irit.fr/~philippe.truillet 12 septembre 2004 v. 1.5

Université Paul Sabatier – Toulouse III

interaction homme-machine :un rapide survol“The best way to predict the future is to invent it.”

Alan Kay (XEROX PARC)

http://www.irit.fr/~Philippe.Truillet12 septembre 2004 v. 1.5


une réflexion pour commencer

« J’ai toujours rêvé d’un ordinateur qui soit aussi facile à utiliser qu’un téléphone. Mon rêve s’est réalisé : je ne sais plus comment utiliser mon téléphone. »

Bjarne Stroustrup (concepteur du C++)


introduction

émergence du domaine dans les années 1980 aux USA (démocratisation de l’informatique)

dans les années 1990 en France (Coutaz / Caelen)


introduction

étude des phénomènes ... cognitifs matériels logiciels sociaux

mis en jeu dans l’accomplissement de tâches sur support informatique


conférences

CHI (ACM) Interact (IFIP) HCI IHM (AFIHM) HCI International …


des associations et ML

http://www.acm.org

http://www.irit.fr/SIGCHI

http://www.afihm.org


bibliographie

The Design of Everyday Things, Norman, MIT Press, 4th printing, 2001 The Psychology of HCI, Card, Moran & Newell, Lawrence Erlbaum, 1983 Usability Engineering, Rosson, Carroll, Morgan Kaufmann Publishers, 2002


définitionsinteraction homme-machine

discipline consacrée à la conception, la mise en œuvre et à l’évaluation de systèmes informatiques interactifs destinés à des utilisateurs humains ainsi qu’à l’étude des principaux phénomènes qui les entourent.


définitionsmodèle conceptuel

modèle du fonctionnement du système

idéalement : c’est le modèle mental de l’utilisateur


système interactif

Système interactif

interfaceutilisateur

noyaufonctionnel

Interface communication (Canal, Langage, Sens)Homme tâche (facteurs humains)Ordinateur processus (logiciels)


historique de l’IHMpoints de repère

1/7 Memex (Bush, 1945) : “as we may think”

définition du système hypertexte



2/7 Sketchpad (Sutherland, 1963)

manipulation directe de formes géométriquesavec le stylo optique (MIT)



3/7 NLS/Augment (Engelbart, 1968)

travail collaboratif, visio-conférence, partage de documents, intuition d’internet, … mais aussi invention de la souris (1963) !



4/7 Star (Xerox PARC, 1981)

station de travail et environnement de programmation graphique système fonctionnant enréseau interface graphique basée sur la métaphore du bureau

mais un échec commercial !



5/7 Macintosh (Apple, 1984)

barre de menu boîtes de dialogue modales

un succès patent



6/7 X-Window (MIT, 1985)

modèle client/serveur séparation quoi/comment utilisation transparente duréseau



7/7 World-Wide Web (Berners-Lee, CERN, 1990)

modèle hypertexteen réseau

mais des protocoles figés des possibilitésd’interaction(très) réduites


pourquoi s’intéresser à l’IHM ?

1/2(Buxton)

le matériel progresse vite (loi de Moore) les fonctionnalités aussi ! (Buxton) mais pas l’humain …

On arrive bientôt à la limite de perception et d’action i.e. de la frustration pour l’humain …


pourquoi s’intéresser à l’IHM ?

2/2

un sentiment de frustration, non ?


U&U

basique

options utilité= adéquation aux besoins

utilisabilité= adéquation aux capacités de l’utilisateur

Compatibilité / existant

Coût

Utilité

Serviabilité

Acceptabilité pratique

Acceptabilité sociale

Acceptabilité du système Utilisabilité

Fiabilité

etc.

Facilité d’appropriation

Efficacité à l’usage

Facilité d’apprentissage

Robustesse aux erreurs

Plaisir


U&U

exigences l’interface doit générer le bon intuit et refléter la logique d’utilisation de la machine

affordance respecter d’éventuels standard : compatibilité tenir compte de la culture de l’utilisateur

exemples sémantique du rouge ? modèles des distributeurs de boissons ? modèle des distributeurs de tickets de parking ?


