Examining the validity of the total dwell time of eye fixations to identify landmarks in a building

It is uncertain to what extent the duration of eye fixations reflects the use of landmarks during navigation. Therefore, a study was conducted in which eye tracking data and route descriptions were collected of 23 participants who were highly familiar with the indoor test environment. Based on the total fixation time on different landmark categories, two measures were calculated, namely the calculated landmark category use and the probable landmark category use. Based on the ratio between these measures an object was considered to be a landmark or not. The results were then compared with the objects referenced to in written route instructions. It can be concluded that promising results were provided by this method to identify landmarks. This landmark identification criterion strongly reflected the landmarks that came forward in the written route instructions. However, issues related to the identification of structural landmarks remain a problem

Schematic Maps and Indoor Wayfinding

Schematic maps are often discussed as an adequate alternative of displaying wayfinding information compared to detailed map designs. However, these depictions have not yet been compared and analyzed in-depth. In this paper, we present a user study that evaluates the wayfinding behaviour of participants either using a detailed floor plan or a schematic map that only shows the route to follow and landmarks. The study was conducted in an indoor real-world scenario. The depictions were presented with the help of a mobile navigation system. We analyzed the time it took to understand the wayfinding instruction and the workload of the users. Moreover, we examined how the depictions were visually perceived with a mobile eye tracker. Results show that wayfinders who use the detailed map spend more visual attention on the instructions. Nevertheless, the depiction does not help to solve the task: they also needed more time to orient themselves. Regarding the workload and the wayfinding errors no differences were found

Familiarity-dependent computational modelling of indoor landmark selection for route communication: a ranking approach

Landmarks play key roles in human wayfinding and mobile navigation systems. Existing computational landmark selection models mainly focus on outdoor environments, and aim to identify suitable landmarks for guiding users who are unfamiliar with a particular environment, and fail to consider familiar users. This study proposes a familiarity-dependent computational method for selecting suitable landmarks for communicating with familiar and unfamiliar users in indoor environments. A series of salience measures are proposed to quantify the characteristics of each indoor landmark candidate, which are then combined in two LambdaMART-based learning-to-rank models for selecting landmarks for familiar and unfamiliar users, respectively. The evaluation with labelled landmark preference data by human participants shows that people’s familiarity with environments matters in the computational modelling of indoor landmark selection for guiding them. The proposed models outperform state-of-the-art models, and achieve hit rates of 0.737 and 0.786 for familiar and unfamiliar users, respectively. Furthermore, semantic relevance of a landmark candidate is the most important measure for the familiar model, while visual intensity is most informative for the unfamiliar model. This study enables the development of human-centered indoor navigation systems that provide familiarity-adaptive landmark-based navigation guidance

On the right track : comfort and confusion in indoor environments

Indoor navigation systems are not well adapted to the needs of their users. The route planning algorithms implemented in these systems are usually limited to shortest path calculations or derivatives, minimalizing Euclidian distance. Guiding people along routes that adhere better to their cognitive processes could ease wayfinding in indoor environments. This paper examines comfort and confusion perception during wayfinding by applying a mixed-method approach. The aforementioned method combined an exploratory focus group and a video-based online survey. From the discussions in the focus group, it could be concluded that indoor wayfinding must be considered at different levels: the local level and the global level. In the online survey, the focus was limited to the local level, i.e., local environmental characteristics. In this online study, the comfort and confusion ratings of multiple indoor navigation situations were analyzed. In general, the results indicate that open spaces and stairs need to be taken into account in the development of a more cognitively-sounding route planning algorithm. Implementing the results in a route planning algorithm could be a valuable improvement of indoor navigation support

