Artigo Final

Análise de pesquisas sobre displays realizadas
nos últimos cinco anos
Leonardo Rodrigo Domingues1
1
Instituto de Computação – Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Caixa Postal 6176 – 13.083-970 – Campinas – SP – Brazil
[email protected]
Abstract. In this article, we make an analysis of the papers related to displays,
published over the last five years. Our objective is to identify the main technologies that are being researched in those papers, and which of these technologies
are already being used in large schale, or should be available for use in the next
few years. After analysing these publications, we could indentify as the most
researched subjects the use of large displays and tabletop systems, two technologies already in use nowadays. As a promissing technology for the future,
we identified the augmented reality systems.
Resumo. Neste artigo, é feita uma análise das publicações cientificas dos
últimos cinco anos, que tratam assuntos relacionados a displays. O objetivo
é identificar quais as principais tecnologias que vem sendo pesquisadas nestes
artigos e quais dessas tecnologias já estão sendo utilizadas em larga escala,
ou que devem chegar ao mercado nos próximos anos. Após a análise dos artigos, pôde-se destacar como assuntos mais pesquisados a utilização de displays
grandes e de sistemas do tipo tabletops, duas tecnologias que já tem aplicações
praticas nos dias de hoje. Como tecnologia promissora para o futuro, foram
identificados os sistemas de realidade aumentada.
1. Introdução
Para o propósito desta pesquisa, definimos como display qualquer dispositivo que tem
como objetivo exibir informações e permitir a interação do usuário, seja diretamente ou a
partir de algum dispositivo de entrada.
Nos últimos anos, os displays sofreram muitas mudanças. Em um passado não
muito distante (apenas a alguns anos atrás), nossos displays de CRT ocupavam praticamente todo o espaço de nossas mesas, ao mesmo tempo que forneciam resoluções consideradas muito baixas para os dias de hoje. Para dispositivos que necessitavam de uma
menor troca de informações com o usuário, era comum a utilização de displays simples,
capazes de exibir apenas algumas informações pré-definidas no momento de fabricação
(utilização de displays de 7 segmentos em calculadoras, por exemplo).
Com o barateamento da tecnologia LCD, a utilização de displays de alta resolução
deixou de ser restrita aos computadores. Hoje em dia, podemos encontrar displays deste
tipo em praticamente qualquer tipo de aparelhos eletrônicos: aparelhos celulares, relógios,
media players, geladeiras, entre inúmeros outros.
Nesta pesquisa, será feita uma análise sobre os artigos cientı́ficos que tratam de
questões relacionadas a displays, e que foram publicados nos últimos cinco anos. O
objetivo é tentar identificar quais são os assuntos mais abordados, que tipo de problemas
ainda são encontrados e, até certo ponto, prever quais serão as tendencias na utilização de
displays para o futuro próximo.
Este artigo esta dividido da seguinte maneira: Na seção 2, é dada uma breve
descrição da metodologia empregada na realização desta pesquisa. Na seção 3, são analisados os artigos referentes a display encontrados nos eventos de HCI dos últimos cinco
anos. Finalmente, na seção 4, são apresentados os resultados observados durante esta
pesquisa.
2. Metodologia
Nesta seção, será apresentada a metodologia utilizada nesta pesquisa, assim como uma
breve ideia do que se espera obter com esta metodologia.
A pesquisa realizada consiste na análise de artigos cientı́ficos que foram publicados nos últimos cinco anos, e que tratam questões relacionadas a displays. Dentre as
publicações analisadas, podemos destacar aquelas dos eventos CHI (ACM Conference on
Human Factors in Computing Systems).
Os artigos encontrados foram agrupados e categorizados, na tentativa de verificar
quais os assuntos mais discutidos atualmente, bem como descobrir quais problemas abordados já nos afetam nos dias de hoje, e quais problemas se referem a tecnologias que
ainda não estão presentes no nosso dia a dia.
3. Trabalhos recentes
Nesta seção, são apresentadas várias categorias de tecnologias de display que foram
identificadas a partir dos artigos publicados nos últimos cinco anos em conferencias de
Interação Humano-Computador, em especial nos eventos CHI (ACM Conference on Human Factors in Computing Systems). Alem disto, é apresentada uma visão geral de cada
uma destas tecnologias, incluindo caracterı́sticas e problemas que vem sendo abordados.
3.1. Displays grandes
Com a queda recente dos preços de monitores e o aumento do tamanho máximo de telas
disponı́vel, sistemas de display grande começam a se tornar cada vez mais acessı́veis. Seja
em um ambiente corporativo, uma sala para apresentações ou mesmo para uso pessoal,
é inegável o ganho de visualização de informação que estes sistemas podem oferecer.
