Ambient hues and audible cues: An approach to automotive user interface design using multi-modal feedback

The use of touchscreen interfaces for in-vehicle information, entertainment, and for the control of comfort settings is proliferating. Moreover, using these interfaces requires the same visual and manual resources needed for safe driving. Guided by much of the prevalent research in the areas of the human visual system, attention, and multimodal redundancy the Hues and Cues design paradigm was developed to make touchscreen automotive user interfaces more suitable to use while driving. This paradigm was applied to a prototype of an automotive user interface and evaluated with respects to driver performance using the dual-task, Lane Change Test (LCT). Each level of the design paradigm was evaluated in light of possible gender differences. The results of the repeated measures experiment suggests that when compared to interfaces without both the Hues and the Cues paradigm applied, the Hues and Cues interface requires less mental effort to operate, is more usable, and is more preferred. However, the results differ in the degradation in driver performance with interfaces that only have visual feedback resulting in better task times and significant gender differences in the driving task with interfaces that only have auditory feedback. Overall, the results reported show that the presentation of multimodal feedback can be useful in design automotive interfaces, but must be flexible enough to account for individual differences

Supporting the Development Process of Multimodal and Natural Automotive User Interfaces

Nowadays, driving a car places multi-faceted demands on the driver that go beyond maneuvering a vehicle through road traffic. The number of additional functions for entertainment, infotainment and comfort increased rapidly in the last years. Each new function in the car is designed to make driving as pleasant as possible but also increases the risk that the driver will be distracted from the primary driving task. One of the most important goals for designers of new and innovative automotive user interfaces is therefore to keep driver distraction to a minimum while providing an appropriate support to the driver. This goal can be achieved by providing tools and methods that support a human-centred development process. In this dissertation, a design space will be presented that helps to analyze the use of context, to generate new ideas for automotive user interfaces and to document them. Furthermore, new opportunities for rapid prototyping will be introduced. To be able to evaluate new automotive user interfaces and interaction concepts regarding their effect on driving performance, a driving simulation software was developed within the scope of this dissertation. In addition, research results in the field of multimodal, implicit and eye-based interaction in the car are presented. The different case studies mentioned illustrate the systematic and comprehensive research on the opportunities of these kinds of interaction, as well as their effects on driving performance. We developed a prototype of a vibration steering wheel that communicates navigation instructions. Another prototype of a steering wheel has a display integrated in the middle and enables handwriting input. A further case study explores a visual placeholder concept to assist drivers when using in-car displays while driving. When a driver looks at a display and then at the street, the last gaze position on the display is highlighted to assist the driver when he switches his attention back to the display. This speeds up the process of resuming an interrupted task. In another case study, we compared gaze-based interaction with touch and speech input. In the last case study, a driver-passenger video link system is introduced that enables the driver to have eye contact with the passenger without turning his head. On the whole, this dissertation shows that by using a new human-centred development process, modern interaction concepts can be developed in a meaningful way.Das Führen eines Fahrzeuges stellt heute vielfältige Ansprüche an den Fahrer, die über das reine Manövrieren im Straßenverkehr hinausgehen. Die Fülle an Zusatzfunktionen zur Unterhaltung, Navigation- und Komfortzwecken, die während der Fahrt genutzt werden können, ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Einerseits dient jede neu hinzukommende Funktion im Fahrzeug dazu, das Fahren so angenehm wie möglich zu gestalten, birgt aber anderseits auch immer das Risiko, den Fahrer von seiner primären Fahraufgabe abzulenken. Eines der wichtigsten Ziele für Entwickler von neuen und innovativen Benutzungsschnittstellen im Fahrzeug ist es, die Fahrerablenkung so gering wie möglich zu halten und dabei dem Fahrer eine angemessene Unterstützung zu bieten. Werkzeuge und Methoden, die einen benutzerzentrierten Entwicklungsprozess unter-stützen, können helfen dieses Ziel zu erreichen. In dieser Dissertation wird ein Entwurfsraum vorgestellt, welcher helfen soll den Benutzungskontext zu analysieren, neue Ideen für Benutzungsschnittstellen zu generieren und diese zu dokumentieren. Darüber hinaus wurden im Rahmen der Arbeit neue Möglichkeiten zur schnellen Prototypenerstellung entwickelt. Es wurde ebenfalls eine Fahrsimulationssoftware erstellt, welche die quantitative Bewertung der Auswirkungen von Benutzungs-schnittstellen und Interaktionskonzepten auf die Fahreraufgabe ermöglicht. Desweiteren stellt diese Dissertation neue Forschungsergebnisse auf den Gebieten der multimodalen, impliziten und blickbasierten Interaktion im Fahrzeug vor. In verschiedenen Fallbeispielen wurden die Möglichkeiten dieser Interaktionsformen sowie deren Auswirkung auf die Fahrerablenkung umfassend und systematisch untersucht. Es wurde ein Prototyp eines Vibrationslenkrads erstellt, womit Navigations-information übermittelt werden können sowie ein weiterer Prototyp eines Lenkrads, welches ein Display in der Mitte integriert hat und damit handschriftliche Texteingabe ermöglicht. Ein visuelles Platzhalterkonzept ist im Fokus eines weiteren Fallbeispiels. Auf einem Fahrzeugdisplay wird die letzte Blickposition bevor der Fahrer seine Aufmerksamkeit dem Straßenverkehr zuwendet visuell hervorgehoben. Dies ermöglicht dem Fahrer eine unterbrochene Aufgabe z.B. das Durchsuchen einer Liste von Musik-titel schneller wieder aufzunehmen, wenn er seine Aufmerksamkeit wieder dem Display zuwendet. In einer weiteren Studie wurde blickbasierte Interaktion mit Sprach- und Berührungseingabe verglichen und das letzte Fallbeispiel beschäftigt sich mit der Unterstützung der Kommunikation im Fahrzeug durch die Bereitstellung eines Videosystems, welches Blickkontakt zwischen dem Fahrer und den Mitfahrern ermöglicht, ohne dass der Fahrer seinen Kopf drehen muss. Die Arbeit zeigt insgesamt, dass durch den Einsatz eines neuen benutzerzentrierten Entwicklungsprozess moderne Interaktionskonzept sinnvoll entwickelt werden können

