Agrupamento de Escolas de Aljustrel

Aljustrel

Janeiro 2013

INTRODUÇÃO À TEORIA

DA INTERATIVIDADE

Aplicações Informáticas B

Professor: Ildefonso Godinho

Luís Espírito Santo nº14 12º1A

Nuno Mata nº18 12º1A

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Sumário

Introdução .......................................................................................................... 2

1. Do GUI aos ambientes imersivos ............................................................ 2

1.1. Evolução histórica da interface homem-máquina .......................... 2

1.2. Os ambientes gráficos, ergonomia e sentidos .............................. 3

2. Realidade Virtual ..................................................................................... 5

2.1. Conceito ........................................................................................ 5

2.2. Simulação da realidade ................................................................. 5

2.3. Realidade imersiva e não imersiva ............................................... 5

3. Interatividade ........................................................................................... 7

3.1. Conceito ........................................................................................ 7

3.2. Características .............................................................................. 7

3.3. Níveis de interatividade ................................................................. 8

3.3.1. Níveis segundo a relação homem-máquina ............................. 8

3.3.2. Níveis segundo a ação sensorial ............................................. 8

3.4. Tipos de interatividade .................................................................. 8

4. Como Avaliar soluções interativas ......................................................... 10

5. O desenho de soluções interativas ........................................................ 10

Conclusão ........................................................................................................ 12

Fontes .............................................................................................................. 13

Anexos ............................................................................................................. 14

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Introdução

Hoje em dia, os conceitos "interatividade" e “realidade virtual” têm sido

usados de forma bastante difusa e elástica na investigação da interação

em ambientes informáticos. Este trabalho pretende apresentar e discutir

algumas definições, funções e evoluções dos ambientes informáticos, no

âmbito da disciplina de aplicações informáticas B.

Este trabalho tem como objetivo, também, a assimilação de conceitos e

a aprendizagem de técnicas úteis para a disciplina.

Como objetivo secundário temos a aprendizagem das normas de

elaboração de trabalhos escritos que serão úteis no nosso progresso

como estudantes e até na futura vida profissional.

1. Do GUI aos ambientes imersivos

1.1 Evolução histórica da interação homem-máquina

As interfaces homem-máquina de que hoje usufruímos resultam de

uma longa evolução em diferentes áreas, nomeadamente da tecnologia e

da computação. Desta evolução podemos destacar algumas metas:

Em 1958, foi desenvolvido um capacete com sensores de

movimento, monitores e conectado a duas câmaras. Os sensores

comandavam as câmaras seguindo os movimentos da cabeça. Esta

invenção de Comeau e Bryan ficou conhecida pelo nome Head-

Mounted Display (HMD), ou capacete de visualização.

Morton Heilig, cineasta, em 1962, cria o Sensorama, um simulador

de uma viagem virtual num veículo de duas rodas, utilizando

imagens 3D, som estéreo (sistema de áudio em que existe uma

diferenciação do som reproduzido nos vários canais), vibrações e

aromas.

Em 1963, Ivan Sutherland desenvolveu um interface gráfico,

baseado em ponteiros, chamado Sketchpad, que usava uma caneta

de luz para guiar a criação e manipulação de objetos em desenhos

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de engenharia. Este foi um dos primeiros Graphical User Interface

(GUI).

O primeiro capacete de visualização 3D, também conhecido por

Head-Mounted Three Dimensional Display é desenvolvido por Ivan

Sutherland, em 1968.

Myron Krueger, em 1969, produz um sistema onde pessoas e

objetos são projetados em 2D numa tela, podendo interagir entre si

virtualmente. Este projeto ficou conhecido por Videoplace.

A NASA cria um ambiente virtual que possibilitava a manipulação

de objetos virtuais e interpretava comandos de voz e movimento.

Este sistema, criado em 1986, foi o primeiro a utilizar a teoria do

som 3D, técnica que, utilizando estereofonia, tentava dar ao

utilizador uma sensação espacial através do som.

Em 1987, a comercialização de produtos de realidade virtual, como

a luva de dados (Dataglove), o capacete de visualização

(Eyephones), e os Headphones foi liderada pela empresa VPL

Research.

