irit.fr/~Philippe.Truillet 12 septembre 2004 v. 1.5
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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
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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++)
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introduction
émergence du domaine dans les années 1980 aux USA (démocratisation de l’informatique)
dans les années 1990 en France (Coutaz / Caelen)
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introduction
étude des phénomènes ... cognitifs matériels logiciels sociaux
mis en jeu dans l’accomplissement de tâches sur support informatique
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conférences
CHI (ACM) Interact (IFIP) HCI IHM (AFIHM) HCI International …
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des associations et ML
http://www.acm.org
http://www.irit.fr/SIGCHI
http://www.afihm.org
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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
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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.
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définitionsmodèle conceptuel
modèle du fonctionnement du système
idéalement : c’est le modèle mental de l’utilisateur
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système interactif
Système interactif
interfaceutilisateur
noyaufonctionnel
Interface communication (Canal, Langage, Sens)Homme tâche (facteurs humains)Ordinateur processus (logiciels)
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historique de l’IHMpoints de repère
1/7 Memex (Bush, 1945) : “as we may think”
définition du système hypertexte
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historique de l’IHMpoints de repère
2/7 Sketchpad (Sutherland, 1963)
manipulation directe de formes géométriquesavec le stylo optique (MIT)
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historique de l’IHMpoints de repère
3/7 NLS/Augment (Engelbart, 1968)
travail collaboratif, visio-conférence, partage de documents, intuition d’internet, … mais aussi invention de la souris (1963) !
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historique de l’IHMpoints de repère
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 !
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historique de l’IHMpoints de repère
5/7 Macintosh (Apple, 1984)
barre de menu boîtes de dialogue modales
un succès patent
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historique de l’IHMpoints de repère
6/7 X-Window (MIT, 1985)
modèle client/serveur séparation quoi/comment utilisation transparente duréseau
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historique de l’IHMpoints de repère
7/7 World-Wide Web (Berners-Lee, CERN, 1990)
modèle hypertexteen réseau
mais des protocoles figés des possibilitésd’interaction(très) réduites
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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 …
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pourquoi s’intéresser à l’IHM ?
2/2
un sentiment de frustration, non ?
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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
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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 ?
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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
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U&U
dérives60% des fonctions inutilisées - Apprentissage trop long : logiciels administratifs : technopathie
Utiles mais inutilisables : domotique
Utilisables mais inutiles : nouvelles technologies ?
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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
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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
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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)
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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
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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, …)
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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
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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
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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
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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
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rentabilité d’une IHM
concevoir une application interactive : coût important choisir un bon compromis deux parties
présentation –- dialogue statique -- dynamique
facteurs humains très coûteux
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exemples de mauvaise conception
libellés non clairs ou ambigus fonctionnalités inutiles écrans trop denses, mal structurés écrans trop nombreux contexte inconnu ou oublié …
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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 !
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méthodes de conception méthode “en cascade”
(waterfall) basée sur la programmation structurée
décomposition de structures en sous-structures
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méthodes de conception méthode “en cascade”
(waterfall)analyse des
besoins
conception du système et du
logiciel
codage et tests unitaires
intégration et test du système
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méthodes de conception méthode “en cascade”
(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
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méthodes de conception méthode “en spirale”
[Boehm 88]
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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
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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
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modèles de référencefondement
Noyaufonctionnel
IHM
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modèles de référenceSeeheim : modèle dit
séminal
Noyaufonctionnel
Interface avecle NF
Contrôle de dialogue
Présentation
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modèles de référenceArch : Seeheim révisé
Noyaufonctionnel
Interface avecle NF
Contrôle de dialogue
Présentation
Interaction
Logique
Physique
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modèle(s) de l’humain
quelle(s) capacité(s) de perception ?
quelle(s) capacité(s) de traitement ?
quelle(s) capacité(s) d’action ?
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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
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notion de perceptionle rôle du contexte
tâche de Stroop [1935] : énoncer les couleurs de chaque mot
vertrougebleu
orangenoir
violet
vertrougebleu
orangenoir
violet
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notion de perceptionle rôle du contexte
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
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notion de perceptionle rôle du contexte
importance du contexte dans lequel se situe l’objet perçu
A C D
2 4 5
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notion de perceptioncompréhension
nous percevons mieux ce qui a une signification pour nous …
SCNDLXEAAU SNDEACUAXL
SCANDALEUX
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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.