Luonnon maamerkkien ja geospatiaalisten kuvien analyysi reitinkulun tukemiseksi

This dissertation applies the research and methods of spatial cognition in order to contribute to the development of wayfinding support in geospatial applications. The design and development of geospatial applications, such as interactive maps and mobile navigation applications, has been typically founded on the expertise of surveying, cartography and geoinformatics. This has often led to relatively complex expert tools that many users find difficult to use. The research of spatial cognition can provide elementary understanding about human thinking in the use situations of these applications and supplement the knowledge gained using the usability research. Perception of landmarks along routes in nature was studied in season and time-of-day studies with participants who walked nature trails in summer, winter, day and night while thinking aloud about the surroundings. The recall of the route was measured afterwards using sketch-map drawing and photo recognition tasks. The think-aloud protocols were analysed using classification of propositions and natural language processing. The importance of landmarks for the human route perception in nature was confirmed. "Structures", "Passages" and "Waters" were the most perceived landmark groups. Season and time-of-day significantly affected landmark perception and, based on the results, the adaptivity of geospatial applications in the studied conditions can be improved. The transfer of the empirically acquired knowledge of the landmark perception to geoinformatics was illustrated with a formal landmark ontology for hiking in nature. The measures of landmark recall were found unexpectedly similar in all the studied conditions. The similarity was explained by the salience of landmarks in nature and the structure of route-like sketch maps but also by the participants' conceptions on what should be drawn on maps. "Passages" and "Structures" were the most-often drawn landmark groups on the sketch maps. Support of geospatial images for wayfinding was evaluated using a literature-based evaluation framework. Visualisation of elevation was experimented with by rendering a 3D map, a derivative of which was compared to 2D elevation visualisations in an eye-tracking study. Vertical elements and elevation were found to be central wayfinding elements in geo-images and the aerial oblique vantage point the most effective image parameter for transferring spatial knowledge. The rendered 3D map was evaluated as cognitively demanding to look at but, however, showed potential in representing the terrain relief. The dissertation also considers challenges in the application of the methods of spatial cognition research and identifies directions for future studies.Tämä väitöskirja hyödyntää spatiaalisen kognition tutkimusta ja menetelmiä tavoitteena vaikuttaa geospatiaalisten sovellusten kehittämiseen reitinkulun tukemisen osalta. Geospatiaalisten sovellusten, kuten vuorovaikutteisten karttojen ja mobiilien navigointisovellusten, suunnittelu ja kehittäminen on tyypillisesti pohjautunut syvälliseen maanmittauksen, kartografian ja geoinformatiikan asiantuntijuuteen. Tämä on usein johtanut monimutkaisiin sovelluksiin, jotka monet kokevat vaikeiksi käyttää. Spatiaalisen kognition tutkimus voi tarjota tietoa ihmisen spatiaalisesta ajattelusta sovellusten käyttötilanteissa ja täydentää käytettävyystutkimuksilla saavutettua tietämystä. Maamerkkien havaitsemista luonnossa tutkittiin eri vuoden- ja vuorokaudenaikoina. Koehenkilöt kävelivät luontoreitit kesällä, talvella, päivällä ja yöllä ajatellen ääneen ympäristön maamerkeistä. Maamerkkien muistamista tutkittiin karttaluonnoksin ja valokuvantunnistuksella. Ääneenajattelu analysoitiin ilmaisujen luokittelulla ja luonnollisen kielen käsittelyllä. Maamerkit todettiin tärkeiksi reitin hahmottamiselle luonnossa. "Rakennukset", "kulkuväylät" ja "opasteet" olivat eniten havaitut maamerkkiryhmät. Vuodenajan ja vuorokaudenajan todettiin vaikuttavan maamerkkien hahmottamiseen. Tulosten perusteella voidaan parantaa geospatiaalisten sovellusten mukautuvuutta tutkituissa olosuhteissa. Saavutettua kokeellista tutkimustietoa voidaan hyödyntää geoinformatiikan sovelluksissa käyttäen luotua formaalia maamerkkiontologiaa. Maamerkkien muistaminen oli vastoin odotuksia hyvin samankaltaista tutkittujen olosuhteiden kesken. Samankaltaisuus selittyi maamerkkien havaittavuudella luonnossa ja karttaluonnosten reittikeskeisyydellä, mutta myös koehenkilöiden käsityksellä kohteista, jotka on tarpeen piirtää kartalle. "Kulkuväylät" ja "rakennukset" olivat karttaluonnosten piirretyimmät maamerkkiryhmät. Geospatiaalisten kuvien tukea reitinkululle tutkittiin käyttäen kirjallisuuteen perustuvaa arviointikehystä. Korkeuden esittämistä tutkittiin koostamalla kokeellinen 3D-kartta, josta johdettua karttaa verrattiin silmänliiketutkimuksessa kaksiulotteisiin korkeudenesitystapoihin. Tutkimukset vahvistivat geokuvien korkeusesityksen ja pystysuorien kohteiden tärkeyden reitinkulun tukemisessa. Yläviisto katselukulma havaittiin yhdeksi tehokkaimmista kuvaparametreista spatiaalisen tiedon välittämisessä. Koostettu 3D-kartta osoittautui kognitiivisesti kuormittavaksi lukea, mutta ilmensi kehitysmahdollisuuksia maaston korkeuserojen esittämisessä. Väitöskirja käsittelee myös haasteita spatiaalisen kognition tutkimusmenetelmien soveltamisessa ja esittää tulevaisuuden tutkimusaiheita