Mas quais são os problemas encontrados ao lidar com displays deste tipo, e sera que
os sistemas operacionais disponı́veis atualmente são capazes de escalar para telas muito
grandes?
A forma mais simples de se conseguir um display grande é combinando vários
monitores menores, formando uma tela única em forma de mosaico. Desta forma, podemos atingir resoluções muito superiores as encontradas nos monitores de hoje, e a um
preço relativamente acessı́vel. A desvantagem mais obvia deste setup é que as bordas
dos monitores formam um grid pela tela composta, tornando a área de separação entre os
monitores aparente.
Outra forma, que nos permite obter telas ainda maiores, é combinar a imagem
de diversos projetores em uma única superfı́cie, formando uma única tela. Ao contrário
de sistemas formados utilizando múltiplos monitores, este setup permite uma integração
maior entre as partes que o compõe: geralmente a única diferença visı́vel entre duas
imagens projetadas adjacentes é devida a diferença de intensidade de luz dos projetores.
Figure 1. Sistema de tela grande formada por 6x3 projetores, funcionando em
uma resolução de 1024x768 cada um. A tela formada tem uma resolução de
6144x2304 e um tamanho de aproximadamente 5x2 metros.
Dentre as aplicações para displays deste tipo, podemos destacar salas para
apresentações, ambientes de trabalho colaborativos e sistemas estacionários para
visualização de grandes quantidades de informação (mapas, por exemplo).
Um dos problemas encontrados ao lidar com telas deste tamanho é a resolução
a ser utilizada. Se o objetivo for montar uma tela composta com vários monitores ou
projetores, então a resolução de cada um destes componentes só pode ser aumentada até
certo ponto, a partir do qual o olho humano não consegue mais perceber o aumento de
informação presente na imagem. Este problema foi tratado em [Yost et al. 2007].
No entanto, ao mantermos fixa a resolução da tela e aumentarmos seu tamanho,
passamos a ter um novo problema, pois a informação exibida não cabe toda em
nosso campo de visão. Para visualizar toda a informação, precisamos então realizar
uma navegação fı́sica pela tela. Esta navegação pode envolver movimentar a cabeça
ou mesmo andar em frente a tela. Este problema foi tratado em [Yost et al. 2007,
Ball and North 2005, Ball et al. 2007, Bi and Balakrishnan 2009].
Outro problema bastante relevante em sistemas deste tipo é o de identificar em
qual parte da tela se deve prestar atenção. Normalmente, em um monitor, identificamos
a área de interesse pela posição do mouse, porem ao aumentar muito o tamanho da tela,
este passa a ser difı́cil de encontrar. Alem disto, ao realizar apresentações, por exemplo, é
importante ter uma forma fácil de identificar qual região da tela tem maior interesse. Este
problema foi tratado em [Khan et al. 2005, Bi and Balakrishnan 2009].
Podemos citar ainda como um problema fundamental a escalabilidade do software
atual quando utilizado em telas deste porte. Após algumas análises, podemos perceber
que existem vários problemas presentes com este setup, como por exemplo dificuldade de
leitura de informações em regiões periféricas da tela e demora na navegação do ponteiro
do mouse, devido a alta resolução. Estes problemas foram analisados com detalhes em
[Czerwinski et al. 2006, Bi and Balakrishnan 2009].
Dentre os outros problemas encontrados, podemos destacar a dificuldade de uso
devido a privacidade das informações visualizadas [Huang 2005] e a utilização destes
sistemas em ambientes colaborativos com mais de um usuário realizando input simultaneamente [Birnholtz et al. 2007].
3.2. Displays múltiplos
Sistemas de display múltiplos consistem na utilização de vários monitores ou projetores.
Ao contrario de sistemas de tela grande, estes monitores não precisam ser dispostos lado
a lado para formar uma única tela, mas podem ser utilizados de forma independente para
exibir informações correlacionadas. Estes sistemas estão se tornando cada vez mais comuns devido à queda dos preços de monitores e projetores.
Como aplicações possı́veis para sistemas de displays múltiplos, podemos destacar
ambientes de trabalho, onde é cada vez mais comum a utilização de dois ou mais monitores por workstation, e salas de reunião, onde várias telas podem ser utilizadas para
exibir informações diferentes que serão modificadas com frequências diferentes.
Alem destas aplicações, estão sendo propostos alguns aparelhos formados por diversas telas dispostas como um poliedro convexo. Dentre as aplicações possı́veis para
aparelhos deste tipo, o foco parece ser manipulação multimı́dia, como visualização de
dados e navegação web, entre outros. Esta variação de sistemas de displays múltiplos foi
apresentada em [Poupyrev et al. 2006, Matsumoto et al. 2006]
Figure 2. Mockup de um sistema de seis telas dispostas em um cubo.
