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Interação Humano-Computador aula 02 aula 01 IHC Interação Humano-Computador 2 IHC Ciência da Computação Para entender a interação humano-computador é necessário entender os computadores ! Um sistema típico: Monitor Teclado Mouse O Computador Interação Humano-Computador 3 IHC Ciência da Computação Quantos computadores você tem ? Em casa, no trabalho, no bolso, no carro, ... O Computador Interação Humano-Computador 4 IHC Ciência da Computação Como os computadores interagem com o ambiente? Monitores, TVs, ... Mouse, joysticks e outros dispositivos de apontamento Teclado Tela sensível ao toque Impressoras, plotters, ... Scanners Sensores Caixas de som Microfones ... Que tipo de processamento é possível realizar? Capacidade de processamento (CPU, memória, etc.) Capacidade de tratar gráficos, cores, etc. Acesso a redes ... O Computador Interação Humano-Computador 5 IHC Ciência da Computação Interação: Há muitos anos atrás... processamento batch Cartões perfurados ou terminais muito limitados Longas esperas para processamento Saída impressa … e se desse errado ? Como desfazer ? Hoje, a maior parte dos computadores é interativa Feedback rápido Usuário no controle (a maior parte do tempo) Fazendo e não pensando…ou pensando menos ! O Computador Interação Humano-Computador 6 IHC Ciência da Computação Dispositivos gráficos • As aplicações gráficas requerem dispositivos de saída que sejam capazes de apresentar uma imagem adequadamente. • Dispositivos de entrada também são necessários para introduzir e editar a imagem no computador. • Para avaliar a qualidade da imagem, requisitos gráficos tais como resolução resolução espacial e profundidade do pixel assumem grande importância: • Pixel: Menor informação gráfica da imagem. É uma grandeza adimensional e que depende do dispositivo gráfico. Pode ter um número variável de bits de profundidade e pode representar várias cores. • Resolução: quantidade total de pixels na imagem (pixels na horizontal vezes pixels na vertical). • Resolução espacial: quantidade de pixels por unidade física de distância horizontal ou vertical. Ex: dpi (dots per inch). • Profundidade de pixel: representa a quantidade de bits (n) em cada pixel. Indica a quantidade total de cores que podem ser representadas (2^n) O Computador Interação Humano-Computador 7 IHC Ciência da Computação Dispositivos gráficos de entrada • Teclado (QWERTY) • Teclado virtual • Mouse (roller ball e óptico) • Joysticks • Tablet (tela sensível ao toque – Touch screen) • Mesa Digitalizadora • Scanner (2D e 3D) • CCD (charged coupled devices): Câmeras, filmadoras, etc. • Digitalizador 3D (Laser) • ... O Computador Interação Humano-Computador 8 IHC Ciência da Computação Dispositivos gráficos de saída • Impressoras (Matricial, Jato de Tinta, Térmicas, Laser, Multifuncionais) • Plotters (Vetoriais, Jato de Tinta) • Monitores CRT (mono / color) • Monitores LCD (Matriz Ativa e Matriz Passiva) • Monitores Plasma • Telas “Touch Screen” • ... O Computador Interação Humano-Computador 9 IHC Ciência da Computação Dispositivos para Realidade Virtual / Realidade Aumentada • Luvas (Haptic devices – tato) • Monitores See-through • Displays de retina • Stereo Glasses ou Shutter Glasses • Head Mounted Displays • Cave • Dispositivos para Reconhecimento de Gestos, fala, etc. O Computador Interação Humano-Computador 10 IHC Ciência da Computação Dispositivos Gráficos Arquitetura Simples CPU Memória do Sistema BUS Monitor Controlador de Vídeo Dispositivos Periféricos Interação Humano-Computador 11 IHC Ciência da Computação Dispositivos Gráficos Arquitetura Comum CPU Frame Buffer Memória do Sistema BUS Monitor Controlador de Vídeo Dispositivos Periféricos Interação Humano-Computador 12 IHC Ciência da Computação Dispositivos Gráficos Arquitetura com processador gráfico CPU Memória do Sistema BUS Monitor Controlador de Vídeo Dispositivos Periféricos Processador Gráfico Frame Buffer Memória do Processador Gráfico Arquitetura com Proces. Gráfico Interação Humano-Computador 13 IHC Ciência da Computação Dispositivos Gráficos Operação da Tabela de Cores (LUT). 