Lois et principes psychomoteurs;modélisation prédictive

Capacités motrices

(Moteur: quelque chosequi crée le mouvement)

Les capacités motricesdans les tâches de pointage

Pourquoi étudier les tâches de pointage?• Les souris sont couramment utilisées• Souvent, les souris sont utilisées pour tout

sauf saisir le texte• On peut exploiter ce qui est déjà connu par les

experts en théories psychomotrices

Exercise: tâche de pointage réciproque

• Un cobaye volontaire?

L’expérience de Fitts (1954):pointage 1D

La loi de Fitts

• Au départ, utilisé pour modéliserle pointage réciproque en 1D (Fitts 1954)

• Par la suite, utilisé pour modéliser le pointage discret ("un coup") en 1D (Fitts et Peterson 1964)

• Des centaines (milliers?) d’études ont confirmé la loi avec différentes conditions

• Demeure un des seuls modèles mathématiques robustes à la disposition des concepteurs d’interfaces et des chercheurs en IHM

• Mouvement rapide de pointage vers une "cible" (exemple: bouton, widget, etc.)• T: temps moyen de mouvement, en secondes (ou millisecondes);

s’appelle aussi MT (« mouvement time »)• D: distance au centre de la cible; s’appelle aussi A (amplitude de mouvement)• W: largeur (« width ») de la cible; en 1D, W est mesuré le long de l’axe du mouvement• Le logarithme (en bits); s’appelle aussi indice de difficulté ID• a (en s) et b (en s/bit): de constantes qui sont mesurées de façon expérimentale,

et qui varient avec la nature de la tâche de pointage (1D, 2D, souris, stylet, main, pied, etc.)• IP = 1/b (en bits/s): indice de performance, ou largeur de bande

DW

Curseur(ou doigt, etc.) Cible

Loi de Fitts: T = a + b log2(D/W + 1)

Pointage 1D(cible infiniment grande):

• Si la cible est un rectangle avec hauteur H et largeur L, on peut définir W = min(H,L) pour l’équation de Fitts. Ceci donne une bonne approximation. Toutefois, une cible de 10x1 cm sera plus facile à acquérir qu’une cible de 2x1 cm, quelque soit la direction de mouvement.

• Si la cible est un carré de largeur L, ou un cercle de diamètre L, on peut définir W = L• Attention: les valeurs de a et b ne seront plus les mêmes en 2D qu’en 1D

DL

Curseur(ou doigt, etc.) Cible

Loi de Fitts: T = a + b log2(D/W + 1)

Pointage 2D:H

Loi de Fitts (mouvement rapide de pointage)

A

W

Curseur

Cible

Loi de Fitts

Même ID → Même difficulté

Cible 1 Cible 2

Loi de Fitts

ID plus petit → Plus facile

Cible 2Cible 1

Loi de Fitts

ID plus grand → Plus difficile

Cible 2Cible 1

******

******

******

******

******

MT (secondes)

ID (bits)log2(D/W + 1)

a

)1(log2 WD

baMT

b = penteIP = 1/b

ID = indice de difficulté

IP = 1/b = indice de performance

Plus de 50 ans d’études

Device Study IP (bits/s)Hand Fitts (1954) 10.6Mouse Card, English, & Burr (1978) 10.4Joystick Card, English, & Burr (1978) 5.0Trackball Epps (1986) 2.9Touchpad Epps (1986) 1.6Eyetracker Ware & Mikaelian (1987) 13.7

Référence:I. S. MacKenzie. Fitts’ Law as a research and design tool in human computer interaction. Human Computer Interaction,1992, Vol. 7, pp. 91-139

Remarques• IP donne une mesure de la vitesse d’un

membre ou d’un périphérique, indépendant des cibles

• La souris est presque optimale !IP(souris) ≈ 10.4, IP(main) ≈ 10.6(quoique ces valeurs varient d’une étude à l’autre)

• Les membres extrêmes et plus petitssont plus rapides– IP(yeux) > IP(doigts) > IP(bras) > IP(jambes)

La loi de Fitts modélise• Les mouvements réciproques ("aller-retour") et discrets ("un coup") en 1D

ou en 2Det s’applique aux situations suivantes:• Mouvements des mains et des pieds• Mouvements dans l’air, sous l’eau, sous un microscope• Empoigner, pointer du doigt, lancer un dard• Souris, boules de commande, manettes, pavé tactiles, casques avec

viseurs, appareils oculométriques• Contrôle de position et contrôle de vitesse• Mouvements linéaires et mouvements de rotation (exemple: tourner un

bouton sur une chaîne stéréo pour ajuster le volume)• Enfants préscolaires, gens retardés mentalement, gens sous l’effet de

drogues• SingesDans chaque cas, les valeurs de a et b sont différentes !

