Desenvolvimento de uma Interface para Ferramentas de Autoria de Realidade Aumentada

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1 Desenvolvimento de uma Interface para Ferramentas de Autoria de Realidade Aumentada Fabricio Santos Flauzino, Raryel Costa Souza,Claudio Kirner, Tereza Gonçalves Kirner DMC / ICE / UNIFEI - Universidade Federal de Itajubá Itajubá, MG {fabricioflauzino, raryel.costa, ckirner, tgkirner}@gmail.com Resumo Este trabalho discute o desenvolvimento de uma interface gráfica para uma ferramenta de autoria de aplicações de realidade aumentada. O trabalho inclui-se no contexto de um projeto de pesquisa que visa prover ferramentas que possam auxiliar professores do ensino fundamental e médio a criarem suas próprias aplicações computacionais. Trata-se, assim, de uma iniciativa para geração de aplicações e conteúdos educacionais potencializados com realidade aumentada, por usuários não especialistas em programação. O trabalho aborda os principais aspectos de desenvolvimento e de utilização da interface gráfica criada, incluindo uma avaliação realizada com dez potenciais usuários. Palavras-chave: ferramenta de autoria de realidade aumentada; interface gráfica; aplicações educacionais. I. INTRODUÇÃO A cada dia, com a evolução tecnológica, atividades desempenhadas por ferramentas de software passam a despertar interesse de usuários não especialistas em informática. Para serem usuários desses softwares, esses indivíduos necessitam de interfaces gráficas amigáveis, que os ajudem a completar suas tarefas rapidamente, sem a necessidade de um estudo aprofundado de aspectos técnicos e de programação. A Realidade Aumentada (RA) envolve a integração de diferentes recursos e conhecimentos, visando gerar aplicações computacionais altamente interativas, que estendam a realidade com objetos virtuais. Para que os usuários possam apropriar-se dessa tecnologia, é necessário haver uma concepção adequada da aplicação, separando estrutura de conteúdo e utilizando interfaces amigáveis que dialoguem com o usuário, a fim de produzir os conteúdos e dados técnicos necessários para a configuração da aplicação de RA [8]. A criação de ferramentas de autoria de RA pode ser de grande utilidade para os professores, principalmente os do ensino fundamental e médio, apoiando o desenvolvimento de aplicações educacionais de fácil utilização. Tais ferramentas viabilizam a produção de material didático voltado para necessidades específicas e ajustados ao ambiente em que serão utilizados. Aplicações de Realidade Aumentada, desenvolvidas com sistemas de autoria, como o SACRA - Sistema de Autoria Colaborativa com Realidade Aumentada [9], encaixam-se parcialmente nesses requisitos, na medida em que não dependem de programação, mas exigem algumas ações de configuração dependentes do manuseio de pastas, renomeação de arquivos e eventualmente edição de arquivos de texto. Para fazer com que certas aplicações, desenvolvidas com o sistema de autoria SACRA, fiquem mais independentes de aspectos técnicos (pastas, renomeação, etc.), a solução é a utilização de uma interface interativa que solicita, ao usuário, as informações de conteúdo (textos, imagens, sons e narrações), previamente elaboradas ou disponíveis em bibliotecas. Assim, este trabalho aborda a criação de uma interface, a ser acoplada a uma ferramenta de autoria voltada para aplicações de RA. Essas ferramentas permitem que os professores, sem conhecimento específico de informática, possam gerar suas aplicações educacionais, incluindo conteúdos específicos, potencializados com RA. O trabalho é parte de um projeto de pesquisa, que visa prover ferramentas que possam auxiliar professores do ensino fundamental e médio. A seção II aborda os trabalhos relacionados ao tema, enquanto que a seção III apresenta uma aplicação educacional desenvolvida com o sistema de autoria SACRA, que será usada como base para o desenvolvimento de da interface pretendida. A seção IV discute o desenvolvimento da interface e como ela apoiará o desenvolvimento de conteúdos e a utilização da aplicação. A seção V apresenta uma avaliação da usabilidade da interface desenvolvida e, por fim, a seção VI contém as conclusões do trabalho. II. TRABALHOS RELACIONADOS Interfaces são componentes de sistemas de software que viabilizam a Interação Humano-Computador IHC [14]. De acordo com definição