A Comprehensive Approach to WSN-Based ITS Applications: A Survey

In order to perform sensing tasks, most current Intelligent Transportation Systems (ITS) rely on expensive sensors, which offer only limited functionality. A more recent trend consists of using Wireless Sensor Networks (WSN) for such purpose, which reduces the required investment and enables the development of new collaborative and intelligent applications that further contribute to improve both driving safety and traffic efficiency. This paper surveys the application of WSNs to such ITS scenarios, tackling the main issues that may arise when developing these systems. The paper is divided into sections which address different matters including vehicle detection and classification as well as the selection of appropriate communication protocols, network architecture, topology and some important design parameters. In addition, in line with the multiplicity of different technologies that take part in ITS, it does not consider WSNs just as stand-alone systems, but also as key components of heterogeneous systems cooperating along with other technologies employed in vehicular scenarios

Konzeptualisierung und Architektur einer Content-Management-App für HMI apps im Kontext eines E-Cars mit zentralisierter IKT Infrastruktur

Treball realitzat a la FAKULTÄT FÜR INFORMATIK de la Technische Universität MünchenEn aquest projecte es planteja el disseny d'una arquitectura per a sistemes d'entreteniment i informació en dispositius automobilístics (infotainment), addicionant el concepte de CMS. El projecte planteja la possibilitat d'una arquitectura que pugui ser utilitzada mitjançant tablets o smartphones

Management of Technological Innovation in Developing and Developed Countries

It is widely accepted that technology is one of the forces driving economic growth. Although more and more new technologies have emerged, various evidence shows that their performances were not as high as expected. In both academia and practice, there are still many questions about what technologies to adopt and how to manage these technologies. The 15 articles in this book aim to look into these questions. There are quite many features in this book. Firstly, the articles are from both developed countries and developing countries in Asia, Africa and South and Middle America. Secondly, the articles cover a wide range of industries including telecommunication, sanitation, healthcare, entertainment, education, manufacturing, and financial. Thirdly, the analytical approaches are multi-disciplinary, ranging from mathematical, economic, analytical, empirical and strategic. Finally, the articles study both public and private organizations, including the service industry, manufacturing industry, and governmental organizations. Given its wide coverage and multi-disciplines, the book may be useful for both academic research and practical management

