2. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: La cognizione2/25
Introduzione
Qui esaminiamo in breve:
Canali di I/O negli esseri umani:
• Vista
• Udito
• Altri sensi
• Movimento
Memorizzazione dell'informazione
• Memoria sensoria
• Memoria a breve termine
• Memoria a lungo termine
Meccanismi di elaborazione
• Ragionamento
• Apprendimento
• Approcci alla risoluzione dei problemi
• Errori
4. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (1) 4/25
Input
I sensi sono più di cinque come si dice di solito:
1. Vista
• Percezione di luce, forme e colori
2. Udito
• Percezione di onde sonore
3. Tatto
• termorecettori (percezione di temperatura),
• nocirecettori (percezione di dolore)
• meccanorecettori (percezione di pressione)
• Notevoli differenze di risoluzione e precisione a seconda della varie parti del
corpo.
4. Gusto
• Analisi chimica, termica e fisica di oggetti attraverso i sensori posti sulle
papille gustative e dalle mucose della bocca. N.B.: la lingua è 5 volte più
sensibile a temperatura e pressione dei polpastrelli
5. Olfatto
• Analisi chimica e tattile eseguita eseguita dalle mucose nasali
6. Propriocezione o kinestesia
• Consapevolezza della posizione del corpo e delle sue membra in relazione
allo spazio esterno e agli altri membri, grazie alla presenza di appositi
recettori di posizione nelle membra.
7. Equilibrio
5. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (2) - Percezione della luce5/25
Vista (1)
La fonte di informazione esterne più importante per gli
esseri umani.
Possiamo dividere la percezione visiva in due stadi,
ciascuno con caratteristiche e limiti intrinseci:
La percezione fisica degli stimoli visivi da parte degli occhi
La loro successiva elaborazione da parte del cervello
6. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (3) - Percezione di dist anza, profondit à, brillant ezza
Vista (2) - Percezione della luce
La luce si riflette negli oggetti del mondo e arriva nella lente, che la
trasmette (capovolta) sul fondo della retina.
I fotorecettori posti sulla retina sono di quattro tipi:
I bastoncini, distribuiti ovunque, sono molto sensibili alla quantità di luce
e permettono la visione nell'oscurità. Sono poco sensibili ai colori e
facilmente saturabili (fenomeno dell'abbagliamento, limitata percezione
dei colori nel buio).
I coni, distribuiti soprattutto nella fovea, sono meno sensibili alla quantità
di luce e più ai colori. Sono di tre tipi, specializzati per colore.
Ganglioni X: concentrati nella fovea, si occupano della pre-identificazione
di pattern visivi
Ganglioni Y: distribuiti ovunque, in particolare nella retina esterna, si
occupano della pre-identificazione del movimento. Questo permette di
identificare rapidamente movimenti con la coda dell'occhio, anche in
assenza di riconoscimento delle forme.
La fovea è il punto di focalizzazione esatto dell'immagine, mentre la
giunzione della retina nel nervo ottico manca di recettori di qualunque
tipo ed è detto punto cieco.
7. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (4) - Percezione del colore7/25
Vista (3) - Percezione di distanza, profondità,
brillantezza
Percezione (segue)
Percezione della distanza:
• Non siamo in grado di percepire oggetti dalle dimensioni inferiori a 0.5
secondi di arco.
• Oggetti vicini appaiono più grandi di oggetti lontani. Tuttavia la percezione di
un oggetto rimane costante anche all'aumentare della distanza (legge di
costanza della dimensione)
Percezione della profondità
• Visione stereoscopica (piccole differenze tra il percepito dei due occhi che
viene rielaborato a dare un'idea di profondità).
• Ulteriori effetti visivi: sovrapposizione, familiarità con gli oggetti, ecc.
Percezione della brillantezza
• La brillantezza (brightness) è la percezione soggettiva della quantità di luce.
