Introdução à Teoria da Interatividade

Trabalho Realizado Por:    Beatriz Nogueira, n.º 2    Fábio Silva, n.º 8

Teoria da Interatividade

Com a evolução da tecnologia ao longo dos anos, o Homem tem testemunhado o desenvolvimento do conceito de interatividade. O desenvolvimento substancial da interação Homem-máquina e das novas tecnologias, tem levado a que se viva, cada vez mais, "dentro" das tecnologias, causando uma sensação de imersão. Neste contexto, abordaremos temas como a evolução dos ambientes imersivos e a realidade virtual, que se divide em realidade imersiva e realidade não imersiva.

Do GUI aos ambientes imersivos

Interface gráfica do utilizador

O Graphical User Interface (GUI), constitui um mecanismo de interação entre o utilizador e o computador, quando visualizado pelos utilizadores.

Os ambientes de realidade virtual resultam do desenvolvimento e da investigação realizada com o GUI, levando a que através da utilização de ambientes virtuais e da estimulação de todos os sentidos do utilizador se obtenham os ambientes imersivos.

Os computadores atuais e periféricos possibilitam utilizar ambientes gráficos que apresentem boa qualidade, transmitindo mais facilmente ao utilizador a sensação de realidade e permitindo uma análise mais correta e cuidada da informação. Sendo que, na imersão do utilizador, um dos aspectos essencialmente importante é a qualidade do ambiente gráfico, nomeadamente quando o ambiente virtual é recriado a partir de um ambiente real.

Evolução histórica da interface Homem-Máquina

A evolução histórica da interface Homem-máquina é o resultado de diversos desenvolvimentos verificados em diferentes domínios ao longo dos anos. Alguns marcos históricos mais relevantes são:

• Em 1958, Comeau e Bryan desenvolveram, e a empresa Philco implementou, um protótipo de um capacete com monitores e sensores de detecção de movimento ligado a um par de câmaras remotas. Estes sensores permitiam deslocar as câmaras de acordo com os movimentos da cabeça, criando no utilizador a sensação de presença. Posteriormente, este equipamento passou a chamar-se Head-Mounted Display (HMD).

Head-Mounted Display

• Em 1986, a NASA criou um ambiente virtual que permitia aos utilizadores indicar comandos por voz, manipular objectos virtuais através do movimento das mãos e ouvir voz sintetizada com som 3D. O som 3D tenta reproduzir no sistema auditivo humano sensações idênticas às escutadas no mundo real.
  

Ambiente virtual 3D da NASA

A partir do ano 2000, o aumento da utilização dos smartphones, tablets e outros equipamentos fizeram aumentar o interesse pela realidade aumentada. Esta permite que elementos da realidade virtual possam ser sobrepostos em imagens do mundo real através das câmaras digitais instaladas nesses equipamentos. Hoje em dia, os desafios no campo da realidade virtual tentam encontrar formas que permitam aos utilizadores uma interacção mais natural com o ambiente virtual, bem como o desenvolvimento da internet no sentido de um espaço virtual tridimensional.

Smartphones e Tablets

Técnicas para tornar os ambientes gráficos mais realistas

Exemplos de tipos de
 mapas de textura

O rendering e o mapeamento de texturas são utilizados para tornar os ambientes gráficos mais realistas. O rendering é uma operação que permite transformar os dados gráficos em dados de imagem. O mapeamento de texturas é a parte da computação gráfica que se ocupa do estudo da simulação de materiais e texturas sobre planos.

Exemplos de rendering

O desenvolvimento de equipamentos cada vez mais adaptados ao utilizador e às suas necessidades é o resultado dos estudos provenientes da ergonomia. O principal objetivo da ergonomia é desenvolver e aplicar técnicas de adaptação de elementos do ambiente de trabalho ao ser humano, permitindo evitar situações de mal-estar no utilizador criadas pelos equipamentos de realidade virtual devido a características como o seu peso, as suas dimensões e o seu modo de funcionamento.