Remarques concernant la loi de Fitts• Compromis vitesse/précision (« speed/accuracy tradeoff »)

– Les cibles plus proches ou plus grosses peuvent être sélectionnées plus rapidement

• Temps invariant avec des changements d’échelle– C’est le rapport D/W qui compte

• On peut utiliser la loi de Fitts pour– Prédire le temps de mouvement (si a, b connus)– Comparer deux périphériques (comparer leurs IP)– Nous guider dans la conception.

Exemple: ne pas avoir de cibles trop petites!

Cibles excessivement petites

W = 3 pixels, D ≈ 500 pixelsdonc ID ≈ 5.7 bits

Mais avec W = 10, D = 500,ID = 2.7 bits(soit moins de la moitié du temps!)

Leçon: n’imposez pas un Wtrop petit!

Exemple dans MS Explorer

• Cibles pour voir/cacher le contenu d’un dossier

Dans MS Windows XP Dans MS Windows Vista

• Évitez d’avoir des petites cibles• Quelques endroits très faciles à acquérir avec le curseur sont

– Le pixel en dessous du curseur(exemple: un menu contextuel au lieu d’un menu déroulant)

– Les 4 coins de l’écran, et les 4 bordures de l’écran (exemples: le menu d’application dans Mac OS; le menu de démarrage dans MS Windows)

• Quel est W dans ces cas?• Qu’arrive-t-il s’il y a tampon de 1-2 pixels entre le menu et la bordure de l’écran?

(Comme dans MS Windows 95, si je me souviens bien.)

Barre de défilement de NeXT

• Question: Pourquoi a-t-on mis les boutons un à côté de l’autre ?

• Réponse: Pour réduire D– Si D ≈ W, alors ID ≈ 1 bit seulement

Les boîtes de dialogue dans « xv »• Montrent une autre façon de réduire D (à zero!)

Clic …

Clic …

Clic …

Clic !

Split Menus (Sears et Shneiderman, 1992)

http://psychology.wichita.edu/surl/usabilitynews/41/adapt_menus.htm

« Area cursors »• Le « hotspot » d’un curseur normal est juste un pixel• Le hotspot d’un « area cursor » est plus gros, ce qui

facilite la sélection de petites cibles (Kabbash et Buxton 1995; Hoffmann 1995; Worden et al. 1997)– Dans le cas d’un « area cursor »,

W = taille du curseur + taille de la cible

Curseur normal

« hotspot »

Des petites cibles

« hotspot »

« Area cursor »

Bubble Cursor (Grossman et Balakrishnan 2005)• Un « area cursor » dynamique: on change la grosseur du « hotspot » de façon

dynamique pour toujours avoir une cible, la cible la plus près, en dessous du hotspot. Remarque: chaque cible correspond en effet à une cellule dans un diagramme de Voronoï, alors l’espace d’entrée est complètement couvert de cibles. Il n’y a pas d’espace gaspillé.

• (vidéo)

Miniature keyboards for 2-thumb typing:Where’s the best place for the spacebar ?

http://www.yorku.ca/mack/gi2002.html

Using Fitts’ Law to model 2-thumb typing• Take into account size and spacing between buttons• Assume thumbs alternate in typing whenever possible (to

maximize speed)• Given a corpus of text, compute frequencies of sequences of

letters• Weigh the time to type in each sequence by its frequency• Arrive at (upper bound for) average typing speed• MacKenzie and Soukoreff’s (2002) estimate:

60.7 wpm (words per minute) !• Assumes spacebar in centre. If spacebar is on left or right,

estimate drops to 49.9, 56.5 wpm respectively.

