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  • Erratum Notice
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  • Protocollo
  • Risultati
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Erratum Notice

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Riepilogo

Il protocollo presentato integra vari metodi di valutazione e dimostra un metodo per valutare il design della tastiera sugli smartphone. Le coppie abbinate a caratteri inglesi vengono proposte come materiale di input e il tempo di transizione tra due chiavi viene utilizzato come variabile dipendente.

Abstract

L'input da tastiera ha svolto un ruolo essenziale nell'interazione uomo-computer con una vasta base di utenti e il design della tastiera è sempre stato uno degli oggetti fondamentali degli studi sui dispositivi intelligenti. Con lo sviluppo della tecnologia dello schermo, gli smartphone potrebbero raccogliere dati e indicatori più precisi per valutare in modo approfondito il design della tastiera. L'allargamento dello schermo del telefono ha portato a un'esperienza di input insoddisfacente e dolore alle dita, specialmente per l'input con una sola mano. L'efficienza e il comfort degli input hanno attirato l'attenzione di ricercatori e designer, e la tastiera curva con pulsanti regolabili in dimensioni, che si accordava approssimativamente con la struttura fisiologica dei pollici, è stata proposta per ottimizzare l'utilizzo con una sola mano sugli smartphone a grande schermo. Tuttavia, i suoi effetti reali sono rimasti ambigui. Pertanto, questo protocollo ha dimostrato un metodo generale e riassuntiva per valutare l'effetto del design curvo della tastiera QWERTY su uno smartphone da 5 pollici attraverso un software sviluppato autonomamente con variabili dettagliate, inclusi dati comportamentali oggettivi, feedback soggettivo e dati coordinati di ciascun punto di contatto. Esiste sufficiente letteratura esistente sulla valutazione delle tastiere virtuali; tuttavia, solo alcuni di essi hanno sistematicamente riassunto e riflettuto sui metodi e sui processi di valutazione. Pertanto, questo protocollo colma la lacuna e presenta un processo e un metodo di valutazione sistematica del design della tastiera con codici disponibili per l'analisi e la visualizzazione. Non ha bisogno di attrezzature aggiuntive o costose ed è facile da condurre e utilizzare. Inoltre, il protocollo aiuta anche a ottenere potenziali ragioni per gli svantaggi del design e illumina l'ottimizzazione dei progetti. In conclusione, questo protocollo con le risorse open source potrebbe non solo essere un esperimento dimostrativo in classe per ispirare i principianti a iniziare i propri studi, ma contribuisce anche a migliorare l'esperienza dell'utente e le entrate delle società di editor di metodi di input.

Introduzione

L'input da tastiera è il metodo principale dell'interazione uomo-smartphone1,2e con la penetrazione degli smartphone, l'input da tastiera ottiene miliardi di utenti. Nel 2019, il tasso di penetrazione globale degli smartphone aveva raggiunto il 41,5%3, mentre gli Stati Uniti, con la penetrazione più alta, erano arrivati al 79,1%4. Fino al primo trimestre del 2020, la tastiera mobile Sogou aveva circa 480 milioni di utenti attivi giornalieri5. Fino al 6 maggio 2020, Google Gboard era stato scaricato più di 1 miliardo di volte6.

L'esperienza di input da tastiera insoddisfacente aumenta con l'ingrandimento dello schermo del telefono. Sebbene lo schermo ingrandito mirasse a migliorare l'esperienza visiva, ha cambiato la gravità, le dimensioni e il peso degli smartphone, inducendo gli utenti a cambiare ripetutamente la postura di tenuta per raggiungere aree remote (ad esempio, il pulsante A e Q per gli utenti destrimani), portando così all'inefficienza dell'input. L'allungamento del muscolo può causare agli utenti di soffrire di disturbi muscoloscheletrici, dolori alle mani e diversi tipi di malattie (ad esempio, sindrome del tunnel carpale, artrosi del pollice e tenosinovite del pollice7,8,9,10). Gli utenti che preferiscono l'uso con una sola mano sono in condizioni peggiori11,12.

