Design and evaluation of web interface signs to improve web usability : a semiotic framework

Technological innovations, the development of the internet, and globalization have increased the number and complexity of web applications. As a result, keeping web user interfaces understandable and usable (in terms of ease-of-use, effectiveness, and satisfaction) is a challenge. As part of this, designing userintuitive interface signs (i.e., the small elements of web user interface, e.g., navigational link, command buttons, icons, small images, thumbnails, etc.) is an issue for designers. Interface signs are key elements of web user interfaces because ‘interface signs’ act as a communication artefact to convey web content and system functionality, and because users interact with systems by means of interface signs. In the light of the above, applying semiotic (i.e., the study of signs) concepts on web interface signs will contribute to discover new and important perspectives on web user interface design and evaluation. The thesis mainly focuses on web interface signs and uses the theory of semiotic as a background theory. The underlying aim of this thesis is to provide valuable insights to design and evaluate web user interfaces from a semiotic perspective in order to improve overall web usability. The fundamental research question is formulated as What do practitioners and researchers need to be aware of from a semiotic perspective when designing or evaluating web user interfaces to improve web usability? From a methodological perspective, the thesis follows a design science research (DSR) approach. A systematic literature review and six empirical studies are carried out in this thesis. The empirical studies are carried out with a total of 74 participants in Finland. The steps of a design science research process are followed while the studies were designed and conducted; that includes (a) problem identification and motivation, (b) definition of objectives of a solution, (c) design and development, (d) demonstration, (e) evaluation, and (f) communication. The data is collected using observations in a usability testing lab, by analytical (expert) inspection, with questionnaires, and in structured and semi-structured interviews. User behaviour analysis, qualitative analysis and statistics are used to analyze the study data. The results are summarized as follows and have lead to the following contributions. Firstly, the results present the current status of semiotic research in UI design and evaluation and highlight the importance of considering semiotic concepts in UI design and evaluation. Secondly, the thesis explores interface sign ontologies (i.e., sets of concepts and skills that a user should know to interpret the meaning of interface signs) by providing a set of ontologies used to interpret the meaning of interface signs, and by providing a set of features related to ontology mapping in interpreting the meaning of interface signs. Thirdly, the thesis explores the value of integrating semiotic concepts in usability testing. Fourthly, the thesis proposes a semiotic framework (Semiotic Interface sign Design and Evaluation – SIDE) for interface sign design and evaluation in order to make them intuitive for end users and to improve web usability. The SIDE framework includes a set of determinants and attributes of user-intuitive interface signs, and a set of semiotic heuristics to design and evaluate interface signs. Finally, the thesis assesses (a) the quality of the SIDE framework in terms of performance metrics (e.g., thoroughness, validity, effectiveness, reliability, etc.) and (b) the contributions of the SIDE framework from the evaluators’ perspective.

Natiivin Android-pelin käyttöliittymän skaalautuminen ja suorituskyvyn optimointi

Tässä työssä esiteltiin Android laitteisto- ja sovellusalustana sekä kuvattiin, kuinka Android-pelisovelluksen käyttöliittymä voidaan pitää yhtenäisenä eri näyttölaitteilla skaalauskertoimien ja ankkuroinnin avulla. Toisena osiona työtä käsiteltiin yksinkertaisia tapoja, joilla pelisovelluksien suorituskykyä voidaan parantaa. Näistä tarkempiin mittauksiin valittiin matalatarkkuuksinen piirtopuskuri ja näkymättömissä olevien kappaleiden piilotus. Mittauksissa valitut menetelmät vaikuttivat demosovelluksen suorituskykyyn huomattavasti. Tässä työssä rajauduttiin Android-ohjelmointiin Java-kielellä ilman ulkoisia kirjastoja, jolloin työn tuloksia voi helposti hyödyntää mahdollisimman monessa eri käyttökohteessa.

