Peripheral glasses: Around-the-eyes display to enhance peripheral information transfer

Sven Coppers
We gebruiken ons perifere gezichtsveld vaak (onbewust) in het dagelijkse leven, bijvoorbeeld als we auto rijden. In deze thesis wordt onderzocht hoe informatie weergeven moet worden
om herkend te worden met ons perifere zicht. Daarnaast wordt onderzocht in welke mate interactie mogelijk is, zonder dat we onze ogen focussen.

Een bril die informatie toont in het perifere zicht

Ons perifere gezichtsveld is het deel van ons gezichtsveld dat we waarnemen, zonder er met onze ogen op te focussen. We benutten dit gezichtsveld, vaak onbewust en zonder veel cognitieve moeite, om bewust te blijven van onze directe omgeving. Onze aandacht wordt op een gelijkaardige manier ingedeeld. We focussen onze aandacht op de objecten die we direct zien met onze ogen. De objecten die zich in de periferie van ons zicht bevinden, worden behandeld door de periferie van onze aandacht.

Het perifere zicht is een belangrijke manier om informatie te absorberen, en wordt vaak gebruikt in het dagelijkse leven. We gebruiken de periferie van ons zicht bijvoorbeeld als we met de auto rijden, of wanneer we navigeren en ons oriënteren. De hoeveelheid informatie die wij kunnen waarnemen met ons focale zicht wordt beschouwd als een belangrijke bottleneck. We kunnen deze bottleneck omzeilen door technologie te gebruiken om meer informatie aan te bieden via het perifere zicht. Dit gebeurt al in de praktijk, met grote schermen bijvoorbeeld, waarbij de delen die buiten het bereik van onze focus liggen, toch in één oogopslag waargenomen kunnen worden. Grote schermen bieden niet altijd een oplossing. Ze zijn bijvoorbeeld niet geschikt om persoonlijke informatie weer te geven in teamverband, omdat nabije personen zouden kunnen meekijken of afgeleid raken.

Een andere manier om het perifere gezichtsveld te benutten is door gebruik te maken van schermen die dicht bij het oog geplaatst worden. Wij stellen een bril voor, waarbij schermen worden ingebouwd in de zijkanten, zodat deze enkel met het perifere zicht van de drager bekeken kunnen worden. De schermen mogen niet veel hoger zijn dan het montuur zelf, zodat zij het perifere zicht op de directe omgeving niet hinderen.

De bril is niet bedoeld om een persoon van notificaties te voorzien, maar wel om een persoon bewust te maken van informatie, zonder hem of haar af te leiden. In deze thesis wordt nagegaan wat de mogelijkheden en de beperkingen zijn van dit concept.  Er wordt onder meer onderzoek verricht naar geschikte visualisaties. Tijdens het ontwerpen van zulke visualisaties, moet er rekening gehouden worden met een aantal factoren, zoals het vermijden van afleiding en voorkomen dat het aflezen veel cognitieve inspanning vereist. Daarvoor worden meerdere variabelen onderzocht, zoals kleur, vorm en beweging. Om op een vlugge manier meerdere visualisaties uit te proberen en met elkaar te vergelijken, werd er een speciaal programma ontwikkeld. In dit programma kunnen meerdere vormen met elkaar gecombineerd worden tot complexere composities. Daarnaast kan de kleur van deze vormen worden aangepast en kunnen deze vormen geanimeerd worden.

Kleuren en vormen worden over het algemeen slecht herkend. Animaties worden opmerkelijk beter herkend. Op basis van de deze resultaten, werden een aantal richtlijnen opgesteld voor visualisaties die getoond worden in de periferie:  (1) gebruik simpele vormen en vermijdt complexe vormen, (2) gebruik slechts één vorm tegelijk in één visualisatie, (3) gebruik een beperkt aantal vormen doorheen alle visualisaties, (4) gebruik slechts één kleur, bij voorkeur 1 van de 3 primaire kleuren en (5) gebruik animaties om extra informatie voor te stellen.

