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Hier wird Wissen Wirklichkeit
Human Computer Interaction
Gestaltung und Implementierung effizienter Benutzungsschnittstellen
Prof. Dr. Detlef KrömkerJohann Wolfgang Goethe-Universität
Prof. Dr. Detlef KrömkerInstitut für Informatik
2 Hier wird Wissen WirklichkeitB-CG – V01 Das Digitale Bild
Ort und KontaktProf. Dr. Detlef Krömker
vormals Varrentrappstraße 40-42
jetzt Robert-Meyer-Straße 10 (Mathe-Turm) R 606
Tel.: 49 (0)69-798 - 24600
Email: kroemker@.cs.uni-frankfurt.de
WWW: http://www.gdv.informatik.uni-frankfurt.de
Sprechstunde: nach Vereinbarung
Sekretariat RM 10
Frau Goinar - Tel.: 49 (0)69 798 – 24601 R 607
Frau Quasten - Tel.: 49 (0)69 798 – 24602 R 604
Johann Wolfgang Goethe-Universität
Fachbereich Informatik und Mathematik
Graphische Datenverarbeitung
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Übersicht
u Einordnung in GDV Veranstaltungen
u Organisatorisches
u Themen der Vorlesung
u Literaturempfehlungen + weitere Quellen
u Einführung: Was bedeutet HCI?
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4 Hier wird Wissen WirklichkeitB-CG – V01 Das Digitale Bild
... aber erst einmal
Wer kennt mich nicht?
Ich kenne Sie nicht!
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Zur Veranstaltung 2V+1Ü 4 ECTS Credits
‣ Vorlesung‣ Mittwochs 12 c.t. - 14
‣ Übung (Michaela Mümpfer, Gestaltung – Silvan Reinhold, Technik)‣ nach Vereinbarung ??? (14-tägig) Vorschläge?‣ Beginn: 4. Vorlesungswoche ab Woche 12. Nov. +
‣ Folien und Infos zur Vorlesung:www.gdv.informatik.uni-frankfurt.de
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GDV-Veranstaltungen im WS 06/07 für das Hauptstudium / Vertiefungsstudium
‣ Einführung in das Graphiksystem OpenGL (Dr. H. Joseph)
‣ Einführung in das IT-Projektmanagement (Dr. T. A. Vuong)
‣ Human Computer Interaction
‣ Multimediale Systeme (Dr. T. A. Vuong)
‣ Visual Computing Praktikum
‣ Visualisierung (Dr. T. Breiner)
‣ Ringvorlesung „Neue Medien und Gesellschaft“ –Neue Medien machen Schule
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Bachelor-Master Diplom
BachelorBasismodule
PRG 1
BachelorVertiefung Angewandte Informatik ANI
Master *)Vertiefung VC(geplant)
PRG-PR
BachelorErgänzung
OGL 6 CP 2V+2Ü
CG6 CP 2V+2Ü
DBV 6 CP 2V+2Ü
HCI4 CP 2V+1Ü
MMS3CP 2V
BVC-PR8 CP 4PR
ANI-BS3 CP 2S
PM3 CP 2V+1Ü
EDGI
NMG**)3 CP 2V+1Ü
ANIM 4 CP 2V+1Ü
VIS (E)6 CP 2V+2Ü
ADR 3 CP 2V
MR 4 CP 2V+1Ü
BK 4 CP 2V+1Ü
ROB 3 CP 2V
ROB-PR 4 CP 2V+1Ü
Zyklus Vorlesungen / Übungen Praktika Seminare
MVC-PR8 CP 4PR
SS
SS
WS
WS
WS
WSGrund-studium
Haupt-studium
ZuordnungPT 3PTBI
P5/P6
Bachelor/Master- und Diplomarbeiten
Klassische und Strukturierte Promotion ComputerGrafik
Kolloquium
CG-S.3 CP 2S
Struktur des Lehrangebotes im Bereich Visual Computing
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Legende
Modul XX, Lehrangebot der Professur für Graphische Datenverarbeitung (Prof. Krömker)
Modul XY: Lehrangebot der Professur für Visuelle Sensorik und Informationsverarbeitung (Prof. Mester)
Modul XY: Gemeinsames Lehrangebot der Professuren Krömker und Mester
Lehrangebot zusammen mit anderen Professuren
XX
XY
XZ
YZ
*) Der Masterstudiengang wird zur Zeit entwickelt. Hier angegeben ist der Stand der Planung.**) Für Lehramtsstudierende ist diese Veranstaltung dem Gebiet „Informatik und Gesellschaft“ zugeordnet.