Pertanto, la valutazione e l'ottimizzazione del design della tastiera sono diventati temi caldi di ricerca psicologica, tecnica ed ergonomica. I progetti e i concetti di tastiera variabile sono stati costantemente proposti da aziende e ricercatori di editor di metodi di input (IME) per ottimizzare l'esperienza e l'efficienza dell'input, comprese le tastiere modificate e riordinate con caratteri: Microsoft WordFlow Keyboard13,Functional Button Area in Glory of Kings14,IJQWERTY15e Quasi-QWERTY16.

I metodi di valutazione esistenti per la progettazione della tastiera variano da ricercatore a ricercatore, ad eccezione di diversi indicatori altamente accettati e vengono proposti indicatori più accurati. Tuttavia, con una varietà di indicatori, non esiste un protocollo riassuntiva e sistematico fornito per dimostrare il processo di valutazione e analisi del design della tastiera. La legge17 di Fitts e la sua versione estesa FFitts Law18,che descriveva l'interazione uomo-computer, furono ampiamente adottate per valutare le prestazioni della tastiera19,20,21,22. Inoltre, l'area funzionale del pollice è stata proposta per migliorare il design della tastiera e descriveva un'area di movimento curva per il pollice per completare comodamente l'attività di input23. Sulla base di queste teorie, indicatori tra cui parola al minuto, tasso di errore delle parole e feedback soggettivo (usabilità percepita, prestazioni percepite, velocità percepita, carico di lavoro soggettivo, sforzo e dolore percepiti e intenzione di usare, ecc.), Che sono stati ampiamente adottati, sono stati parzialmente utilizzati in studi precedenti24,25,26 , 27,28,29 ad eccezione dei metodi di modellazione e simulazione. Inoltre, l'ellisse montata di punti di contatto su ciascun pulsante e il suo offset30,31 sono stati utilizzati negli ultimi anni per indagare le prestazioni accurate degli eventi di inputting. Inoltre, la risposta galvanica della pelle, la frequenza cardiaca, l'attività elettromiografica, il gesto della mano e il movimento del corpo32,33,34,35 sono stati adottati per valutare direttamente o indirettamente l'affaticamento muscolare, il comfort e la soddisfazione degli utenti. Tuttavia, questi vari metodi mancano di riflessione sull'adeguatezza degli indicatori utilizzati e un ricercatore alle prime armi può essere confuso nel selezionare gli indicatori appropriati per la sua ricerca.

La ricerca sul design della tastiera è anche facile da condurre, utilizzare e analizzare. Con il boom della tecnologia dello schermo, è stato possibile raccogliere più dati comportamentali per valutare in profondità il design della tastiera (ad esempio, il tempo di transizione tra due tasti e i dati delle coordinate di ciascun punto di contatto). Sulla base dei dati menzionati, i ricercatori hanno potuto esplorare con precisione i dettagli del design della tastiera e analizzarne gli svantaggi e i vantaggi. Se confrontata con altre ricerche sull'interazione uomo-computer, la ricerca del design della tastiera su smartphone portatili ha anche un alto valore applicativo per la sua vasta base di utenti senza attrezzature costose, materiali complicati o enorme spazio di laboratorio necessario. I questionari, le scale e lo script Python sulla ricerca sono open source e di facile accesso.

Lo scopo di questa ricerca è quello di riassumere i metodi precedenti per dimostrare un protocollo sistematico, preciso e generale per valutare e analizzare il design della tastiera sugli smartphone. L'esperimento esemplare e i risultati mirano a mostrare se la tastiera QWERTY curva con pulsanti regolabili in base alle dimensioni potrebbe ottimizzare l'esperienza di input di input con una sola mano su uno smartphone da 5 pollici rispetto alla tastiera QWERTY tradizionale e condividere il metodo di visualizzazione e lo script Python di analisi dei dati.

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Protocollo

Lo studio è stato condotto in conformità con il principio etico ed è stato approvato dal Comitato Etico della Tsinghua University. La Figura 1 mostra il processo di valutazione della progettazione della tastiera degli smartphone.