Daarnaast wordt de mogelijkheid om te interageren door middel van het perifere gezichtsveld onderzocht. Er werd een experiment uitgevoerd waarbij gebruikers bepaalde vormen moeten verplaatsen met een toetsenbord, enkel door gebruik te maken van hun perifere zicht.  Uit de resultaten bleek dat de proefpersonen in staat waren om deze taken met redelijke tot zeer hoge precisie te volbrengen.

Deze veelbelovende resultaten worden bevestigd in twee use cases. In de eerste use case krijgen gebruikers feedback over hun manier van spreken terwijl zij een tekst hardop voorlezen. Tijdens deze use case was ons prototype in staat om gebruikers correct the informeren in 83% van de gevallen. Proefpersonen gaven echter wel aan dat ze soms eerst op de feedback moesten focussen voordat ze hem konden interpreteren en toepassen. Deze verandering in aandacht veroorzaakt hapering of stiltes tijdens het lezen.  Evenwel werd er ontdekt dat het aantal haperingen verminderde na verloop van tijd.

In de tweede use case moeten gebruikers navigeren door een onzichtbaar doolhof. Zij ontvangen instructies in hun perifere gezichtsveld over het traject dat ze moeten volgen om op de bestemming te raken.  Alle gebruikers waren in staat om de bestemming te bereiken met een precisie van 40 centimeter.  De snelheid waarmee de proefpersonen navigeerden was afhankelijk van de frequentie waarmee de instructies veranderden.  Hoe vaker de instructie verandert, hoe trager een proefpersoon navigeert.  Er wordt verwacht dat de snelheid in de praktijk hoger ligt dan in dit experiment het geval was, aangezien proefpersonen onrealistisch vaak van richting moesten veranderen op een kleine oppervlakte.

Daarnaast werd er in de tweede use case ook getest of personen in staat zijn om zich tijdens het navigeren te concentreren op een andere taak. Aan de proefpersonen werd gevraagd om een gemakkelijk spelletje te spelen op een smartphone, waarbij er continu naar de smartphone gekeken moest worden. De proefpersonen waren niet in staat om de instructies te interpreteren zonder te stoppen met spelen. De bril slaagde er wel in om de proefpersonen op de juiste momenten te informeren, aangezien de proefpersonen nauwelijks verkeerd liepen.

De bril is in staat om informatie over te brengen en ondersteunt interactie. Hierdoor  is  hij  geschikt  voor  een  hele  reeks  toepassingen,  ook  wanneer  het perifere zicht op de omgeving bewaard moet blijven.  De bril kan bijvoorbeeld gebruikt worden om achterwaarts te parkeren. De bril kan de drager dan vertellen hoeveel ruimte er nog achter de wagen is, terwijl de gebruiker de voetgangers in de directe omgeving in de gaten kan houden.  Tevens is de bril geschikt om persoonlijke informatie weer te geven, zelfs als er andere mensen in de buurt zijn.

Bibliografie

Abowd, G. D., Mynatt, E. D. and Rodden, T. (2002), ‘The human experience’, IEEE pervasive computing 1(1), 48–57.

Adamczyk, P. D. and Bailey, B. P. (2004), If not now, when? the effects of interruption at different moments within task execution, in ‘Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems’, ACM, pp. 271–278.

Bailey, B. P. and Konstan, J. A. (2006), ‘On the need for attention-aware systems: Measuring effects of interruption on task performance, error rate, and affective state’, Computers in Human Behavior 22(4), 685 – 708. Attention aware systemsSpecial issue: Attention aware systems. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S074756320500107X

Bartram, L., Ware, C. and Calvert, T. (2003), ‘Moticons:: detection, distraction and task’, International Journal of Human-Computer Studies 58(5), 515–545.

Bavelier, D., Dye, M. W. and Hauser, P. C. (2006), ‘Do deaf individuals see better?’, Trends in cognitive sciences 10(11), 512–518.

Cadiz, J. J., Venolia, G., Jancke, G. and Gupta, A. (2002), Designing and deploying an information awareness interface, in ‘Proceedings of the 2002 ACM conference on Computer supported cooperative work’, ACM, pp. 314–323.

