HMI - Human Machine Interface


Statt eines Vorwortes

Was bewegt einen Computerfachmann dazu, eine kleine Kunde der Benutzeroberflächen zu schreiben? Sind nicht schon Schriften und Bilder in Fülle vorhanden? Die Vielfalt läßt wenig Wünsche offen, der Griff in die reichhaltige Wühlkiste des Materials verspricht automatisch auch die ansprechende Gestaltung von Benutzeroberflächen. Bilder ersetzen Sprache, verschnör-kelte Buchstaben beeindrucken, der Anwender wird in komplexe Abläufe verstrickt, die automatisch die Qualität des Produktes unterstreichen - welch’ Schlaraffenland!

Wirklich?

Die Fülle an Schriften und Bildern verführt zu stilistischer Perversion, zur Inflation der typographischen Elemente, zum überladenen Kitsch, zum Blenden mit Flitter und zur Verzierung simpelster Fakten mit billigem, fadenscheinigen Stanniol.

Nieder mit den Auswüchsen! Nieder mit der Dummheit, der bornierten Anwendung aller möglichen Versatzstücke, nieder mit dem Tand! Und deswegen habe ich diesen Text geschrieben: Als Leitfaden durch die Fallstricke der vordergründig aufgeputzen Schriften, durch die morastigen Sümpfe der zugeklebten Bildsymbole, durch die Bleiwüsten der fühl- und seelenlosen Elaborate der Computerei, die weder schön, noch zweckmäßig sind.

Einleitung

Der vorliegende Text gibt einen Abriß der Gestaltung von Benutzeroberflächen. Benutzer-oberflächen - die graphische Ausprägung von Symbolen auf einem Bildschirm oder Display, die Art der Eingabe und die Logik der Abläufe. All dieses muß zusammenstimmen, um eine überzeugende Benutzeroberfläche darzubieten. Der leichten Eingängigkeit, dem Spaß des Anwenders verdanken Benutzeroberflächen und die Produkte, die sie repräsentieren, ihren Erfolg.

Schriftentwicklung, der Schriftgestaltung und der Anwendung von Schriften im daten-verarbeitungs-technischen Bereich. Das Hintergrungwissen sollte bekannt sein, wenn man Bildschirmlayouts plant.

Ist die Entwicklung - und Anwendung von Schriften - bis vor Kurzem unabhängig von der Datentechnik erfolgt, so drängen heute computergestützte Verfahren in den Vordergrund. War die traditionelle Schriftgestaltung von den Aspekten der Ästhetik und Dauerhaftigkeit geprägt, so wurden nun die pragmatischen Gesichtspunkte der einfachen technischen Umsetzbarkeit und der billigen Reproduktion vordergründig relevant.

Die Technik verführt dazu, das Machbare auszuführen - auch auf Kosten des natürlichen Form-gefühls, das jedem auch nur halbwegs empfindsamen Menschen zu eigen ist. Erfreulicherweise erlaubt die heutige Verfügbarkeit großer Speicherkapazitäten und hoher Rechenleistung die Rück-kehr zu befriedigenden Schriftformen bzw. ihrer Renaissance, wengleich das dar-stellungs-technische Medium sich gewandelt hat.

Große Bedeutung hat auch die Präsentation von Schriften auf dem Bildschirm, auf Displays oder Druckern. Diese Ausgabegeräte treten in unmittelbaren Kontakt mit dem Anwender und die Akzeptanz dieser Benutzeroberflächen steht und fällt mit einer für das Auge gefälligen Schriftgestaltung.

Beenden wir diese Einleitung mit einer kleinen Bissigkeit. „Kunst ist alles, was man als Kunst verkaufen kann - Design ist alles, was man nicht mehr als Kunst verkaufen kann." Ich wünsche mir, daß die Verwirklichung von Benutzeroberflächen wenigstens soweit gedeiht, daß sie als Design gelten darf.

Lesbarkeit

Die Lesbarkeit einer Schrift oder eines anderen graphischen Symbols hängt nicht allein von der absoluten Größe des dargestellten graphischen Objekts ab.