01000011 0 Xmax 0 Ymax 100110100001 0 255 67 Look-up Table 1001 1010 0001 Red Green Blue Pixel -> 67 (x’,y’) Frame Buffer Monitor Pixel exibido em (x’,y’) Organização da Look-Up Table de um Terminal Interação Humano-Computador 14 IHC Ciência da Computação Teclado: Dispositivos de entrada de texto mais comum Permite entrada rápida de texto por usuários experientes Normalmente conectado via cabo, mas pode ser wireless QWERTY Layout padrão (???), mas… Teclas não alfanuméricas podem ser dispostas de modo diferente Símbolos com acento Diferenças entre teclados regionais ! (UK, USA, Franca, Brasil, etc.) Organização QWERTY não é a melhor para digitação: Layout foi criado para maquinas de escrever para evitar que as teclas emperrassem Designs alternativos possibilitam digitação mais rápida, mas a grade base instalada de teclados QWERTY (e digitadores) dificulta a mudança. O Computador Interação Humano-Computador 15 IHC Ciência da Computação Layouts alternativos: Alfabético: Teclas arrumadas em ordem alfabética Não é mais rápido para digitadores treinados Também não é mais rápido para iniciantes! Padrão Dvorak: Letras comuns sob os dedos dominantes Tendencioso para a mão direita Combinações comuns alternam entre as mãos Melhoria de 10%-15% em velocidade e diminuição de cansaço Mas a grande base instalada QWERTY pressiona o mercado a não mudar O Computador Interação Humano-Computador 16 IHC Ciência da Computação Layouts alternativos: O Computador Interação Humano-Computador 17 IHC Ciência da Computação Teclados especiais: Reduzir esforço Focar em uma tarefa específica O Computador Interação Humano-Computador 18 IHC Ciência da Computação Teclados de telefone: Teclas numéricas com múltiplos toques 2 – a b c 6 - m n o 3 - d e f 7 - p q r s 4 - g h i 8 - t u v 5 - j k l 9 - w x y z hello = 4433555[pause]555666 Rápido! Entrada “preditiva” Sistema tenta adivinhar a palavra a partir das primeiras letras Usa dicionário para adivinhar O Computador Interação Humano-Computador 19 IHC Ciência da Computação Teclados numéricos: Para digitação rápida de números: Calculadora PC Não é igual ao dos telefones ! Caixa eletrônico é igual ao do telefone ? O Computador Interação Humano-Computador 20 IHC Ciência da Computação Caixas eletrônicos Santander (mesma agência) – Qual padrão usado ? O Computador Interação Humano-Computador 21 IHC Ciência da Computação Reconhecimento de escrita Escrita direto no computador, usando uma caneta e uma “prancha” Interação natural Problemas técnicos: Captura de toda informação útil – caminho da linha, pressão, etc. de forma natural Segmentar escrita em letras individuais Interpretar letras individuais Lidar com estilos diferentes de escrita Usado em PDAs O Computador Interação Humano-Computador 22 IHC Ciência da Computação Reconhecimento da fala Mais bem sucedido quando: Usuário único – treinamento inicial ensina peculiaridades Sistemas de vocabulário limitado Problemas com: Interferência de ruído externo Imprecisão na pronúncia Vocabulários grandes Usuários diferentes O Computador Interação Humano-Computador 23 IHC Ciência da Computação Mouse, joystick, touchpad, trackball... O Computador Interação Humano-Computador 24 IHC Ciência da Computação Monitor de Varredura CRT O Computador Canhão de elétrons Eletrodo de controle Bobinas de varredura Camada de fósforo Feixe de elétrons Eletrodo de focalização Interação Humano-Computador 25 IHC Ciência da Computação Monitor Colorido CRT • 3 canhões de elétrons (RGB). • 3 eletrodos de controle; • 1 eletrodo de focagem • 1 bobina de varredura; • Camada de células de fósforo RGB dispostas em seqüência; • Grade de focalização: localiza- se próximo da camada de fósforo e serve para dirigir os feixes de elétrons para suas respectivas células. O Computador R G B RGB Canhões de elétrons Bobinas de varredura Grade Células de fósforo Interação Humano-Computador 26 IHC Ciência da Computação Monitor CRT – Sistema de Varredura O Computador Resolução Freqüência horizontal (kHz) Freqüência vertical (Hz) 640 x 480 37.861 72 800 x 600 37.879 60 800 x 600 35.156 56 800 x 600 48.077 72 1024 x 768 48.363 60 Interação Humano-Computador 27 IHC Ciência da Computação Monitor CRT – Sistema de Coordendas de Tela O Computador x y Interação Humano-Computador 28 IHC Ciência da Computação Monitor CRT – Resolução Espacial – Dot Pitch Distância horizontal ou diagonal entre 2 pixels (conjuntos de 3 pontos RGB) Dimensões usuais: 0.22, 0.28 ou 0.25 mm O Computador Interação Humano-Computador 29 IHC Ciência da Computação Monitor CRT Razão de aspecto Relação entre as dimensões horizontais e verticais da tela (altura e largura). Os CRT’s possuem razão de aspecto derivada das TV’s convencionais (4:3) Wide Screen: 16:9 Retangularidade Propriedade de apresentar a mesma escala tanto na horizontal quanto na vertical. Para manter a retangularidade, a resolução selecionada deve ter a mesma razão de aspecto que o CRT. Ex: razão de aspecto de 4:3 (1.333): 640 / 480 = 800 / 600 = 1024 / 768 = 4 / 3 O Computador Interação Humano-Computador 30 IHC Ciência da Computação Telas de LCD – Liquid Crystal Display • As telas de cristal líquido não emitem luz. • Necessitam de uma fonte de luz externa para operarem corretamente. • Princípio de funcionamento: certas substâncias alteram o ângulo de polarização da luz quando submetidos a um potencial elétrico. • A luz pode ser definida como uma onda que se propaga de forma helicoidal, como a trajetória da ponta de uma hélice de um avião. • Certos materiais apresentam propriedades de polarização da luz, isto é, a luz, ao atravessá-lo passa a oscilar numa dada direção. • Ao atravessar um outro material com a mesma direção de polarização, a luz consegue também atravessá-lo. • Porém, se esta direção for ortogonal à primeira, então toda a luz é absorvida. O Computador Interação Humano-Computador 31 IHC Ciência da Computação Telas de LCD – Funcionamento: O Computador Interação Humano-Computador 32 IHC Ciência da Computação Componentes das Telas de LCD • Fonte de luz branca traseira que entra no LCD. • Grade vertical composta por condutores (fios) verticais polarizada com uma tensão negativa. • Camada de cristal líquido. Os cristais desta camada são orientados normalmente numa direção previamente estabelecidas. Ao receberem uma tensão, estes cristais alteram a direção de polarização da luz. • Filltros da luz branca em componentes coloridas RGB (Red Green Blue) • Grade horizontal composta por fios e polarizada com tensão positiva. • Camadas de retenção. Duas camadas de vidro ou plástico que acondicionam em seu interior as grades e a camada de cristal líquido. • Como a luz é polarizada na direção definida pela película, ela não enfrenta obstáculos para sair do LCD. Porém ao passar por uma célula polarizada do cristal, a luz sofre um desvio de polarização e não consegue mais sair, sendo absorvida pela película. Este ponto passa então a ser observado como um ponto escuro. O Computador Interação Humano-Computador 33 IHC Ciência da Computação Telas de LCD As telas de LCD possuem um ângulo de observação limitado, perdendo rapidamente a nitidez quando observada de outros ângulos. possuem um elevado tempo de persistência, o que dificulta apresentações de animações. apresenta consumo e dimensões reduzidas, ideais para notebooks. preço menor do que as telas de plasma e LED. Tipo de telas LCD Matriz passiva Matriz Ativa – TFT (Thin Film Transistor) – melhor controle da corrente de polarização, menor consumo. O Computador Interação Humano-Computador 34 IHC Ciência da Computação Telas de Plasma • Consumirem pouca energia, peso e dimensões reduzidas. • Baseiam-se na propriedade de certos gases de emitirem luz quando percorridos por correntes elétricas. • As telas de plasma constituem-se basicamente de: o Grade de cátodo. Uma grade composta por condutores (fios) verticais polarizada com uma tensão negativa. o Células fluorescentes. Pequenas células contendo gás em seu interior que emitem luz quando houver tensão entre a grade de catodo e a grade de anodo. o Grade de anodo. Grade horizontal composta por fios e polarizada com tensão positiva. o Placas de vidro. Colocadas entre as grades e as duas faces da camada de células fluorescentes, elas atuam como condensadores e armazenam a tensão aplicada pela grade. As células, desta forma, continuam a emitir luz mesmo depois de cessada a tensão nas grades. O Computador Interação Humano-Computador 35 IHC Ciência da Computação Telas de LED • Muito utilizadas em televisores e notebooks, devido ao fato de consumirem pouca energia, peso e dimensões reduzidas. • Baseiam-se na propriedade de emissão de luz dos LEDS (Diodos Emissores de Luz) quando percorridos por correntes elétricas. • Mais fina pois não precisa da fonte de luz traseira. OLED – Organic Leds Princípio da eletroluminescência em certos materiais orgânicos Substâncias que emitem luz em resposta a uma corrente elétrica Oferecem taxas de atualização mais rápida Possibilidade de realização de telas flexíveis O Computador Interação Humano-Computador 36 IHC Ciência da Computação Tela retina (ou Retina Display) Nome comercial usado pela Apple para as telas LCD que apresentam uma densidade de pixels suficiente para o olho humano não ser capaz de perceber os pixels a uma distância padrão. A definição de uma tela retina seria calculada com base na acuidade visual humana, ou seja, na capacidade do olho distinguir dois pontos separados por um minuto de arco (1/60 grau). Equivale a cerca de 300 pontos por polegada (2,54 cm) a cerca de 25 ou 30 centímetros de distância. De