1.2 Os ambientes gráficos, ergonomia e sentidos

Quando falamos de ambientes virtuais, dois dos aspetos mais

importantes a ter em conta são a qualidade dos ambientes gráficos e a

sua semelhança á realidade, uma vez que quanto maiores essas

qualidades, maior será a imersão do utilizador. Atualmente a qualidade

dos ambientes gráficos é bastante favorável á imersão do utilizador, sendo

necessário, portanto, computadores e tecnologias de maior capacidade,

comparativamente á tecnologia de á uns anos atrás.

Duas técnicas utilizadas hoje em dia para aumentar a qualidade dos

ambientes gráficos são o rendering e o mapeamento de texturas. O

mapeamento de texturas permite organizar e atribuir texturas a objetos

virtuais tornando-os mais realistas. O rendering consiste numa operação

em que dados gráficos são convertidos para dados de imagem. Para

conseguir um bom resultado utilizando a técnica do rendering, a

luminosidade, as posições relativas dos objetos, e as texturas utilizadas no

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ambiente virtual (mapeamento de texturas) devem ser corretamente

definidas.

O som 3D, técnica bastante utilizada graças à noção espacial

produzida, é uma técnica bastante recente que surgiu com a evolução nas

áreas de acústica e física do som. Consiste na criação de ficheiros áudio

que fornecem uma sensação de uma distribuição espacial dos sons, ou

seja, através desta técnica é possível ao utilizador localizar espacialmente

(acima, abaixo, atrás, à frente, à esquerda, à direita, …) uma fonte sonora

virtual. Para este efeito, são usadas duas faixas com pequenas diferenças

(estereofonia). Estas pequenas diferenças serão processadas pelo

cérebro do utilizador para calcular a posição relativa da fonte sonora. Para

obter estas duas faixas sonoras costuma-se utilizar uma técnica de

gravação que pretende simular o sistema auditivo humano, colocando dois

microfones em posições estratégicas de forma a simularem o ouvido

direito e esquerdo.

Na década de 80, os equipamentos de realidade virtual eram

demasiado pesados e de grandes dimensões, e provocavam enjoos,

dores de cabeça e cansaço, referindo também que era muito condicionado

a utilização destes equipamentos, uma vez que utilizadores com

determinadas características (altura, peso, …) não podiam usufruir destes

equipamentos. Com os estudos efetuados pela ergonomia, é agora

possível o desenvolvimento de equipamentos mais adaptados aos

diferentes tipos de utilizador, evitando os efeitos de desconforto que antes

eram visíveis.

Com o desenvolvimento da ergonomia, ambientes gráficos, e de

técnicas como o som 3D, o rendering e o mapeamento de texturas, é

possível, atualmente, estimular os sentidos de um utilizador de uma

realidade virtual de forma mais realista e confortável.

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2. Realidade Virtual

2.1 Conceito

A realidade virtual consiste em ambientes simulados utilizando

computadores e outros dispositivos tecnológicos, permitindo a um

utilizador imergir numa realidade alternativa, de forma a abstrair-se do

espaço em volta, podendo visualizar e interagir com objetos virtuais. Estes

ambientes simulados podem consistir em recriações do mundo real ou

podem ser criações de uma realidade alternativa.

Para imergir o utilizador é necessário utilizar uma vasto leque de

equipamentos e dispositivos tecnológicos para os diferentes sentidos.

A realidade virtual é utilizada em várias áreas, desde o entretenimento

até às simulações utilizadas para a formação. Na realidade virtual, a

imersão e a interação constituem os aspetos básicos necessários.

2.2 Simulação da realidade

A simulação da realidade é uma representação virtual de um situação

do mundo real, tentando representar certos aspetos do comportamento de

um sistema físico ou abstrato. Estas simulações são importantes pois

permitem que se testem certas situações poupando tempo e dinheiro e de

forma mais segura.

2.3 Realidade imersiva e não imersiva

A realidade imersiva consiste na sensação experimentada pelo

utilizador de se encontrar no meio de um ambiente e interagir com os seus

elementos. Esta imersão consegue-se estimulando sensorialmente,

através de diversos dispositivos, como o capacete de visualização (Head-

Mounted Display), as luvas de dados (Datagloves) e os auscultadores

(Headphones). É também importante considerar outros aspetos na

imersão, como o lugar utilizado, a forma como é efetuada a projeção, a

posição e as deslocações do utilizador, a distância do utilizador aos

controlos e a qualidade do som e imagem.