A SOA-based Framework for Multi-Devices and Multi-Platform User Interfaces

This thesis reports investigations on applying the Service Oriented Architecture (SOA) approach in the engineering of multi-platform and multi-devices user interfaces. This study has three goals: (1) analyze the present frameworks for developing multi-platform and multi-devices applications, (2) extend the principles of SOA for implementing a multi-platform and multi-devices architectural framework (SOA-MDUI), (3) applying and validating the proposed framework in the context of a specific application. One of the problems addressed in this ongoing research is the large amount of combinations for possible implementations of applications on different types of devices. Usually it is necessary to take into account the operating system (OS), user interface (UI) including the appearance, programming language (PL) and architectural style (AS). Our proposed approach extended the principles of SOA using patterns-oriented design and model-driven engineering approaches. Synthesizing the present work done in these domains, this research built and tested an engineering framework linking Model-driven Architecture (MDA) and SOA approaches to developing of UI. This study advances general understanding of engineering, deploying and managing multi-platform and multi-devices user interfaces as a service.

Automated UI testing. WBCT, a computer-automated user test environment tool.

Today, the user experience and usability in software application are becoming a major design issue due to the adaptation of many processes using new technologies. Therefore, the study of the user experience and usability might be included in every software development project and, thus, they should be tested to get traceable results. As a result of different testing methods to evaluate the concepts, a non-expert on the topic might have doubts on which option he/she should opt for and how to interpret the outcomes of the process. This work aims to create a process to ease the whole testing methodology based on the process created by Seffah et al. and a supporting software tool to follow the procedure of these testing methods for the user experience and usability.

Tapiola-ryhmän Yhtiökokousjärjestelmä-ohjelmiston määrittely ja suunnittelu

Tässä insinöörityössä selvitettiin mahdollisuuksia parantaa Tapiola-ryhmän Yhtiökokousjärjestelmä-ohjelmiston ominaisuuksia ja tietoturvallisuutta. Järjestelmää käytetään Tapiola-ryhmän vakuutusyhtiöiden yhtiökokouksiin osallistuvien osakkaiden kirjaamiseen ja heidän äänten laskentaan. Tutkimuksen perusteella tehtiin järjestelmän määrittely ja suunnittelu, joiden tuloksena syntyivät toiminnallinen ja tekninen määrittelydokumentaatio, jotka toimivat pohjana uuden Yhtiökokousjärjestelmän toteutukselle. Työ tehtiin Tapiola-ryhmälle Tieto-Tapiola Oy:n tilauksesta. Työn alussa tutkittiin erilaisia mahdollisuuksia toteuttaa järjestelmän ohjelmisto- ja tietokanta-arkkitehtuuri, joiden perusteella määrittelyä ja suunnittelua alettiin toteuttaa. Tutkimuksen perusteella päädyttiin käyttämään Java SE -arkkitehtuuria sovelluksen toteutukseen ja SQL Server -tietokantaa järjestelmän tietovarastona. Valittuihin ratkaisuihin päädyttiin niiden hyvien tietoturvallisuus- ja kertakirjausominaisuuksien takia. Toiminnallisessa määrittelydokumentissa käydään läpi järjestelmälle asetettuja vaatimuksia ja kuvataan sen toiminnot, liiketoimintaluokkamalli, käyttöliittymä ja tulosteet. Lisäksi siinä otetaan kantaa järjestelmän käyttöympäristöön, ulkoisiin tietokantaliittymiin, käyttäjän tunnistautumiseen ja tietoturvallisuuteen sekä käydään läpi sen toiminta käyttäjien näkökulmasta. Toiminnallisen määrittelydokumentin pohjalta luotiin tekninen määrittelydokumentti. Siinä kuvataan järjestelmän ympäristö ja ohjelmisto- sekä tietokanta-arkkitehtuuri yleisellä tasolla. Tämän lisäksi järjestelmän arkkitehtuuria käydään myös tarkemmin läpi sekä kuvataan moduulit ja toiminnot niin tarkasti, että niiden perusteella voidaan toteuttaa koko järjestelmä. Työn tuloksena syntyivät kattava toiminnallinen ja tekninen määrittelydokumentaatio, joissa käydään läpi kaikki järjestelmän toteuttamiseen tarvittavat elementit sillä tarkkuudella, että järjestelmän toteuttaminen voidaan aloittaa.

Taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö

Tämä insinöörityö tehtiin ABB Oy, Drivesin Product AC -tulosyksikön tuotekehitysosastolle Helsingissä. Työssä kehitettiin taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. ABB:n taajuusmuuttajien suorituskykytestejä ei ole aikaisemmin automatisoitu. Testit on tehty käsin ja niiden suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn on kulunut paljon aikaa. Automaattisella testauksella pyrittiin testien suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn kuluvan ajan huomattavaan pienentymiseen. Työssä ei ollut tarkoituksena tehdä suorituskykytestejä vaan kehittää automaattinen testausympäristö eli suorituskykytestipenkki, jossa suorituskykytestit on mahdollista suorittaa. Työssä keskityttiin taajuusmuuttajan nopeus- ja momenttisäätäjien suorituskykyyn. Työ toteutettiin suunnittelu- ja ohjelmointityönä. Testausympäristön laitteisto perustuu ABB:n tuotekehityslaboratorioiden olemassaoleviin testipaikkoihin. Testausympäristössä käytetään taajuusmuuttajien lisäksi pääasiassa kolmivaiheisia oikosulkumoottoreita. Lisäksi laitteistoon kuuluu ACS800-sarjan taajuusmuuttaja kuormakäyttönä, momenttianturi ja takometri eli kierrosnopeusmittari. Ohjelmointi tehtiin National Instrumentsin LabVIEW-ohjelmointiympäristön versiolla 8.0. Testausympäristön käyttöliittymänä toimii saman yrityksen TestStand-testausohjelmiston versio 3.5. Testattavien taajuusmuuttajien ohjausta ja momenttianturin lukemista varten ohjelmoitiin virtuaali-instrumentteja. Virtuaali-instrumentteja kutsutaan TestStand-testisekvensseistä. Testisekvenssit luodaan TestStandin sekvenssieditorilla ja suoritetaan sekvenssieditorissa tai operaattorin käyttöliittymässä. Työn tuloksena syntyi taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. Testausympäristöä voidaan hyödyntää sekä nykyisen että seuraavan sukupolven taajuusmuuttajien testauksessa. Sillä on mahdollista suorittaa yleisimmät taajuusmuuttajien suorituskykytestit, kuten nopeus- ja momenttisäätöjen staattinen ja dynaaminen tarkkuus, hyvin kattavasti. Testit voidaan automaattisesti suorittaa koko testikäytön sallimalla pyörimisnopeus- ja kuormitusalueella. Näytteenottotaajuus voi olla enintään 1 kHz luettaessa pyörimisnopeutta ACS800-sarjan taajuusmuuttajan kautta ja momenttianturia samanaikaisesti. Virtuaali-instrumenteista koostuvia testisekvenssejä voidaan vapaasti muokata ja kehittää testejä edelleen tai luoda kokonaan uusia testejä. Testausympäristö perustuu teollisuudessa yleisesti käytettyihin ohjelmistoihin ja tarjoaa hyvät mahdollisuudet jatkokehitykselle.

Maastoajoneuvon käyttöliittymän reaaliaikasimulaattori

Työn tavoitteena oli kehittää ja toteuttaa reaaliaikasimulaattori maastoajoneuvon käyttöliittymälle, jota ajoneuvon kuljettajakäyttää ajon aikana. Simulaattori oli tarkoitettu ensisijaisesti käyttöliittymän testaukseen, mutta sen pitää olla helposti laajennettavissa esimerkiksi koulutuskäyttöön. Mallinnustyökaluina oli tarkoitus käyttääpääsääntöisesti markkinoilta saatavia valmiita ohjelmistoja. Simulaattorin toteutuksessa käytettiin myös manuaalista ohjelmointia, koska valituilla ohjelmistoilla ei suoraan voinut saavuttaa reaaliaikaista visualisointia. Käsin kirjoitetut koodit hoitavat valmiilla ohjelmistoilla tehtyjen osien välisen tiedonsiirron. Varsinainen mallintaminen oli valituilla ohjelmistoilla helppoa ja nopeaa. Työn tuloksena saatiintoteutettua simulaattori, jonka vaikutelma oli reaaliaikainen. Käytettävyystestit onnistuivat hyvin simulaattorin avulla. Simulointimallin modulaarisuuden ansiosta mallia on helppo päivittää. Simulaattorin jatkokehityksessä oleelliset seikat ovat visualisoinnin parantaminen ja todellista ajoneuvoa vastaavan dynamiikan lisääminen.

