[논문 리뷰] Designing Touchscreen Menu Interfaces for In-Vehicle Infotainment Systems: the Effect of Depth and Breadth Trade-off and Task Types on Visual-Manual Distraction

Nicolas Louveton, Roderick McCall외 1명|arXiv (Cornell University)|2024. 04. 17.

Human-Automation Interaction and SafetyPsychology인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 다중 작업 중 차량 내 터치스크린 인터페이스에서 메뉴의 깊이와 넓이가 시각적-수동적 산만에 미치는 영향을 조사한다. 눈 추적 및 테레메트리 데이터를 활용한 주행 시뮬레이터를 통해, 체계적인 목록 상호작용은 깊이가 증가할수록 시각적 요구가 증가하는 것으로 나타났으며, 검색 및 기억 작업에서는 깊이보다 넓이를 우선시하는 최적의 레이아웃이 존재함을 발견하여, 안전성을 고려할 때 작업 유형에 따라 설계의 상충 관계를 고려하는 것이 필수적임을 시사한다.

ABSTRACT

Multitasking with a touch screen user-interface while driving is known to impact negatively driving performance and safety. Literature shows that list scrolling interfaces generate more visual-manual distraction than structured menus and sequential navigation. Depth and breadth trade-offs for structured navigation have been studied. However, little is known on how secondary task characteristics interact with those trade-offs. In this study, we make the hypothesis that both menu's depth and task complexity interact in generating visual-manual distraction. Using a driving simulation setup, we collected telemetry and eye-tracking data to evaluate driving performance. Participants were multitasking with a mobile app, presenting a range of eight depth and breadth trade-offs under three types of secondary tasks, involving different cognitive operations (Systematic reading, Search for an item, Memorize items' state). The results confirm our hypothesis. Systematic interaction with menu items generated a visual demand that increased with menu's depth, while visual demand reach an optimum for Search and Memory tasks. We discuss implications for design: In a multitasking context, display design effectiveness must be assessed while considering menu's layout but also cognitive processes involved.

연구 동기 및 목표

• 차량 내 터치스크린 상호작용 중 메뉴의 깊이와 넓이가 시각적-수동적 산만에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 메뉴 구조와 인지 작업 유형(체계적 독서, 검색, 기억) 간의 상호작용이 운전사의 산만에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 주행 시뮬레이션 환경에서 눈 추적 및 테레메트리 데이터를 활용해 주행 성능 및 주의 부담 수준을 평가하기 위해.
• 작업 특성에 기반해 시각적 요구를 최소화하는 최적의 메뉴 레이아웃 구성 요건을 규명하기 위해.
• 인지 작업 요구 수준을 인터페이스 구조와 융합하여, 더 안전하고 중단 가능성이 있는 차량 내 인포테인먼트 인터페이스 설계를 지원하기 위해.

제안 방법

• 24명의 참가자가 참가한 주행 시뮬레이션 연구를 실시하여 깊이와 넓이를 다양하게 조절한 8종의 메뉴 레이아웃 구성에 상호작용하도록 하였다.
• 3종의 보조 작업 유형을 적용: 체계적 독서, 시각적 검색, 항목 상태의 기억.
• 시각적 요구 수준의 지표로 고정점 수, 지속 시간, 누적 고정 시간을 측정하기 위해 눈 추적 데이터를 수집하였다.
• 주행 성능 평가를 위해 차량 테레메트리(속도, 횡방향 이탈, 차간 거리)를 기록하였다.
• 눈 추적 및 사용 데이터를 조합하여 레이아웃 간 효율성을 비교할 수 있는 시각적 요구 지수를 계산하였다.
• 반복 측정 분산분석을 사용하여 메뉴 깊이, 넓이 및 작업 유형이 산만과 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메뉴 깊이와 넓이는 차량 내 터치스크린 상호작용 중 시각적-수동적 산만에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 다른 보조 작업 유형(체계적 독서, 검색, 기억)이 메뉴 구조와 어떻게 상호작용하여 시각적 요구 수준에 영향을 주는가?
• RQ3 특정 작업 유형에 대해 시각적 산만을 최소화하는 최적의 깊이-넓이 상충 관계가 존재하는가?
• RQ4 다양한 메뉴 레이아웃과 작업 유형 간 주행 성능(속도, 횡방향 제어, 차간 거리)은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 작업 복잡도가 메뉴 구조와 시각적 주의 간 관계를 어느 정도 조절하는가?

주요 결과

• 체계적 독서 작업은 메뉴 깊이가 증가할수록 지속적인 시각적 요구 증가를 보였으며, 최적의 레이아웃은 발견되지 않았다.
• 검색 작업의 경우, 네 페이지 레이아웃에서 시각적 요구가 최소로 나타나, 넓이를 깊이보다 우선시하는 최적의 균형이 존재함을 시사한다.
• 기억 작업은 두 페이지 레이아웃에서 최적의 성능를 보였으며, 이는 심지어 인지적으로 부담이 큰 작업이라도 중간 수준의 넓이가 유리함을 시사한다.
• 고정점 수, 지속 시간, 누적 고정 시간은 기억 작업 동안 항상 가장 높게 나타나, 더 높은 시각적 주의 부담을 의미한다.
• 기억 작업 동안 주행 성능이 저하되었으며, 속도 감소, 횡방향 변동성 증가, 차간 거리 단축이 관찰되었다.
• 체계적 독서 및 검색 작업의 경우 페이지 수가 증가할수록 완료 시간이 증가했지만, 기억 작업에서는 그렇지 않았으며, 이는 다른 인지 처리 패턴을 시사한다.