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Figura 1: Processo generale di conduzione di un esperimento sulla tastiera e valutazione del design della tastiera. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

1. Preparazione

  1. Progettazione di esperimenti
    1. Definire il tema della ricerca e proporre l'ipotesi.
    2. Progettare l'esperimento in base all'ipotesi e definire le variabili indipendenti (ad esempio, layout della tastiera, postura di digitazione). Utilizzare il design all'interno del soggetto al fine di ridurre i fattori confondenti e la varianza causata dalla differenza tra i partecipanti.
  2. Variabili dipendenti
    1. Utilizzare dati fisici, tra cui la lunghezza della mano, la lunghezza del dito di input e la circonferenza del dito di input, che sono stati misurati con un metro a nastro, come mostrato nella Figura 2.
    2. Utilizzare dati fisiologici, tra cui la risposta galvanica della pelle (misurata dal rilevatore fisiologico wireless portatile), la frequenza cardiaca (misurata dal rilevatore fisiologico wireless portatile), l'attività elettromiografica (misurata mediante elettromiografia di superficie), ecc.
    3. Usa le prestazioni di input: parola al minuto, tasso di errore della parola e tempo di transizione tra due tasti.
      1. Parola al minuto si riferisce alla velocità di input dei partecipanti (cioè il numero di parole immesse correttamente al minuto).
      2. Il tasso di errore delle parole si riferisce all'accuratezza di input dei partecipanti (cioè il numero di parole immesse in modo errato diviso per il numero totale di parole in una condizione). Il tasso di errore corretto, il tasso di errore non corretto e il tasso di errore totale sono stati utilizzati anche in studi precedenti36.
      3. Il tempo di transizione tra due tasti si riferisce al tempo di reazione dei partecipanti tra due punti di contatto di una parola 22 immessa correttamente(cioè l'ora di inizio del secondo punto di contatto meno l'ora di partenza del primo carattere).
    4. Usa i dati sul movimento del corpo come il gesto della mano e il movimento del corpo (dito). Potrebbero essere raccolti dal sistema di motion capture35.
    5. Utilizzare dati soggettivi come l'usabilità percepita, l'intenzione di utilizzare, l'accuratezza e la velocità percepite, lo sforzo e il dolore percepiti e il carico di lavoro soggettivo, ecc. I dati soggettivi possono essere ottenuti attraverso scale e questionari esistenti, che sono altamente affidabili e validi per valutare meglio il feedback soggettivo dei partecipanti sul design della tastiera.
      1. Usa NASA-TLX, una scala a 21 punti che viene utilizzata per misurare il carico di lavoro soggettivo attraverso dimensioni mentali, fisiche, temporali, prestazioni, sforzo e frustrazione. Un punteggio alto indica un carico di lavoro soggettivo elevato26.
      2. Utilizza la System Usability Scale, un questionario a 5 punti con 10 elementi, e le risposte di un partecipante saranno calcolate come un singolo punteggio da 0 a 100. Un punteggio alto indica un'elevata usabilità percepita24.
      3. Utilizzare la scala Borg CR10, che varia da 0 a 10 per misurare il dolore e lo sforzo percepiti. Un punteggio alto indica un dolore e uno sforzo percepiti di alto livello25.
      4. Usa la scala Intent to Use: un questionario in 10 punti che viene utilizzato per misurare la probabilità che i partecipanti utilizzino la tecnologia o i prodotti. Un punteggio alto indica una probabilità di alto livello28.
      5. La velocità percepita e la precisione percepita sono tutte misurate da scale a 50 punti e un punteggio elevato indica una buona prestazione percepita28.
    6. Raccogli i dati delle coordinate di ciascun punto di contatto e modificalo nell'ellisse montata (IC al 95%) dei punti di contatto su ciascun pulsante30,31. Adottare l'area di ciascuna ellisse montata e l'offset dal centro dell'ellisse montata al centro di destinazione di ciascun pulsante come variabili dipendenti.
      NOTA: i dati delle coordinate possono essere raccolti con precisione dall'applicazione sviluppata autonomamente sullo smartphone. Se è difficile ottenere i dati delle coordinate, i dati oggettivi e soggettivi sono sufficienti per valutare approssimativamente il design della tastiera.