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Organisation
‣ Vorlesungsfolien und Übungsmaterial auf WWW Serverhttp://www.gdv.informatik.uni-frankfurt.de/
‣ Voraussetzungen ‣ Für Studierende des Diplomstudiengangs:
Vordiplom ist erforderlich. ‣ Für Studierende des Bachelorstudiengangs:
Erfolgreicher Abschluss des Moduls B-PRG oder des Moduls B-HW oder der beiden Module B-MOD und B-DS. Scheinerwerb /Modulabschlussprüfung: Je nach Anzahl der Teilnehmer und Teilnehmerinnen eine mündliche Prüfung oder eine 90-minütige Klausur (bei mehr als 12 Teilnehmern).
‣ Rechner-Account bei GDV bei Übungsanmeldung möglich im Sek. RM 10 – Raum 607
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Ziele der Vorlesung
‣ Verständnis der grundlegenden Ziele und Prinzipien im Bereich Human Computer Interaction (HCI)
‣ Kenntnis der erprobten User-Interface-Paradigmen, ihrer Grundlagen, ihrer Werte und ihre Grenzen
‣ Kenntnis neuer Ansätze im Bereich Human Computer Interaction‣ Befähigung zur kritischen Analyse von Benutzungsschnittstellen‣ Verstehen der Ansätze und Herangehensweisen im HCI zur
Entwicklung benutzerfreundlicher Schnittstellen‣ Befähigung zur Durchführung eines Design-Prozesses‣ Kenntnis unterstützender Software-Werkzeuge‣ Wissen über die sozialen Auswirkungen
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Themen der Vorlesung (1)
‣ Usability von interaktiven Systemen‣ Anforderungen‣ Maße‣ Ziele
‣ Richtlinien, Prinzipien und Theorien‣ User Interface Guidelines‣ Object-Action Interface Model
‣ Managen des Design-Prozesses‣ Methodiken‣ Partizipatorisches Design‣ Szenariobasiertes Design
‣ Evaluierung von Benutzungsschnittstellen
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Themen der Vorlesung (2)
‣ Software-Tools‣ Spezifikationsmethoden‣ User Interface Builder
‣ Interaktionsformen‣ Direct Manipulation und Virtuelle Umgebungen‣ Menüs, Formulare und Dialoge‣ Kommandoschnittstellen und natürlichsprachliche Interaktion‣ Interaktionsgeräte‣ Computergestützte Zusammenarbeit
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Themen der Vorlesung (3)
‣ Design Issues‣ Qualität‣ Funktion und Mode‣ Manuals, Online Help und Tutorials‣ Methoden zur effektiven Präsentation von Informationen
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Literatur zur Vorlesung
‣ Ben Shneiderman, Catherine Plaisant: Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction, 4th Edition, Addison-Wesley Pub., 2004, ISBN: 0-321-19786-0‣ Vierte Auflage des Standardwerks auf dem Gebiet der Gestaltung von User
Interfaces
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Weiterführende Literatur
‣ Kevin Mullet, Darrell Sano: Designing Visual Interfaces – Communication OrientedTechniques, SunSoft Press, 1995, ISBN 0-13-303389-9‣ Schwerpunkt auf der Gestaltung von UIs
‣ Theo Mandel: Elements of User Interface Design, John Wiley & Sons, Inc., 1997, ISBN 0-471-16267-1‣ Entwicklung von UIs mit praktischen Beispielen aus der Windows-Welt
‣ Donald A. Norman. The Psychology of Everyday Things. New York: Basic Books, 1988. ISBN 0-465-06709-3‣ Viele Beispiele guten und schlechten Gerätedesigns, die Einsichten und Inspiration zur
eigener Benutzungsschnittstellen liefern können
‣ Jakob Nielsen. Usability Engineering. Boston, MA: Academic Press, 1993. ISBN 0-12-518405-0 ‣ Handbuch für die Evaluierung von Systemen
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Weitere Quellen: Fachzeitschriften
‣ Human-Computer Interaction
‣ International Journal of Man-Machine Studies
‣ Behavior and Information Technology
‣ International Journal of Human-Computer Interaction
‣ Interacting with Computers
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Web-Ressourcen
‣ HCI Bibliography : Human-Computer Interaction Resources‣ http://www.hcibib.org/
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Weitere Quellen: Internationale Konferenzen
‣ ACM Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI)‣ Konferenzreihe der ACM SIGCHI (Special Interest Group on Computer
Human Interface)‣ Schwerpunkte auf den Gebieten Usability, Interaktionstechniken, Methoden
und Werkzeuge‣ ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST)
‣ Weitere ACM Konferenzreihe für User Interface Software & Technology‣ ACM Multimedia
‣ Konferenzreihe mit dem Fokus auf Multimedia-Techniken‣ Eurographics
‣ Konferenzreihe der Eurographics Organisation‣ Schwerpunkt auf dem Thema Computergraphik, jedoch einzelne Beiträge
zum Thema HCI‣ Web3d Conference
‣ Konferenzreihe für Entwicklungen im 3d-Web-Bereich
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Teilnahme an Wettbewerben
‣ Teilnahme an Wettbewerben als weitere Möglichkeit für eigene Aktivitäten
‣ Beispiel:‣ Tweenwork-Award der GI-Fachgruppe ANIS ... wird aktuell wieder
ausgeschrieben‣ Deadline 16.3.2007
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Tweenwork Awardfür interdisziplinäre studentische Arbeiten
aus den Bereichen Computergraphik, Mensch-Maschine Dialog, Game Design & -Development, u.a.
