen einen hohen Aufwand in ihrer Anwendung und Auswertung, z.B. physilogische Messungen. In einer Literaturübersicht zeigen wir, dass die aktuelle Forschung stark auf fragebogenbasierte Ansätze angewiesen ist. Ich verbessern aktuelle qualitative Ansätze -- Interviews, Fragebögen -- um die zeitliche Variation einer VR-Erfahrung bewertbar zu machen. Ich schlagen eine Zeichnungsmethode vor die Brüche in der Präsenzerfahrung erkennt, den Benutzer bei der Reflexion einer HMD-basierten Erfahrung hilft und die Kommunikation zwischen einem Interviewer und dem HMD-Benutzer unterstützt. In der gleichen Veröffentlichung schlage ich ein Modell vor, das die objektive Beschreibung der zeitlichen Variationen einer Präsenzerfahrung von Anfang bis Ende ermöglicht. Weiterhin präsentieren und erforschen ich das Konzept der Elektroenzephalographie, um den visuellen Stress eines HMD-Anwenders objektiv zu erfassen. Die objektive Erkennung unterstützt den Einsatz von HMDs im privaten und industriellen Kontext, da sie die Gesundheit des Benutzers sicherstellt. Mit meiner Arbeit möchte ich auf die neuen Herausforderungen beim Einsatz von VR-Technologien im Alltag aufmerksam machen. Ich hoffe, dass meine Konzepte, Methoden und Evaluierungswerkzeuge der Forschung und Entwicklung über den Einsatz von HMDs dienen werden. Insbesondere möchte ich den Einsatz im alltäglichen sozialen Kontext fördern und damit eine bereichernde Erfahrung für alle schaffen

Usable privacy and security in smart homes

Ubiquitous computing devices increasingly dominate our everyday lives, including our most private places: our homes. Homes that are equipped with interconnected, context-aware computing devices, are considered “smart” homes. To provide their functionality and features, these devices are typically equipped with sensors and, thus, are capable of collecting, storing, and processing sensitive user data, such as presence in the home. At the same time, these devices are prone to novel threats, making our homes vulnerable by opening them for attackers from outside, but also from within the home. For instance, remote attackers who digitally gain access to presence data can plan for physical burglary. Attackers who are physically present with access to devices could access associated (sensitive) user data and exploit it for further cyberattacks. As such, users’ privacy and security are at risk in their homes. Even worse, many users are unaware of this and/or have limited means to take action. This raises the need to think about usable mechanisms that can support users in protecting their smart home setups. The design of such mechanisms, however, is challenging due to the variety and heterogeneity of devices available on the consumer market and the complex interplay of user roles within this context. This thesis contributes to usable privacy and security research in the context of smart homes by a) understanding users’ privacy perceptions and requirements for usable mechanisms and b) investigating concepts and prototypes for privacy and security mechanisms. Hereby, the focus is on two specific target groups, that are inhabitants and guests of smart homes. In particular, this thesis targets their awareness of potential privacy and security risks, enables them to take control over their personal privacy and security, and illustrates considerations for usable authentication mechanisms. This thesis provides valuable insights to help researchers and practitioners in designing and evaluating privacy and security mechanisms for future smart devices and homes, particularly targeting awareness, control, and authentication, as well as various roles.Computer und andere „intelligente“, vernetzte Geräte sind allgegenwärtig und machen auch vor unserem privatesten Zufluchtsort keinen Halt: unserem Zuhause. Ein „intelligentes Heim“ verspricht viele Vorteile und nützliche Funktionen. Um diese zu erfüllen, sind die Geräte mit diversen Sensoren ausgestattet – sie können also in unserem Zuhause sensitive Daten sammeln, speichern und verarbeiten (bspw. Anwesenheit). Gleichzeitig sind die Geräte anfällig für (neuartige) Cyberangriffe, gefährden somit unser Zuhause und öffnen es für potenzielle – interne sowie externe – Angreifer. Beispielsweise könnten Angreifer, die digital Zugriff auf sensitive Daten wie Präsenz erhalten, einen physischen Überfall in Abwesenheit der Hausbewohner planen. Angreifer, die physischen Zugriff auf ein Gerät erhalten, könnten auf assoziierte Daten und Accounts zugreifen und diese für weitere Cyberangriffe ausnutzen. Damit werden die Privatsphäre und Sicherheit der Nutzenden in deren eigenem Zuhause gefährdet. Erschwerend kommt hinzu, dass viele Nutzenden sich dessen nicht bewusst sind und/oder nur limitierte Möglichkeiten haben, effiziente Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Dies macht es unabdingbar, über benutzbare Mechanismen nachzudenken, die Nutzende beim Schutz ihres intelligenten Zuhauses unterstützen. Die Umsetzung solcher Mechanismen ist allerdings eine große Herausforderung. Das liegt unter anderem an der großen Vielfalt erhältlicher Geräte von verschiedensten Herstellern, was das Finden einer einheitlichen Lösung erschwert. Darüber hinaus interagieren im Heimkontext meist mehrere Nutzende in verschieden Rollen (bspw. Bewohner und Gäste), was die Gestaltung von Mechanismen zusätzlich erschwert. Diese Doktorarbeit trägt dazu bei, benutzbare Privatsphäre- und Sicherheitsmechanismen im Kontext des „intelligenten Zuhauses“ zu entwickeln. Insbesondere werden a) die Wahrnehmung von Privatsphäre sowie Anforderungen an potenzielle Mechanismen untersucht, sowie b) Konzepte und Prototypen für Privatsphäre- und Sicherheitsmechanismen vorgestellt. Der Fokus liegt hierbei auf zwei Zielgruppen, den Bewohnern sowie den Gästen eines intelligenten Zuhauses. Insbesondere werden in dieser Arbeit deren Bewusstsein für potenzielle Privatsphäre- und Sicherheits-Risiken adressiert, ihnen Kontrolle über ihre persönliche Privatsphäre und Sicherheit ermöglicht, sowie Möglichkeiten für benutzbare Authentifizierungsmechanismen für beide Zielgruppen aufgezeigt. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit legen den Grundstein für zukünftige Entwicklung und Evaluierung von benutzbaren Privatsphäre und Sicherheitsmechanismen im intelligenten Zuhause

Sustainable Teaching and Learning through a Mobile Application: A Case Study

Currently, mobile devices are widely used as a support in education for teaching and learning of multiple academic subjects. An example of this is educational mobile applications, which in recent years have been massively developed and have generated multiple downloads for use in the classroom. Despite their features and benefits, the use of mobile devices such as smartphones is not usually allowed in classrooms due to the distraction they can generate. This paper aims to evidence the use of mobile devices in education and why it should be used as a support in the educational model. To do this, it is proposed to compare two teaching-learning methodologies and identify whether the use of mobile applications can influence the specific education of an engineering subject. The methodologies were tested in the classroom, focusing on IP addressing and network numbering systems, with two groups of students: an experimental group and a control group. At the end of the experiment, their performance was evaluated using a questionnaire. The answers of this questionnaire were subjected to an analysis of variance (ANOVA) and hypotheses were proposed to identify whether the use of a mobile application used as a support in the educational model has benefits in learning. The results indicate that educational mobile applications can be helpful in the teaching-learning process and at present, education can benefit from the use of this innovative learning methodology.This work was supported by the EduTech project (609785-EPP-1-2019-1-ES-EPPKA2-CBHEJP) co-funded by the Erasmus+ Programme of the European Union