PROTÓTIPO DE UMA INTERFACE HOMEM-COMPUTADOR ...

PROTÓTIPO DE UMA INTERFACE HOMEM-COMPUTADOR BASEADA EM

INTERAÇÃO POR VOZ, GESTOS, MULTITOQUE E TRANSPARÊNCIA PARA

AUTOMAÇÃO PREDIAL

Altemar Sales de Oliveira

Tese de Doutorado apresentada ao Programa

de Pós-graduação em Engenharia Civil,

COPPE, da Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos necessários

à obtenção do título de Doutor em Engenharia

Civil.

Orientadores: Luiz Landau

Gerson Gomes Cunha

Rio de Janeiro

Julho de 2014



AUTOMAÇÃO PREDIAL


TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM

ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

_____________________________________________

Prof. Luiz Landau, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Gerson Gomes Cunha, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. José Luis Drummond Alves, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Antônio Carlos de Abreu Mol, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Francisco Jose de Castro Moura Duarte, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Saulo Barbara de Oliveira, D.Sc.

.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

JULHO DE 2014

iii

Oliveira, Altemar Sales de

Protótipo de uma interface homem-computador

baseada em interação por voz, gestos, multitoque e

transparência para automação predial/Altemar Sales de

Oliveira. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2014.

XV, 129 p.: il.; 29,7 cm.


Gerson Gomes Cunha

Tese (doutorado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Civil, 2014.

Referências Bibliográficas: p. 107-123.

1. Automação Predial. 2. Computação Ubíqua. 3.

Interface Natural. I. Luiz Landau et al. II. Universidade

Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de

Engenharia Civil. III. Titulo.

iv

‘...para explorar novos mundos, para pesquisar novas vidas, novas civilizações...

Audaciosamente indo onde nenhum homem jamais esteve !’

Gene Roddenberry

v

Dedico este trabalho,

primeiramente ao Senhor Jesus e a

Deus que escolheu as coisas

loucas deste mundo para confundir

as sábias.

À minha esposa Rosa Amelita, por

ter incentivado, suportado e

acreditado na realização dele.

vi

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus,

por intermédio do seu filho Jesus, porque Ele me concedeu

graça e misericórdia até aqui.

À minha mãe,

que por suas virtudes completa a tarefa de ser

simplesmente mãe, principalmente nos momentos difíceis.

À minha esposa Rosa Amelita,

pelo amor, paciência e dedicação, que demonstrou durante

esse e tantos outros períodos.

Ao meu orientador Gerson Cunha,

por sua longanimidade aliada à simplicidade múltipla,

encorajando sempre a irmos mais longe.

À professora Cristina Haguenauer,

que me indicou os primeiros degraus a serem trilhados na

academia, desde a faculdade de educação da UFRJ.

Ao meu orientador professor Luiz Landau,

pelo apoio, pela colaboração, pela parceria, por estar

sempre disponível e pela sua confiança.

A Elizabeth Cornélio e Jairo A. Leite, secretaria acadêmica,

pela competência e parceria na orientação de todo processo

burocrático.

Ao CNPq pelo patrocínio financeiro.

vii

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)



AUTOMAÇÃO PREDIAL


Julho/2014


Gerson Gomes Cunha

Programa: Engenharia Civil

Interação mais ajustada, natural, flexível e adequada ao usuário tem sido

campo de estudo, na tentativa de criar interfaces de dispositivos mais próximas da

comunicação humana, inclusive em aplicações baseadas em voz e gestos.

Desenvolver essas interfaces, com o objetivo de atestar sua usabilidade no ambiente

de trabalho, faz-se necessário, visto que a tecnologia computacional está presente no

cotidiano profissional.

Este trabalho tem como objetivo projetar uma interface baseada em gestos, no

reconhecimento de voz e projeção em superfícies transparentes para automação

predial. Para isso, foram realizados estudos sobre interfaces gestuais, conceitos,

métricas, medidas, atributos e critérios de usabilidade. Posteriormente, procedeu-se

ao levantamento das necessidades, tendo em vista a visualização de apresentações,

controle de dispositivos e a escolha de gestos e comandos de voz, a serem utilizados

pelos usuários durante a interação com essas apresentações e o controle de

dispositivos prediais.

Para validar a interface em questão, foi construído um protótipo totalmente

funcional. Quanto aos resultados obtidos pela aplicação desse protótipo pode-se

perceber positivamente que a interação baseada em gestos e o reconhecimento de

voz atendeu aos usuários em relação a eficiência, a facilidade de aprender, a

facilidade de memorizar e de satisfação em usá-la. Pode-se constatar também que se

trata de uma inovação a baixo custo na área de domótica.

viii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

PROTOTYPE OF AN INTERFACE BASED HUMAN-COMPUTER INTERACTION BY

VOICE, GESTURES, MULTI-TOUCH AND TRANSPARENCY FOR BUILDING

AUTOMATION


July/2014

Advisors: Luiz Landau

Gerson Gomes Cunha

Department: Civil Engineering

Interact more adjusted, natural, flexible and appropriate to the user has been a

study area in an attempt to create nearest devices of human interaction, including

voice-based applications, poses and gestures. Evaluate these interfaces in order to

attest to its usability on the desktop, it is necessary, since the computational

technology is present in the everyday professional.

This work aims to design a gesture-based, speech recognition and transparent

projection surfaces for building automation interface. For this reason, studies on

gestural interfaces, concepts, metrics, measures, attributes and usability criteria were

performed. Subsequently, we proceeded to assess the needs in order to visualize

presentations, control devices and the choice of gestures and voice commands, to be

used by users during interaction with these presentations and control of building

devices.

To validate the interface in question, we built a fully functional prototype, using

the methodology of developing object-oriented systems. As for the results obtained

from the application of this prototype can be perceived positively that interaction based

on gestures and voice recognition users answered regarding the efficiency, ease of

learning, ease to memorize and satisfaction in using it. One can also see that it is a low

cost innovation in the field of domotics.

ix

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS .................................. ................................................................. xi

LISTA DE TABELAS .................................. ................................................................ xii

LISTA DE GRÁFICOS ................................. .............................................................. xiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES ..................... ................................................. xiv

CAPÍTULO 1 ........................................ ........................................................................ 1

1. Introdução ..................................... .......................................................................... 1

1.1. O PROBLEMA ....................................................................................................................... 1 1.2. OBJETIVO ............................................................................................................................. 5 1.3. JUSTIFICATIVA ...................................................................................................................... 5 1.4. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO................................................................................................ 8

CAPÍTULO 2 ........................................ ........................................................................ 9

2. Interfaces não Convencionais e Trabalhos Relacio nados ................................... 9

2.1. INTERFACES DE USUÁRIOS (IU): HISTÓRIA E CONCEITOS ENVOLVIDOS ................................... 9 2.2. INTERFACES GESTUAIS ....................................................................................................... 23 2.3. INTERFACES MULTI-TOUCH ................................................................................................. 28 2.4. INTERFACES CONTROLADAS POR VOZ ................................................................................. 34 2.5. MICROSOFT KINECT ............................................................................................................ 35 2.7. ARDUINO ............................................................................................................................ 40

CAPÍTULO 3 ........................................ ...................................................................... 44

3. Usabilidade de Interfaces ...................... ............................................................... 44

3.1. CONCEITOS E CONSIDERAÇÕES .......................................................................................... 44 3.2. MÉTODOS E MEDIDAS DE AVALIAÇÃO .................................................................................. 47

CAPÍTULO 4 ........................................ ...................................................................... 57

4. Metodologia .................................... ....................................................................... 57

4.1. TIPO DA PESQUISA ............................................................................................................. 57 4.2. CENÁRIO ............................................................................................................................ 57 4.3. SUJEITOS ........................................................................................................................... 58 4.4. INSTRUMENTOS E TÉCNICAS DE COLETA E DE TRATAMENTO DE DADOS................................. 59 4.5. ETAPAS .............................................................................................................................. 59

CAPÍTULO 5 ........................................ ...................................................................... 61

5. Automação de Ambientes ......................... ........................................................... 61

5.1. CONCEITOS E CONSIDERAÇÕES .......................................................................................... 61 5.1.1. Edifícios Inteligentes ................................................................................................. 61 5.1.2. Domótica ................................................................................................................... 65

5.2. TRABALHOS RELACIONADOS ............................................................................................... 66

CAPÍTULO 6 ........................................ ...................................................................... 75

6. A Construção do Protótipo - inOctopus .......... .................................................... 75

6.1. LEVANTAMENTO DAS NECESSIDADES DO USUÁRIO ............................................................... 75 6.2. A ESCOLHA DO HARDWARE E SOFTWARE ............................................................................ 78 6.3. DESENVOLVIMENTO E DESCRIÇÃO DO PROTÓTIPO ............................................................... 80 6.4. ANALISANDO OS ASPECTOS MUTI-TOUCH, TRANSPARÊNCIA E CUSTO ................................... 86 6.5. LIMITAÇÕES ........................................................................................................................ 89

CAPÍTULO 7 ........................................ ...................................................................... 91

x

7. Validação da Interface ......................... ................................................................. 91

7.1. INSTRUMENTOS DE VALIDAÇÃO ........................................................................................... 91 7.2. DINÂMICA DE USO DA SOLUÇÃO .......................................................................................... 92 7.3. DESCRIÇÃO DOS RESULTADOS DA APLICAÇÃO DO QUESTIONÁRIO DE VALIDAÇÃO.................. 93 7.5. DISCUSSÃO SOBRE OS RESULTADOS................................................................................... 96

CAPÍTULO 8 ........................................ ...................................................................... 98

8. Conclusões, Contribuições e Perspectivas Futura s ......................................... 98

APÊNDICE 1 ............................................................................................................ 104

ENTREVISTA PARA LEVANTAMENTO DAS NECESSIDADES DO USUÁRIO .................. 104

APÊNDICE 2 ............................................................................................................ 105

QUESTIONÁRIO DE AVALIAÇÃO DO INOCTOPUS ............................................................... 105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................ ................................................. 107

ANEXO 1 .................................................................................................................. 124

GRÁFICOS DO CONTROLE DE APRESENTAÇÃO POR GESTOS ....................................................... 124

Gráfico 6 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender .......................................................................................................................................... 124 Gráfico 7 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Memorizar .......................................................................................................................................... 124 Gráfico 8 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Feedback ................... 124 Gráfico 9 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Erros .......................... 125 Gráfico 10 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Efiência .................... 125 Gráfico 11 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Satisfação ................ 125

GRÁFICOS DO CONTROLE DO MOVIMENTO DAS CÂMERAS POR GESTOS ....................................... 126 Gráfico 12 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender .......................................................................................................................................... 126 Gráfico 13 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Memorizar .......................................................................................................................................... 126 Gráfico 14 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Feedback ................. 126 Gráfico 15 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Erros ........................ 127 Gráfico 16 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Efiência .................... 127 Gráfico 17 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Satisfação ................ 127

GRÁFICOS DO CONTROLE DE DISPOSITIVOS POR RECONHECIMENTO DE VOZ ............................... 128 Gráfico 18 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender .......................................................................................................................................... 128 Gráfico 19 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Memorizar .......................................................................................................................................... 128 Gráfico 20 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Feedback ................. 128 Gráfico 21 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Erros ........................ 129 Gráfico 22 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Efiência .................... 129 Gráfico 23 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Satisfação ................ 129

xi

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - PROJEÇÃO SOBRE VIDRO ................................................................................................ 3

FIGURA 2 - UBI DISPLAYS: PROJETADA EM SUPERFÍCIE ...................................................................... 3

FIGURA 3 - SENSEBOARD ............................................................................................................... 18

FIGURA 4 - SURFACE UMA MESA INTERATIVA ................................................................................... 18

FIGURA 5 - PAPERWINDOWS .......................................................................................................... 20

FIGURA 6 - PAPERPHONE ............................................................................................................... 20

FIGURA 7 - GUMMI DA SONY ........................................................................................................... 21

FIGURA 8 - TOSHIBA QOSMIO COM TECNOLOGIA HAND GESTURE CONTROL ..................................... 28

FIGURA 9 - PRIMEIRO SISTEMA MULTI-TOUCH DESENVOLVIDO POR BILL BUXTON ............................... 29

FIGURA 10 - SISTEMA MULTI-TOUCH - DIAMOND TOUCH ................................................................... 30

FIGURA 11 - SISTEMA MULTI-TOUCH SMART SKIN. ........................................................................... 31

FIGURA 12 - O SISTEMA MULTI-TOUCH TOUCHLIGHT ........................................................................ 31

FIGURA 13 - MÉTODO FTIR ........................................................................................................... 32

FIGURA 14 - MÉTODO ILUMINAÇÃO DIFUSA ...................................................................................... 33

FIGURA 15 - RECONHECIMENTO SUBVOCAL ..................................................................................... 34

FIGURA 16 - KINECT....................................................................................................................... 36

FIGURA 17 - REPRESENTAÇÃO DOS COMPONENTES DO KINECT PARA WINDOWS ............................... 37

FIGURA 18 - CAMPO DE VISÃO DO KINECT ....................................................................................... 37

FIGURA 19 - ESQUELETIZAÇÃO DAS ARTICULAÇÕES RECONHECIDAS PELO KINECT ............................ 38

FIGURA 20 – APLICAÇÃO FREAK’N GENIUS, GESTSURE ................................................................... 39

FIGURA 21 – APLICAÇÃO IKKOS .................................................................................................... 39

FIGURA 22 - ARDUINO UNO R3 ....................................................................................................... 40

FIGURA 23 - ARDUINO MEGA .......................................................................................................... 41

FIGURA 24 - ARDUINO NANO .......................................................................................................... 41

FIGURA 25 - ARDUINO FIO .............................................................................................................. 41

FIGURA 26 - ARDUINO LILYPAD ...................................................................................................... 42

FIGURA 27 - MÓDULO ETHERNET SHIELD ........................................................................................ 42

FIGURA 28 - UM LABORATÓRIO DO LAMCE .................................................................................... 58

FIGURA 29 - TRANSPARÊNCIA EM SUPERFÍCIE NÃO PLANA ................................................................ 70

FIGURA 30 - GPS COM PROJEÇÃO NO VIDRO DO CARRO .................................................................. 70

FIGURA 31 - DREAMWALL .............................................................................................................. 71

FIGURA 32 - DREAMSCREEN3000 .................................................................................................. 71

FIGURA 33 - DREAMWINDOW ......................................................................................................... 72

FIGURA 34 - ADAPTADOR PARA USO NO PC .................................................................................... 78

FIGURA 35 - MINI ROTEADOR SEM FIO ............................................................................................. 79

FIGURA 36 - FM MÓDULO .............................................................................................................. 79

FIGURA 37 - CÂMERA DE SEGURANÇA ............................................................................................. 79

FIGURA 38 - TELA TOUCH SCREEN FLEXÍVEL E FIGURA 39 - PROJETOR DE BOLSO PHILIPS ................. 80

FIGURA 40 - QUADRO SEQUENCIAIS DO GESTO ACENO .................................................................... 83

FIGURA 41 - TELA DE PRINCIPAL DO INOCTOPUS ............................................................................. 85

FIGURA 42 - INOCTOPUS PROJETADO EM SUPERFÍCIE TRANSPARENTE .............................................. 85

FIGURA 43 - PROJEÇÃO EM PELÍCULA TRANSLÚCIDA, VISTA POR TRÁS .............................................. 87

FIGURA 44 - PROJEÇÃO EM PELÍCULA TRANSLÚCIDA, VISTA PELA FRENTE ......................................... 87

FIGURA 45 - PROJEÇÃO EM PELÍCULA TRANSLÚCIDA COMPLETA ....................................................... 88

xii

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - CUSTOS DE PELÍCULAS ................................................................................................. 89

TABELA 2 - PERCENTUAIS DE RESPOSTAS FAVORÁVEIS E DESFAVORÁVEIS PARA O INOCTOPUS-APRESENTAÇÃO POR GESTOS ................................................................................................ 94

TABELA 3- PERCENTUAIS DE RESPOSTAS FAVORÁVEIS E DESFAVORÁVEIS PARA O INOCTOPUS- CÂMERA POR GESTOS ......................................................................................................................... 95

TABELA 4 - PERCENTUAIS DE RESPOSTAS FAVORÁVEIS E DESFAVORÁVEIS PARA O INOCTOPUS- DISPOSITIVOS POR VOZ .......................................................................................................... 95

xiii

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 - PERCENTUAIS DE ACEITAÇÃO PARA CONTROLE DOS DISPOSITIVOS POR GESTOS E VOZ .. 76

GRÁFICO 2 - PERCENTUAIS DE ACEITAÇÃO PARA CONTROLE DOS DISPOSITIVOS POR SENSORES ........ 77

GRÁFICO 3 - PERCENTUAIS DE ACEITAÇÃO PELOS ENTREVISTADOS POR COMANDOS DO POWERPOINT ............................................................................................................................................ 77

GRÁFICO 4 - PERCENTUAL DE EXPERIÊNCIA NA UTILIZAÇÃO DE INTERAÇÃO POR VOZ E POR GESTOS .. 96

GRÁFICO 5 - RESULTADOS COM RELAÇÃO À QUESTÃO SOBRE AO USO DA TRANSPARÊNCIA TER SIDO PRAZEROSA .......................................................................................................................... 96

GRÁFICO 6 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FACILIDADE DE APRENDER .......................................................................................................................................... 124

GRÁFICO 7 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FACILIDADE DE MEMORIZAR .......................................................................................................................................... 124

GRÁFICO 8 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FEEDBACK ................... 124

GRÁFICO 9 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO ERROS ........................ 125

GRÁFICO 10 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO EFIÊNCIA ................... 125

GRÁFICO 11 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO SATISFAÇÃO .............. 125


GRÁFICO 13 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FACILIDADE DE MEMORIZAR ........................................................................................................................ 126

GRÁFICO 14 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FEEDBACK ................. 126

GRÁFICO 15 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO ERROS ...................... 127




GRÁFICO 19 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FACILIDADE DE MEMORIZAR ........................................................................................................................ 128

GRÁFICO 20 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO FEEDBACK ................. 128

GRÁFICO 21 - RESULTADO DA VALIDAÇÃO DO INOCTOPUS PARA O ATRIBUTO ERROS ...................... 129



xiv

LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES

ASL Linguagem Americana de Sinais

AURESIDE Associação Brasileira de Automação Residencial

AVC Acidente Vascular Cerebral

ELA Esclerose Lateral Amiotrófica

BCI Interfaces Cérebro-Computador

CFTV Circuito Fechado de TV

CLI Interação por Linhas de Código

CMOS Sensor Complementary Metal–Oxide–Semiconductor

CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

CRT Tubo de Raios Catódicos

DI Diffused Illumination

ECoG Eletrocorticografia

EEG Eletroencefalografia

EI Edifício Inteligente

EIBG European Intelligent Builiding Group

EM Esclerose Múltipla

Finep Financiadora de Estudos e Projetos

FOLED Flexible Organic Light-Emitting Diode

FTIR Frustrated Total Internal Reflection

GPS Sistema de Posicionamento Global

GUI Interface Gráfica do Usuário

IBI Intelligent Buildings Institute

IBSC Intelligent Building Study Committee

IDE Ambiente Integrado de Desenvolvimento

IG Interface Gestual

IHC Interação Homem-Computador

ISO Organização Internacional para Padronização

JSL Linguagem Japonesa de Sinais

KUI Interface Cinética do Usuário

LabCog Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento em Interfaces

Humano-Computador

LAMCE Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia

LCD Display de Cristal Líquido

NBR Normas Brasileiras

NUI Interface Natural do Usuário

xv

OLED Diodo Emissor de Luz Orgânico

OUI Interface Orgânica do Usuário

QUIS Questionnaire for User Interaction Satisfaction

RA Realidade Aumentada

RGB Vermelho (Red), Verde (Green) e Azul (Blue)

RV Realidade Virtual

SAPI Speech Application Programming Interface Microsoft

SUMI Software Usability Measurement Inventory

TUI Interface Tangíveis do Usuário

UC Computação Ubíqua

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

WHAS Sistema de Automação Residencial sem Fio

WIMP Window, Icon, Menu e Pointing

PDA Assisente Pessoal Digital

WYSIWYG What You See Is What You Get

1

Capítulo 1

1. Introdução

Neste capítulo são apresentadas as considerações iniciais do trabalho, a situação-

problema, a relevância, os objetivos e a composição deste trabalho, envolvendo

conceitos e fatos relacionados à interação dos seres humanos com o computador e à

automação de ambientes residenciais e prediais.

1.1. O Problema

Cada vez mais a tecnologia computacional vem sendo empregada nas mais

variadas atividades do cotidiano dos seres humanos, envolvendo aplicações e

interfaces cada vez mais sofisticadas.

Pode-se afirmar que, por um lado, as interfaces vêm tornando possível, maior e

melhor a Interação Homem-Computador (IHC). Claramente, percebe-se uma trajetória

partindo da Interação por Linhas de Comando (CLI) indo em direção a paradigmas que

implicam em maneiras mais intuitivas e naturais de interação. De acordo com Yonck

(2010), a evolução da IHC avançou de cartões perfurados para a Interface Gráfica do

Usuário (GUI), atingindo um novo modelo: a Interface Natural do Usuário (NUI) e

caminhando para Interface Orgânica do Usuário (OUI). É possível perceber que a

Computação Ubíqua (UC) tem concorrido para que a IHC, a cada dia, ganhe um

aspecto mais natural. A UC (muitas vezes abreviado para "ubicomp") refere-se a um

novo gênero de computação no qual o computador permeia completamente a vida do

usuário. Na UC, os computadores tornam-se úteis, mas vigorosamente invisíveis,

auxiliando o usuário no atendimento às suas necessidades, sem ficar no caminho

(KRUMM, 2009).

Em outras palavras, a UC busca tornar implícita a integração entre dispositivos

computacionais e usuários, por meio de um caminho natural, semelhante a outras

tecnologias, como escrita, eletricidade, entre outras, que estão incorporadas ao

cotidiano das pessoas (BUTT et al., 2012). Para Krumm (2009), a ideia por trás da

interação natural é que o computador forneça serviços, recursos ou informações para

um usuário, sem que o usuário precise pensar sobre as regras de como usar o

computador para obtê-los. Dessa forma, a tendência deve ser que o usuário esteja

focado em como sua tarefa será realizada e não em aprender a interagir com o

computador. Segundo Ghalwash e Nabil (2013), sob a UC encontram-se as interfaces

2

NUI, OUI e Interface Tangíveis do Usuário (TUI), definida no Capítulo 2 deste trabalho.

Em Buxton (2010), NUI é referenciada como uma interface de usuário desenvolvida

para reusar habilidades existentes na interação direta do usuário com o conteúdo alvo.

A palavra natural é usada porque a maioria das interfaces de computador usam

dispositivos de controle artificial cuja operação tem de ser aprendida. Multitoque1,

gestos, comandos por voz são apenas algumas das muitas abordagens diferentes

para a implementação de uma interface natural (WIGDOR e WIXON, 2011) e

(NUIGROUP, 2011). Concentra-se em habilidades humanas tradicionais, como o

toque, visão, fala, escrita, movimento e processos mais importante de nível superior,

como a cognição, criatividade e exploração.

Quando se trata de UC, deve-se pensar que a informática se torne cada vez

mais “onipresente” dia-a-dia. E, que seja possível falar em dispositivos mais

intimamente integrados aos corpos humanos, fazendo-se, então, referência a OUI. Em

(NABIL e GHALWASH, 2013), esse tipo de interface é definida como um grupo de

interfaces que têm telas não planas, que podem, ativa ou passivamente, mudar de

forma, por meio de entradas físicas analógicas. Exposições orgânicas são

caracterizadas por dois fatores principais: elas podem alterar ou assumir qualquer

forma e serem utilizadas como um dispositivo de entrada.

1 O termo multitoque e multi-touch são usados com o mesmo sentido. A palavra multi-touch permaneceu neste estudo, pois as interfaces fazem menção a ela para que não haja confusão com os toques sobre outros dispositivos que não sejam sobre a tela.

3

OUI não é apenas um subconjunto de NUI, mas o herdeiro legal de NUI, ou

seja, o seu sucessor (WIGDOR e WIXON, 2011). Sensores biométricos, displays de

pele e, eventualmente, as interfaces cérebro-computador são apenas algumas

possibilidades de implementações desse tipo de interface (YONCK, 2010). E, nesse

contexto, de forma ainda não muito significativa, mas avançando, a transparência

(Figura 1) vem se tornando presente também com custo relativamente alto

(DOUBLETAKETECH, 2013)

Figura 1 - Projeção sobre vidro

Sendo que se entende como interface com transparência a projeção da

interface de uma aplicação projetada em superfície transparente dos dois lados

(Figura 2), substituindo os dispositivos tradicionais e os mais novos como as telas

touchscreen, usadas em tablets, por exemplo. Essa projeção consiste em entrada e

saída de dados a partir de interações baseadas em toques. Mais detalhes sobre esse

tipo de transparência são encontrados no Capítulo 5.

Figura 2 - Ubi Displays: projetada em superfície

4

Por outro lado, aplicações para o controle e automação de prédios e

residências compreendem uma área emergente de pesquisas dentro da IHC

(CORREIA et al., 2013).

Dentre muitos investimentos nessa direção, tem-se explorado a interação por

gestos (CORREIA et al., 2013), por toques (KLEINDIENST et al., 2008)

(AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL SEM FIO COM IPAD, IPHONE E ANDROID 2012) e

por comando de voz ou reconhecimento de fala (LÓPEZ et al., 2011; GEMMEKE et al.,

2013; BAIG et al., 2012; BUTT M. et al., 2012; VACHER et al., 2011; RAMLEE et al,

2013), envolvendo tecnologias de rede sem fio, dispositivos móveis (PU et al., 2013;

DEVI e TECH, 2012), arduíno (MIGUEL, 2011; SANTOS, 2012; MAHENDRAN et al.,

2013) e kinect (“Domotica con Microsoft Kinect (Kinect Home Automation)”, 2011)

(RIVAS-COSTA et al., 2013; WILSON e BENKO, 2010). E, também, de forma ainda

não muito significativa, mas avançando, a transparência (KOPPELHUBER e BIMBER,

2013; SCHROEDER, 2013; DOUBLETAKETECH, 2013). Sendo que a automação

residencial e predial vem, cada vez mais, integrando-se à tecnologia da informação e

comunicação em busca de mais conforto no ambiente doméstico (ELOY et al., 2010),

o que pode ser estendido para o de trabalho também.

Nesse contexto, existem prédios corporativos ou aqueles destinados a

pesquisas ou outras finalidades, que devem especificamente materializar suas

características futurista e natural, combinando-as à necessidade de melhorar a

qualidade de vida e a otimização do uso de recursos com um custo consideravelmente

baixo. O LabCog (Figura 28 do capítulo 4), detalhado no Capítulo 4 deste trabalho,

doravante a ser chamado de LAMCE, está situado no Parque Tecnológico do Rio e é

um empreendimento da UFRJ em parceria com várias instituições, tais como a

Prefeitura do Rio de Janeiro, Ministério de Ciência e Tecnologia, Finep, CNPq, Sebrae

e Petrobrás. Seu objetivo é desenvolver soluções em IHC, baseadas na interseção de

três áreas tecnológicas: realidade virtual, aumentada e computação ubíqua. Como em

qualquer edificação corporativa, os profissionais, que nela trabalham, precisam de

uma aplicação de automação predial que lhes proporcione mais conforto e condições

para manter a produtividade, com um tipo de IHC personalizada conforme as

características e objetivos do prédio, que é futurista em termos de arquitetura,

propósitos, decoração e categorias de equipamentos contidos em seu interior.

Tendo em vista preencher uma lacuna em oferecimento de interface que

combine com o caráter futurista dessa construção, esse trabalho pretendeu realizar a

construção de uma IHC que combine voz, gestos, multitoque e transparência em uma

aplicação, destinada a controlar, de forma otimizada e confortável, os recursos e

5

dispositivos desse tipo de prédio ou construções voltadas a pesquisas, baseando-se

em interação natural e de custo baixo.

1.2. Objetivo

Geral

Desenvolver uma interface que combine voz, gestos, multitoque e transparência

em uma aplicação, que controle, de maneira otimizada e confortável, os recursos e

dispositivos de prédios ou construções voltadas a pesquisas cujo caráter futurista,

natural e de custo baixo devam ser contemplados.

Específicos

Revisar a literatura sobre os conceitos relacionados às interfaces abordadas (por

toque, voz, gestos e transparência) nesta pesquisa, sobre as ferramentas

apropriadas, destinadas ao desenvolvimento da aplicação em questão, sobre

fundamentos da automação residencial e predial e as possiblidades de métodos e

técnicas relativas à usabilidade, as quais possam ser aplicadas neste caso.