Realidade Virtual

A realidade virtual consiste numa tecnologia de interface avançada que permite ao utilizador interagir, visualizar e manipular objetos em vários ambientes. O objetivo desta complexa interface é recriar ao máximo a sensação de realidade no utilizador, utilizando equipamento como luvas de dados ou fatos de realidade virtual, fazendo a pessoa mergulhar numa realidade imersiva, desligada do mundo real.

Luvas de Dados (Data Glove)

Fatos de Realidade Virtual

Enquanto, por um lado, a realidade imersiva consiste na sensação de inclusão experimentada pelo utilizador de um ambiente virtual, ou seja, o utilizador sente-se dentro do ambiente e a interagir com os seus elementos.

Por outro lado, a realidade não imersiva, consiste na sensação de não-inclusão experimentada pelo utilizador de um ambiente virtual, ou seja, neste caso o utilizador não se sente como parte do ambiente.

Realidade não imersiva

Realidade imersiva

Interatividade

Interatividade num ambiente virtual pode ser definida como a capacidade de um sistema de comunicação ou computação de transmitir ou receber informação e, a partir da informação recebida, transformar, evoluir ou até criar novos ambientes virtuais.

O utilizador pode, por exemplo, movimentar-se num ambiente virtual 3D efetuando ações sobre os objetos que o compõem.

Características ou componentes

A interatividade tem como características ou componentes: 

• a comunicação, troca de informação recíproca entre o utilizador e o sistema, através de dispositivos periféricos ligados ao sistema; 
• o feedback, resposta do sistema a uma inserção de dados, permitindo regular a manipulação dos objetos do ambiente virtual a partir dos estímulos sensoriais; 
• o controlo e a resposta, que permitem ao sistema regular e atuar nos comportamentos dos objetos do ambiente virtual; 
• o tempo de resposta, que corresponde ao intervalo de tempo entre o estímulo do utilizador e a correspondente alteração no ambiente virtual; 
• a adaptabilidade, que diz respeito à capacidade que o sistema possui de alterar o ambiente virtual em função dos vários estímulos do utilizador.

Níveis de Interatividade segundo a relação Homem-Máquina

No nível de interatividade reativa, o utilizador tem um controlo limitado sobre o conteúdo do ambiente virtual. A interação e o feedback são controlados pelo sistema e seguem um caminho pré-programado, ou seja, o sistema controla o desenrolar da ação dos utilizadores.

No nível de interatividade coativa, o utilizador tem o controlo da sequência, do ritmo e do estilo das ações desenvolvidas sobre o conteúdo do ambiente virtual.

No nível de interatividade proativa, o utilizador tem o controlo da estrutura e do conteúdo das ações desenvolvidas no ambiente virtual, ou seja, controla dinamicamente o desenvolvimento do conteúdo deste.

Níveis de Interatividade segundo a ação sensorial

A interatividade relaciona-se com o despertar de sensações. Os níveis de interação distinguem-se pelo grau de sensações que são despertadas no utilizador, sendo que, os níveis de interatividade se podem classificar como elevado, médio e baixo.

No nível de interatividade elevada, o utilizador está totalmente imerso no ambiente virtual, estimulando todos os seus sentidos.

No nível de interatividade média, o utilizador exerce um controlo limitado sobre o desenrolar da ação num ambiente virtual, uma vez que, apenas alguns dos seus sentidos estão a ser utilizados.

No nível de interatividade baixa, o utilizador não se sente integrado no ambiente virtual e apenas alguns dos seus sentidos estão a ser utilizados.