Analysing landmarks in nature and elements of geospatial images to support wayfinding

Osajulkaisut: Publication 1: Kettunen P., Putto K., Gyselinck V., Krause C. M. and L. T. Sarjakoski, 2014. Perception and recall of landmarks by day and night along a route in nature. In: Vondrakova A., Brus J., Voženilek V. (eds.) CARTOCON 2014. Modern trends in Cartography. Lecture Notes in Geoinformation and Cartography. Springer, Cham, Switzerland. Publication 2: Kettunen P., Irvankoski K., Krause C. M. and L. T. Sarjakoski, 2013. Landmarks in nature to support wayfinding: effects of seasons and experimental methods. Cognitive Processing 14(3): 245–253. DOI:10.1007/s10339-013-0538-4 Publication 3: Sarjakoski L. T., Kettunen P., Flink H.-M., Laakso M., Ronneberg M. and T. Sarjakoski, 2012. Analysis of Verbal Route Descriptions and Landmarks for Hiking. Personal and Ubiquitous Computing 16(8): 1001–1011. DOI:10.1007/s00779-011-0460-7 Publication 4: Sarjakoski L. T., Kettunen P., Flink H.-M., Laakso M., Ronneberg M., Stigmar H. and T. Sarjakoski, 2013. Landmarks and a hiking ontology to support wayfinding in a national park during different seasons. In: Raubal M., Frank A. U. and D. M. Mark (eds.) Cognitive and Linguistic Aspects of Geographic Space. Lecture Notes in Geoinformation and Cartography. Springer, Berlin, Germany, pp. 99–119. DOI:10.1007/978-3-642-34359-9_6 Publication 5: Kettunen P., Irvankoski K., Krause C. M., Sarjakoski T. and L. T. Sarjakoski, 2012. Geospatial images in the acquisition of spatial knowledge for wayfinding. Journal of Spatial Information Science 5: 75–106. DOI:10.5311/JOSIS.2012.5.85 Publication 6: Kettunen P., Sarjakoski T., Sarjakoski L. T. and J. Oksanen, 2009. Cartographic Portrayal of Terrain in Oblique Parallel Projection. In: Proc. of the 24th International Cartographic Conference. Nov 15–21, Santiago, Chile. Publication 7: Putto K., Kettunen P., Torniainen J., Krause C. M. and L. T. Sarjakoski, 2014. Effects of cartographic elevation visualizations and mapreading tasks on eye movements. The Cartographic Journal 51(3): 225–236. DOI:10.1179/1743277414Y.0000000087This dissertation applies the research and methods of spatial cognition in order to contribute to the development of wayfinding support in geospatial applications. The design and development of geospatial applications, such as interactive maps and mobile navigation applications, has been typically founded on the expertise of surveying, cartography and geoinformatics. This has often led to relatively complex expert tools that many users find difficult to use. The research of spatial cognition can provide elementary understanding about human thinking in the use situations of these applications and supplement the knowledge gained using the usability research. Perception of landmarks along routes in nature was studied in season and time-of-day studies with participants who walked nature trails in summer, winter, day and night while thinking aloud about the surroundings. The recall of the route was measured afterwards using sketch-map drawing and photo recognition tasks. The think-aloud protocols were analysed using classification of propositions and natural language processing. The importance of landmarks for the human route perception in nature was confirmed. "Structures", "Passages" and "Waters" were the most perceived landmark groups. Season and time-of-day significantly affected landmark perception and, based on the results, the adaptivity of geospatial applications in the studied conditions can be improved. The transfer of the empirically acquired knowledge of the landmark perception to geoinformatics was illustrated with a formal landmark ontology for hiking in nature. The measures of landmark recall were found unexpectedly similar in all the studied