Tangible interaction with anthropomorphic smart objects in instrumented environments

Abstract

A major technological trend is to augment everyday objects with sensing, computing and actuation power in order to provide new services beyond the objects' traditional purpose, indicating that such smart objects might become an integral part of our daily lives. To be able to interact with smart object systems, users will obviously need appropriate interfaces that regard their distinctive characteristics. Concepts of tangible and anthropomorphic user interfaces are combined in this dissertation to create a novel paradigm for smart object interaction. This work provides an exploration of the design space, introduces design guidelines, and provides a prototyping framework to support the realisation of the proposed interface paradigm. Furthermore, novel methods for expressing personality and emotion by auditory means are introduced and elaborated, constituting essential building blocks for anthropomorphised smart objects. Two experimental user studies are presented, confirming the endeavours to reflect personality attributes through prosody-modelled synthetic speech and to express emotional states through synthesised affect bursts. The dissertation concludes with three example applications, demonstrating the potentials of the concepts and methodologies elaborated in this thesis.

Die Integration von Informationstechnologie in Gebrauchsgegenstände ist ein gegenwärtiger technologischer Trend, welcher es Alltagsgegenständen ermöglicht, durch den Einsatz von Sensorik, Aktorik und drahtloser Kommunikation neue Dienste anzubieten, die über den ursprünglichen Zweck des Objekts hinausgehen. Die Nutzung dieser sogenannten Smart Objects erfordert neuartige Benutzerschnittstellen, welche die speziellen Eigenschaften und Anwendungsbereiche solcher Systeme berücksichtigen. Konzepte aus den Bereichen Tangible Interaction und Anthropomorphe Benutzerschnittstellen werden in dieser Dissertation vereint, um ein neues Interaktionsparadigma für Smart Objects zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit untersucht dafür die Gestaltungsmöglichkeiten und zeigt relevante Aspekte aus verwandten Disziplinen auf. Darauf aufbauend werden Richtlinien eingeführt, welche den Entwurf von Benutzerschnittstellen nach dem hier vorgestellten Ansatz begleiten und unterstützen sollen. Für eine prototypische Implementierung solcher Benutzerschnittstellen wird eine Architektur vorgestellt, welche die Anforderungen von Smart Object Systemen in instrumentierten Umgebungen berücksichtigt. Ein wichtiger Bestandteil stellt dabei die Sensorverarbeitung dar, welche unter anderem eine Interaktionserkennung am Objekt und damit auch eine physikalische Eingabe ermöglicht. Des Weiteren werden neuartige Methoden für den auditiven Ausdruck von Emotion und Persönlichkeit entwickelt, welche essentielle Bausteine für anthropomorphisierte Smart Objects darstellen und in Benutzerstudien untersucht wurden. Die Dissertation schliesst mit der Beschreibung von drei Applikationen, welche im Rahmen der Arbeit entwickelt wurden und das Potential der hier erarbeiteten Konzepte und Methoden widerspiegeln.