인간-컴퓨터 상호 작용

3. 관련 연구 분야

인간-컴퓨터 상호작용은 다음과 같은 분야에 걸친 학제간 연구 분야이다.

• 미학
• 인류학
• 컴퓨터 과학
• 인공지능
• 인지과학
• 산업 디자인
• 인간공학
• 도서관학
• 심리학
• 사회심리학
• 사회학
• 사용자 경험 디자인
• 접근성
• 인터랙션 디자인
• 미디어 연구
• 컴퓨터 보조 공동 작업

4. 용어

• HCI와 CHI: HCI와 CHI는 모두 인간과 컴퓨터 상호작용을 의미하는 용어이다. CHI("카이"로 발음)는 Computer-Human Interaction의 약자로, 과거에 더 많이 사용되었다. 현재는 HCI("에이치-씨이-아이"로 발음)라는 용어를 전문가와 연구자들이 선호하는데, 이는 인간과 컴퓨터의 상호작용에서 인간을 우선시해야 한다는 관점을 반영한다. 이러한 관점은 사용자 중심 디자인과도 일맥상통한다.
• 사용성과 유용성: 인간-컴퓨터 상호작용 디자인 방법론은 사용자 인터페이스를 이용하기 쉽고 효율적으로 만드는 것(사용성 향상)을 목표로 한다. 하지만 그에 앞서 사용자 인터페이스가 실제로 사용자가 원하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 것(유용성 확보)이 중요하다.

5. 인터페이스

인간은 여러 가지 방식으로 컴퓨터와 상호 작용하며, 그 사이의 인터페이스는 이러한 상호 작용을 용이하게 하는 데 매우 중요하다. HCI는 때때로 '인간-기계 상호 작용'(HMI), '인간-기계 상호 작용'(MMI) 또는 '컴퓨터-인간 상호 작용'(CHI)이라고도 한다.

오늘날에는 데스크톱 응용 프로그램, 인터넷 브라우저, 휴대용 컴퓨터 및 컴퓨터 키오스크 등에서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 널리 사용된다.^[3] 음성 사용자 인터페이스(VUI)는 음성 인식 및 합성 시스템에 사용되며, 다중 모드 및 GUI를 통해 인간은 기존 인터페이스 패러다임으로는 달성할 수 없는 방식으로 구현된 캐릭터 에이전트와 상호 작용할 수 있다.

인간-컴퓨터 상호 작용 분야는 상호 작용의 질을 향상시키면서, 많은 새로운 연구 분야가 탄생했다. 일반적인 인터페이스를 설계하는 대신, 다양한 연구 분야는 단일 모드가 아닌 다중 모드 개념, 명령/작업 기반 인터페이스가 아닌 지능형 적응형 인터페이스, 수동적 인터페이스가 아닌 능동적 인터페이스에 초점을 맞추고 있다.^[4]

미국 컴퓨터 학회(ACM)는 HCI를 "인간 사용을 위한 대화형 컴퓨팅 시스템의 설계, 평가 및 구현과 이를 둘러싼 주요 현상에 대한 연구를 다루는 학문"으로 정의한다.^[3] HCI의 핵심은 사용자 만족도(최종 사용자 컴퓨팅 만족도)이다.

HCI는 기계와 인간 양쪽 모두에 대한 지식을 활용한다. 기계 측면에서는 컴퓨터 그래픽, 운영 체제, 프로그래밍 언어 및 개발 환경 기술이 관련이 있다. 인간 측면에서는 커뮤니케이션 이론, 그래픽 및 산업 디자인 분야, 언어학, 사회 과학, 인지 심리학, 사회 심리학 및 인간 요소(예: 컴퓨터 사용자 만족도)가 관련이 있다. 공학 및 설계 방법도 관련이 있다.^[3]

잘못 설계된 인간-기계 인터페이스는 예상치 못한 문제를 야기할 수 있다. 고전적인 예로 쓰리마일 섬 사고가 있는데, 조사 결과 인간-기계 인터페이스 설계가 이 재앙의 원인 중 일부 책임이 있는 것으로 결론지었다.