Construir o protótipo para a aplicação proposta.

Validar o protótipo.

1.3. Justificativa

Com o progresso, os edifícios tornaram-se o cerne das atividades da vida urbana.

Eles evoluíram em instalações técnicas. No começo da década de 70, a divulgação

dos microprocessadores contribuiu para alargar o domínio de aplicação dos sistemas

de controle, os quais davam suporte à automação e a supervisão de equipamentos

mais sofisticados e em maior quantidade em prédios (ELOY et al., 2010). Nesse

contexto, começou-se o realce na ideia de se tirar o máximo proveito desses sistemas

e dos recursos que estavam disponíveis (NEVES, 2004). E, de acordo com o autor

dessa última citação, pode-se, então, afirmar que todos os aspectos referidos e,

também, a transformação da sociedade industrial na sociedade informática, a qual

ofereceu flexibilidade e direcionou para a adaptação a novas tecnologias e a novos

requisitos, deram origem ao conceito de Edifício Inteligente (EI).

Os EIs auxiliam seus proprietários, gestores e ocupantes a chegarem aos seus

objetivos, tendo em vista os fatores: custo, conforto, adequação, segurança,

flexibilidade em longo prazo e valor comercial (NEVES, 2004; ELOY et al., 2010). No

ano de 1985, apareceu a definição de: “um edifício inteligente combina inovações

tecnológicas ou não, com capacidade de controle, para maximizar o retorno do

6

investimento”. Segundo a Associação Brasileira de Automação Residencial

(AURESIDE), esse conceito engloba mais que a parte relativa ao projeto elétrico,

constituindo-se, por si só, um estudo rigoroso que alcança desde a localização do

edifício aos seus impactos ambientais, contemplando todas as variáveis técnicas,

existentes nos projetos elétricos e hidráulicos. Há outras referências, as quais

procuram utilizar novos conceitos para melhorar ou incrementar a inteligência num

edifício (WONG et al., 2005). Valendo, além disso, dizer que o conceito de EI não se

restringe a edifícios de escritórios, podendo (e devendo) ser aplicado a outros edifícios

tais como: hospitais, edifícios educacionais, hotéis, espaços comerciais, campi

universitários, etc.

Os conceitos relacionados aos EIs são aplicados na automação residencial ou na

domótica. Também são utilizadas outras denominações sinônimas como home control,

connected home, entre outras. Semelhante a qualquer área de inovação, a domótica,

inicialmente, é entendida como um símbolo de status e modernidade pelo cliente. Em

prosseguimento, a conveniência e o conforto, por ela proporcionados, tornam-se

decisivos. E, finalmente, ela passa a ser uma necessidade e um fator de economia e

produtividade (AURESIDE, 2014). Autores como Dewsburry et al. (2001) consideram

que a introdução de soluções e serviços tecnológicos na habitação possibilitará, cada

vez mais, a supressão de barreiras, aumentando a independência e a autonomia dos

habitantes. Em Eloy et al. (2010) é abordada a instalação de controles digitais e

sistemas de comunicação, os quais representam o passo que se segue à retirada de

barreiras arquitetônicas, nas mudanças realizadas e que ainda serão realizadas no

ambiente doméstico, abrangendo prédios em geral.

De forma resumida, é apropriado afirmar que os sistemas residenciais são

implementados para executar, dentre outras, as seguintes rotinas automatizadas:

iluminação, segurança, climatização e acionamento de cargas diversas

(SMARTHOME, 2012). De acordo com Eloy et al. (2010), uma instalação domótica

precisa de uma infraestrutura que contenha rede de comunicação (com fios ou sem

fios), controlador do sistema, sensores, atuadores e os elementos externos que irá

automatizar. Os sistemas de automação usados comumente se concentram nos

seguintes propósitos: gestão energética, segurança (de bens), proteção (situações de

emergência), conforto, informação e comunicação, entretenimento, gestão dos

eletrodomésticos e, além disso, na gestão integrada de todo o sistema. A

segurança/proteção, por exemplo, engloba: controle de acessos, detecção de intrusão,

sistemas de vigilância e monitorização, detecção de incêndio, detecção de fugas de

7

gás, detecção de inundação, detecção de falta de eletricidade e alarme pessoal. Mais

detalhes sobre cada uma dessas partes são abordados no Capítulo 5 deste trabalho.

Como já foi abordada, a ideia central da UC consiste em cercar os seres humanos

de computadores e software cada vez mais discretos e destinados a dar assistência

durante as atividades humanas do dia-a-dia (KRUMM, 2009). Vários trabalhos,

detalhados no Capítulo 5 deste documento, no contexto da automação predial e

residencial são apresentados, constituindo-se assim o estado da arte da interação por

gestos, voz e toques baseados em redes sem fio, kinect e arduíno (UbiComp ’12,

2012; UbiComp ’13, 2013). Tendo sido encontrada uma brecha ou lacuna em termos

de trabalhos que combinem voz, gestos, multitoque e projeção em transparência a um

baixo custo para prédios , que tenham como característica o fato de serem futuristas

e dedicados à pesquisa tecnológica, como é proposto neste estudo para automação

de construções.

Assim, os motivos que justificam e evidenciam a relevância desta pesquisa estão

expostos a seguir.

Tornar disponível o protótipo de uma solução de interface baseada em gestos,

voz, multitoque e projeção em vidro ou em superfícies transparentes não plana

(podendo ser curva), que pode compor, de forma mais adequada, o ambiente

de trabalho de um prédio que tenha um caráter futurista e voltado à pesquisa

em tecnologia, para uma aplicação da área de automação de construções. Tal

solução pode contribuir para que os profissionais dessa instalação tenham

acesso aos recursos com uma interação mais confortável e a baixo custo,

podendo favorecer ainda mais a produção desses indivíduos. Ela contemplará

as seguintes funções de controle: ligar e desligar datashow e

ar condicionado; acender e apagar luzes, controlar câmera de segurança, do

áudio, visualizar dados de sensores, como o de temperatura, e controlar

recursos para apresentações em reuniões realizadas no prédio.

Trata-se de um trabalho relevante, porque vem contribuir para preencher uma

lacuna existente em estudos de usabilidade de interfaces que combinem

gestos, voz, multitoque e transparência a baixo custo, para aplicações da área

de automação de construções em prédios destinados à pesquisa tecnológica,

que tenham caráter futurista.

Contribui com estudos acadêmicos futuros para outros estudiosos, que venham

a desenvolver trabalhos sobre o tema desta pesquisa, deixando à disposição

uma documentação, a qual relata um caminho que pode ser adotado, em se

8

tratando de desenvolvimento, implementação e validação da usabilidade de

uma solução de interface baseada em gestos, voz, multitoque e transparência,

que ainda é considerada uma interação sofisticada ou fora do usual na área de

automação de construções.

1.4. Organização do Trabalho

Além deste capítulo, este trabalho possui outros sete. No segundo capítulo, é

apresentada uma breve evolução das interfaces de usuários, focando especialmente

os paradigmas. No terceiro, são explorados conceitos, métodos e técnicas

relacionadas à usabilidade de IHC. No quarto, a metodologia da pesquisa está

exposta. O quinto capítulo apresenta conceitos relativos à EI e à domótica,

ressaltando os trabalhos relacionados a IHC na área de automação residencial e

predial. O sexto expõe uma descrição da solução construída por esta pesquisa,

detalhando a construção de um protótipo para o tipo de aplicação abordada. O sétimo

trata dos resultados da aplicação do protótipo e, por fim, são apresentadas as

conclusões, recomendações e perspectivas futuras.

9

Capítulo 2

2. Interfaces não Convencionais e Trabalhos Relacionados

Este capítulo apresenta o rumo das interfaces de usuários, focando especialmente os

paradigmas da interação natural, englobando também detalhamentos sobre o Kinect e

o Arduino, ferramentas que tem sido significativamente úteis na implementação de

soluções computacionais ubíqua. Além disso, nesse contexto, estão em pauta a

classificação dessas interfaces, algumas dificuldades e desafios.

2.1. Interfaces de Usuários (IU): História e Conceit os Envolvidos

O início de uma breve trajetória sobre IU pode ser apresentado com base em

Cardoso (2013). Até por volta de 1960, os primeiros computadores de grande porte

(mainframes) não tinham interface interativa e executavam apenas em modo de

processamento em lotes, chamado batch processing, sendo usadas as fitas

magnéticas e os cartões perfurados. Esse processamento acontecia sem a

interferência humana até que fosse completado, a partir de suas entradas pré-

estabelecidas. Esse mecanismo atendia a maioria das necessidades de cálculo,

porém a comunicação interativa entre seres humanos e computadores não era muito

apropriada às necessidades humanas de interação.

Durante os anos 1970, esses computadores começaram também a adotar

interfaces, que possibilitassem interatividade com o usuário, permitindo a digitação de

comandos e operando em sistema time-sharing (ou de tempo compartilhado),

tornando possível que diversos usuários e tarefas processassem simultaneamente,

usando um único processador, com sistemas dotados de multiprogramação e

multitarefas.

Desse modo, é pertinente afirmar que a evolução das interfaces parte, então,

de Interação por Linhas de Comandos (CLI), avançando para interações mais visuais

e físicas, sendo que aquelas por linha de comando permaneceram.

Pode-se afirmar que uma Graphical User Interface (GUI) começou a substituir

por manipulação direta (apontamento e seleção) comandos arbitrários, os quais

precisariam ser memorizados. Nesse caso, ações são realizadas ao se mover objetos

em uma tela e selecionando-os em menus. Assim, com esse paradigma, os seres

humanos podem criar e modificar um documento por meio de uma interface e também

10

o visualizar similarmente à maneira impressa. O que significa uma interação

denominada WYSIWYG (What You See Is What You Get: "O que você vê é o que

você obtém", e que era no início relacionada a editores de texto, tornando-se

posteriormente mais abrangente. E, o estilo de interação WIMP (Window, Icon, Menu,

Pointing device, (Janela, Ícone, Menu, Cursor)), desenvolvido na Xerox Palo Alto

Research Center em 1973, alcançou popularização em máquinas voltadas para o

mercado de massa com o Macintosh da Apple em 1984, consolidando a era dos

computadores pessoais.

Nesse caso, a interação é realizada a partir de um mouse, um dispositivo físico

de entrada, que controla a posição de um cursor, e mostra a informação distribuída em

janelas, as quais são representadas por ícones. Os comandos são apresentados em

menus e, então, selecionados e ativados com o uso do mouse. Comparando com a

CLI, não é preciso memorizar uma variedade de comandos, sendo que o ambiente

transformou-se em algo mais familiar e fácil de operar, tratando-se assim de sistema

multitarefa. Além disso, isso contribuiu para que o uso do computador se estendesse

para pessoas sem amplo conhecimento técnico e iniciantes, aumentando-se a

inclinação da curva da taxa de aprendizagem.

Durante os anos 1970 e 1980, vários estudos surgiram sobre telas sensíveis ao

toque (touchscreens), que sinalizavam a não utilização do mouse, em especial no

caso de dispositivos portáteis. Essas telas evoluíram em direção a uma busca pela

melhora no feedback para o usuário, por intermédio de resposta háptica

(realimentação física, relativa ao tato. ex.: realimentação de força em um joystick,

característica vibratória de um celular, resposta tátil de uma touchscreen e outras) e na

melhora na precisão. O que permite melhor interface em se tratando da escrita e do

desenho, em PDAs (personal data assistant) e em tablets gráficos, por exemplo.

Norman (2007) afirma que a GUI torna-se menos eficaz à medida que o

número de itens e de alternativas que devem ser manipulados na interface aumentam,

como é comum em sistemas operacionais e aplicativos complexos. Vem-se

fortalecendo a ideia de que as técnicas tradicionais de GUI não são apropriadas às

plataformas interativas emergentes. Myers et al. (2000) fornecem exemplo disso. Eles

afirmam que há limitações da GUI convencional em aplicações com uma grande

amplitude de dimensões de displays, desde telas portáteis a enormes como as de

projeções em paredes, em se tratando de dispositivos de computação ubíqua (que se

refere à “onipresença” da tecnologia da informação no cotidiano dos seres humanos),

incluindo aquelas baseadas em reconhecimento de gesto e de fala.

11

Embora grande parte das ferramentas ainda forneça suporte aceitável usando

menus, caixas de diálogo, teclados e mouses, é percebido que há a tendência de que

esses mecanismos liberem espaço, pelo menos em parte, para o reconhecimento de

gestos, escrita manual e reconhecimento de fala. Em (BUXTON, 2010) é definida

como natural uma interface de usuário que seja desenvolvida para reusar habilidades

existentes na interação direta do usuário com o conteúdo alvo.

Em outras palavras, esse autor quis dizer que uma Natural User Interface

utiliza-se das habilidades, não elencadas como computacionais, e sim daquelas já

pertencentes ao usuário, ditas inatas ou adquiridas por meio da prática e vivência de

comunicação (que pode ser verbal ou não) com outros seres humanos e pela

interação com o ambiente ao seu redor. Dessa forma, a interação ocorre usando-se de

diversos tipos de dispositivos de entrada intuitivos, seja por toque, gestos ou por fala,

em um ambiente que remeta o usuário a experiências do mundo real do usuário,

lançando mão de metáforas. NUIs são mais fáceis de aprender que as GUIs, pois se

baseiam em comportamento natural e cotidiano da pessoa, ressaltando ou enfocando

a experiência do usuário.

É possível perceber que os sistemas multitoques podem adequar a sua

maneira de interação para diferentes aplicações, substituindo um joystick, mouse,

teclado e, assim, permitindo a utilização de linguagem natural de uma maneira flexível

e customizável. PDAs, leitores de e-books são exemplos de aplicação desse tipo de

sistema. Mesmo para pessoas com necessidades especiais, esses sistemas são

aplicáveis, contribuindo para o desenvolvimento de habilidades motoras. Seu uso

também é recomendado em caso de computador esterilizável para manipulação por

médicos em cirurgias, na interação com mapas interativos para finalidades militares,

de desenho e modelagem tridimensional em tablets e para manuseio de uma

infinidade de widgets (um componente de uma GUI, o que inclui janelas, botões,

menus, ícones, barras de rolagem, etc.).

A Teoria da Carga Cognitiva (TCC) de Sweller (1988) explica que cada pessoa

possui uma capacidade de memória de trabalho, que limita o número de tarefas a

serem realizadas ao mesmo tempo. Ele sugere que algumas atividades de

aprendizagem exigem o uso de uma porção significativa da memória de trabalho de

uma pessoa, que esta memória é limitada e que a aprendizagem pode tornar-se

ineficiente por causa da falta de memória necessária.

Com base nos estudos de Sweller et al. (1998), há três tipos diferentes de

carga cognitiva: a) carga cognitiva intrínseca, que consiste na dificuldade e

12

complexidade inerentes ao assunto ou tarefa; b) carga cognitiva natural, que é a carga

gerada pelas atividades de ensino, as quais beneficiam a aprendizagem no uso da

interface; e c) carga cognitiva externa, que é a carga gerada pela forma com que a

informação é apresentada ao usuário, isto é, pelas habilidades utilizadas na interação

com uma interface. Os referidos autores defendem que durante a produção de uma

interface, a carga cognitiva deve ser controlada de forma a maximizar a carga

cognitiva natural e minimizar a carga cognitiva externa, enquanto se mantém a carga

cognitiva intrínseca em um nível razoável.

Diante disso, exemplificando, habilidades simples, como utilizar um comando

por fala para inicializar um aplicativo, possuem pequena carga cognitiva, e habilidades

compostas, que englobam outras habilidades, mostram-se mais difíceis de aprender e

possuem maior carga cognitiva externa, já que há a necessidade de um pensamento

conceitual por parte do usuário. O que contribui para a redução da memória de

trabalho disponível para ambas as cargas intrínseca e natural como, por exemplo, no

caso de navegar por pastas com um mouse para inicializar um aplicativo.

Então, é possível perceber que se deve procurar o emprego de habilidades

simples em detrimento do uso das compostas em se tratando do desenvolvimento de

uma interface, evitando que o usuário tenha de pensar sobre o uso da interface, ao

invés de dedicar-se à tarefa em si, ou principal que está sendo executada.

Assim, significativamente uma NUI pode ser útil quando os ambientes são

hostis, os quais exigem grande parte da atenção e memória de trabalho do usuário

voltada para a tarefa em si, como o Sistema de Posicionamento Global (GPS) de um

veículo, um controle para operação de máquinas pesadas no chão de fábrica, ou um

dispositivo para comunicação em um campo de batalha. Nesses casos, minimizar a

carga cognitiva do uso da interface contribui para que reduza o risco inerente à

execução da tarefa também.

A curva de aprendizagem comum em aplicação com NUI faz com que o usuário

obtenha um alto nível de interação e sua satisfação é atingida rapidamente. Da

mesma maneira que a interação das pessoas com o mundo real, as interfaces naturais

têm características, as quais proporcionam uma sensação de fluidez e naturalidade.

São elas: interação direta, interação de alta frequência e a interação contextual.

A interação direta ocorre, pela proximidade física da ação do usuário com o

elemento com o qual interage, ou pela proximidade temporal em que a interface reage

ao mesmo tempo em que o usuário ou, ainda, pela ação paralela do mapeamento

entre uma ação do usuário e um elemento da interface. Bruegger e Hirsbrunner (2009)

13

afirmam que quando uma interface permite usuários interagirem com computadores

por movimento de seu corpo, ou partes dele, e objetos, ela é uma interface cinética ou

uma Kinetic User Interface (KUI), elucidada mais adiante. Exemplificando, na interação

direta, ter-se-ia uma tela multitoque, por meio da qual o usuário tocaria a tela

diretamente e a interface reagiria imediatamente, sendo que a movimentação e gestos

dos dedos seriam mapeados nas coordenadas da tela.

A interação de alta frequência acontece por meio de diversas pequenas

interações rápidas, resultados de uma interação direta, e feedback constante, que

contribuem para um maior realismo. Exemplificando, um tablet pode realizar várias

interações rápidas de cada ponto, durante o momento em que um usuário o usa para

desenhar, reproduzindo os traços simultaneamente à ação do usuário.

Numa interação contextual, opções adequadas de tarefas a serem realizadas

são procuradas e recuperadas prioritariamente, conforme a tarefa executada pelo

usuário, tornando possível a tomada de decisão mais rápida e de forma fácil.

Em se tratando de NUI, a conjunção da possibilidade de diminuição da carga

cognitiva, a aprendizagem progressiva e a interação direta, evitando metáforas

artificiais, atraem usuários ainda não incluídos, que poderiam usar com dificuldades

uma interface gráfica e também aqueles insatisfeitos com ela.

A produção de touchscreens surgiu como uma alternativa para se tentar

contornar a limitada interação permitida por um mouse ou por um sistema de tela

sensível ao toque com somente um ponto de interação. Essas telas são capazes de

registrar diversos toques distintos simultaneamente, inclusive alguns tipos de gestos,

popularizados pelo sucesso do iPhone, os multi-touch displays. Mais detalhes sobre

essa produção e sobre interfaces multitoques são apresentados na Seção 2.3.

Telas multitoques tornam possível a interação de vários usuários

simultaneamente em uma só tela e, além disso, permite interpretações de gestos,

como é o caso do movimento de pinça (zoom), tornando possível a característica de

interface natural.

Em Brewster et al. (2007) existe uma análise da resposta háptica em

interações portáteis, por meio da qual se pode concluir que o feedback tátil contribui

para redução dos erros de entrada de dados em 20%, além de aumentar a velocidade

de entrada de dados em 20% e reduzir a carga cognitiva em 40%. Dessa forma, o

feedback háptico permite que a interface exija menos do usuário fisicamente e

mentalmente, possibilitando uma interação menos irritante e frustrante ao usuário.

Valendo ainda realçar que o emprego de uma stylus, uma caneta utilizada para

14

interação em touchscreens, pode atenuar a dificuldade de reconhecimento do que o

usuário deseja que seja realizada pela interface relacionada ao “dedo gordo”.

Existe uma busca significativa na combinação de displays 3D com

possibilidades multitoque, ocasionando uma imersão apropriada do usuário tanto

visualmente, como para o controle da interface. Nesse caso, trata-se do chamado

“toque imersivo 3D”. Sendo que com os tabletops 3D se enfrenta a tarefa complexa de

manipulação de dados tridimensionais, como seleção, movimento, rotação e

dimensionamento de objetos na tela. Nesse caso, o emprego de uma interação

multitoque se dá de maneira que a mão não dominante do usuário pode atuar como

um seletor do modo de navegação, ao mesmo tempo em que a mão dominante

quantifica a ação da função selecionada.

Uma vantagem explorada significativamente quando se trata de interfaces

naturais é a possibilidade de combinação com a realidade misturada, ou seja, de

misturar objetos do mundo real com objetos virtuais em um mesmo ambiente de

interação. Dentre os conceitos englobados nesse tipo de realidade, há a Realidade

Aumentada (RA), que possibilita a sensação de que objetos virtuais estejam presentes

no mundo real pelo uso de software que combina elementos de realidade virtual com o

mundo real. Uma das definições da RA é a de Azuma (2001), que considera a RA um

sistema suplementar ao mundo real com objetos virtuais produzidos por computador,

os quais parecem coexistir no mesmo espaço. Já a Realidade Virtual (RV), de acordo

com Kirner (1997) é "uma técnica avançada de interface, em que o usuário pode

realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional,

gerado por computador, usando canais multissensoriais". Nesse caso, é produzida a

sensação para o usuário de que ele realmente está ali presente, interagindo com o

mundo virtual, por meio de seus sentidos, recebendo feedback visual, auditivo, tátil, de

força e, talvez, até mesmo usando o sentido olfativo e gustativo.

Para obter-se eficiência de uma interface de RA são necessários o controle da

posição do usuário e de outros atributos do sistema como ativação de ações, seleção

e maneiras de interação do usuário com objetos. A existência de câmeras em

dispositivos portáteis, displays translúcidos e dispositivos vestíveis possibilitam que o

usuário tenha uma nova percepção do mundo em seu entorno.

Maior realismo e uma expansão das utilidades que sistemas de RA tem sido

com base na evolução da capacidade computacional, dos dispositivos de visualização,

dos dispositivos de entrada com novos métodos de aquisição e novos materiais, além

15

do refinamento contínuo de algoritmos de reconhecimento e de geração de imagens.

Isso em ambos os meios: no acadêmico e no cotidiano.

Colaborando para essa evolução da IHC, existe uma orientação para que os

equipamentos eletrônicos se tornem cada vez menores, sendo aumentada a sua

capacidade de processamento e de integração de serviços e com outros

equipamentos. Isso, cumprindo as necessidades da Computação Ubíqua (UC), que foi

vista como uma tendência por Weiser (1991). Como já foi exposto anteriormente, esse

conceito se refere ao fato de que os equipamentos e dispositivos computacionais se

misturam ao mundo real do usuário, tornando-o rico. Na verdade, a ideia é que a

informática se torne “onipresente” no dia-a-dia das pessoas e que a interação entre

humanos e máquinas seja invisível, tendo em vista integrar ações e comportamentos

naturais das pessoas a essa interação. Weiser (1991) previu o melhoramento da

tecnologia utilizada na sua programação e construção, tornando-se esses

equipamentos cada vez mais portáteis ou vestíveis e, assim, favorecendo a chamada

RA ubíqua.

O emprego de elementos reais e virtuais misturados é também observado de

forma bastante significativa em situações de simulação e treinamento, as quais

precisam de maior realismo. Nesse caso, pode estar incluída a sensação de toque,

sustentada pelos dispositivos de feedback háptico, em simulação e treinamento de

médicos e enfermeiras em centros cirúrgicos, por exemplo. Além de em telecirurgias

em situações críticas de aplicação, tornando possível que mesmas sensações de

toque nos tecidos reais sejam sentidas pelo cirurgião em relação os tecidos virtuais.

Dessa maneira, essa mistura permeia o mundo real e se tornam potente ferramenta

didática e pedagógica. A RA também contribui para o diagnóstico por imagens,

usando-se equipamentos de ultrassom, ressonância magnética e tomografia

computadorizada, os quais permitem reconstrução de modelos tridimensionais a partir

da interpolação das imagens obtidas.

Observa-se que é bastante significativo o emprego da tecnologia no setor de

entretenimento, acarretando a construção de cenários e comportamentos mais

realistas em jogos, por exemplo. Os jogos eletrônicos, sejam de uso portátil ou

doméstico, têm explorado mais os sentidos do usuário, ocasionando maior imersão e

proximidade ao conteúdo. A sensação de imersão multissensorial ocorre por sensores

de posicionamento e movimento, tais como acelerômetro e giroscópio do Nintendo Wii,

Nintendo 3DS, iPhone e rastreamento por câmera e sensor como no caso do

PlayStation Move e do Microsoft Kinect (Seção 2.5). Além do mais, são usados

microfones para comandos por voz, sistema de som estéreo, telas estereoscópicas

16

como o PlayStation 3 e autoestereoscópicas como do Nintendo 3DS, incluindo

feedback háptico por vibrações no controle ou pelo próprio dispositivo.

A função desse rastreamento é identificar a posição da mão, da cabeça, dos

olhos e mapear diversos pontos para produzir, dependendo do tipo de aplicação, um

modelo do próprio usuário ou de algum equipamento ou marcação atrelada ao

usuário, elementos do ambiente ou objetos.

O reconhecimento e o rastreamento ópticos tornaram-se mais viáveis e

passaram a representar uma realidade, até mesmo em função da disponibilidade do

hardware para aquisição de recursos de vídeo em tempo real e do seu baixo custo,

devido à maior capacidade de miniaturização e popularização de câmeras, ao avanço

das técnicas de visão computacional, do poder de processamento dos computadores.

No entanto, o rastreamento, além de ser realizado pela captação de luz por câmeras,

pode ser feito mecanicamente, sendo atrelado fisicamente ao usuário. Isso lhe

possibilita pouca mobilidade, ou por emissão de ondas ultrassônicas, como no caso de

um sonar que possibilita maior liberdade de movimentos, mas possui menor precisão.

Em se tratando de rastrear movimento dos olhos, para navegação em uma

interface destinada a indivíduos com dificuldades motoras. A aplicação deve ter

precisão fina, tanto quanto uma interface que deve mapear os dedos do usuário

individualmente e, então, identificar, por exemplo, linguagem de sinais. Essa mesma

precisão não é necessária no rastreamento da cabeça do usuário para um monitor

autoestereoscópico.

A integração de serviços, o acesso às bases de dados na Internet e a outros

equipamentos permitem que objetos e localizações sejam reconhecidos pelos

dispositivos de entrada, como um vídeo do ambiente aonde o usuário se encontra em

tempo real de uma câmera ou uma foto de um produto ou até mesmo de uma pessoa.

Esses dados são, então, comparados com aqueles obtidos nos bancos de dados, de

maneira a recuperar e fornecer maiores informações ao usuário sobre o ambiente que

o envolve. Há a possibilidade, por exemplo, de usar um aparelho celular com acesso à

Internet, dotado de câmera, para visualização de um código de barras, um qrcode, um

código de barras matricial ou até mesmo a imagem de um produto, cenário ou

logomarca, e receber detalhes sobre a imagem reconhecida, por comparar dados

contidos em bases de dados.

As aplicações de RA têm dado suporte a deficiências e à reabilitação motora e

cognitiva de pessoas. É possível, por exemplo, usar near-eye displays, dotados de

câmeras, as quais mostram ao olho do usuário uma imagem corrigida, que supra as

17

deficiências da sua retina. Isso é feito com a utilização do mesmo tipo de displays

próximos aos olhos do usuário, que pode ser translúcido, para navegação de um

aplicativo, com o uso dos movimentos dos olhos em situações em que os usuários

possuem deficiências motoras.

Outro tipo de interface de usuário, que vem sendo explorado que tem base em

recursos tangíveis, são as chamadas interfaces tangíveis ou Tangible User Interface.

TUI é inclusive uma KUI, que se trata de um conceito mais abrangente, permitindo o

manuseio de objetos virtuais, utilizando a manipulação de objetos reais. Usando

interfaces tangíveis, as pessoas manipulam objetos físicos, ferramentas, superfícies

ou espaços do seu dia-a-dia para interagir com as aplicações. Essa manipulação

também é natural e intuitiva. Cada objeto físico real é mapeado de modo a

corresponder a um objeto virtual.