Context-aware gestural interaction in the smart environments of the ubiquitous computing era

A thesis submitted to the University of Bedfordshire in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of PhilosophyTechnology is becoming pervasive and the current interfaces are not adequate for the interaction with the smart environments of the ubiquitous computing era. Recently, researchers have started to address this issue introducing the concept of natural user interface, which is mainly based on gestural interactions. Many issues are still open in this emerging domain and, in particular, there is a lack of common guidelines for coherent implementation of gestural interfaces. This research investigates gestural interactions between humans and smart environments. It proposes a novel framework for the high-level organization of the context information. The framework is conceived to provide the support for a novel approach using functional gestures to reduce the gesture ambiguity and the number of gestures in taxonomies and improve the usability. In order to validate this framework, a proof-of-concept has been developed. A prototype has been developed by implementing a novel method for the view-invariant recognition of deictic and dynamic gestures. Tests have been conducted to assess the gesture recognition accuracy and the usability of the interfaces developed following the proposed framework. The results show that the method provides optimal gesture recognition from very different view-points whilst the usability tests have yielded high scores. Further investigation on the context information has been performed tackling the problem of user status. It is intended as human activity and a technique based on an innovative application of electromyography is proposed. The tests show that the proposed technique has achieved good activity recognition accuracy. The context is treated also as system status. In ubiquitous computing, the system can adopt different paradigms: wearable, environmental and pervasive. A novel paradigm, called synergistic paradigm, is presented combining the advantages of the wearable and environmental paradigms. Moreover, it augments the interaction possibilities of the user and ensures better gesture recognition accuracy than with the other paradigms

Operationalising luxury in the premium automotive industry

This thesis presents an Action Research project investigating the use of customers’ perceptions of premium and luxury cars within the premium automotive industry. The research was sponsored by Jaguar Land Rover (JLR), a UK-based automotive manufacturer. An inductive, phenomenological approach was adopted in which JLR’s Premiumness Research Programme (PRP) was used as a case study to build an understanding of the consumer’s perception of luxury, to discover how to communicate this understanding within the business, and to determine how it could be integrated into the NPD process. A passive exploratory study was conducted to understand JLR’s PRP work, to seek new insights about the nature of customer’s reactions when evaluating luxury and premium cars, and to assess JLR’s approach in conducting the PRP. An interventionist descriptive study was conducted to probe for deeper insights into how successful JLR’s research and dissemination process had been within the company, to establish how the wider NPD community interacted with the data, and to develop and test new ideas and tools that enhanced the utility and accessibility of the PRP data. The research generated 58 Research Observations and 36 individual insights that challenged conventional wisdom about how the voice of the customer (VoC) can be captured and used in the NPD process. JLR’s PRP methodology was revealed as a powerful multi-method technique for acquiring data about consumers’ expectations of luxury automotive brands and products, their reactions when evaluating luxury and premium vehicles, and their emotional satisfaction with features and attributes of luxury and premium vehicles. Limitations in JLR’s ability to process and operationalise such data lead to the development of a Premiumness Verbatims Database tool which enabled the wider NPD community to access the PRP knowledge in a safe and meaningful way by considering the translation and utility of subjective VoC data

