Cours ISI - Modèles pour l'interaction humain-machine
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[edit] Objectif: utilisablité
Le but de toute démarche de conception d'interface est d'obtenir un système dit utilisable. On définit en général l'utilisabilité comme la facilité d'utilisation d'une interface. Jakob Nielsen (Nielsen 2003) définit cinq qualités qui font partie de l'utilisabilité:
- facilité d'apprentissage
- l’interface doit être facile à apprendre.
- efficacité
- l’interface doit permettre à l’utilisateur de réaliser sa tâche avec un haut niveau de productivité.
- facilité de mémorisation
- l’interface doit permettre à l’utilisateur de se souvenir facilement de son utilisation.
- réduction des erreurs
- l’interface doit minimiser le nombre d'erreurs de l’utilisateur et l'aider à réparer ses erreurs.
- satisfaction subjective
- l’interface doit être plaisante à utiliser.
On notera que ces qualités sont indépendentes. Il est, par exemple, tout à fait possible d'avoir une interface efficace mais que les utilisateurs n'aiment pas.
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Il est bien évident que ces qualités sont en lien profond avec la nature humaine, la nature des machines et la notion d'interaction. Pour tenter de trouver des principes de conception généraux il faut donc se poser des questions telles que :
- qu'est-ce qu'un utilisateur humain ?
- qu'est-ce qui caractérise une machine, par opposition à un humain ?
- quels sont les moyens dont une machine dispose pour communiquer ?
- qu'est-ce qu'une interaction ? que se passe-t-il ?
[edit] L'humain
Card (1983) propose un modèle dit du processeur humain qui conceptualise de manière simplifiée le processus humain lors d’une phase interactive avec un système informatique. Dans ce modèle, le processeur humain est composé de trois systèmes :
Le système sensoriel comprend la vision, l'audition, l'odorat, le système haptique (toucher et mouvement). Il s'occupe de transmettre les perceptions au système cognitif.
Le système cognitif est composé de la mémoire à long et court terme, et de tout ce qui permet le compréhension, le raisonnement, la construction de modèles mentaux, d'objectifs, d'intentions, etc.
Le système moteur permet au système au système cognitif de diriger tous les mouvements du corps (déplacer la main, plier un doigt, etc.)
[edit] Audition
D'un point de vue purement physique, l'audition se base sur la réception d'onde acoustique. Ces ondes sont provoquées par la propagation d'une vibration mécanique du milieu (e.g., l'air). Une source sonore résulte donc de l'interaction physique entre plusieurs objets de l'environnement. Par exemple, le carillonement d'une cloche a pour origines le choc du battant sur les parois.
Les vibrations mécaniques sont ensuite reçues par l'oreil, puis transmises au cerveau par les nerfs auditifs. Du point de vue physiologique, comme l'illustre la figure ci-dessous (à mettre), l'oreille se compose de trois parties : l'oreille externe, l'oreille moyenne et l'oreille interne. L'oreille externe est à la fois une structure de protection et de résonnance. Elle comprend le pavillon et le conduit auditif. Le pavillon capte et concentre les vibrations sonores qu'il fait transiter le long du conduit auditif pour atteindre la partie de l'oreille moyenne. L'oreille moyenne est une petite cavité reliée d'un côté au tympan et de l'autre à l'oreille interne par la cochlée. Elle est constituée par trois os : le marteau l'enclume et l'étrier. Leur rôle est d'amplifier les vibrations captées par le tympan. Les vibrations transitent finalement à l'intérieur du canal cochléaire se situant dans l'oreille interne. Ce canal rempli de liquide, est muni de fines cellules ciliées sur toute la longueur. Ces cellules, en fonction des vibrations du liquide cochléaire, libèrent un flux chimique qui active le nerf auditif.
Communément appelé "son", ce dernier peut être définit par une courbe mathématique périodique. Un son dont la courbe est uniquement définit par une sinusoïde est appelé ton pur. La majorité des sons cependant sont composés de plusieurs sinusoïdes de fréquences et d'amplitudes différentes. On appelle ces sons "tons complexes". La sinusoïde constituant un ton complexe dont la fréquence est la plus basse se nomme fondamentale. Le reste des sinusoïdes est appelé harmoniques.
[edit] Psychoacoustique
D'un point de vue perceptif, le son est caractérisé par trois paramètres distincts : la hauteur, l'intensité et le timbre. La hauteur correspond à la fréquence du son. Dans le cas où le son représente un ton complexe, la hauteur correspond à la fréquence de sa fondamentale. L'être humain est capable de percevoir des sons dans une bande passante comprise entre 50 à 20'000 Hz. L'intensité sonore correspond au volume du ton. Elle est déterminée par l'amplitude maximum de sa courbe. Ce paramètre est souvent exprimé en dB ou "pression acoustique". Un son dont la pression acoustique est supérieur à 100 dB peut provoquer chez l'homme des dommages irréversibles du système auditif. Finalement, le timbre représente le "sens" du son (sa sémantique). Il est défini par l'enveloppe de la courbe. C'est grâce au timbre que nous pouvons faire la distinction entre le son d'un piano de celui d'un hautbois.