No que diz respeito ao termo tangível refere-se ao fato de um dado sistema

“computacional” interagir por intermédio de dispositivos e objetos físicos do dia a dia

pessoal. Numa TUI, o tipo do objeto e as respostas realizadas sob o mesmo que

devem estar atreladas com o resultado esperado pelo usuário. Essa interação tem

sua foram de comunicação no uso de objetos reais para controlar as informações

digitais. Comumente, esse tipo de interface se apropria de estruturas simples e

transparentes, de maneira que permite que seu usuário imagine seu modo de

utilização e seus significados (COSTANZA et al., 2003). Mais especificamente, uma

TUI refere-se à manipulação de objetos reais como uma forma mais natural de

interagir com o computador em detrimento a apontar ou referenciar objetos, exibidos

sobre vídeo-projeção ou sobre o próprio objeto (ISHII e ULLMER, 1997). Várias

soluções ou protótipos foram pioneiros e importantes para o desenvolvimento das

TUIs. São elas: Senseboard (JACOB et al., 2002), Surface (TECNOLOGIA, 2007),

SandScape (MOTTA, 2008), Bricks, metaDESK e ambientROOM.

18

O Senseboard tem como propósito (Figura 3) manter e recuperar informações

sobre compromissos dos usuários. Ele funciona basicamente como uma agenda

eletrônica, em que o usuário arrasta, insere, copia, apaga entre outros comandos,

somente usando a tela de projeção do tipo LCD, plasma ou CRT.

Figura 3 - Senseboard

O Surface (Figura 4), da Microsoft, consiste numa mesa eletrônica atrelado a

uma tela projeção de 30 polegadas, possibilitando a detectação de movimentos das

mãos próximos à tela. Sendo que o principal meio de interação é o uso das mãos. A

manipulação de informações pode ser realizada por gestos, toques ou pela própria

interação com os objetos físicos (celulares, câmeras digitais e outros).

Nessa interface há possibilidade d manuseio de imagens e de documentos,

bastando arrastar esses elementos sobre a tela de um lado a outro, podendo ser

ampliados ou reduzidos (TECNOLOGIA, 2007).

Figura 4 - Surface uma mesa interativa

O Bricks permite a manipulação de objetos virtuais, associando-os a objetos

reais em formato semelhante ao de tijolos. Essa manipulação pode dar inicio a uma

funcionalidade ou fixar um parâmetro de entrada. No caso do metaDESK, há suporte

ao controle de objetos virtuais por meio de vários objetos reais relacionados,

associados ao uso de metáforas. Com relação ao ambientROOM, acontece uma

complementação do metaDESK, sendo que é utilizado um ambiente (quarto, por

exemplo) como mídia.

19

SandScape é um sistema, que utiliza uma TUI, simulando diferentes paisagens

topográficas. No SandScape, uma paisagem projetada pode sofrer alterações, de

forma interativa, pelo manuseio do seu componente tangível a areia. Os resultados

são analisados e geram uma variedade de simulações computacionais, as quais

podem ser vistas pelo usuário, em tempo real, sobre a superfície da areia. A

manipulação da areia, em recipientes cobertos por raios infravermelhos,

simultaneamente reflete os efeitos resultantes. Ou seja, da imagem do modelo de

areia capturada pela máquina fotográfica infravermelha, pode-se determinar a

geometria de superfície em questão. Com base na projeção dessa imagem é possível

calcular a altura, declive, contornos, sombras, drenagem e aspecto do modelo. A areia

funciona como um objeto, no qual a entrada e a saída estão refletidas no mesmo

conjunto.

O paradigma de TUI foi abordado no filme de ficção científica, “A Ilha” (The

Island) do diretor Michael Bay lançado em 2005. Nesse filme, o diretor de uma

organização, interpretado pelo ator Sern Bern, cujo negócio era clonagem humana,

usava um sistema de informação para mostrar os dados dos seus pacientes, utilizando

a própria superfície de sua mesa de trabalho como entrada e saída de informações,

manuseando um cristal em formato de pirâmide. O usuário ao mover a pirâmide, ao

girar ou ao posicioná-la em uma dada posição geográfica sobre a mesa, o sistema

respondia com uma ação especifica sobre as informações requeridas. A pirâmide e os

outros componentes dessa interface harmonizavam-se com o ambiente, parecendo

“peças de adorno” do consultório. O que demonstrava uma IHC bem simples e

próxima do cotidiano humano (OLIVEIRA, 2007).

Continuando a abordar tipos de interfaces não convencionais, percebe-se que

está se tornando cada vez mais presente a Interface Orgânica ou Organic User

Interfaces (OUI) que, de acordo com Holman e Vertegaal (2008), é "uma interface de

computador que usa um display não-planar como dispositivo de saída primário, assim

como dispositivo de entrada.” Quando são flexíveis, essas interfaces possuem a

habilidade de se tornarem os próprios dados de exibição por meio de sua deformação,

por serem manipuladas. PaperWindows (HOLMAN et al., 2005) é um dos primeiros

exemplos de um OUI, a qual aborda a interação não-planar, por simular o potencial

interativo de telas de papel digital.

20

Utilizando uma combinação de rastreamento de movimento e projeção, janelas

ou telas do Windows são processadas em um pedaço de papel (Figura 5),

proporcionando a ilusão de que o papel é, na verdade, um display interativo.

Figura 5 - PaperWindows

Posteriormente, essa metáfora é usada num telefone de papel (LAHEY et al.,

2011), o PaperPhone, um computador interativo de papel flexível, no qual o usuário

dobra a ponta da folha de papel, como uma forma de navegar, expressando uma

interação. A interface, então, demonstra que está deformada, isto é, que a ponta do

papel está realmente dobrada (Figura 6). Ambas as interfaces se estendem para um

cenário explorado em exibição de pilhas (GIROUARD et al., 2012), onde

computadores de papel (papéis computacionais) bem finos são lançados, empilhados

e manipulados, à semelhança de pilhas de papéis reais.

Figura 6 - Paperphone

Fonte: (LAHEY et al., 2011)

A forma, com que essas interfaces se moldam aos seus contextos de

utilização, possibilita apreensibilidade satisfatória e rápida, ergonomia e,

consequentemente, a satisfação do usuário, estimulando o seu uso de maneira

21

criativa, não apenas produtiva. Nesse caso, sensores pequenos e de custo baixo

capturam uma variedade de entradas físicas analógicas: gesto, pressão, deformação,

orientação, localização, múltiplos toques etc.

A tecnologia denominada Flexible Organic Light-Emitting Diode (FOLED), que é

uma tela de OLED (diodo emissor de luz orgânico) construída em um substrato flexível

como plástico ou uma folha metálica, atribui vantagens como maior leveza,

flexibilidade, espessura fina e a falta de backlight volumosa, em comparação com um

LCD (cristal de display líquido), que é construída em substrato de vidro. Aliás, a

flexibilidade representa um marco significante no avanço de interfaces para

dispositivos portáteis vestíveis e computação ubíqua, já que é possível torcer, enrolar

ou dobrar um display leve e de pouco volume.

Convém afirmar que a invenção de materiais flexíveis como displays de

FOLED, o aumento da velocidade de processamento em dispositivos portáteis e

displays de alta resolução, todos esses têm sinalizado a direção para a produção de

computadores flexíveis. Esses possuem eventos, que tenham a capacidade de

perceberem os seus formatos, integrando o dispositivo de entrada e a sua interface

gráfica em um só elemento da interface, e de agirem com as sutilezas e detalhes da

natureza analógica da interação física.

Figura 7 - Gummi da Sony

O uso de sensores analógicos foi estudado, por exemplo, no conceito de

interface Gummi, da Sony (SCHWESIG et al., 2004) (Figura 07), que trata a integração

de componentes eletrônicos orgânicos e flexíveis em camadas como, por exemplo,

em: circuitos de memória e de processamento flexíveis, bateria flexível, sensores

flexíveis de posição e de dobra. Por não haver botões ou função de toque

convencional, o usuário interage por entortar o dispositivo, fazendo gestos pré-

programados, inclinando-o e tocando os sensores.

22

Existem vários tipos de movimentos, que podem ser realizados por

componentes físicos de um sistema, de maneira que sejam detectados pelo usuário e

ele interaja, respondendo ao estímulo. Dentre esses estão incluídos: a mudança de

formato; os movimentos (linear, rotacional e variáveis de direção e velocidade), os

quais possam ser percebidos visualmente; a percepção háptica, como formato de

superfície; textura e feedback de força, ou mesmo, auditivamente, pelo som produzido

durante um movimento.

Com a esperança das interfaces fornecerem opções de comunicação e de

movimento para pessoas com suas habilidades cognitivas intactas, mas que tenham

dificuldades motoras severas que as impedem de usar tecnologias assistivas

convencionais, as quais exigem o controle muscular voluntário, esforços concentram-

se na pesquisa e desenvolvimento de interfaces mais adequadas. Há estudos nas

áreas de neurociência, engenharia e ciência da computação para melhoria da

qualidade de vida dos pacientes que se utilizam de canais de controle que não

dependem dos canais de saída mais usuais do cérebro: nervos periféricos e músculos

(WOLPAW, 2000).

Em decorrência disso, as denominadas Brain-Computer Interface (BCI), ou

interfaces cérebro-computador, detectam e traduzem a atividade neural do usuário em

sequências de comandos para computadores e próteses, segundo as intenções do

cérebro do usuário. O propósito desse tipo de interação é restabelecer funções

motoras em pacientes, por exemplo, que sofrem com amputação de membro e com

lesões neurológicas, Esclerose Múltipla (EM), Acidente Vascular Cerebral (AVC), lesão

medular e Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA) (LEUTHARDT et al., 2006). Com base

na plasticidade cortical do cérebro, é viável reorganizar as áreas acometidas após a

lesão em sistema de aprendizagem baseado em exercícios de imaginação motora, o

que pode melhorar a funcionalidade dos membros afetados.

De certa maneira, é apropriado mencionar que os sistemas com BCI

substituem nervos, músculos e os movimentos que eles produzem por sinais

eletrofisiológicos, captados por eletrodos no usuário, traduzindo-os em ações do

dispositivo, que irá atuar em sistemas motores, linguísticos ou fisiológicos do usuário.

Como esse meio é entendido como um novo canal de saída de informações para o

usuário, ele deve receber feedback do sistema, para que possa melhorar o

desempenho da interação, adaptando a resposta do seu cérebro de como ele deve

modificar o envio de seus sinais eletrofisiológicos e alcançar, dinamicamente,

melhores resultados. Do mesmo jeito, a interface deve se adequar conjuntamente com

o cérebro, para aperfeiçoar o seu funcionamento e a interação. A adequação por

23

ambas as partes exige treinamento para que haja uma sintonia fina, com o propósito

de atingir uma boa resposta do sistema.

O funcionamento de uma BCI inicia-se a partir da aquisição do sinal do estado

eletrofisiológico do cérebro do usuário, o qual é feito em tempo real e, geralmente, por

intermédio de eletrodos, invasivos ou não. As formas de aquisição de sinais são

variadas. Podem acontecer mediante uma Eletroencefalografia (EEG), com o

posicionamento de eletrodos no couro cabeludo, ou uma Eletrocorticografia (ECoG),

com o posicionamento de utilização de uma grade de eletrodos abaixo do crânio, além

da possibilidade de utilização de microelétrodos, para monitorar atividades neurais

individuais (single units), e da medição dos neurônios. Quando a obtenção do sinal é

realizada, ele é então digitalizado e segue para o processamento. O processamento

do sinal perpassa por fazer a análise estatística, a fim de estimar a probabilidade de

um evento eletrofisiológico registrado correlacionar-se com uma atividade motora ou

cognitiva.

E, nesse contexto, é necessário reconhecer quando uma alteração elétrica no

sinal é significativa e traduzi-la em movimento mecânico ou de um cursor

dinamicamente, tendo em vista o ajuste às alterações, para melhorar a tradução e

fornecer feedback para o usuário poder adaptar-se melhor à interface. Exemplificando,

ações que podem ser tomadas com base no processamento dos sinais são: mover um

cursor em uma tela, escolher letras em um sistema para comunicação, controlar uma

prótese robótica, dirigir uma cadeira de rodas e controlar processos fisiológicos, como

intestinos e bexiga.

A ideia é que neurocirurgiões passem a adotar tecnologias, que apoiem o

sistema nervoso na recuperação de habilidades, as quais foram perdidas ou afetadas,

não somente utilizando suas habilidades na remoção de aneurismas, tumores e

hematomas na prevenção de futura debilidade de funções motoras. No entanto,

neurocirurgiões devem ter algumas precauções e analisar as relações de custo-

benefício antes de utilizar um sistema com BCI em pacientes. Devem ser levantados

em conta os itens: segurança, durabilidade, confiabilidade, consistência,

complexidade, usabilidade, adequação e eficácia de um sistema com BCI. A seguir

são apresentados mais detalhes sobre as interfaces gestuais.

2.2. Interfaces Gestuais

Os seres humanos utilizam o corpo ou partes dele como forma natural de

linguagem, podendo usar uma grande variedade de gestos para expressar o que não

24

pode ser expresso também pela fala. A interação pelo uso das mãos é muito comum

em um diálogo (HONGO et al. e ZHU et al., 2000). Os gestos exprimem ou dão ênfase

às ideias durante o uso da fala (GURALNIK, 1994).

Uma maneira de comunicação sem a necessidade da fala, usando apenas

gestos para representar comandos, é a ASL (American Sign Language), a linguagem

americana de sinais (EISENHAUER et al., 2002). No Brasil, também, existe uma

linguagem, sem uso de palavras sonoras, a LIBRAS (Língua Brasileira de Sinais). As

Línguas de Sinais não são universais. Elas sofrem influências da própria cultura

(VASCONCELOS et al., 2007). No Brasil foi sancionada a lei nº 10.436, reconhecendo

a LIBRAS como meio de comunicação por gestos (BRASIL, 2002).

Gestos foram considerados uma solução de sucesso por introduzir um método

natural e intuitivo para as IHCs (CHAN e RANGGANATH, 2002; WACHS et al.,

2008a). Os primeiros gestos que foram aplicados a interações de computador foram

abordados em Sutherland (1963). Nesse caso, foi enfocada a interação por gestos de

forma manipulada, usando dispositivo em formato de caneta luminosa. Daí por diante

o uso dos gestos, para facilitar um estilo mais expressivo e intuitivo nas interações de

usuários, alcançou popularidade entre os estudiosos de IHC (KARAM, 2006).

O propósito de uma Interface Gestual (IG) é estabelecer a troca de informação

do homem com o computador por gestos ou gestos pré-definidos. Para que essa troca

aconteça, é necessária a utilização de um gesto associado a uma ação por

computador e, em seguida, a interpretação desse gesto computacionalmente, a fim de

que a tarefa automatizada seja realizada. O gesto usado deve conter um significado

previamente armazenado (KARAM, 2006).

Quek et al. (2002) aborda as seguintes categorias de gestos: manipulações,

semáforos, gesticulação (combinação de gestos e fala), deictic2 (demonstrar, focalizar)

e linguagem de sinais (Quirologia). As três últimas categorias estão descritas em

detalhes em Karam (2006). Os gestos manipulativos consistem numa proposta, tem a

pretensão do controle de algum objeto físico, por aplicar uma associação estreita entre

os movimentos de gestos das mãos ou dos braços a esse objeto que está sendo

manipulado. O foco do trabalho citado consiste na aplicação de semáforos, que são

2 O termo dêitico vem do grego dêixis e apresenta como significado: ‘indicar’, ‘apontar’, ‘demonstrar’ e ‘focalizar’. O uso do dêitico está relacionado ao sentido, à referência, que se constrói na interação face a face, pois, para que haja o entendimento dos participantes do contexto de comunicação, é necessário perceber, de forma mútua, as convenções lingüísticas e paralingüísticas negociadas. A capacidade de correlação ligando-se as pessoas de uma interação, ou de referir-se ao tempo e espaço dos interlocutores (CAVALCANTE, 2002).

25

sistemas de sinais, utilizando flags (marcos), lights (luzes), arms (braços) ou hands

(mãos).

Segundo Quek et al. (2002), esses gestos são sistemas, os quais empregam

um dicionário de estilos de gestos estáticos ou dinâmicos das mãos ou dos braços.

Em propostas desse tipo, os gestos servem como um conjunto de símbolos destinado

à interação com a máquina. Embora sejam consideradas de serem consideradas uma

das mais aplicadas, na prática, ainda não o são, sendo um método prático para dar

suporte a interações a distância em ambientes inteligentes (CAO e BALAKRISHNAN,

2003; LENMAN et al., 2002; WILSON e SHAFER, 2003).

Quek et al. (2002) expõe que o uso de gestos semáforos na IHC tem sido

enfatizado como tema de vários estudos. Embora esse autor e Wexelblat (1997)

defenderem que gestos semáforos não são naturais para IHC e representarem uma

parte pequena da comunicação humana, Karam e Schraefel (2005) afirmam que essa

parcela tem potencial de escolha para ser usada em interações secundárias.

Exemplificando, a seleção do menu, em um editor de textos, para a escolha de

uma opção qualquer, é uma tarefa secundária. Sendo que a edição do texto é a tarefa

principal. Vários autores defendem o uso de gestos semáforos em tarefas

secundárias. São eles: (BAUDEL e BEAUDOUIN-LAFON, 1993; CAO e

BALAKRISHNAN, 2004; LENMAN et al., 2002; WILSON e SHAFER, 2003; STREITZ

et al., 1999; ALPERN e MINARDO, 2003; PICKERING, 2005; KARAM e SCHRAEFEL,

2005).

Esses gestos podem ser estáticos, dinâmicos e stroke (golpe). Para efeito

deste trabalho são considerados os gestos semáforos estáticos e dinâmicos, já que

são usadas posturas estáticas e movimentos dinâmicos das mãos (ALPERN e

MINARDO, 2003; REKIMOTO, 2002). E os gestos são realizados utilizando mãos

livres (hands-free), então, a categoria stroke não é considerada, sendo que os gestos

não estão combinados a objetos físicos (MOYLE e COCKBURN, 2002; SMITH e

SCHRAEFEL, 2004; LENMAN et al., 2002; ZHAO e BALAKRISHNAN, 2004;

BARRIENTOS e CANNY, 2002; WU e BALAKRISHNAN, 2003; OU et al., 2003;

PASTEL e SKALSKY, 2004; PIRHONEN et al., 2002).

Visão Computacional (VC) é uma técnica utilizada para o reconhecimento de

gestos, que consiste em capturar e reconhecer objetos, imagens e gestos, inclusive os

gestos das mãos (BUXTON et al., 2002). O seu uso possibilita o desenvolvimento de

IHC, inclusive sem o uso de dispositivos fixados ao usuário, sendo apenas necessária

uma câmera. Assim, essa técnica permite produzir uma interface, de uma forma mais

26

natural e intuitiva por meio de gestos. Sem necessidade de quaisquer dispositivos

atrelados às mãos, o usuário foca-se somente na aplicação. A câmera é a única fonte

de captura de informação, portanto, é possível que o mecanismo de interação é

baseado em VC (OKA et al., 2002), permitindo o uso de gestos como forma de

interação (BINH et al., 2005).

A VC tem evoluído, entretanto, existem ainda diversos desafios a serem

superados. Segundo Truyenque (2005), muitos dos problemas da VC recorrem do fato

de que o reconhecimento de objetos é, na realidade, produto de um complexo

processo realizado pelo cérebro humano. Exemplificando, algo, que o ser humano

parece fazer com tanta facilidade, é detectar uma mão em movimento sobre um fundo

relativamente constante.

Um dos grandes problemas consiste no armazenamento de uma quantidade de

informação de entrada disponível. A retina tem cerca de 125 milhões de células

receptivas para capturar informações visuais, mesmo que as câmeras possuíssem a

mesma capacidade de captura, os computadores não são dotados do grandioso poder

de processamento em paralelo que o nosso cérebro. Logo, apenas alguns processos

básicos são implementados na maior parte dos sistemas em tempo real com base em

VC.

Outro problema consiste na baixa confiabilidade e a instabilidade, resultantes,

entre outros eventos, das mudanças de iluminação, oclusão, movimento e ruído nos

equipamentos de captura. O sistema de visão dos humanos integra diversas

propriedades, que são observadas em paralelo (ex. cor, movimento, contornos),

juntamente com o seu conhecimento do mundo, para tratar com esses problemas.

Alcançar essa perfeição usando um computador não é uma tarefa simples nem fácil.

Percebe-se que as capacidades humanas são resultado da integração do

conhecimento do mundo, isto é, da experiência humana formada ao longo da vida.

Esse fato deve ser considerado importante nos algoritmos de VC, se o propósito for

atingir respostas mais robustas. Essa é uma das razões por que é difícil construir um

sistema de VC de propósito geral, o qual tenha a capacidade de tratar com toda classe

de objetos e em todos os ambientes ou situações. É necessário restringir o campo de

ação e construir sistemas mais específicos.

Nos últimos anos, diversos trabalhos de pesquisa relacionados à IHC baseada

em visão têm sido elaborados (WACHS et al., 2008a). Em se tratando de interação

baseada usando as mãos, muitos sistemas computacionais desenvolvidos têm se

dedicado ao reconhecimento de gestos e posturas. O que significa que a IHC é

27

baseada no reconhecimento de diferentes posturas e gestos das mãos. O HandVu é

um deles, o qual usa método (algoritmo) Viola-Jones (VIOLA e JONES, 2003).

Também há o Very Nervous System (EL-NASR e VASILAKOS, 2008), o Eyesweb

(CAMURRI et al., 2003), Soft Remocon (DO et al., 2006), Toshiba Qosmio (IKE et al.,

2007b), SAVI (HERPERS et al., 2001), JSL (TANIBATA et al., 2002) e Gestix (WACHS

et al., 2008b).

O Very Nervous System é um sistema constituído por uma ou duas câmeras, o

qual reconhece a velocidade, a posição e os gestos de dançarinos em uma

visualização 3D. Depois do reconhecimento, são enviados ao sistema os dados

necessários para a reprodução de músicas. Sendo que a música, gerada com base

nesses dados, tem timbres, frequências, tons e parâmetros específicos para cada um

dos movimentos do dançarino. O Eyesweb permite que se extraia informação dos

movimentos do corpo de um performer (um músico, um bailarino, ou de um público) e

use essa informação para controlar e gerar os sons. Isto é, a partir do movimento do

corpo, um som é tocado.

O Soft Remocon é um sistema que apoia o controle de eletrodomésticos e

serviços, em uma “casa inteligente”, ativados por intermédio de gestos, possibilitando

aumentar o volume e trocar de canal da televisão, abrir e fechar cortinas. Ele

reconhece o usuário e os gestos realizados, por intermédio de três câmeras presas ao

teto e, após o reconhecimento da posição da mão e da direção, o sistema certifica-se

do comando com a emissão de um som, a fim de evitar possíveis erros.

A Toshiba incorporou em seus notebooks, precisamente no Qosmio (Figura 8 ),

a tecnologia Hand Gesture Control. Ela permite ao usuário interagir com o sistema por

meio de gestos das mãos, os quais são capturados por uma web-câmera integrada ao

console. Reconhece em tempo real objetos cinéticos, tridimensionais e posturas das

mãos em um PC. Exemplificando, o drive de DVD Player pode ser controlado por

gestos com a proposta de ativar os comandos iniciar, parar, pausar, avançar e voltar

um vídeo. O coprocessador SpursEngine™ fica responsável pelo processamento do

reconhecimento dos gestos, liberando a máquina para outras tarefas concorrentes.

Assim, o tempo de processamento é robusto e paralelo (IKE et al., 2007a). O SAVI é

um sistema cujo objetivo consiste em controlar vídeo, usando gestos das mãos à

distância, podendo ser utilizado em vídeo conferências. O usuário realiza gestos

específicos para a execução de determinadas tarefas. O JSL (JAPANESE SIGN

LANGUAGE) é um sistema para o reconhecimento da linguagem de sinais japonesa

em qualquer ambiente.

28

Nesse caso, é necessário somente que o usuário realize os gestos específicos

da JSL e o sistema os reconhece.

Figura 8 - Toshiba Qosmio com tecnologia Hand Gesture Control

Com relação ao Gestix, é uma interface de computador que é acionada à

distância e controlada por gestos das mãos livres. Ela foi desenvolvida para área da

saúde, permitindo que os médicos possam controlar as imagens digitais, realizando

alguns comandos. São eles: girar, ampliar determinadas áreas e selecionar novas

imagens. Não havendo necessidade de qualquer contato físico com dispositivos

eletrônicos. Esse aplicativo funciona em duas etapas: primeiramente, a máquina

reconhece o cirurgião, localiza e rastreia os gestos de suas mãos. Anteriormente, os

médicos devem aprender a fazer oito gestos de navegação definidos para manipular o

sistema. Há, também, uma área neutra, possibilitando que os médicos baixem as

mãos sem que o sistema continue a rastreá-las (WACHS et al., 2008a).

Os gestos das mãos, no contexto da IHC, geralmente podem ser apresentados

como posturas estáticas diferentes. Tecnicamente, em se tratando de VC, pode-se

distinguir gesto e postura do seguinte modo (PAVLOVIC et al., 1997): gesto está

associado ao movimento e postura à estática. Neste estudo, quando se trata de

gestos das mãos, o termo gesto refere-se ao aspecto estático do gesto.

Os gestos também podem ser associados a interfaces multitoques, as quais

são detalhadas a seguir.

2.3. Interfaces Multi-touch

O projeto da tecnologia multitoque começou na década de 1980 na

Universidade de Toronto, contudo foi só cerca de 20 anos depois que esta tecnologia

conseguiu a atenção do público.

As interfaces multitoque admitem diversas movimentações espaciais sobre um

objeto virtual. Exemplificando, com dois dedos, os indivíduos podem transladar,

rotacionar e escalar um objeto ao mesmo tempo. O usuário também pode realizar

29

apenas um subconjunto dessas ações, e outros movimentos ocorrerem

acidentalmente, por conta da imprecisão nos movimentos dos dedos. Essas

dificuldades podem ser reduzidas com o emprego de várias técnicas como, por

exemplo, a de separabilidade, conforme abordado em (NACENTA et al., 2009).

Acrescenta-se a isso o fato de que a interação ser realizada pelo uso dos dedos traz

como resultante que o tamanho da área de contato é maior, comparado ao cursor do

mouse. O que pode dificultar o reconhecimento do comando desejado, porque o dedo

representa uma área grande, resultando no que se chama oclusão. As mãos e os

braços também podem causar esse problema em algumas circunstâncias.

Um dos primeiros trabalhos sobre dispositivos sensíveis a multitoque está

descrito em (BUXTON et al., 1985; BUXTON e MYERS, 1986), no qual é proposto e

apresentado um tablet, que tinha a capacidade de identificar múltiplos toques de

dedos feitos em uma superfície (Figura 9).

Figura 9 - Primeiro sistema multi-touch desenvolvido por Bill Buxton

No intervalo de 1992 e 1995, apareceram os primeiros protótipos de sistemas

multi-touch com imagem projetada na tela (FITZMAURICE et al., 1995, BUXTON,

1997). Tais sistemas usavam um tablet sensível a apenas um toque para rastrear uma

das mãos do usuário e de técnicas de visão computacional para identificar a posição e

orientação da outra mão sobre a tela. Os principais sistemas que marcaram a

evolução da interação por multitoques estão descritos a seguir.

A Mitsubishi, em 2001, lançou o Diamond Touch (DIETZ e LEIGH, 2001), que é

formado por uma superfície de projeção frontal sobre uma mesa. Ele podia ser

manipulado simultaneamente por até quatro usuários (Figura 10). Para tanto, a sua

superfície era constituída por um grupo de antenas finas, ocultas debaixo da tela de

projeção que revestia o topo da mesa. As cadeiras dos usuários eram conectadas a

um computador por meio de um fio. Assim que um usuário desse um toque em um

30

determinado ponto da tela, um sinal era gerado no fio ligado à cadeira daquele

usuário, por causa do acoplamento capacitivo entre o seu dedo e as antenas

distribuídas na tela. O computador, então, processava esse sinal, para determinar a

localização do ponto na mesa que fora acometido pelo toque.

Figura 10 - Sistema multi-touch - Diamond Touch

No ano de 2002, surgiu o SmartSkin (REKIMOTO, 2002). Esse sistema tinha a

capacidade de estimar a distância entre o dedo do usuário e a superfície da tela. O

seu funcionamento era baseado em uma grade retangular de fios de cobre, em que os

fios verticais e horizontais operavam, respectivamente, semelhante a transmissores e

receptores de sinais. Nesse caso, um sinal senoidal era gerado nos transmissores e,

por indução, os receptores recebiam o sinal em cada ponto de intercessão da grade.

O funcionamento do par transmissor/receptor era como se fosse de um capacitor

fraco. Assim, quando um dedo aproximava-se dessa grade, ele drenava parte do sinal

constituído.

31

A velocidade de descarga do sinal era dada em função da distância entre o

ponto da grade e o dedo do usuário. Por medição do sinal em cada ponto da grade e

pela interpolação das coordenadas, era possível descobrir a proximidade e a posição

do dedo sobre a tela (Figura 11).

Figura 11 - Sistema multi-touch Smart Skin.