La quantità oggettiva di luce emessa da un oggetto si chiama luminanza. Il
contrasto è il rapporto tra luminanza dell'oggetto e la lunminanza dello
sfondo.
• Flicker: la percezione di accensione e spegnimento di una luce, distinguibile
sempre fino ai 50 Hz, ma anche a frequenze superiori con alta luminanza o
nella visione periferale. Questi sono argomenti contro gli schermi ad alta
luminanza o particolarmente grandi.
8. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (5) - Elaborazione dell'immagine8/25
Vista (4) - Percezione del colore
Percezione del colore
Compito dei coni, sensibili alla luce di tre colori (rosso, verde e blu). La
visione dei colori quindi è meglio nella fovea e peggio nella visione
periferale. La presenza di recettori del blu è sensibilmente inferiore, il che
ci rende meno sensibili al blu.
Il colore è caratterizzato da tre componenti: tinta (hue), intensità e
saturazione. La tinta è data dalla lunghezza d'onda, l'intensità è la
luminanza del colore, mentre la saturazione è data dalla quantità di
bianco nel colore.
Gli esseri umani sono in grado di distinguere cinca 150 tinte, per un
totale di circa 7 milioni di colori differenti.
Tuttavia, il numero di colori identificabili è di circa 10-20.
Daltonismo
Circa l'8% degli uomini e l'1% delle donne hanno una deficienza di
origine genetica o di coni rossi o verdi, che rende difficile la distinzione
tra questi colori (daltonismo).
Altre forme di daltonismo (più rare) vedono una assenza dei coni blu
(deficienza blu-giallo) oppure una totale assenza o malfunzionamento dei
coni (daltonismo totale), che porta ad una visione totalmente in bianco e
nero.
9. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vist a (6) - Elaborazione del t est o scrit t o (1) 9/25
Vista (5) - Elaborazione
dell'immagine
Elaborazione dell'immagine
L'elaborazione dell'immagine genera concetti interpretabili dal
cervello. Essa è basata molto sulla percezione di pattern e sullo
sfruttamento di aspettative.
Queste servono per dare una stabilità ad immagini che si
muovono o al fatto che noi ci muoviamo rispetto all'immagine.
Le illusioni ottiche sono frutto di errori nella creazione di pattern o
nelle aspettative usate.
Illusione di Muller-Lyon Illusione di Ponzo
10. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Vista (7) - Elaborazione del testo scritto (2)10/25
Vista (6) - Elaborazione del testo
scritto (1)
Elaborazione del testo scritto
Passa attraverso varie fasi
• Input del pattern visivo del test
• Decodifica della parola o delle parole in base al linguaggio di
riferimento
• Analisi sintattica e semantica del testo
Durante l'input del pattern visivo, l'occhio esegue movimenti noti
e distinguibili:
• 6 % del tempo movimenti a scatto, sia avanti che indietro
• 94 % del tempo fissità (tempo di elaborazione)
• Più il testo è complesso più regressioni (movimenti all'indietro)
verranno fatti.
La lettura non passa attraverso l'identificazione delle singole
lettere
• Il tempo di riconoscimento di singole lettere e di parole intere è
uguale
• La forma delle parole è alla chiave del riconoscimento veloce: parole
tutte in maiuscolo o in font bizzarri rallentano il riconoscimento
11. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Udito (1)11/25
Vista (7) - Elaborazione del testo
scritto (2)
Aiuti ed impedimenti alla lettura
Gli adulti leggono circa 5,5 sillabe al secondo.
Dimensioni del testo comprese tra i 9 e i 12 punti sono
egualmente leggibili, più lente se di dimensioni diverse.
La larghezza della linea può andare tra i 6 e i 14 cm senza
percepibili differenze di velocità.
