The user-centric sensor-rich monitoring is rapidly evolving, introducing many continuous personal sensing applications and further contributing to the computational approaches to large-scale social understanding. Yet, personal sensing applications still involves much complexity and vulnerability in interpreting the continuous sensory data under dynamically progressing situations. These challenges cause additional cognitive burden to the human observers and ambiguity to the applications leveraging the sensory data.
In this thesis, I newly propose the notion of relativistic perspective in socio-physical monitoring; given that an individual activity is actually a part of group activity shared by multiple people in proximity, also known as in a socio-physical setting, I conjecture that there could be opportunities of rich interpretation on the individual sensory data by leveraging the sensory data from these people in the socio-physical setting. In light of this, I devise relativity representations of a group in a socio-physical setting by factorizing their sensory data into the commonality and the individual differentials with respect to it.
As an initial study to explore the relativistic perspective, the main body of this thesis focuses on a specific exemplary socio-physical setting around us, the children in kindergarten activities. These children continuously share their interactions and experiences, and grow along similar developmental stages. Following the longitudinal preliminary motivational studies, this thesis presents the relativistic perspective in sensor-rich behavior monitoring on the children, incorporating diverse educatory settings in regular kindergarten activities and qualitative user studies evaluating the effects and implication on the human observer.
To this end, this thesis presents three extensive field studies conducted with a class of 4-year-old children in a real kindergarten. First, as a cornerstone, we explore the inter-child behavioral relativity in diverse thematic activities conducted in the classroom of a kindergarten, by use of wearable sensing methodologies carefully crafted for young children. Second, following the lessons and inspirations delivered from the first study, we extend our scope to encompass the field trip situations of the children, which are indispensable but involve much more diverse and challenging settings in kindergarten education. We present a suite of children’s behavioral relativity representations and wearable sensing platforms carefully designed for childhood field trips. Third, we present a real-time preventive application leveraging the relativistic perspective on the children’s spatial dispersion in field trips.
Our field studies delivered comprehensive benefits and implications of sensor-rich monitoring of the children under a relativistic perspective, including alleviating the cognitive challenge of the kindergarten teachers, extending their understanding on the children as well as the educatory environment, and inspiring new discoveries and lessons for future education.
In the last part of this thesis, I attempt to envision a future systematic support to incorporate relativistic perspective in socio-physical settings. Based on the lessons and experiences in conducting the case studies, this thesis discusses the key functional elements, challenges, and initial ideas.
다양한 센서를 활용한 사용자 중심 모니터링의 빠른 발전에 힘입어 다양한 연속적 개인 센싱 어플리케이션들이 등장하고 있으며, 이들은 더 나아가 대규모의 사회적 이해를 위한 전산학적 접근에도 기여하고 있다. 하지만 다양하게 변화하는 상황 속에서 개인 센싱 어플리케이션들이 연속적인 센서 데이터들을 해석하는 데에는 여전히 많은 복잡성과 오류 가능성을 내포하고 있다. 이로 인해 결과적으로 인간 관찰자에게 추가적인 인지적 부담을 더하고 센서 데이터를 이용하는 어플리케이션에는 모호함을 더하게 되는 문제의 가능성이 있다.
본 학위논문에서는 사회-물리적 모니터링의 상대론적 관점이라는 개념을 제안한다. 이 개념은 개인적 단위로 간주되었던 활동이 실제로는 인접한 많은 사람들과 활동과 주제를 공유하는 단체 활동, 즉, 사회-물리적 설정 하의 활동인 경우가 있다는 착안에서 출발한다. 본 논문에서는 이와 같은 경우 사회-물리적 설정 하에 같은 활동을 공유하고 있는 사람들의 센싱 데이터를 활용함으로써 개인적 센싱 데이터에 보다 풍부한 해석을 더할 가능성이 있음을 탐구한다. 이를 위해 본 논문에서는 그룹 단위의 센싱 데이터를 공통성 성분 및 개인적 차이 성분들로 분리함으로써, 사회-물리적 설정 하의 그룹에 대한 상대론적 관점의 표현을 제안한다.
사회-물리적 모니터링에 대한 상대론적 관점을 탐구하기 위한 첫 시도로써, 본 논문은 주 연구 대상으로서 우리 주변에 존재하는 대표적인 사회-물리적 설정 중의 하나인 유치원 활동 하의 어린이들에 주목한다. 이 어린이들은 연속적으로 서로 상호 작용 하고 경험을 공유하며, 유사한 발달 단계를 따라 함께 성장한다. 본 논문에서는 장기간에 걸친 선행 동기 조사에 기반하여 풍부한 센서 기반의 유아 행동 모니터링에 대한 상대론적 관점을 제시한다. 여기에는 일반 유치원 활동 속에 존재하는 다양한 교육적 환경을 포함하고, 정성적 사용자 조사를 통해 이 관점이 인간 관찰자에 대하여 갖는 영향과 함의를 평가한다.
이상의 목적을 위하여, 이 논문에서는 실제 유치원의 4세 유아 학급을 대상으로 3회에 걸쳐 현장 연구를 수행하였다. 첫째로, 유치원 교실 내에서 진행되는 다양한 교육적 주제의 활동에 대하여 어린이간 행동적 상대성을 탐구하였다. 여기에는 어린이들이 착용할 수 있는 센싱 장비 및 방법론을 주의 깊게 고안하여 활용하였다. 둘째로, 상기의 연구에서 얻어진 교훈과 영감을 바탕으로 어린이들의 다양한 현장 학습 상황들을 포괄할 수 있도록 연구의 대상 범위를 대폭 확장하였다. 현장학습은 유치원 교육에서 필수 불가결한 활동이나 훨씬 많은 다양성과 어려움을 내포하는 특유의 환경이다. 이를 위해, 어린이 현장 학습을 위한 행동적 상대성 표현 방법을 제시하고 착용 가능한 센싱 플랫폼을 주의 깊게 설계, 활용한다. 셋째로, 유아 현장 학습 상에서 상대론적 관점을 활용하는 실시간 예방 어플리케이션을 제시한다.
이상의 현장 연구를 바탕으로, 센서 기반의 어린이 모니터링에 상대론적 관점을 적용하는 것에 관한 폭넓은 이점과 함의를 이끌어 내었다. 특히 유치원 교사들의 인지 부담의 경감, 어린이들 및 교육 환경에 대한 이해도의 확대, 그리고 이어지는 교육을 위한 새로운 발견과 교훈을 불러일으키는 효과를 도출한다.
본 논문의 마지막 부분에서는 사회-물리적 설정 하에서 상대론적 관점을 포함하기 위한 미래의 시스템적 지원을 전망해본다. 상기한 현장 연구를 수행하면서 얻은 교훈과 경험을 바탕으로, 핵심 기능 요소와 기술적 어려움, 그리고 초기 단계의 아이디어에 대한 논의를 시도한다.