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Figura 2: La misurazione della mano. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Materiali
    1. Scegli lo smartphone dell'esperimento. Prendi in considerazione peso, risoluzione e dimensioni dello schermo.
    2. Progettare e sviluppare il software dell'esperimento su smartphone (passaggio opzionale).
      NOTA: il tempo di transizione tra due tasti può essere registrato automaticamente da questo software o da sensori di motion capture (ad esempio, il sensore dell'accelerometro). Potrebbe essere difficile raccoglierlo manualmente (ad esempio, un orologio o un cronometro).
    3. Selezionare l'attività di input dai seguenti suggerimenti in base all'ipotesi e rivederla in modo che corrisponda allo scopo della ricerca.
      1. Per l'attività di input della coppia di caratteri, accoppiare in modo casuale 26 lettere inglesi in 676 coppie e dividerle in media in diversi gruppi in base al design dell'esperimento.
      2. Per l'attività di input della frase (frase), utilizzare frasi di lunghezza moderata, facili da ricordare e rappresentative della lingua di destinazione. Se la lingua di destinazione è l'inglese, estrarre 15-20 (o in base allo scopo della ricerca) frasi o parole da un set di 500 frasi37.
  2. Reclutamento dei partecipanti
    1. Utilizzare il software G*Power per calcolare la dimensione del campione.
    2. Pubblica questionari per reclutare potenziali partecipanti.
    3. Filtra i potenziali partecipanti con caratteristiche desiderate, ad esempio età, salute, visione, maneggevolezza ed esperienza di input. Assicurarsi che l'esperienza di input dei partecipanti sia equilibrata.

2. Procedura

  1. Leggi il modulo di consenso informato dell'esperimento ai partecipanti, compresa la procedura dell'esperimento, il compito e se incontreranno lesioni mentali o fisiche. Se i partecipanti accettano di partecipare, devono firmare il modulo di consenso informato. In caso contrario, possono ritirarsi immediatamente. Secondo il modulo di consenso informato, i partecipanti possono anche ritirarsi in qualsiasi fase dell'esperimento.
  2. Raccogli dati fisici e demografici. Utilizzare un metro a nastro per misurare la mano di ogni singolo partecipante (Figura 2) al fine di eliminare l'effetto della differenza di dimensioni della mano e fornire anche dati ripetibili per ricerche future. Raccogli dati demografici come età, sesso, esperienza di input precisa e occupazione.
  3. Disinfettare tutti i dispositivi e pulire le parti del corpo del partecipante che toccheranno i dispositivi.
    1. Chiedi ai partecipanti di lavarsi le mani e pulire lo schermo degli smartphone in modo che i sensori degli smartphone possano essere più sensibili.
    2. Chiedi ai partecipanti di indossare rilevatori fisiologici wireless portatili o un sistema di motion capture. Chiedere ai partecipanti di indossare il braccialetto portatile di rilevamento fisiologico wireless sulla mano non dominante per registrare la risposta galvanica della pelle e la frequenza cardiaca con l'interferenza del rumore evitata.
      1. Posiziona marcatori passivi del sistema di motion capture sulle unghie, sulla falange prossimale del dito, sulle vertebre cervicali (C3-C5) e sul braccio, per raccogliere il movimento preciso del corpo e delle dita. Attaccare gli elettrodi wireless sulla pelle di due braccia e due avambracci per rilevare l'attività elettromiografica (passaggio opzionale).
    3. Calibrare tutti i dispositivi utilizzati nell'esperimento.
  4. Parte pratica
    1. Consenti ai partecipanti di completare l'attività di formazione. L'attività di formazione viene utilizzata per migliorare la familiarità dei partecipanti con le attività di input e le tastiere per ridurre l'effetto della pratica o la non familiarità sul risultato dell'esperimento. È composto da 50 coppie o 20 parole selezionate casualmente dal set di 676 coppie inglesi o da 500 frasi. Solo quando la loro precisione di input raggiunge l'80% o più in 150 secondi possono entrare nelle prove formali. La ricerca esemplare ha adottato l'inserimento di 50 coppie come compito di allenamento.
  5. Compito principale
    1. Lascia che i partecipanti completino studi formali in tutte le condizioni sperimentali. Devono garantire la loro precisione il più rapidamente possibile durante il tempo dell'attività di input. Le prove formali sono veri e propri compiti di input che verranno valutati e analizzati nella ricerca. Ogni coppia, parola o frase rappresenta una prova e diversi progetti sperimentali producono condizioni sperimentali diverse.
    2. Fai in modo che i partecipanti completino l'attività di input in ordine casuale o in ordine bilanciato. I metodi di divisione dei materiali in ingresso sono i seguenti. In primo luogo, 676 coppie possono essere divise in modo casuale in ogni condizione sperimentale (cioè, i partecipanti hanno inserito tutte le coppie quando completano tutte le condizioni sperimentali). In secondo luogo, in ogni condizione sperimentale, 676 coppie possono essere divise in diversi blocchi in modo casuale e i partecipanti devono completare questi blocchi in modo casuale. In terzo luogo, per inserire le parole, i partecipanti devono completare circa 20 studi in ogni condizione. In quarto luogo, per inserire frasi, i partecipanti devono completare circa 10-15 prove in ogni condizione. I ricercatori non dovrebbero garantire alcuna differenza significativa tra il numero di caratteri e il numero di parole inserite dal partecipante in ciascuna condizione. La ricerca esemplare ha adottato il primo metodo e ha avuto quattro condizioni sperimentali.
    3. Dopo ogni condizione, chiedi ai partecipanti di completare tutti i questionari (scale che valutano la loro esperienza soggettiva) a caso e dare loro 1 minuto o più per riposare.
  6. Alla fine dell'esperimento, lascia che ogni partecipante finisca il questionario completo (Q & A) per ottenere un feedback soggettivo.
  7. Esprimere apprezzamento ai partecipanti con ricompense monetarie o materiali.