Em 2004, iniciou-se o surgimento dos projetos multi-touch baseados nas

técnicas de visão computacional. O TouchLight (WILSON, 2004), produzido pela

Microsoft Research, usava duas câmeras sensíveis ao espectro de luz infravermelho e

uma fonte de luz infravermelha, localizada na parte de trás de um vidro recoberto com

um material holográfico translúcido (HALL JR. e PFILE, 2000). Isso possibilitava que a

câmera captasse objetos expostos na frente da tela, mesmo na presença de imagens

exibidas pelo projetor, o qual fica localizado na parte de trás da estrutura. Esse

processo consiste na retificação das imagens obtidas pelas câmeras, utilizando uma

matriz de homografia (convergência de regimes de codificação diferentes em um

mesmo símbolo) e, depois as somando, era possível estimar a posição de múltiplos

objetos próximos da tela. O Touch Light foi um dos pioneiros no uso de back projection

(Figura 12).

Figura 12 - O sistema multi-touch TouchLight

32

Uma variedade de técnicas para construção de telas para multitoque foi

apresentada em estudos, como a utilização de duas câmeras localizadas atrás de um

display, as quais detectam a posição da mão do usuário e o uso de variações de

capacitância. No entanto, as duas principais incluem o método Frustrated Total

Internal Reflection (FTIR) e o DI (Diffused Illumination). Sendo que a técnica mais

difundida e simples, que permite a percepção robusta com alta resolução espacial e

temporal, além de ser fácil e barata de ser implementada, mesmo em grandes

instalações, utiliza o primeiro dos métodos elencados (HAN, 2005).

Um dispositivo multitoque FTIR é produzido de maneira que uma moldura de

LEDs de infravermelho é posicionada nas laterais de uma peça de acrílico, a fim de

que a luz infravermelha sofra reflexão total no seu interior (Figura 13). No instante em

que um dedo toca a superfície acrílica, a reflexão total é interrompida e a luz

infravermelha, invisível ao olho humano, sai da peça acrílica e alcança a ponta do

dedo e sofre um espalhamento.

Tal peça deve estar revestida por uma camada de um material de acoplamento

como, por exemplo, silicone transparente, tendo em vista aumentar a sensitividade do

sistema, permitindo a detecção de movimentos de “arrastar” com o dedo. Uma câmera

de infravermelho deve ser posicionada na parte de trás do acrílico, captando os

espalhamentos originados dos dedos do usuário. Consequentemente, a imagem

gerada pela câmera é, assim, analisada pelo software, definindo as coordenadas,

pressão (o aumento de pressão acarreta o aumento da área de contato entre dedo e

acrílico) e movimentos dos dedos, assim como os gestos, os quais são reconhecidos

pelos efeitos de programação. Dessa maneira, displays de LCD não ocasionam

significativa interferência no espectro infravermelho, podendo ser utilizados em

conjunto com essa técnica.

Figura 13 - Método FTIR

33

Já no caso do DI, também denominado de iluminação traseira, utiliza-se de luz

infravermelha, a qual é projetada por baixo de uma superfície transparente (acrílico ou

vidro, por exemplo) revestida por um difusor, um material semitransparente (Figura

14). Nesse caso, o toque de um objeto na superfície acarreta mais luz refletida em

relação à luz refletida pelo difusor e pelos objetos de fundo, ocasionando a detecção

dessa maior quantidade de luz pela câmera de infravermelho.

O difusor permite que somente uma parte da luz o perpasse, o que consiste em

cerca da metade do número incidente. Porém, o toque do objeto no difusor bloqueia a

passagem de luz naquele ponto e é iluminado por completo, sendo detectado pela

câmera.

Figura 14 - Método iluminação difusa

Dependendo do difusor utilizado, a técnica de DI (SCHÖNING et al., 2008) pode

detectar objetos posicionados na superfície e objetos que passem pela superfície.

Pode-se citar, por exemplo, a função do Microsoft Surface, em que um computador

tabletop é dotado de multitoque do tipo DI, que digitaliza a mão do usuário ou um

objeto em tempo real e, além disso, uma cédula de dinheiro, localizada na superfície

e, também, capta o seu movimento.

Embora necessite de um material difusor ou uma superfície de projeção e,

também, de maior liberdade na escolha do material transparente, visto que o índice de

refração não é um fator crítico, como acontece no caso da seleção do acrílico para o

método de FTIR, o DI possui a vantagem de não precisar de um material de

acoplamento sobre a superfície. Entretanto, é preciso o encapsulamento do sistema,

já que a projeção da luz pelos iluminadores e as marcas detectadas pela câmera não

são tão nítidas se comparadas às do método de FTIR.

34

2.4. Interfaces Controladas por Voz

A capacidade para falar diretamente com dispositivos é uma grande promessa

para qualquer área do conhecimento. Embora ninguém quisesse estar em uma grande

conferência onde todos estivessem conversando com seus smartphones, há muitas

situações em que seria apropriada a interação por voz. Dirigir um carro, cozinhar uma

refeição, consertar um motor e realizar cirurgia são todas as atividades que poderiam

se beneficiar dessa interação, deixando as mãos livres para a realização de outras

tarefas.

Essa interação já está sendo usada para execução de diversas tarefas, como

por exemplo, desvio de chamadas, automação residencial, discagem por voz e

entrada dados. Em viagens internacionais, os tradutores estão começando a fazer

parte do mercado. Yonck (2010) previu um tradutor universal em tempo real para

meados da próxima década.

Ainda relacionado com o reconhecimento de voz, mas muito incipiente ou em

estágios iniciais de desenvolvimento, tem-se o reconhecimento subvocal (Figura 15).

Tratando-se da conversão dos sinais elétricos emitidos pela garganta em discurso,

mas sem que o operador necessite proferir sons. O sistema lê os sinais nervosos da

garganta do usuário e os transmite para um computador que os traduz em palavras.

Essa tecnologia pode um dia ser usada em ambientes com muitos ruídos ou

agressivos, debaixo d´água e, até mesmo, no espaço. O dispositivo também tem sido

testado como um modo de controle para o motor de cadeiras de rodas, podendo,

então, ser um meio eficiente no dia a dia dos portadores de necessidades especiais

(YONCK, 2010).

Figura 15 - Reconhecimento subvocal

35

Na seção 5.2, são encontradas aplicações da interação por voz, à automação

residencial ou predial, que é assunto deste estudo. O próximo capítulo aborda

métodos e técnicas que podem ser usados para avaliação das interfaces tratadas até

o momento.

A seguir estão descritos equipamentos importante para implementação de

interações apoiadas pela computação ubíqua.

2.5. Microsoft Kinect

O Kinect, desenvolvido pela Microsoft e apresentado em 2010, inicialmente

projetado para console de jogos Xbox 360, é um sensor de movimento, a aperfeiçoado

para o sistema operacional Windows. Sua função principal consiste na produção de

dados tridimensionais (WEBB e ASHLEY, 2012). Ele veio introduzir no mundo dos

jogos a possibilidade de um controle mais natural, com gestos, voz e movimentos

corporais do usuário. Existem quatro tipos diferentes de Kinect, diferenciados pelos

seguintes nomes: Kinect, Kinect for Windows, Kinect for Xbox 360 e Kinect One.

Tendo em vista evitar, então, o uso de qualquer tipo de dispositivo físico da IHC

atrelado ao corpo do usuário, o Kinect permite ao computador descobrir e tratar

parâmetros relativos à profundidade, reconhecer a fala e os movimentos

(aproximação, afastamento e outros) do usuário. Ele entende os seus movimentos,

traduzindo-os de tal maneira que possam ser interpretados pelos ambientes virtuais

(ZHANG, 2012).

A construção do Kinect (Figura 16 ) veio revolucionar a forma como as pessoas

jogam e as suas experiências de entretenimento (ZHANG, 2012), introduzindo a

interação natural para o dia a dia e criando um mundo de possibilidades para a área

da computação e da multimídia. Ele trouxe, assim, um avanço para a IHC e para a

área de processamento de imagem, por oferecer dados de natureza diferente à que

existia até o momento de sua criação, associando geometria com atributos visuais

(CRUZ et al., 2012).

36

Sua aplicação tem-se estendido para várias áreas, como a ciência

computacional, a engenharia eletrotécnica e a robótica.

Figura 16 - Kinect

Ele adicionou, também, um nível de complexidade bastante elevado ao

processamento computacional, uma vez que inicialmente é necessário o computador

perceber o que o usuário está a fazer antes de poder apresentar uma resposta

(ZHANG, 2012). De uma forma geral, o Kinect é constituído por uma câmara RGB, um

sensor de profundidade, um conjunto de microfones e um acelerômetro (Figura 17 ),

de maneira a captar o movimento tridimensional e realizar reconhecimento facial e

vocal (MICROSOFT, 2012).

Em uma visão mais detalhada (WEBB e ASHLEY, 2012), pode-se afirmar que,

a câmara RGB incluída suporta uma resolução até 1280 × 960 pixels, com um filtro de

cor Bayer e é usada para a captação das imagens de cor. Sendo que a câmara

utilizada para medição de profundidade, de infravermelhos, suporta uma resolução

máxima de 640 × 480 pixels. O sensor de profundidade é constituído por um projetor

de luz infravermelha, associado com uma câmara de infravermelhos. Ele consiste num

sensor Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS) monocromático, capaz

de capturar imagens tridimensionais em todas as condições de luz ambiente. O feixe

de luz, que é emitido pelo projetor de infravermelhos, é transmitido por uma grade de

difração, a responsável em fazer com que a luz emitida se transforme em pequenos

pontos, os quais são posteriormente captados pela câmara.

37

Nesse caso, a profundidade é medida pela distância entre o sensor e o objeto.

Figura 17 - Representação dos componentes do Kinect para Windows

Há quatro microfones, com supressão de ecos e de ruído, localizados de tal

maneira que se possa obter uma captação de som de todo o local envolvido, onde se

encontra o dispositivo. O acelerômetro com 3 eixos é configurado para uma variação

2G, sendo G a aceleração devido à gravidade, possibilitando então determinar a

orientação do Kinect a cada momento.

O fato de o Kinect apresentar um campo de visão em forma de pirâmide

permite que o reconhecimento de objetos ou de usuários seja realizado de forma mais

precisa entre os 40cm e os 4m (Figura 18), tendo um ângulo de visão 57º na

horizontal, 43º na vertical (KINECT FOR WINDOWS TEAM, 2012). O seu método de

rastreio possibilita uma representação aproximada das diferentes partes do corpo

humano e as suas articulações (Figura 19).

Figura 18 - Campo de visão do Kinect

Cada articulação é representada pelas suas coordenadas no espaço tridimensional.

Sendo que cada movimento, de cada parte do corpo é rastreado de uma forma

individual, permitindo traduzir os gestos realizados em interações definidas para um

determinado sistema. Esse é o objetivo principal desse processo: o reconhecimento

38

em tempo real de todas as coordenadas no espaço tridimensional de cada articulação

do corpo humano (WEBB e ASHLEY, 2012).

Figura 19 - Esqueletização das articulações reconhecidas pelo Kinect

Para usar o Kinect, os gestos são uma parte fundamental, da mesma forma

que os cliques são para os GUIs e os “toques ou pancadinhas” para as interações

multitoques (WEBB e ASHLEY, 2012). O gesto, de acordo com Kurtenbach e Hulteen

(1990), é: “O movimento do corpo que possui a informação”. Segundo esse autor,

acenar um tchau é um gesto, mas pressionar uma tecla de um computador não é um

gesto, porque o movimento do dedo não é importante e nem tem significado. Nesse

caso, o que está sendo levado em consideração é o pressionamento da tecla. Apesar

dos gestos serem importantes, o Kinect traz consigo poucos conjuntos de gestos

padrão. Então, havendo a necessidade de mais gestos, estes devem ser

implementados e definidos pelos desenvolvedores das aplicações.

Ainda sobre as aplicações do Kinect, vale a pena reafirmar que ele tem sido

utilizado em várias áreas: na medicina, no cinema, na engenharia ou na robótica,

incluindo também para fins lúdicos, educativos e comerciais. Podem ser citadas em

especial as aplicações: Freak’n Genius, GestSure Technologies e Projeto (Figura 20 ),

e o IKKOS (Figura 21 ).

39

A primeira permite que os usuários possam escolher entre um grupo de cenas ou

personagens e, por meio do Kinect, utilizar movimentos corporais e reconhecimento

facial e vocal para animarem os personagens que, inclusive, podem interagir entre si,

tendo em vista a criação de vídeos ou uma animação (FREAK’N GENIUS, 2012).

Figura 20 – Aplicação Freak’n Genius, GestSure

A segunda consiste numa interface gestual e de toque para salas de cirurgias.

Ela possibilita aos cirurgiões o controle e a manipulação de imagens médicas dos

pacientes sem saírem do bloco operatório. Assim, se o cirurgião necessitar de

consultar qualquer tipo de exame médico, pode a distância observá-lo e controlá-lo

com as suas mãos, utilizando o Kinect (GESTSURE, 2012). O IKKOS tem como

objetivo apoiar a aprendizagem de movimentos utilizando neuroplastia.

Ele ensina atletas, treinando os seus cérebros, por fornecer imagens de

rastreio corporal. É pretendido que, com a repetição de vídeos de rastreio de

movimento, sejam treinados de forma a aprender rapidamente os movimentos (IKKOS,

2012).

Figura 21 – Aplicação IKKOS

40

2.7. Arduino

Pode-se afirmar, conforme Bayle (2013), que o Arduino (Figura 22 ) é uma

plataforma de prototipagem eletrônica open-source (código aberto) baseada no uso de

hardware e software flexível e fácil de usar. Seu projeto iniciou-se na cidade de Ivrea,

Itália, em 2005. É destinado a artistas, designers, entusiastas e qualquer pessoa

interessada em criar objetos ou ambientes interativos.

Figura 22 - Arduino Uno R3

Exemplificando, um uso simples desse hardware seria para acender uma luz

por 30 segundos, assim que um botão fosse pressionado. Nesse exemplo, uma

lâmpada e um botão estariam conectados a ele. É possível que ele seja utilizado para

desenvolver objetos interativos independentes ou, então, conectado a um computador,

a uma rede, ou até mesmo à Internet, a fim de recuperar e remeter dados, com

perspectivas de atuar sobre eles. Isto é, ele poderia enviar um grupo de dados

fornecidos por alguns sensores para um site. E, assim, esses dados serviriam para

serem exibidos, por exemplo, em formato de gráfico. Na verdade, ele pode ser

conectado a uma variedade de dispositivos, como: LEDs, displays (mostradores) de

matriz de pontos, botões, interruptores, motores, sensores de temperatura, sensores

de pressão, sensores de distância, receptores GPS, módulos Ethernet, etc. Ou seja, a

qualquer dispositivo que emita dados ou sob o qual se queira algum controle. Os

campos de atuação para o controle de sistemas são imensos, podendo ter aplicações

na área de impressão 3D, robótica, engenharia de transportes, engenharia

agronômica e musical. Em Leitner et al. (2009) são relatadas aplicações na área de

automação de construções ou residencial (domótica).

Um fator que torna o arduino uma plataforma atraente é a sua filosofia de

hardware livre. As pessoas podem usá-lo para criar diversos projetos sem custo algum

de direitos para sua utilização, sendo assim distribuído gratuitamente, se for desejável.

41

Existem diversos modelos de Arduino para se utilizar dependendo do que se

deseja criar, com diferentes formatos e configurações de hardware. O arduino Uno é

um dos mais utilizados. O Arduino Mega (Figura 23 ) possui muito mais portas de

entrada, possibilitando a criação de dispositivos maiores e mais complexos.

Figura 23 - Arduino Mega

O Arduino Nano (Figura 24 ), como o nome já expressa, é uma versão

reduzida, para a criação de objetos eletrônicos menores (ou ocupação de menos

espaço, dependendo do projeto).

Figura 24 - Arduino Nano

Pode-se citar, ainda, o Arduino Fio (Figura 25) e o LilyPad (Figura 26 ). Cada

um possui uma funcionalidade diferente.

Figura 25 - Arduino Fio

O LilyPad, por exemplo, foi criado para ser aplicado a vestimentas, podendo

ser costurado diretamente sobre tecidos. Mais detalhes sobre os modelos estão em

(BAYLE, 2013). As novas placas usam um novo bootloader, o Optiboot, que dentre

várias características, libera mais 1,5kB de memória flash e possibilita uma

inicialização mais veloz. Permite esboços de códigos maiores.

42

Optiboot é um quarto do tamanho do bootloader padrão, liberando 1.5k de

espaço extra.

Figura 26 - Arduino LilyPad

Em termos de componentes eletrônicos, o arduíno é composto de fios,

potenciômetros, capacitores, chaves ou interruptores, LEDs (diodos emissores de luz),

protoboard, que serve para conectar todos estes componentes de forma a termos um

circuito funcional, unindo as suas entradas e saída de alguma forma, de modo que a

corrente que passe por uma peça continue se propagando para a próxima; sensores

(de luz, de temperatura e outros) e displays, que são interfaces gráficas usadas para

representar informações visualmente.

Quando se trata de desenvolvimento de aplicações utilizando o arduino, é

necessário instalar uma versão do software IDE (Ambiente Integrado de

Desenvolvimento), para sistemas operacionais Linux ou Windows ou MAC OS X. A

programação é feita usando-se linguagem C ou C++. As portas podem ser digitais e

analógicas. Se houver necessidade de controlar os componentes do arduíno por meio

de computador, tem-se disponível o conceito de comunicação serial, que é

materializado pelo uso da USB. Para estender o arduíno, tendo em vista o seu

emprego em vários tipos de projetos, existem os Shields, dentre eles: o Ethernet

Shield (Figura 27 ), que permite que o arduino possa se conectar à internet pelo uso

de um cabo ethernet; o Gameduino, com a possibilidade da criação de jogos; o LCD

Shield, o qual adiciona uma tela LCD integrada, com uma resolução e capacidade

superiores aos displays comuns; e o Joystick Shield e o Evil Mad Science Googly Eyes

Shield, que acrescenta “olhos” como funcionalidade.

Figura 27 - Módulo Ethernet Shield

43

O Arduino Uno é uma placa de microcontrolador baseado no ATmega328

(folha de dados). Possui 14 pinos digitais de entrada / saída (dos quais 6 podem ser

usados como saídas PWM), 6 entradas analógicas, um ressonador cerâmico de 16

MHz, uma conexão USB, um conector de alimentação, um cabeçalho ICSP (protocolo

de comunicação), e um botão de reset. Ele contém tudo que é necessário para apoiar

o microcontrolador, bastando conectá-lo a um computador com um cabo USB ou ligá-

lo com um adaptador AC a rede elétrica ou uma bateria 9v para começar. Ele é

diferente de todas as placas anteriores, as quais não usam o chip controlador USB.

Em vez disso, ele apresenta o Atmega16U2 (Atmega8U2 até a versão R2),

programado como um conversor USB para serial. Os detalhes sobre as modificações

realizadas a partir de revisões podem ser consultados no site oficial. Vale acrescentar

que a palavra “Uno” significa 1 (um) em italiano, usada para marcar o lançamento do

arduino 1.0. O Uno é o mais recente em uma série de placas arduino USB.

Para programar o arduino realize as instruções desejadas, utiliza-se a IDE do

arduino, um software livre no qual você escreve o código na linguagem que ele

compreende, a qual é baseada na linguagem C. Sendo que o IDE permite que se

escreva um conjunto de instruções passo a passo, as quais, então, serão executadas

no arduíno. São considerados programas conhecidos como sketches (rascunho, ou

esboço). O hardware e o software do Arduino são open source, sendo possível assim

que o código, os esquemas, o projeto e outros sejam utilizados livremente por

qualquer indivíduo e com qualquer finalidade.

44

Capítulo 3

3. Usabilidade de Interfaces

Este capítulo trata o tema usabilidade de interfaces do usuário, abordando conceitos

associados, medidas, métodos e critérios relativos à avaliação de interfaces,

direcionando para validação da IHC proposta neste trabalho.

3.1. Conceitos e Considerações

Segundo Nielsen e Loranger (2006), a usabilidade é um atributo de qualidade

relativo à quão fácil um sistema pode ser utilizado. Mais especificamente, refere-se a

quão rápido os usuários podem aprendê-lo; quão eficiente e fácil de memorizar esse

sistema é; quão resistente a erros se apresenta; e, finalmente, a quantos usuários

gostariam de usá-lo (NIELSEN e BUDIU, 2013).

Jensen e Tonies (1979) defenderam que, sob a ótica da Engenharia de

Software (FAIRLEY, 1985), um produto podia ter sua qualidade avaliada com base em

um conjunto de requisitos essenciais. Dentre os quais, ainda não havia um que

indicasse uma efetiva preocupação com a facilidade de utilização (MEDEIROS, 1998).

Então, com o passar do tempo e experimentações humanas com o computador, a

usabilidade veio a ser um termo especificado claramente para a qualidade do

software. Sendo que, nesse caso, o funcionamento do software deve ser adaptado a

maneiras de utilização mais satisfatória ao usuário, obedecendo a normas e padrões

estabelecidos. Podem ser citadas a NBR 9241-11 (2002), a ISO 9241-400 (2007) e a

ISO 9241-410 (2008).

Segundo Pressman (2011), a usabilidade é uma propriedade do software, que

está relacionada à facilidade de aprender. Para esse autor, se ele não é fácil de usar,

está na maioria das vezes fadado ao fracasso. Nielsen (1993) chama a atenção para

o fato de que a usabilidade de interfaces não pode ser traduzida por uma só

propriedade. Ao contrário disso, ela está tradicionalmente associada a cinco atributos,

que são: facilidade de aprender, facilidade de memorizar, erros, eficiência e

satisfação. Sendo que primeiro atributo consiste em que o sistema seja fácil de

aprender, de maneira que o usuário realize com agilidade as atividades almejadas.

Em termos da eficiência, o sistema deve oferecer ao usuário um nível alto de

produtividade durante a realização de suas tarefas. Isto é, refere-se aos esforços

necessários e exigidos pelo sistema, para que o usuário atinja seus objetivos. Esse

45

esforço pode ser medido, por exemplo, em tempo gasto para que uma pessoa

complete determinada tarefa ou em função da quantidade de erros armazenados

antes de completá-la. É esperado que se obtenha melhores resultados com menos

esforço.

A facilidade de memorizar é refletida no fato de que o usuário lembre

facilmente de como as tarefas devem ser executadas, não sendo necessário passar

de novo pela aprendizagem de comandos necessários a realização dessas atividades.

Quando trata de erros, o sistema deve possuir uma baixa taxa de erro, de maneira que

os usuários cometam poucos erros, durante a sua utilização. Além disso, os erros

cometidos devem ser recuperados com facilidade. Acrescenta-se a isso o fato de que

os erros, gerados de algum tipo de catástrofe, não devem acontecer.

Em relação à satisfação, o sistema deve ser agradável, de maneira que o

usuário se sinta satisfeito em utilizá-lo. Satisfação refere-se ao nível de conforto que

os usuários sentem, quando usam o sistema e o quanto o consideram apropriado

como meio para atingir seus objetivos.

Por ser mais subjetivo que os dois anteriores, esse aspecto torna-se mais difícil

de ser medido. Blythe et al. (2003) defendem uma extensão da usabilidade focada na

satisfação, tendo em vista que essa categoria não pode ser traduzida como “ausência

de dor” e que o prazer na utilização não pode estar relacionado apenas a sistemas de

entretenimento, mas a tarefas de trabalho e a simples diversões domésticas também,

assim como ouvir músicas e ver álbum de fotografias. Pode-se fazer uma extensão da

ideia desses autores para tratar a usabilidade de interfaces não convencionais, como

é no caso deste estudo.

Realizar a medição da usabilidade de uma interface não é apenas considerar o

quanto ela é amigável ou não ao usuário. É necessário levar em consideração os

atributos anteriormente mencionados e, também, o grupo de usuários e as tarefas que

são executadas por eles (SHACKEL, 1991; NIELSEN e LORANGER, 2006).

Exemplificando, um conjunto de pessoas, que utilize fórmulas matemáticas, pode

gostar muito de interfaces voltadas para esse fim, e outros usuários, não pertencentes

a esse clã, podem odiá-las. Um mesmo sistema pode ser medido como tendo

propriedades de usabilidade diferentes, se utilizado por diferentes usuários para

tarefas diferentes (NIELSEN, 1993).

É possível que nem todos os critérios de usabilidade sejam igualmente

considerados no desenvolvimento de um projeto de interface. Exemplificando,

facilidade de aprender seria de especial importância em se tratando de um projeto que

46

é executado numa empresa com alta rotatividade de empregados. Então, antes de

iniciar um projeto de interface nova, é essencial discutir a métrica de usabilidade de

interesse para o projeto, sendo que para cada atributo de usabilidade de interesse,

vários graus diferentes de desempenho podem ser especificados.

No caso da análise do atributo erro, pode-se especificar que a medida entre 1 e

3 erros de usuários por hora seja uma meta de um projeto de interface. Assim, caso o

usuário alcançou uma média de 4,5 erros por hora, a meta não foi atingida. Caso o

atributo interessante seja facilidade de aprender, a medida de usabilidade consiste

numa análise da evolução de aprendizagem do usuário. Em se tratando do projeto de

interfaces para sistemas de informação de museus, deve-se considerar o atributo

facilidade de aprender, devido ao pouco tempo que o usuário possui para aprender a

usá-lo. Nesse contexto, o tempo de aprendizagem do usuário é zero (NIELSEN e

LORANGER, 2006).

Considerando a ISO 9241-11 (1998), a usabilidade é definida como "a

capacidade que um sistema interativo oferece ao seu usuário, em um determinado

contexto de operação, para a realização de tarefas de maneira eficaz, eficiente e

agradável". Podendo-se concluir que os atributos de usabilidade são: eficácia,

eficiência e satisfação.

Para Preece et al. (2007), a usabilidade é caracterizada por: efetividade, que se

traduz assim: ”que o sistema realize o que ele tem que realizar”; eficiência, que

consiste em o quão rápida uma tarefa pode ser desempenhada pelo sistema;

segurança, que é referente à proteção que o sistema oferece ao usuário a respeito de

relação a danos e frustrações, quando se trata da execução da tarefa desejada,

evitando situações danosas, prevenindo erros e permitindo recuperá-los; utilidade

refere-se ao provimento de ferramentas poderosas; facilidade de aprender, que

propicia a avaliação de o quanto é fácil aprender a utilizar o sistema; e, finalmente,

facilidade de recordar, que permite a medição de o quanto é fácil recordar como o

sistema funciona, depois de ter sido treinado a usá-lo uma vez.

Shneiderman e Plaisant (2004) a base para a avaliação da qualidade de uma

interface está relacionada a: tempo de aprendizagem, que consiste no tempo em que

um usuário demora a aprender os comandos necessários para execução do conjunto

de atividades a serem realizadas; velocidade de uso, que se refere ao tempo que

usuário demora a executar as atividades; taxa de erros do utilizador, que aponta para

o número e o tipo de erros provocados pelos utilizadores; retenção ao longo do tempo,

que se trata da maneira como os utilizadores operam o sistema; e, por último, a

47

satisfação, que indica o nível de satisfação dos indivíduos a várias características da

interface e do seu modo de operação. Esse último aspecto pode ser avaliado, usando-

se questionários com escalas ou de comentários contendo textos livres.

Nielsen (1993) e Shneiderman (1998) propõem, com denominações diferentes,

os mesmos atributos de usabilidade. Sendo que a eficiência e a satisfação,

referenciadas pela ISO 9241-11 (1998), estão inseridas no conjunto proposto por

esses dois autores. Dessa maneira então, considerando os fundamentos desses

autores, estabeleceram-se para este estudo os atributos de usabilidade contemplados

no Capítulo 7. Logo a seguir são apresentados métodos e medidas de avaliação de

IHC.

3.2. Métodos e Medidas de Avaliação

A avaliação, no que diz respeito ao uso de interfaces, pode ser classificada

como formativa ou somativa, de acordo com a época ou momento em que ocorre. A

avaliação formativa é realizada antes da implementação e é considerada na

construção do sistema, tendo em vista influenciar nas características do produto em

produção, já que auxilia o projetista a modelar o projeto. A avaliação somativa

acontece depois da implementação, com o propósito de verificar o funcionamento

adequado do sistema finalizado (BOOTH, 1989). Esta pesquisa realiza a avaliação

somativa, que está sendo tratada no Capítulo 7.

Baseada na ISO 9241 parte 11, a Norma Brasileira 9241-11 (NBR 9241-11,

2002), determina normalmente que seja necessário fornecer, pelo menos, uma medida

para eficácia, eficiência e satisfação.