Campbell, C. and Tarasewich, P. (2004), ‘What can you say with only three pixels?’, in ‘Mobile Human-Computer Interaction-MobileHCI 2004’, Springer, pp. 1–12.

Connor, C. E., Egeth, H. E. and Yantis, S. (2004), ‘Visual attention: bottom-up versus top-down’, Current Biology 14(19), R850–R852.

Costanza, E., Inverso, S. A., Pavlov, E., Allen, R. and Maes, P. (2006), Eye-q: Eyeglass peripheral display for subtle intimate notifications, in ‘Proceedings of the 8th conference on Human-computer interaction with mobile devices and services’, ACM, pp. 211–218.

Cutrell, E., Czerwinski, M. and Horvitz, E. (2001), ‘Notification, disruption, and memory: Effects of messaging interruptions on memory and performance’.

Damian, I., Tan, C. S. S., Baur, T., Schöning, J., Luyten, K. and André, E. (2015), Augmenting social interactions: Realtime behavioural feedback using social signal processing techniques, in ‘Proceedings of the 33rd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems’, ACM, pp. 565–574. Dondis, D. A. (1974), A primer of visual literacy, Mit Press.

Hameed, S., Ferris, T., Jayaraman, S. and Sarter, N. (2009), ‘Using informative peripheral visual and tactile cues to support task and interruption management’, Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society 51(2), 126–135.

Hart, S. G. and Staveland, L. E. (1988), ‘Development of nasa-tlx (task load index): Results of empirical and theoretical research’, Advances in psychology 52, 139–183.

Heun, V., von Kapri, A. and Maes, P. (2012), Perifoveal display: combining foveal and peripheral vision in one visualization, in ‘Proceedings of the 2012 ACM Conference on Ubiquitous Computing’, ACM, pp. 1150–1155.

Imai, T., Moore, S. T., Raphan, T. and Cohen, B. (2001), ‘Interaction of the body, head, and eyes during walking and turning’, Experimental brain research 136(1), 1–18.

Ingle, D., Schneider, G., Trevarthen, C. and Held, R. (1967), ‘Locating and identifying: Two modes of visual processing’, Psychological Research 31(1), 42–43.

Khan, M. A., Lawrence, G. P., Franks, I. M. and Buckolz, E. (2004), ‘The utilization of visual feedback from peripheral and central vision in the control of direction’, Experimental Brain Research 158(2), 241–251.

Kincaid, J. P., Fishburne Jr, R. P., Rogers, R. L. and Chissom, B. S. (1975), Derivation of new readability formulas (automated readability index, fog count and flesch reading ease formula) for navy enlisted personnel, Technical report, DTIC Document.

Latfiam, K. and Whitaker, D. (1996), ‘A comparison of word recognition and reading performance in foveal and peripheral vision’, Vision Research 36(17), 2665–2674.

Latorella, K. A. (1998), Effects of modality on interrupted flight deck performance: Implications for data link, in ‘Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting’, Vol. 42, SAGE Publications, pp. 87–91.

Luyten, K., Degraen, D., Rovelo Ruiz, G., Coppers, S. and Vanacken, D. (2016), Hidden in plain sight: an exploration of a visual language for near-eye out-of-focus displays in the peripheral view, in ‘Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems’, ACM, pp. 487–497.

Maglio, P. P. and Campbell, C. S. (2000), Tradeoffs in displaying peripheral information, in ‘Proceedings of the SIGCHI conference on Human Factors in Computing Systems’, ACM, pp. 241–248.

Mankoff, J., Dey, A. K., Hsieh, G., Kientz, J., Lederer, S. and Ames, M. (2003), Heuristic evaluation of ambient displays, in ‘Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems’, ACM, pp. 169–176.

Martens, M. and Van Winsum, W. (2000), ‘Measuring distraction: the peripheral detection task’, TNO Human Factors, Soesterberg, Netherlands .