U&U

modèle représentation mentale dépend de la connaissance acquise évolue dans le temps

modèles du concepteur à propos de l’outil attendu du concepteur à propos de l’utilisateur de l’utilisateur à propos de l’outil attendu de l’outil à propos de l’utilisateur

L’IHM sera l’unique passerelle entre l’utilisateur et l’outil

Concepteur Utilisateur

Système interactif

Modèle de l'utilisateurModèle du système

Modèle du système

conception interaction


U&U

dérives60% des fonctions inutilisées - Apprentissage trop long : logiciels administratifs : technopathie

Utiles mais inutilisables : domotique

Utilisables mais inutiles : nouvelles technologies ?


modèle et style d’interaction

modèle : aspect morphologique, “Look” (qu’est-ce que l’on montre ?) style : aspects morpho-lexical et morpho-syntaxique, “Feel” (comment on manipule)

Compromis en plus naturel et plus simple à implémenter


objectifs d’une interfaceutilisateur

améliorer la communication communication naturelle

cohérence inter et intra applications métaphores

communication efficace choix des styles d’interaction structures de tâches et sous-tâches étude de la fréquence des commandes méta-communication


caractéristiques d’une bonne IHM

adaptée aux besoins facile à apprendre intuitive (prédictive) rassurante (apprentissage par essais/erreurs) agréable (esthétique, dynamique, ludique) performante (tâches rapides à exécuter, réactions immédiates)


compétences requises

approche multi-disciplinaire informatique domaine de l’application connaissance de l’utilisateur

nécessité d’être centré sur l’utilisateur penser à lui connaître ses caractéristiques cognitives se mettre à sa place communiquer avec lui


domaines abordés

tous et même plus applications de bureau systèmes temps réel critiques (ATC, spatial, …)

systèmes E/S périphériques standards (clavier, souris, écrans) périphériques exotiques (touchpad, PDA, tangible, …)


enjeux socio-économiques

un sujet “à la mode” presse, médias industrie recherche

change l’aspect du développement informatique (80% du code est consacré à l’interface) change le marché

informatique non-informatique


pourquoi de nouvelles interfaces ?

information plus complexe à manipuler nouveaux types d’application tâches moins précises utilisateurs plus variables (niveaux de connaissances, catégorie socio-professionnelle) faire un outil qui exploite les caractéristiques de l’utilisateur révolution technologique qui permet de mettre en œuvre ce type d’interfaces


exigences du marché

de plus en plus de produits efficaces se tenir à jour avec la concurrence garder la compétitivité de l’entreprise

impossibilité de revenir en arrière il faut concevoir pour les NTIC ou savoir le faire


dangers d’une mauvaise IHM

rejet (“technopathie”) par les utilisateurs coût d’apprentissage (formation) perte de productivité des utilisateurs utilisation incomplète : manque à gagner coûts de maintenance perte de crédibilité


rentabilité d’une IHM

concevoir une application interactive : coût important choisir un bon compromis deux parties

présentation –- dialogue statique -- dynamique

facteurs humains très coûteux


exemples de mauvaise conception

libellés non clairs ou ambigus fonctionnalités inutiles écrans trop denses, mal structurés écrans trop nombreux contexte inconnu ou oublié …


méthodes de conception constats

80 % du code des systèmes interactifs est consacré à l’interface utilisateur les risques d’une mauvaise interface :

rejet des utilisateurs (technopathie) coût d’apprentissage (formation) utilisation incomplète (manque à gagner) coût de maintenance perte de productivité et de crédibilité !


méthodes de conception méthode “en cascade”

(waterfall) basée sur la programmation structurée

décomposition de structures en sous-structures



(waterfall)analyse des

besoins

conception du système et du

logiciel

codage et tests unitaires

intégration et test du système



(waterfall) le cycle de vie en cascade aide au développement de systèmes complexes

MAIS

peut priver les concepteurs d’informations critiques disponibles très tard dans le cycle de développement


méthodes de conception méthode “en spirale”