Die Qualität der Darstellung eines Zeichens hängt von drei Faktoren ab:

  1. Der Betrachtungsabstand
  2. Die Pixelgröße, bzw. der Pixelabstand (Pitch)
  3. Die Zeichengröße in Pixeln

Diese drei Einflußgrößen können nicht unabhängig voneinander verändert werden. Der wichtigste Faktor ist der Betrachtungsabstand. Da dieser variieren kann, ist es besser, sich auf den Sehwinkel zu beziehen, den ein Zeichen mindestens einnehmen muß, um vom Auge des Betrachters gut identifiziert werden zu können. In der Regel wird dieser Winkel mit 0,5° angegeben.

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Betrachtungsabstand und Betrachtungswinkel

Rechnerisch läßt sich die benötigte Zeichengröße h aus dem Betrachtungswinkel j und dem Abstand d auf einfache Art ermitteln (unter der Voraussetzung, daß das Zeichen symmetrisch zu seiner Mitte betrachtet wird):

h = 2 ( d tan (j/2) )

Bei sehr kleinen Winkeln gilt näherungsweise die vereinfachte Formel

h » d tan j » d j

In fahrzeugtypischen Anwendungen wird von einem Betrachtungsabstand von 0,6m ausgegangen, woraus eine Zeichengröße von etwa 5,5mm resultiert.

Die Auflösung des Zeichens ergibt sich aus der Komplexität des Zeichens und der Zeichen-größe - also indirekt auch aus dem Betrachtungsabstand. Die Matrix, die ein Zeichen benötigt, sollte fein genug sein, um die Linien des Zeichens sauber zu trennen. Für die lateinische Schrift ist damit mindestens eine 5 ´ 7-Matrix nötig. Die optische Qualität läßt sich durch eine feinere Auflösung und eine entsprechend mehr Pixel umfassende Matix für die Darstellung des Zeichens verbessern.

Als Faustregel kann gelten: je feiner die Pixelmatrix, umso besser der optische Eindruck. Die Qualitätsverbesserung betrifft insbesondere Bögen und schräge Kanten.

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Betrachtungsabstand und Auflösung des Displays

Als Folge einer feinen Pixelgröße ergibt sich zwangsweise eine größere Matrix, die zur Darstellung des Zeichens benötigt wird. Im Falle eines Pitch von 0,3mm wird zur Darstellung eines lateinischen Buchstabens eine Matrix von ca. 14 ´ 18 Pixel benötigt. Pixelmatrizen dieser Auflösung sind ausreichend für die Darstellung der lateinischen Schrift, aber auch anderer Alphabete, deren Zeichen aus wenigen Elementen bestehen. Auch die beiden japanischen Silbenschriften Hiragana und Katakana lassen sich damit ohne Schwierigkeiten wiedergeben.

Anders hingegen muß die Auflösung sein, wenn chinesische - und damit auch japanische - Schriftzeichen dargestellt werden sollen. Diese Zeichen sind in ihrem Aufbau sehr komplex und bestehen aus bis zu ca. 30 Linien, die sich z.T. flach bzw steil durchkreuzen. Eine Vergröberung der traditionell mit dem Pinsel geschriebenen Zeichen auf eine 14 x 14-Matrix würde diese in aller Regel (einfache Zeichen ausgenommen) in ihrer Form ausdünnen. Die Kenntlichkeit der Zeichen kann vom Leser noch aus dem Zusammenhang durch die Ergänzung fehlendender Teile durch das Gehirn durchgeführt werden; das Lesen ist aber erschwert. Eine 18 x 18-Matrix ist das Minimum, das sinnvoll ist, aber erst eine 24 x 24-Matrix gestattet das verlustfreie Darstellen komplexer Zeichen. Beispiel: Die Zeichenkombination „hikooki" (=Flugzeug, 3 Kanji-Zeichen):

16 x 16 Bitmap
24 x 24 Bitmap
48 x 48 Bitmap

Bildschirme

Die Auflösung von dargestellten Elementen ist nicht allein von ihrer Größe und ihren Betrachtungswinkeln abhängig. Auch die Technologie der verwendeten Bildschirme und Displays hat nachhaltigen Einfluß auf die Qualität der Darstellung und die subjektiv empfundene Wirkung, die mehr oder weniger angenehm sein kann. Abhängig von der Darstellungs-technologie müssen ggf. zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Darstellung optisch angenehmer zu gestalten.