Preise: 1. Preis: 2000 Euro2. Preis: 1500 Euro3. Preis: 1000 Euro
Die Preise werden im Rahmen der FMX-04 (7.5. - 9.5. 2004) im Haus der Wirtschaft in Stuttgart vergeben.
Ausführliche Teilnahmebedingungen:
w w w . t w e e n w o r k . d e
Einsendeschluss: 19.3.2004
Veranstalter:Gesellschaft für Informatik, Fachgruppe GDV-ANIS (Graphische Simulation und Animation)
Sponsoren:Hochschule der Medien, StuttgartGI Fachgruppe GDV-ANIS
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Einführung
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Multimediale Anwendungen
Multimediale Anwendungen sind Stand der Technik
Kombination verschiedenster Medien und Interaktionsformen
§ Interaktive Graphikenmit Brushing und Animation
§ Web-Portale mit Graphiken, Videos, Ton
§ Interaktive 3D-Graphiken als Frontendfür dezentrale Informationssysteme
„Ich sehe was,was Du nicht siehst …“,
crcp GmbH 2000
regionaldaten.de, crcp GmbH 2000
dIMS, crcp GmbH 2001
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Benutzungsschnittstellen heute und morgen
Grundlegende Paradigmen zur Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion Interaktion (MMI)§ WIMP (Windows, Icons, Menues,
Pointer)§ Werkzeugmetapher§ Direct Manipulation
Aber:§ Neue Technologien ermöglichen
neue Interaktionsformen§ Neue Anwendungsgebiete bedürfen
veränderter Formen der Mensch-Maschine-Interaktion
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Neue Technologien (I)
Virtuelle Realität§ Head Mounted Display, 1968§ Data Glove, 1983§ Cave, 1991/92
Augmented Reality§ Boeing: Wiring aid system
proposal, 1990
Spiele§ Tetris, 1985§ Simulation in Spielen:
Sim City, 1987§ Massive Online Role Play:
Everquest, 1999
Sutherland 1968
Fraunhofer IGD 2001NCSA 1993
VPL 1987
Sony Online 2004
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Neue Technologien (II)
Mobile Computing§ Palms und PDAs§ Mobile Phones
Ubiquitous Computing, PervasiveComputing§ Information Appliances
Global Networking
§ Software-Agenten§ Peer-to-Peer-Technologien
Palm Pilot, 1996
iPod, 2001
NokiaCommunicator, 1997
PARCTAB, 1992
Xerox Liveboard, 1992
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26 Hier wird Wissen WirklichkeitB-CG – V01 Das Digitale Bild
Operator
bedient
Maschine
Command Line Interface
User
benutzt
Tool
Graphical User Interface
Manager
delegiert an
Assistenten
Attentive User Interface
70er/80er 80er/90er 21. Jahrhundert
Paradigmenwechsel der Mensch-Maschine-Kommunikation
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Definition: Human Computer Interaction
‣ Definition der ACM SIGCHI„Human-computer interaction is a discipline concerned with thedesign, evaluation and implementation of interactive computingsystems for human use and with the study of major phenomenasurrounding them.“ (Hewett et. al., 1996)
‣ Andere Bezeichnungen‣ HCI‣ Mensch-Maschine-Kommunikation (MMK)‣ Computer Human Interaction (CHI)‣ Software-Ergonomie
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Themen des HCI
Themen des HCI sind u.a.:‣ Leistungsfähigkeiten von Menschen und Maschinen‣ Struktur der Kommunikation zwischen Menschen und
Maschinen‣ Menschliche Fähigkeiten zur Benutzung von Maschinen
(inklusive der Erlernbarkeit von Benutzungsschnittstellen) ‣ Algorithmen für und Programmierung von
Benutzungsschnittstellen ‣ Engineering Aspekte in Bezug auf die Gestaltung und
Implementierung von Schnittstellen‣ Prozesse der Spezifikation, des Designs und der
Implementierung von Schnittstellen‣ Gestalterische Ansätze und Kompromisse
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Aspekte des HCI
‣ Interdisziplinäre Wissenschaft mit gestalterischem Schwerpunkt‣ Methodenwissen verschiedener Bereiche:
‣ Psychologie‣ Auch: Experimentelle, Pädagogische und Industrie-
Psychologie)‣ Informatik‣ Graphik- und Industriedesign ‣ Technisches Schreiben‣ Human Factors und Ergonomie‣ Anthropologie und Soziologie
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HCI als eigene Disziplin
„Wert“ von HCI‣ Marktvorteile für Unternehmen
‣ Beispiele: Google, Amazon, Microsoft‣ Benutzungsschnittstelle oft in der Praxis entscheidend für den Kauf
eines Systems‣ Benutzungsschnittstelle hat zentralen Einfluss auf die Zufriedenheit
der Nutzer‣ Eine gute Benutzungsschnittstelle kann Arbeitsprozesse verkürzen
und damit zu Einsparungen beitragen‣ Mittlerer Wert des Anteils an Sourcecode der Benutzerschnittstelle
am Gesamtsystem: 48%‣ Hälfte des Aufwands zur Entwicklung eines Softwaresystems
fällt typischerweise auf die Benutzerschnittstelle!
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Beispiel: Schlechte Usability
Web-Seite der Uni Potsdam, 1996
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Beispiel: Gute Usability
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Ziele im HCI
Usability‣ Benutzbarkeit oder Bedienungsfreundlichkeit eines interaktiven
Systems‣ Interaktive Systeme sind Systeme, die eine Benutzerschnittstelle
aufweisen und auf Benutzeraktionen reagieren; dazu gehören einfache Maschinen ebenso wie komplexe Softwaresysteme.
‣ Ein System muss‣ leicht erlernbar sein ‣ effizient benutzbar sein‣ eine geringe Fehlerrate aufweisen‣ Benutzersatisfaktion bewirken
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Usability und Konsequenzen
‣ Anforderungen bzgl. Usability unklar‣ Beispiele
‣ Synonyme für Benutzerfreundlichkeit in Microsoft Word 2002 ‣ Einfach zu benutzen, zugänglich, klar, verständlich, “idiotensicher”,
vollständig, fertig und verfügbar‣ Aber:
‣ Ein “Freund“ versucht auch zu helfen und wertvoll zu sein ‣ Ein Freund ist nicht nur verständnisvoll, er versteht‣ Ein Freund ist verlässlich und verletzt nicht‣ Mit einem Freund ist man gern zusammen
‣ Anforderungen auf dieser Ebene subjektiv und vage‣ Folgerung: Systematischer Prozess notwendig um benutzerfreundliche Systeme
für spezifische Anwender und Anwendungskontexte zu entwickeln
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Usability Engineering
Disziplin, die sich mit dem Design und der Entwicklung interaktiver Systeme befasst
Summe all jener Aktivitäten innerhalb des Produktlebenszyklus, die der
Erhöhung der Usability dienen sollen
Grundprinzip
§ Benutzer- und evaluationszentrierte Vorgangsweise
§ Benutzer spielt während des ganzen
Entwicklungsvorganges eine zentrale Rolle
§ Benutzertest und Evaluation bereits in frühen
Projektphasen
§ Iterativer Designprozess
Vorgehensweise
§ Analyse § Iteration / Prototyping
§ User Interface Design § Evaluation
Design
Evaluation Implementierung
Mit fortschreitendem Iterationszyklus werden Designentwürfe, Prototypen und Evaluationen immer detaillierter
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Anforderungsanalyse im Usability Engineering
‣ (Detaillierte) Anforderungsanalyse (Usability Requirements) erster Schritt im Usability Engineering
‣ Ziele der Analyse (nach U.S. Military Standard for Human Engineering Design Criteria,1999)‣ Feststellung der erforderlichen Leistungen von Bedien-, Kontroll- und
Wartungspersonal ‣ Minimierung der notwendigen Skills, persönlicher Befähigungen sowie der
Trainingszeit zur Bedienung des Systems‣ Sicherheit bzgl. der Vollständigkeit der anvisierten Equipment/Software-
Kombinationen‣ Vorantreiben von Design-Standards innerhalb und zwischen den Systemen
‣ Gibt es weitere Aspekte?‣ Z.B., Verbesserung des Lebensstandards von Anwender und Gemeinschaft