• Mouvement rapide pour passer entre deux points, sans faire attention à l’arrêt. Autrement dit, on doit faire juste attention à la direction de notre mouvement (tandis que dans le pointage normale Fitts 1D, on fait juste attention à la position en x)

• Se modélise avec la même équation que la loi de Fitts ! (Accot et Zhai 1997)• Dans l’équation, W est défini comme la largeur de la but; W est donc mesuré dans la direction

perpendiculaire à l’axe du mouvement (contrairement à la loi de Fitts normale en 1D)• Attention: les valeurs de a et b ne seront plus les mêmes ici que dans les tâches de pointage normales

D

Curseur

But

Passage à travers un but

W

• Pour modéliser les menus ci-bas, on avait dit que W est effectivement infini

• Par contre, si on les modélise avec une tâche de passage de but, qu’arrive t-il à W ?

La loi de Hick-Hyman (Hick 1952; Hyman 1953)• Temps de réaction = a + b log2(N+1), où

– N est le nombre de choix– a, b sont des constantes mesurées de façon expérimentale (et n’ont

pas les mêmes valeurs que dans la loi de Fitts)– log2(N+1) est le nombre de bits exprimés par le choix

• Exemple: N ampoules, N boutons; lorsqu’une ampoule s’allume on doit appuyer le bouton correspondent le plus vite possible

• Exemple: l’utilisateur connais le choix qu’il veut, et ouvre un menu qu’il n’a jamais vu avant, qui contient N choix en ordre alphabétique

• Contre-exemple: l’utilisateur connais le choix qu’il veut, et ouvre un menu avec lequel il est déjà familier

• Contre-exemple: un menu de N choix, que l’utilisateur n’a jamais vus auparavant, en ordre alléatoire– le temps sera linéaire

Question• Selon la loi de Hick, est-il mieux d’avoir des menus

hiérarchiques de 2x2x2 choix, ou un menu simple de 8 choix?

• 2x2x2 choix: 3( a + b log2(2+1) )= 3a + b log2(3x3x3)= 3a + b log2(27)

• 8 choix: a + b log2(8+1) = a + b log2(9)

• Selon la loi de Hicks (et selon des études), des menus peu profonds sont généralement mieux

• Qu’arriverait-t-il si on applique la loi de Fitts pour modéliser le temps de pointage dans le menus?

Temps de recherche de l’item cible

Temps de mouvement vers l’item cible

Temps total

Nom d’item connu, menu en ordre alléatoire

O(N)(recherche linéaire)

O(log2 N)(par la loi de Fitts)

O(N)

Nom d’item inconnu,mais reconnu lorsqu’on le trouve

O(N)(recherche linéaire) O(N)

Nom d’item connu, menu en ordre alphabétique

O(log2 N)(recherche par

subdivision binaire) O(log2 N)

Menu connu,item connu

O(1) (on sait immédiatement où

regarder)O(log2 N)

Using these law’s to predict performance

• Consider Hick’s law, Fitts’ law, & goal passing• Which will be faster on average?

– pie menu (bigger targets & less distance)?

TodaySundayMondayTuesday

WednesdayThursday

FridaySaturday

Pop-up Linear Menu Pop-up Pie Menu

Révision

• Comment calculer ID ?• Comment trouver a et b ?• Peut-on comparer deux cibles

si a et b sont inconnus ?

Mettez en ordre croissant de difficulté

(bordure de l’écran)

f: D=2; cible de 2x2

e: D=4; cible de 2x2

g: D=2; cible de 1x1

h: D=2; cible de 2

a: D=2; cible de 2x2

b: D=2; cible de 1x2

c: D=1; cible de 1x1

d: D=2; cible de 2x1

• Supposons qu’on modélise toutes les cibles avec des tâches de pointage de Fitts, même pour h, et non avec des tâches de passage de but (Pourquoi?)

• Calculons le rapport D/W pour chaque cible:– c: 1/1 = 1– a: 2/2 = 1– f: 2/2 = 1 (remarque: mouvement vertical)– g: 2/1 = 2– e: 4/2 = 2– b et d: 2/1 = 2 (remarque: ce sont des rectangles)– h: 2/∞ = 0

• Une première réponse: h, ensuite {a, c, f}, ensuite {b, d, e, g}• Une meilleure réponse:

– Supposons que les mouvements verticals sont légèrement plus difficiles à effectuer

– Supposons qu’un rectangle de LxH, où L≠H, est légèrement plus facile à sélectionner qu’un carré de largeur min(L,H)

– Alors: h, ensuite {a, c}, ensuite f, ensuite {b, d}, ensuite {e, g}