3. Analisi dei dati

  1. Test di ipotesi mediante test parametrici o non parametrici appropriati
    1. Analizza i dati fisici, fisiologici e di movimento del corpo per verificare se la differenza tra i partecipanti influenzerebbe in modo significativo i risultati e l'esperienza di input inespressiva degli utenti (passaggio facoltativo).
    2. Analizza le prestazioni di input dei partecipanti per testare l'efficienza dell'input sulla tastiera.
    3. Analizza i dati soggettivi per testare l'usabilità percepita e il feedback soggettivo della tastiera.
    4. Scopri se l'effetto pratica e l'effetto fatica influenzano significativamente il risultato. Per ogni condizione, le prove sono divise in due parti in base al timestamp (cioè la prima metà e la seconda metà). In particolare, in ogni condizione, esaminare la differenza di prestazioni di input tra la prima metà e la seconda metà per verificare se l'effetto pratica o l'effetto fatica esistono.
    5. Analizzare l'area dell'ellisse montata dei punti di contatto su ciascun pulsante e l'offset dal centro al centro di destinazione di ciascun pulsante (passaggio facoltativo).
      1. Raccogli tutti i punti di contatto di ciascun pulsante con il software e si accordano approssimativamente con la distribuzione gaussiana bivariata. L'intervallo di confidenza del 95% di ciascun pulsante in entrambe le direzioni x e y è derivato dai dati delle coordinate di ciascun punto di contatto in pixel e le ellissi di confidenza del 95% su un contorno 1:1 del pulsante per ogni tastiera sono montate tramite script Python su coordinate pixel (vedere Coding File 2).
      2. Utilizzare ellissi montate (IC al 95%) e le loro aree per dimostrare la dispersione dei punti di contatto su ciascun pulsante. In ogni pulsante, l'offset dell'ellisse adattata calcolato dagli script Python è definito come il punto centrale dell'ellisse montata sul punto di destinazione del pulsante e può essere rappresentato dalle direzioni x e y (ad esempio, nell'asse X e nell'asse Y, vedere Coding File 3).
  2. Modellazione e simulazione
    1. Utilizzare il modello basato sui dati in funzione della posizione e dell'orientamento della tastiera per prevedere il movimento delle dita da parte degli script Python. Tutti i movimenti delle dita sono divisi in otto direzioni38 (dall'alto verso il basso, dal basso verso l'alto, dalla sinistra alla destra, dalla destra alla sinistra, dalla sinistra in alto alla destra in basso, dalla destra in basso verso la sinistra in alto, dalla sinistra in basso verso la destra in alto, dalla destra in alto alla sinistra in basso). Per ogni direzione, il tempo medio di transizione tra due tasti viene calcolato per rappresentare l'efficacia del movimento delle dita, che viene utilizzato per valutare il design della tastiera (passo opzionale).
    2. Usa l'analisi di regressione lineare per creare un modello avanzato di Legge di Fitts (o la sua versione estesa, FFitts' Law) per prevedere il tempo di transizione tra due chiavi utilizzando un'architettura cognitiva integrata39 da script Python. Il modello migliorato fitts' Law potrebbe fornire una migliore previsione e valutazione sul design della tastiera in base alle sue analisi sulla posizione e la larghezza effettiva dei tasti, nonché sulla distanza di due tasti (passaggio opzionale).

