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ACT-R
Anwedungen in der MenschMaschine-Interaktion
Referat von Dorothea Kintz
Seminar: Einführung in die kognitive Modellierung mit ACT-R
Wintersemester 07/08
Leitung: Sven Brüssow
1
Inhalt
Mensch-Maschine-Interaktion
 ACT-R in der MMI

– Entwurf und Evaluation von MM-Schnittstellen
 Exkurs: Software-Technik
 Rapid Prototyping
 Simulation statt Prototyp

Zusammenfassung
2
Mensch-Maschine-System
3
Mensch-Maschine-System

Mensch-Maschine-Interaktion:
– Häufig verstanden als Wissenschaftsdisziplin, die sich
mit der benutzergerechten Gestaltung von Maschinen
beschäftigt
Mensch-Maschine-System
 Mensch-Maschine-Schnittstelle

4
Mensch-Maschine-Systeme
5
Exkurs

Entwickelt ein Robotersystem
Regale
Paletten
6
Exkurs

Welche Fragen wurden zu Beginn gestellt?
Welche Leitfragen halfen beim Entwurf?
– Aufgabenstellung
– Teilaufgaben

Was wurde bei der Entwicklung beachtet?
–
–
–
–
Funktionalität
Effizienz
Zuverlässigkeit
…
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Softwaretechnik

Um Qualität zu gewährleisten, müssen die
einzelnen Phasen des Entwurfsprozess
getestet werden:
8
Softwaretechnik

Fehler in SW- Projekten
Kommentare
46 %
Implemetierung
Fast die Hälfte aller
Fehler beruht auf
falschem Verständnis
– in frühen
Entwicklungsphasen!
Spezifikation
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Kostenschätzung
Wie teuer wird ein Projekt?
 Anforderungen aus dem Hochbau:

– Kostenschätzung: 20 – 25 % Genauigkeit (für die
Vorplanung)
– Kostenberechnung: 10-15% Genauigkeit (für die
Entwurfsplanung)
– Kostenanschlag: 5-10% Genauigkeit (für
Ausführungsplanung und als Grundlage für Vergabe)

Mensch-Maschine-System: ???
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Entwicklung von Prototypen
11
CogTool

Ziel: Mehrzweck-Prototypen für die
Bewertung von Benutzerschnittstellen im
Bereich Pervasive Computing

Pervasive Computing:
– Allgegenwärtigkeit von Informationsverarbeitung
12
HTML-Prototypen

Erlauben einfaches What-you-see-is-what-youget –Design z.B: via Dreamweaver

Zur Kommunikation von Design-Ideen geeignet

Geeignet, um Schwierigkeiten für ungeübte
Benutzer herauszufinden

Nicht geeignet für Leistungsvorhersagen
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Vorhersage menschl. Leistung

Viele Modelle zur Auswahl
–
–
–
–

Model Human Processor
Key-Stroke-Level-Models (siehe Folie 15)
GOMS (siehe Folie 24)
Kognitive Architekturen (ACT-R)
Möglichkeiten zur Modellierung
– Manuell
– Computergestützt mit gefakter Interaktion
– Computergestützt mit reeller Interaktion
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KLM
15
KLM - Funktion

Annahme sequentieller Verarbeitung

Gesamtaufgabenzeit: Addition der
Teilaufgaben

Mentaler Operator: an Widgets des
Interface gekoppelt
16
Vorteile durch ACT-R
 Bietet detaillierte Beschreibung menschlicher
Wahrnehmung, Kognition und Performanz.
 Theorien zu Augenbewegung, Aufmerksamkeit,
visuelle Aufmerksamkeit, Motor Ausführung …
  ACT Simple verbindet Einfachheit von KLM
mit sowie Vorsagefähigkeit von ACT-R
 Multitasking: Kombination einfacher Tasks via
ACT-R  Umschalten
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Benutzung von CogTool
Theorien zu menschl. Kognition gekapselt 
Designer braucht kein Wissen darüber
 Designer stellt über WYSIWYG HTML-Prototypen
zusammen – CogTool sorgt für Kommunikation
zu CogTool und ACT-R
 Designer demonstriert gewünschtes Verhalten –
CogTool zeichnet dieses auf, speziell die
Interaktionen
 CogTool übersetzt Demonstration auf
gewünschte Schnittstelle

18
Benutzung von CogTool
CogTool platziert Mentale Operatoren an
die „richtigen Stellen“
 Modell in ACT-R wird erstellt
 ACT-R interagiert direkt mit HTMLPrototyp,