[Boehm 88]


architecture des IHM

un constat : la conception d’IHM est difficile

donc nécessairement itérative ce qui implique de pouvoir modifier le logiciel

le savoir-faire reste artisanal acceptable seulement pour des maquettes ou des systèmes prospectifs


architecture des IHM

les outils de développement des IHM sont utiles mais imparfaits

toolkits : de niveau trop bas squelettes d’application : utiles pour la ré-utilisation mais limités les générateurs d’IHM donnent un faux sentiment de sécurité

Conséquence : il y a un besoin d’un cadre de pensée i.e. de modèles d’architecture


modèles de référencefondement

Noyaufonctionnel

IHM


modèles de référenceSeeheim : modèle dit

séminal

Noyaufonctionnel

Interface avecle NF

Contrôle de dialogue

Présentation


modèles de référenceArch : Seeheim révisé

Noyaufonctionnel

Interface avecle NF

Contrôle de dialogue

Présentation

Interaction

Logique

Physique


modèle(s) de l’humain

quelle(s) capacité(s) de perception ?

quelle(s) capacité(s) de traitement ?

quelle(s) capacité(s) d’action ?


notion de perceptiondéfinition

Ensemble des mécanismes psychologiques et physiologiques dont la fonction est de prendre de l’information et de l’interpréter pour élaborer un diagnostic pour prendre une décision pour construire un plan d’actions pour emmagasiner des connaissances


notion de perceptionle rôle du contexte

tâche de Stroop [1935] : énoncer les couleurs de chaque mot

vertrougebleu

orangenoir

violet

vertrougebleu

orangenoir

violet



traitement automatique et non-intentionnel des mots

effet d’interférence le temps requis pour nommer la couleur de l’encre des mots colorés est plus long aux essais incongruents (rouge) qu’aux essais neutres (salade)

ou effet de facilitation le temps de nomination de la couleur est plus court aux essais congruents (bleu) qu’aux essais neutres



importance du contexte dans lequel se situe l’objet perçu

A C D

2 4 5


notion de perceptioncompréhension

nous percevons mieux ce qui a une signification pour nous …

SCNDLXEAAU SNDEACUAXL

SCANDALEUX


notion de perceptionredondance

importance de la redondance

Aixsi, xoux poxvoxs rxmpxacxr cxaqxe txoixièxe lxttxe pxe ux x, ex voxs vxus xn txrex asxez xiex.

Le chse deient u pe pls dffcie orqu nos sppimns arémnt es etre.


notion de perceptionsensations erronées

figures de Luckiesh [1965]


notion de perception illusion correctrice

effets d’optique et correction d’optique


notion de perception contraste de couleurs

contraste simultané interaction de la couleur instabilité optique et vibrationde la couleur


conceptionmodèle humain : processeur

… 1/7(Card, Moran, Newell, 1983)

l’humain est considéré comme un système de traitement de l’information composé de :

sensoriel moteur et cognitif



… 2/7 chaque sous-système possède :

une mémoire caractérisée par : une capacité une persistance

et un processeur caractérisé par : un cycle



… 3/7 le processeur humain : système sensoriel

Système sensoriel visuel

17 lettres100 ms et 200 ms

Système sensoriel auditif

1500 ms



… 4/7 le processeur humain : système moteur

un mouvement est une suite de micro-mouvements

temps de pointage typique : entre 0,5 et 1 s

Loi de FittsT=I log(2D/L)I = 0,1 D

L

icône menuD = 10 cm D = 30 cmL = 1 cm L = 0,5 cmT = 0,4 s T = 0,7 s



… 5/7 le processeur humain : système cognitif

cycle reconnaissance/action

le stockage et la recherche dans la MLT sont réalisés de manière associative

mémoire à court terme

capacité limitée (mnèmes)

mémoire à long terme

capacité illimitée



… 6/7 quelques résultats appliqués :

temps de réaffichage effet d’animation si réaffichage < 1/10 s

suivi de la souris vitesse maximale de la main : 1 à 1,5 m/s

le chiffre magique 7 +/- 2 nombre de commandes maximales dans un menu pour qu’elles soient mémorisables



… 7/7 des modèles (Card, Moran, Newell)

