Titelaufnahme

Design patterns are a common used design aid in the human-computer interaction (HCI) community for efficient re-use of proven design solutions. Although design patterns have been used in the HCI community since the late 1980s, very little research has been done on possible formalization of the design pattern structure. The vast amount of HCI design patterns available today causes problems for both, novices and experienced pattern users. The diversity of design pattern formats represents an obstacle for realizing the full reuse potential promised: each pattern author follows his or her preferred form of a design pattern. This makes it difficult to find and reuse a pattern for a given problem, because before applying a certain pattern, users need to find out how the content elements of a pattern should be interpreted.

The lack of formality may constitute a major obstacle when handling design patterns in software development tools such as IDEs, which support the user interface design process.

This thesis provides a concept to the HCI community that helps pattern authors to encapsulate their HCI knowledge by means of design patterns and to store this knowledge in a formal way. This opens the possibility to use the information offered by design patterns in software applications and databases. A specification language XPLML (eXtended Pattern Language Markup Language), based on PLML (Pattern Language Markup Language developed by Fincher et al.), is developed which uses XML to specify content elements, relations and metadata of HCI design patterns. A novel concept called atomic interaction elements is introduced which is based on a breakdown of the underlying usability concepts of the patterns into their smallest elements.

As a starting point of this research, a survey was conducted among the HCI community and software developers. The goal of this preparatory study was (a) to determine if design patterns are really used to improve and/or speed up the user interface design process and (b) to get an idea if patterns are only an academic concept or also used in industrial environments. The second part of this thesis deals with the structure analysis of HCI design patterns. Hence, 750 design patterns have been analyzed to evaluate the used relationships, metadata and content elements in order to develop design rules for a unified pattern format.

The concept of atomic interaction elements allows the identification of similarities across different patterns according to their underlying usability principles. These usability principles are described in the implementation part of the pattern also known as the pattern's solution.

With that concept it is possible to show that the pattern's solution across different collections and categorizations is the same.

Entwurfsmuster sind in der Community der Mensch-Maschine-Interaktion (human - computer interaction; kurz: HCI) häufig verwendete Design Hilfsmittel zur effizienten Wiederverwendung von bereits erprobten Design Lösungen. Obwohl Entwurfsmuster in der HCI Community bereits seit den späten 1980ern verwendet werden, wurde bisher wenig Aufwand für wissenschaftliche Forschungen zur möglichen Formalisierung der Entwurfsmusterstruktur betrieben. Die enorme Anzahl an HCI Entwurfsmustern, die heutzutage verfügbar sind, verursacht allerdings sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Nutzer Probleme. Die Vielfältigkeit der Entwurfsmuster spiegelt die Problematik wider, wie schwer es ist, das volle Potential aus der Wiederverwendbarkeit auszuschöpfen: jeder einzelne Autor gestaltet die Grundform der Entwurfsmuster nach seinen persönlichen Vorlieben. Das macht es schwierig, ein Muster für eine bestimmte Problemstellung zu finden und wieder anzuwenden, da die Muster-Nutzer vor der eigentlichen Anwendung des Musters zuerst herausfinden müssen, wie die einzelnen inhaltlichen Elemente zu interpretieren sind. Der Mangel an Formalität bildet das wesentliches Hindernis bei der Verwendung von Entwurfsmustern in Software Entwicklungs-Tools wie IDEs, die den Designer im Design Prozess der Nutzer Schnittstelle unterstützen sollen.

Diese Dissertation stellt ein Konzept vor, welches Muster-Anwendern helfen soll, ihr HCI Wissen mittels Entwurfsmuster niederzuschreiben und auf strukturierte und formalisierte Weise abzulegen. Das macht es wiederum möglich, die Informationen aus den Entwurfsmustern in Software Applikationen und Datenbanken zu verwenden. Es wird eine Spezifikations-Sprache XPLML (eXtended Pattern Language Markup Language) entwickelt, die auf PLML (Pattern Language Markup Language, entworfen von Fincher et al.) basiert und in XML definiert ist. Weiters wird das neuartige Konzept "atomic interaction elements" vorgestellt, das darauf basiert, die zugrunde liegenden Bedienbarkeitskonzepte der Muster auf ihre kleinsten Einheiten herunter zu brechen.

Der Ausgangspunkt dieser Forschungsarbeit ist eine Befragung innerhalb der HCI Community und unter Software Entwicklern. Das Ziel dieser Befragung war es a) zu untersuchen, ob Entwurfsmuster wirklich benutzt werden, um den Design-Prozess der Bedienbarkeit von Mensch-Maschine Schnittstellen zu verbessern oder zu beschleunigen und b) einen Überblick zu bekommen, ob Entwurfsmuster ein rein wissenschaftliches Phänomen sind oder auch in der Industrie Anwendung finden. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit der Strukturanalyse der HCI Entwurfsmuster. Somit sind 750 Entwurfsmuster analysiert worden, um die verwendeten Beziehungen, Metadaten und Inhalt-Elemente zu evaluieren und in weiterer Folge Design Regeln für ein einheitliches Entwurfsmuster-Format entwickeln zu können. Das neue Konzept der "atomic interaction elements" ermöglicht es - entsprechend der zugrunde liegenden Bedienbarkeits Prinzipien-Ähnlichkeiten quer über verschiedene Muster hinweg zu identifizieren. Diese Bedienbarkeitsprinzipien sind in der Implementierung des Musters, auch als Lösung des Musters bekannt, beschrieben. Mit diesem Konzept ist es möglich aufzuzeigen, dass die implementierten Lösung des Musters auch über verschiedene Muster, Sammlungen und Kategorien hinweg die gleiche sein kann