2 Boyutlu Harita Ve Artırılmış Gerçeklik Tabanlı Mobil Navigasyon Uygulamalarının Kıyaslamalı Değerlendirilmesi

Abstract

İnsanlar daha önce görmedikleri bir yeri ziyaret ettiklerinde hem o yer hakkında daha ayrıntılı bilgi almak için hem de o yer içinde navigasyon hizmeti almak için yardımcı araçlara ihtiyaç duyarlar. Özellikle büyük ve kalabalık kentlerde, büyük kampüslü üniversitelerde ve turistik yerlerde bu tür araçlara ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde özellikle üniversitelerde bu tür yönlendirme ve tanıtma hizmetleri genellikle yön tabelaları ve kiokslar ile verilmektedir. Fakat insanların bu tür araçlara her an ulaşamamaları ve bu araçları bulmak için de ayrı bir çaba sarfetmeleri gerektikleri için daha iyi çözümlere ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde neredeyse bütün insanların sürekli beraberlerinde bulundurdukları akıllı telefonlar insanlara en kolay şekilde hizmet sunulabilecek platformlar haline gelmişlerdir. Mobil rehber uygulamaları da insanların daha rahat erişebilecekleri ve yeni gittikleri bir ortama uyum sağlamalarına yardımcı olabilecek uygulamalardır. Bu tür uygulamalar navigasyon hizmeti dışında insanların çevrelerini tanımalarına yardımcı olabilecek özellikler içerebilmektedir. Günümüzde en yaygın kullanılan mobil navigasyon uygulamaları insanları istedikleri yere ulaştırmak adına dijital bir harita üzerinde yol, mesafe, zaman ve yönlendirme bilgilerini yazı veya görsel arayüz elemanlarıyla kullanıcılara sunmaktadır. Ayrıca insanlar bu uygulamalar sayesinde çevrelerinde bulunan yerleri görebilir ve bu sayede bulundukları yere daha iyi tanıyabilirler. Bu tür uygulamaların en büyük dezavantajı GPS sinyalinin bazı zamanlarda anlık da olsa hatalı veri vermesidir. Yanlış bir GPS verisi uygulamada kullanıcının yerinin yanlış gösterilmesine ve dolayısıyla kullanıcıda kafa karışıklığına sebep olabilmektedir. Yaygın olarak kullanılan navigasyon uygulamalarının bir diğer dezavantajı ise yeryüzündeki bütün cadde, sokak ve kaldırım bilgilerini kapsamıyor olmalarıdır. Dolayısıyla bölgelere özel çözümlere de ihtiyaç duyulmaktadır. Mobil uygulamaların geliştirilmesinde kullanıcı dostu arayüzlerin geliştirilmesi en çok odaklanma gerektiren konulardan biridir. Kullanıcı dostu arayüzler kullanıcıların uygulamadan daha olumlu deneyimler elde etmelerine sebep olabilmektedir. Bir uygulamanın vaat ettiği özelliklerinin hatasız çalışması ne kadar önemli ise uygulamanın kullanıcı ile olan etkileşiminin kullanıcıda memnuniyet oluşturabilmesi de o kadar önemlidir. Bu yüzden kullanıcı-uygulama etkileşimi insanların bir uygulamayı kullanmayı tercih etmelerinde önemli bir faktördür. Bu tezde mobil navigasyon uygulamalarında kullanılan iki farklı kullanıcı etkileşimi türü ele alınmıştır ve bu etkileşim türlerini gerçekleyen iki örnek uygulama üzerinde kullanıcı deneyimi karşılaştırılması yapılmıştır. İlk kullanıcı etkileşimi türü olarak 2 boyutlu harita arayüzü ele alınmıştır. Bu arayüzlerde uydu haritaları yer almaktadır. Uydu haritaları dünyanın kuş bakışı görüntülerini içerir. Bu harita üzerinde konumlar 2 boyutlu içerikler ile gösterilir, örnek olarak resimler, yazılar ve noktalar vb. Kullanıcıya yol bilgisi bu harita üzerine çizilmiş çizgi görselleri ile sunulur. Kullanıcı bu tür bir harita arayüzü ile parmak hareketleri veya ses komutları yolu ile etkileşimde bulunabilir. Kullanıcılar sürükleme, döndürme, yakınlaştırma, uzaklaştırma ve eğme eylemlerini parmak hareketleri ile gerçekleştirerek haritayı yönetebilirler. Diğer kullanıcı etkileşimi türü olarak Artırılmış Gerçeklik (AG) tarayıcısı arayüzü sunulmuştur. AG gerçek dünyadaki çevrenin dijital ses, görüntü, grafik ve GPS verileriyle zenginleştirilerek o çevre veya nesne hakkında daha fazla bilgi sunmaya olanak sağlayan bir teknolojidir. AG uygulamaları işaret ve konum tabanlı olmak üzere iki kategoriye ayrılır. Bu tez kapsamında sadece konum tabanlı AG uygulamalarına değinilmiştir. Konum tabanlı AG uygulamaları aynı zamanda AG tarayıcıları olarak da adlandırılmaktadırlar. AG tarayıcı