GOMS (Goal Operator Method Selection) cadre pour les méthodes de conception d’interfaces évaluation prédictive des performances

Keystroke décomposition en tâches élémentaires pour prédire le temps d’exécution opérateurs : K (frappe), P (désignation), H (retour de la main), D (dessin), M (activité mentale), R (temps de réponse du système)


modèle du processeur …où l’on reparle de la loi de

Fitts l’importance de l’acquisition de cible est incontestable : menus, boîtes de dialogue, boutons, … et même le clavier

comprendre le processus d’acquisition de cible, c’est garantir que la conception d’interface à manipulation directe ne sera pas faite sur la base de l’intuition.


modèle du processeur … acquisition de cibles

1/5 Fitts [1954]

sélection alternative de cibles

T= a +b log2( )2AW



2/5 formulation de MacKenzie :

T= a +b log2( +1)

indice de difficulté : ID=log2( +1)

AW

AW

ID

A

W



3/5 exemple d’usage : atteindre une barre de défilement

A

W



4/5 tiré de Accot [2001]



5/5 acquisition de cibles par curseurs étendus :

lentilles magiques (magic lenses)Alias|wavefront

(http://www.aliaswavefront.com)

palettes transparentes (toolglasses) …


conceptionthéorie de l’action

1/7 modélise les processus psychologiques qui conduisent à un comportement (Norman) réalisation d’une tâche :

établissement du but formation d’une intention spécification d’une suite d’actions exécution des actions perception de l’état du système interprétation de l’état du système évaluation de l’état par rapport au but fixé



2/7 distances

but

intention

exécution

spéc.actions

évaluation

interprétation

perception

système

distanced’exécution

distancearticulatoire

d’entrée

distancesémantique

d’entrée

distanced’évaluation

distancesémantique

de sortie

distancearticulatoire

de sortie



3/7 modèles perceptuel et conceptuel

modèle perceptuel : modèle mental construit par l’utilisateur modèle conceptuel : description et fonctionnement du système

la distance entre les deux modèles détermine l’utilisabilité du système

réponses

commandes

opérationsfeedback objets



4/7 un exemple :

de quoi est fait ce dessin ? comment est fait ce dessin ?

un ensemble de points que l’on peut effacer ? un rectangle et un cercle que l’on peut déplacer ?



5/7 notion d’affordance (Gibson)

l’affordance fait référence aux propriétés réelles et perçues d'une chose, et particulièrement à celles qui déterminent les actions pouvant être entreprises sur la chose



6/7 un mauvais exemple et des solutions “affordantes”

http://www.baddesigns.com



7/7 construction du modèle perceptuel

affordance du système liens de causalité possibles contraintes (physiques) du système stéréotypes culturels expérience instructions d’usage …


nouveaux paradigmes de l’IHM

applications tangibles

pick and drop

itsy



multimodalité en situation de mobilité



réalité mixte symbiose entre les mondes réel et virtuel

MondeRéel

MondeNumérique Réalité Mixte


MondeRéel

MondeNumérique Virtualité Augmentée

IHM clavier IHM gestuelle

IHM tangible

IHM vestimentaire

IHM graphique


réalité mixte


MondeRéel

MondeNumérique Réalité Augmentée

2D 3D Son Force Action...


réalité mixte


L’homme autour

de la machine

L’homme

devant la

machine


réalité mixte symbiose entre les mondes réel et virtuel

MondeRéel

MondeNumérique Réalité Mixte

Virtualité augment

ée

Réalité augment

ée



aller plus loin que WIMP …1/6

de nouveaux interacteurs apparaissent :

pie menus (Don Hopkins)

marking menus



aller plus loin que WIMP …2/6 fish-eye view

(Univ. Grenoble)

hyperbolic view(Star Tree Studio)

http://www.inxight.com




Tree Map (GUIR Berkeley)

http://www.cs.umd.edu/hcil/treemap




mais aussi d’autres façons d’interagir ! interaction gestuelle, bi-manuelle, tactile, …

digistrips(CENA Toulouse)




interaction multimodale réalité augmentée, mixte, …

Réalité Augmentée (AR Toolkit)

http://www.hitl.washington.edu/research/shared_space




pour des interfaces “humaines” coopératives écologiques voire “invisibles”


User Centered Design

pourquoi ?

c’est quoi ?