인간-컴퓨터 상호작용(HCI)은 인간 사용자와 컴퓨터 간의 소통 지점으로 설명될 수 있다. 인간과 컴퓨터 간의 정보 흐름은 '상호 작용 루프'로 정의된다. 상호 작용 루프에는 시각 기반, 오디오 기반, 작업 환경, 기계 환경, 인터페이스 영역, 입력 흐름, 출력, 피드백, 적합성 등 여러 측면이 있다.

HCI의 주요 인터페이스 방식은 다음과 같다.

• '''시각 기반 HCI''': 얼굴 표정 분석, 신체 움직임 추적, 제스처 인식, 시선 감지 등의 하위 분야가 있다.
• '''오디오 기반 HCI''': 음성 인식, 화자 인식, 청각적 감정 분석, 인간이 만든 소음/신호 감지, 음악적 상호 작용 등의 분야가 있다.
• '''센서 기반 HCI''': 펜 기반 상호작용, 마우스 및 키보드, 조이스틱, 모션 추적 센서 및 디지타이저, 햅틱 센서, 압력 센서, 미각/후각 센서 등이 있다.

5. 1. 시각 기반 HCI

이러한 시각적 접근 방식은 음성 인식 오류를 수정하기 위한 입술 읽기 또는 입술 움직임 추적과 같이, 다른 유형의 상호 작용에 대한 대안 또는 보조 수단으로 연구되어 왔다.

5. 2. 오디오 기반 HCI

5. 3. 센서 기반 HCI

• '''펜 기반 상호작용''': 특히 모바일 장치에서 관련성이 높으며, 펜 제스처와 필기 인식에 중점을 둔다.
• '''마우스 및 키보드''': 컴퓨팅에 일반적으로 사용되는 잘 확립된 입력 장치이다.
• '''조이스틱''': 상호 작용 제어를 위한 또 다른 확립된 입력 장치로, 게임과 시뮬레이션에 일반적으로 사용된다.
• '''모션 추적 센서 및 디지타이저''': 영화, 애니메이션, 예술 및 게임과 같은 산업에 혁명을 일으킨 최첨단 기술이다. 착용 가능한 천이나 관절 센서와 같은 형태의 이러한 센서는 컴퓨터와 현실 간의 더욱 몰입적인 상호 작용을 가능하게 한다.
• '''햅틱 센서''': 특히 로봇공학 및 가상 현실과 관련된 응용 프로그램에서 중요하며, 터치를 기반으로 피드백을 제공한다. 이들은 인간형 로봇의 감도와 인식을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 의료 수술 응용 프로그램에서도 중요한 역할을 한다.
• '''압력 센서''': 로봇공학, 가상 현실 및 의료 응용 프로그램에서도 중요하며, 표면에 가해지는 압력을 기반으로 정보를 제공한다.
• '''미각/후각 센서''': 다른 영역에 비해 인기가 적지만, 미각과 후각을 위한 센서 분야에서 연구가 진행되어 왔다. 이러한 센서는 성숙도 수준이 다르며, 일부는 잘 확립되었고 다른 일부는 최첨단 기술을 나타낸다.

6. 디자인

• 사용자 및 작업에 대한 초기 집중: 작업 수행에 필요한 사용자 수와 적절한 사용자를 결정한다. 인터페이스를 사용한 적이 없고 앞으로도 사용하지 않을 사람은 유효한 사용자가 아닐 가능성이 높다. 또한 사용자가 수행할 작업과 작업 수행 빈도를 정의한다.
• 경험적 측정: 인터페이스를 매일 접촉하는 실제 사용자를 대상으로 테스트한다. 결과는 사용자의 성능 수준에 따라 다를 수 있으며, 일반적인 사람-컴퓨터 상호작용이 항상 나타나는 것은 아니다. 작업 수행 사용자 수, 작업 완료 시간, 작업 중 발생한 오류 수와 같은 정량적 사용성 세부 정보를 결정한다.
• 반복적 설계: 포함할 사용자, 작업 및 경험적 측정을 결정한 후 다음 단계를 반복한다.

