Tätigkeitsbasierter Softwareentwurf für interaktive Bildschirmtische mit exemplarischer Anwendung für Krisenstäbe im Katastrophenschutz

Die Forschung hat interaktive Bildschirmtische als vielversprechende Plattform zur Unterstützung der Zusammenarbeit am gleichen Ort identifiziert – eine Vielzahl von Studien belegt ihren Nutzen für die Visualisierung von komplexen Daten und ihre positiven Effekte auf Koordination, Arbeit an gemeinsamen Artefakten und Partizipation aller beteiligten Nutzer. Der Entwurf von Software für die Nutzung der Geräte in konkreten Anwendungsfällen birgt jedoch signifikante Komplexität – die Anforderungen der Anwendungsdomäne, die Erfordernisse effizienter Zusammenarbeit und die spezifischen Fähigkeiten und Grenzen der Geräte müssen in einen kohärenten Gesamtentwurf integriert werden, um Nutzern die bestmögliche Unterstützung zu bieten. Zur Adressierung dieses Problem wird in dieser Arbeit ein Softwareentwurfsprozess entwickelt, der das theoretische Fundament der Tätigkeitstheorie mit der iterativen Methodik der benutzerorientierten Gestaltung kombiniert. Der Ansatz geht über bestehende Arbeiten hinaus, indem er, basierend auf Engeströms Methode der Widerspruchsanalyse, ein Verfahren zur systematischen Ableitung von Anforderungen aus Widersprüchen definiert, welches über ein erweitertes Tätigkeitsmodell die drei Faktoren Zusammenarbeit, Bedienung und Anwendungsdomäne integriert. Der Ansatz kann auch für komplexere Szenarien mit unterschiedlichen Tätigkeiten, die miteinander wechselwirken, eingesetzt werden. Die praktische Anwendbarkeit des Ansatzes wird durch den Entwurf einer Software für interaktive Bildschirmtische gezeigt, welche die gemeinsame Lageanalyse und Planung in Krisenstäben des Katastrophenschutzes unterstützt. Der Katastrophenschutz bietet sich in diesem Kontext als Anwendungsdomäne an, da hier alle zuvor genannten Faktoren im Entwurf der Software zum Tragen kommen: in einem Krisenstab kommen Mitarbeiter unterschiedlicher Organisationen zusammen, um ein gemeinsames Verständnis der Situation zu erreichen und kooperativ Pläne zur Bekämpfung zu entwickeln (Zusammenarbeit); dabei nehmen diese Mitarbeiter unterschiedliche Rollen und Verantwortungen ein, die auch unterschiedliche Informationsbedürfnisse und Planungsmöglichkeiten mit sich bringen (Anwendungsdomäne). Zentrales Artefakt dieser Zusammenarbeit ist eine große Papierkarte, deren digitales Gegenstück auf dem Bildschirmtisch den etablierten Praktiken zur Abbildung der Situation auf dieser Karte Rechnung tragen muss (Bedienung). Im Rahmen des Entwurfs zeigen sich dabei eine Reihe von Interaktionsproblemen, für die neue, leichtgewichtige Lösungen entwickelt werden, die ohne Modifikation der Hardware, d. h. auch mit kommerziell verfügbaren Bildschirmtischen, zum Einsatz kommen können. Dabei handelt es sich u. a. um Techniken zum Einsatz digitaler Anoto-Stifte auf Bildschirmtischen mit optischer Sensorik, zur Benutzererkennung von einzelnen Interaktionen – sowohl für Berührungssteuerung als auch Bedienung mit einem digitalen Stift – und um ein System zur dynamischen Sitzungs- und Zugriffskontrolle. Die Arbeit schließt mit einer umfassenden Benutzerstudie, in welcher 30 Teilnehmer in einem fiktiven Krisenszenario Aufgaben bearbeiten, die entsprechende Arbeitsschritte echter Krisenstäbe des Katastrophenschutzes bei der Behandlung einer solchen Situation widerspiegeln. Verglichen werden dabei die neu entwickelte Software für interaktive Bildschirmtische, ein handelsübliches Geoinformationssystem für Desktop-Computer, und klassische Papierkarten. Die Auswertung zeigt, dass mit der neu entwickelten Software und den in sie integrierten Interaktionstechniken die höchste Effizienz und die beste Benutzererfahrung erreicht werden; die Software bietet zudem eine ebenso hohe Teamarbeitsqualität wie die klassischen Papierkarten. Diese Ergebnisse zeigen, dass der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Entwurfsprozess in der Lage ist, die Entwicklung von Software für interaktive Bildschirmtische so zu steuern, dass diese eine gemeinsame Bearbeitung von Aufgaben auch in komplexen Anwendungsbereichen effizient unterstützt