Leggere su schermo è più lento:
• Linee di testo più lunghe
• Meno parole per pagina
• Orientamento del testo
• Minore familiarità con il medium
Leggere in contrasto negativo (testo scuro su sfondo chiaro) ha
maggiore luminanza, e dunque maggiore contrasto, e dunque
maggiore acuità di testi in contrasto positivo. Tuttavia è più facile
al flickering
12. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Udito (2)12/25
Udito (1)
Apparentemente secondario
rispetto alla vista. Tuttavia sono
tantissime le informazioni che
riceviamo attraverso l'udito.
L'orecchio riceve vibrazioni
(raccolte ed amplificate dal
padiglione auricolare) contro la
membrana del timpano, che
vibrando mette in azione i tre
ossicini (martello, incudine e
staffa)che smuovono il liquido
gelatinoso che riempie la coclea (o
orecchio interno) dove ciglia
sottilissime percepiscono il suono e
lo trasmettono al cervello.
13. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Codifica13/25
Udito (2)
Sono caratteristiche del suono la frequenza (pitch),
l'ampiezza (loudness) e il timbro.
L'orecchio umano distingue suoni tra i 20 Hz e i 15.000.
Frequenze inferiori sono percepibili con il resto del corpo.
La risoluzione è di circa 1.5 Hz alle basse frequenze, molto
maggiore alle alte frequenze.
Possiamo percepire direzione e movimento del suono
grazie alla percezione stereofonica delle orecchie.
Particolarmente spiccato è il sistema di filtri nell'apparato
uditivo, che ci permette di isolare solo quelle parti del
rumore circostante che ci interessano (effetto cocktail
party)
14. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Sfruttare l'effetto di continuazione14/25
Codifica
Prossimità
Gli oggetti/eventi sono vicini
nello spazio o nel tempo
Similarità
Gli oggetti/eventi condividono
proprietà o attributi
Continuazione
Gli oggetti seguono una curva
continua e prevedibile, gli
eventi accadono ad intervalli
regolari
Chiusura
Gli oggetti/eventi formano una
figura completa riconoscibile come
tale
Semplicità
Gli oggetti hanno forme che
semplificano la discussione
Simmetria
un caso speciale di semplicità
Percezione (def.): l’organizzazione del percepito in strutture apprendibili
Criteri di analisi delle percezioni:
16. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Memoria sensoria16/25
La memoria
Negli anni Sessanta venne proposto il modello multiplo di
memoria, formato da tre tipi di memoria:
Memoria sensoria
Memoria a breve termine o di lavoro
Memoria a lungo termine o permanente
Non si sa se siano separate, né come interagiscano tra di
loro. A noi interessa più come modello che per studiare
l'effettivo funzionamento e malfunzionamento negli esseri
umani.
17. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Short Term memory (1)17/25
Memoria sensoria
Specifica: esistono locazioni specifiche per ogni senso
Memoria iconica per stimoli visuali (ca. 0.5 secondi)
Memoria ecoica per stimoli uditivi (necessaria per effetto stereofonico,
ma anche per la ritenzione dello stimolo)
Memoria tattile per stimoli tattili
Persiste per pochi decimi di secondo, e sono constantemente riscritti
da nuovi eventi sensori.
Grandi quantità di dati ed elaborazioni in ogni istante
Solo una minima quantità viene mantenuta, il resto si perde. E' in
azione un meccanismo di selezione, l'attenzione.
La continuità delle percezioni ci dà il senso dello scorrere del tempo e
del senso di realtà di quello che ci circonda.
Interruzioni momentanee, si suppone, generano il déjà-vu.
18. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Short Term memory (2)18/25
055 456 712 65
5 2 1 4 7 6 5 1 2 1 0
Short Term memory (1)
Detta anche working memory
Qui vengono posti ed elaborati i dati connessi con il task in
corso di esecuzione.
Ha a disposizione circa 7 +/- 2 “blocchi”, modali. Sono
blocchi, perché permettono il raggruppamento.
Ad esempio:
055 456 712 65
5 2 1 4 7 6 5 1 2 1 0
19. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Long Term Memory 19/25
Short Term memory (2)
La memoria è sempre piena, e appena si richiede di
memorizzare un nuovo dato, uno dei dati precedenti viene
cancellato.