Bildaufteilung

Bildschirmgröße

Bildseitenverhältnis

Bildstrukturierung

Allgemeines

Zeilenorientiert, spaltenorientiert, Leserichtung, Toolbars, Subwindows, Einsatzgebiet (Fahrzeug, Flugzeug, Desktop, Spielekonsole)

Maskenlayout

Ein Maskenlayout liegt vor, wenn bestimmte Bildschirmbereiche an stets gleicher Stelle und in stets gleichartiger Weise Informationen darbieten oder Eingaben anfordern. Dies kann für häufig wiederkehrende Tätigkeiten gleicher Art sehr vorteilhaft sein. Man denke z.B. an das Ausfüllen einer Banküberweisung.

Von einer „Maske" ist auch die Rede, wenn nur zeitweilig eine bestimmte Bildschirmregion in einer genau festgelegten Wiese für Ein- und Ausgaben verwendet wird. Ein Beispiel dafür sind Voreinstellungen von Programmen, wie z.B. Textsystemen.

Gute Gestaltung von Masken ist notwendig, um dem Anwender das Leben nicht unnötig schwer zu machen. Ein klassisches Beispiel dafür, wie eine Maske nicht gestaltet sein solle, lieferte Microsoft’s Windows 3.1:

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Maske für die Einstellungen einer Benutzeroberfläche am Beispiel Windows 3.1

Welche Mängel zeigt diese Maske? Und was könnte besser gestaltet sein?

Freies Layout

Ein freies Layout liegt vor, wenn vielfältige Bedienszenarien in situativ geeignet aufbereiteten Bildschirmgestaltungen präsentiert wird. Masken als solche werden nicht oder nur sehr eingeschränkt verwendet. Überspitzt kann man formulieren, daß ein freies Layout eigentlich gar nicht möglich ist, da alle nur denkbaren Layouts eines bestimmten interaktiven Systems durch die entsprechende Anzahl Masken darstellbar wären. In bestimmten Situationen mag dies zutreffen und die Aussage nur philosophischer Natur sein. Tatsächlich hat aber vermutlich jeder, der schon einmal intensiver mit einem Internetbrowser Kontakt hatte, bemerkt, daß sich das Layout des dargestellten Inhaltes durchaus mit der Größe der Ausgabefensters ändern kann - wiewohl die Inhalte selbst und die allgemeine Art ihrer Strukturierung gleichartig bleiben. Mit Maskentechnik ist ein solches Verhalten nicht erzielbar.

Abläufe

Allgemeines

Das erste Prinzip jeglicher Bedienabläufe muß sein, dem Bediener die Verwendung der Benutzer-oberfläche so einfach wie nur irgend möglich zu erlauben, unnötige Aspekte weg-zulassen und ein durchgängiges Bedienprinzip zu vermitteln, das dem Anwender gestattet, ihm unbekannte Funktionalitäten der Bedienoberfläche sinngemäß zu erfassen, zu verstehen und spontan nutzbringend einzusetzen. Die zentralen Begriffe sind hier Einfachheit und durch-gängiges Bedienprinzip.

Einfachheit

Einfachheit bedeutet nicht, daß eine Benutzeroberfläche primitiv und ungeschlacht sein soll. Einfachheit äußert sich in vielen Aspekten, die hier näher beleuchtet werden sollen.

Kriterium Einflußgrößen
Anzahl und Gliederung der Eingabelemente Wieviele Bedienelemente sind vorhanden? Wieviele Freiheitsgrade haben die jeweiligen Bedienelemente? Sind die Bedienelemente gut unterscheidbar, ggf blind bedienbar?
Gliederung des Bildschirminhaltes Ist der Bildschirminhalt gut gegliedert? Wird Wichtiges hervorgehoben, Unnötiges vermieden?
Verwendung von Hintergrundbildern Erleichtert das Hintergrundbild das Erkennen einer Betriebssituation? Verwirrt das Hintergrundbild und lenkt es ab?
Verwendung von Icons und Graphiken Sind die Icons klar gestaltet und eindeutig kennzeichnend? Leiten Graphiken den Blick auf die wesentlichen Inhalte und Bedienelemente oder lenken sie ab?
Verwendung von Hilfs- und Führungslinien Sind real vorhandene Hilfslinien vorhanden? Ist die Anordnung von zusammengehörigen Teilen der Bedienoberfläche anhand von (unsichtbaren) Führungslinien erkennbar?
Verwendung von Texten Sind Meldetexte kurz und eindeutig? Sind die Beschriftungen von Menüpunkten knapp und prägnant?
Anzahl Bedienschritte zum Erzielen eines bestimmten Resultates Werden wenige Bedienschritte benötigt? Sind wichtige Hauptfunktionalitäten mit einem Bedienschritt erreichbar?
Selbsterklärung Ist die Bedienoberfläche auch ohne Anleitung oder Schulung benutzbar?
Häufigkeit von Fehlbedienungen Wird ein bestimmtes Resultat ohne Fehlbedienungen erzielt?
Mehrdeutigkeiten Gibt es Bediensituationen, in denen der Bediener anhand der Informationen, die ihm präsentiert werden, nicht eindeutig entscheiden kann, wie die Interaktion fortgesetzt werden soll?
Mißverständlichkeiten Gibt es Bediensituationen, in denen der Bediener anhand der Informationen, die ihm präsentiert werden, in einer nenenswerten Anzahl der Fälle den falschen Weg beschreitet?
Erwartungshaltungen Werden Erwartungshaltungen erfüllt?