uygulamaları sayesinde kullanıcılar etraflarını tarayabilir veya keşfedebilirler. Bu tür uygulamalar cihazın kamera görüntüsünü kullanır. Bu görüntüye erişim sağladıktan sonra görüş açısı içerisindeki yerler ile ilgili dijital içerikler kamera görüntüsünün üzerine bindirilerek görüntülenir. Kullanıcıda eklenen dijital içeriklerin gerçekte var olduğu hissi uyandırılır. Bu dijital içerikler iki boyutlu resim, yazı, video veya üç boyutlu modeller olabilirler. Kullanıcılar sadece telefonları istedikleri bölgeye doğru tutarak o bölge hakkında veya o bölgede bulunan binalar hakkında daha fazla bilgi edinebilirler. Bu çalışmanın bir diğer önemli katkısı ise AG tarayıcı arayüzlerinde gerçeklenebilecek navigasyon yöntemidir. Bu etkileşim türü ile navigasyon ara noktalar yaklaşımı ile gerçekleştirilebilir. Bu yaklaşımda kullanıcının gitmek istediği konuma varmasını sağlayacak bir dizi ara nokta hesaplanır. Hesaplanan ara noktalar kullanıcıya olan yakınlıkları baz alınarak sıra ile kamera görüntüsü üzerinde gösterilir ve kullanıcı her noktaya vardığında bir sonraki ara nokta görünür hale gelir. Ayrıca herhangi bir ara noktanın kullanıcının görüş alanı dışında olması halinde kullanıcıyı o noktaya yöneltecek yönlendirme görselleri de sunulmuştur. Radar arayüzü elemanı da kullanıcıya çevresindeki ilgi noktalarını tepeden bir görüş ile gözlemleyebileceği yardımcı bir arayüz elemanı olarak sunulmuştur. Bu iki etkileşim türünün örneklendiği iki mobil uygulama geliştirilmiştir. Bu uygu- lamalarda İstanbul Teknik Üniversitesi'ne yeni gelen öğrencilere veya ziyaretçilere rehberlik hizmeti vermek amaçlanmıştır. Bu uygulamalar ile kullanıcılar hem istedikleri yere yön bilgisi alabilir, hem de çevrelerindeki veya kampüste yer alan diğer binalar ile ilgili daha ayrıntılı bilgiye erişebilirler. Bu uygulamalar kullanılarak bu iki etkileşim türünün kullanıcı deneyimi açısından karşılaştırılması yapılmıştır. 20 kişi ile yapılan saha çalışmasında kullanıcılardan birbirini takip eden iki yolu bu uygulamaları kullanarak takip etmeleri istenmiştir. Kullanıcılar onar kişilik iki gruba ayrılmıştır. Birinci gruptan ilk yolu 2 boyutlu harita arayüzü ile ikinci yolu ise AG arayüzü ile takip etmeleri istenmiştir. İkinci gruptan ise ilk yolu AG arayüzü, ikinci yolu ise 2 boyutlu harita ara yüzü ile takip etmeleri istenmiştir. Kullanıcılardan deneylere başlamadan önce demografik formunu doldurmaları istenmiştir. Bu form ile kullanıcıların bu arayüzlere aşinalıkları öğrenilmeye çalışılmıştır. Deney sırasında kullanıcılardan sesli düşünmeleri ve uygulamalar hakkındaki bütün düşüncülerini ve deneyimlerini sesli bir şekilde dile getirmeleri istenmiştir. Kullanıcıların her iki arayüz ile rotaları ne kadar sürede tamamladıkları kaydı da tutulmuştur. Kullanıcılardan testleri tamamladıktan sonra NASA TLX ve Çalışma Sonrası Sistem Kullanılabilirlik soru anketlerini (Post Study System Usability Questionnaires) doldurmaları istenmiştir. NASA TLX soru anketi ile arayüzlerin ne kadar fiziksel ve zihinsel iş yükü talep ettiği, kullanıcılarda tükenmişlik veya hayal kırıklığı hissi yaratıp yaratmadığı, ve kullanıcıların performansları değerlendirilmiştir. PSSU anketi ile bu iki arayüz kullanıcı memnuniyeti, kullanışlılık, bilgi kalitesi, arayüz kalitesi başlıkları altında kıyaslanmıştır. Yapılan anketler ve test sırasında elde edilen veriler incelendiğinde 2 boyutlu harita arayüzünün her açıdan daha iyi olarak nitelendirildiği gözlemlenmiştir. Katılımcıların 2 boyutlu harita arayüzü ile rotaları daha kısa sürede tamamladıkları gözlemlenmiştir. NASATLX anketinin sonuçları 2 boyutlu harita arayüzünün kullanıcıdan daha az fiziksel ve zihinsel iş yükü talep ettiğini göstermiştir. Fiziksel iş yükünün sebebi olarak kullanıcıların AG arayüzünde ok yönlendirmesini görebilmek için telefonu sürekli göz hizasında tutmalarından kaynaklanan kol yorulmaları gösterilmiştir. AG arayüzünün fazla zihinsel iş yükü gerektirmesinin sebebi olarak ise hatalı GPS verisinden kaynaklanan yönlendirmelerin ara ara kaybolması ve el titremelerinden kaynaklanan ok görselinin ekranda titremesinin kullanıcıda kafa karışıklığına sebep olması gösterilmiştir. PSSU anketi sonuçlarında da 2 boyutlu harita arayüzü kullanıcıları daha çok tatmin eden arayüz olarak öne çıkmıştır. 