Remote tactile feedback on interactive surfaces

Direct touch input on interactive surfaces has become a predominating standard for the manipulation of digital information in our everyday lives. However, compared to our rich interchange with the physical world, the interaction with touch-based systems is limited in terms of flexibility of input and expressiveness of output. Particularly, the lack of tactile feedback greatly reduces the general usability of a touch-based system and hinders from a productive entanglement of the virtual information with the physical world. This thesis proposes remote tactile feedback as a novel method to provide programmed tactile stimuli supporting direct touch interactions. The overall principle is to spatially decouple the location of touch input (e.g. fingertip or hand) and the location of the tactile sensation on the user's body (e.g. forearm or back). Remote tactile feedback is an alternative concept which avoids particular challenges of existing approaches. Moreover, the principle provides inherent characteristics which can accommodate for the requirements of current and future touch interfaces. To define the design space, the thesis provides a structured overview of current forms of touch surfaces and identifies trends towards non-planar and non-rigid forms with more versatile input mechanisms. Furthermore, a classification highlights limitations of the current methods to generate tactile feedback on touch-based systems. The proposed notion of tactile sensory relocation is a form of sensory substitution. Underlying neurological and psychological principles corroborate the approach. Thus, characteristics of the human sense of touch and principles from sensory substitution help to create a technical and conceptual framework for remote tactile feedback. Three consecutive user studies measure and compare the effects of both direct and remote tactile feedback on the performance and the subjective ratings of the user. Furthermore, the experiments investigate different body locations for the application of tactile stimuli. The results show high subjective preferences for tactile feedback, regardless of its type of application. Additionally, the data reveals no significant differences between the effects of direct and remote stimuli. The results back the feasibility of the approach and provide parameters for the design of stimuli and the effective use of the concept. The main part of the thesis describes the systematical exploration and analysis of the inherent characteristics of remote tactile feedback. Four specific features of the principle are identified: (1) the simplification of the integration of cutaneous stimuli, (2) the transmission of proactive, reactive and detached feedback, (3) the increased expressiveness of tactile sensations and (4) the provision of tactile feedback during multi-touch. In each class, several prototypical remote tactile interfaces are used in evaluations to analyze the concept. For example, the PhantomStation utilizes psychophysical phenomena to reduce the number of single tactile actuators. An evaluation with the prototype compares standard actuator technologies with each other in order to enable simple and scalable implementations. The ThermalTouch prototype creates remote thermal stimuli to reproduce material characteristics on standard touchscreens. The results show a stable rate of virtual object discrimination based on remotely applied temperature profiles. The AutmotiveRTF system is implemented in a vehicle and supports the driver's input on the in-vehicle-infotainment system. A field study with the system focuses on evaluating the effects of proactive and reactive feedback on the user's performance. The main contributions of the dissertation are: First, the thesis introduces the principle of remote tactile feedback and defines a design space for this approach as an alternative method to provide non-visual cues on interactive surfaces. Second, the thesis describes technical examples to rapidly prototype remote tactile feedback systems. Third, these prototypes are deployed in several evaluations which highlight the beneficial subjective and objective effects of the approach. Finally, the thesis presents features and inherent characteristics of remote tactile feedback as a means to support the interaction on today's touchscreens and future interactive surfaces.Die Interaktion mit berührungsempfindlichen Oberflächen ist heute ein Standard für die Manipulation von digitaler Information. Jedoch weist die Bedienung dieser interaktiven Bildschirme starke Einschränkungen hinsichtlich der Flexibilität bei der Eingabe und der Ausdruckskraft der Ausgabe auf, wenn man sie mit den vielfältigen Möglichkeiten des Umgangs mit Objekten in unserer Alltagswelt