שיטת הערכה וארגז כלים להערכת עיצוב לוח המקשים בסמארטפונים
Summary
הפרוטוקול המוצג משלב שיטות הערכה שונות ומדגים שיטה להערכת עיצוב המקלדת בסמארטפונים. זוגות התואמים לתווים באנגלית מוצעים כחומר הקלט, וזמן המעבר בין שני מקשים משמש כמשתנה התלוי.
Abstract
קלט מקלדת שיחק תפקיד חיוני באינטראקציה בין אדם למחשב עם בסיס משתמשים עצום, ועיצוב המקלדת תמיד היה אחד האובייקטים הבסיסיים של מחקרים על מכשירים חכמים. עם התפתחות טכנולוגיית המסך, נתונים ומחוונים מדויקים יותר יכולים להיאסף על ידי טלפונים חכמים כדי להעריך לעומק את עיצוב המקלדת. הגדלת מסך הטלפון הובילה לחוויית קלט לא מספקת וכאבי אצבע, במיוחד עבור קלט ביד אחת. יעילות הקלט ונוחות משכו את תשומת הלב של חוקרים ומעצבים, ואת המקלדת המעוקלת עם כפתורים מתכווננים לגודל, אשר בערך בקנה אחד עם המבנה הפיזיולוגי של אגודלים, הוצע לייעל את השימוש ביד אחת על טלפונים חכמים עם מסך גדול. עם זאת, השפעותיו האמיתיות נותרו מעורפלות. לכן, פרוטוקול זה הדגים שיטה כללית ומסכמת להערכת ההשפעה של עיצוב מקלדת QWERTY מעוקל על סמארטפון בגודל 5 אינץ ‘ באמצעות תוכנה שפותחה על ידי עצמה עם משתנים מפורטים, כולל נתונים התנהגותיים אובייקטיביים, משוב סובייקטיבי ונתוני הקואורדינטות של כל נקודת מגע. יש מספיק ספרות קיימת על הערכת מקלדות וירטואליות; עם זאת, רק מעטים מהם סיכמו באופן שיטתי והרהטו את שיטות ההערכה והתהליכים. לכן, פרוטוקול זה ממלא את הפער ומציג תהליך ושיטה של הערכה שיטתית של עיצוב לוח המקשים עם קודים זמינים לניתוח ופריטים חזותיים. הוא אינו זקוק לציוד נוסף או יקר וקל לנהל ולתפעול. בנוסף, הפרוטוקול גם מסייע לקבל סיבות פוטנציאליות לחסרונות של העיצוב ומאיר את האופטימיזציה של עיצובים. לסיכום, פרוטוקול זה עם משאבי קוד פתוח יכול לא רק להיות ניסוי הפגנתי בכיתה כדי לעורר את הטירון להתחיל את לימודיהם, אלא גם תורם לשיפור חוויית המשתמש ואת ההכנסות של חברות עורך שיטות קלט.
Introduction
קלט מקלדת היא השיטה המיינסטרים של אינטראקציה אנושית-סמארטפון1,2, ועם חדירה של טלפונים חכמים, קלט מקלדת מקבל מיליארדי משתמשים. בשנת 2019, שיעור חדירת הסמארטפונים העולמי הגיע ל-41.5%3, בעוד ארצות הברית, עם החדירה הגבוהה ביותר, הגיעה ל-79.1%4. עד לרבעון הראשון של 2020, המקלדת הניידת של Sogou היו כ -480 מיליון משתמשים פעילים יומיים5. עד 6 במאי 2020, גוגל Gboard הורד יותר ממיליארד פעמים6.
חוויית קלט לוח המקשים הלא מספקת גדלה עם הגדלת מסך הטלפון. למרות שהמסך המוגדל נועד לשפר את חוויית הצפייה, הוא שינה את כוח המשיכה, הגודל והמשקל של טלפונים חכמים, מה שגרם למשתמשים לשנות את תנוחת ההחזקה שוב ושוב כדי להגיע לאזורים מרוחקים (למשל, לחצן A ו- Q עבור משתמשים ימניים), ובכך הוביל לאי יעילות קלט. מתיחה של שריר עלול לגרום למשתמשים לסבול מהפרעות שרירים ושלד, כאבי ידיים, וסוגים שונים של מחלות (למשל, תסמונת התעלה הקרפלית, דלקת מפרקים ניוונית האגודל, ו tenosynovitis האגודל7,8,9,10). משתמשים המעדיפים שימוש ביד אחת נמצאים בתנאים גרועים יותר11,12.
לכן, ההערכה והאופטימיזציה של עיצוב המקלדת הפכו לנושאים חמים של מחקר פסיכולוגי, טכני וארגונומי. עיצובים ומושגים משתנים של לוח המקשים הוצעו כל הזמן על ידי חברות וחוקרים של עורך שיטות קלט (IME) כדי למטב את חוויית הקלט והיעילות, כולל לוחות מקשים שהשתנו בפריסה וסידרו מחדש של תווים: Microsoft WordFlow Keyboard13, אזור לחצן פונקציונלי בתהילת המלכים14, IJQWERTY15ו- Quasi-QWERTY16.
