Übersicht und Ergebnisse

Im Zeitalter von GPS-fähigen Smartphones und mobilem Internet werden Karten nicht mehr nur von kommerziellen Unternehmen oder öffentlichen Institutionen erstellt. Ähnlich wie bei anderen Open-Content-Initiativen wie Wikipedia oder Freesound haben sich Web-Mapping-Dienste etabliert, die sich hauptsächlich auf (geografische) Daten stützen, die von Freiwilligen gesammelt und eingereicht werden. Der bekannteste dieser kollaborativen Web-Mapping-Dienste ist OpenStreetMap (OSM). Seine Abhängigkeit von freiwillig zur Verfügung gestellten geografischen Informationen (VGI) führt zu erheblichen Unterschieden in Design und Inhalt im Vergleich zu kommerziellen oder administrativen Karten (Cipeluch, Jacob, Mooney, & Winstanley, 2010). 

Im Gegensatz zu zentralisierten Kartenanbietern beruhen die Gestaltungsmerkmale von OSM nicht auf Unternehmens- oder Verwaltungsentscheidungen, sondern auf Vorschlägen und Diskussionen der Mitwirkenden. Mitwirkende können auch eigene Designvorlagen entwickeln und veröffentlichen. Inhaltlich beeinflussen die Anzahl der lokalen Mitwirkenden und deren persönliche Präferenzen die Vollständigkeit der Karteninformationen und die Reihenfolge, in der die geografischen Elemente lokalisiert werden (Cipeluch et al., 2010; Haklay, 2010). Während Kartendarstellungen von Regionen mit nur wenigen Mitwirkenden relativ unvollständig sein können, kann die Vollständigkeit von Kartendarstellungen in bestimmten Regionen die von nicht-VGI-basierten Karten übertreffen, wenn sich viele oder stark motivierte Mitwirkende in diesen Regionen befinden. Zusammengenommen sind VGI-basierte Kartendienste weniger konsistent als kommerzielle oder administrative Karten. Um zu untersuchen, wie sich diese Inkonsistenz von Karteninformationen auf die Kartennutzung und damit verbundene räumliche Aufgaben wie Orientierung, Navigation und die Bildung mentaler Repräsentationen des Raums (auch kognitive Karten genannt) auswirken kann, ist es notwendig zu verstehen, wie Menschen mit Kartenelementen im Allgemeinen interagieren. 

Eine Art von Kartenelementen, die eine wichtige Rolle bei der Kartenwahrnehmung und -nutzung spielt, sind Landmarkenrepräsentationen. Landmarken sind markante und einprägsame Objekte mit einem festen geografischen Standort (Anacta, Schwering, Li, & Muenzer, 2017; Sorrows & Hirtle, 1999). In Karten werden Landmarken oft durch Piktogramme dargestellt. Diese Landmarkenrepräsentationen sind wichtige Elemente für die Orientierung, Navigation und die Bildung von kognitiven Karten (Elias & Paelke, 2008; Foo, Warren, Duchon, & Tarr, 2005; Golledge, 1999; Millonig & Schechtner, 2007). Daher können Erkenntnisse darüber, wie Landmarkencharakteristika wie Piktogrammdesign, -position und -salienz ihre Wahrnehmung und Verwendung beeinflussen, unser Wissen über Orientierung, Navigation und die Bildung von kognitiven Karten erweitern. Zusätzlich könnten solche Erkenntnisse in Regionen mit weniger OSM-Teilnehmern als Richtlinien verwendet werden, um zu entscheiden, welche Objekte mit höherer Priorität lokalisiert werden sollten oder welche Landmarken-Piktogramme ersetzt oder modifiziert werden sollten. Im Rahmen des DFG-Projekts (SPP 1892) "Die Auswirkungen von Landmarken auf die Navigationsleistung in VGI-basierten Karten" untersuchten und quantifizierten wir experimentell die Auswirkungen von Landmarken-Piktogramm-Design, Position und Salienz, um solche Richtlinien zu erstellen. 