6. 1. 원칙

• 인터페이스 설계 방법론 및 절차 개발 (예: 특정 사용자 또는 조건에 최적화된 인터페이스 설계)
• 인터페이스 구현 방법론 개발 (예: 소프트웨어 툴킷, 라이브러리, 알고리즘 개발)
• 인터페이스 비교 평가 방법 개발
• 새로운 인터페이스 및 상호 작용 기술 개발
• 상호작용 설명 및 예측 모델/이론 개발

• 새로운 컴퓨터 인터페이스 설계 방법 (학습 용이성, 검색 용이성, 사용 효율성 등 원하는 속성을 위한 설계 최적화)
• 인터페이스 구현 방법 (예: 소프트웨어 라이브러리를 통해)
• 사용성 및 기타 바람직한 속성과 관련하여 인터페이스 평가 및 비교 방법
• 인간-컴퓨터 사용 및 사회문화적 의미 연구
• 사용자가 인간인지 컴퓨터인지 확인 방법
• 인간-컴퓨터 사용 모델/이론, 컴퓨터 인터페이스 설계를 위한 개념적 프레임워크 (예: 인지주의 사용자 모델, 활동 이론, 민족방법론적 설명)^[8]
• 계산 설계, 컴퓨터 사용 및 HCI 연구 관행의 기반 가치를 비판적으로 반영하는 관점^[9]

• 사용자 및 작업에 대한 초기 집중: 작업 수행에 필요한 사용자 수와 적절한 사용자를 결정한다. 사용자가 수행할 작업과 작업 수행 빈도를 정의한다.
• 경험적 측정: 인터페이스를 매일 인터페이스에 접촉하는 실제 사용자를 대상으로 테스트한다. 정량적 사용성 세부 정보를 결정한다.
• 반복적 설계: 포함할 사용자, 작업 및 경험적 측정을 결정한 후 다음 반복적 설계 단계를 수행한다.

6. 2. 방법론

• 인터페이스 설계 방법론 및 절차 개발: 주어진 사용자 집단이나 조건에 최적화된 인터페이스를 설계한다.
• 인터페이스 구현 방법론: 소프트웨어 라이브러리 등을 통해 인터페이스를 구현한다.
• 인터페이스 비교 평가 방법: 사용성 등 바람직한 속성을 기준으로 인터페이스를 평가하고 비교한다.
• 새로운 인터페이스 및 상호 작용 기술 개발
• 상호작용 모델 및 이론 개발: 인지주의 사용자 모델, 활동 이론, 민족방법론적 설명 등 컴퓨터 인터페이스 설계를 위한 개념적 프레임워크를 개발한다.^[8]

7. 디스플레이 디자인

크리스토퍼 위켄스 등은 저서 ''인간 요소 공학 소개(An Introduction to Human Factors Engineering)''에서 디스플레이 디자인의 13가지 원칙을 정의했다. 이 원칙들은 인간의 지각 및 정보 처리 과정을 기반으로 하며, 효과적인 디스플레이 디자인을 통해 오류 감소, 훈련 시간 단축, 효율 증가, 사용자 만족도 향상 등의 이점을 얻을 수 있다.

하지만, 모든 원칙이 모든 디스플레이 또는 상황에 적용될 수 있는 것은 아니다. 일부 원칙은 서로 상충될 수 있으며, 어떤 원칙이 더 중요한지 일률적으로 판단하기 어렵다. 따라서 디자이너는 특정 디자인이나 상황에 맞게 원칙을 조정하고, 기능적인 균형을 맞추는 것이 중요하다.