clássica, proposta pelo Grupo de Interesse em IHC da Association for Computing Machinery, a IHC é "uma disciplina que se preocupa com o projeto, implementação e avaliação de sistemas computacioais interativos para uso humano e com os principais fenômenos relacionados a esse tema" [1]. O desenvolvimento da IHC para um determinado sistema de software exige uma análise de seus potenciais usuários, do tipo de sistema e tecnologia a ele relacionados, e das especificidades do domínio enfocado. O desenvolvimento de uma interface gráfica para uma ferramenta de autoria inicia-se com a especificação de dois aspectos fundamentais: identificar o tipo de usuário e

2 analisar a tarefa a ser apoiada. Em seguida, é necessário selecionar a linguagem que mais se adéqua à realidade em que a interface será utilizada [15]. Um ponto importante a se destacar é distinção entre a aplicação e a interface, como ocorre, por exemplo, na interface de um sistema de autoria de sites e blogs. Como exemplo, no criador de sites Golden Biz [6], o usuário cadastrado inclui as imagens de seu interesse, digita os textos e, ao terminar, o sistema gera um arquivo html", que implementa a aplicação. A interface gráfica apresentada neste trabalho é semelhante àquela usada em autoria de sites e blogs, mas em vez de configurar aplicações para Internet, gera aplicações de RA para uso educacional. III. APLICAÇÃO DE REALIDADE AUMENTADA Para ilustrar o desenvolvimento da interface enfocada neste trabalho, foi selecionado o sistema de Perguntas e Respostas com Realidade Aumentada (P&R-RA) [7]. Este sistema foi implementado com o suporte do SACRA, que permite o desenvolvimento rápido de aplicações de RA, com imagens, sons e animação, dispensando conhecimento em programação. Esse sistema é baseado no software ARToolKit [12] e utiliza dois tipos de marcadores: marcadores de ambiente e marcadores de ação. A aplicação P&R-RA [7] permite a interação do usuário com um jogo espacial tangível de perguntas e respostas, conforme o exemplo da Figura 1 [10]. O usuário deve ativar uma pergunta visual e sonora, usando um marcador, e indicar a opção correta de resposta. Em seguida, ele poderá ativar a resposta visual e sonora, verificando se sua indicação foi certa ou errada. Além das perguntas e respostas e indicação de acerto, há também um ponto de informação, onde o professor que desenvolve o conteúdo pode incluir elementos em três dimensões, para melhor ilustrar sua resposta. No exemplo apresentado na Figura 1, a pergunta, mostrada de visualmente e narrada é: Assinale a ordem correta dos objetos, do mais pesado para o menos pesado. O usuário pode, então, ativar um ponto de visualização tridimensional, que mostrará informações complementares, para melhor entendimento do problema. Além disso, ele deverá indicar uma opção, entre as três apresentadas, que julgar estar correta, usando também o marcador. Depois disso, ele deverá usar o marcador para acionar a resposta, que aparecerá visualmente na parte direita da Figura 1 e ocorrerá também na forma sonora. Figura 1. Sistema P&r-RA [10]. Antes de configurar a aplicação, o criador de conteúdo (professor) da aplicação P&R-RA deverá preparar ou ter acesso a imagens das perguntas e respostas ilustradas (no formato jpg ) e a áudios específicos (sons e narrações no formato wav ). Para facilitar o entendimento, os objetos 3D complementares não estão sendo considerados. Em seguida, de acordo com a Figura 2, o professor deverá colocar uma cópia dos arquivos de cada imagem, nas pastas text-perg e text-resp, e de cada áudio, na pasta áudio, renomeando esses arquivos, de acordo com os nomes aceitos pela aplicação (usados na estrutura). Figura 2. Pastas da aplicação P&R-RA. De forma geral, os usuários têm relatado certas dificuldades, devido à interface pouco amigável do sistema P&R-RA, exigindo conhecimentos de detalhes internos do software. Diante disso, sentiu-se a necessidade de uma interface de fácil entendimento que escondesse os detalhes internos do sistema. Com isto, o usuário pode ater-se aos seus arquivos de imagens e áudios correspondentes às perguntas e respostas e desempenhar a tarefa de configurar a aplicação com exatidão, sem a preocupação de transportar e renomear os arquivos. Além disso, a interface deve evitar a geração de réplicas, mantendo um controle sobre os arquivos que estão sendo usados.