Im Zuge eines Projektes, desen Ziel die Gestaltung einer Bedienoberfläche sein soll, stellt sich häufig die Frage, welche von zwei oder mehreren Alternativen die für den Benutzer die einfachere ist. Um emotionalen Diskussionen vorzubeugen, sollte ein Meßverfahren geschaffen werden, anhand dessen eindeutig bestimmt werden kann, welche der Lösungen die günstigere ist. Welche der Kriterien mit welcher Gewichtung aufgenommen werden, ist den Gestaltern der Benutzeroberfläche überlassen.

Bedienprinzip

Die Verwendung eines Bedienprinzips erleichtert dem Bediener die Verwendung und das Erlernen eines Systems. Ein Bedienprinzip kommt der menschlichen Denkstruktur entgegen, Abläufe zu abstrahieren und anhand der Abstraktion Generalisierungen vorzunehmen. Die Generalisierung erlaubt das Applizieren auf eine neue Situation. Die Erwartungshaltung dabei ist, daß die Anwendung die erwarteten Reaktion bewirkt. Zwei Beispiele:

  1. Ein Anwender vermutet, daß mit dem Schalter „on/off" ein ihm unbekanntes Gerät ein- und ausgeschaltet werden kann. Hier findet zunächst die Anwendung einer Generalisierung statt. „on/off war in allen mir bekannten Situationen zum ein- und ausschalten da - also wohl auch hier". Erst die konkrete Verwendung des Schalters bestätigt jedoch die Erwartungshaltung und die Gültigkeit der Generalisierung in dieser speziellen Situation.
  2. Ein Anwender erkennt, daß das probeweise Betätigen einer Taste mit unbekannter Symbolik einen Hilfetext zur konkreten Bediensituation anzeigt. Der Anwender gibt sich nach dem „Ausprobieren" der Taste zufrieden, benutzt aber weiterhin das interaktive System. In einer ihm unvertrauten Bediensituation erinnert sich der Anwender der einstmals probeweise verwendeten Taste. Die naheliegende Abstraktion „Bei den wenigen Verwendungen gab es immer Hilfestellung" führt zur Generalisierung „das ist eine Hilfetaste!" Die konkrete Verwendung in der Betriebssituation kann nun den Benutzer bestätigen - oder enttäuschen.

Ein durchgängiges Bedienprinzip wird davon getragen sein, den Erwartungshaltungen des späteren Benutzers gerecht zu werden, d.h. erkannte Verhaltensweisen und Eigenschaften des Systems zu abstrahieren, zu generalisieren und in der konkreten Situation zu applizieren.

Voraussetzung dazu ist allerdings, daß bei der Gestaltung des Systems einheitliche Grund-prinzipien zur Regel erhoben und im späteren System auch implementiert werden. Dies soll aber auf keinen Fall bedeuten, daß alle Teilfunktionen eines komplexen interaktiven Systems über einen Kamm geschoren werden! Wer auf diese Weise jegliche Funktionalität in ein starres Schema zwängt, handelt nicht anders als der sagenhafte Wirt Prokrustes, dessen Gäste häufig mit der Paßform der Betten unzufrieden waren.


Stand: 11.12.2001 / hp@hp-gramatke.de