7. 1. 디스플레이 디자인의 13가지 원칙

7. 1. 1. 지각 원칙

7. 1. 2. 정신 모델 원칙

7. 1. 3. 주의 기반 원칙

7. 1. 4. 기억 원칙

8. 현재 연구

인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 연구는 주로 다음 분야에 중점을 두고 있다.

• 인터페이스 설계 방법론 및 절차 개발 (예: 특정 사용자 또는 조건에 최적화된 인터페이스 설계)
• 인터페이스 구현 방법론 개발 (예: 소프트웨어 툴킷, 라이브러리, 알고리즘 개선)
• 인터페이스 비교 및 평가 방법 개발
• 새로운 인터페이스 및 상호작용 기술 개발
• 상호작용 설명 및 예측 모델/이론 개발

• 사후 또는 부수적으로 추가되었을 때
• 새로 발견된 보안 취약점을 해결하기 위해 서둘러 패치되었을 때
• 소프트웨어 마법사의 도움 없이 매우 복잡한 사용 사례를 다룰 때
• 인터페이스 설계자가 관련 보안 개념을 이해하지 못했을 때
• 인터페이스 설계자가 사용성 전문가가 아니었을 때 (종종 애플리케이션 개발자 자신이었던 경우)

9. 변화 요인

인간이 컴퓨터와 상호 작용하는 방식은 컴퓨팅의 발전에 영향을 받아 빠르게 진화하고 있다. 이러한 변화 요인은 다음과 같다.

• 하드웨어 발전:
• 하드웨어 비용이 저렴해져 메모리가 커지고 시스템 속도가 빨라졌다.
• 하드웨어가 소형화되어 휴대성이 향상되었다.
• 전력 요구량이 감소하여 휴대성이 더욱 향상되었다.
• 새로운 디스플레이 기술 덕분에 새로운 형태의 컴퓨팅 장치를 만들 수 있게 되었다.
• 새로운 기능 및 기술:
• 특수 하드웨어로 새로운 기능이 가능해졌다.
• 네트워크 통신 및 분산 컴퓨팅이 발전하였다.
• 컴퓨터 사용 확산:
• 컴퓨터 사용이 광범위하게 확산되었고, 특히 컴퓨팅 전문 분야가 아닌 사람들 사이에서 더욱 그렇다.
• 입력 기술(예: 음성, 제스처, 펜)의 혁신이 증가하고 비용이 절감되어 이전에는 "컴퓨터 혁명"에서 소외되었던 사람들도 컴퓨터를 빠르게 사용할 수 있게 되었다.
• 사회적 관심 증대:
• 더 넓은 사회적 관심으로 인해 현재 불리한 집단의 컴퓨터 접근성이 개선되고 있다.