3 IV. DESENVOLVIMENTO DA INTERFACE DO PROFESSOR PARA A APLICAÇÃO P&R-RA A interface do professor, para o sistema P&R-RA, enquadra-se no segundo círculo (de fora para dentro) mostrado na Figura 3, fazendo o papel de intermediário entre o usuário e a estrutura da aplicação. Dessa forma, os detalhes técnicos referentes ao posicionamento e nomeação das informações de conteúdo ficam escondidos, deixando o uso da aplicação mais fácil para o usuário. Antes de acionar a interface, é necessário que o plugin Adobe Air [2] já esteja instalado. Na primeira utilização, o sistema fará isto automaticamente; depois, o usuário deverá executar um programa que criará, no computador, um atalho para acesso à interface. Ao acionar o ícone de atalho, a janela da interface do usuário, denominada Realidade Fácil (ilustrada na Figura 5), será exibida, mostrando três botões. O botão inferior ( Como Funciona ) mostra informações sobre a interface. O botão do meio ( Começar do Zero ) permite ao usuário iniciar o processo de montagem de uma aplicação do sistema de P&R-RA, introduzindo conteúdo passo a passo. Se o usuário precisar interromper o processo de criação, ele poderá retornar mais tarde, usando o botão superior ( Continuar de Onde Parou ). Este botão também é usado se fazer revisão ou alteração de conteúdo de uma aplicação já finalizada. Figura 3. A interface entre as de camadas de recursos computacionais. A interface foi implementada com a linguagem Action Script 3.0 [3] e do Adobe AIR 2.7 [2], que facilita a programação e aumenta a possibilidade de portabilidade da aplicação. O diagrama Um esquema geral da implementação da interface é apresentado na Figura 4, indicando como é feito o tratamento dos objetos que o usuário irá selecionar para sua aplicação. Figura 5. Tela inicial da interface. Figura 4 Processo de implementação da interface. Ao selecionar uma pergunta, ocorre uma busca no xml que armazena as perguntas preparadas pelo usuário, em sua última utilização. Se este xml estiver vazio, ou o nome da pergunta feita for diferente das demais já armazenadas, o botão para confirmar a cópia do objetos é habilitado, com a presença de mais uma condição que é de que os quatro elementos estejam selecionados: Imagem da pergunta; Imagem da resposta; Áudio da pergunta; Áudio da resposta. Quando o usuário selecionar o botão Confirma, a interface irá copiar os arquivos selecionados, no local que a aplicação destina para o elemento copiado, renomeando-os de acordo com as necessidades da aplicação. Na opção Começar do Zero, o usuário receberá a tela ilustrada na Figura 5. Com isso, ele deverá fornecer as imagens da pergunta e da resposta, que poderão ser visualizadas nos campos superiores, e as narrações da pergunta e da resposta, que poderão ser tocadas nos players da parte de baixo da interface. Essas informações poderão estar armazenadas em qualquer local do computador e com quaisquer nomes, mas recomenda-se adotar uma organização, a fim de facilitar o trabalho. Após completar a seleção das quatro informações, o usuário deverá pressionar o botão Inserir, na parte de baixo do campo central, que fará a inserção na estrutura da aplicação e colocará a pergunta na parte superior do campo central, para mostrar o que já está inserido na aplicação e assim evitar que ela seja selecionada novamente em inserções posteriores. Isto evitará repetições não intencionais de perguntas e seus elementos complementares. Se o usuário tentar inserir um conjunto parcial, ele não conseguirá.

