Метод оценки и инструментарий для оценки дизайна клавиатуры на смартфонах
Summary
Представленный протокол объединяет различные методы оценки и демонстрирует метод оценки дизайна клавиатуры на смартфонах. Пары, подобранные английскими символами, предлагаются в качестве входного материала, а время перехода между двумя ключами используется в качестве зависимой переменной.
Abstract
Ввод с клавиатуры сыграл важную роль во взаимодействии человека и компьютера с обширной пользовательской базой, а дизайн клавиатуры всегда был одним из фундаментальных объектов исследований на интеллектуальных устройствах. С развитием технологии экрана смартфоны могут собирать более точные данные и индикаторы для углубленной оценки дизайна клавиатуры. Увеличение экрана телефона привело к неудовлетворительным впечатлениям от ввода и боли в пальцах, особенно для ввода одной рукой. Эффективность и комфорт ввода привлекли внимание исследователей и дизайнеров, а изогнутая клавиатура с регулируемыми по размеру кнопками, которая примерно соответствовала физиологической структуре больших пальцев, была предложена для оптимизации использования одной рукой на смартфонах с большим экраном. Однако его реальные последствия остаются неоднозначными. Таким образом, этот протокол продемонстрировал общий и обобщенный метод оценки влияния изогнутой конструкции QWERTY-клавиатуры на 5-дюймовый смартфон с помощью самостоятельно разработанного программного обеспечения с подробными переменными, включая объективные поведенческие данные, субъективную обратную связь и координатные данные каждой точки соприкосновения. Существует достаточно литературы по оценке виртуальных клавиатур; однако лишь немногие из них систематически обобщают и анализируют методы и процессы оценки. Таким образом, этот протокол заполняет пробел и представляет собой процесс и метод систематической оценки дизайна клавиатуры с доступными кодами для анализа и визуализации. Он не нуждается в дополнительном или дорогостоящем оборудовании и прост в проведении и эксплуатации. Кроме того, протокол также помогает получить потенциальные причины недостатков дизайна и освещает оптимизацию конструкций. В заключение, этот протокол с открытым исходным кодом может быть не только демонстративным экспериментом в классе, чтобы вдохновить новичка начать свои исследования, но и способствовать улучшению пользовательского опыта и доходов компаний-редакторов методов ввода.
Introduction
Ввод с клавиатуры является основным методом взаимодействия человека и смартфона1,2, и с проникновением смартфонов, ввод с клавиатуры получает миллиарды пользователей. В 2019 году глобальный уровень проникновения смартфонов достиг 41,5%3,в то время как в Соединенных Штатах с самым высоким уровнем проникновения он достиг 79,1%4. До первого квартала 2020 года мобильная клавиатура Sogou имела около 480 миллионов ежедневных активных пользователей5. До 6 мая 2020 года Google Gboard был загружен более 1 миллиарда раз6.
Неудовлетворительный ввод с клавиатуры увеличивается с увеличением экрана телефона. Хотя увеличенный экран был направлен на улучшение качества просмотра, он изменил гравитацию, размер и вес смартфонов, заставляя пользователей неоднократно менять позу удержания, чтобы достичь отдаленных областей (например, кнопки A и Q для правшей), что приводит к неэффективности ввода. Растяжение мышц может привести к тому, что пользователи будут страдать от нарушений опорно-двигательного аппарата, болей в руках и различных типов заболеваний (например, синдром запястного канала, остеоартрит большого пальца и тендовагинит большого пальца7,8,9,10). Пользователи, предпочитающие использование одной рукой, находятся в худших условиях11,12.
Поэтому оценка и оптимизация дизайна клавиатуры стали горячими темами психологических, технических и эргономических исследований. Компании и исследователи редакторов метода ввода (IME) постоянно предлагали различные конструкции и концепции клавиатур для оптимизации опыта и эффективности ввода, включая клавиатуры с изменением раскладки и переупорядоченные символами: Microsoft WordFlow Keyboard13,Functional Button Area in Glory of Kings14,IJQWERTY15и Quasi-QWERTY16.
Существующие методы оценки дизайна клавиатуры варьируются от исследователя к исследователю, за исключением нескольких общепринятых показателей, и предлагаются более точные показатели. Однако при наличии множества показателей не предусмотрен обобщенный и систематический протокол, демонстрирующий процесс оценки и анализа конструкции клавиатуры. Закон Фиттса17 и его расширенная версия FFitts Law18,которая описывал взаимодействие человека и компьютера, были широко приняты для оценки производительности клавиатуры19,20,21,22. Более того, функциональная область большого пальца была предложена для улучшения дизайна клавиатуры, и в ней описывалась изогнутая область движения для большого пальца, чтобы комфортно выполнять задачу ввода23. Основываясь на этих теориях, показатели, включая слово в минуту, частоту ошибок слов и субъективную обратную связь (воспринимаемое удобство использования, воспринимаемая производительность, воспринимаемая скорость, субъективная рабочая нагрузка, воспринимаемая нагрузка и боль, а также намерение использовать и т. Д.), Которые были высоко приняты, были частично использованы в предыдущих исследованиях24,25,26, 27,28,29. за исключением моделирования и имитационных методов. Кроме того, установленный эллипс точек соприкосновения на каждой кнопке и егосмещение30,31 использовались в последние годы для исследования точной производительности входных событий. Кроме того, гальваническая реакция кожи, частота сердечных сокращений, электромиографическая активность, жест рук и движения тела32,33,34,35 были приняты для прямой или косвенной оценки мышечной усталости, комфорта и удовлетворенности пользователей. Однако этим различным методам не хватает размышлений о целесообразности используемых показателей, и начинающий исследователь может быть смущен выбором соответствующих показателей для своего исследования.