conditions. The similarity was explained by the salience of landmarks in nature and the structure of route-like sketch maps but also by the participants' conceptions on what should be drawn on maps. "Passages" and "Structures" were the most-often drawn landmark groups on the sketch maps. Support of geospatial images for wayfinding was evaluated using a literature-based evaluation framework. Visualisation of elevation was experimented with by rendering a 3D map, a derivative of which was compared to 2D elevation visualisations in an eye-tracking study. Vertical elements and elevation were found to be central wayfinding elements in geo-images and the aerial oblique vantage point the most effective image parameter for transferring spatial knowledge. The rendered 3D map was evaluated as cognitively demanding to look at but, however, showed potential in representing the terrain relief. The dissertation also considers challenges in the application of the methods of spatial cognition research and identifies directions for future studies.Tämä väitöskirja hyödyntää spatiaalisen kognition tutkimusta ja menetelmiä tavoitteena vaikuttaa geospatiaalisten sovellusten kehittämiseen reitinkulun tukemisen osalta. Geospatiaalisten sovellusten, kuten vuorovaikutteisten karttojen ja mobiilien navigointisovellusten, suunnittelu ja kehittäminen on tyypillisesti pohjautunut syvälliseen maanmittauksen, kartografian ja geoinformatiikan asiantuntijuuteen. Tämä on usein johtanut monimutkaisiin sovelluksiin, jotka monet kokevat vaikeiksi käyttää. Spatiaalisen kognition tutkimus voi tarjota tietoa ihmisen spatiaalisesta ajattelusta sovellusten käyttötilanteissa ja täydentää käytettävyystutkimuksilla saavutettua tietämystä. Maamerkkien havaitsemista luonnossa tutkittiin eri vuoden- ja vuorokaudenaikoina. Koehenkilöt kävelivät luontoreitit kesällä, talvella, päivällä ja yöllä ajatellen ääneen ympäristön maamerkeistä. Maamerkkien muistamista tutkittiin karttaluonnoksin ja valokuvantunnistuksella. Ääneenajattelu analysoitiin ilmaisujen luokittelulla ja luonnollisen kielen käsittelyllä. Maamerkit todettiin tärkeiksi reitin hahmottamiselle luonnossa. "Rakennukset", "kulkuväylät" ja "opasteet" olivat eniten havaitut maamerkkiryhmät. Vuodenajan ja vuorokaudenajan todettiin vaikuttavan maamerkkien hahmottamiseen. Tulosten perusteella voidaan parantaa geospatiaalisten sovellusten mukautuvuutta tutkituissa olosuhteissa. Saavutettua kokeellista tutkimustietoa voidaan hyödyntää geoinformatiikan sovelluksissa käyttäen luotua formaalia maamerkkiontologiaa. Maamerkkien muistaminen oli vastoin odotuksia hyvin samankaltaista tutkittujen olosuhteiden kesken. Samankaltaisuus selittyi maamerkkien havaittavuudella luonnossa ja karttaluonnosten reittikeskeisyydellä, mutta myös koehenkilöiden käsityksellä kohteista, jotka on tarpeen piirtää kartalle. "Kulkuväylät" ja "rakennukset" olivat karttaluonnosten piirretyimmät maamerkkiryhmät. Geospatiaalisten kuvien tukea reitinkululle tutkittiin käyttäen kirjallisuuteen perustuvaa arviointikehystä. Korkeuden esittämistä tutkittiin koostamalla kokeellinen 3D-kartta, josta johdettua karttaa verrattiin silmänliiketutkimuksessa kaksiulotteisiin korkeudenesitystapoihin. Tutkimukset vahvistivat geokuvien korkeusesityksen ja pystysuorien kohteiden tärkeyden reitinkulun tukemisessa. Yläviisto katselukulma havaittiin yhdeksi tehokkaimmista kuvaparametreista spatiaalisen tiedon välittämisessä. Koostettu 3D-kartta osoittautui kognitiivisesti kuormittavaksi lukea, mutta ilmensi kehitysmahdollisuuksia maaston korkeuserojen esittämisessä. Väitöskirja käsittelee myös haasteita spatiaalisen kognition tutkimusmenetelmien soveltamisessa ja esittää tulevaisuuden tutkimusaiheita

Location based services for everyone

Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201