[Ch02] The Human Factor

Variability

Humans differ : 사람마다 개인차(인종, 성격...)가 존재한다. ➡️ 개인차를 고려해서 설계 해야함.
즉, HCI work는 100%로 예측하기 어려우므로 "approximate"하게 설계를 해야 한다. 방법은 다음과 같다.

• 사람 data 수를 늘림
• 개인차를 고려하는 방법론을 만듦

시스템은 인간의 조건 (인구)의 하위조건에 따라 잘 작동 된다. ➡️사용자를 알아야 한다. (Know Thy User)

• User의 지식은 2가지 종류가 있다.
  • Interface : 정보격차를 고려하여 설계해야 한다. (나이⬆️, 나이⬇️를 고려해야 한다.)
  • Domain : 사용자 interface가 달성하고자 하는 실제 세계의 지식
    • 일터에서 일하는 worker를 대상
      • 일을 하지 않는 worker : domain knowledge가 낮음
      • 일을 하는 worker : domain knowledge가 높음

즉, 둘을 대상으로 같은 모델을 만들 순 없다.

HCI 연구에서 궁금증이 생길 수 있다.

• 왜 사람은 실수를 하는가? 컴퓨터에 app을 설치하는데 혼란을 겪는가?...
  이는 시스템이 의도한대로 사용자가 interactive system을 사용하지 않아서 생기는 문제이다.

이때, 사람은 왜 실수를 하는가? ➡️ 인간의 개인차를 고려해야 한다.
예를 들어

다음과 같이 어려 오류가 생길 수 있다. 이는 사람의 손의 두께가 다르거나 디스플레이의 크기가 다르거나, 누르는 방식이 다르는 등, 여러 factor가 존재하기 때문에 나타나는 문제가 된다.

The Human Factor

• 2.1 Time scale of human action
• 2.2 Human factors
• 2.3 Sensors
• 2.4 The brain
• 2.5 Responders
• 2.6 Language
• 2.7 Human Performance

Time Scale of Human action

사람이 어떤 움직임을 만들어 내거나 인식/인지를 할 때 어느정도의 시간이 소요되는가?

위 그림은 Newell's Time Scale of Human Action을 나타낸 표이다. 이는 사람의 interaction을 측정하는 과정이며, low level부터 high level로 Biological band, Cognitive Band, Rational Band, Social Band가 존재한다. Biological band는 신경 전달 하는 데 걸리는 시간으로 100$\mu s$ ~ 10ms로 나타난다. Cognitive band는 사람이 수행하는 과정으로 예를 들어 색깔이 바뀌었을 때 화면을 누르는 과정을 포함한다. low level 에서 high level로 갈 수록 scale이 커져 변수가 섞일 가능성이 높아진다.

Cognitive band

• 여러 선택지가 있을 때 그 중 하나를 고르는 것, 메뉴 디자인, 압력, 소리에 대한 피드백, 문자 입력, gesture input등이 있다.
• 주로 정량적이지만
  다음과 같이 원 중앙에 클릭하는 task가 있을 때 사람들은 주로 1번을 누르는 경향이 있다. 이러한 의도를 파악하기 힘드므로 정성적인 방법을 사용할 때도 존재한다.

Rational band

• 웹 탐색, 검색 전략, 사용자 중심 디자인...
• 주로 분에서 시간까지 이어진다.
• 여러 변수들이 합쳐진다.
• 정량적으로 측정이 가능하다.

Social band

• 직장 습관, 소셜 네트워킹, 개인 정보, 유저 스타인, 선호 이론...
• 주로 정성적인 방법을 수행한다.
  예를 들면 캐시워크가 행동을 바꿀 수 있을까? 칭찬, 경쟁이 행동을 바꿀 수 있을까? 이때는 인터뷰를 많이 해야 한다.

Human factors

human factor model은 다음과 같다.

이 중 다음과 같이 interface 부분에서 interaction이 일어나게 된다.

Sensors

인간은 오감을 가지고 있고 이는 다음과 같다.

• visual (seeing)
• auditory (hearing)
• gustatory (taste)
• olfactory (smell)
• tactile (touch)

Vision (The eye)

인간은 정보의 80%를 눈을 통해서 받아들인다.

• Fovea Image
  • 실제로 초점을 맞추는 부분은 1$\degree$ 정도이다.

visual Stimulus

• 빛에 대한 물리적 속성
  • Frequency
  • Intensity (luminance)
• vision의 주관적 속성
  • 색깔
  • 밝기
    이는 색깔(색약)과 밝기는 사람마다 주관적이다.