2 boyutlu harita arayüzünün kullanıcıların daha aşina olduğu ve öğrenmesi kolay bir arayüz olduğu kullanıcılar tarafından belirtilmiştir. AG arayüzünde bulunan radar özelliğinin kullanıcılara navigasyon esnasında doğru yolda kalmalarına yardımcı olduğu ve kaybolduklarında tekrar doğru yola yönelmelerine yardımcı olduğu belirtilmiştir. Kullanıcılara her iki uygulamanın çevreyi tanımalarında ne kadar etkili olduğu sorulmuş ve kullanıcıların çoğunluğu AG arayüzüne sahip uygulamada çevre ile daha fazla etkileşime geçilebildiğini belirterek AG arayüzünü seçmişlerdir. Ayrıca bu iki arayüz kaynak kullanımı açısından da karşılaştırılmıştır.GPUve CPU işlemcilerini ne kadar yoğun kullandıklarına ve pil gücünü ne kadar hızlı tükettiklerine dair değerlendirme yapılmıştır. Sonuçlara bakıldığında AG arayüzüne sahip uygulamanın cihazın sensörlerini ve kamerasını daha yoğun bir şekilde kullandığı için cihazın grafik ve ana işlemcisini daha fazla meşgul ettiği görülmüştür. Dolayısıyla pil gücünü daha hızlı bir şekilde tükettiği de gözlemlenmiştir. İleriki çalışmalarda bazı kullanıcılar tarafından da öne sürülen bu iki arayüzün bileşiminden oluşacak üçüncü bir tür arayüz geliştirilmesi ve kullanıcılar üzerinde test edilmesi planlanmaktadır. Ayrıca kullanıcıların tercihlerine göre içerik sunulabilecek bir arayüz geliştirilmesi planlanmıştır. Son olarak akıllı telefonlar yerine akıllı gözlük cihazlarında navigasyon hizmeti sağlayacak bir arayüz geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

Navigation has always been a problem for people, when they visit a location which they have not been before. Especially in universities with big campuses, new comers and guests need a guide for finding their way and getting to know the environment. Most of the universities provide guidance with signposts and web based maps. However, these tools are not the most user friendly ways of providing guidance service to people. In order to provide a better service for guidance purposes, mobile solutions should be developed. Since, nowadays, almost everyone carries a smart phone, mobile applications are useful tools to reach to the people and provide service. Mobile navigation applications are effective tools for helping people to find their way and explore their environment. The most popular navigation applications in the market are capable of navigating people to their destination as well as providing extra functionalities to help users to get familiar with their surroundings and to access information about locations that are in users' preferences. The main disadvantage of these applications are the weak GPS accuracy, which may confuse the users. Another disadvantage of these applications is that they do not have the detailed map of every area on the earth, which disables the users to use the applications if the roads or the pavements around them are not presented on the map. Therefore, there is a need for guidance service specialized for such areas. The main challenge for the mobile applications is to provide user-friendly interfaces, which also reveals a good user experience. In the design process of applications, developers should not only consider usability issues, but also consider the user satisfaction among the interaction between the user and the application. The type and quality of interaction that an application provides may take it to the top listings in the application stores, or may make people not even notice it. This thesis focuses on the user experience of mobile navigation applications by providing two types user interaction styles. The first type of user interaction style examined in the thesis provides guidance service with a 2D map interface. 