GTK+ toolkit on mobile Linux devices

Linux -käyttöjärjestelmä on laajasti käytössä palvelin- ja työpöytätietokoneissa. Linux on lisäämässä suosiotaan kuitenkin myös sulautetuissa laitteissa, kuten PDA:issa, kännyköissä sekä erilaisissateollisuusjärjestelmissä. Näytön koko, suorituskyky ja käytettävyys asettavat omia erityisiä tarpeitaan laitteiden graafiselle käyttöliittymälle. Linux -käyttöjärjestelmälle on olemassa useita käyttöliittymäkirjastoja, joista GTK+ on yksi yleisimmin käytetyistä. Tämä diplomityö esittelee sulautetun Linux -käyttöjärjestelmän ja GTK+ käyttöliittymäkirjaston, selvittäen miten hyvin ne soveltuvat mobiileihin päätelaitteisiin. Yksi suurimmista esteistä työpöytäkäyttöön suunnattujen teknologioiden, kuten GTK+, muokkaamisessa mobiileihin päätelaitteisiin on suorituskyky. Osana tätä työtä kehitettiin GtkPerf -niminen työkalu, jolla GTK+:n suorituskykyä eri alustoilla pystytään helposti mittaamaan ja havaitsemaan mahdollisia pullonkauloja. Tämän työn johtopäätöksenä on, että pienillä muokkailuilla ja optimoinneilla GTK+ soveltuu myös mobiileihin päätelaitteisiin. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva GTK+ -pohjainen päätelaite, Nokia 770 Internet Tablet, on tästä osoituksena.

Kontekstitietoisen mobiilipelin suunnittelu ja toteutus

Kontekstitietoisuuden katsotaan voivan parantaa sovellusten ja palvelujen käytettävyyttä matkapuhelimissa. Kontekstitietoisuuden tekniikoita voidaan käyttää myös peleissä, joko siksi, että ne mahdollistavat uudenlaisia pelejä, tai siksi, että peleillä voidaan havainnollistaa ja testata eri tekniikoiden toimintaa. Diplomityössä esitellään prototyyppi monen pelaajan kontekstitietoisesta mobiilipelistä, jossa pelivälineinä käytetään kamerapuhelimella luettavia tavallisia viivakoodeja. Viivakoodit on yhdistetty palvelimella sijaitsevan pelimaailman kohteisiin, joiden omistuksesta pelaajat kilpailevat. Peliä on tarkoitus arvioida myöhemmin pelattavuuden ja idean kiinnostavuuden kannalta. Prototyypin toinen tehtävä on havainnollistaa Multi-User Publishing Environment (MUPE) -sovellusalustan tukea kontekstitietoisuudelle. Työ kuvaa pelin suunnittelun, toteutuksen ja arvioinnin alkaen varhaisimmista ideoista ja päättyen osittaiseen prototyyppiin. Prototyypissä on toteutettu osa pelilogiikasta ja käyttöliittymästä, mutta sitä ei ole integroitu kontekstitietoa kerääviin sensoreihin. Pelin suunnittelussa käytettiin apuna heuristista arviointia ja kahta fokusryhmähaastattelua.