Dura circa 15 secondi
Effetto di prolungamento per ripetizione uditiva
Effetti amplificativi per importanza e freschezza
20. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: L’attenzione20/25
Long Term Memory
E' divisa in:
Memoria episodica: la registrazione di eventi ed esperienze in
maniera seriale.
Memoria semantica: registrazione di fatti, concetti ed abilità apprese
nel passato.
La memoria a lungo termine non è mai una registrazione
completa delle percezioni, ma una loro rielaborazione con
filtro degli aspetti irrilevanti.
Si chiama memoria eidetica il ricordare ogni singolo
elemento del percepito. E' frequente nei bambini in età pre-
scolare, rarissima negli adulti (cfr. "Funes, o della
memoria", in J.L. Borges, Finzioni, 1944)
21. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Long Term Memory (2) - Un
esperimento
Un semplice esperimento di
memoria eidetica
Guardate con attenzione
l'immagine che segue
Domanda:
di quante bande colorate è
composta la coda del gatto?
lo stregatto
(da Alice nel Paese delle Meraviglie, Disney, 1950)
22. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Long Term Memory (3)
La memorizzazione avviene per elaborazione, e non se ne
conoscono né limiti né durata.
Organizzazione gerarchica ed associativa: probabilmente
mappabile in una rete semantica, che organizza per
categorie e sottocategorie i concetti appresi
Concetti sparsi (privi di nessi logici) sono più difficili da
memorizzare di concetti collegati (connessi in una serie
logica)
Concetti astratti sono più difficili da memorizzare di concetti
concreti
Fede Grande Età Freddo Silenzio Idea Passato Linguaggio
Barca Albero Gatto Tappeto Piatto Chiesa Fiamma Testa
23. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Long Term Memory (4)
Concetti collegati a fattori emozionali si ricordano meglio di
concetti neutri o quotidiani
Interferenze: l'accesso ad un ricordo può causare l'accesso
ad un altro ricordo completamente scollegato
Cosa significa dimenticare? Due teorie:
Decadimento: se la memoria non è sollecitata con frequenza il
ricordo naturalmente e lentamente scompare (effetto "punta della
lingua")
Interferenza: l'acquisizione di nuove informazioni naturalmente ed
immediatamente sostituisce una vecchia analoga (i vecchi numeri
di telefono)
La memoria funziona meglio per riconoscimenti che per
ricordi
Incontrare per caso un vecchio biglietto con il vostro vecchio
numero di telefono ve lo fa immediatamente identificare come
tale.
24. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Prestazioni degli esseri umani (1) 21/25
L’attenzione
L'attenzione è la selezione di uno o alcuni dei tanti stimoli
sensoriali che ci raggiungono.
Attenzione focalizzata (scrivere) o attenzione divisa
(guidare e parlare)
L’effetto cocktail party: la possibilità di filtrare (escludere)
larga parte di stimoli anche dello stesso senso.
Il task determina la focalizzazione dell’attenzione.
Le aspettative lo influenzano. In questo senso l’attenzione
è modale: eventi inaspettati o fuori di modalità distraggono.
L’uso di ausili cognitivi per il mantenimento dell’attenzione
25. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Ragionamento(1)
Il ragionamento è il processo attraverso il quale usiamo la
conoscenza che già abbiamo per trarre conclusioni su un
evento di interesse.
Gli esseri umani adoperano meccanismi di ragionamento
per dedurre nuova informazione e risolvere problemi che si
pongono nella vita di tutti i giorni.
Questo avviene in maniera semi-conscia: a volte siamo in
grado di arrivare al risultato, ma non di ripercorrere i passi
del ragionamento che ci hanno portato al risultato.