Já que a importância associada aos componentes de usabilidade está em

função do contexto de utilização e das propostas para as quais a usabilidade está

sendo descrita, convém que não haja regra geral de como as medidas sejam

selecionadas ou combinadas. A seleção e o grau de detalhamento de cada medida

estão em função dos objetivos das partes envolvidas na medição, sendo conveniente

levar em conta a importância relativa de cada medida para esses objetivos.

Exemplificando, nas situações em que a utilização do sistema não é frequente, pode

ser dada importância bem expressiva, para as medidas relativas à facilidade de

aprender e à facilidade de memorizar.

Caso não seja possível obter medidas objetivas de eficácia e eficiência,

medidas subjetivas, baseadas na percepção dos usuários, podem ser usadas. As

medidas objetivas oferecem indicações diretas de eficácia e eficiência e as subjetivas

48

podem estar vinculadas diretamente à satisfação. Sendo que a satisfação pode

também ser calculada de medidas objetivas do comportamento das pessoas usuárias

e, além disso, as estimativas calculadas de eficácia e eficiência podem ser oriundas de

opiniões subjetivas que os usuários expressam sobre a realização de suas tarefas e

seus resultados.

A eleição de valores de critério de medidas de usabilidade é determinada pelos

requisitos para o produto e as necessidades da organização ditam os critérios. Pode

ser preciso estabelecer critérios tanto para o nível mínimo aceitável quanto para o

nível esperado de usabilidade. Quando se determina valores de critério para um grupo

de usuários, os critérios podem ser estabelecidos como uma média (exemplificando:

tempo médio para completar uma tarefa não ser mais que 10 minutos), para indivíduos

(exemplificando: todos os usuários podem completar a tarefa em 10 minutos), ou,

então para uma porcentagem de usuários (p.ex. 90% dos usuários podem completar a

tarefa em 10 minutos). Determinando critérios, deve-se ter cautela para que seja dado

o peso adequado para cada item de medida. Para determinar critérios para erros,

pode ser preciso atribuir pesos que traduzam a importância relativa de tipos diferentes

de erros.

A escolha de medidas e do ambiente para teste irá depender dos propósitos da

atividade de medidas e seus relacionamentos com o ciclo de projeto.

A eficácia pode ser definida como a acurácia e completude com que os

usuários alcançam objetivos específicos. Para a medição da acurácia e da

completude, é preciso produzir uma especificação operacional de critérios para

alcançar de forma satisfatória os objetivos. Isso pode ser calculado em função da

qualidade e quantidade de saídas. Exemplificando, a especificação de um formato

desejado para documentos de saídas, juntamente com a quantidade e extensão de

documentos a serem processados.

E a acurácia pode ser obtida pela extensão com que a qualidade da saída

corresponde com o critério determinado e a completude pode ser calculada como a

proporção da quantidade alvo que foi atingida. Caso uma única medida de eficácia

seja requerida, há a possibilidade de combinar medidas de acurácia e completude.

Exemplificando, completude e acurácia podem ser obtidas como porcentagens e

multiplicadas entre si, tendo como resultado um percentual para eficácia. Em situações

em que não seja adequado nivelar acurácia com completude, ambas as medidas

devem ser levadas em conta de forma independente.

49

A eficiência é calculada relacionando o nível de eficácia alcançada com os

recursos usados. Exemplificando, a eficiência temporal pode ser determinada como a

proporção entre a medida de eficiência em alcançar um objetivo específico e o tempo

para alcançar tal objetivo. Cálculos semelhantes podem ser realizados em termos da

eficiência no uso de energias físicas ou mentais, custos materiais ou financeiros (ISO

9241-11, 1998). A satisfação pode ser medida de maneira subjetiva ou objetiva.

Medidas objetivas podem ter como base a observação do comportamento do usuário

(postura corporal, movimento do corpo, frequência de distração, etc.) ou pode estar

fundamentada no monitoramento de respostas psicológicas do usuário.

As medidas subjetivas de satisfação são resultantes da quantificação da

intensidade das reações, atitudes ou opiniões expressadas por um usuário. Esse

processo pode ser feito de muitas formas, inclusive, solicitando ao usuário a atribuição

de uma nota correspondente à intensidade de seu sentimento em um determinado

momento, ou pedindo-lhe para categorizar produtos em ordem de preferência, ou

utilizando uma escala de atitudes baseadas em um questionário. Em se tratando

desse tipo de escala, quando desenvolvidas adequadamente, há a vantagem de

serem rápidas para utilizar, terem confiabilidade, e não requisitarem habilidades

especiais para aplicações. Questionários de atitudes, desenvolvidos utilizando

técnicas psicométricas3, possuirão estimativas de confiança, validade reconhecida e

quantificáveis e, além disso, poderão ter resistência aos fatores: falsificação,

conveniência social e preconceitos de respostas positivas e negativas. Elas também

admitem que resultados sejam comparados a normas estabelecidas para respostas

calculadas anteriormente.

As medidas para eficiência, eficácia e satisfação até o momento expostas

estão fundamentadas na NBR 9241. Em se tratando de uma complementação, com

base em Nielsen (1993), seguem as medidas relativas à facilidade de aprender, à

facilidade de memorizar e a erros. Acrescenta-se que, de acordo com Hornbaek

(2006), há poucos trabalhos que consideram esses dois primeiros atributos. O atributo

mais fácil de ser medido é provavelmente a facilidade de aprender. Comumente, a

forma de medir esse atributo consiste em estabelecer que os usuários sejam capazes

de completar uma tarefa específica com sucesso, num determinado intervalo de

tempo.

3 Psicometria é a área da psicologia que trata do desenvolvimento e da aplicação de técnicas de mensuração aos fenômenos psíquicos. Técnicas psicométricas consistem em medições que se fazem mediante a atribuição de valores numéricos aos comportamentos, de maneira que as diferenças de comportamento sejam representadas por variações nesses valores numéricos (KAPLAN e SACCUZZO, 2012).

50

No caso da facilidade de memorização, sua avaliação é completada raramente

como acontece com os demais atributos de usabilidade. Há duas maneiras principais

de fazer sua medição: a primeira consiste em submeter usuários casuais, os quais no

momento não usam o sistema, a testes padrões, tendo em vista calcular o tempo

preciso para fazer as atividades tarefas constantes desses testes. A segunda

contempla a aplicação de questões aos usuários, após a interação com o sistema,

relativas aos efeitos dos comandos, com o propósito de contabilizar a quantidade de

respostas certas. Embora essa alternativa seja mais fácil de ser realizada, a primeira é

mais significativa, porque leva em conta a existência de interfaces dotadas de

recursos automatizados ou não (assistentes e ajudas), não sendo necessário que o

usuário memorize os comandos ao ponto de responder com sucesso a perguntas

sobre eles.

Em relação ao atributo erros, os usuários deveriam realizar menos erros quanto

possível, ao utilizar um sistema computacional. Em geral, um erro é conceituado como

ação qualquer não completada para atingir um propósito desejado. Já a taxa de erros

de um sistema é calculada pela contagem do número de tais ações dos usuários, ao

executarem alguma tarefa especifica. Essas taxas de erros podem ser úteis para

medir outros atributos de usabilidade.

Como há diversas abordagens de avaliação de usabilidade, Shneiderman

(1998) fornece a sugestão de que a adoção de um método apropriado dependa dos

seguintes fatores:

estágio em que o projeto se encontra, revelando se os trabalhos estão nas fases

mais elementares, em pleno andamento ou em fase de conclusão;

nível de inovação do projeto, mostrando se o domínio do assunto ou da solução

possui natureza bem especificada ou se é de caráter exploratório;

quantidade de usuários potenciais;

criticidade da interface, considerando que a interface de um sistema de controle de

tráfego aéreo possui papel muito mais crítico se comparado com a interface de um

quiosque de informações turísticas;

custos do produto e dos recursos destinados a testes. Pode-se afirmar que

existem métodos de inspeção de custos e precisão variados. A criticidade do

produto e o nível de precisão dos resultados esperados dos testes serão

significativos para a procura do equilíbrio entre os custos de elaboração do produto

e os de inspeção da usabilidade;

51

possibilidade de tempo e de especialistas em usabilidade disponíveis (KOYANI et

al., 2004); e a

experiência da equipe de projeto e avaliação.

Este estudo levou em consideração os fatores: grau de inovação, custos e

disponibilidade de tempo.

Segundo Nielsen (1994) os métodos de avaliação de usabilidade são classificados

em quatro categorias:

automática, caso em que a usabilidade é avaliada por programas de computador,

os quais estabelecem a comparação entre a interface propriamente dita e suas

especificações;

empírica, quando a usabilidade é medida, a partir da observação dos testes feitos

com usuários reais. É a maneira de avaliação mais usada regularmente, com

alguns impedimentos. Geralmente, é caro e difícil realizar a reunião de usuários

reais, a fim de testar todos os aspectos de cada nova versão do projeto;

formal, em que a usabilidade é medida com base em modelos e fórmulas. Nesse

caso, a avaliação é de difícil aplicação, sendo particularmente problemática

quando aplicada a interfaces altamente interativas e complexas;

informal, quando a avaliação da usabilidade acontece baseada em regras

heurísticas e em experiências, conhecimentos ou habilidades pessoais ou de

grupos.

Apesar da classificação, sugerida por Nielsen (1994), poder contar com

considerável aceitação junto à comunidade relativa à usabilidade de software, adotou-

se, para esta pesquisa, a classificação sugerida por Shneiderman (1998), que divide

os métodos de avaliação considerando, além da maneira de condução (assim como o

faz Nielsen), o espaço em que acontece a avaliação e os envolvidos (especialistas,

usuários ou ambos). Essa classificação consiste em: revisões especializadas; testes e

estudos laboratoriais; pesquisas de opinião; testes de aceitação; avaliação durante o

uso ativo e experimentação psicologicamente orientada.

As revisões especializadas, em se tratando de interfaces altamente

especializadas, requerem a participação de um especialista com domínio das

questões de usabilidade, do assunto ou da interface em questão. Mas Shneiderman

(1998) chama a atenção para o fato de que a reação da equipe de desenvolvimento

contra recomendações externas ao grupo tende sempre a ser maior. Em particular,

52

Nielsen (1994) denomina essa categoria de avaliação como Inspeção de Usabilidade,

e a insere na classe de avaliações informais.

De acordo com Shneiderman (1998), quando se trata dos testes de usabilidade

e estudos laboratoriais, o teste de usabilidade parecia, até bem pouco tempo atrás,

uma boa ideia, porém era inviabilizada pelas tradicionais dificuldades de recursos e

cronogramas alocados aos projetos. Sendo que a importância desses laboratórios

reside na abordagem científica dos aspectos relacionados à usabilidade.

A reunião e combinação de técnicas de teste e avaliação proporcionaram a

revisão de conceitos e elaboração de novas ferramentas, num ciclo de evolução, que

possui muito a oferecer aos fornecedores de programas e usuários de computador. De

forma básica, o funcionamento desse tipo de laboratório não difere de outros. Existe

um ambiente adequado para ensaios de interação, local aonde o usuário pode ser

observado, tendo suas reações armazenadas por meio de câmeras, recursos de

captura de ações de teclado e mouse, e, também, são consideradas as próprias

expressões faciais e corporais. Os usuários, que participam dos experimentos são

informados das condições, em que se darão os ensaios e, de maneira explícita,

consentem que todos os fatores da interação possam ser guardados.

Há autorização, ainda, para que as condições da interação sejam controladas

pelo grupo de avaliação, tendo em vista observar as reações do usuário, sendo que

erros podem ser, de forma proposital, incluídos na interação. Além disso, interrupções

constantes podem ser feitas (telefone, ruídos, conversação no ambiente de ensaio) e

atividades incoerentes podem ser solicitadas. O propósito dos ensaios laboratoriais é

medir a usabilidade oferecida em condições controladas, seja em situações normais

de interação, ou em situações extremas (HIX e HARTSON, 1993). Esse tipo de

avaliação foi aplicada em uma interface de dispositivo móvel por Ferreira (2007), em

um sistema (SiFEUP) da Universidade do Porto, em Portugal, por Guerreiro (2005).

Em se tratando dos testes de aceitação, é possível afirmar que a produção

tradicional de software estabelece que devam ser definidos os requisitos funcionais e

operacionais do produto em questão, já nas etapas mais elementares do projeto. E, a

esses requisitos devem ser associados valores ou características, as quais irão servir

como critérios de aceitação do produto por parte do cliente. Geralmente, esses

critérios são estabelecidos por meio da determinação de tempos de resposta para a

recuperação ou armazenamento dos dados, para a emissão de relatórios e outros

aspectos afins. A aceitação do sistema permanece condicionada ao cumprimento dos

limites pré-fixados. Antes da entrega propriamente dita, os ensaios com os usuários,

53

propiciam medir as variáveis definidas e compará-las com os valores prévios. Se

esses limites não forem apropriadamente observados, a equipe de produção precisa

fazer os ajustes necessários, até que os limites de aceitação sejam alcançados.

Com frequência, o estabelecimento de critérios de aceitação, relativo à

interface de utilização é caracterizado por uma significativa ambiguidade. A sugestão

de Shneiderman (1998) é de que os critérios como interface amigável ou user friendly

sejam substituídos por parâmetros mensuráveis efetivamente. Dentre eles há: tempo

de aprendizagem; tempo de resposta para determinada função; taxa de erros por

usuário; e grau de satisfação subjetivo do usuário.

Quando se trata do método de avaliação durante o uso ativo, o apoio à efetiva

utilização por parte dos usuários, seja por intermédio de centrais de atendimento,

programas de treinamento ou, ainda, suporte local ou remoto, leva ao estreitamento

dos laços de afinidades com as comunidades que usam o sistema. Nesse contexto, as

impressões obtidas dos próprios usuários, a partir do uso real do sistema em seu

ambiente de produção, proporcionam o aprimoramento e correção dos aspectos da

interface. Maiores detalhamentos sobre esse método e as sugestões de algumas

maneiras de avaliação relacionadas são relatadas por Shneiderman (1998).

No referente à experimentação psicologicamente orientada, a avaliação de

usabilidade baseada em experimentos de interação fundamentados em aspectos

psicológicos constitui uma importante abordagem científica. Considerando os aspectos

cognitivos, são propostas atividades de interação aos usuários e observadas reações

e apreciações do usuário. Shneiderman (1998) reúne algumas preocupações comuns

nesses experimentos, dentre as quais há: lidar com um problema prático e considerar

a estrutura teórica; estabelecer hipóteses lúcidas e passíveis de teste; tomar os

devidos cuidados com os fatores que possam influenciar as análises estatísticas; e

generalizar as conclusões.

Quando se trata da pesquisa de opinião, segundo Shneideman (1998), ela

constitui-se uma técnica significativamente comum de avaliação. Comparando-as,

pode-se afirmar que são baratas e podem servir como um bom complemento para os

testes de usabilidade e revisões especializadas. O sucesso dessas pesquisas

acontece em função da objetividade do instrumento de coleta escolhido. Ele deve ser

o quanto possível, mais dirigido para os dados que se deseja analisar, e quanto

menos ambíguo. Assim, melhor será a eficácia de aplicação do instrumento. As

entrevistas e os questionários são instrumentos muito usados para esse fim.

54

Conforme Santos e Fialho (1995), a entrevista dirigida é, geralmente, efetuada

com base num rol de perguntas objetivas prévias, a serem respondidas pelo

entrevistado. A diferença entre essa entrevista e o questionário está no fato de que a

primeira é realizada a partir do contato direto entre entrevistado e entrevistador. O

questionário pode ser aplicado de maneira que dispense essa relação. As informações

obtidas dessas entrevistas podem ser comparadas e analisadas usando-se estatística.

Sendo que na entrevista informal, não há um protocolo definido com questões prévias.

O entrevistado é solicitado a falar livremente sobre algumas questões direcionadas

pelo entrevistador. Nesse caso, não haverá obrigação de uma amostra representativa,

nem de uma análise estatística das informações. Uma decisão importante é a seleção

da amostra ou utilização ou não da população.

O uso dessa forma de avaliação é encontrado nos trabalhos de: Shneiderman

e Norman (1989), que relata o desenvolvimento do QUIS (Questionnaire for User

Interaction Satisfaction); Oppermann e Reiterer (1997), que referencia o SUMI

(Software Usability Measurement Inventory) desenvolvido como parte do Projeto

MUSIC (Metrics for Usability Standards in Computing); Prümper (1999), que descreve

brevemente o ISONORM 9241/10, baseado na norma ISO 9241-10; e finalmente,

Reiterer (1993) que apresenta o EVADIS II (Evaluation of User Interfaces), uma versão

aprimorada do questionário voltado para especialistas.

Este trabalho utilizou a pesquisa de opinião para a validação do protótipo

descrito neste estudo, abordada e descrita no Capítulo 7. Contudo, não escolheu ou

adaptou nenhum desses questionários, já que eles contêm questões, as quais não são

apropriadas à avaliação ao uso do tipo de interface em foco. Algumas questões que

apontaram para que esses questionários não fossem usados são: no QUIS, o

tamanho do menu e das letras é adequado?; no SUMI, às vezes gostaria de saber se

estou usando o botão certo; e no ISONORM, possui questões relacionadas a entrada

de dados. Tendo como esses exemplos e outras questões, foi elaborado o próprio

questionário, considerando que a solução de interface proposta neste estudo é não

convencional.

O levantamento da literatura sobre usabilidade, que está sendo apresentado,

não objetivou esgotar o tema ou fazer um overview. O propósito foi procurar a base

teórica para decidir sobre a seleção dos atributos, das medidas, dos métodos, dos

critérios e dos objetivos de usabilidade a serem utilizados neste estudo. Uma revisão

detalhada sobre esse assunto pode ser encontrada em (HORNBAEK, 2006).

55

Hornbaek (2006) realizou uma revisão da literatura sobre avaliação da

usabilidade, contemplando medidas de usabilidade usadas em 180 estudos

publicados em periódicos especializados em IHC. Essa revisão sobre usabilidade

trouxe as seguintes conclusões:

1. alguns estudos abordam a medida de como os usuários interagem com as

interfaces como sendo sinônimo de qualidade em utilização, embora seja fraca

a relação de padrão de uso e qualidade em uso;

2. medidas da qualidade de interação, realizadas por peritos de domínio, somente

são utilizadas em algumas pesquisas;

3. cerca de um quarto dos estudos não avalia o que resulta da interação dos

usuários, não dando assim suporte em alguns propósitos amplos sobre

usabilidade;

4. medidas sobre aprender e memorizar são com raridade empregadas, embora

sejam recomendadas em literatura especializada;

5. medidas da satisfação de usuários com as interfaces estão em desacordo, já

que, na prática a maior parte dos estudos elaboram questões, sendo que os

questionários validados prontamente disponíveis são ignorados; e

6. muitas pesquisas confundem critérios com medidas.

Ainda alguns trabalhos sobre a avaliação da usabilidade da interação com o

usuário podem ser citados, dentre os quais, estão: (FERREIRA, 2007; BARROS,

2003; HORNBAEK, 2006; GUERREIRO, 2005; BETIOL e CYBIS, 2004; DAWSON et

al., 2005). Quanto à validação da interface em questão, há poucos trabalhos na

literatura levantada.

Assim, sobre esta pesquisa especificamente, pode-se fazer as afirmações que

estão a seguir.

• Os atributos de usabilidade escolhidos para a execução deste trabalho são

aqueles propostos por Nielsen (1993) e Shneiderman (1998).

• Avaliação escolhida foi a somativa, adequada ao desenvolvimento de um

protótipo evolutivo funcional de uma interface não convencional;

• Levou-se em consideração para a escolha das medidas e dos métodos de

avaliação os fatores: inovação, custos e disponibilidade de tempo.

• Escolheram-se medidas subjetivas para validar a interface quanto aos

atributos eficiência, erros, facilidade de aprender e facilidade de memorizar

56

em detrimento das objetivas. Isso se deveu ao fator inovação, já que a

interface, sendo não usual, dependeria muito mais da opinião de seus

utilizadores do que de cálculos de fórmulas. Acrescenta-se a isso o fato de

que ainda não se têm estabelecido para esse tipo de interface as medidas

que seriam mais adequadas. Além do mais, embora seja comum a

utilização de medida objetiva para medir a eficiência, que pode ser

mensurada pelo quociente entre o sucesso na realização da tarefa e o

tempo gasto, Gabbard (1997) afirma que, em se tratando de interfaces que

não sejam tradicionais, nem sempre o tempo é significativo, entretanto, o

controle do dispositivo de entrada o é.

• Os fatores disponibilidade de tempo e custos conduziram à adoção do

método, categorizado por Nielsen (1994) como pesquisa de opinião, que é

menos dispendioso em relação aos demais e requer pouco tempo de

envolvimento dos usuários. Quanto aos objetivos e aos critérios, foram

definidos após o levantamento das necessidades do usuário, expostos na

Seção 6.1.

57

Capítulo 4

4. Metodologia

Neste capítulo, é apresentada a metodologia adotada neste trabalho. São descritos o

tipo da pesquisa, os sujeitos, o cenário, as etapas de desenvolvimento, os

instrumentos e as técnicas de coleta e de tratamento de dados, utilizados durante a

execução deste estudo.

4.1. Tipo da Pesquisa

Baseado em Chizzotti (2006) e Gil (2010), é apropriado afirmar que esta

pesquisa é um estudo de caso. Uma das vantagens do uso do estudo de caso é o

incentivo a descobertas. Devido à flexibilidade do seu planejamento ou da sua

organização, durante o seu desenvolvimento, há possibilidade neste tipo de pesquisa

que a investigação disponha de um plano inicial e, com o decorrer do tempo, o

interesse seja inclinado por aspectos, os quais não foram previstos. Esta é uma das

razões pela qual o estudo de caso é recomendado para a execução de estudos

exploratórios (GIL, 2010).

Segundo Chizzotti (2006), por outro lado, uma pesquisa pode ser classificada

como quantitativa, de acordo com a seleção dos instrumentos e procedimentos

técnicos usados na coleta e na análise de dados. Gil (2010) expõe outras

classificações, utilizando esse mesmo critério. Para Yin (2006), a diferença entre

pesquisa qualitativa e quantitativa não é estabelecida com base nas fontes de coleta

de dados, e sim, na filosofia adotada pelo investigador.

Então, levando em conta a categorização de pesquisa de Chizzotti (2006), este

estudo é quantitativo, devido ao fato de estar envolvida a aplicação de questionário

com questões fechadas, entrevista diretiva ou estruturada e observação sistemática

ou estruturada.

4.2. Cenário

O cenário deste estudo é o LAMCE, inicialmente chamado LabCog4 (Figura

28), que está situado no Parque Tecnológico do Rio, um empreendimento da UFRJ

em parceria com várias instituições, tais como a Prefeitura do Rio de Janeiro,

4 Fonte: O projeto LabCog. Disponivel em: <http://grva.lamce.coppe.ufrj.br/labcogsdk/?go=projLabcog.htm>. Acessado em: fev. de 2014.

58

Ministério de Ciência e Tecnologia, Finep, CNPq, Sebrae e Petrobrás, ocupando uma

área de 350 mil metros quadrados no campus da Ilha do Fundão. Sendo que um dos

objetivos do LAMCE é o desenvolvimento em IHC, que forneça assistência interativa

multimodal aos pesquisadores, desenvolvedores de projetos para a Petrobrás na

Amazônia. Esse desenvolvimento é baseado na interseção de três áreas tecnológicas:

realidade virtual e aumentada, e computação ubíqua. A tecnologia produzida será

utilizada para apoiar o monitoramento dos recursos hídricos da região e a ampliação

da malha de gasodutos, tendo em vista atender a demanda local, intensificar o uso do

gás natural e compatibilizar os interesses ambientais e energéticos.

Esse laboratório possui cerca de 14 profissionais, dentre os quais há

pesquisadores, engenheiros, professores, estagiários e outros, todos, apoiando o tipo

de tecnologia acima mencionada.

Figura 28 - Um laboratório do LAMCE

4.3. Sujeitos

Os sujeitos desta pesquisa foram os profissionais que trabalham no LAMCE.

Num primeiro momento, especificamente nove profissionais envolvidos na produção

de tecnologia alvo participaram do levantamento das necessidades para

desenvolvimento deste estudo. Eles foram submetidos à entrevista do tipo diretiva ou

estruturada (Apêndice 1). Num segundo momento, houve 12 profissionais, totalizando

86% dos profissionais do laboratório, que aceitaram, voluntariamente, participar da

dinâmica de interação com a nova interface, tendo, ao final, respondido ao

questionário de avaliação para validar a solução proposta (Apêndice 2). Também,

59

durante a dinâmica, os participantes foram observados pelo autor desta pesquisa,

tendo sido considerados e anotados valores para a variável de completude da tarefa.

4.4. Instrumentos e Técnicas de Coleta e de Tratame nto de Dados

Os instrumentos de coleta de dados usados nesta pesquisa foram:

1. entrevista diretiva, elaborada com o objetivo de levantar as necessidades dos

profissionais, descrita no Capítulo 6 deste trabalho e cujas questões fechadas

estão no Apêndice 1;

2. observação sistemática ou estruturada, aplicada aos profissionais participantes

com a solução proposta. Nesse caso, a variável completude da tarefa foi

considerada e seus valores estão descritos no Capitulo 7.

3. questionário, com questões fechadas, que pode ser visualizado no Apêndice 2, e

está descrito na Seção 7.1, cuja aplicação implica em resultados sobre a

usabilidade do protótipo desenvolvido neste estudo, descritos na Seção 7.3.

Com relação ao tratamento e a análise dos dados, foram usados cálculos

estatísticos, englobando os resultados traduzidos ou representados em percentuais,

formatados em gráficos e tabelas, a partir dos dados coletados das entrevistas

estruturadas, do questionário de validação e da observação.

4.5. Etapas

Para que o objetivo deste trabalho fosse atingido, estabeleceram-se as

seguintes etapas:

1. Revisão da literatura;

2. Construção do protótipo da nova interface baseada em gestos das mãos;

3. Validação da interface;

4. Documentação da tese.

Na primeira etapa, foi realizado um estudo sobre os seguintes assuntos:

interfaces não convencionais, ferramentas de visão computacional, usadas na

construção dessas interfaces destinadas aos propósitos da pesquisa, medidas e

métodos relacionados à validação da usabilidade de IHC, interfaces e tecnologias da

domótica e prédios inteligentes.

A segunda consistiu em realizar o levantamento das necessidades dos

usuários da nova interface por intermédio dos instrumentos descritos na Seção 6.2

60

desta pesquisa; selecionar tecnologias adequadas para desenvolvimento do protótipo;

projetar a solução computacional proposta, a partir dos resultados do levantamento

das necessidades do usuário e construir propriamente o protótipo.

Na terceira, os seguintes procedimento foram realizados:

a) selecionou-se os atributos de usabilidade de IHCs, que foram usados na

validação do protótipo, com base na revisão da literatura;

b) construiu-se uma ferramenta de avaliação ou questionário (Apêndice 2) de

avaliação com questões fechadas, que está descrito na Seção 7.1, com base

nos critérios de usabilidade selecionados anteriormente;

c) realizou-se o treinamento do grupo de sujeitos da pesquisa a fim de que

interagirem com a interface nova, conforme relatado na Seção 7.2;

d) submeteu-se a nova interface aos sujeitos participantes, solicitando a eles que

executassem tarefas de uma dinâmica de interação, as quais estão detalhadas

na Seção 7.2 e, posteriormente, usassem o questionário mencionado no item b,

para validar interface;

e) realizou-se o tratamento dos dados obtidos, a partir da aplicação de

instrumentos mencionados na Seção 7.1.

A quarta etapa consistiu em fazer um relato de toda a experiência desta

pesquisa em formato de tese (monografia), seguindo, em partes, as normas da ABNT

e da Instituição de ensino (COPPE/UFRJ).

É importante ainda acrescentar que os procedimentos metodológicos relativos

à avaliação do uso da interface, como forma de validação, estão em concordância

com Miranda e Moraes (2006), os quais ressaltam que se deve colocar em primeiro

lugar o recrutamento dos participantes para validar uma interação. Orientam também

que esses participantes devem estar o mais próximo possível da população que usará

a interface. E que, quanto às tarefas que serão realizadas, devem ser o próximo

passo, as quais devem ser selecionadas com o propósito de permitir que o avaliador

explore as áreas da interface consideradas relevantes. Sendo que finalmente se

realiza a análise dos resultados.

61

Capítulo 5

5. Automação de Ambientes

Este capítulo trata o tema automação de ambientes, abordando brevemente conceitos

associados à automação de prédios e residências. Seu propósito não se aplica ao

aprofundamento sobre o assunto, ou seja, não se trata de abordar conceituação de

níveis de automação (sistemas autônomos, integrados e complexos), de arquiteturas

(baseadas em automação ou em comportamento, por exemplo), de protocolos,

classificações específicas e polêmicas sobre definições. Mas sim, apresentar termos e

explicações que contribuam para que o leitor possa entender o objetivo e a relevância

do trabalho proposto, e compreender a solução computacional, descrita no Capítulo 6,

dentro do contexto do tipo de automação abordada.