ça marche comment ?


méthode

conception centrée utilisateur observation sur le terrain scénarios maquettage

évaluation centrée utilisateur formative : régulière prédictive : sans utilisateur expérimentale : avec utilisateur

maquettes prototypes magicien d’Oz


méthode

magicien d’Oz (WOz) simuler les fonctions manquantes d’un logiciel

Opérateurs hyper-entraînés

Ergonomes – Psycho-ergonomes - …


méthode

Processus centré Utilisateur

Sciences

Humaines Ergonomi

e

Systèmes répartis Réseau

x

Génie logiciel Bases

de donnée

s

Recherche d’informatio

n

Electronique


ergonomie

définie en 1988 par la Société d'Ergonomie de Langue Française définition : “la mise en œuvre de connaissances scientifiques relatives à l’homme, et nécessaires pour concevoir des outils, des machines et des dispositifs qui puissent être utilisés avec le maximum de confort, de sécurité et d’efficacité pour le plus grand nombre”


ergonomie

puise ses fondements dans la diversité et la variabilité des êtres humains et des situations d'usage dans ces diversité et variabilité, des déviations peuvent apparaître entre tâches prescrites et effectives. L’ergonomie vise à réduire ces écarts par la proposition de systèmes ajustés à l'homme


ergonomie

mais l’ergonomie ne s’arrête pas à cette incorporation de connaissances elle fournit des méthodes et outils d’analyse de l’activité humaine au travail

observations et restitutions établissement de groupes et de dynamiques de travail évaluation de maquettes questionnaires et entretiens


ergonomie

Sociologie

Physiologie Psychologie

Sciences Humaines

Informatique

Terrain

ERGONOMIE Sélection / Contextualisation Observation / Analyse / Recueil

Ingénierie anthropocentrée


ergonomie

dans sa quête de compatibilité homme-machine, l'ergonomie travaille à trois niveaux :

au niveau physique, pour une adéquation entre l’homme d’un point de vue morphologique et son poste de travail au niveau social, pour un environnement de travail compatible des attentes des utilisateurs au niveau cognitif, pour un traitement et une représentation des informations conformes aux attentes et capacités des utilisateurs= Ergonomie des logiciels


ergonomie des logiciels

niveau cognitif recherche de compatibilité à trois niveaux :

perceptivo-moteur : compatibilité entre les dispositifs d’interaction et les caractéristiques physiques de l’utilisateur et la nature de sa tâche

exemple : tablette graphique plus appropriée à une tâche de dessin que le triplet écran / clavier / souris



linguistique : codage des informations. Éviter les codages arbitraires qui compliquent la mise en correspondance entre les mondes physique et psychologique activité : assurer une structure logicielle adaptée et adaptable aux modes de raisonnement de l'utilisateur dans la réalisation de sa tâche



pour chaque niveau : des recommandations ergonomiques recensées dans des guides ergonomiques mais, volume et généralité dissuadant ...

critères ergonomiques organisant ces recommandations


critères ergonomiques

Scapin/Bastien, INRIA Rocquencourt consensus établi autour de ces critères 8 critères :

guidage charge de travail contrôle explicite adaptabilité gestion des erreurs homogénéité/cohérence signifiance des codes et dénominations compatibilité


critères ergonomiques

exemple : critère de guidage incitation groupement / distinction entre items

par la localisation par le format

feedback immédiat lisibilité

Accident du Mont St

Odile


question d’éthique …

création de nouvelles formes d’interaction éthiquement correct ? démarche conséquentialiste (ex : mediaspace)

conception, mise en oeuvre en entrée : instrumente l’environnement

caméras ? exploitation (détournement) ?

en sortie : information située contexte multi-utilisateurs ? respect de la vie privée ?

évaluation Magicien d’Oz

irit.fr/~philippe.truillet 12 septembre 2004 v. 1.5

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