vergleicht. Besonders die nicht vorhandenen Tastsinnesrückmeldungen vermindern stark die Benutzbarkeit solcher Systeme und verhindern eine effektive Verknüpfung von virtueller Information und physischer Welt. Die vorliegende Dissertation beschreibt den Ansatz der 'distalen taktilen Rückmeldungen' als neuartige Möglichkeit zur Vermittlung programmierter Tastsinnesreize an Benutzer interaktiver Oberflächen. Das Grundprinzip dabei ist die räumliche Trennung zwischen der Eingabe durch Berührung (z.B. mit der Fingerspitze) und dem daraus resultierenden taktilen Reiz am Körper der Benutzer (z.B. am Rücken). Dabei vermeidet das Konzept der distalen taktilen Rückmeldungen einzelne technische und konzeptionelle Nachteile existierender Ansätze. Zusätzlich bringt es Interaktionsmöglichkeiten mit sich, die den Eigenheiten der Interaktion mit aktuellen und auch zukünftigen berührungsempfindlichen Oberflächen Rechnung tragen. Zu Beginn zeigt ein Überblick zu relevanten Arbeiten den aktuellen Forschungstrend hin zu nicht-flachen und verformbaren berührungsempfindlichen Oberflächen sowie zu vielfältigeren Eingabemethoden. Eine Klassifizierung ordnet existierende technische Verfahren zur Erzeugung von künstlichen Tastsinnesreizen und stellt jeweils konzeptuelle und technische Herausforderungen dar. Der in dieser Arbeit vorgeschlagene Ansatz der Verlagerung von Tastsinnesreizen ist eine Form der sensorischen Substitution, zugrunde liegende neurologische und psychologische Prinzipien untermauern das Vorgehen. Die Wirkprinzipien des menschlichen Tastsinnes und die Systeme zur sensorischen Substitution liefern daher konzeptionelle und technische Richtlinien zur Umsetzung der distalen taktilen Rückmeldungen. Drei aufeinander aufbauende Benutzerstudien vergleichen die Auswirkungen von direkten und distalen taktilen Rückmeldungen auf die Leistung und das Verhalten von Benutzern sowie deren subjektive Bewertung der Interaktion. Außerdem werden in den Experimenten die Effekte von Tastsinnesreizen an verschiedenen Körperstellen untersucht. Die Ergebnisse zeigen starke Präferenzen für Tastsinnesrückmeldungen, unabhängig von deren Applikationsort. Die Daten ergeben weiterhin keine signifikanten Unterschiede bei den quantitativen Effekten von direktem und distalen Rückmeldungen. Diese Ergebnisse befürworten die Realisierbarkeit des Ansatzes und zeigen Richtlinien für weitere praktische Umsetzungen auf. Der Hauptteil der Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung und Analyse der inhärenten Möglichkeiten, die sich aus der Vermittlung distaler taktiler Rückmeldungen ergeben. Vier verschiedene Charakteristika werden identifiziert: (1) die vereinfachte Integration von Tastsinnesreizen, (2) die Vermittlung von proaktiven, reaktiven und entkoppelten Rückmeldungen, (3) die erhöhte Bandbreite der taktilen Signale und (4) die Darstellung von individuellen Tastsinnesreizen für verschiedene Kontaktpunkte mit der berührungsempfindlichen Oberfläche. Jedes dieser Prinzipien wird durch prototypische Systeme umgesetzt und in Benutzerstudien analysiert. Beispielsweise nutzt das System PhantomStation psychophysikalische Illusionen, um die Anzahl der einzelnen Reizgeber zu reduzieren. In einer Evaluierung des Prototypen werden mehrere Aktuatortechnologien verglichen, um einfache und skalierbare Ansätze zu identifizieren. Der ThermalTouch-Prototyp wird dazu genutzt, distale thermale Reize zu vermitteln, um so Materialeigenschaften auf Berührungsbildschirmen darstellen zu können. Eine Benutzerstudie zeigt, dass sich auf Basis dieser Temperaturverläufe virtuelle Objekte unterscheiden lassen. Das AutomotiveRTF-System wird schließlich in ein Kraftfahrzeug integriert, um den Fahrer bei der Eingabe auf dem Informations- und Unterhaltungssystem zu unterstützen. Eine Feldstudie untersucht die Auswirkungen der proaktiven und reaktiven Rückmeldungen auf die Benutzerleistung. Die vorliegende Dissertation leistet mehrere Beiträge zur Mensch-Maschine-Interaktion: Das Prinzip der distalen taktilen Rückmeldungen wird eingeführt als Alternative zur Erzeugung nicht-visueller Rückmeldungen auf interaktiven Oberflächen. Es werden technische Verfahrensweisen zur prototypischen Implementierung solcher Systeme vorgeschlagen. Diese technischen Prototypen werden in einer Vielzahl verschiedener Benutzerstudien eingesetzt, welche die quantitativen und qualitativen Vorteile des Ansatzes aufzeigen. Schließlich wird gezeigt, wie sich das Prinzip zur Unterstützung heutiger und zukünftiger Interaktionsformen mit berührungsempfindlichen Bildschirmen nutzen lässt

Construction and management of large-scale and complex virtual manufacturing environments.

SIGLEAvailable from British Library Document Supply Centre-DSC:DXN037121 / BLDSC - British Library Document Supply CentreGBUnited Kingdo