5.1. Conceitos e Considerações

5.1.1. Edifícios Inteligentes

Com o progresso, os edifícios tornaram-se o centro das atividades da vida

urbana. A partir daí, os edifícios foram evoluindo nas suas diversas vertentes, com

destaque em suas instalações técnicas. Inicialmente, os vários equipamentos técnicos

eram controlados individualmente. Mas, já no início dos anos 60 sugiram os primeiros

sistemas de controle centralizado nos edifícios, especialmente em se tratando dos

equipamentos de climatização. Nos anos iniciais da década de 70, a divulgação dos

microprocessadores alargou o domínio de aplicação dos sistemas de controle, que

começaram a dar suporte à automação e a supervisão de equipamentos mais

sofisticados e em maior quantidade.

Em meados dessa mesma década, houve a crise petrolífera, que contribuiu, de

forma decisiva, para a implantação desses sistemas, de maneira que todos os

aspectos relacionados com uma gestão energética mais racional foram colocados em

evidência e, porque não, em primeiro plano. Na década de 80, apareceram novos

requisitos relativos a conforto, à segurança, à flexibilidade dos locais de trabalho e,

além disso, a novas e maiores necessidades de serviços de telecomunicações e de

processamento de informação. O que deu origem ao surgimento de três sistemas

fundamentais nos edifícios, os quais foram: o sistema de automação e gestão de

edifícios, responsável pelo controle das instalações técnicas, pela detecção de

incêndios, pela gestão energética, pelo controle da iluminação, pela climatização etc.;

62

sistema de telecomunicações, englobando comunicações de voz e de dados, a

comunicação com o exterior dos edifícios, etc.; e o sistema computacional, incluindo

sistemas de informação, escritório eletrônico, sistemas de apoio à decisão, automação

de procedimentos administrativos etc.

Nesse contexto, começou-se a realçar o grande custo dos edifícios e, então, a

necessidade de gerir bem o dispendioso património que os edifícios representavam,

de forma a tirar o máximo proveito deles e dos recursos que estavam disponíveis

(MURATORI; PO, 2011). Pode-se, então, afirmar que todos os aspectos referidos e,

também, a transformação da sociedade industrial na sociedade informática oferecendo

flexibilidade e apontando para a adaptação a novas tecnologias e a novos requisitos,

deram origem ao aparecimento do conceito de edifício inteligente (EI). Os EIs ajudam

os seus proprietários, gestores e ocupantes a atingirem os seus objetivos,

considerando os fatores: custo, conforto, adequação, segurança, flexibilidade em

longo prazo e valor comercial (NEVES e CAMARGO, 2004).

Em Toronto no ano de 1985, apareceu a definição de Gomazako (2007): “um

edifício inteligente combina inovações tecnológicas ou não, com capacidade de

controle, para maximizar o retorno do investimento”. De acordo com a Associação

Brasileira de Automação Residencial (AURESIDE), o conceito de EI abrange mais que

a parte relativa ao projeto elétrico, tratando-se de um estudo rigoroso que engloba

desde a localização do edifício aos seus impactos ambientais, cobrindo todas as

variáveis técnicas, que existem nos projetos elétricos e hidráulicos. Há referências

outras, as quais procuram utilizar novos conceitos para melhorar ou incrementar a

inteligência num edifício. Exemplificando, Cavalvante (2007) e Wong, Li e Wang

(2005) defendem que o conceito de inteligência predial acentua a multidisciplinaridade

exigida para integrar e aperfeiçoar as estruturas, os sistemas e os serviços

necessários na constituição do ambiente ocupado e usado. Valendo ainda dizer que o

conceito de EI não se restringe a edifícios de escritórios, podendo (e devendo) ser

aplicado a outros edifícios tais como: hospitais, edifícios educacionais, hotéis, espaços

comerciais, campus universitários etc.

Até hoje não existe um concenso, mas algumas propostas, as quais são

apresentadas. O termo “prédio inteligente” (ou edifício inteligente – EI) começou a ser

usado de acordo com Arkin (1977), provavelmente para induzir os conceitos de alta

qualidade e possibilidade de retorno rápido do dinheiro investido. Era, portanto, um

termo vago que ficava sujeito a interpretações pessoais tanto dos construtores e

proprietários quanto dos usuários. Posteriormente duas definições passaram a ser

63

bastante aceitas no mercado da Construção Civil. A primeira é dada pelo Intelligent

Buildings Institute e a segunda pelo European Intelligent Builiding Group (EIBG).

O Intelligent Buildings Institute (IBI) dos Estados Unidos da América definiu um

edifício inteligente como sendo o que oferece um ambiente com viabilidade de custo e

produção, por intermédio da otimização dos seus elementos básicos, que são:

estruturas (componentes estruturais do edifício, elementos de arquitetura,

acabamentos de interiores e móveis), sistemas (controle de ambiente, aquecimento,

ventilação, ar-condicionado, luz, segurança e energia eléctrica), serviços

(comunicação de voz, dados, imagens, limpeza) e gestão (ferramentas para controlar

o edifício), além da interação entre todos esses componentes. Para European

Intelligent Builiding Group (EIBG) do Reino Unido, uma definição fornecida consistiu

em que o EI é aquele que faz um ambiente, que permite às empresas atingirem seus

propósitos de negócios e, paralelamente, a aumentarem ao máximo a produtividade

de seus usuários, proporcionando um eficiente controle dos recursos, otimizando

gastos. Depois veio a definição do Intelligent Building Study Committee (IBSC) do

Japão, estabelecendo que um EI deva possuir: (a) um bom ambiente para as pessoas

e os equipamentos, (b) bom suporte para alta produtividade dos trabalhadores de

escritório e, (c) boa segurança patrimonial, individual e contra incêndio; e operação

com alta economia (MAEDA, 1993).

E, de acordo com Bolzani (2004), um EI difere dos tradicionais por duas

razões: (a) utiliza dispositivos que desenvolvem funções extras, contribuindo para a

gestão da residência, substituindo ou complementando os tradicionalmente usados e

(b) usa conceitos modernos de arquitetura e de construção, possibilitando o uso mais

apropriado de fontes naturais de energia, reduzindo a taxa de utilização de

equipamentos de iluminação, ventilação, aquecimento e arrefecimento, diminuindo por

consequência, o consumo de energia elétrica.

Discorrendo sobre uma breve análise das definições expostas, pode-se afirmar

que a definição apresentada pelos norte-americanos conduz que o aspecto

significativamente relevante da construção dos EIs está associado principalmente com

aspectos econômicos e de organização. O conceito sugerido pelos japoneses está

pautado nos aspectos relativos à segurança da edificação e no uso racional de

energia. No contexto europeu EI não está ligado somente a objetivos econômicos e

técnicos, mas também a saúde e bem-estar de seus usuários, além de possuírem um

propósito ecológico embutido nas aplicações tecnológicas.

64

Neste trabalho, os EI, serão observados como aqueles que fazem o uso dos

novos conceitos tecnológicos relativo à computação ubíqua e à NUI para criar um

ambiente produtivo com um custo viável, tendo em vista os aspectos como conforto,

segurança e economia de energia, potenciando aumentos de produtividade dos seus

usuários. O grau de "inteligência" de um edifício não deve ser encarado como algo

absoluto. A "inteligência" de um edifício está intimamente associada à forma como são

satisfeitas as necessidades e os requisitos das organizações nele instaladas

(MONTEBELLER, 2012).

Nesse contexto, é essencial a noção de integração. Ela está relacionada à

capacidade dos vários sistemas, que dão suporte à IE, de poder comunicar-se,

trocarem informação e colaborarem para atingir os mesmos propósitos. Levando em

conta os principais domínios tecnológicos do edifício (automação, computação e

comunicações), a noção de integração necessita ser aplicada dentro de cada domínio

e entre eles. Ou seja, a integração deve ser o mais abrangente possível. A noção de

integração assume uma importância vital no contexto dos edifícios inteligentes. Isso se

deve ao importante conjunto de vantagens e potencialidades que permite oferecer, de

que se destacam, por exemplo, a capacidade de correlacionar informação, de

processar e de otimizar decisões e o acesso aos vários sistemas através de um

mesmo ponto, o que se traduz numa utilização mais simplificada, flexível e eficaz. Um

aprofundamento sobre essa integração pode ser encontrado em (ELOY et al., 2010 e

HEALEY, 2011).

As capacidades dos sistemas presentes num edifício são validadas pelas

funções que executam, as quais que podem ser bastante diversificadas, mas

possuindo, no entanto, características (tais como a sua natureza, o seu âmbito, ou os

seus objetivos) que permitam agrupá-las. Assim, é possível que se introduza a noção

de serviço, correspondendo, então, a um conjunto de funções agrupadas pela

natureza. Sendo esse conjunto formado pela sua íntima interrelação e/ou

dependência, pela sua partilha ou intervenção sobre informação comum ou, ainda,

pela sua associação a um mesmo tipo de equipamento físico. Vale afirmar que as

funções desempenhadas por um serviço não necessitam de estar, forçosamente,

relacionadas a dispositivos físicos, de forma, por exemplo, que envolva interações com

sensores e atuadores. Um serviço pode ser formado apenas por funções de software.

Assim, uma base de dados ou um determinado programa específico podem também

ser considerados serviços. Isto é, a noção de serviço pode ser bastante genérica,

sendo aplicada aos mais variados domínios e não se restringindo somente à área da

automação e gestão de edifícios.

65

Os conceitos relacionados à EI são contemplados em se tratando de

automação residencial ou domótica.

5.1.2. Domótica

A domótica pode ser considerada uma tecnologia, ou a junção de tecnologias

recentes, que permitem a gestão de todos os recursos habitacionais, de forma a se ter

em edifícios inteligentes. O termo domótica origina-se do seu correspondente em

Francês domotique, tendo surgido na segunda metade da década de 80 na França,

local em que houve as experiências iniciais associadas à domótica (DOMÓTICA,

2014). Usa-se também outras denominações sinônimas como home control,

connected home, entre outras.

Como qualquer inovação, a domótica inicialmente, é percebida como um

símbolo de status e modernidade pelo cliente. Posteriormente, a conveniência o

conforto por ela proporcionados tornam-se decisivos. E, finalmente, ela passa a ser

uma necessidade e um fator de economia (AURESIDE, 2014).

Resumidamente, com base em (SMARTHOME, 2014), os sistemas

residenciais são implementados para executar, dentre outras, as seguintes as rotinas

automatizadas: iluminação, segurança, climatização e acionamento de cargas

diversas. No primeiro caso, trata-se do sistema mais comumente implantados em

residências automatizadas. Dentre os possíveis recursos de automação a serem

instalados estão: a dimerização, o acionamento remoto por meio de computadores

e/ou celulares, o acionamento automático por intermédio de rotinas ou horários pré-

definidos ou por dispositivos como sensores de presença ou ainda relés fotoelétricos.

Em se tratando do segundo, são sistemas comumente mais robustos que os de

iluminação e que podem incluir recursos como controle de acesso, que é

expressivamente difundido em sistemas de automação industrial, pela utilização de

leituras biométricas (impressões digitais, reconhecimento de voz e/ou da palma da

mão, etc.), uso de cartões magnéticos ou inserção de códigos/senhas pessoais. Além

disso, há os recursos: sensores de presença/movimento para sinalizar as possíveis

presenças indesejadas na residência ou prédio, CFTV (Circuito Fechado de TV),

munido de câmeras instaladas na residência e conectadas com uma central ou com a

internet, por meio das quais é possível monitorar remotamente as atividades e, ainda,

os além de sensores para detecção de incêndio e vazamentos de gás.

No caso da climatização, por intermédio da automação residencial,

equipamentos como ventiladores, aquecedores e ar-condicionado podem ser

remotamente acionados ou programados para executar determinadas rotinas de

maneira a prover um maior conforto aos utilizadores. Quanto ao acionamento de

66

cargas diversas, além dos sistemas mencionados anteriormente, usando a automação

é possível controlar o carregamento e controle de eletrodomésticos, E, também,

equipamentos de áudio e vídeo, como home-theater, DVD, rádio e receptor de TV a

cabo.

Além do mais, a automação do sistema de áudio e vídeo pode ser integrada à

iluminação, tendo em vista a criação de ambientes apropriados para cada atividade

que se deseja executar (ver um jornal, assistir a um filme ou jogar vídeo game, por

exemplo). Sendo, também, possível automatizar bombas (de piscina, hidromassagem

ou para pressurização hidráulica), regadores (através da programação de uma rotina

diária de acionamento sem o comando do usuário), portões automáticos (através do

comando via internet ou celular, dispensando o uso de controle), dentre outros.

5.2. Trabalhos Relacionados

Como já foi abordada, a ideia por trás da computação ubíqua (KRUMM, 2009)

consiste em cercar os seres humanos de computadores e software cada vez mais

discretos e destinados a dar assistência durante as atividades humanas do dia-a-dia.

Segundo Weiss e Craiger (2002), a tendência é que eles permeiem a vida humana,

sem ficar no caminho, proporcionando uma interação mais natural. O panorama

recente de estudos e pesquisas sobre esse tema, relacionados a essa ideia, mostram

a crescente preocupação na produção de aplicações para atender às necessidades da

automação residencial e predial (UBICOMP, 2012; 2013).

Em 2001, essa linha de pensamento já estava sendo prevista para emplacar no

mercado da automação (MURATORI, 2001). Nesse sentido, podem ser citados vários

trabalhos relacionados ao que está sendo proposto neste estudo. Aplicações para o

controle e automação de prédios e residências compreendem uma área emergente de

pesquisas dentro da HCI (CORREIA et al., 2013). Dentre muitos investimentos nessa

direção, tem-se explorado a interação por gestos, por toques e por comando de voz ou

reconhecimento de fala, envolvendo tecnologias de rede sem fio, dispositivos móveis,

Arduíno e Kinect. A Privus é uma empresa especializada em integração de sistemas

de Automação Residencial sem fio, com controle por iPad, iPhone, Android e PC

(AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL SEM FIO COM IPAD, IPHONE E ANDROID 2012).

Correia et al. (2013) relataram o estado da arte em interação natural por gestos

no contexto da automação predial e residencial. Panger (2012) estudou como poderia

resolver o problema de pessoas que querem folhear um livro de receitas ou selecione

uma música para ouvir, enquanto estão realizando atividades na cozinha, mesmo com

dedos gordurosos ou oleosos, ou as mãos ocupadas com utensílios. Ele propôs uma

aplicação usando o Kinect, que capta as articulações do usuário para o

67

reconhecimento de movimentos que sirvam para estabelecer uma interação mais

natural e útil nesse contexto. Outro aplicativo que usa o Kinect é o Wall ambiente (KIM

et al., 2011), que utiliza uma interface projetada na parede, a qual permite aos

usuários monitorar o que está acontecendo em sua casa num piscar de olhos, e

controlar seu ambiente (temperatura, TV, etc.), por meio de gestos simples, sem

qualquer dispositivo de interface física.

Hands-Up (OH et al., 2012) mostra uma nova maneira de utilizar o teto para

exibir informações e interagir por meio de movimentos mínimos com as mãos. Nesse

caso, quando as pessoas se cansam de seus trabalhos, muitas vezes deitam-se na

cama ou sofá e olham para o teto. Então, nesse momento a interface dessa aplicação

seria ativada e permitiria que tudo na casa pudesse ser controlado por meio desse tipo

de interação. Sendo que o kinect também é usado nesse caso.

Rahman et al. (2011) descrevem uma aplicação que pode ser adaptada para

as necessidades da domótica. O protótipo foi desenvolvido para controlar uma série

de funções contidas no painel de um carro, as quais controladas somente por

interfaces de toque contribuiriam para aumentar o risco e distração dos motoristas nas

estradas. Para minimizar esse problema, a interação é feita puramente por gestos,

com retorno de áudio. Assim, dentre várias funções, por exemplo, o som do carro pode

ser controlado. Em (KLEINDIENST et al., 2008) é apresentada a plataforma

HomeTalk, que auxilia os usuários em alguns serviços domésticos via interação

multimodal. O núcleo da plataforma é um gateway residencial, que atua como um

centro de comunicação da família. Por meio da interação direta com um

eletrodoméstico, é possível automatizar diferentes serviços e monitorar seu progresso

em um PDA. Essa aplicação permite um maior nível de segurança para os moradores

da residência, fornecendo informações sobre os diferentes locais da casa, bem como

de controlar o cozimento de alimentos, temperatura e tempo, evitando, assim,

possíveis incêndios.

A necessidade de prescindir do uso de um controle remoto na mão para

interagir com os dispositivos foi a principal motivação encontrada em (SOLANKI e

DESAI, 2011). Nesse caso, foi desenvolvido o Handmote, uma aplicação que

reconhece movimentos gestuais para a interação com vários dispositivos que usavam

um controle remoto. A solução baseada em Arduino reconhece imagens da mão do

usuário e os processa, em tempo real. Sendo desse modo é possível, por exemplo,

desligar o aparelho de TV, usando o gesto da cruz e alterar o nível de volume ou de

canal de TV, virando a mão no sentido horário ou anti-horário. Vários outros trabalhos

nessa linha podem ser citados, dentre eles: (FAILS e JR., 2002; IRIE et al., 2004;

YAMAMOTO et al., 2004; KIM e KIM, 2006; PU et al., 2013).

68

Quando se trata de interação por voz ou por fala, relacionados ao proposto

neste estudo, há, dentre outros, aqueles que se encontram em: (GEMMEKE et al.,

2013), (BAIG et al., 2012), (BUTT M. et al., 2012) (VACHER et al., 2011), (RAMLEE et

al., 2013), (LOKANADHAM et al., 2012) (LÓPEZ et al., 2011) e (DEVI e TECH, 2012).

No primeiro, é apresentada uma visão geral do projeto ALADIN, que visa

desenvolver uma interface vocal de apoio a pessoas com uma deficiência física. A

interface vocal é treinada pelo próprio usuário, o que significa o uso de qualquer

vocabulário e gramática. A sua aplicação na automação residencial é evidenciada e

considerada ambiciosa. No segundo, o trabalho discute dois métodos de controle de

eletrodomésticos: via voz para texto SMS e pelo uso do celular como um controle

remoto, fornecendo um benefício para os idosos, para pessoas com deficiência e,

também, para aqueles que não dominam a digitação de SMS. No terceiro, os autores

concentram-se em controlar os eletrodomésticos por meio de chamada por voz e na

descoberta de intrusos na casa. O usuário pode fazer uma chamada de voz, a fim de

executar determinadas ações como acionamento de aparelhos e de luzes. E, quando

o sistema encontra uma intrusão, envia uma mensagem de voz de alerta de celular

pré-configurado quando o usuário está longe do lugar. O sistema proposto é

implementado, usando a voz para o Sistema Global para Comunicações Móveis

(GSM) e tecnologia sem fio com base em framework.NET5. Os resultados

experimentais mostraram que o sistema é mais seguro e de baixo custo, em

comparação com os sistemas existentes. Tendo sido concluído que o sistema fornece

a solução para os problemas enfrentados pelo proprietário da casa no dia a dia,

tornando a sua vida mais fácil e confortável, com custo eficaz e de maneira confiável.

O projeto SWEET-HOME (VACHER et al., 2011) visa fornecer tecnologia de

interação baseada em áudio, que permite ao usuário total controle sobre seu ambiente

familiar, na detecção de situações de perigo e, além disso, facilita a inclusão social da

população idosa e frágil. Ramlee et al. (2013), o quinto trabalho sobre interação por

voz, apresenta um sistema de automação residencial sem fio (WHAS), que controla

aparelhos elétricos, por comando de voz, usando Speech Application Programming

Interface Microsoft (SAPI). Foi projetado para realizar o controle em curta distância

(para o interior da casa), sendo usada a tecnologia sem fio Bluetooth, e o controle de

longa distância, servindo-se do Simple Mail Transfer Protocol (SMTP). Tendo sido

projetado com custo relativamente baixo. O sexto artigo descreve uma interação

natural para controle de segurança residencial. Ele apresenta uma solução para

obtenção de um alarme de segurança que opera com baixo custo de energia.

5 Consiste em plataforma única para desenvolvimento e execução de sistemas e aplicações em qualquer dispositivo.

69

Baseado em ZigBee (LOKANADHAM et al., 2012) e tecnologia GSM, ele pode

detectar o roubo, vazamento de gás e fogo e enviar mensagem de alarme à distância

ao usuário, o qual controla remotamente qualquer dispositivo. Essa proposta chamada

de homeThis foi projetada para garantir que os serviços prestados sejam acessados

somente por um usuário legítimo, e não qualquer outra pessoa. Utilizando voz e a

face, é possível confirmar ou estabelecer a identidade de um indivíduo. A posição

recente da biometria no campo de segurança foi retratada também nesse trabalho,

além de ter sido delineado opções sobre a usabilidade de sistemas de voz e de

autenticação face. Uma mensagem de alarme é enviada usando a tecnologia GSM.

Em (LÓPEZ et al., 2011) é descrita uma solução computacional via voz para

controlar ambientes inteligentes, voltadas principalmente para ambientes domésticos.

Para esses autores, um ambiente inteligente é entendido como sendo um espaço

ubíquo equipado com dispositivos incorporados. A solução proposta por eles baseia-

se nas principais normas em matéria de tecnologias de voz (VoiceXML, CPRM, SRGS

e SISR), dinamicamente adaptáveis a mudanças estruturais no sistema de automação

residencial e escalável para o número de quartos e dispositivos em casa. A solução

final foi validada em uma instalação real, utilizando o reconhecimento de voz a

distância e uma abordagem de detecção de palavras-chave do tipo Key Word Spotting

(KWS), que funciona como um filtro de entrada para o sistema de diálogo, tornando-o

mais robusto contra o ruído. Os resultados dos testes mostraram a viabilidade técnica

da solução e aceitação do usuário. Devi e Tech (2012) descrevem um sistema de

automação residencial sem fio (WHAS), cuja interação é realizada por voz em ZigBee.

Destina-se a controlar todas as luzes e eletrodomésticos de uma casa ou de um

escritório.

O uso do arduíno na automação residencial e predial pode ser encontrado em

detalhes em: (MIGUEL, 2011), (SANTOS, 2012) e (MAHENDRAN et al., 2013). E,

especificamente sobre a aplicação do Kinect nessa área, pode-se consultar:

(“Domotica con Microsoft Kinect (Kinect Home Automation)”, 2011) e (RIVAS-COSTA

et al., 2013). De acordo com Wilson e Benko (2010), o Kinect é uma tecnologia barata

e amplamente disponível para captação de profundidade e está, por esse motivo,

sendo usada nesta pesquisa.

70

Quando se trata de transparência com o significado adotado nesta pesquisa,

pode-se citar o trabalho descrito em (KOPPELHUBER e BIMBER, 2013). Nesse caso,

uma câmera (Figura 29), sem componentes mecânicos e circuito eletrônico,

transparente, fina e flexível como uma folha de plástico, responde em tempo real aos

movimentos que alguém faz à sua frente. Segundo esses autores, essa tecnologia

origina um novo tipo de interface.

Figura 29 - Transparência em superfície não plana

A Garmin, que produz aparelhos de navegação por GPS, desenvolveu um

modelo (Figura 30), que mostra informações sobre qual caminho seguir projetadas ao

vidro dianteiro, usando uma película transparente (SCHROEDER, 2013), para que o

usuário tenha acesso às informações sem tirar os olhos da estrada. Ele pode projetar

as setas de navegação, distância para as próximas curvas, velocidade atual, limite de

velocidade da via, tempo estimado de chegada, recomendações sobre a melhor faixa,

lentidão de tráfego e locais com possíveis radares fotográficos. Podendo se afirmar

que se trata de uma interface que recebe os dados processados pelo aplicativo do

smartphone e projeta no vidro, mas com um preço ainda dispendioso (US$ 129,99 em

2013).

Figura 30 - GPS com projeção no vidro do carro

71

Também nessa linha, existe a empresa DoubleTake Tecnnologies,

especializada na criação de soluções interativas de hardware e software em vários

tipos de dispositivos. Tornando possível a projeção e a interação por toques baseadas

em transparência dos dois lados em: janelas, vidros em salas de conferência, paredes

e mesas. Seus produtos são utilizados em vários ambientes, dentre eles, em museus,

feiras, conferências, interiores de corporações, eventos em geral e em exibições

interativas (Figura 31). A rear-projection touch screen está relacionada à transparência

e toques dos dois lados de uma tela. Dentre os produtos oferecidos (Figura 32), há:

DreamScreen3000, DreamWindow, DreamOverlay e DreamWall (Figura 31)

(DOUBLETAKETECH, 2014).

Figura 31 - DreamWall

DreamScreen3000 (Figura 32) foi desenvolvida para DJs e produtores. Os

usuários podem organizar suas músicas, arrastar para o local adequado, misturar,

salvar e editar, utilizando uma interface em uma tela transparente e torna a imagem

como se estivesse "flutuando no ar" na frente da plateia. Funciona com qualquer

sistema existente para DJs e compositores.

Figura 32 - DreamScreen3000

72

É considerado um produto de vanguarda, uma solução personalizável para DJs

e produtores de eventos, que permite ao DJ uma interface mais apropriada a um

ambiente de entretenimento, possibilitando uma tela personalizada.

O DreamWindows (Figura 33), por exemplo, é utilizado em interiores de

corporações, em compartimentos de vidro para conferências, em showrooms, em

trade show booths e em storefronts. A transparência acontece nos dois lados, a tela

multitoque pode ser de acrílico ou de vidro e a interação também pode envolver o

kinect. O DreamOverlay consiste em multi-touch TV ou vídeo wall overlays

(DOUBLETAKETECH, 2014).

Figura 33 - DreamWindow

Essa categoria de interface com transparência, que está sobe o “guarda-sol” da

computação ubíqua, ainda não é utilizada na área de automação predial e residencial.

Sendo que segundo os comentários contidos em (POSLAD, 2009) e em (ELOY et al.,

2010), a domótica está direcionada para permitir que os dispositivos do dia-a-dia

sejam embebecidos de inteligência. De acordo com Poslad (2009) e Eloy (2010), as

tendências futuras da domótica estão direcionadas para uma comunicação mais

natural, envolvendo videofonia, imagens 3D, som envolvente e realidade virtual, a

simplificação e amigabilidade dos procedimentos e da definição dos comportamentos

desejados baseados em automação e inteligência embebida nos dispositivos e nas

redes. Futuramente nem sequer será possível imaginar os serviços ou aplicações

disponíveis fora de uma mesma rede e sem estarem em um único terminal, com novas

e amigáveis interfaces, as quais permitirão a qualquer pessoa acionar todas as

funcionalidades do sistema sem dificuldades, por meio de telas táteis, interface por

voz, reconhecimento de gestos, identificação e localização das pessoas.

Sendo possível também prever que domótica caminhará mais firmemente para

uma área denominada Ambient intelligence, oferecendo a facilidade de identificar

73

quem e o que está presente em cada divisão da casa, conhecer os perfis dessas

pessoas e automaticamente e adaptar os compartimentos as suas preferências

pessoais, em termos de iluminação, som, segurança e climatização. Isso

proporcionará maior conforto e segurança, uma utilização racional da energia,

evolução nas comunicações, nas redes domésticas e de acesso, além de uma

infraestrutura de comunicações comum, contendo grande largura de banda e suporte

para dados de voz e vídeo. Sendo realidade ainda um panorama de maior integração

e interoperação entre os vários sistemas presentes na casa, de forma a que estes

sejam o mais transparente (significando amigável e natural) possível para as pessoas.

Imagina-se como conforto que seja possível, por exemplo, acionar aparelhos e

dispositivos que permitam a realização de tarefas automaticamente, com redução de

gastos e de tempo, em termos de ligar o aspirador e manda-lo aspirar determinadas

áreas da casa; regar o jardim; ligar automaticamente um som ambiente, quando

alguém entra em casa; quando o morador chegar a casa, acionar a banheira com

água quente para tomar banho; ao sair de casa, fechar todas as portas e janelas e

ativar o alarme. Quanto à climatização, o conforto aplica-se em poder programar os

horários para ativar e desativar equipamentos de aquecimento, ventilação ou ar

condicionado, tendo em vista poupar energia, incluindo para além de funcionalidades

avançadas como, por exemplo, realizar uma chamada para casa com o propósito de

certificar-se de que realmente desligou o sistema de aquecimento.