De nombreuses recherches en psychoacoustique ont eu pour but d'étudier les phénomènes perceptifs liés à l'audition chez l'humain. Deux des plus connus sont la perception de scènes auditives et l'audition spatiale.
flux et discriminations
sons et émotions
[edit] Système tactilo-proprio-kinesthétique
tactile
kinesthésique
[edit] Système sensori-moteur
Capacités motrices Loi de Fitts Psy cog. Mémoire Modèle mental
[edit] La machine
Contrairement au cas de l'humain, nous possédons des modèles complets et précis des machine (sinon nous ne serions pas capable de les construire). On peut caractériser une machine en s'intéressant à ses composantes, qui sont:
- le processeur
- la mémoire
- les dispositifs d'entrée-sortie
Examinons ces éléments dans une optique IHM
[edit] Mémoire
Les mémoires se caractérisent par leur capacité, leur vitesse d'accès et leur taux de transfert. Pour des raisons économiques et pratiques, une machine possède souvent plusieurs types de mémoire allant de la mémoire RAM très rapide (temps d'accès de l'ordre de la nanon-seconde) mais relativement chères et volatiles à des mémoires plus économiques (disques magnétiques ou mémoire FLASH) mais plus lentes (accès de l'ordre de la milliseconde).
À la différence de l'humain, la machine
- peut mémoriser quasi instantannément (à la vitesse de la mémoire)
- peut mémoriser aussi longtemps que souhaité sans perte (sauf accident)
- peut oublier à volonté (effacer des parties de la mémoire)
- doit appliquer des schémas de recherche bien définis (programmés) pour retrouver de l'information en fonction de son contenu
[edit] Processeur
On connaît depuis Turing (1936) les capacités et limites des ordinateurs. On sait par exemple que certain problèmes, dit non calculables, ne peuvent être résolus par un algorithme. Depuis les années 1960 on sait également que certains problèmes sont intrinsèquement difficiles et nécessitent des temps de calculs hors de portée de machines actuelles (et même futures). Ceci dit, les processeurs peuvent réaliser de nombreuses actions (compter, trier, chercher, ...) à des vitesses laissant l'être humain très très loin en arrière.
Du point de vue de l'interaction, les caractéristique essentielles des machines sont leurs capacités à communiquer avec un utilisateur à travers un dispositif matériel d'entré-sortie (écran, clavier, imprimante, caméra, etc.).
[edit] Dispositifs interactifs d'entrée-sortie
Les dispositifs d'entrée-sortie interagissent directement avec un ou plusieurs sens humain. Les autres périphériques d'entrée-sortie comme les imprimantes ou les scanners ne sont pas pris en considération. (en vignette, un simulateur de parachute)
Les dispositifs standards d'entrée sont:
- le clavier (saisie de textes et de commandes)
- un dispositif de pointage (souris, manette, stylet, écran tactile, ...)
- un microphone (saisie du son)
- une caméra (saisie de la vidéo)
- le GPS (suivi des déplacements)
Les dispositifs standards de sortie sont:
- l'écran (afficher les informations)
- les enceintes acoustiques ou casque (reproduire des sons)
- les voyants lumineux (indicateurs de fonctionnement)
- dispositifs affectant la proprioception (vibreur du téléphone ou manette à retour de force, ...)
[edit] L'interaction
[edit] Les golfs de Norman
Le modèle de Norman est basé sur le cycle exécution-évaluation. On considère que l'utilisateur agit pour faire exécuter quelque chose par la machine, évalue le résultat, puis repart dans un nouvau cycle.
L'exécution se décompose en quatre étapes
- établissement du but
- formatino de l'intention (l'utilisateur se détermine à agir pour atteindre le but)
- spécification de l'actions
- exécution de l'action
L'évaluation est composée de trois étapes :
- perception de l'état du système
- interprétation del 'état du système
- évaluation de l'état du système en fonction du but et de l'intention
La facilité ou la difficulté à utiliser un système provient de distances à franchir pour passer du but à l'action et de la perception de l'état du système à l'évaluation. On parle des golfs d'éxécutin et d'évaluation qu'il faut traverser pour passer de la représentation mentale à l'action physique et de la perception physique du résultat à son évaluation mentale.
[edit] GOMS
GOMS, pour Goals, Operations, Method Selection, est un modèle d'interaction qui se situe au niveau des actions élémentaires, physiques ou mentales (appuyer sur une touche, cliquer, penser à un nom, ...). GOMS se base sur le modèle du processeur humain. L'objectif de GOMS est de prédire l'efficacité d'une interface avant de la réaliser.
Lire l'article Cours ISI - GOMS