In einem ersten Schritt untersuchten wir die Auswirkungen des OSM-Piktogrammdesigns von Landmarken auf deren Salienz, Aussagekraft und Erkennungsleistung (Keil, Edler et al., 2018; Keil, Edler, Dickmann et al., 2019). Die Motivation für diese Untersuchung war, dass das Design von OSM-Landmarkenpiktogrammen nicht auf einem iterativen Prozess basiert, der von Usability-Tests begleitet wird. Daher konnten wir nicht ausschließen, dass einige Piktogramme weniger visuelle Aufmerksamkeit auf sich ziehen (visuelle Salienz) oder dass einige schwieriger zu interpretieren (Bedeutsamkeit) oder zu merken sind als andere Piktogramme. Dies würde die Nützlichkeit dieser Piktogramme beeinträchtigen, da sie möglicherweise übersehen, falsch interpretiert oder vergessen werden. Wie erwartet, konnten wir in einem Experiment, in dem wir Eye-Tracking zur Beurteilung der visuellen Auffälligkeit und Selbstberichte zur Beurteilung der Bedeutsamkeit von 153 OSM-Piktogrammen verwendeten, zeigen, dass sowohl die visuelle Auffälligkeit als auch die Bedeutsamkeit stark variierten (siehe Abb. 1, linkes Diagramm). Mit Hilfe einer Wiedererkennungsaufgabe bewerteten wir auch die Einprägsamkeit der Piktogramme. Anschließend untersuchten wir mögliche Zusammenhänge zwischen den drei Maßen. 

Korrelationsanalysen zeigten, dass bedeutungsvolle Piktogramme weniger salient und weniger einprägsam waren (siehe Abb. 1). Der Versuch, Piktogramme mit einer geringen Aussagekraft zu verstehen, könnte die visuelle Aufmerksamkeit auf diese Piktogramme gelenkt haben. Folglich könnte die höhere visuelle Aufmerksamkeit erklären, warum sie genauer abgerufen wurden. Basierend auf diesen Schlussfolgerungen könnte man argumentieren, dass nur Piktogramme mit geringer Bedeutsamkeit verwendet werden sollten, da sie sich als auffälliger und einprägsamer erwiesen haben. Dies würde es jedoch auch sehr schwierig machen, zu verstehen, was ein Piktogramm repräsentiert und folglich die Darstellung mit der repräsentierten Landmarke zu verknüpfen. Damit würden die Landmark-Darstellungen ihren Zweck verlieren. Daher sollten die Erkenntnisse genutzt werden, um Piktogramme mit geringer Aussagekraft zu optimieren. Es wird erwartet, dass dies die visuelle Salienz aller Landmarken-Piktogramme angleichen und damit die visuelle Aufmerksamkeit auf Kartenelemente lenken würde, die für Aufgaben wie Orientierung, Navigation und die Bildung von kognitiven Karten relevant sind.