Matthews, T., Forlizzi, J. and Rohrbach, S. (2005), ‘Designing glanceable peripheral displays’, UC Berkeley.

Matthews, T., Rattenbury, T. and Carter, S. (2007), ‘Defining, designing, and evaluating peripheral displays: An analysis using activity theory’, Human–Computer Interaction 22(1-2), 221–261.

Matthews, T., Rattenbury, T., Carter, S., Dey, A. and Mankoff, J. (2003), ‘A peripheral display toolkit’.

McCrickard, D. S., Catrambone, R. and Stasko, J. T. (2001), Evaluating animation in the periphery as a mechanism for maintaining awareness, in ‘Proceedings of the IFIP TC. 13 Conference on Human Computer Interaction’, pp. 148–156.

McCrickard, D. S. and Zhao, Q. A. (2000), ‘Supportinginform at ion awa reness usinganim at edwidgets’.

Meiran, N. (1996), ‘Reconfiguration of processing mode prior to task performance.’, Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition 22(6), 1423.

Nardi, B. A. (1996), Context and consciousness: activity theory and human-computer interaction, Mit Press.

Nielsen, J. and Molich, R. (1990), Heuristic evaluation of user interfaces, in ‘Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems’, ACM, pp. 249–256.

Olsson, S. and Burns, P. (2000), ‘Measuring driver visual distraction with a peripheral detection task’.

Orlosky, J. (2014), Depth based interaction and field of view manipulation for augmented reality, in ‘Proceedings of the adjunct publication of the 27th annual ACM symposium on User interface software and technology’, ACM, pp. 5–8.

Pielot, M. and Oliveira, R. d. (2013), Peripheral vibro-tactile displays, in ‘Proceedings of the 15th international conference on Human-computer interaction with mobile devices and services’, ACM, pp. 1–10.

Plaue, C. and Stasko, J. (2007), Animation in a peripheral display: distraction, appeal, and information conveyance in varying display configurations, in ‘Proceedings of Graphics Interface 2007’, ACM, pp. 135–142.

 Posner, M. I. (1980), ‘Orienting of attention’, Quarterly journal of experimental psychology 32(1), 3–25.

Rettenbach, R., Diller, G. and Sireteanu, R. (1999), ‘Do deaf people see better? texture segmentation and visual search compensate inRoboPeak (2013), ‘Mini usb display user manual’. [Online; Accessed on June 7, 2015]. URL: www.robopeak.com/data/doc/rpusbdisp/RPUD02-rpusbdisp_usermanualenUS.1.5…

Shen, X., Moere, A. V. and Eades, P. (2005), An intrusive evaluation of peripheral display, in ‘Proceedings of the 3rd international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australasia and South East Asia’, ACM, pp. 289–292.

Spileers, W. (2011), Begrippen van de oogheelkundige kliniek, 1 edn, Acco. Stokes, A., Wickens, C. and Kite, K. (1990), ‘Display technology-human factors concepts’, NASA STI/Recon Technical Report A 91.

Trick, L. M. and Pylyshyn, Z. W. (1993), ‘What enumeration studies can show us about spatial attention: evidence for limited capacity preattentive processing.’, Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 19(2), 331.

Weiser, M. and Brown, J. S. (1996), ‘Designing calm technology’, PowerGrid Journal 1(1), 75–85.

Weiser, M. and Brown, J. S. (1997), The coming age of calm technology, in ‘Beyond calculation’, Springer, pp. 75–85.

Wickens, C. D., Hollands, J. G., Banbury, S. and Parasuraman, R. (2015), Engineering psychology & human performance, Psychology Press.

Williams, L. J. (1995), ‘Peripheral target recognition and visual field narrowing in aviators and nonaviators’, The International Journal of Aviation Psychology 5(2), 215–232.

Yatani, K. (2014), ‘Statistical methods for hci research’. [Online; Accessed on March 18, 2016]. URL: yatani.jp/teaching/doku.php?id=hcistats:start

Universiteit of Hogeschool
Informatica
Publicatiejaar
2016
Promotor(en)
Kris Luyten
Kernwoorden
Share this on: