An activity-centered ubiquitous computing framework for supporting occasional human activities in public places

Abstract

A major challenge to ubiquitous computing system designers is the provision of walk-up-and-use solutions for supporting activities performed by occasional visitors to a particular place. When arriving for the first time to a particular place, occasional visitors have little or no idea about what the local environment is providing to support their activity. Furthermore, this support has to be self-explainable and quickly learnable, as occasional visitors are not prepared to interact with an unknown system and do not have time to spend understanding and learning how to use new tools. Ubiquitous computing environments promise to transparently support people in their daily activities by leveraging computing resources existent in the physical environment. Ubiquitous computing can greatly enhance the experience of occasional visitors to public spaces, by offering effective and transparent means for achieving their activities. Moreover, ubiquitous computing interaction artefacts are becoming increasingly cheap, thus allowing for widespread availability throughout public spaces. However, there is still much to do to achieve the vision of a computing system that requires little or no attention at all, so that humans can use the computer unconsciously. Ideally, people should perform an activity requiring computing tools as they perform any other activity, by focusing on the activity itself, and using the computing tool as naturally as other tools. There is thus the need to center the design and development of ubiquitous systems in the human activity, in order to bring computing closer to people and to transparently support activities that take place in the physical world. This work thus follows an activity-centered approach to ubiquitous computing and contributes with ActivitySpot, an activity-centered conceptual and software framework targeted at providing ubiquitous computing support for occasional visitors to public spaces. The conceptual framework aims at modelling human activity and user interaction with the ubiquitous computing system. Undertaking an activity-centered approach to ubiquitous computing system design requires an understanding of how humans think about and carry out their activities. Therefore, this research is grounded on previous work on human activity analysis, namely Activity Theory, a conceptual framework for analyzing human activity developed during the twentieth century. The software framework includes a ubiquitous computing infrastructure for providing the actual support to occasional visitors, tools for deploying ubiquitous computing solutions by non-computer-expert public space administrators, and a software library for developing the support to new activities. Both the conceptual and software framework have been evaluated by a series of end-user studies which showed that ActivitySpot is effective for walk-up-and-use systems, making user interaction with a ubiquitous computing system almost as natural as interacting with other everyday tools. The majority of users clearly reported that ActivitySpot fostered learnability and usability. The choice of using elementary, everyday interaction means with a simple stimulus-response interaction model was also fundamental in the success with end-users. Moreover, the ActivitySpot software framework enables rapid development of the support for new activities and actions, by means of a software library for developers, as well as it eases the deployment and configuration of that support, by means of a graphical user interface authoring tool for public space managers.

Um dos maiores desafios para quem desenha sistemas de computação ubíqua é o fornecimento de soluções que favoreçam a interacção espontânea, sem treino prévio, sobretudo as destinadas a suportar actividades realizadas por visitantes ocasionais de um determinado lugar. Quando chegam pela primeira vez a um determinado lugar, os visitantes sabem pouco ou nada sobre o que é disponibilizado para facilitar a sua visita. Além disso, o suporte fornecido tem de ter características que permitam uma aprendizagem rápida da sua utilização, visto que os visitantes ocasionais não estão preparados para interagir com um sistema desconhecido e não têm tempo para aprender a usar novas ferramentas. A computação ubíqua promete ajudar, de modo transparente, as pessoas nas suas actividades diárias, tirando partido dos recursos de computação existentes no ambiente físico. A computação ubíqua pode deveras melhorar a experiência dos visitantes ocasionais de espaços públicos, oferecendo-lhes meios transparentes e eficazes para levarem a cabo as suas actividades. Além disso, os artefactos de computação ubíqua estão a tornar-se cada vez mais acessíveis, havendo pois condições para uma disponibilidade alargada na generalidade dos espaços públicos. No entanto, há ainda muito a fazer para concretizar a visão de um sistema de computação que requeira pouca ou nenhuma atenção por parte dos utilizadores. Idealmente, as pessoas deveriam executar uma actividade que requeira ferramentas de computação com a mesma facilidade com que executam outras actividades, focando-se na própria actividade e utilizando as ferramentas de computação tão naturalmente como utilizam outras ferramentas. Há pois a necessidade de centrar o desenho e o desenvolvimento de sistemas ubíquos na actividade humana, de modo a aproximar a computação das pessoas e a suportar de maneira transparente as actividades que têm lugar no mundo físico. Este trabalho segue, portanto, uma abordagem centrada na actividade e contribui com o ActivitySpot, uma plataforma conceptual e de software, centrada na actividade, destinada a fornecer suporte de computação ubíqua para visitantes ocasionais de espaços públicos. A plataforma conceptual pretende modelar a actividade humana e a interacção com o sistema de computação ubíqua. A opção pela abordagem centrada na actividade requer o entendimento sobre como os humanos pensam e executam as suas actividades. É, pois, por isso que esta investigação é baseada em trabalho prévio na área de análise de actividades humanas, nomeadamente na Teoria da Actividade, um modelo conceptual de análise da actividade humana, desenvolvido durante o século XX. A plataforma de software inclui uma infra-estrutura de computação ubíqua destinada a suportar as actividades de visitantes ocasionais, ferramentas para a instalação de soluções de computação ubíqua por parte de administradores de espaços públicos que não dominem necessariamente ferramentas computacionais, e uma biblioteca de software para o desenvolvimento do suporte a novas actividades. Ambas as plataformas foram avaliadas por uma série de estudos com utilizadores. Estes estudos demonstraram que o ActivitySpot é eficaz em situações de utilização espontânea de sistemas que não tenham sido objecto de treino prévio, tornando a interacção com um sistema de computação ubíqua tão natural como a interacção com outras ferramentas do dia-a-dia. A maioria dos utilizadores relatou claramente que o ActivitySpot fomentou a fácil aprendizagem e utilização. A opção pela utilização de meios de interacção elementares e de uso diário e de um modelo de interacção simples, baseado no conceito de estímulo-resposta, foi igualmente fundamental no sucesso obtido com a utilização do sistema. Além disso, verificou-se que a plataforma ActivitySpot permite o rápido desenvolvimento de suporte a novas actividades e acções, através da biblioteca de software, assim como facilita a instalação e configuração do suporte às actividades, por meio de uma ferramenta gráfica de edição destinada a gestores de espaços públicos.