4 operação, fechar o sistema ou clicar em Menu ou Ajuda, não haverá modificação, garantindo-se a atomicidade (ou seja, a transação só é feita quando confirmada pela tecla Alterar com todas as informações presentes). Garante-se, assim, boa navegabilidade do software, através da referência às perguntas no campo central da interface. Figura 6. Tela Começar do Zero. Na opção Continuar de Onde Parou, o usuário já utilizou a interface anteriormente e, provavelmente, tem uma lista de perguntas selecionadas com suas respectivas informações sobre imagem e áudio, referentes a tais pergunta e resposta. A Figura 7 ilustra essa opção da interface. V. AVALIAÇÃO DA USABILIDADE DA INTERFACE A interface desenvolvida foi avaliada, quanto à sua usabilidade, com vistas a se obter informações que permitissem corrigir defeitos e realizar possíveis otimizações. A avaliação consistiu em solicitar que dez pessoas, com bons conhecimentos de informática, algumas com conhecimento prévio da aplicação P&R-RA, sem a interface, usassem a interface (chamada Realidade Fácil) para montar uma aplicação em um tema específico, usando uma biblioteca de imagens e sons previamente preparada. Antes da avaliação, os usuários receberam informações gerais sobre a aplicação a ser desenvolvida. Depois da criação das aplicações específicas, os usuários foram convidados a preencher um questionário, com questões a serem respondidas com base em escalas de Likert [5], [11]. A usabilidade foi medida por meio de três atributos: funcionalidade, interatividade e comunicabilidade [4] e [13]. Cada atributo, por sua vez, foi medido por meio de questões específicas, conforme mostra a Tabela 1. Atributos Tabela 1. Atributos e características de usabilidade. Características Analisadas Figura 7. Tela Começar de onde Parou. A primeira pergunta inserida, nesta situação, é a imagem [002776].jpg, que, ao ser tratada pela interface, foi renomeada para pergunta1.jpg e colocada na pasta da aplicação relativa a perguntas. Percebe-se que o sistema está garantindo a integridade das perguntas selecionadas, uma vez que ele não aceita imagens e áudios corrompidos e faz a renomeação automática, evitando erros comuns de renomeação em ordem errada ou de utilização de nome não adequado à aplicação. Ao se acionar um dos botões das Perguntas Selecionadas, na parte superior do campo central, a interface mostrará o conjunto selecionado. Por exemplo, quando o usuário clicar em Desert.jpg, ele verá na tela o conjunto de perguntas, respostas e narrações respectivas, além de ter os botões Excluir e Alterar ativados e Inserção desativado. Se o usuário selecionar outra imagem ou áudio e clicar em Alterar, o conjunto será modificado. No caso de exclusão, a cópia do conjunto de pergunta e reposta do sistema será eliminada, bem como a referência a ela no campo central. Se o usuário, durante uma Funcionalidade Interatividade Comunicabilidade 1. A interface é adequada para a solução do problema? 2. A interface faz o que ela se propõe? 3. Os elementos da interface são atrativos? 1. A navegabilidade é fácil e interativa? 2. As ações do usuário são simples? 3. As ações da interface são seguras? 4. A interface se ajusta às necessidades ou desejos do usuário? 5. A interface permite rapidez na inserção de perguntas e respostas? 6. A interface é agradável de se usar? 7. A interface é fácil de usar? 8. A interface é fácil de aprender? 1. A interface expressa o que você acha que quis fazer? 2. A interface expressa o modelo de interação que você acha que o projetista quis fazer? 3. Você entendeu a interface, achou todos os elementos que necessitam, seguiu os passos necessários e executou as ações de maneira simples e fácil?