Vaihtokenttämagnetometrin suunnittelu ja rakentaminen

Tämän työn tavoitteena oli suunnitella ja rakentaa vaihtokenttämagnetometri, jolla voidaan tutkia näytteen magneettisia ominaisuuksia eri lämpötiloissa ja eri taajuuksilla. Menetelmänä käytettiin keskinäisinduktiotekniikkaa, joka on hyvin yleinen tapa tutkia aineen magneettista suskeptibiliteettiä. Magnetometriä ohjataan LabVIEW:lla tehdyllä käyttöliittymällä, joka suunniteltiin yksinkertaiseksi ja helpoksi käyttää. Ohjelma sisältää ohjeet, jotka auttavat parametrien ja toimintojen valinnoissa. LabVIEW:lla ohjataan askelmoottoria, näytteen lämmitintä, lämpötilan mittausta ja lukitusvahvistinta, jolta mittaustulokset saadaan. Laitteen testauksessa käytettiin korkean lämpötilan suprajohdetta YBa2Cu3O6+x, koska sillä saadaan aikaan suurisignaali. Mittaukset tehtiin nestemäisen typen lämpötilassa kahdella eri taajuuden arvolla. Laite antoi oikeanlaisen signaalin ulos eli todettiin laitteen toimivan. Laite toimii hyvin korkeammilla taajuuksilla. Mentäessä hyvin matalille taajuuksille, lukitusvahvistin ei pystynyt lukittumaan, eikä siis siten antanut oikeanlaisia tuloksia.

Hallintasovellus M2M-tiedonsiirtoon GPRS-verkossa

Pääosa matkapuhelinjärjestelmien liikenteestä on toistaiseksi puhetta. Dataliikenteen osuus on kuitenkin jatkuvasti kasvamassa uusien tekniikoiden myötävaikutuksella. Langattoman dataliikenteen kehittämiselle tuo myös lisäpainetta internetin nopeasti yleistynyt käyttö. Eräs lupaavimmista sovellusalueista on konekommunikaatio, M2M, minkä läpilyöntiä on ennustettu jo vuosia. Viime vuosina markkinoille tulleet M2M-laitteet tarjoavat aiemmista laitteista poiketen myös mahdollisuuden sovellusten suorittamiseen itse laitteessa ja niiden päivittämisen langattomasti. Työssä vertaillaan kolmea markkinoilla olevaa konekommunikaatioon soveltuvaa laitetta ja tarkastellaan niiden ominaisuuksia ja sovellusten päivitettävyyttä GPRS-verkkoa käyttäen. Tarkastelussa havaitaan, että teleoperaattoreiden asettamat rajoitukset ja käytössä olevat päivitysmenetelmät aiheuttavat tiettyjä ongelmia päivitysten käytettävyydelle. Työn tuloksena kehitettiin hallintasovellusohjelmisto, mikä mahdollisti etäällä sijaitsevien M2M-laitteiden sovellusten päivittämisen helppokäyttöisen käyttöliittymän avulla. Hallintasovellusta käyttäen useita, maantieteellisesti hajallaan olevia laitteita oli mahdollista päivittää samanaikaisesti automatisoidusti. Hallintasovellus osoittautui käyttökelpoiseksi työkaluksi M2Mlaitteiden sovellusten hallintaan jo, kun laitemäärä kasvoi muutamista kappaleista muutamaan kymmeneen.

Rakennus- ja talotekniikkaurakoitsijoille kehitettyjen CADsovellusten markkinapotentiaali Baltian maissa

Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää maakohtainen markkinapotentiaali urakoitsijoille kehitetyille CAD-sovelluksille eri Baltian maissa. Tämän laskemiseksitarvittiin tietoa rakentamisen arvoketjusta ja urakointimallista näillä alueilla. Näihin teemoihin liittyi myös läheisesti teoriakehykset markkinapotentiaalista, kansainvälistymisestä sekä arvoketjuajattelusta. Lisätavoitteena oli selvittää tarvittavat lokalisointi muutokset sovelluksiin. Nämä voivat liittyä esimerkiksi käytettäviin tuotemalleihin, kieleen, symboliikkaan, käyttöliittymään tai rekistereihin. Näihin kysymyksiin pyrittiin löytämään vastauksia urakointi- ja tukkuliikkeisiin suunnatuissa teemahaastatteluissa. Tutkimuksen tulosten pohjalta saatiin laskettua karkea arvio markkinapotentiaalista näillä markkina-alueilla, sekä kerättyä tietoa tarvittavista lokalisoinneista. Johtopäätöksissä esitetään suositus kansainvälistymismuodosta ja lisätutkimuksista.

Mielipidekyselyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Tämän työn tavoitteena on suunnitella yksinkertainen Internet-pohjainen mielipidekyselyjärjestelmä sekä esitellä yksityiskohtaisesti järjestelmän toteutus ja siihen liittyvät menetelmät. Menetelmistäesitellään ainoastaan ennalta valitut menetelmät järjestelmän toteutukseen, tietojen esittämiseen, esitystavan muotoiluun sekä tietojen varastointiin. Järjestelmä toteutetaan HTML- ja PHP-kielillä sekä käyttämällä CSS-menetelmän tyylimuotoiluja ja XML-kielen muotoiluun perustuvia tiedostoja tietovarastoina. Järjestelmän suunnitteluun liittyen työssä pyritään kuvaamaan järjestelmään toteutettavat kaksi erillistä käyttöliittymää, pääkäyttäjän käyttöliittymä ja normaalin käyttäjän käyttöliittymä, sekä näihin toteutettavat toiminnot. Pääkäyttäjän tärkeimmät toiminnot ovat mielipidekyselyiden luominen, käyttäjien lisääminen kyselyihin sekä kyselyiden tulosten seuranta. Normaalin käyttäjän toiminnot taas rajoittuvat kirjautumiseen ja kyselyyn vastaamiseen. Järjestelmän toteutuksen kuvauksessa kuvataan tarkasti edellä mainittujen kahden käyttöliittymän toiminnot sekä näiden toimintojen toteutustavat. Lisäksi toteutuksen kuvauksen yhteydessä määritellään tarkasti järjestelmän tietovarastoina toimivien tiedostojen sisällön muoto. Työn lopputuloksena syntyi valituilla toteutustavoilla toteutettu toimiva mielipidekyselyjärjestelmä sekä tämä järjestelmän suunnitteluun ja toteutuksen selvittämiseen keskittynyt dokumentti. Toteutetusta järjestelmästä ei tullut täydellinen vaan jatkokehityksessä voidaan harkita esimerkiksi tietokannan käyttämistä järjestelmän tietovarastoina sekä joidenkin lisäominaisuuksien toteuttamista. Tavoitteeseen päästiin kuitenkin, sillä toteutettu järjestelmä on toimiva ja käyttötarkoitukseensa sopiva.

Käyttöliittymä verkonhallintaan sulautetussa Linux-käyttöjärjestelmässä

During the project we get familiar with Linksys WRT54GL wireless router and its network managing methods. Operating system is OpenWRT which is Linux-based distribution for embedded devices. OpenWRT uses two kind of approach for its network administration. The first one is web-based user interface and the second one is command line based. Both methods are working but do not solve all problems that competent network administrator can need for secured network managing. The goal of the project was design an NCurses-based user interface for network administration that can be run from command line. The user interface can be use for example from terminal via SSH which is yet faster and also light to use. The idea is to combine the user friendly of WWW-interface and the advanced options that command line based network managing can offer. Linux-based open source OpenWRT offers good development tools. There exist also a compact development community if there is need for further development of software in future. So far user interface for command line based network administrator is not available.

Meesauunin mekaniikan simulointi

Meesauuni on sulfaattiselluloosan valmistuksen kemikaalikierron apukemikaalin, kalkin valmistukseen käytettävä laite. Rakenteeltaan meesauuni koostuu pyöreästä lievästi horisontaalitasosta kaltevaan asentoon tuetusta putkesta sekä putkea tukevista kannatuselimistä. Meesauunia pyöritetään käytön aikana pituusakselinsa ympäri. Työn tarkoituksena oli rakentaa ADAMS-simulointiohjelmistoon käyttöliittymä meesauunin simulointimallin luomiseen uunin päämittojen avulla. Työssä selvitetään simulointimallin soveltuvuutta uunin kannatuselimiin kohdistuvien voimien tutkimiseen uunin normaaliajossa ja tietyissä ongelmatilanteissa. Työssä suoritettujen simulointien todettiin vastaavan melko hyvin todellista meesauunia ja tukevan ajatusta ADAMS:in käyttämisestä meesauunin mekaniikan simulointiin. Samalla todettiin kuitenkin lisämittausten kehittämisen tarpeellisuus ennen pidemmälle meneviä johtopäätöksiä.