Resumen de Contribuciones a técnicas de interacción por apuntamiento para espacios inteligentes
El apuntamiento es un gesto que usan las personas para expresarse. El gesto de apuntar permite indicar que algo es relevante en un momento determinado para la persona que lo realiza. Este gesto unido a la tecnología apropiada puede transformar un simple espacio físico en un entorno inteligente. Se denomina entorno inteligente a un espacio en el que sensores y actuadores permiten a los usuarios formas de interacción diferentes a las habituales con los objetos de dicho espacio. Estas interacciones pueden consistir en encender y apagar una lámpara cuando una persona apunta hacia ella, cambiar el color de su luz mediante comandos de voz o la interacción con una imagen virtual mostrada en una pantalla mediante gestos.
Las formas más habituales de apuntar de una persona hacia un objetivo son dos, bien extendiendo el dedo índice de su mano acompañado habitualmente del movimiento de su brazo; o bien, con su mirada. Un sistema de interacción basado en apuntamiento debe ser capaz de reconocer el apuntamiento realizado, estimar el objetivo apuntado, para luego, si procede, permitir la interacción de la persona con el objetivo apuntando. Esta interacción debe basarse en una Interfaz Natural de Usuario (NUI, Natural User Interfaz), de modo que para el usuario el sistema sea totalmente transparente, es decir, que sea el gesto de apuntar el que desencadena la interacción. Tiene una especial relevancia, por tanto, el dispositivo o conjunto de dispositivos empleados para detectar el apuntamiento y habilitar la interacción.
Esta Tesis tiene como objetivos principales (I) el estudio de los sistemas de interacción basados en apuntamiento que actualmente existen, (II) establecer una conexión entre estos sistemas y los entornos inteligentes, y (III) el diseño de nuevos sistemas que permitan dicha conexión. Dada la naturaleza de la Tesis, cobra especial importancia el análisis realizado para la elección del dispositivo habilitador, pieza clave para una correcta integración de la persona con el entorno inteligente. Igualmente, caben destacar los resultados obtenidos del sistema final, así como su valoración en términos de rendimiento y eficiencia. Este trabajo también incorpora una importante investigación en materia de la evaluación de la experiencia y aceptación del usuario respecto de la utilización de los sistemas de apuntamiento.
La investigación tiene su inicio en la comparación de las dos principales técnicas de detección del apuntamiento, la señalización manual y la simulación del seguimiento de la mirada. Para realizar dicha comparación se ha empleado como dispositivo habilitador Kinect debido a la idoneidad de sus características y capacidades. Para evaluar esto, se ha realizado un estudio desde el punto de vista del usuario con tareas de apuntamiento siguiendo la Norma ISO de Requisitos ergonómicos para trabajos de oficina con pantallas de visualización de datos (comprueba que este es el nombre correcto de la norma) (ISO 9241-9). Este estudio incluye pruebas de uso de un servicio para el manejo de objetos inteligentes. El diseño de la prueba y el análisis de los resultados obtenidos se ha realizado usando la Ley de Fitts. Esta Ley permite evaluar el rendimiento del usuario cuando utiliza sistemas basados en apuntamiento. La métrica propuesta se denomina índice de dificultad y relaciona la distancia al objetivo a seleccionar con su tamaño. También emplea la variable de rendimiento donde se relaciona el índice de dificultad citado con el tiempo de movimiento empleado para alcanzar el objetivo. La aplicación de esta Ley arroja importantes conclusiones: (I) los parámetros de rendimiento son similares para ambas técnicas de detección, (II) el tamaño del objeto a seleccionar afecta críticamente a la efectividad de los métodos, (III) la señalización manual es la alternativa mejor valorada por los usuarios, y (IV) la detección mediante seguimiento de la mirada destaca por la rapidez de respuesta del sistema.
El segundo aspecto fundamental objeto de la Tesis ha sido el diseño de un sistema de interacción basado en apuntamiento dentro de espacios inteligentes, con el fin de conocer las ventajas y desventajas del uso de estos sistemas en estos espacios. El sistema diseñado tiene las características de emplear señalización manual y usar el Microsoft Kinect como sensor habilitador de la interacción. El diseño comienza con el análisis del vector de detección del apuntamiento a emplear que indica la dirección del apuntamiento. Este queda definido por dos puntos del espacio, en este caso, estos puntos corresponden a posiciones de partes concretas de una persona por ejemplo la posición de una de sus manos o de su nariz. En total se estudian siete opciones distintas. El análisis refleja un error en la estimación del apuntamiento. Este error proviene de una estimación incorrecta de la altura, problemas en la calibración del sistema y errores derivados de las características personales del usuario. En esta Tesis, se propone, por tanto, un sistema mejorado de apuntamiento que disminuye el error de estimación general. Respecto a las propuestas que se pueden encontrar en la literatura, la propuesta ofrecida en esta Tesis incorpora como novedad un vector de detección de apuntamiento múltiple. En concreto, es la combinación de dos de estos vectores, dependiendo de la visibilidad del dispositivo sensor en cada momento. Asimismo, este sistema incluye una mejor calibración del sistema (permite referenciar todas las posiciones o localizaciones que se empleen de acuerdo a un sistema de referencias global único) y la posibilidad de realizar una calibración personalizada por usuario (modifica el apuntamiento estimado de forma personalizada) respecto a la de otros sistemas. Se ha realizado un estudio completo del sistema propuesto para obtener tanto el rendimiento de este, como la experiencia de usuario a la hora de usarlo. Asimismo, se ha desarrollado un servicio final para manejar un videowall (mosaico de pantallas) a través de interacción mediante apuntamiento dentro de un espacio inteligente.
El trabajo realizado aplica las principales y más efectivas técnicas de estimación del apuntamiento en entornos inteligentes que se pueden encontrar en la literatura actual y solventa los errores que estas puedan incluir. Asimismo, incluye una exhaustiva evaluación de la experiencia del usuario con los sistemas de apuntamiento.
Las contribuciones de esta Tesis, en su ámbito teórico, pueden resumirse en:
• El estudio comparativo de alternativas de interacción natural por apuntamiento.
• La propuesta de técnicas para estimación del apuntamiento desplegable en espacios inteligentes.
• El análisis de las fuentes de error en las estimaciones de la señalización manual junto a un estudio de relevancia y búsqueda de soluciones para mejorar la precisión y exactitud del sistema de apuntamiento.
• La evaluación de la aceptación de la tecnología y la experiencia de usuario.
La contribución práctica de esta Tesis consta de:
• Una plataforma de gestión de blancos multimodal (preparada para realizar medidas de precisión y eficacia, en la que se pueden incorporar diversos sistemas de apuntamiento).
• La particularización de la plataforma anterior para gestión de videowall.
• Una metodología de prototipado de servicios de selección y activación.
• Diseño de estudios de validación con usuarios.