‣ Usability bedarf eines Projektmanagements mit sorgfältiger Beachtung von Anforderungsanalyse und Tests zur klaren Definition der Ziele
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Ziele der Anforderungsanalyse (I)
Feststellung der Bedürfnisse des Anwenders‣ Feststellung der Aufgaben (Tasks) und Teilaufgaben (Subtasks),
die durchgeführt werden müssen‣ Einbeziehung der Aufgaben, die nur gelegentlich ausgeführt
werden müssen‣ Bemerkung: Häufige Aufgaben sind leicht zu identifizieren, die
Erfassung von gelegentlichen Aufgaben dagegen schwierig! ‣ Funktionalität muss den Anforderungen des Anwenders
entsprechen, ansonsten wird das System abgelehnt oder nicht ausreichend genutzt
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Ziele der Anforderungsanalyse (II)
Sicherstellung der Verlässlichkeit des Systems‣ Auswirkungen von Aktionen müssen dem spezifizierten Verhalten
entsprechen‣ Dargestellte Daten (z.B. aus Datenbank) müssen den intern
tatsächlich verwendeten Werten (z.B. Speicherung) entsprechen‣ Berücksichtigung des anfänglichen Misstrauens des Anwenders in
ein neues System ‣ Das System sollte so oft wie möglich verfügbar sein‣ Das System darf keine Fehler in die Arbeitsprozesse einführen ‣ Die Privatsphäre des Anwenders sowie alle Daten müssen gegen
unautorisierten Zugriff, Löschen/Zerstörung von Informationen und böswillige Veränderung geschützt werden
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Ziele der Anforderungsanalyse (II)
Vorantreiben von Standardisierung, Integration, Konsistenz und Portabilität ‣ Standardisierung: Wenn möglich, verwende existierende Industriestandards
zur Unterstützung des Erlernens des Systems und zur Vermeidung von Fehlern‣ Z.B. DIN-, W3C- und ISO-Standards
‣ Integration: das Produkt sollte auf verschiedenen Plattformen und Systemen lauffähig sein (z.B. Unix, Palm)
‣ Konsistenz: ‣ Kompatibilität über verschiedene Produktversionen ‣ Kompatibilität mit papier-basierten und anderen nicht
computerbasierten Prozessen und Systemen‣ Verwendung üblicher Aktionssequenzen, Begriffe, Einheiten, Farben,
etc. innerhalb des Systems‣ Portabilität: Ermöglichung der Konvertierung von Daten zur Nutzung auf
anderen Software- und Hardware-Umgebungen
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Ziele der Anforderungsanalyse (III)
Abschluss des Projektes innerhalb der geplanten Projektlaufzeit und dem geplanten Projektbudget
‣ Verspätete Projekte oder Projekte, die aus dem Budget laufen, verursachen ernsten Druck
‣ Darunter leiden oftmals Qualität und Stabilität‣ Konsequenzen‣ Unzufriedene Kunden‣ Verlust von Kunden an Konkurrenz
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Zusammenfassung
‣ Human Computer Interaction als Disziplin, die sich mit der Gestaltung, der Evaluierung und der Implementierung interaktiver Systeme auseinandersetzt
‣ Allgemein: benutzerzentrierter Ansatz
‣ Erster Schritt: Detaillierte Anforderungsanalyse
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Aufgabe
‣ Lesen Sie Kapitel 1 aus dem Buch‣ Shneiderman, Plaisant: Designing the User Interface
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Hier wird Wissen Wirklichkeit
Schluss ;-)
aber: für Fragen muss schon noch etwas Zeit sein!
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Quellen
‣ Hewett, Baecker, Card, Carey, Gasen, Mantei, Perlman, Strong and Verplank: ACM SIGCHI Curricula for Human-Computer Interaction, ACM SIGCHI, 1996
‣ Ben Shneiderman, Catherine Plaisant: Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction, 4th Edition, Addison-Wesley Pub., 2004
Dieses Vorlesungsmaterial basiert auf einer Vorlesung von Prof. Dr. Wolfgang Müller (hier im WS 2004/2005 gehalten)