In den folgenden Projektschritten wurde untersucht, welche Landmarkenrepräsentationen für verschiedene kartenbasierte Aufgaben aufgrund ihrer (relativen) Position relevant sind, um mögliche Nutzungsmuster zu erkennen. Die erste zu untersuchende Aufgabe war das Routengedächtnis. Mit dem Wissen über den Zusammenhang zwischen der relativen Position von Landmarkenrepräsentationen und ihrer Relevanz für das Erinnern einer Route wäre es möglich, eine aufgabenorientierte Reduktion des Karteninhalts anzuwenden, um die visuelle Aufmerksamkeit der Nutzer auf aufgabenrelevante Kartenelemente zu lenken. Unsere Annahme war, dass die Relevanz von Landmarkenrepräsentationen invers zu ihrer Entfernung zu der zu erlernenden Route ist. Da mentale Repräsentationen von Raum auf der Basis von Beziehungen zwischen einzelnen räumlichen Elementen gebildet werden (McNamara & Valiquette, 2004; Tversky, 2003), erwarteten wir außerdem, dass weiter entfernte Landmarkenrepräsentationen aufgabenrelevant sind, wenn weniger räumliche Elemente in einer Karte vorhanden sind, z.B. in Karten von ländlichen Gebieten (geringe visuelle Komplexität). Um diese Annahmen zu testen, wurden zwei Routenerinnerungsexperimente mit unterschiedlichen Karten und einer Variation von Kartenmaßstäben und visueller Kartenkomplexität durchgeführt (Keil, Edler, Kuchinke et al., 2019, 2020). Da argumentiert wurde, dass Augenfixationen die kognitive Verarbeitung visueller Stimuli repräsentieren (Grant & Spivey, 2003; Just & Carpenter, 1976) und Kartenelemente eine kognitive Verarbeitung erfordern, um in kartenbasierten Aufgaben verwendet zu werden, wurden Augenfixationen in beiden Experimenten aufgezeichnet und als Maß für die Aufgabenrelevanz verwendet. 

Die Ergebnisse dieser Experimente unterstützten unsere Annahmen. Die Korrelationen zwischen Augenfixationen auf Landmarken-Piktogrammen (Fixationsanzahl, Gesamtfixationsdauer, mittlere Fixationsdauer) und dem Abstand der Piktogramme zur Route waren in beiden Experimenten negativ und hochsignifikant (alle r_s < -.8 alle p <.001). Mit anderen Worten, die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die kognitive Verarbeitung bei Landmarken-Piktogrammen in der Nähe der Route stärker ausgeprägt war. Daher argumentieren wir, dass Landmark-Piktogramme in der Nähe der Route relevanter für das Einprägen der Route waren.

Wir fanden außerdem heraus, dass, wenn die Anzahl der Kartenelemente pro cm² reduziert wird, indem ein Teilbereich der Karte gestreckt wird, Landmark-Piktogramme weiter abseits der Route fixiert werden (siehe Abb. 3). Wir erklären dieses Ergebnis mit der reduzierten Anzahl an räumlichen Bezugspunkten, die für das Einprägen der Route zur Verfügung stehen. Menschen scheinen eine bestimmte Anzahl von räumlichen Elementen zu benötigen, um sich eine Route einzuprägen. Wenn nicht genügend räumliche Elemente in der Nähe der Route verfügbar sind, verwenden sie möglicherweise räumliche Elemente weiter abseits der Route.

Die genannten Experimente zeigen, welche Kartenelemente Menschen bei Routenerinnerungsaufgaben bevorzugt verwenden. Die Ergebnisse zeigen jedoch nicht, ob die Wahrnehmung und Verwendung bestimmter Kartenelemente tatsächlich die Leistung des Routengedächtnisses beeinflusst. Um zu untersuchen, welche Kartenelemente benötigt werden, um sich eine Route effektiv einzuprägen, haben wir ein weiteres Experiment zum Routengedächtnis durchgeführt (Keil, Mocnik et al., 2018). 

In diesem Experiment wurden die Fixationen auf Landmarken-Piktogramme und die Routenerinnerungsleistung zwischen unveränderten Karten (Standardkarte) und Karten, die Bereiche mehr als 10 Pixel abseits der Route transparent darstellten (reduzierte Karte), verglichen. Da Transparenz die visuelle Aufmerksamkeit lenken kann (Colby & Scholl, 1991; Sutherland, McQuiggan, Ryan, & Mather, 2017), verwendeten wir sie mit der Absicht, die Aufmerksamkeit auf Piktogramme in der Nähe der Route zu lenken. Daher erwarteten wir, dass Bereiche abseits der Route weniger oft fixiert werden, wenn diese Bereiche transparent waren. Wenn Bereiche abseits der Route tatsächlich irrelevant für das Erinnern der Route sind, erwarteten wir außerdem, dass sich die Gedächtnisleistung zwischen den beiden Kartenbedingungen (reduzierte Karte / Standardkarte) nicht unterscheiden sollte. 