שיטות ההערכה הקיימות של עיצוב מקלדת משתנות מחוקר לחוקר למעט מספר אינדיקטורים מקובלים מאוד, ומוצעים אינדיקטורים מדויקים יותר. עם זאת, עם מגוון של אינדיקטורים, אין פרוטוקול מסוכם ושיטתי המסופק כדי להדגים את תהליך ההערכה וניתוח עיצוב המקלדת. חוק ההתאמה17 והגרסה המורחבת שלו חוק FFitts18, שתיאר אינטראקציה בין אדם למחשב, אומצו באופן נרחב כדי להעריך את ביצועי המקלדת19,20,21,22. יתר על כן, האזור הפונקציונלי של האגודל הוצע כדי לשפר את עיצוב המקלדת, והוא תיאר אזור תנועה מעוקל עבור האגודל כדי להשלים בנוחות את משימת הקלט23. בהתבסס על תיאוריות אלה, אינדיקטורים הכוללים מילה לדקה, שיעור שגיאות מילה ומשוב סובייקטיבי (שימושיות נתפסת, ביצועים נתפסים, מהירות נתפסת, עומס עבודה סובייקטיבי, מאמץ וכאב נתפסים, וכוונה להשתמש, וכו ‘), אשר אומצו מאוד, שימשו חלקית במחקרים קודמים24,25,26,27,28,29 חוץ משיטות דוגמנות וסימולציה. בנוסף, אליפסה מצוידת של נקודות מגע על כל כפתור ואת היסטשלה 30,31 שימשו בשנים האחרונות כדי לחקור את הביצועים המדויקים של אירועים קלט. כמו כן, תגובת העור הגלוונית, קצב הלב, הפעילות האלקטרומיוגרפית, מחוות היד ותנועת הגוף32,33,34,35 אומצו כדי להעריך במישרין או בעקיפין עייפות שרירים, נוחות ושביעות רצון של המשתמשים. עם זאת, שיטות שונות אלה חסרות השתקפות על ההתאמה של האינדיקטורים המשמשים, וחוקר טירון עשוי להיות מבולבל כדי לבחור את האינדיקטורים המתאימים למחקר שלו או שלה.
המחקר על עיצוב מקלדת הוא גם קל לערוך, להפעיל, וניתוח. עם הפריחה של טכנולוגיית המסך, ניתן היה לאסוף בקלות נתונים התנהגותיים יותר כדי להעריך את עיצוב המקלדת לעומק (למשל, זמן המעבר בין שני מקשים ואת נתוני הקואורדינטות של כל נקודת מגע). בהתבסס על הנתונים שהוזכרו, החוקרים יכולים לחקור במדויק את הפרטים של עיצוב המקלדת ולנתח את החסרונות והיתרונות שלה. בהשוואה למחקר אחר של אינטראקציה בין אדם למחשב, למחקר של עיצוב מקלדת בסמארטפונים ניידים יש גם ערך יישום גבוה עבור בסיס המשתמשים העצום שלו ללא ציוד יקר, חומרים מסובכים או שטח מעבדה עצום הדרוש. השאלונים, המאזניים ותסריט פייתון על המחקר הם קוד פתוח וקל לגישה.
מטרת מחקר זה היא לסכם את השיטות הקודמות כדי להדגים פרוטוקול שיטתי, מדויק וכללי כדי להעריך ולנתח את עיצוב המקלדת בסמארטפונים. הניסוי והתוצאות המופתיים שואפים להראות אם מקלדת QWERTY המעוקלת עם לחצנים מתכווננים לגודל יכולה לייעל את חוויית הקלט של קלט ביד אחת בסמארטפון בגודל 5 אינץ’, בהשוואה למקלדת QWERTY המסורתית ולשתף את שיטת ההדמיה ואת סקריפט פייתון של ניתוח נתונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, המבוסס על התפתחות טכנולוגיית המסך, הצגנו פרוטוקול מסוכם וכללי של הערכת עיצוב מקלדת להערכת עיצוב המקלדת באופן שיטתי ומדויק. אינדיקטורים ושיטות קיימים ממחקרים קודמים, זוגות התואמים לתווים באנגלית וזמן המעבר בין שני מפתחות משולבים ומשתנים כדי ליצור פרוטוקול יעיל.
י…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר המדעית של יוזמת אוניברסיטת צינגחואה (עיצוב ארגונומי של מקלדת מעוקלת במכשירים חכמים). המחברים מעריכים את טיאניו ליו על הצעותיו האדיבות וסיוע הקידוד במספרים.
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).
