Entwurfsmusterbasierter Ansatz für adaptive Benutzungsschnittstellen zur Überwindung von Nutzungsbarrieren

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen neuartigen Ansatz für Benutzungsschnittstellen, die sich selbstständig und dynamisch während der Nutzung an individuelle Nutzerbedürfnisse, unterschiedliche Umgebungsbedingungen und Interaktionsgeräte anpassen können. Dadurch kann eine hohe Zugänglichkeit (Accessibility) interaktiver Computersysteme erreicht werden: In Verbindung mit einer kontinuierlichen Erfassung des Nutzungskontexts können die in dieser Arbeit entwickelten Mechanismen zur Generierung und Adaptation der Benutzungsschnittstelle dafür sorgen, dass jeder Nutzer im Laufe der Interaktion eine Benutzungsschnittstelle erhält, die seinen individuellen Bedürfnissen zunehmend besser entspricht. Zwar besteht auch die Möglichkeit, dass die Nutzer die Einstellungen der Benutzungsschnittstelle selbst nach den eigenen Wünschen verändern. Aufgrund der automatischen Anpassungen erhalten aber auch die Nutzer, die aufgrund von Einschränkungen oder geringer Computer-Erfahrung Konfigurationsdialoge scheuen oder nicht bedienen können, eine individualisierte Benutzungsschnittstelle. Darüber hinaus können Nutzungsbarrieren und Bedienprobleme durch automatische Adaptationen direkt behoben werden, wenn sie auftreten. Veränderliche Nutzerbedürfnisse, die sich zum Beispiel häufig im Zuge des Älterwerdens ergeben, können durch dynamische Anpassungen selbstständig kompensiert werden.

Technisch beruht der Ansatz auf einer Modularisierung der Benutzungsschnittstelle. Alle anzupassenden Gestaltungsaspekte werden als Entwurfsmuster beschrieben. Für jeden Aspekt liegen mehrere alternative Entwurfsmuster vor, um verschiedene Lösungen für verschiedene Anforderungen anbieten zu können. Die Generierung der ABS zu Beginn der Interaktion basiert auf einer Komposition der für die aktuellen Kontextanforderungen am besten geeigneten Entwurfsmuster. Für Adaptationen während der Interaktion werden einzelne Entwurfsmuster durch andere ersetzt. Damit der Nutzer die intelligenten Anpassungen erkennen und kontrollieren kann, werden spezielle Anpassungsdialoge verwendet, die ebenfalls als Entwurfsmuster vorliegen.

Der Ansatz ist generisch und kann prinzipiell für verschiedene Anwendungen verwendet werden, um beliebige Nutzungsbarrieren durch entsprechende Anpassungen zu überwinden. Das dafür notwendige Gestaltungswissen wird aus den Entwurfsmustern gezogen. Im Rahmen einer ersten Implementierung wurde nur ein Grundstock von Entwurfsmustern entwickelt. Die Erweiterbarkeit des Entwurfsmusterrepositoriums ist daher eine wichtige Eigenschaft des Ansatzes, um sukzessive eine möglichst umfassende Abdeckung verschiedener Anforderungen, Einschränkungen und Interaktionssituationen zu ermöglichen. Das Entwurfsmusterrepositorium ist öffentlich zugänglich, um möglichst viele externe Experten an der Weiterentwicklung der Entwurfsmuster beteiligen zu können.

Für Entwickler von ABS bietet der Ansatz große Vorteile. Sie müssen nur ein abstraktes Modell der Interaktion erstellen, das als Grundlage für die automatische Generierung der ABS dient. Das eigens entwickelte Modellierungsformat setzt auf einen möglichst geringen Spezifikationsaufwand und den Einsatz von Zustandsdiagrammen als leicht verständlichen und weit verbreiteten Standard. Dadurch wird versucht, den Ansatz auch für die kommerzielle Software-Entwicklung attraktiv zu machen.

Die Evaluierung des Ansatzes erfolgt am Beispiel von webbasierten Applikationen für das interaktive Fernsehen, deren Benutzungsschnittstellen sich an typische Einschränkungen älterer Nutzer anpassen. Neben einer technischen Validierung anhand einer Referenzimplementierung werden empirische Studien mit potenziellen Endnutzern, potenziellen ABS-Entwicklern und Entscheidungsträgern aus Software-Unternehmen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der entwickelte Ansatz die relevanten Anforderungen an ABS zur Überwindung von Nutzungsbarrieren gut erfüllt und einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem aktuellen Stand der Forschung und Technik erzielt.

This work presents a novel approach to user interfaces that automatically adapt to individual user needs, different environments and different interaction devices. The approach aims at improving the accessibility of interactive computer systems: Combined with a constant process of context recognition the here developed mechanisms of user interface generation and adaptations during the interaction can help to provide an increasingly better fit between a user’s needs and the individualized interface. Users can always adjust the settings of the user interface. But the automatic adaptations provide individualized interfaces also to those users who have problems with configuration dialogues due to impairments or lower levels of ICT literacy. Moreover, automatic adaptations during use can overcome barriers of use directly when they occur. This will also help to compensate for altering user needs and capabilities which often appear in the course of ageing.

From a technical point of view, a modular approach is taken. All adaptive design aspects of the user interface are described as design patterns. Every aspect is covered by several alternative patterns in order to provide different solutions for different requirements. In the beginning of an interaction, a user interface is generated by composing the design patterns that are best suited for the current context requirements. For adaptations during the interaction, particular design patterns are substituted by other patterns. For the user to be able to understand and control the intelligent adaptations specific adaptation patterns are introduced.

The approach is generic and can be used for any application to overcome diverse barriers of use by suitable adaptations. The required design knowledge is drawn from the design patterns. In a first implementation, only a basic set of patterns have been developed. With gradual extensions of the design patterns repository in the future, diverse requirements, impairments and interaction situations can be covered in a comprehensive manner. The design patterns repository is publicly accessible to engage as many external experts as possible in the further development of the design patterns.

The approach facilitates the development of adaptive user interfaces. Developers will create only an abstract model of the interaction which then serves as the basis for the automatic generation of the adaptive user interface. A new modelling format has been developed in order to support the industrial uptake of the approach. It aims at reducing the modelling effort and it builds on the well-established and comprehensible standard of state machine diagrams.

The evaluation of the approach is carried out for the example of web-based applications for interactive TV that adapt their user interfaces to impairments typically associated with ageing. The evaluation scheme includes a technical validation on the basis of a reference implementation and empirical studies with potential users and developers of adaptive user interfaces. The results indicate that the approach satisfies the requirements of adaptive user interfaces for improved accessibility and that the approach marks a significant progress beyond the current state of the art.