acordo com especialistas, uma resolução de 286 ppi já seria suficiente para atender à visão 20/20 perfeita de um olhohumano. Isso transforma a medida em uma relação variável entre distância do olho e tela, ao contrário de outras formas de medição, com a resolução de tela ou a densidade de pixels (DPI). O Computador Interação Humano-Computador 37 IHC Ciência da Computação Tela retina (ou Retina Display) O Computador Interação Humano-Computador 38 IHC Ciência da Computação Tela sensível ao toque Detecta a presença do dedo ou caneta na tela Dispositivo de apontamento direto Vantagens: Rápido e não requer ponteiros especiais Bom para seleção de opções e menus Desvantagens: Dedo pode marcar a tela Impreciso Difícil selecionar regiões pequenas ou fazer desenhos precisos O Computador Interação Humano-Computador 39 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen Acústica Tecnologia de maior precisão Mais sensível a influências externas Ondas ultra-sônicas varrem a superfície da tela, que repousa sobre inúmeros sensores. Ao toque na tela, a transmissão das ondas se altera naquele ponto Coordenadas são identificadas pelos sensores e enviadas à CPU, que reconhece o comando. O Computador Interação Humano-Computador 40 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen Resistivo Usa camadas metálicas que conduzem correntes elétricas. Ao toque na tela a resistência neste ponto é alterada. Sensores registram como um toque e as coordenadas são identificadas. Tecnologia capaz de interpretar o toque múltiplo O Computador Interação Humano-Computador 41 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen - Resistivo O Computador Interação Humano-Computador 42 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen Capacitivo Sensor feito de vidro com uma camada semi-condutora. Ao toque na tela a capacitância neste ponto é alterada. Sensores registram como um toque e as coordenadas são identificadas. Tecnologia capaz de identificar o toque múltiplo Usado na maioria dos touchscreens presentes hoje. Ex: iPhone. O Computador Interação Humano-Computador 43 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen Infravermelho Usa array de LEDs. Maior custo em relação às outras tecnologias O Computador Interação Humano-Computador 44 IHC Ciência da Computação Tecnologias Multi-touch O Computador Interação Humano-Computador 45 IHC Ciência da Computação Tecnologias Multi-touch O Computador Interação Humano-Computador 46 IHC Ciência da Computação Tecnologias Multi-touch O Computador Interação Humano-Computador 47 IHC Ciência da Computação Tecnologias Touch-Screen • PRÓS: • Forma de interação mais rápida, intuitiva e permite maior liberdade de movimentos (Ex: Dispositivos móveis) • Dispensa dispositivos de entrada usuais como teclado ou mouse. • CONTRAS: • Maior stress provocado nos dedos. • Display óptico dos dispositivos touchscreen com maior incidência de problemas mecânicos (sujeira, riscos, etc.) • Respostas não táteis podem provocar problemas ao usuário comum. O Computador Interação Humano-Computador 48 IHC Ciência da Computação Sensores ambientais e biológicos: Sensores estão a nossa volta: Luz da geladeira acende com a porta aberta Luz do corredor acende/apaga conforme o movimento Aquecedor fecha a passagem de gás na falta da chama piloto Etiquetas de segurança nas lojas Elevador não se move com excesso de peso ... E até mesmo no corpo: Temperatura, peso, pressão, batimentos cardíacos, presença,... O Computador Interação Humano-Computador 49 IHC Ciência da Computação Controles especiais: Eletrodomésticos, indústria, entretenimento, etc. O Computador Interação Humano-Computador 50 IHC Ciência da Computação Luva Eletrônica Interface de computação "revolucionária”, batizada de P5 É um dispositivo apontador que substitui o mouse e o joystick Permite que os usuários controlem seus micros com movimentos manuais e gestos Tendências da Computação Interação Humano-Computador 51 IHC Ciência da Computação A Tecnologia do Tato (touch technology) É realizado através de dispositivos do tipo: • Mouse especializado • Luvas eletrônicas (haptic glove e force-feedback glove). Os dispositivos são conectados ao computador e simulam a compressão e distensão de objetos virtuais mostrados na tela e sentidos pelas mãos. Os dispositivos buscam os mesmos objetivos da robótica (particularmente os limites de miniaturização de motores) Tendências da Computação Interação Humano-Computador 52 IHC Ciência da Computação A Tecnologia do Tato (touch technology) Dispositivos para mãos: a) Immersion Corp. b) Sarcos