Nível de interatividade média

Nível de interatividade elevada

Nível de interatividade baixa

Tipos de Interatividade

• Linear: o utilizador pode definir o sentido da sequência das ações desenvolvidas no ambiente virtual, mas apenas acedendo à seguinte ou à precedente;
• De suporte: o utilizador recebe apoio do sistema sobre o seu desempenho através de simples mensagens de ajuda a complexos manuais;
• Hierárquica: onde o utilizador navega no sistema através de um conjunto predefinido de opções, podendo selecionar-se um trajeto;
• Sobre objetos: o utilizador ativa objetos usando um dispositivo apontador para obter respostas do sistema;
• Reflexiva: o utilizador responde às perguntas efetuadas pelo sistema, podendo depois comparar as suas respostas com as de outros utilizadores ou com as de especialistas, permitindo assim, uma reflexão sobre as mesmas;
• De hiperligação: o sistema define as ligações necessárias para garantir que o acesso aos seus elementos, por parte do utilizador, seja assegurado por todos os trajetos possíveis ou relevantes, criando dessa forma, um ambiente flexível;
• De atualização: a interatividade entre o sistema e o utilizador permite gerar conteúdos atualizados e individualizados em resposta às ações do utilizador.
• Construtiva: o utilizador constrói um modelo a partir do manuseamento de objetos constituintes deste, de maneira a atingir um objetivo específico. Para isso, o utilizador tem de efetuar uma sequência correta de ações para que a tarefa seja concluída. 

Avaliação de soluções interativas

As soluções interativas de realidade virtual têm como principal objetivo o envolvimento do utilizador num ambiente que não é real. Estas soluções têm de ser avaliadas, nomeadamente nos aspetos relacionados com as questões tecnológicas utilizadas, nas alterações provocadas ao nível psicológico e social dos utilizadores e na qualidade da aplicação.

Assim, para avaliar estas soluções de forma mais completa e objetiva, analisa-se:

• o funcionamento dos dispositivos periféricos e a sua ergonomia; 
• a qualidade gráfica dos ambientes virtuais e o seu realismo perante o olhar do utilizador; 
• o contributo para a imersão do utilizador, a utilização adequada das cores; 
• os aspetos visuais; 
• a qualidade adequada de som; 
• a qualidade de estimulação tátil e da perceção da força; 
• o funcionamento e os objetivos da simulação, entre outras características mais específicas relacionadas com a área ou o domínio em que se insere.

Desenho de soluções interativas

O desenho de soluções interativas deve ser precedido do levantamento de todos os requisitos envolvidos, podendo este ser mais ao menos complexo, de acordo com o tamanho e a complexidade das soluções interativas. Alguns requisitos a considerar são: 

• a definição da solução interativa a desenvolver; 
• a caracterização do tipo de imersão pretendido; 
• a avaliação, caracterização e suporte dos vários dispositivos a utilizar; 
• a definição da capacidade de perceção dos movimentos do utilizador; 
• a avaliação de recursos e capacidades; 
• a seleção das ferramentas a utilizar no desenvolvimento; 
• a criação e edição de formas geométricas e texturas; 
• a descrição da visão estereoscópica; 
• a caracterização do hardware, do software e do suporte de rede e a modelação da ação física do sistema.

No âmbito da realidade virtual, é necessário envolver conhecimentos de diversas áreas, que permitam a modelação dos objetos, a ligação de computadores em redes, a implementação de sistemas de processamento em tempo real e o desenvolvimento de programação orientada por objetos.

De modo a tornar esta tarefa mais rápida e acessível, sem perder capacidades, foram criadas ferramentas, genericamente conhecidas por VR Toolkits, que permitem a criação de programas de realidade virtual. As ferramentas são, essencialmente, bibliotecas expansíveis com coleções de funções orientadas a objetos e às especificações da realidade virtual. Através da utilização das funções, o objeto simulado passa a pertencer a uma classe e a herdar os seus atributos por defeito. Desta forma, as tarefas de desenvolvimento de um programa complexo podem ser simplificadas, uma vez que, permite ao programador escrever e acrescentar módulos aos programas. Estas ferramentas, por sua vez, permitem na sua maioria, a importação de imagens a partir de programas como o AutoCad, isto é, 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 em relação ao hardware.

Alguns exemplos de ferramentas são: 

• VRML, que corresponde a uma linguagem de programação de ambientes virtuais de rede para a internet, podendo as suas aplicações serem executadas na maioria dos browsers;
• Google SketchUp, um software utilizado para criar e apresentar modelos 3D;

Modelo de carro no Google SketchUp

• Unity, é um programa multiplataforma para criar jogos e conteúdos interativos 3D e 2D;





Unity

• CryEngine, é um motor gráfico utilizado para produzir jogos, sendo um programa multiplataforma que suporta os atuais sistemas operativos e as novas consolas como WII U da Nintendo, Playstation da Sony e Xbox da Microsoft.