Исследования по дизайну клавиатуры также легко проводить, эксплуатировать и анализировать. С бумом экранных технологий можно было легко собрать больше поведенческих данных для углубленной оценки дизайна клавиатуры (например, время перехода между двумя клавишами и координатные данные каждой точки соприкосновения). Основываясь на упомянутых данных, исследователи смогли точно изучить детали дизайна клавиатуры и проанализировать ее недостатки и преимущества. По сравнению с другими исследованиями взаимодействия человека и компьютера, исследования дизайна клавиатуры на портативных смартфонах также имеют высокую ценность для своей обширной пользовательской базы без дорогостоящего оборудования, сложных материалов или огромного лабораторного пространства. Анкеты, шкалы и скрипт Python об исследовании имеют открытый исходный код и легко доступны.
Целью данного исследования является обобщение предыдущих методов для демонстрации систематического, точного и общего протокола оценки и анализа дизайна клавиатуры на смартфонах. Примерный эксперимент и результаты направлены на то, чтобы показать, может ли изогнутая QWERTY-клавиатура с регулируемыми по размеру кнопками оптимизировать опыт ввода одной рукой на 5-дюймовом смартфоне по сравнению с традиционной QWERTY-клавиатурой и поделиться методом визуализации и скриптом анализа данных Python.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании, основанном на развитии экранной технологии, мы представили обобщенный и общий протокол оценки дизайна клавиатуры для систематической и точной оценки дизайна клавиатуры. Существующие индикаторы и методы из предыдущих исследований, пары, сопоставленные английским…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование поддерживается Программой научных исследований Университета Цинхуа (Эргономичный дизайн изогнутой клавиатуры на интеллектуальных устройствах). Авторы ценят Тянью Лю за его добрые предложения и помощь в кодировании фигур.
Materials
| Changxiang 6S smartphone | Huawei | Smartphone used in the examplar study | |
| Curved QWERTY keyboard software | Tsinghua University | Developed by authors | |
| SPSS software | IBM | Data analysis software | |
| G*Power software | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf | Sample size calculation | |
| E4 portable wireless wristband | Empatica | Recording galvanic skin response and heart rate | |
| Arqus | Qualysis | Motion capture camera platform | |
| Passive marker | Qualysis | Appropriate sizes: 2.5 mm, 4 mm, and 6.5 mm | |
| Trigno sEMG | Delsys | Recording electromyographic activity | |
| Visual Studio Code | Microsoft | Python editor |
References
- Lee, S., Zhai, S. The performance of touch screen soft buttons. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2009).
- Smith, B. A., Bi, X., Zhai, S. Optimizing touchscreen keyboards for gesture typing. Proceedings of the 33rd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2015).
- . Global smartphone penetration rate as share of population from 2016 to 2020 [Fact sheet] Available from: https://www.statista.com/statistics/203734/global-smartphone-penetration-per-capita-since-2005 (2020)
- Top Countries by Smartphone Users [Fact sheet]. Newzoo Available from: https://newzoo.com/insights/rankings/top-countries-by-smartphone-penetration-and-users (2019)
- Gboard – the Google Keyboard [Press release]. Google Play Available from: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.google.android.inputmethod.latin (2020)
- Eitivipart, A. C., Viriyarojanakul, S., Redhead, L. Musculoskeletal disorder and pain associated with smartphone use: A systematic review of biomechanical evidence. Hong Kong Physiotherapy Journal. 38 (2), 77-90 (2018).
- Chang, J., Choi, B., Tjolleng, A., Jung, K. Effects of button position on a soft keyboard: Muscle activity, touch time, and discomfort in two-thumb text entry. Applied Ergonomics. 60, 282-292 (2017).
- Gehrmann, S. V., et al. Motion deficit of the thumb in CMC joint arthritis. Journal of Hand Surgery. 35 (9), 1449-1453 (2010).
- Kim, G., Ahn, C. S., Jeon, H. W., Lee, C. R. Effects of the Use of Smartphones on Pain and Muscle Fatigue in the Upper Extremity. Journal of Physical Therapy Science. 24 (12), 1255-1258 (2012).
- Girouard, A., et al. One-handed bend interactions with deformable smartphones. Proceedings of the 33rd annual ACM conference on human factors in computing systems. , (2015).