Fixations and Saccades

• Fixation
  • 시선이 머물러 있는 곳
  • 주로 200ms
  • 원으로 그림
    • 큰 동그라미일수록 오래 봄
• Saccade
  • 눈이 fixate에서 새로운 위치로 옮기는 것
  • 주로 30~120ms
  • 직선으로 그림
    

주로 책을 어떻게 읽는지 파악할때, 광고를 어디에 배치해야 사람들이 많이 볼지 분석할 때 사용

Hearing (Audition)

• Hearing : 소리를 탐지하는 것
• Sound: 공기와 같은 매질을 통해 압력의 주기적인 fluctuation
• 문을 쾅 닫기, 기타 줄 뽑기, 카드 섞기, 말하기 할때 소리가 발생

Auditory Stimulus

• 소리에 대한 물리적 속성
  • Frequency
  • Intensity
• hearing에 대한 주관적 속성
  • Pitch (Frequency): 소리의 높고 낮음
  • Loudness (Intensity) : 소리의 크기
  • Timber (음색) : 고조파의 결과
  • Envelope (모양) : 시간에 따른 소리의 모양

Timber

• 고조파의 결과
  • 200Hz의 음표는 400Hz, 600Hz, 800Hz의 고조파를 가진다.
• 같은 frequency를 가진 다른 악기들이 구별되는 이유는 timber 때문이다.
  

Envelop

• 음표와 그 고조파가 시간에 따라 쌓이고 변화하는 방식에 따른 결과
  

Eyes(seeing) vs. Ears(hearing)

Touch (Tactition)

• 신체 감각 시스템 중 일부
• 피부, 근육, 관절, 뼈이 수용체이다.
  

Smell and Taste

• Smell (olfaction)
  • 비강 내 감각 세포를 통해 발생
• Taste (gustation)
  • 단맛, 짠맛, 쓴맛, 신맛의 화학적 수신
• Flavour
  • 후각과 미각을 결합하는 지각 과정

The brain

센서로 받아들이면 뇌에서 어떻게 처리하는가?

• 복잡한 biological structure을 가지고 있다.
• 숙고, 기억, 회상, 추론, 결정, 의사 소통 등 능력을 가진다.
• human inputs(Sensors)와 human outputs(responders)가 brain으로 인해 연결된다. (정보를 받아들이고 보낸다.)

Perception (인식)

• sensory input에 대한 첫번째 처리
• Auditory stimulus ➡️ harmonious, discordant (주파수나 파장 이용)
• Visual stimulus ➡️ familiar, strange
• Tactile stimulus ➡️ warm, hot; rough, smooth
• Smell stimulus ➡️ pleasurable, abhorrent
• Taste stimulus ➡️ sweet, sour

Ambiguity

객관적으로 주어진 정보를 받아들여서 주관적인 정보로 인지하는 과정에서 생김
sensory input에 대해 다양한 해석이 있다.

Illusion (length) : 착시

Illusion (color)

Illusion (Other senses)

만약 illusion이 시각적 감각에 가능하다면 다른 sense도 마찬가지로 가능하다.

• Tactile/haptic illusion: phantom limb (팔, 다리가 절단된 사람이 감각을 느끼는 것처럼 느끼는 것)
• Auditory illusion: Sheppard-Risset glissando (소리로 만들어 내는 illusion) : pitch가 계속 올라간다고 착각함

Cognition (인지)

인지는 인간의 의식적인 지적 활동 과정이다. 예를 들어 생각, 추론, 결정 등이 존재한다.
Sensory phenomena는 실제 세계에 존재하기 때문에 연구하기 쉽지만, Cognitive phenomena는 인간의 뇌에서 일어나기 때문에 연구하기 힘들다.
ex. 차 선 중앙에 내 차를 유지하고 싶을 때

인식	인지
내 차 위치가 어디에 있는지 바라보는 것	내 차가 왼쪽에 치우쳐져 있네. 좀 더 중앙으로 옮겨야 겠다.

Making a Decision

인간이 결정을 하는 과정을 직접적으로 측정은 불가능하다. 그럼 언제 측정이 시작되고 끝나야 하는가? 어디서 측정해야 하는가?
➡️ 결정을 내릴 때는 sensory stimulus와 motor response가 있다. 즉, 이 과정에서 관찰 가능하고 측정 가능하다.

이는 사람이 sensor로 받아들이고 결정할 때까지의 과정을 나타낸 것이다.

