The Effects of Mobility on Mobile Input

Abstract

Mobile interfaces are designed for interaction while the user is on the move across mobile contexts. Walking, handling a wallet, visually attending to the environment, and even simply carrying a mobile device, however, can have a negative effect on mobile human–computer interaction (HCI). Understanding the negative effects of mobility is important because potential exists for overcoming them via good interface design. Previous work has shown that mobility decreases input performance with a mobile interface. However, the causes of declines in performance often remain unclear and, with them, possible avenues for compensation. I argue that systematic variation of physical constraints emerging from mobile conditions in controlled experiments can reveal considerable effects of mobility on mobile input. Among these physical constraints are competing allocations of hand function, body movement, and various sensory modalities. The thesis contributes to mobile HCI research by examining the effects of four causes of physical constraints in mobility: 1) gripping of the device, 2) walking, 3) manipulation of external objects, and 4) sensory feedback. The research includes four studies, isolating one constraint each in controlled experiments. In the first two, the levels of grip position and walking speed are varied systematically, for modeling of their effects on mobile input. The other two vary the presence of external objects and sensory feedback. The findings highlight the constraints' negative effect on manual input performance. However, all of the studies also reveal unaffected sensory or motor resources of the user. Across the four studies, the following findings were made. First, a model for the functional area of the thumb predicts the reachable interface elements on a mobile touchscreen as a function of grip, hand size, and screen size. Secondly, a function describing the tradeoff between walking speed and input performance demonstrates that while walking hampers input performance, users can adjust to an optimal walking speed for mobile interaction. Thirdly, interface design is shown to significantly affect input performance when the user simultaneously manipulates external objects or when sensory feedback is limited. This work calls for mobile HCI research to consider the operationalization of mobile conditions in controlled experiments that can extend knowledge of the effects of mobility on interaction. It also invites exploitation of the empirical results and the proposed methods and models in practice for interface evaluation and design.

Mobiilikäyttöliittymien on tarkoitus mahdollistaa vuorovaikutus käyttäjän liikkuessa erilaisissa ympäristöissä. Käveleminen, kahvimukin pitely, katseen kiinnittäminen ympäristöön ja pelkästään mobiililaitteen kantaminen kädessä voivat kuitenkin vaikuttaa negatiivisesti vuorovaikutukseen. Liikkuvuuden vaikutuksen tutkiminen on tärkeää, sillä hyvällä käyttöliittymäsuunnittelulla voidaan kompensoida aiempien tutkimusten osoittamaa vuorovaikutuksen heikentymistä mobiileissa tilanteissa. Tehokkuuden laskemisen syyt ja niiden myötä myös mahdolliset kehityskohteet käyttöliittymissä ovat kuitenkin usein jääneet piiloon. Väitän, että varioimalla systemaattisesti mobiileista tilanteista johtuvia fyysisiä rajoitteita kontrolloiduissa kokeissa, voimme paljastaa huomattavia liikkuvuuden vaikutuksia käyttäjän vuorovaikutuskykyyn. Näitä fyysisiä rajoitteita ovat kilpailevat käden resurssien allokaatiot, käyttäjän vartalon liikkeet sekä aistipalautteet. Tämä väitöskirja tutkii mobiilia ihmisen ja koneen vuorovaikutusta. Työ keskittyy käyttäjän suorituskykyyn syötteen antamisessa tarkastelemalla neljän liikkuvassa tilanteessa esiintyvän fyysisen rajoitteen vaikutusta: 1) käden ote laitteesta, 2) kävely, 3) muiden esineiden käsittely ja 4) aistipalautteen havaitseminen. Väitöskirja sisältää neljä tutkimusta joista jokainen eristää yhden rajoitteen kontrolloituihin käyttäjäkokeisiin. Kahdessa ensimmäisessä tutkimuksessa käden otetta laitteesta ja kävelynopeutta varioidaan systemaattisesti eri tasoilla mahdollistaen niiden vaikutuksen mallintamisen. Jälkimmäiset kaksi tutkimusta varioivat aistipalautteen ja muiden esineiden läsnäoloa vuorovaikutuksessa. Väitöskirjan tulokset osoittavat tutkittujen rajoitteiden negatiivisia vaikutuksia. Neljässä tutkimuksessa kuitenkin paljastui myös sellaisia käyttäjien motorisia ja havaitsemiseen liittyviä resursseja jotka eivät vaikuttaneet suorituskykyyn. Työssä kehitetty malli peukalon toiminta-alueesta mobiililla kosketusnäytöllä ennustaa ne käyttöliittymän elementit, joihin käyttäjä ylettyy otteen, käden koon ja näytön koon perusteella. Toiseksi, kävelynopeuden ja syötteen tehokkuuden suhteen kuvaaja näyttää, että huolimatta kävelyn negatiivisesta vaikutuksesta käyttäjät pystyvät sopeuttamaan kävelynopeutensa optimaaliseksi mobiilille vuorovaikutukselle. Kolmanneksi, käyttöliittymäsuunnittelun osoitetaan vaikuttavan merkittävästi syötteen tehokkuuteen kun käyttäjä samanaikaisesti käsittelee mobiililaitteen lisäksi muita esineitä, tai kun aistipalaute käyttäjälle on rajoittunutta. Työn perusteella mobiilin vuorovaikutuksen tutkimuksessa tulisi harkita liikkuvien tilanteiden kontrolloimista käyttäjäkokeissa. Väitöskirjassa esitettyjä tuloksia, metodeja ja malleja voi lisäksi soveltaa käyttöliittymäarvioinnissa ja –suunnittelussa.