Ainda com base nos trabalhos anteriormente citados, a domótica tem-se

apoiado nas telecomunicações para oferecer ainda mais vantagens. Sendo que a

"omnipresença" da tecnologia ao estar distribuída (aparelhagem de som, internet e até

televisão) nas várias divisões de uma casa, possibilita também a comunicação dos

vários aparelhos de uma casa entre si e com o usuário. Dessa forma, em férias, uma

pessoa poderá controlar os vários aparelhos da sua casa (verificar se a televisão ficou

desligada ou ligar o ar-condicionado mais cedo antes de chegar a casa).

Além disso, as telecomunicações são de expressiva importância no que se

refere à segurança da casa ou de pessoas com necessidades especiais, já que podem

permitir vigiar uma propriedade ou uma pessoa (como um recém-nascido). Torna-se

também importante o acesso ou o controle de várias partes da casa por pessoas com

deficiência.

Quando se trata de Iluminação, tem sido possível facilitar a gestão de energia,

diminuindo os gastos, por intermédio de funções de regulação de intensidade. Para tal

função, é preciso que entre sensores de movimento, identificação e sensores solares

interajam, incluindo programação para a abertura de persianas ao acordar, desta

74

forma evitando ligar as luzes. O controle da intensidade da luz também contribui para

a diminuição dos custos energéticos.

Entre outras, está incluída a possibilidade de evitar que precisemos procurar o

interruptor, quando as luzes de um compartimento estiverem apagadas. Também é

possível que, ao cair a noite, as luzes exteriores acenderem-se automaticamente.

Sendo útil, além disso, que de noite, quando a casa está vazia, programar as luzes

para simular a presença de pessoas. A fim de executar algumas destas tarefas é

necessário temporizadores, controladores inteligentes de persianas e cortinas,

controladores da intensidade da luz, sensores de movimento e presença, sensores

solares etc. Existem cada vez mais opções de escolha e padrões para a seleção

desses dispositivos.

Em termos de segurança, a domótica pode atuar a diversos níveis.

Exemplificando, os sistemas auxiliados por sensores permitem detectar fugas de gás,

inundações, incêndios em fase inicial e detecção de intrusos. Sendo possível até

mesmo tomar conta das crianças que brincam no quarto ou no jardim.

O próximo capítulo descreve uma solução computacional baseada em

interação natural destinada à automação residencial.

75

Capítulo 6

6. A Construção do Protótipo - inOctopus

Este capítulo aborda aspectos relativos à construção de um protótipo e a origem do

termo inOctopus, englobando o levantamento das necessidades dos usuários,

profissionais do LAMCE; a escolha do Kinect como hardware de reconhecimento de

gestos e de voz e do Arduino para automação; a seleção dos comandos e dos

dispositivos a serem usados neste estudo; a projeção em superfícies transparentes; os

detalhes do desenvolvimento do protótipo; a descrição do mesmo; e as limitações

desta pesquisa.

6.1. Levantamento das Necessidades do Usuário

Com o propósito de realizar o levantamento das necessidades dos profissionais

do LAMCE, foi feita, num primeiro momento, uma entrevista estruturada (Apêndice 1)

com duração aproximada de quinze minutos, para nove funcionários do laboratório em

grupo.

Dessa forma, cada profissional expôs a suas experiências em utilizar o

computador para elaborar suas tarefas profissionais. Como resultado dessa entrevista,

pode-se constatar que: dos nove entrevistados, todos afirmaram já ter usado o Adobe

Reader ou o Power Point para visualização, em forma de apresentação, de

documentos.

Essa entrevista foi dividida em duas partes. A primeira com objetivo de coletar

quais os itens devem compor o cenário da nova interface, enfatizando os controles por

gestos, por voz e por sensores (descritos a seguir neste capítulo). A segunda parte

teve a finalidade de obter a informação sobre a familiaridade do questionado, com

respeito ao uso do Adobe Reader XI ou do Microsoft Powerpoint 2013 e quais os

comandos mais utilizados durante o seu uso.

76

Nesse caso, para a análise dos dados coletados, utilizou-se a análise

estatística por percentuais e com base no (Gráfico 1), para cada resposta apontada

(ex. 9 votos para Datashow equivale a 100% e um voto totaliza aproximadamente

11%), pode-se afirmar que:

Gráfico 1 - Percentuais de aceitação para controle dos dispositivos por gestos e voz

• o uso por gestos para controlar câmeras de segurança e visualizações de

apresentações atingiu 100% de assentimento;

• o reconhecimento de voz para acionar os dispositivos data-show (projetor),

iluminação interna , câmera e ar condicionado também ficou com 100% de

concordância; enquanto que o controle do som e da impressora obtiveram,

respectivamente, 67% e 11%;

• No que diz respeito a ligar e desligar os dispositivos por sensores (Gráfico 2),

como é o caso do aquecimento de água e da regagem de água, obteve-se 11%

cada uma; enquanto a porcentagem para persianas e alarme sonoro/email

atingiu 44% em ambos os casos.

77

Ninguém assinalou a opção extração de ar ; já para os demais dispositivos, 100% dos

respondentes assinalarem os itens iluminação interna , aquecimento do ambiente e

ar condicionado .

Gráfico 2 - Percentuais de aceitação para controle dos dispositivos por sensores

O Gráfico 3Erro! Fonte de referência não encontrada. permite visualizar os

percentuais obtidos nas respostas no que diz respeito aos comandos para

visualização no Adobe Reader/Power Point, permitindo garantir que: ir para a

próxima página e a opção ir para a página anterior alcançaram, cada uma, 100% de

aceitação; 78% foi o percentual assinalado para as 2 opções a seguir: ir para a última

página , ir para primeira página, rotar uma página foi assinalada com um total de

33% juntamente com a aumentar (zum) a página de visualização e ativar o recurso

de leitura de texto , caso exista texto; os itens usar a ajuda do aplicativo ,

apresentar comentários da página , exibir automaticamente uma página de cada

vez, exibir as propriedades (autor, data e hora de criação, por exemplo da página) e

exibir grades na página , cada um, recebeu uma aceitação de 11%.

Gráfico 3 - Percentuais de aceitação pelos entrevistados por comandos do PowerPoint

78

A partir desse resultado, dentre as opções mais assinaladas, foram escolhidas

para serem implementadas 1 a 7, 9, 10 e 16 a 20 do formulário que se encontra no

Apêndice 1.

6.2. A Escolha do Hardware e Software

Conforme afirmado no Capítulo 2 deste trabalho, não é fácil construir um

sistema de VC de propósito geral. A seguir estão descritos alguns sistemas de VC

recentes.

Dentre os aplicativos que dão suporte à VC, no que diz respeito ao

reconhecimento de gestos, escolheu-se o Kinect da Microsoft versão XBOX 360

porque, além desse hardware oferecer mecanismo para o reconhecimento de voz, de

poses e de gestos corporais (no caso deste estudo, especificamente das mãos e

cabeça), ele possui uma SDK, arquivos completos com código fonte e documentação

acessível, todos gratuitos. Outro ponto decisivo para essa escolha foi a

compatibilidade com a linguagem orientada a objetos, linguagem C++ e C#, Developer

Toolkit (ferramenta do desenvolvedor com vários aplicativos) e com o Microsoft

Speech Platform SDK, que são pacotes de idiomas, os quais permitem o

reconhecimento de voz ou de texto-para-fala em um idioma específico, podendo ser

redistribuído com o aplicativo criado.

O Kinect versão XBOX foi projetado incialmente para o console de jogo, mas

com um adaptador (Figura 34) é possível utiliza-lo no computador. Ele oferece

diversos recursos como: emissor de luz infravermelho, sensor RGB, sensor

infravermelho, eixo motorizado e um conjunto de microfones dispostos ao longo do

sensor.

Figura 34 - Adaptador para uso no PC

Quanto ao Arduino, a sua escolha foi baseada nos seguintes pontos: consiste

numa plataforma open-souce; possui custo mais baixo se comparado ao seu

79

concorrente direto; há disponibilidade de arquivos completos com código fonte e

documentação acessível, todos gratuitos; e como no caso do Kinect, exposto

anteriormente, existe a compatibilidade com o software e a plataforma utilizada. Neste

trabalho foi adotada a versão Mega, pois contém a maior quantidade de portas digitais

e analógicas em comparação com as outras versões.

Para o acesso remoto a aplicação foi usado o módulo Ethernet Shied (Figura

27) conectado ao mini roteador (Figura 35) com acesso à internet (opcional) sem fio.

Figura 35 - Mini roteador sem fio

Em termos de som ambiente, foi adotado o módulo FM Radio (Figura 36), que

é conectado ao Arduino.

Figura 36 - FM Módulo

Em se tratando da seleção da câmera de segurança (Figura 37), utilizou-se um

modelo sem fio e com base giratória, que permite a conexão ao roteador mencionado

anteriormente.

Figura 37 - Câmera de segurança

80

Para a projeção, adotou-se uma película do tipo filme de retro projeção

transparente de 50cm de largura por 50cm de comprimento, sobreposta a uma

superfície acrílica de 2mm de espessura. No que diz respeito a interação por toque,

outra película flexível do tipo touch screen (Figura 38) foi afixada sobre a película

anterior e a projeção ficou a cargo de um projetor de bolso Philips (e). Essas escolhas

tiveram como justificativa o custo final da solução computacional proposta, sem

desconsiderar o benefício.

Figura 38 - Tela touch screen flexível e Figura 39 - Projetor de bolso Philips

O protótipo da solução (Figura 41) foi desenvolvido no ambiente de

programação Delphi versão XE3 (CANTÚ, 2011) e Visual Studio versão 2012 (código

desenvolvido em C#). Esses ambientes foram escolhidos baseados nos seguintes

motivos: a) oferecer suporte à programação orientada a objetos adotada neste

trabalho; b) possuir uma versão de testes (grátis) sem restrições de funcionalidades; c)

gerar um programa executável reduzido em tamanho ao final da compilação,

dispensando quaisquer outros itens para execução; d) ser consideravelmente

difundido no meio acadêmico e profissional, oferecendo material para suporte e

consultas; e e) permitir um desenvolvimento rápido baseado em objetos e dar suporte

a reusabilidade de código.

A plataforma para a utilização do protótipo da solução é da Microsoft e o

sistema operacional é o Windows 7/8. O hardware utilizado foi um tablet Samsung de

1,7 GHz, SSD de 256 Gb, 4Gb de RAM, um projetor Philips PicoPix PPX2340, um

Kinect XBOX, uma película de retroprojeção 50cm x 50cm, uma placa Arduino Mega,

um shield de Ethernet, quatro módulos (sensores) de temperatura, dois sensores de

presença, uma câmera de segurança com visualização em 300° na horizontal e 120°

na vertical e, também, uma película touch resistiva.

6.3. Desenvolvimento e Descrição do Protótipo

A solução computacional a ser descrita e objeto de estudo desta pesquisa

consiste em um software que possui uma IHC, combinando voz, gestos, interação

81

multitoque e transparente destinado a controlar, de forma otimizada e confortável, os

recursos e dispositivos de prédios ou construções voltadas a pesquisas, cujo caráter

futurista, natural e de custo baixo foram considerados. Esse software foi denominado

inOctopus. As letras “in” significam interface natural e a palavra “Octopus”, cuja

tradução é polvo, transmitindo a ideia da existência de vários “braços independentes”,

fazendo assim analogia com a solução proposta, porque ela oferece a possibilidade do

controle de várias interações combinadas para o controle de vários dispositivos

independentes. Outra analogia ao polvo é a possibilidade que ele tem de se adaptar,

mudando de cores, para se camuflar e tornando-se “invisível” aos seus predadores.

Essa característica, também é observada no inOctopus no que diz respeito a UC.

O inOctopus foi projetado para oferecer as seguintes funcionalidades:

controle da visualização de apresentações, no formato da aplicação Power Point,

usando os gestos das mãos direita, esquerda, ambas e o gesto aceno, que são

exibidos no Quadro 1;

ativação/desativação dos equipamentos Data-show (Projetor), Ar condicionado,

Luzes internas, Câmera de segurança, Sensor de presença e Som ambiente por

reconhecimento de voz, controlados pela pronúncia das palavras Datashow ou

Projetor , Ar condicionado ou Air , Luzes ou Ligth , Sensor , Som ou Sound

respectivamente. A palavra Voz ou Voice ativa o reconhecimento e a palavra

Cancela ou Cancel desativa o reconhecimento de voz. Os comandos de voz

podem ser visualizados no Quadro 2 ;

movimentação da câmera em sua base de giro, direcionando para cima, para

baixo, para esquerda e para direita, pelo deslocamento da mão do usuário na

horizontal para cima, na horizontal para baixo, na vertical para esquerda e na

vertical para direita respectivamente;

controle automático da temperatura, por intermédio de quatro termômetros,

acionando sequencialmente os aparelhos de ar condicionados. Essa ativação

acontece quando a temperatura atinge o nível máximo, definido pelo usuário,

ativando o próximo aparelho de ar desligado, sucessivamente, até o último. O

mesmo acontece de forma inversa, desligando-os conforme a temperatura mínima;

e

desativação dos equipamentos, tendo como base a leitura dos sensores de

presença de pessoas. Caso não seja detectado movimento, por parte do sensor

num intervalo de 30 minutos, o inOctopus aciona o módulo verde de racionamento

82

energético, desligando todos os equipamentos e ligando apenas uma lâmpada ou

um bloco delas e um aparelho de ar condicionado.

controle de som ambiente, permitindo ouvir rádio FM e fonte de áudio conectados.

Além de permitir aumentar e diminuir o volume.

O inOctopus oferece para visualização das apresentações os gestos exibidos

no Quadro 1. Todos os gestos devem ser realizados acima dos ombros. Caso

contrário não serão reconhecidos.

Quadro 1 - Opções de gestos do inOctopus

Mão direita

Exibe a próxima página do documento.

Mão esquerda

Exibe a página anterior do documento.

Duas mãos

Exibe a página primeira do documento.

Exibe a última página e finaliza a apresentação

83

A sequência para a realização do gesto Aceno pode ser visualizado na Figura

40 (CARDOSO, 2013).

Figura 40 - Quadro sequenciais do gesto Aceno

O Quadro 2 permite visualizar os comandos de voz e as respectivas ações

computacionais do protótipo. A voz do usuário pode ser masculina e/ou feminina e não

há necessidade de prévio treinamento da voz para a adaptação do comando de voz

do usuário. Pode-se comandar com o vocabulário na língua portuguesa ou na língua

inglesa.

Quadro 2 - Comandos de Voz e ação computacional correspondente

Voz/Cancela

Acionar o comando de voz e cancelar o

reconhecimento de voz respectivamente

Ar condicionado

Ativar/Desativar os aparelhos de ar condicionados

Luzes

Ligar/Desligar as luzes internas

84

Sensor

Acionar o controle de presença

Projetor ou Data-show

Ativar/Desativar projetor

Som

Ligar/Desligar o som ambiente

Quando o inOctopus é executado pelo usuário, é aberta uma interface multi-

touch que contém os ícones (Figura 41), que estão associados às funcionalidades a

seguir. Na figura abaixo cada letra dentro de um quadrado corresponde a letra

(marcadores numerados) dos seguintes itens:

a) permite o acionamento das lâmpadas;

b) informa a temperatura e o controle do ar condicionado;

c) permite o controle dos dispositivos Data-show (projetor), Câmera de segurança e

todos os Ar condicionados, respectivamente na ordem em que estão na tela;

d) exibe a temperatura média do ambiente;

e) aciona os sensores de presença;

f) ativa/desativa o reconhecimento de voz;

g) controla o som ambiente;

h) ativa/desativa o controle automático de temperatura;

85

i) permite o acionamento do modo econômico, admitindo apenas uma lâmpada e um

ar condicionado ligados;

Figura 41 - Tela de principal do inOctopus

Como já foi exposto anteriormente, o inOctopus ( Figura 41) foi desenvolvido

no ambiente de programação Delphi XE3 (CANTÚ, 2011) e Visual Studio 2012 (código

em C#). Ele possibilita o seu funcionamento projetado em superfície transparente e

sem fio conforme pode ser visto na Figura 42.

Figura 42 - inOctopus projetado em superfície transparente

i

g f e

d b

h

a

c

86

Para utilizar o inOctopus, uma das possibilidades, que permite considerável

mobilidade, é que seus usuários utilizem um dispositivo móvel PC (Tablet) com acesso

à internet, havendo necessidade de interação remota pela rede mundial de

computadores. A placa do Arduino com shield de Ethernet deve ser conectada ao

Roteador. Quanto ao Kinect, necessita estar ligado ao dispositivo PC. A comunicação

entre o inOctopus e o Arduino é realizada via TCP/IP (protocolos de comunicação para

o envio e o recebimento de dados) com o objetivo de controlar os dispositivos

atrelados as suas portas. A câmera e o arduino recebem um IP (endereço) fixo.

Durante os testes de desenvolvimento do inOctopus, o reconhecimento dos

gestos aconteceu de forma precisa e rápida, tanto em ambientes com iluminação

artificial como natural, podendo-se utilizar qualquer ambiente com objetos ao fundo ou

não. Outro ponto observado foi sobre a oscilação no reconhecimento do comando de

voz Ar condicionado . Entende-se por oscilação o reconhecimento indevido do

determinado comando. Para que o inOctopus não acione dispositivos indevidamente

em ambientes com pessoas conversando, existe a possibilidade de desativar o

reconhecimento de voz, colocando-o em stand by, bastando falar a palavra cancela ou

cancel. Para o reativamento basta pronunciar a palavra voz . Existe, também, a

possibilidade de desligar por completo o reconhecimento por intermédio da interface.

Vale ressaltar que para todos os gestos reconhecidos pela aplicação, a mão

deve obrigatoriamente estar posicionada acima da altura dos ombros e distante um

palmo da cabeça do usuário. Essa condição foi implementada para não causar

desconforto, acionando de forma indevida alguma ação, no caso do usuário por algum

motivo levar a mão cabeça por instinto ou por uma necessidade própria.

O inOctopus oferece suas funcionalidades, tornando possível ainda, que:

o reconhecimento dos gestos das mãos seja em tempo real;

haja a emissão de um feedback sonoro e visual para cada gesto reconhecido;

o reconhecimento de voz aconteça para ambos os sexos; e

ocorra a emissão de um feedback visual e sonoro para cada comando de voz

reconhecido, permitindo que o usuário tenha opção de visualizar o comando

corrente por intermédio de uma janela.

6.4. Analisando os Aspectos Muti-Touch , Transparência e Custo

Nos Capitulos 2 e 5 são abordadas soluções que fazem uso de interação multi-

touch, de aplicações que se utilizam de projeção em transparência e interfaces com

87

reconhecimento de voz. Mas nenhuma delas trata de forma combinada todos esses

aspectos (voz, gestos, transparência e multi-touch) em uma única proposta

tecnológica, voltada para o uso na domótica e/ou nos prédios inteligentes (conforme

conceituado no Capitulo 5). Em nenhum desses capítulos foi tratado o aspecto custo,

enfatizado no Capitulo 1, como relevante.

Figura 43 - Projeção em película translúcida, vista por trás

A tecnologia de projeção em superfícies transparentes, abordadas neste

estudo, utiliza-se de duas técnicas. Uma consiste em projetar a imagem em uma

película transparente ou translúcida sobre uma superfície também transparente como

vidro ou acrílico. No primeiro caso, pode-se ver através da imagem projetada.

Figura 44 - Projeção em película translúcida, vista pela frente

No segundo (Figura 43, Figura 44, Figura 45), não há essa possibilidade em toda

superfície, porém apenas no entorno, levando em consideração que muitas das vezes

a área de projeção é menor que a área total da superfície aonde a película foi

aplicada.

88

O inOctopus utiliza a primeira opção.

Figura 45 - Projeção em película translúcida completa

Então, a solução de transparência usada no inOctopus assemelha-se

funcionalmente à primeira opção de películas transparentes exposta na Tabela 1, visto

que possui uma estrutura e é multi-touch. Sendo, no entanto, a de custo mais elevado.

Em soluções de mercado para automação, pode-se utilizar tablets como recurso para

interação por toques e visualização de informações. Contudo, estão limitados a

projetos empacotados, ou seja, que não permitem customização por parte do usuário

em contraste com a solução proposta neste estudo, que combina várias interações

com transparência, as quais foram personalizadas de acordo com a necessidade dos

usuários.

Já que não foi encontrada no mercado solução semelhante neste estudo, para

analisar o aspecto custo, algumas considerações foram necessárias. Primeiro,

considerou-se o custo de uma solução de mercado usando tablets com o mínimo de

controles e nenhuma possibilidade de customização ou projeção em transparência.

Esse custo seria cerca de $ 1,100.00. Segundo, estabeleceu-se que a melhor opção

de película para complementar a solução anterior, seria a primeira da Tabela 1 , no

valor de $ 10,900.00, sem englobar o preço do projetor, do Kinect e da mão de obra

para instalação e a customização. Dessa forma, o custo total seria por volta de $

12,000.00. Em contrapartida, no caso do inOctopus, o valor estaria, aproximadamente,

em $ 5,060.00, incluindo Arduino Mega, placa ethernet, sensores, kinect, película de

retroprojeção transparente, película multi-touch, projetor e mão de obra, cujos valores,

respectivamente, estariam em torno de $ 50, $ 25, $ 50, $ 100, $ 30, $ 50, $ 200 e $

3,600.

89

O que auxilia na elucidação da conclusão de que o inOctopus tem um custo baixo em

comparação com a solução mais simples encontrada no mercado.

Tabela 1 - Custos de películas

Empresa Fabricante Tipo Multi -touch Estrutura Tamanho

Preço

DoubleTake Technologies Própria Transparente Sim Sim 60 $

10,900.00 Specialty Projector Screens 3M Translúcida Não Sim 60

$ 4,200.00

IFOHA Própria Transparente Não Não 60 $ 620.00

Shop3M 3M Translúcida Não Não 60 $

1,320.00

6.5. Limitações

As limitações do inOctopus podem ser divididas em quatro categorias: oriundas

do Kinect, do Arduino, da visão computacional e próprias. No primeiro caso, podem

ser citadas as seguintes limitações:

reconhecimento de voz oficial, por parte da Microsoft, não disponível na língua

portuguesa. O que pode gerar oscilações no reconhecimento em virtude do

sotaque de cada indivíduo, do pronunciamento das palavras e da dicção do

usuário;

As limitações consideradas na segunda categoria foram:

a quantidade de 54 portas digitais da placa. O que limita o tamanho do projeto, no

que diz respeito a possibilidade de aumentar o escopo de controle de mais

dispositivos em futuros trabalhos.

Quanto a terceira categoria, podem ser citadas as limitações:

a memorização dos gestos e dos comandos de voz podem ocasionar um

desconforto para o usuário;

Por último, as limitações próprias do inOctopus são:

a velocidade de resposta foi codificada em 2 segundos entre os gestos

reconhecidos durante as apresentações. Essa medida foi tomada para não

ocasionar uma ação não desejada pelo usuário (por exemplo disparar várias vezes

o próximo slide de uma apresentação, em virtude do braço direito estar acima do

ombro). Para evitar essa oscilação, foi criado um temporizador cujo funcionamento

consiste em reconhecer o mesmo gesto durante dois segundos, disparando a ação

desejada, pelo usuário, em seguida;

a velocidade do controle na movimentação da câmera de segurança foi limitada a

0,25 segundos em qualquer direção. Essa implementação deveu-se ao fato, do

90

momento em que o usuário interage, levantando ou abaixando a mão por exemplo,

em uma velocidade “rápida”, a ação computacional era realizada várias vezes,

ocasionando uma resposta talvez não desejada;

o aparecimento da sombra do usuário na projeção frontal, o que pode ocasionar o

desvio da sua atenção e/ou dificultar a visualização, que deveria estar focada

somente nas tarefas a serem realizadas durante o uso do inOctopus. Essa

limitação foi contornada até o momento, possibilitando ao usuário uma projeção

oriunda da parte traseira da superfície transparente e uma inversão da imagem; e

o reconhecimento do gesto pode ser comprometido pela presença de uma outra

pessoa, na área de captura do Kinect, realizando os mesmos gestos acima do

ombro.

O próximo capítulo descreve os resultados da avaliação da usabilidade do

inOctopus.

91

Capítulo 7

7. Validação da Interface

Este capítulo aborda a construção de um instrumento de validação, necessário para

atestar o inOctopus, após a interação dos profissionais do LAMCE, cenário desta

pesquisa; o treinamento para utilização do inOctopus; a descrição da dinâmica de

aplicação do inOctopus, envolvendo o relato sobre a execução das tarefas realizadas

pelos participantes, durante a interação com o protótipo da interface, inclusive a

descrição dos resultados relativos à aplicação do questionário de validação (Apêndice

2) e à observação sistemática aplicada.

7.1. Instrumentos de Validação

Os instrumentos utilizados para validação do protótipo ou da solução proposta

por esse trabalho foram o questionário (Apêndice 2), construído com base nos

conceitos de usabilidade defendidos por Nielsen e Loranger (2006) e Shneiderman

(1998), abordados no Capítulo 3, e a observação sistemática.

A observação sistemática pretendeu coletar se as tarefas realizadas no

momento da interação com o protótipo foram efetivadas ou completadas. Nesse caso,

a variável completude da tarefa poderia ser preenchida pelo autor deste trabalho com

os seguintes valores: completada, completada com dificuldade e não completada, com

registro em texto sucinto do tipo de dificuldade.

O questionário, por sua vez, divide-se em duas partes. A primeira refere-se à

coleta de perfil, tendo em vista investigar a familiaridade dos participantes com

dispositivos controlados por gestos e por voz. A segunda engloba a validação

propriamente dita, contendo um quadro composto de uma coluna de atributos de

usabilidade escolhidos com base na revisão da literatura sobre usabilidade abordada

no Capítulo 3 deste trabalho, para os quais o respondente deve atribuir um conceito

numa escala (LIKERT, 1967) de um a cinco (5=Excelente ; 4=Muito Bom ; 3=Regular ;

2=Ruim ; 1=Insuficiente ).

Em concordância com o Nielsen e Loranger (2006), autores consagrados pelos

seus estudos sobre IHC, e com Cabral et al. (2005), que abordam a usabilidade de

uma interface baseada em gestos das mãos livres (hand-free), resolveu-se que os

atributos acima mencionados seriam: facilidade de aprender, eficiência, facilidade

de memorizar, erros e satisfação. A facilidade de aprender implica na ausência de

obstáculos para usar o que foi proposto. Eficiência consiste na agilidade para a

92

realização da tarefa pelo usuário durante a interação. A facilidade de memorizar

revela a respeito de quão fácil é recordar como o sistema funciona, depois de já ter

aprendido a utilizá-lo. A categoria Erros trata dos níveis aceitáveis de falhas ou

nenhum (no caso de catástrofe), durante a interação e que na ocasião de erros

possam ser facilmente tratados e recuperados. Um erro, durante a interação com o

inOctopus, pode ser, por exemplo, a leitura indevida de um gesto, disparando uma

ação indesejada. Também faz parte de erros o fornecimento de feedback, destacado

em separado no instrumento, apenas para enfatizar a sua importância. Satisfação diz

respeito ao grau ou quantidade de sentimento ou sensação agradável o usuário sinta,

ou seja, que o usuário fique em harmonia em utilizar a aplicação. Nesse caso uma

questão foi incluída com relação ao prazer que o usuário pode sentir por interagir

usando uma tela transparente, sendo a transparência tratada neste trabalho como

uma inovação (inexistência no mercado) aplicada à domótica, resultado da aplicação

do conceito de computação ubíqua.

É importante ressaltar que o método de validação do protótipo, selecionado

para ser utilizado neste capítulo, foi a pesquisa de opinião descrita no Capítulo 3,

enfatizando, como defendido por Shneiderman (1998), ao atributo satisfação do

usuário.

7.2. Dinâmica de Uso da Solução

Para utilizar a solução proposta, foram convidados os profissionais do LAMCE, cuja

descrição está no Capítulo 4 deste trabalho. A porcentagem de 85,7% desses

profissionais participou no uso do inOctopus. Uma breve explicação sobre esta

pesquisa foi fornecida aos voluntários no momento do convite. Esta seção apresenta a

dinâmica de interação dos sujeitos da pesquisa com o inOctopus. Essa dinâmica

englobou o treinamento e a interação propriamente dita, destinada à validação do

inOctopus.

a) Treinamento

O treinamento foi dado a 12 (doze) profissionais (85,7%) do LAMCE, os sujeitos da

pesquisa caracterizados no Capítulo 4, durante o total de 15 minutos em 1 dia, com

base no conjunto de atividades, relacionadas às funcionalidade e requisitos do

software em questão, descritos mais detalhadamente no Capítulo 6, relativo ao

controle de equipamentos de um dos prédios do LAMCE, os quais estão expostas a

seguir.

93

Controlar os dispositivos (Datashow, luzes internas, ar condicionado, sensor de

presença e som ambiente).