Em contraste com a realidade imersiva, a realidade não imersiva,

consiste na sensação de não inclusão experimentada pelo utilizador.

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Neste caso o utilizador não se sente virtualmente dentro do ambiente. É

considerado uma realidade não imersiva a visualização de filmes através

de um monitor ou a audição de música através de leitor de mp3 e uns

Headphones.

Alguns exemplos de dispositivos que facilitam a imersão são:

Dataglove [Anexo 3] – Luva eletrónica que permite capturar os

movimentos das mãos e usá-los para interagir. (Controlo e

manipulação);

GyroPoint Desk - Dispositivo semelhante ao rato de um

computador, mas com a particularidade de poder trabalhar no ar,

pois possui um giroscópio e comunica por rádio com o computador.

(Controlo e manipulação);

Fato de realidade virtual – Indumentária que permite a interação do

utilizador com o mundo virtual. (Controlo e manipulação);

Ring Mouse – Rato 3D sem fios. A sua posição, XYZ, é detetada

através de sensores ultrassónicos no espaço. Muito utilizado em

ambientes virtuais. (Controlo e manipulação);

Spacemouse – Dispositivo que permite um alto controlo do

movimento, aumentando a produtividade e o conforto dos

utilizadores que utilizam aplicações de software 3D. (Controlo e

manipulação);

HMD (Head-Mounted Display) [Anexo 2] – Capacete de

visualização. (Visualização);

BOOM (Binocular Omni-Oriented Monitor) – Caixa móvel para

visão estereoscópica. (Visualização);

Crystal Eye – Óculos para visualização estereoscópica, permitindo

um campo de visão amplo. (Visualização);

CAVE (Cave Automatic Virtual Envinonment) – Espaço delimitado

por três ou mais paredes de projeção estéreo para visualização

interativa. (Visualização);

Headphones - Permite ouvir sons provenientes de computador.

(Audição).

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3. Interatividade

3.1 Conceito

O termo interatividade surgiu nos anos 60 e é derivado do neologismo

inglês interactivity e denominava o que os pesquisadores entendiam como

uma nova qualidade da computação, presumindo a incorporação de

dispositivos de entrada e saída como o teclado e as teleimpressoras.

A interatividade consiste na capacidade de um sistema de

comunicação ou computação de receber informação através de um

dispositivo de input e a partir dessa informação recebida, transformar,

evoluir ou até criar novos ambientes virtuais.

Roderick Sims, em Interactivity: a forgotten art? (1997), comenta que

não é adequado resumir a interatividade ao simples ato de selecionar

opções em menu, objetos clicáveis ou sequências lineares e, concordando

com Johanssen, afirma que a interatividade é uma relação entre dois

“organismos”.

3.2 Características

As várias características da interatividade são:

a comunicação. Esta estabelece uma troca de informação entre

o utilizador e o sistema, usando dispositivos periféricos (de input,

de output, ou ambos);

o feedback, que corresponde à resposta do sistema a uma

inserção de dados, permitindo regular a manipulação dos

objetos do ambiente virtual a partir dos estímulos recebidos;

o controlo. É este que permite ao sistema regular e atuar nos

comportamentos dos objetos do ambiente virtual;

o tempo de resposta, que é o intervalo de tempo entre o

estímulo do utilizador sobre o sistema informático e a

correspondente alteração no ambiente virtual;

a adaptabilidade, capacidade que o sistema possui de alterar o

ambiente virtual em função dos vários estímulos do utilizador

sobre os objetos virtuais;

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a co-criatividade, que é a forma como o utilizador tem controlo

da sequência e do ritmo das ações.

3.3 Níveis de Interatividade

3.3.1 Níveis segundo a relação homem-máquina

Para Rhodes e Azbell, existem várias formas de o utilizador se

relacionar com um sistema, e a partir dessas diferentes relações

destacam-se três níveis de interatividade: a reativa, a coativa e a

proactiva.

Num caso de interatividade reativa, o utilizador tem pouco controlo

sobre o conteúdo do ambiente virtual, uma vez que o sistema segue um

percurso pré-progamado de ações. O utilizador está sujeito ao que está

programado.