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notion de perceptionsensations erronées
figures de Luckiesh [1965]
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notion de perception illusion correctrice
effets d’optique et correction d’optique
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notion de perception contraste de couleurs
contraste simultané interaction de la couleur instabilité optique et vibrationde la couleur
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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
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conceptionmodèle humain : processeur
… 2/7 chaque sous-système possède :
une mémoire caractérisée par : une capacité une persistance
et un processeur caractérisé par : un cycle
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conceptionmodèle humain : processeur
… 3/7 le processeur humain : système sensoriel
Système sensoriel visuel
17 lettres100 ms et 200 ms
Système sensoriel auditif
1500 ms
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conceptionmodèle humain : processeur
… 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
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conceptionmodèle humain : processeur
… 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
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conceptionmodèle humain : processeur
… 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
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conceptionmodèle humain : processeur
… 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)
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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.
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modèle du processeur … acquisition de cibles
1/5 Fitts [1954]
sélection alternative de cibles
T= a +b log2( )2AW
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modèle du processeur … acquisition de cibles
2/5 formulation de MacKenzie :
T= a +b log2( +1)
indice de difficulté : ID=log2( +1)
AW
AW
ID
A
W
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modèle du processeur … acquisition de cibles
3/5 exemple d’usage : atteindre une barre de défilement
A
W
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modèle du processeur … acquisition de cibles
4/5 tiré de Accot [2001]
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modèle du processeur … acquisition de cibles
5/5 acquisition de cibles par curseurs étendus :
lentilles magiques (magic lenses)Alias|wavefront
(http://www.aliaswavefront.com)
palettes transparentes (toolglasses) …
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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
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conceptionthéorie de l’action
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
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conceptionthéorie de l’action
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
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conceptionthéorie de l’action
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 ?
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conceptionthéorie de l’action
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
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conceptionthéorie de l’action
6/7 un mauvais exemple et des solutions “affordantes”
http://www.baddesigns.com
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conceptionthéorie de l’action
7/7 construction du modèle perceptuel
affordance du système liens de causalité possibles contraintes (physiques) du système stéréotypes culturels expérience instructions d’usage …
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nouveaux paradigmes de l’IHM
applications tangibles
pick and drop
itsy
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nouveaux paradigmes de l’IHM
multimodalité en situation de mobilité
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nouveaux paradigmes de l’IHM
réalité mixte symbiose entre les mondes réel et virtuel
MondeRéel
MondeNumérique Réalité Mixte
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MondeRéel
MondeNumérique Virtualité Augmentée
IHM clavier IHM gestuelle
IHM tangible
IHM vestimentaire
IHM graphique
nouveaux paradigmes de l’IHM
réalité mixte
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MondeRéel
MondeNumérique Réalité Augmentée
2D 3D Son Force Action...
nouveaux paradigmes de l’IHM
réalité mixte
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L’homme autour
de la machine
L’homme
devant la
machine
nouveaux paradigmes de l’IHM
réalité mixte symbiose entre les mondes réel et virtuel
MondeRéel
MondeNumérique Réalité Mixte
Virtualité augment
ée
Réalité augment
ée
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …1/6
de nouveaux interacteurs apparaissent :
pie menus (Don Hopkins)
marking menus
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …2/6 fish-eye view
(Univ. Grenoble)
hyperbolic view(Star Tree Studio)
http://www.inxight.com
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …3/6
Tree Map (GUIR Berkeley)
http://www.cs.umd.edu/hcil/treemap
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …4/6
mais aussi d’autres façons d’interagir ! interaction gestuelle, bi-manuelle, tactile, …
digistrips(CENA Toulouse)
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …5/6
interaction multimodale réalité augmentée, mixte, …
Réalité Augmentée (AR Toolkit)
http://www.hitl.washington.edu/research/shared_space
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nouveaux paradigmes de l’IHM
aller plus loin que WIMP …6/6
pour des interfaces “humaines” coopératives écologiques voire “invisibles”
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User Centered Design
pourquoi ?
c’est quoi ?
ça marche comment ?
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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
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méthode
magicien d’Oz (WOz) simuler les fonctions manquantes d’un logiciel
Opérateurs hyper-entraînés
Ergonomes – Psycho-ergonomes - …
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méthode
Processus centré Utilisateur
Sciences
Humaines Ergonomi
e
Systèmes répartis Réseau
x
Génie logiciel Bases
de donnée
s
Recherche d’informatio
n
Electronique
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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”
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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
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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
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ergonomie
Sociologie
Physiologie Psychologie
Sciences Humaines
Informatique
Terrain
ERGONOMIE Sélection / Contextualisation Observation / Analyse / Recueil
Ingénierie anthropocentrée
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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
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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
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ergonomie des logiciels
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
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ergonomie des logiciels
pour chaque niveau : des recommandations ergonomiques recensées dans des guides ergonomiques mais, volume et généralité dissuadant ...
critères ergonomiques organisant ces recommandations
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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
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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
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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