5 As escalas de Likert de cinco pontos, utilizadas para medir as respostas às questões, são definidas na Tabela 2. Tabela 2. Escalas adotadas para a avaliação. Escalas de Likert adotadas na avaliação Excelente Muito bom Bom Ruim Péssimo Totalmente Parcialmente Indiferente Não Parcialmente Não Totalmente Totalmente Bastante Mais ou Menos Pouco Nada Figura 9. Resultados obtidos para Interatividade. Os dados coletados na avaliação com os 10 usuários foram tabulados e analisados, com base em técnicas de estatística descritiva. Os resultados obtidos sobre a usabilidade da interface, referentes aos atributos de funcionalidade, interatividade e comunicabilidade, são apresentados nas Figuras 8, 9 e 10, respectivamente. Os resultados referentes à funcionalidade, mostrados na Figura 8, indicam que os índices obtidos quanto a este atributo foram homogêneos, ficando entre os níveis excelente e muito bom Na avaliação do atributo referente à comunicabilidade, os índices obtidos não variaram muito, sendo que o item 2 (relativo à questão: A interface expressa o modelo de interação que você acha que o projetista quis fazer? ) foi o que recebeu menor pontuação. Figura 10. Resultados obtidos para Comunicabilidade. Figura 8. Resultados obtidos para Funcionalidade. Os resultados obtidos para o atributo interatividade, mostrados na Figura 9, indicam que dois índices obtiveram um nível menor na avaliação feita pelos usuários, em relação aos demais analisados: O item 4 (referente à questão A interface se ajusta às necessidades ou desejos do usuário? ) recebeu a menor pontuação, entre os itens avaliados. O item 3 (referente à questão As ações da interface são seguras? ), recebeu a segunda menor pontuação. Esses resultados, apesar de manterem-se em um patamar bastante positivo (próximos ao valor muito bom ), sugerem que os usuários que avaliaram a interface demostram restrições quanto a aspectos relativos a segurança e à real contribuição da interface no atendimento de suas expectativas Em síntese, a interface obteve um nível bastante satisfatório, segundo a avaliação dos usuários envolvidos. Tal resultado sugere que a interface foi bem aceita pelos usuários. Não obstante, é necessário revisar alguns aspectos, conforme dados obtidos na avaliação, o que resultará em uma versão melhorada da interface. VI. CONCLUSÃO Este trabalho apresentou o desenvolvimento de uma interface para ferramentas de autoria de RA, que busca facilitar e agilizar as atividades de criação de aplicações, por usuários não especialistas em informática e programação. A interface visa apoiar, principalmente, professores do ensino fundamental e médio, na geração de aplicações educacionais nas mais diferentes áreas. Os aspectos principais da especificação, projeto e implementação da interface foram destacados e o seu uso foi exemplificado no sistema de Perguntas e Respostas com Realidade Aumentada (P&R- RA).