In Übereinstimmung mit unseren Erwartungen lenkte die transparente Darstellung von Bereichen abseits der Route die visuelle Aufmerksamkeit auf die Route. Es wurden fast keine Fixationen auf den transparenten Kartenbereichen gemessen (siehe Abb. 4). Wie erwartet wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Routenerinnerungsleistung zwischen den beiden Kartenbedingungen (reduzierte Karte / Standardkarte) gefunden, obwohl die Teilnehmer Bereiche abseits der Route signifikant weniger häufig betrachteten, wenn diese Bereiche transparent waren. Daraus schlussfolgern wir, dass Bereiche abseits der Route und deren räumliche Elemente, wie Landmarkenpiktogramme, nicht für das Erinnern der Route benötigt werden. Wie aus den oben beschriebenen Experimenten hervorgeht, kann jedoch die Breite des Bereichs um eine Route, der zum Einprägen erforderlich ist, von der visuellen Komplexität der Karte beeinflusst werden.

Die letzte Phase und die letzte Studie des Forschungsprojekts untersuchte die Relevanz von Landmarkenrepräsentationen in Objektpositions-Gedächtnisaufgaben basierend auf ihrer Position relativ zur aufgabenrelevanten Objektposition (Keil, Edler, Reichert et al., 2020; Keil, Edler, Dickmann et al., 2020). Da Objektpositionen die Bausteine für die Bildung mentaler Repräsentationen des Raums sind (McNamara & Valiquette, 2004; Tversky, 2003), ist es wichtig zu verstehen, welche räumlichen Elemente Menschen auswählen, um ein relationales räumliches Modell aufzubauen, da dies erlaubt, aufgabenrelevante Kartenelemente selektiv als Landmarken darzustellen und irrelevante Kartenelemente zu entfernen oder deren Sichtbarkeit zu reduzieren. Die Aufgabenrelevanz der Landmarken wurde anhand der Salienz (Augenfixationen der Landmarken) und der Gedächtnisleistung für die Objektposition beurteilt. Ähnlich wie in den Experimenten zum Routengedächtnis wurde die Entfernung der Landmarken-Piktogramme zu den zu lernenden Objektpositionen als erster Prädiktor für die Aufgabenrelevanz untersucht, da wir erwarteten, dass näher gelegene Landmarken salienter und besonders hilfreich für die Erinnerung an die zu lernenden Objektpositionen sind.  

Als zweiten Prädiktor untersuchten wir den Abstand der Landmarken-Piktogramme zu den (imaginären) Kardinalachsen der zu erlernenden Objektpositionen. Dies basierte auf der Annahme, dass Menschen Gestaltprinzipien wie Parallelität nutzen, um mentale Repräsentationen vom Raum aufzubauen. Da Karten in der Regel eine rechteckige Form haben, könnte die Parallelität der (imaginären) Kardinalachsen zu den Kartengrenzen als zusätzliche Informationsschicht zur Strukturierung des Karteninhalts dienen. Ähnliche Effekte einer illusorischen Gitter-Informationsschicht auf das Objekt-Positionsgedächtnis wurden von Dickmann et al. (2016) berichtet. Sie argumentierten, dass Menschen das Gestaltprinzip der Geschlossenheit nutzen, um Gitterfragmente zu einer vollständigen Struktur zu verbinden. Basierend auf diesen Befunden wurde angenommen, dass Menschen auch die Parallelität nutzen könnten, um sich Objektpositionen relativ zur Position von Landmarken-Piktogrammen zu merken. Daher erwarteten wir, dass das Vorhandensein von Landmarken in der Nähe der (imaginären) Kardinalachsen des zu erlernenden Objektes die Gedächtnisleistung für die Objektposition verbessern könnte.