19
Beispiel: Autofahrt
20
Beispiel: Autofahrt

Vergleich CogTool - echter Mensch
21
Simulation der Interaktion
22
Vorteil Simulation

Schon in frühen Phasen möglich, wenn
lediglich Modelle der Prozesse zut
Verfügung stehen
23
Hierarchische Aufgabenanalyse

GOMS
– Entwickelt 1983 von Card, Moran und Newell
– Goals: Ziele, die erreicht werden sollen
– Methods: Methoden, mit den die Ziele erreicht
werden können
– Operators: kleine Schritte, die einen Unterschied
bewirken, haben durchschnittliche Bearbeitungszeit
– Selection Rules: Regeln zur Auswahl der geeigneten
Methoden
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GOMS

Ansätze:
– Sequentiell
– Programmform

GOMS-Modelle
– KLM
– CMN-GOMS
– NGOMSL
– CPM-GOMS
25
GOMS - Eigenschaften

Nach der Bestimmung der GOMS findet
Auswertung statt – bestimmbar:
–
–
–
–
–
–
Leistung erfahrener Benutzer
Zeit zum Lernen von Methoden
Wahrscheinlichkeit für Gedächtnisfehler
Kostenkalkulation für Subsystem Mensch möglich
Notwendigkeit eines Redesigns des Systems
Qualität des Designs
26
GOMS - Eigenschaften

Nachteile und Einschränkungen
– GOMS gilt für erfahrene Benutzer
– Kognitive Prozesse werden wenig beachtet
– Keine Beachtung von Arbeitslast
– Keine Modellierung von Ermüdung
– Zielkonflikte bleiben unbeachtet
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Vorteile kognitiver Architekturen
Phänomenübergreifende Modellierung
 Basieren auf kognitionswissenschaftlich
begründeten Strukturen und Mechanismen
 Forschergemeinde
 Sehr gute Bausteine für
Gedächtnisleistungen und Wahrnehmung

28
Verarbeitung von Zeit

Menschliche Fähigkeit, Zeit einzuschätzen,
unterliegt starken Schwankungen

Erweiterung einer kognitiven Architektur
um generischen Baustein zur
Dauerschätzung
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Timebuffer
30
Situation
ACT-R
Externes
Programm
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AGI
ACT-R

AGI
Externes
Programm
ACT-R Graphical User Interface
– Abstraktion innerhalb der kognitiven Simulation
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agimap
ACT-R

agimap
AGI
Externes
Programm
Steigerung der Modellierungseffizienz
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Agimap-Framework
34
ACT-R als Werkzeug zur SW-Entwicklung
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Nutzung der Tools
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Zusammenfassung
CogTool: Benutzen von ACT-R für so
genanntes Rapid Prototyping
 GOMS : Werkzeug zur Aufgabenanalyse
 Erweiterung von ACT-R zur Verbesserung
der Simulation

– Timer
– AGI
– agimap
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Literatur





Urbas. Schulze-Kissing, Leuchter: Werkzeuge für die Erstellung
kognitiver Nutzermodelle
Urbas & Leuchter: Model Based Analysis and Design of HumanMachine-Dialogues through Displays
John & Salvucci (2004): Multipurpose Prototypes for Assessing User
Interfaces in Pervasive Computing Systems, in IEEE Pervasive
Computing,
Tichy : Folien zur Vorlesung Softwaretechnik, WiSe 05/06
Kunze (2005): Einführung in die Analyse eines User Interface mittels
Goms,http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/mmi_ws0506/essays
/uebung2-kunze.html
 Bodnar, Heagy, Henderson, Seals: GOMS, Lecture Notes,
http://ei.cs.vt.edu/~cs5724/g2/
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GOMS -Beispiele

KLM:
Moving text with the MENU-METHOD
Description
Operator
Duration (sec)
Mentally prepare by Heuristic Rule 0
M
1.35
Move cursor to beginning of phrase
P
1.10
Click mouse button

K
0.20
CMN –GOMS
– GOAL: EDIT-MANUSCRIPT
. GOAL: EDIT-UNIT-TASK ...repeat until no more unit tasks
. . GOAL: ACQUIRE UNIT-TASK ...if task not remembered
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GOMS - Beispiele

NGOMSL
– Method for goal: Move text 1
Step 1. Accomplish goal: Cut text. 1
Step 2. Accomplish goal: Paste text 1
Step 3. Return with goal accomplished. 1
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