Memory

• 인간은 정보를 보관하고, 유지하고, 가져올 수 있다.
• 막대한 저장소를 가지고 있다.
• Long-term memory
  • Explicit/declarative area : 시간과 외부 세계의 정보
  • Implicit/procedural area : 어떻게 object들을 사용할지, 어떻게 수행할 지에 대한 정보
• Short-term memory
  • working memory
  • 정보를 접근하기 위해 활성화 되어 있고, 준비 되어 있다.
  • working memory는 7($\pm$ 2)의 units 또는 chunks로 매우 작다.

Short term memory 실험

랜덤으로 생성된 숫자 시퀀스를 옮겨적고 점수를 매긴다. 이때 시퀀스는 4에서 13 digits로 되어있다.

이는 시퀀스가 길어질 수록 에러률이 올라나는 것을 확인할 수 있다.
이는 chunk를 사용해 저장하여 short term memory의 용량을 확장할 수 있다.

Responders

인간은 responders을 통해 그들의 환경을 조작한다. 예를 들어 손가락으로 point를 가리키거나, 걷거나 뛰기, 눈썹 찡그리기, 몸을 기대기 등이 있다.

Human Voice

• 인간의 성대는 responders 이다.
• 소리는 후두와 폐압으로 소리를 만들어 낸다.
• vocalized sounds로는 2 종류가 있다.
  - Speech (말하는 것, 언어적인 것)
  - Non-speech (얼마나 크게 내는지, 주파수가 얼마나 높은지)
  만약 고함을 지를때는 Non-speech로만 알 수 있는데 비난을 할 때에는 Speech로 알 수 있다.
  Speech는 speech recognition과 함께 조종하고, non-speech는 signal detection(frequency, loudness, duration, change direction..)과 함께 조종한다.

The Eye as a Responder

• Responder로서, 눈으로 "double duty"을 수행할 수 있다.
  - 주변 환경을 인지
  - saccade와 fixation으로 조종 (ex. 3초 이상 응시할 경우 클릭 되도록 함)
  

이외에도 blinking, fact tracking 등이 있다.

Language

• 인간이 소통할 수 있도록 하는 정신적 능력
• speech: (거의) 모든 사람이 노력 없이 사용할 수 있다.
• writing : 상당한 노력을 기울여야만 할 수 있다.

Corpus (데이터 모음집)

• text를 쓰는 방법 중 하나는 corpus를 사용하는 것이다.
• 빈도수에 따라 단어를 모아둔 것
  

Part-of-speech Tagging

• 몇몇 corpora는 part-of-speech (POS) tagging을 포함한다.
• 각각 단어는 category에 따라 tag 된다. (ex. noun, verb, adjective)
• search space를 좁히기 위해 단어 예측에 사용

Statistics and Language

원어민은 언어의 통계적 특성을 직관적으로 이해한다.
예를 들어 생략된 단어, 다음에 올 단어 예측, 다음에 올 철자 예측, 전체 구절 예측이 있다.

Redundancy and Language

• 인간은 missing part들을 채울 수 있기 때문에, 구절의 missing part는 제거될 수 있다.

Recoding

• text를 shortening 하는 방법 중 하나로, 단어나 철자를 대체한다. 예를 들어. th@s, gr8, w, gf, x 등이 있다.

Entropy in Language

Entropy는 앞으로 나올 단어인 letters, words, phrases, ideas 등에서 불확실성을 나타낸다.
Language에서 Entropy가 높다는 것은 예측이 어렵다는 것을 나타낸다.

Human Performance

• 사람은 그들의 sensor, brain, responder을 무언가를 하는데 사용된다.
• 이 세개가 목표를 달성하기 위해 움직일 때, human performance는 일어난다.
• 신발끈 묶기, 옷 접기, 웹 검색, 스마트폰에서 문자 메시지 입력

Speed-accuracy Trade-off

• 속도가 빨라질수록 error는 증가한다.
• 속도가 느려질수록 정확도는 향상된다.
• movement time과 error rate는 중요한 metric 요소이다.
• movement time이 낮으면서 error rate도 낮은걸 찾는 것이 중요하다.

Human Diversity

• Human performance을 측정하려면 매우 복잡하다.
  • humans differ
  • performance에 영향을 끼치는 환경 요소
  • secondary task
• 인간의 다양성과 human performance는 distribution 형태를 띈다.
  

Reaction Time

• human performance의 주요 요소 중 하나는 reaction time이다.
• 고정된 하나의 자극이 일어날 때와 response의 시간 차이