A Model for the Design of Interactive Systems based on Activity Theory

Activity theory has gained increasing popularity as a tool for the design of interactive systems. Its central idea is that user actions can only be fully understood when analyzed within the context of motive-driven activities. However, this context is currently only partially explicit in existing models; e.g. the well-known model by Engestrom promotes social aspects of context, but does not make the physical and technical environment --- relevant aspects for interactive systems design --- explicit. We present a model that incorporates the social, physical and technical context of activities. This model supports designers and developers in understanding users, their activities and the respective contexts, and allows deriving requirements for the design process directly from the model. We believe this will prove especially helpful when designing for novel devices and multi-user scenarios. We illustrate the practical use of our model with examples from two domains: composition of IT services and co-located collaborative modeling

Transparency- Activity Theory-Guided Support for Information Work

Information work is characterized by non-routine problem solving and a highly context-dependent execution of work processes. Moreover, frequent switches between work items are typical for this kind of work, making frequent adaptation and reevaluation of the work context necessary. As the work structure emerges ad-hoc, it is difficult for the information worker to keep track of all ongoing activities. Yet, the non-standardized execution of work processes prevents the use of common workflow management systems. For this very reason, existing tools for information work support often focus on support for the organization of information objects, but neglect the work process perspective. In this paper, we employ a systems design method based on activity theory to elicit requirements for knowledge work tools, focusing on interruptions and a loss of work overview. We address these requirements with a tool named Transparency that improves information work process awareness. We present two design cycles with real world evaluations

A pipeline architecture for indoor location tracking

Indoor location tracking based on wireless sensors such as Wi-Fi and Bluetooth has recently received increased public attention in the context of location-based services (e.g. location-based advertising) and indoor navigation. However, until now, no clear best practices for filters, algorithms and sensor fusion have emerged, and, in fact, different use cases may require different sets of techniques for optimal results. In this paper, we thus present a sensor fusion approach that can integrate results from heterogeneous tracking algorithms based on discrete, symbolic locations and a reference architecture based on a pipeline approach that offers the necessary flexibility to easily adapt location tracking applications or -services to both future discoveries in tracking techniques and varying use cases. We also report on a comprehensive evaluation of a tracking application we built using the named architecture and sensor fusion in a large (ca. 2600 square meters) open space office under day-to-day business conditions

Speech Augmented Multitouch Interaction Patterns

Touch- and voice-based input have emerged as the most popular and relevant interaction modes to enable a natural interaction with computer systems. However, until now, they have mostly been treated separately. In particular, explicit design knowledge on the e ective combinations of these modes for an improved user experience is currently not available in a comprehensive form. In this paper, we address this shortage and introduce design patterns which support developers in exploiting the possibilities of combined voice and touch interaction for newly developed systems, so that interaction with these systems becomes more natural for the respective end users.

Support for Collaborative Situation Analysis and Planning in Crisis Management Teams using Interactive Tabletops

Crisis management requires the collaboration of a variety of people with different roles, often across organizational boundaries. It has been shown that geographic information systems can improve the efficiency of disaster management operations. However, workstation-based solutions fail to offer the same ease of collaboration as the large analog maps currently in use. Recent research prototypes, which use interactive tabletops for this purpose, often do not consider individual roles and the need for accountability of actions. In this paper, we present coMAP, a system built for interactive tabletops that facilitates collaborative situation analysis and planning in crisis management teams. Users can interact with coMAP using multi-touch as well as pen input. The latter is realized by new methods for the use of Anoto digital pens without the Anoto microdot pattern. A pen-optimized pie menu provides access to role-specific information and system functions. A combination of role-based access control and indoor tracking via Bluetooth is used to support accountability of actions while still allowing collaboration and information sharing. Initial user feedback on our system, collected in two focus group sessions, shows promising trends

Immersive Tabletop: der digitale Tisch als Tisch

Tabletops existieren seit längerer Zeit und waren bereits Gegenstand ausführlicher Forschung. Trotzdem sind sie noch immer kein Bestandteil des täglichen Lebens, da sie sich, unserer Meinung nach, nicht gut in die physische Welt integrieren. Wir stellen vier Schritte für eine bessere Integration anhand entsprechender Projekte vor

Collaborative Business Process Modeling On Interactive Tabletops

Recent research has established that successful collaborative modeling requires a more active role of domain experts in the modeling process. Yet, tool support for this endeavor is still lacking. Large touchscreens could serve as a platform for easy-to-use modeling tools that address this problem. However, these devices pose new challenges for interaction design – in particular because of parallel multi-user interaction. In this paper, we present coBPM, a system for collaborative modeling on large touchscreens, and four multi-user interaction techniques that we coherently integrated into it. Using a set of typical modeling tasks, we provide a first evaluation of their effects on working styles, ease of use, teamwork- and output quality. We conclude with a summary of our findings on involving non-expert modelers in actual modeling, and design implications for collaborative modeling tools

FreeTop: Finding Free Spots for Projective Augmentation

Augmenting the physical world using projection technologies or head-worn displays becomes increasingly popular in research and commercial applications. However, a common problem is interference between the physical surface’s texture and the projection. In this paper, we present FreeTop, a combined approach to finding areas suitable for projection, which considers multiple aspects influencing projection quality, like visual texture and physical surface structure. FreeTop can be used in stationary and mobile settings for locating free areas in arbitrary physical settings suitable for projective augmentation and touch interaction