• 유비쿼터스 컴퓨팅 및 통신: 컴퓨터는 고속 로컬 네트워크, 광역 네트워크, 그리고 적외선, 초음파, 셀룰러 및 기타 기술을 통해 휴대용으로 통신할 수 있게 될 것이다. 데이터 및 컴퓨팅 서비스는 사용자가 이동하는 대부분의 위치에서 휴대용으로 이용할 수 있을 것이다.
• 고기능 시스템: 시스템에는 많은 기능이 연관될 수 있다. 너무 많은 시스템이 있기 때문에 대부분의 사용자(기술적이든 비기술적이든)는 전통적인 방법(예: 두꺼운 사용자 매뉴얼)으로 학습할 시간이 없을 것이다.
• 컴퓨터 그래픽의 대량 이용 가능성: 이미지 처리, 그래픽 변환, 렌더링 및 대화형 애니메이션과 같은 컴퓨터 그래픽 기능은 일반 워크스테이션과 모바일 장치에 저렴한 칩이 포함됨에 따라 널리 보급될 것이다.
• 혼합 미디어: 상용 시스템은 이미지, 음성, 사운드, 비디오, 텍스트, 서식 있는 데이터를 처리할 수 있다. 이러한 것들은 사용자 간의 통신 링크를 통해 교환된다. 별도의 소비자 가전 제품 분야(예: 스테레오 세트, DVD 플레이어, 텔레비전)와 컴퓨터가 통합되기 시작하고 있다. 컴퓨터 및 인쇄 분야는 상호 동화될 것으로 예상된다.
• 고대역폭 상호 작용: 인간과 기계가 상호 작용하는 속도는 속도, 컴퓨터 그래픽, 새로운 미디어 및 새로운 입출력 장치의 변화로 인해 크게 증가할 것으로 예상된다. 이것은 가상 현실이나 컴퓨팅 비디오와 같은 질적으로 다른 인터페이스로 이어질 수 있다.
• 크고 얇은 디스플레이: 새로운 디스플레이 기술이 성숙되어 거대한 디스플레이와 얇고 가볍고 전력 소비가 적은 디스플레이를 가능하게 한다. 이것은 휴대성에 큰 영향을 미치며 현재의 데스크톱 워크스테이션과는 매우 다른 느낌의 종이와 같은 펜 기반 컴퓨터 상호 작용 시스템을 개발할 수 있게 할 것이다.
• 정보 유틸리티: 가정 은행 및 쇼핑과 같은 공공 정보 유틸리티 및 특수 산업 서비스(예: 조종사를 위한 일기 예보)가 증가할 것으로 예상된다. 고대역폭 상호 작용의 도입과 인터페이스 품질 개선으로 확산 속도가 빨라질 수 있다.

10. 학술회의

인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 분야의 대표적인 학술회의는 매년 열리는 인간 요소에 관한 컴퓨터 시스템 컨퍼런스(CHI)이다. CHI는 ACM의 컴퓨터-인간 상호작용 특별 관심 그룹이 주관하며, 수천 명의 학계, 실무자, 업계 종사자들이 참여하는 대규모 학회이다. 구글, 마이크로소프트, 페이팔과 같은 기업들이 CHI를 후원한다.

10. 1. 기타 학술회의 (일부)

참조

_[1] 서적 Plans and Situated Action. The Problem of Human-Machine Communication https://books.google[...] Cambridge University Press 2015-03-07
_[2] 서적 Where the Action Is: The Foundations of Embodied Interaction https://books.google[...] MIT Press 2001
_[3] 웹사이트 ACM SIGCHI Curricula for Human–Computer Interaction https://web.archive.[...] ACM SIGCHI 2014-07-15
_[4] 논문 Mapping Human–Computer Interaction Research Themes and Trends from Its Existence to Today: A Topic Modeling-Based Review of past 60 Years https://doi.org/10.1[...] 2021-02-07
_[5] 논문 Utility and usability: research issues and development contexts 1992
_[6] 서적 Proceedings of the 5th conference on Designing interactive systems: Processes, practices, methods, and techniques http://eprints.gla.a[...] 2019-10-04
_[7] 논문 Empowerment through seamfulness: smart phones in everyday life 2011
_[8] 논문 HCI Theory: Classical, Modern, and Contemporary 2012
_[9] 서적 Proceedings of the 4th decennial conference on Critical computing: Between sense and sensibility
_[10] 논문 Status processes in human–computer interactions: Does gender matter? 2014
_[11] 논문 Do people like working with computers more than human beings? 2015
_[12] 논문 A human-centered semantic service platform for the digital ecosystems environment https://www.research[...]
_[13] 논문 Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation 2016-01-01
_[14] 논문 User Modeling in Human–Computer Interaction 2000-05-01
_[15] 간행물 Human–Computer Interaction IEEE 2010
_[16] 웹사이트 Conference Search: hci http://www.confsearc[...] 2009-05-15
_[17] 서적 The psychology of human-computer interaction. https://www.worldcat[...] Erlbaum 1983
_[18] 논문 The keystroke-level model for user performance time with interactive systems http://portal.acm.or[...] 1980-07-01
_[19] 논문 Evaluating the impact of office automation on top management communication http://portal.acm.or[...] ACM Press 1976