No nível de interatividade coativa, o utilizador já tem controlo sobre a

sequência e o ritmo das ações pré-definidas, mostrando-se este tipo de

interatividade mais co-criativa que a interatividade reativa.

Neste último caso de interação, a interação proactiva, o utilizador tem

controlo sobre a estrutura e conteúdo das ações desenvolvidas no

ambiente virtual, ou seja, o utilizador domina de forma quase total o

desenvolvimento do conteúdo do sistema virtual. Neste tipo de interação o

utilizador pode modificar e criar ambientes.

3.3.2 Níveis segundo a ação sensorial

Segundo o tipo de ação sensorial, a interatividade pode ser classificada

como elevada, média ou baixa.

Quando a interatividade diz-se elevada, são estimulados todos, ou

quase todos, os sentidos do utilizador (visão, audição, tato, olfato e

paladar), o que provoca uma completa imersão no ambiente virtual.

Já no nível de interatividade média, apenas alguns sentidos do

utilizador são utilizados.

Em casos de realidade não imersiva, em que poucos sentidos do

utilizador são estimulados, podemos classificar como interatividade baixa.

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3.4 Tipos de interatividade

Da conjugação de várias características, Roderick Sims, depois de

analisar diferentes métodos de classificação da interatividade, propõe uma

nova classificação onde distingue oito tipos de interatividade:

interatividade linear (interatividade reativa), onde o utilizador

pode definir o sentido da sequência das ações de forma simples,

acedendo sempre apenas à seguinte ou à precedente, sem

receber grande feedback.

interatividade de suporte (interatividade reativa). O utilizador

recebe apoio sobre a forma como utilizar o sistema através de

simples mensagens de ajuda ou tutoriais.

interatividade hierárquica (interatividade reativa), onde, podendo

escolher de entre várias opções, o utilizador está sujeito a um

conjunto predefinido de opções. Exemplo deste tipo de

interatividade é um menu.

interatividade sobre objetos (interatividade proactiva). O

utilizador ativa objetos (botões, caixas de seleção) usando um

dispositivo apontador para obter respostas do sistema.

interatividade reflexiva (interatividade proactiva). Este permite

comparar respostas levando a uma reflexão sobre as mesmas.

interatividade de hiperligação (interatividade proactiva). O

sistema define ligações, necessárias para garantir que o acesso

aos seus elementos, criando um ambiente flexível.

interatividade de atualização (interatividade proactiva), onde a

interatividade entre o sistema e o utilizador permite gerar

conteúdos atualizados e individualizados em resposta às ações

do utilizador. Exemplos são programas de formato simples de

pergunta-resposta ou até formatos mais complexos que podem

incorporar na sua construção componentes de inteligência

artificial.

interatividade construtiva (interatividade proactiva). O utilizador

constrói um modelo a partir do manuseamento de objetos

componentes deste, atingindo um objetivo específico.

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4. Como avaliar soluções interativas

As soluções interativas de realidade virtual têm diferentes objetivos:

desde a educação, ao entretenimento e formação.

Estas soluções necessitam de ser avaliadas, particularmente nos

aspetos tecnológicos, nas alterações ao nível psicológico e social e na

qualidade da aplicação. Desta forma, para avaliar melhor estas soluções

interativas observam-se as seguintes características:

funcionamento dos dispositivos periféricos e a sua ergonomia;

qualidade gráfica dos ambientes virtuais e o seu realismo

perante o olhar do utilizador;

contributo para a imersão do utilizador;

utilização adequada das cores;

aspetos visuais;

qualidade adequada do som;

qualidade da estimulação táctil e da perceção da força;

funcionamento e objetivos da simulação;

outras características mais específicas relacionadas com a área

ou domínio em que se insere.

5. O desenho de soluções interativas

Para conseguir uma solução interativa de qualidade, é necessário ter

em conta alguns pontos, antes da criação da solução. De seguida são

enumerados alguns desses pontos:

definição da solução interativa a desenvolver;

caracterização do tipo de imersão pretendido;

avaliação, caracterização e suporte dos vários dispositivos a

utilizar;

definição da capacidade de perceção dos movimentos do

utilizador;

avaliação de recursos e capacidades necessários:

seleção das ferramentas a utilizar no desenvolvimento;

criação e edição de formas geométricas e texturas;

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descrição da visão estereoscópica:

caracterização do hardware, do software e do suporte de rede;

modelação da ação física do sistema.