Possiamo identificare almeno tre meccanismi di
ragionamento:
Ragionamento deduttivo
Ragionamento induttivo
Ragionemanto abduttivo
26. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Ragionamento deduttivo
Partendo da una legge generale e da un caso, otteniamo
un informazione precisa.
DATO CHE
Le persone vive respirano.
La vittima dell'incidente respira,
ALLORA
La vittima dell'incidente è ancora viva.
Il sillogismo è un ragionamento deduttivo
Non siamo sempre bravi con il pensiero deduttivo,
soprattutto in presenza di assunti falsi o parziali
DATO CHE
Alcune persone sono infanti
Alcuni infanti piangono
SI PUÒ DEDURRE CHE
Alcune persone piangono?
NO!
Non ci è stato detto che tutti
gli infanti sono persone!
27. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Ragionamento induttivo
Partendo da una serie di casi omogenei deduco una regola
generale (inferenza o generalizzazione)
Tutti gli elefanti che ho visto hanno la proboscide
DUNQUE
Tutti gli elefanti hanno la proboscide
L'inferenza è inaffidabile e facile da smontare portando un
contro-esempio (un elefante senza proboscide)
Inoltre non può mai essere provata completamente (se non
esaminando sistematicamente tutti i casi)
Tuttavia è il modo naturale di generare nuove regole per la
nostra vita quotidiana
28. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Ragionamento abduttivo
Partendo da un caso, si sceglie la regola che meglio si adatta al caso
Mario sta guidando troppo forte
Mario guida troppo forte quando ha bevuto
ALLORA
Mario ha bevuto
Anche questo meccanismo di ragionamento è imperfetto: molte
possono essere le regole adatte, possono esserci regole non note
Mario può avere avuto un'emergenza
In particolare, un assunto implicito nel ragionamento abduttivo è che
esista una regola che spiega il caso, e che si debba solo scoprirla.
Nei sistemi informatici, una naturale abduzione è che l'evento a cui
assisto sullo schermo derivi dall'azione che ho appena eseguito.
Se evento ed azione, invece, non sono collegati, ne sorge
inevitabilmente confusione ed errore.
29. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
Fabio Vitali
Problem solving
Il trovare una soluzione per un task nuovo o non familiare
Gli umani sono caratterizzati dall'abilità con cui adattano
l'informazione che hanno alle nuove situazioni.
Comportamentisti (fine XIX secolo): problem solving funziona o per
applicazione di regole note o per prova ed errore.
Teoria del Gelstalt (metà XX secolo): individuano sia approcci
riproduttivi (basati su esperienze precedenti) che produttivi
(basati sulla riflessione e la ristrutturazione del problema in altri
termini). Il problema della fissazione. Il caso delle due funi.
Teoria dello spazio dei problemi (anni settanta):il problema è
identificato come uno stato attuale e uno stato finale ottimale.
Attraverso una analisi mezzi-fini, si cerca di ricondurre lo stato
iniziale del sistema ad uno stato "più vicino" allo stato ottimo, per
poi riiniziare con l'analisi per il passo successivo. Lo spazio del
problema è l'ambito all'interno del quale utilizzare euristiche,
competenze e analogie per ottenere nuovi spazi più vicini al
risultato atteso.
30. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Prestazioni degli esseri umani (2) 22/25
Prestazioni degli esseri umani (1)
Il tempo di risposta è dipendente dal tipo di stimolo (l’essere
umano reagisce più velocemente al suono che alla visione)
Compromessi tra velocità ed accuratezza
Automaticità
Stanchezza
Errori d’azione
31. Human-ComputerInteraction-A.A.2002/03
A seguire: Conclusioni23/25
Prestazioni degli esseri umani (2)
Legge di Fitt: Il tempo necessario per raggiungere un
oggetto è proporzionale alla distanza ed inversamente
proporzionale alla dimensione
T = a + b log2 (
2D
W
)
dove:
• T: time to target
• a, b: costanti determinabili
• D: distanza dell’oggetto
• W: dimensione dell’oggetto