Dextrous Arm Master Tendências da Computação Interação Humano-Computador 53 IHC Ciência da Computação A Tecnologia do Tato (touch technology) Tendências da Computação Interação Humano-Computador 54 IHC Ciência da Computação A Tecnologia do Tato (touch technology) Tendências da Computação Haptic device Force Dimension Omega Novint Falcon Interação Humano-Computador 55 IHC Ciência da Computação Dispositivos Autostereoscopicos Apresentam uma imagem tridimensional ao observador sem a necessidade da ajuda de óculos ou outros dispositivos especiais. Tendências da Computação Interação Humano-Computador 56 IHC Ciência da Computação Dispositivos Autostereoscopicos Existem três classes de dispositivos de exibição autoestereoscopicos: Os dispositivos de exibição por paralaxe são os mais comuns e mais compatíveis com a computação gráfica. Tendências da Computação • Re-imaging displays - reprojetam o objeto tridimensional em uma nova localização ou profundidade • Volumetric displays - iluminam pontos de um volume espacial • Parallax displays - emitem informações variadas da imagem em uma zona visual Interação Humano-Computador 57 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação É um conjunto de capacete e pequenos monitores (localizados em frente a cada olho do usuário) para exibir imagens tridimensionais São usados tipicamente somente para prover informações, ou adicionar informações ao que é percebido pelo usuário. Junto com dispositivos acompanhador dos movimentos da cabeça (head-trackers devices) são usados para registrar espacialmente informações virtuais com o mundo real para criar uma Realidade Aumentada (AR) Head-mounted-displays (HMDs) Interação Humano-Computador 58 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Display de Retina – projetam imagens diretamente na retina do usuário usando baixo nível laser ou LEDs. Ex: Google Glass Interação Humano-Computador 59 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Incorpora: • uma câmera • uma tela Aremac – gera raios sintéticos de luz, colineares com os raios de luz de entrada (forma uma imagem que parece estar espacialmente alinhada e aparece no mesmo foco da cena do mundo real) Diverter –placa espelhada nas duas faces que reflete para a câmera os raios de luz que entram no dispositivo. É colocado no centrode captura da câmera e da projeção do display LCD sem confusão entre a área mediada e o mundo real Sensor CCD – é tipicamente uma câmera que coleta os raios de luz refletidos pelo Diverter EyeTap Olho Diverte r LCD Display Sensor CCD Grupo de Lentes Grupo de Lentes Controlador de Foco e Zoom Controlador do Display Sinal de controle do Zoom Luz Real Luz Virtual Câmera Aremac Interação Humano-Computador 60 IHC Ciência da Computação EyeTap Tendências da Computação O usuário irá perceber uma luz virtual que tanto pode ser a mesma imagem da cena do mundo real ou uma versão mediada desta cena pelo computador Exemplos de aplicações • Filtragem ou substituição de anúncios (visual 'spam' filters) • Construção assistida por computador Interação Humano-Computador 61 IHC Ciência da Computação EyeTap Tendências da Computação Interação Humano-Computador 62 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação É um microprojetor que: • Exibe um teclado de luz numa superfície plana • Detecta o movimento dos dedos do usuário sobre as teclas virtuais Teclado Virtual Interação Humano-Computador 63 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação What you think these are - Pen? Interação Humano-Computador 64 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Interação Humano-Computador 65 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Interação Humano-Computador 66 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Telas Flexíveis Interação Humano-Computador 67 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Reconhecimento de Gestos Interação Humano-Computador 68 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Reconhecimento de Voz Interação Humano-Computador 69 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Reconhecimento de Voz Interação Humano-Computador 70 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Interação Humano-Computador 71 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação Interação Humano-Computador 72 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Brain Computer Interfaces - BCI Interação Humano-Computador 73 IHC Ciência da Computação Tendências da Computação • Interface Cérebro-Computador não invasivo
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