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Risultati

Lo studio rappresentativo segue principalmente il protocollo menzionato. Lo studio adotta un design all'interno del soggetto × 2 (Keyboard layout: Curved QWERTY vs. Traditional QWERTY) (Dimensione del pulsante: grande, 6,3 mm × 9 mm vs. piccolo, 4,9 mm × 7 mm) per valutare se il QWERTY curvo potesse migliorare l'efficienza e il comfort dell'input rispetto al QWERTY tradizionale in diverse dimensioni di pulsanti dall'attività di input della coppia di caratteri attraverso il nostro software auto-sviluppato (

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Discussione

In questo studio, basato sullo sviluppo della tecnologia dello schermo, abbiamo presentato un protocollo riassuntico e generale di valutazione del design della tastiera per valutare il design della tastiera in modo sistematico e preciso. Gli indicatori e i metodi esistenti da studi precedenti, le coppie abbinate da caratteri inglesi e il tempo di transizione tra due chiavi sono integrati e modificati per generare un protocollo efficace.

Diversi punti critici devono essere notati in questo prot...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno dichiarato alcuna divulgazione finanziaria o conflitti di interesse.

Riconoscimenti

Questa ricerca è supportata dal Tsinghua University Initiative Scientific Research Program (Progettazione ergonomica della tastiera curva su dispositivi intelligenti). Gli autori apprezzano Tianyu Liu per i suoi gentili suggerimenti e l'assistenza alla codifica sulle figure.

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
Changxiang 6S smartphoneHuaweiSmartphone used in the examplar study
Curved QWERTY keyboard softwareTsinghua UniversityDeveloped by authors
SPSS softwareIBMData analysis software
G*Power softwareHeinrich-Heine-Universität DüsseldorfSample size calculation
E4 portable wireless wristbandEmpaticaRecording galvanic skin response and heart rate
ArqusQualysisMotion capture camera platform
Passive markerQualysisAppropriate sizes: 2.5 mm, 4 mm, and 6.5 mm
Trigno sEMGDelsysRecording electromyographic activity
Visual Studio CodeMicrosoftPython editor

Riferimenti

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Erratum


Formal Correction: Erratum: An Assessment Method and Toolkit to Evaluate Keyboard Design on Smartphones
Posted by JoVE Editors on 9/01/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: An Assessment Method and Toolkit to Evaluate Keyboard Design on Smartphones. The Authors section was updated.

Yincheng Wang1
Ke Wang1
Yuqi Huang1
Di Wu2
Jian Wu3
Jibo He4,1
1Department of Psychology, School of Social Sciences, Tsinghua University
2Department of Computer Science, Beijing Normal University
3Haier Innovation Design Center, Haier Company
4Key Laboratory of Emotion and Mental Health in Chongqing, User Experience and Human-computer Interaction Technology Institute, Chongqing University of Arts and Sciences

to:

Yincheng Wang1
Ke Wang1
Yuqi Huang1
Di Wu2
Jian Wu3
Jibo He1
1Department of Psychology, School of Social Sciences, Tsinghua University
2Department of Computer Science, Beijing Normal University
3Haier Innovation Design Center, Haier Company

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