Controlar apresentações (software de apresentação em termos da exposição de

slides).

b) Interação dos Pesquisados com a Interface

Durante a interação, foram feitas as mesmas tarefas consideradas no

treinamento (Item a), seguindo a sequência de questões, distribuídas por atributos e

contidas no questionário de avaliação do software (Apêndice 2). Cada participante

interagiu durante o total de dez minutos, englobando todas as funções com esse

tempo.

O pesquisador permaneceu disponível para prestar esclarecimentos sobre

possíveis dúvidas e dificuldades, prosseguindo também à observação sistemática,

anotando valores relativos à variável observada acerca da completude da tarefa,

relativo a cada controle e tipo de interação considerada.

7.3. Descrição dos Resultados da Aplicação do Quest ionário de Validação

Depois da interação com o software, os participantes responderam a um

questionário apresentado anteriormente neste capítulo. E, alguns minutos antes dessa

aplicação, o autor deste trabalho explicou como os participantes deveriam prosseguir

ao preenchimento desse instrumento de validação. Esta seção aborda os resultados

da pesquisa (com os gráficos expostos no Anexo 3 ), em se tratando da aplicação

dos questionários de validação aos participantes nos casos de interação com o

inOctopus.

No caso do controle de apresentações por gestos , com relação ao atributo

facilidade de aprender (Gráfico 6), pode-se afirmar que: 92% dos respondentes

atribuíram o conceito excelente, 8% optaram por muito bom, sendo que nenhum dos

participantes assinalou regular, ruim ou insuficiente. O mesmo ocorreu com respeito à

facilidade de memorizar (Gráfico 7). No referente a feedback (Gráfico 8), 75% dos

entrevistados escolheram o conceito excelente, 25% apontou muito bom, e nenhum

dos pesquisados anotou regular, ruim ou insuficiente. No que tange a erros (Gráfico 9)

houve uma distribuição de porcentagens entre excelente (50%), muito bom (33%) e

regular (17%). A eficiência (Gráfico 10) recebeu excelente de 67% dos respondentes

e muito bom dos demais. E o atributo satisfação (Gráfico 11) obteve 92% de

respostas atribuídas a excelente e 8% a regular.

94

Com respeito ao movimento das câmeras por gestos e ao atributo facilidade

de aprender , 83% dos entrevistados assinalaram o conceito excelente e 17%

marcaram muito bom. Nenhum respondente escolheu regular, ruim ou insuficiente

(Gráfico 12). O mesmo ocorreu com o atributo facilidade de memorizar (Gráfico 13).

Quanto ao feedback (Gráfico 14), 67% dos participantes responderam excelente e

33%, muito bom, sem nenhuma expressividade para os conceitos: regular, ruim ou

insuficiente. Já no caso do erro (Gráfico 15), a porcentagem de respostas foi

distribuída entre excelente (33%), muito bom (50%) e regular (17%). Em termos da

eficiência (Gráfico 16), 67% dos participantes responderam o conceito excelente,

25% marcaram muito bom e, 8% ruim. Nenhum dos respondentes escolheu

insuficiente ou regular. Para satisfação (Gráfico 17), os pesquisados apontaram 92%

para o conceito excelente, 8% para regular, sendo que não houve expressividade

alguma para os demais conceitos.

No caso do controle de dispositivos por voz , 83% dos participantes

responderam o conceito excelente para facilidade de aprender (Gráfico 18) e 17%

marcaram muito bom e nenhum dos respondentes escolheu os demais conceitos. No

referente à facilidade de memorizar (Gráfico 19), houve o mesmo comportamento.

Para o feedback (Gráfico 20), os pesquisados apontaram 67% para o conceito

excelente e 33% para ruim. Não havendo nenhuma expressividade para os restantes

dos conceitos (0% para todos). Em se tratando do atributo erro (Gráfico 21), a

porcentagem de 33% assinalou o conceito excelente, 50% marcaram muito bom, 17%

respondeu regular e nenhum dos respondentes selecionou insuficiente ou ruim.

Quando se trata da eficiência (Gráfico 22), os pesquisados apontaram 67% para o

conceito excelente, 25% para muito bom, 8% para ruim e nenhum dos voluntários

escolheu insuficiente ou regular. Para satisfação (Gráfico 23), foi obtido o mesmo

resultado do controle descrito anteriormente: houve maior expressividade para o

conceito excelente.

Tabela 2 - Percentuais de respostas favoráveis e desfavoráveis para o inOctopus-apresentação por gestos

Atributos % respostas

Favoráveis Desfavoráveis Facilidade de aprender 100,0 0,0 Facilidade de memorizar 100,0 0,0 Feedback 100,0 0,0 Erros 83,3 0,0 Eficiência 100,0 0,0 Satisfação 91,7 0,0

95

Com o propósito de apresentar os resultados obtidos de forma mais sucinta,

que pudesse conduzir mais facilmente às discussões e conclusões, estabeleceu-se

que as pontuações 4 (Muito Bom) e 5 (Excelente) seriam classificadas como respostas

favoráveis e, em contrapartida, as 1 (Insuficiente) e 2 (Ruim), como desfavoráveis,

sendo que a pontuação 3 (Regular) não entrou nessa representação.

Tabela 3- Percentuais de respostas favoráveis e desfavoráveis para o inOctopus- câmera por gestos



No caso do controle de apresentações por gestos, as respostas foram mais favoráveis

em relação à facilidade de aprender, facilidade de memorizar, eficiência e feedback,

como pode ser visualizado na Tabela 2. Em termos da movimentação da câmera por

gestos, esses mesmos atributos também ficaram em alta, recebendo cada um 100%

de respostas favoráveis (Tabela 3). No referente ao controle de dispositivos por voz,

facilidade de aprender e facilidade de memorizar obtiveram 100% de respostas

favoráveis; eficiência e satisfação, ambos, 91, 7%. No entanto, o atributo feedback

ganhou expressivamente o menor percentual de respostas favoráveis, com 33% de

resultado desfavorável (Tabela 4).

Tabela 4 - Percentuais de respostas favoráveis e desfavoráveis para o inOctopus- dispositivos por voz



96

Com base no Gráfico 4, é possível afirmar que a maioria dos participantes da

pesquisa respondeu não ter tido experiência de utilização de interação por voz e nem

por gestos. Ou seja, 100% nunca usaram esses dois tipos de interação natural.

Gráfico 4 - Percentual de experiência na utilização de interação por voz e por gestos

Em termos dos resultados com relação à questão sobre ao uso da

transparência ter sido prazerosa para os pesquisados, pode-se visualizar a partir do

gráfico a seguir (Gráfico 5) que 100% dos respondentes responderam o conceito

excelente.

Gráfico 5 - Resultados com relação à questão sobre ao uso da transparência ter sido prazerosa

7.5. Discussão Sobre os Resultados

Esta seção apresenta uma discussão sobre os resultados da aplicação do

questionário de validação e da observação sistemática.

O inOctopus, quanto ao controle de apresentações por gestos, recebeu 100%

de respostas favoráveis para os atributos facilidade de aprender, de memorizar, ao

97

feedback e à eficiência. Sendo que as porcentagens de respostas favoráveis para,

ambos, erros e satisfação foram mais de 80% em cada caso. Ou seja, pode-se

considerar esse tipo de interação natural aceita pelos profissionais do LAMCE. No

entanto, em detalhes, pode-se observar que, no que tange a erros, houve uma

distribuição de porcentagens entre excelente (50%), muito bom (33%) e regular (17%).

Resultado esse que é confirmado, tendo em vista os resultados da observação

sistemática. A situação observada no contexto do atributo erros pode ser resultado da

postura incorreta dos participantes (2 indivíduos) na execução das tarefas. Além disso,

existem as limitações descritas no Capitulo 6, próprias da visão computacional e

aquela referente à velocidade de respostas no controle de apresentações por gestos.

Em termos da movimentação da câmera por gestos, para os atributos feedback

e erros houve uma distribuição de porcentagem diferente daquela ocorrida para os

demais atributos. Anotou-se um valor bem menor da porcentagem de excelente (33%)

em comparação aos outros atributos considerados. O mesmo aconteceu para erros,

com 67% apenas de respondentes tendo assinalado o conceito excelente. Nesses

dois casos, pode-se questionar, com base nos resultados da observação sistemática,

que talvez isso se deva ao fato de que 25% dos respondentes tiveram dificuldades em

terminar as tarefas. Essas dificuldades estão relacionadas com as limitações relatadas

no Capitulo 6, especificamente sobre a velocidade no controle de movimentação da

câmera.

No caso do controle de dispositivos por voz, excetuando a categoria feedback,

houve respostas favoráveis a partir de 80%, o que indica que inOctopus, para

interação por voz, é fácil de aprender, de memorizar é eficiente, há aceitação favorável

em relação a erros e os profissionais do laboratório ficaram satisfeitos em utilizá-lo. No

entanto, a porcentagem de respostas favoráveis foi de 66,7% para feedback, o que

talvez seja resultado da limitação descrita no Capítulo 6, referente ao reconhecimento

de voz oficial. Oscilações podem ser geradas em virtude do sotaque de cada

indivíduo, do seu pronunciamento das palavras e da sua dicção. Nesse caso, foi

observado (variável completude da tarefa) que 8% dos indivíduos não conseguiu

completar a tarefa.

Com relação à satisfação com a transparência, houve aceitação completa, o

que indica uma aprovação não somente do software em questão, mas também da

computação ubíqua na automação residencial.

As conclusões, contribuições e perspectivas futuras desta pesquisa encontram-

se no próximo capítulo.

98

Capítulo 8

8. Conclusões, Contribuições e Perspectivas Futura s

Este estudo abordou a construção de uma IHC que combina voz, gestos, interação

multitoque e transparente em uma aplicação que controla, de forma otimizada e

confortável, os recursos e dispositivos de prédios ou construções voltadas a pesquisas

cujo caráter futurista, natural e de custo baixo devam ser considerados.

Todo o levantamento bibliográfico consistiu em adquirir uma fundamentação

teórica em interfaces acionadas por gestos, por voz, por toques e que usassem

transparência; em estudar ferramentas de visão computacional, usadas na construção

dessas interfaces, e, além disso, em investigar sobre atributos, medidas e métodos

relacionados à validação da usabilidade de IHC. Com essa busca na literatura, não se

pretendeu esgotar assunto algum, mas sim, procurou-se uma base para tomar

decisões e escolher métodos e procedimentos adequados ao desenvolvimento desta

pesquisa.

Após esse levantamento, passou-se a apontar as necessidades dos usuários por

intermédio de instrumentos descritos na Seção 6.1 deste trabalho. Essa coleta inicial

de informações foi feita com o intuito de descobrir quais as necessidades dos

profissionais do LAMCE, descrito no Capítulo 4, como o cenário do estudo.

A partir dessa coleta (Seção 6.1), pode-se constatar que a solução inOctopus

deveria englobar os seguintes requisitos: acionamento das lâmpadas, informação

sobre a temperatura do ambiente e o acionamento do ar condicionado; controle do

data-show e das apresentações em reuniões de trabalho, das câmeras de segurança

e de aparelhos de ar condicionado; acionamento de sensores de presença; controle

do som ambiente; e o controle automático de temperatura.

Depois de levantar as necessidades, escolheu-se, com base na literatura

levantada, trabalhar com kinect e com o Arduíno. A justificativa dessas escolhas está

exposta na Seção 6.2. Todas as caracterizações e aspectos relacionados a gestos e à

voz foram estabelecidos com fundamentos baseados nessas ferramentas escolhidas.

Logo após, prosseguiu-se ao desenvolvimento propriamente dito do protótipo da nova

interface chamada de inOctopus.

O inOctopus consiste em uma interface baseada em gestos, voz, multitoque e

com transparência para a área de automação residencial ou domótica. Seu protótipo

oferece controle de movimentação de câmeras de segurança por gestos, controle de

99

apresentações por gestos e controle de dispositivos (data-show, ar condicionado,

luzes internas, câmera de segurança e som) por voz, conforme descrito em detalhes

no Capítulo 6. Foi construído em ambiente DELPHI XE3 e Visual Studio 2012, com

código em C#. Demais informações e mais detalhes sobre a sua elaboração e

recursos oferecidos podem ser obtidos na Seção 6.4 deste trabalho.

Após a construção do protótipo, passou-se à validação do seu uso junto aos

usuários. Elegeu-se os atributos de usabilidade com base no levantamento da ISO,

da NBR e de trabalhos de estudiosos como Nielsen (1993) e Shneiderman (1998).

Assim, os atributos escolhidos foram: facilidade de aprender, facilidade de memorizar,

erros, eficiência e satisfação. Sendo que para mapear com mais precisão as

dificuldades e sucessos da categoria erro, destacou-se feedback como um atributo em

separado. E, além disso, como se trata de interação através de recurso multitoque

com transparência, considerada ainda uma inovação para domótica, criou-se uma

questão específica para tratar o prazer ou a satisfação relativa à transparência. Essa

questão foi englobada na categoria satisfação.

Também, optou-se, dentre os métodos e medidas existentes para avaliação, pela

pesquisa de opinião junto aos profissionais do LAMCE. A justificativa para a escolha

desse método consistiu em três fatores: custo, visto que é barato em comparação com

os outros; quantidade de tempo disponível dos sujeitos da pesquisa e ênfase à

satisfação do usuário. Foram usados questionários, entrevista estruturada e

observação sistemática, conforme descrito no Capítulo 4. As medidas usadas foram às

subjetivas, já que se tratou de uma interface não convencional.

Antes da aplicação da pesquisa de opinião, houve a dinâmica de uso da nova

interface, que consistiu em duas partes: um treinamento e a interação propriamente,

englobando tarefas relativas ao controle de recursos do prédio e de apresentações em

reuniões pelos profissionais do LAMCE. Mais detalhes sobre essa dinâmica estão

apresentados no Capítulo 7.

Com base nos resultados dos questionários e das observações, além disso, tendo

em vista o tratamento dos dados obtidos por intermédio do uso de cálculos

estatísticos, representados por percentuais em gráficos e em tabelas, pode-se

constatar que:

1. 100% dos participantes nunca tinham usado interação por voz e por gestos;

2. quanto aos atributos facilidade de aprender e de memorizar , houve 100% de

respostas favoráveis no caso de todos os tipos de interação e de controles

considerados.

100

3. no caso do atributo feedback , 100% de respostas favoráveis foram obtidas em

termos do controle das apresentações por gestos e da movimentação das câmeras

por gestos. No entanto, em relação ao controle de dispositivos por voz, houve 66,7%

de respostas favoráveis contra 33% de desfavoráveis. Isso se deveu a limitação

relacionada ao reconhecimento de voz oficial, não sendo em si uma limitação própria

da solução computacional proposta e produzida.

4. com relação a erros , vale lembrar que no inOctopus é a não concretização da

tarefa desejada. Prosseguindo, foi revelado que o inOctopus obteve um percentual de

respostas favoráveis de 83,3%, em todos os tipos de interação e controles. No

entanto, em se tratando da apresentação por gestos, houve uma distribuição de

porcentagens entre excelente (50%), muito bom (33%) e regular (17%). Resultado

esse que é confirmado pelos resultados da observação sistemática. Observou-se,

nesse contexto, que o atributo erros pode ser resultado da realização incorreta do

gesto dos participantes (2 indivíduos - 17%) na execução das tarefas. Além disso, há

as limitações descritas no Capitulo 6, relativas à VC e aquela referente à velocidade

de respostas no controle de apresentações por gestos, tratadas no inOctopus. Ainda

detalhando, mas agora sobre a movimentação das câmeras, 67% apenas de

respondentes tendo assinalado o conceito excelente para erros. É possível pressupor,

com base nos resultados da observação sistemática, que talvez isso se deva ao fato

de que 25% dos respondentes tiveram dificuldades em terminar as tarefas. Essas

dificuldades também estão relacionadas com as limitações (Capitulo 6),

especificamente sobre a velocidade no controle de movimentação da câmera.

5. com respeito à eficiência , com base na pesquisa de opinião, houve 100% de

respostas favoráveis para o controle de apresentação por gestos. Já com relação ao

movimento das câmeras e dos dispositivos por voz, a porcentagem de 8,3% foi de

respostas desfavoráveis em ambos os casos. Mesmo esse valor sendo pouco

expressivo, se detalhados os resultados, é verificado uma queda do conceito

excelente para 67%. Podendo-se assim cogitar, com base na observação direta

realizada, que esse comportamento para essas duas situações se deveu à limitação

descrita no Capítulo 6 sobre a velocidade de resposta no inOctopus.

6. quanto à satisfação , a maioria das respostas foram favoráveis, inclusive, em se

tratando da transparência , todos os respondentes a consideraram prazerosa (100%

de resposta com conceito excelente).

101

Vale ainda ressaltar que a maioria dos participantes conseguiram realizar as suas

tarefas, sendo que um número pouco expressivo não as realizou porque teve uma

postura inadequada.

As limitações do inOctopus podem ser divididas em quatro categorias: oriundas do

kinect, do Arduíno, da visão computacional e próprias. No primeiro caso, trata-se do

reconhecimento de voz oficial, por parte da Microsoft, não disponível na língua

portuguesa. Podendo, então, gerar oscilações no reconhecimento em virtude do

sotaque de cada indivíduo, do pronunciamento das palavras e da dicção dos usuários.

No segundo, consiste na quantidade de 54 portas digitais da placa. O que limita o

tamanho do projeto, no que diz respeito à possibilidade de aumentar o escopo de

controle de mais dispositivos futuramente. Na terceira categoria, as limitações incluem

a memorização dos gestos e dos comandos de voz, que pode ocasionar em ambos os

casos um desconforto para o usuário. Em se tratando da quarta, é pertinente os

comentários a seguir.

i. No caso das apresentações, a velocidade de resposta foi codificada em 2

segundos entre os gestos reconhecidos. Essa medida foi tomada para não

ocasionar uma ação não desejada pelo usuário (por exemplo disparar várias

vezes o próximo slide de uma apresentação, em virtude do braço direito estar

acima do ombro). Para reduzir essa oscilação, foi criado um temporizador cujo

funcionamento consiste em reconhecer o mesmo gesto, durante dois

segundos, disparando a ação pretendida pelo usuário.

ii. No controle na movimentação da câmera de segurança, a velocidade foi

limitada a 0,25 segundos em qualquer direção. Essa implementação deveu-se

ao fato, do momento em que o usuário interage, levantando ou abaixando a

mão, por exemplo, em uma velocidade “rápida”, a ação computacional era

realizada várias vezes, ocasionando uma resposta talvez não desejada; e

iii. O surgimento da sombra do usuário na projeção frontal. Esse fato pode

acarretar o desvio da sua atenção e/ou dificultar a visualização, que deveria

estar focada somente nas tarefas a serem realizadas durante o uso do

inOctopus. Essa limitação foi contornada até o momento, por tornar possível ao

usuário uma projeção oriunda da parte traseira da superfície transparente e

uma inversão da imagem.

iv. O reconhecimento do gesto pode ser comprometido pela presença de uma

outra pessoa, realizando os mesmos gestos.

102

Com base nessas limitações, as perspectivas futuras podem ser as seguintes:

Diminuir a oscilação na movimentação da câmera, modificando a lógica do

temporizador;

Utilizar circuitos integrados conhecidos como “Multiplexers“ para aumentar a

quantidade de portas ou reprogramar o inOctopus para trabalhar com mais de uma

placa de arduino;

Possibilitar que o tempo entre as apresentações por gestos sejam definidos pelo

usuário;

Acrescentar melhorias com relação ao feedback no reconhecimento de voz e com

respeito a erros durante a apresentação por gestos; e

Permitir o reconhecimento de vários usuários para fazer uso do mesmo controle.

Além disso, como há perspectiva de continuidade do projeto, pretende-se

aumentar a quantidade de dispositivos a serem controlados, de gestos e de comandos

de voz, implementar gestos padronizados ou personalizados pelo usuário; e estender

os métodos e procedimentos da usabilidade, por aplicar medidas objetivas aos

atributos escolhidos, adequadas ao tipo de interface em questão e aumentar a

amostra, envolvendo mais sujeitos e outros cenários, de modo que se possa partir

para uma generalização dos resultados.

Quanto às contribuições e relevância desta pesquisa, é possível fazer as colocações a

seguir.

Tornou disponível o protótipo de uma solução de interface baseada em gestos,

voz, multitoque e projeção em vidro ou em superfícies transparentes não plana

(podendo ser curva), que pode compor, de forma mais adequada, o ambiente de

trabalho de um prédio que tenha um caráter futurista e voltado à pesquisa em

tecnologia, para uma aplicação da área de automação de construções. Tal solução

pode contribuir para que os profissionais tenham acesso aos recursos com uma

interação mais confortável e a baixo custo, podendo favorecer ainda mais a

produção desses indivíduos. Ela contemplará as seguintes funções de controle:

ligar e desligar data-show e ar condicionado; acender e apagar luzes, controlar

câmera de segurança, do áudio, visualizar dados de sensores, como o de

temperatura, e controlar recursos para apresentações em reuniões realizadas no

prédio;

Consistiu num trabalho relevante, porque vem contribuir para preencher uma

lacuna existente em estudos sobre a utilização de interfaces que combinem

103

gestos, voz, multitoques e transparência a baixo custo, para aplicações da área de

automação de construções em prédios destinados à pesquisa tecnológica, que

tenham caráter futurista. Sendo que o aspecto custo foi evidenciado na seção 6.4;

e

Contribuiu com estudos acadêmicos futuros de outros estudiosos, que venham a

desenvolver trabalhos sobre o tema desta pesquisa, deixando à disposição uma

documentação, a qual relata um caminho (ou uma estratégia) que pode ser

adotado, em se tratando de desenvolvimento, implementação e validação junto

aos usuários de uma solução de interface baseada em gestos, voz, multitoque e

transparência, que ainda é considerada uma interação sofisticada ou fora do usual

na área de automação de construções.

104

Apêndice 1

ENTREVISTA PARA LEVANTAMENTO DAS NECESSIDADES DO US UÁRIO

CONTROLES POR GESTOS 1. MOVIMENTO DAS CÂMERAS (MÃO E CABEÇA). 2. APRESENTAÇÕES COM ADOBE READER/POWER POINT ACIONAMENTO POR VOZ 3. DATA-SHOW. 4. ILUMINAÇÃO INTERNA. 5. SOM. 6. CÂMERA. 7. AR CONDICIONADO. 8. IMPRESSORA. ACIONAMENTO POR SENSORES 9. ILUMINAÇÃO INTERNA. 10. ALARME SONORO/E-MAIL. 11. AQUECIMENTO DO AMBIENTE. 12. PERSIANAS. 13. AQUECIMENTO DE ÁGUA. 14. REGAGEM DE ÁGUA. 15. EXTRAÇÃO DE AR. 16. AR CONDICIONADO.

COMANDOS DO ADOBE READER/POWERPOINT 17. IR PARA A PRÓXIMA PÁGINA. 18. IR PARA A PÁGINA ANTERIOR. 19. IR PARA A ÚLTIMA PÁGINA. 20. IR PARA PRIMEIRA PÁGINA. 21. AUMENTAR (ZOOM) A PÁGINA DE VISUALIZAÇÃO. 22. EXIBIR AUTOMATICAMENTE UMA PÁGINA DE CADA VEZ. 23. ROTAR UMA PÁGINA. 24. EXIBIR AS PROPRIEDADES (AUTOR, DATA DE CRIAÇÃO,) DA PÁGINA. 25. EXIBIR GRADES NA PÁGINA. 26. APRESENTAR COMENTÁRIOS DA PÁGINA. 27. ATIVAR O RECURSO DE LEITURA DE TEXTO, CASO EXISTA TEXTO. 28. USAR A AJUDA DO APLICATIVO PARA ALGUM DOS COMANDOS CITADOS.

Parte 1-Instruções de Preenchimento : marque com um X os controles que poderiam ser automatizados, para que você pudesse usufluir de mais conforto na utilização dos recursos e equipamentos existentes no LAMCE e realizar suas tarefas com maior produtividade, considerando também a redução de custos com a manutenção do prédio.

Parte 2-Instruções de Preenchimento : caso você tenha marcado a opção 2 da questão anterior, a-você já usou o Adobe Reader ou Power Point para apresentações? ( ) Sim ( ) Não. b-marque, com um X no retângulo ao final da linha, a opção que represente os comandos mais utilizados por você, no que se refere a realização de apresentações, utilizando o Adobe Reader ou o Power Point.

105

Apêndice 2

QUESTIONÁRIO DE AVALIAÇÃO DO inOctopus

PERFIL

Você já utilizou, alguma vez, profissionalmente algum dispositivo de gestos ou de voz? ( ) Sim ( ) Não

AVALIAÇÃO Avalie o inOctopus, com relação à facilidade de aprender, à facilidade de memorização, ao tratamento dos erros , a sua eficiência, concretização da tarefa (meta), intuição em realizar as tarefas solicitadas e ao fato de oferecer uma interação natural que proporcione satisfação ao usuário. Para isso, você deve atribuir um conceito (conforme a legenda a seguir), a cada um dos atributos expostos abaixo, marcando um X na coluna que corresponde ao conceito a ser atribuído.

Legenda : 5=Excelente ; 4=Muito Bom ; 3=Bom ; 2=Regular ; 1=Insuficiente . Atributos/Conceitos 5 4 3 2 1 1. Facilidade de aprender 1.1 Você achou fácil aprender a movimentar as câmeras usando gestos das mãos e da cabeça em? Posicionar a câmera para cima Posicionar a câmera para baixo Posicionar a câmera para direita Posicionar a câmera para esquerda 1.2 Foi fácil aprender a controlar as apresentações usando gestos para? Ir para o próximo slide Ir para o anterior slide Ir para o primeiro slide Ir para o último slide Encerrar a apresentação 1.3 Aprender a controlar os dispositivos usando a voz foi fácil para controlar? Data-show (Projetor) Ar condicionado Luzes internas Câmera de segurança Sensor de presença Som ambiente 2. Facilidade de memorizar 2.2 Você conseguiu recordar como movimentar as câmeras usando os gestos das mãos e da cabeça em? Posicionar a câmera para cima Posicionar a câmera para baixo Posicionar a câmera para direita Posicionar a câmera para esquerda

106

Continuação do questionário de avaliação do inOctopus 2.3 Foi fácil lembrar dos gestos das mãos para controlar as apresentações para? Ir para o próximo slide Ir para o anterior slide Ir para o primeiro slide Ir para o último slide 2.4 Para você, houve facilidade em recordar os comandos de voz para controlar os dispositivos ? Data-show (Projetor) Ar condicionado Luzes internas Câmera de segurança Sensor de presença Som ambiente 3. Recuperação de erros 3.2 Ao perceber um erro, se existiu, movimentando a câmera por gestos foi possível recuperar o controle da tarefa que estava sendo executado?

3.3 No caso de erro, durante o controle da apresentação por gestos, houve a possiblidade de retornar ao ponto em que a aplicação se encontrava?

3.4 Em se tratando de erro, ao controlar os dispositivos por voz a aplicação proporcionou retomada ao momento anterior ao erro?

4. Feedback 4.1 Ao acontecer um erro movimentando a câmera por gestos, a aplicação forneceu retorno (mensagem, aviso etc.) compreensível acerca do erro?

4.2 No caso de erro, durante a apresentação controlada por gestos, o inOctopus propiciou alguma resposta compreensível acerca do erro?

4.3 Ao perceber um erro, no quesito comando de voz, a interface se portou, apresentando mensagens inteligíveis ao fato?

5. Eficiência. 5.1 A aplicação permitiu que você realizasse a movimentação da câmera com agilidade?

5.2 O inOctopus se comportou de forma que você executasse as apresentações por gestos com agilidade?

5.3 A interface contemplou de forma eficiente o reconhecimento de voz no controle dos dispositivos?

Satisfação. 6.1 O que se deseja saber é o se a aplicação foi agradável de usar. Ou seja, você sentiu alguma sensação agradável em usá-lo na interação com a câmera utilizando gestos?

6.2 Quanto às apresentações por gestos a aplicação foi aprazível? 6.3 Em se tratando do reconhecimento de voz, o inOctopus permitiu alguma sensação de deleite para controlar os dispositivos ?

6.4 O inOctopus foi prazeroso no que diz respeito a projeção em superfície transparente?

107

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124

Anexo 1

Gráficos do controle de apresentação por gestos Gráfico 6 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender

Gráfico 7 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Memorizar

Gráfico 8 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Feedback

125

Gráfico 9 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Erros

Gráfico 10 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Efiência

Gráfico 11 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Satisfação

126

Gráficos do controle do movimento das câmeras por g estos Gráfico 12 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender



127




128

Gráficos do controle de dispositivos por reconhecim ento de voz

Gráfico 18 - Resultado da validação do inOctopus para o atributo Facilidade de Aprender



129




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