- Lee, M., Hong, Y., Lee, S., Won, J., Yang, J., Park, S. The effects of smartphone use on upper extremity muscle activity and pain threshold. Journal of Physical Therapy Science. 27 (6), 1743-1745 (2015).
- Word Flow keyboard [Press release]. Microsoft Garage Available from: https://www.microsoft.com/en-us/garage/profiles/word-flow-keyboard/ (2020)
- The glory of kings [Press release]. Tencent Games Available from: https://pvp.qq.com/ (2020)
- Bi, X., Zhai, S. Ijqwerty: what difference does one key change make? Gesture typing keyboard optimization bounded by one key position change from qwerty. Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2016).
- Bi, X., Smith, B. A., Zhai, S. Quasi-qwerty soft keyboard optimization. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2010).
- Fitts, P. The information capacity of the human motor system is controlled by the amplitude of movement. Journal of Experimental Psychology. 47, 381-391 (1954).
- Bi, X., Li, Y., Zhai, S. FFitts law: modeling finger touch with fitts’ law. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2013).
- Dunlop, M., Levine, J. Multidimensional pareto optimization of touchscreen keyboards for speed, familiarity and improved spell checking. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2012).
- Li, Y., Chen, L., Goonetilleke, R. S. A heuristic-based approach to optimize keyboard design for single-finger keying applications. International Journal of Industrial Ergonomics. 36 (8), 695-704 (2006).
- Benligiray, B., Topal, C., Akinlar, C. SliceType: fast gaze typing with a merging keyboard. Journal on Multimodal User Interfaces. 13 (4), 321-334 (2019).
- Wang, Y., Ai, H., Liang, Q., Chang, W., He, J. How to optimize the input efficiency of keyboard buttons in large smartphone? A comparison of curved keyboard and keyboard area size [Conference presentation]. International Conference on Human-Computer Interaction. , (2019).
- Bergstrom-Lehtovirta, J., Oulasvirta, A. Modeling the functional area of the thumb on mobile touchscreen surfaces. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2014).
- Brooke, J. SUS: A retrospective. Journal of Usability Studies. 8 (2), 29-40 (2013).
- Borg, G. Principles in scaling pain and the Borg CR Scales. Psychologica. 37, 35-47 (2004).
- Hart, S. G., Staveland, L. E., Hancock, P. A., Meshkati, N. Development of NASA-TLX (task load index): results of empirical and theoretical research. Human mental workload. , 139-183 (1988).
- Trudeau, M. B., Asakawa, D. S., Jindrich, D. L., Dennerlein, J. T. Two-handed grip on a mobile phone affords greater thumb motor performance, decreased variability, and a more extended thumb posture than a one-handed grip. Applied Ergonomics. 52, 24-28 (2016).
- Turner, C. J., Chaparro, B. S., He, J. Text input on a smartwatch qwerty keyboard: tap vs. trace. International Journal of Human Computer Interaction. 33 (1-3), 143-150 (2017).
- Zhai, S., Kristensson, P. O. The word-gesture keyboard: reimagining keyboard interaction. Communications of the ACM. 55 (9), 91-101 (2012).
- Azenkot, S., Zhai, S. Touch behavior with different postures on soft smartphone keyboards. Proceedings of the 14th international conference on Human-computer interaction with mobile devices and services. , (2012).
- Yi, X., Yu, C., Shi, W., Shi, Y. Is it too small?: Investigating the performances and preferences of users when typing on tiny qwerty keyboards. International Journal of Human Computer Studies. 106, 44-62 (2017).
- Li, Y., You, F., Ji, M., You, X. Smartphone text input: effects of experience and phrase complexity on user performance, physiological reaction, and perceived usability. Applied Ergonomics. 80, 200-208 (2019).
- Gerard, M. J., Jones, S. K., Smith, L. A., Thomas, R. E., Wang, T. An ergonomic evaluation of the Kinesis ergonomic computer keyboard. Ergonomics. 37 (10), 1661-1668 (1994).
- Van Galen, G. P., Liesker, H., Haan, A. Effects of a vertical keyboard design on typing performance, user comfort and muscle tension. Applied Ergonomics. 38 (1), 99-107 (2007).
- Baker, N. A., Cham, R., Cidboy, E. H., Cook, J., Redfern, M. S. Kinematics of the fingers and hands during computer keyboard use. Clinical Biomechanics. 22 (1), 34-43 (2007).
- Soukoref, R. W., MacKenzie, I. S. Metrics for text input research: an evaluation of MSD and KSPC, and a new unified error metric. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , 113-120 (2003).
- Mackenzie, I. S., Soukoreff, R. W. Phrase sets for evaluating text entry techniques. CHI’03 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems. , 754-755 (2003).
- Trudeau, M. B., Sunderland, E. M., Jindrich, D. L., Dennerlein, J. T., Federici, S. A data-driven design evaluation tool for handheld device soft keyboards. Plos One. 9 (9), 107070 (2014).
- Cao, S., Ho, A., He, J. Modeling and predicting mobile phone touchscreen transcription typing using an integrated cognitive architecture. International Journal of Human-Computer Interaction. 34 (4-6), 544-556 (2018).