Para o desenho de soluções interativas no âmbito da realidade virtual,

são necessários conhecimentos em diversas áreas (modelação de

objetos, ligação de computadores em redes, implementação de sistemas

de processamento em tempo real, desenvolvimento de programação

orientada a objetos, …). Contudo, hoje é possível criar soluções de forma

mais acessível e rápida, utilizando ferramentas, genericamente

conhecidas por VR TooIKits.

Estas ferramentas são essencialmente bibliotecas expansíveis com

coleções de funções especificadas a programas de realidade virtual.

Estas ferramentas permitem, muitas vezes, a importação de imagens a

partir de programas como o AutoCad, a ligação de dispositivos periféricos

específicos da realidade virtual e o trabalho com efeitos de iluminação,

sombreamento e textura dos objetos, funcionando de forma independente

do hardware.

Existem diversas ferramentas para a criação de soluções interativas no

âmbito da realidade virtual como por exemplo: Dl-Guy, Gizmo3D, Virtus

WalkThrough Pro, WorldToolKit, VRML e CAVELib.

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Conclusão

Em suma, a interatividade e a realidade virtual são tecnologias que se

vão utilizar cada vez mais num futuro próximo. As suas potencialidades e

utilidades são ilimitadas. Estas tecnologias estarão presentes em todas as

áreas, desde a educação, ao mundo laboral e até ao mundo desportivo.

Por este motivo, concluímos que é extremamente necessário pensar e

trabalhar a vertente interativa de um software, desde o início da sua

criação.

O Graphical User Interface (GUI), ou interface gráfica, constitui um

meio para a interação entre o homem e a máquina. Através da

estimulação de outros sentidos do utilizador (audição, tato, …), usando

outros dispositivos como o capacete de visualização (Head-Mounted

Display), obtém-se, assim, ambientes imersivos.

Concluímos que hoje em dia, um grande objetivo é tornar a realidade

virtual universal e acessível, para que todos possamos usufruir desta

tecnologia sem qualquer tipo de restrições e barreiras. Para tornar isto

possível é necessário um grande investimento por parte de todo o tipo de

empresas e até dos próprios governos para o concretizar, pois estas

tecnologias têm custos muito elevados e é necessário computadores de

grande potência para usufruir ao máximo destas tecnologias.

Outra conclusão a que chegamos é que hoje em dia a realidade virtual

e a interatividade são largamente associadas à educação. Vemos aqui

uma conquista na acessibilidade à tecnologia por parte dos mais jovens.

A realidade tem sido assunto de muitas discussões, pois a sua

“falsidade” pode levar a erros significativos na vida real. Por exemplo: no

caso de uma simulação de um jogo de guerra experimentada por um

jovem, este pode tentar imitar o que faz quando está a jogar, mas desta

vez na vida real, o que levará a consequências graves. A conclusão que

retiramos destas discussões é que a realidade virtual é importante quando

utilizada corretamente.

Um dia, todos teremos acesso á realidade virtual e, todos

conseguiremos realizar os nossos sonhos e realizar toda a espécie de

proezas sobre-humanas, pelo menos virtualmente.

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Fontes

SIMS, Roderick, Interactivity: a forgotten art?, 1995

LÉVY, Pierre, Que é o virtual?, São Paulo: 34, 1996

OUTING, Steve, What Exactly is ‘Interactivity’?, Dezembro de 1998

PRIMO, Alex Fernando Teixeira e CASSOL, Márcio Borges Fortes,

Explorando o conceito de interatividade: definições e taxonomias,

Disponível em:

http://www.falemosportugues.com/siple/webs_pages/pgie.htm;

NORTE, Mariangela Braga, Computador: da ficção científica à realidade

de sala de aula´

Interactividade, Blog disponível em:

http://jovensinteractivos.blogspot.pt/

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Anexos

Anexo 1 - Esquema das relações entre dispositivos eletrónicos

Anexo 2 – Componentes do HMD

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Anexo 3 – Componentes da luva de dados