Understanding and supporting same-side interaction with wrist-worn devices

Abstract

Latest advancements in mobile and wearable computing, especially due to miniaturization of technical components, bring up more and more powerful wrist-worn devices with smart features such as touchscreens, advanced sensors or novel interaction possibilities. Despite their technical sophistication, the inherently small screen size generates new challenges, both, for input and output. The mobile nature of the devices results in varying application contexts, while the position on the wrist complicates perception of information as well as interaction with the device - especially with respect to touch input that always requires the involvement of both hands. In this thesis, we investigate same-side interactions only involving the hand that is wearing the device to overcome the aforementioned problems. We contribute to the field of wearable computing and human-computer interaction by investigating the following three directions: Exploration of state-of-the-art interactions concepts, investigation of novel interaction designs, and comparison of opposite- and same-side interaction methods. Based on online questionnaires and user studies, insights into the underlying foundations are provided and guidelines for improving the interaction design of smart wrist-worn devices are offered. We further contribute to the dissemination of applications making use of data from wearable devices by providing advanced gesture detection and classification methods. Additionally, a tool is provided to help evaluating the perception of user interfaces for wrist-worn devices.

Die jüngsten Entwicklungen im Bereich mobiler und am Körper getragener Geräte, insbesondere die Miniaturisierung der technischen Komponenten, führen zu immer leistungsfähigeren Geräten, die am Handgelenk getragen werden können und über intelligente Funktionen wie Touchscreens, fortschrittliche Sensorik oder neuartige Interaktionsmöglichkeiten verfügen. Trotz ihrer technischen Ausgereiftheit bringen die mit der Gerätegröße einhergehenden kleinen Bildschirme neue Herausforderungen mit sich, sowohl für die Eingabe- als auch die Ausgabeseite. Der mobile Charakter der Geräte führt zu häufig wechselnden und potentiell sehr unterschiedlichen Anwendungskontexten. Die fixe Position am Handgelenk erschwert zusätzlich die Wahrnehmung von Informationen sowie die Interaktion mit dem Gerät - insbesondere im Hinblick auf Eingabe mittels Finger, die immer die Beteiligung beider Hände erfordert. In dieser Thesis untersuchen wir Interaktionen, die nur die Hand einbeziehen, an deren Handgelenk das Gerät getragen wird, um die oben genannten Herausforderungen zu überwinden. Wir leisten dabei Beiträge zur Weiterentwicklung der Gebiete Wearable Computing und Mensch-Computer-Interaktion, indem wir in den folgenden drei Bereichen forschen: Exploration moderner Interaktionskonzepte, Untersuchung neuartiger Interaktionsdesigns sowie Vergleich von beid- und einhändigen Interaktionsmethoden. Anhand von Onlineumfragen und Nutzerstudien liefern wir Erkenntnisse, die zu einem besseren Verständnis der unterliegenden Konzepte führen und formulieren Richtlinien zur Verbesserung des Interaktionsdesigns von smarten, am Handgelenk getragenen Geräten. Darüber hinaus leisten wir einen Beitrag zur einfacheren Entwicklung und Verbreitung von Anwendungen, die Sensordaten von tragbaren Geräten nutzen, indem wir verbesserte Methoden zur Gestenerkennung und -klassifizierung bereitstellen. Außerdem stellen wir ein Tool zur Verfügung, das bei der Bewertung der Wahrnehmung von Benutzerschnittstellen für am Handgelenk getragene Geräte unterstützt.