6 A interface foi avaliada, quanto à sua usabilidade, por meio de uma pesquisa realizada com dez potenciais usuários. A usabilidade definida por meio dos atributos de funcionalidade, interatividade e comunicabilidade, cada um deles avaliado por meio de características representadas por perguntas. Nesta avaliação, os usuários indicaram alguns aspectos da interface que deveriam ser melhorados, como, por exemplo, como o feedback sonoro e visual, colocando imagens selecionadas e não o nome das mesma no histórico de utilização. Ademais, a interface auxilia o usuário na execução de tarefas específicas, como colocar seus conjuntos de perguntas na pasta correta da aplicação, renomear as pastas, etc. Além disso, há recursos que evitam erros com a detecção de perguntas já realizadas, aceitação somente de objetos não corrompidos, liberação de inserção somente com os quatro objetos selecionados, e renomeação automática dos arquivos. O usuário também tem a possibilidade de navegar pelo conjunto de perguntas já selecionadas, verificando as que ele ainda precisa fazer ou as que ele pretende alterar ou excluir. Na seleção de recursos de áudio, o usuário pode escutar o áudio referente à sua pergunta ou resposta, para ver a adequação do mesmo. Como trabalhos futuros, serão implementadas algumas modificações na interface, como, por exemplo, a exibição da imagem em miniatura da pergunta no lugar do nome, para maior facilidade na identificação de perguntas já utilizadas pelo usuário. Também será dado apoio aos objetos em três dimensões para a abertura dos objetos que irão explicar as perguntas e respostas. Além disso, a interface acionará o programa executável da aplicação Perguntas e Respostas, através de um botão, para gerar um documento de texto, mostrando ao usuário uma tela com as posições dos elementos de seu interesse. Pretende-se, assim, implantar melhorias nas ferramentas e aplicações de RA que vêm sendo desenvolvidas, o que contribuirá para maior disseminação e uso efetivo da tecnologia de RA, principalmente em ambientes educacionais. VII. AGRADECIMENTO Os autores agradecem ao CNPq e FAPEMIG pelo financiamento ao projeto Ambiente Temático Interativo com Realidade Aumentada (CNPq - Proc / e FAPEMIG - Proc. APQ ), dentro do qual foi desenvolvido este trabalho. VIII. REFERÊNCIAS [1] ACM SIGCHI Curricula for Human-Computer Interaction. ACM. New York, [2] ADOBE. Componente Adobe Air. Disponível em: < Acesso em: 01 ago [3] ADOBE. Linguagem Action Script 3.0. Disponível em: < index.html?filter_air=2.7>, Acesso em: 03 ago [4] M.F. Alencar, Composição de Métodos de Avaliação de IHC para Ambientes Virtuais Híbridos: Um Estudo de Caso. Dissertação de Mestrado, PUC-Rio, [5] L.T. Brandalise, Modelos de Medição de Percepção e Comportamento: uma revisão. Relatório Técnico, Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Disponível em: < Acesso em 15/09/2011. [6] Golden Biz, Disponível em < Acesso em: 01 set [7] C. Kirner, Aplicação de Perguntas e Respostas com Realidade Aumentada, Disponível em: < RA.html>, Acesso em: 28 ago [8] C. Kirner, and T. G. Kirner, Development of an Interactive Artifact for Cognitive Rehabilitation based on Augmented Reality, In: Proceedings International Conference on Virtual Rehabilitation Rehab Week, Switzerland, [9] C. Kirner, and R. Santin, Interaction, collaboration and authoring in augmented reality environments, Proceedings XI Symposium on Virtual and Augmented Reality, Porto Alegre: SBC, 2009, pp [10] C. Kirner, Artefato de Perguntas e Respostas com Realidade Aumentada - P&R-RA, Disponível em: < Acesso em 11/09/2011. [11] R. Likert, A Technique for the Measurement of Attitudes, Archives of Psychology 140, 1932, pp [12] R. Santin, and C. Kirner, ARToolKit: conceitos e ferramenta de autoria colaborativa, In: Siscouto, R., R. Costa (Org.), Realidade Virtual e Aumentada: Uma Abordagem Tecnológica, SBC: Porto Alegre, 2008, p [13] R.C. Santos, W. Gassenferth, and M.A.S. Machado, Systems usability evaluation metrics review. In: Proceedings Global Business and Technology Association Conference - GBATA, Madri, Espanha, [14] B. Shneiderman, Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction, Addison Wesley: Reading, [15] S. Watzman; Visual design: principles for usable interfaces, In: Sears, A., Jacko, J.A., The Human Computer Interaction Handbook, Lawrence Herlbaum Associates: London, 2008, pp