2D map interfaces present a satellite map of earth and shows locations with 2D content, such as pinpoints, images, text to the users. This type of interface provides a bird's eye view of an area. The route information is shown to the user using lines on the map. Users' interaction with this interface may include finger gestures or voice commands. Users can manage the map by tilting, rotating, viewing, zooming in, and zooming out using fingers. The second type of user interaction examined in the thesis is the Augmented Reality (AR) browser interface. An AR interface enhances the real vision of the user with the digital information in order to provide new functionalities or more detailed information about what user sees. AR applications has been categorized as marker based and location based applications. In the scope of this thesis only the location based AR applications were examined. The location-based AR applications have been known as the AR browser applications with which users can browse or discover their environment. AR browsers use device's camera to access the real world image and show any digital media, such as, 2D images, text, videos, 3D models, onto the live camera view of the device. Users can explore their environment by browsing points of interests in such applications, without using any finger gestures. Another important contribution of this thesis is the guidance method called waypoint approach implemented in the AR interface, where users can get to their target location by following a series of waypoints displayed one after another onto the camera view. These interaction styles were implemented into two mobile navigation applications, which were intended to serve to visitors and newcomers of Istanbul Technical University for guidance purpose. The comparison of these two interfaces in terms of user experience was carried out by developing one sample application for each interface and conducting a field test and applying couple of questionnaires. Two groups of 10 participants were asked to follow two consequent routes. The first group took the first route guided by 2D map interface followed by the second route by AR interface and the second group took the first route guided by the AR interface followed by the second route by the 2D maps interface. Participants were asked to think aloud during the tests. After each test, participants were asked to answer NASA TLX and Post Study System Usability Questionnaires. The NASA TLX questionnaire was useful to compare these interfaces in terms of mental and physical workload, frustration, and performance of the participants. The PSSUQ were used to analyze these two interfaces in terms of user satisfaction, usefulness, information quality, and interface quality. In addition, participants' route completion times were also recorded. The results of the user experience tests revealed that the application with 2D map interface outperformed the AR based application in terms of all criteria. Participants travelled the routes in shorter times with the 2D map interface. The NASA TLX results showed that the 2D map interface was less demanding both mentally and physically, caused less frustration and required less effort from the participants. According to the PSSUQ results 2D map interface was more satisfactory for the users than the AR interface. In terms of degree of exploration of the environment, AR interface was found to be more useful. Participants stated that the combination of these two interfaces would be an improvement on top of the existing solutions, which is one of the future research ideas of these thesis. The user preferences may be also included in such systems. Moreover, instead of using smartphone, using optical head-mounted device could also create a whole new type of interaction. Both of the interfaces were also evaluated according to their usage of resources, such as GPU load, CPU load, and battery power. It was observed that the AR interface was more CPU and GPU power demanding since it uses camera and sensors of the device more intensely and frequently. Because of high ratio of usage of CPU and GPU, the AR interface consumed the battery power faster than the 2D map interface.