Um grande problema para setups de diversos monitores, que aumenta rapidamente
com o numero de telas utilizadas, é um sistema de software que permita gerenciar que
informação vai ser exibida em cada display, e como navegar entre estes displays. Este
problema foi tratado em [Ha et al. 2006a].
Outro problema, derivado do anterior, é a necessidade da gravação de perfis de
usuários. Sistemas de vários monitores dificilmente são utilizados apenas por uma pessoa,
e é interessante poder gravar as configurações para cada usuário. Este problema foi tratado
em [Ha et al. 2006a, Ha et al. 2006b].
Dentre as configurações salvas para cada usuário, é importante gravar o posicionamento das mensagens de sistema, para que seu comportamento seja consistente para todas as aplicações do sistema. Este problema foi tratado em [Hutchings and Stasko 2007,
Bi and Balakrishnan 2009].
3.3. Displays para dispositivos móveis
Classificamos como dispositivos móveis aparelhos do tipo celulares, PDAs e MP3 players,
entre outros. As vendas de aparelhos deste tipo aumentaram muito nos últimos anos, e
hoje boa parte da população possui pelo menos um aparelho celular.
A categoria de dispositivos moveis esta sempre ganhando novos integrantes. Hoje
começa a se falar em joias e relógios equipados com display, capazes de realizar as
mais diversas tarefas. Um problema encontrado por estes novos dispositivos é justamente seu tamanho reduzido: é difı́cil encontrar uma forma de input apropriada com
um espaço tão reduzido. A alternativa que parece mais viável é a utilização de telas
touchscreen, porem muitos destes dispositivos possuem telas pouco maiores que nossos dedos, causando sérios problemas de precisão. Algumas possı́veis soluções para a
adaptação de telas touchscreen para dispositivos móveis muito pequenos são discutidas
em [Baudisch and Chu 2009].
Uma possı́vel utilização para aparelhos móveis, especialmente aparelhos celulares, é como projetores de imagens. Desta forma, é possı́vel compartilhar a capacidade
de visualização de informação que um aparelho deste tipo possui. Alem disto, como estes
aparelhos normalmente possuem câmeras embutidas, é possı́vel que a imagem projetada
possa ser capturada de volta pelo próprio aparelho, permitindo a utilização desta imagem
como forma de input. Os usuários poderiam, por exemplo, clicar com os dedos em ı́cones
da imagem projetada da tela do celular. Mais detalhes desta possı́vel utilização são discutidos em [Miyahara et al. 2005].
3.4. Realidade aumentada
Realidade aumentada é um termo que se refere a utilização de imagens geradas por computador em superposição a imagens reais, geralmente capturadas por uma câmera, de
forma a enriquecer a oferta da informações ou permitir a interação com informações virtuais a partir da interação com objetos fı́sicos.
Esta é uma técnica relativamente nova, que combina visualização de dados e
interação com os mesmos. As primeiras aplicações estão surgindo recentemente, especialmente como aplicativos para aparelhos móveis.
Um dos problemas da utilização de realidade aumentada é que normalmente são
necessários tanto um projetor quanto uma câmera no mesmo dispositivo. Estas duas lentes
precisam ser calibradas, e como nenhuma delas é fixa, a calibração precisa ser realizada
dinamicamente, e não apenas uma vez no inicio da interação. Na tentativa de resolver este
problema, foi proposta a criação de uma única lente que seja capaz de projetar e capturar
imagens simultaneamente. Mais detalhes podem ser encontrados em [Pyo et al. 2007].
Uma possı́vel utilização para realidade aumentada é na exibição de informações
de um sistema gps durante a navegação de um veiculo. Atualmente, as informações são
visualizadas em um display pequeno de LCD, que fica posicionado sobre o painel do
carro. Obter as informações desejadas nesta tela pequena tira um pouco da atenção do
motorista. Na tentativa de resolver este problema, foi proposta a utilização de realidade
aumentada, em um sistema onde as informações de gps são projetadas diretamente no
para-brisas do veı́culo. Mais detalhes podem ser encontrados em [Kim and Dey 2009].
Figure 3. Simulador de um sistema de realidade aumentada para auxilio de
direção por GPS.
3.5. Tabletops
Tabletops são sistemas de visualização e manipulação de dados, desenvolvidos especialmente para ser utilizados em ambientes colaborativos, de forma que os participantes possam interagir estando frente a frente. Nestes sistemas, as imagens são projetadas sobre
uma mesa, e a interação dos usuários com estas imagens são capturadas a partir de uma
câmera, mesa especial sensı́vel ao toque ou algum outro dispositivo do gênero.
Dentre as aplicações possı́veis de sistemas deste tipo, podemos destacar a
utilização em ambientes corporativos, onde os tabletops são utilizados de forma colaborativa entre os participantes. A grande vantagem dos tabletops neste tipo de ambiente é
que os participantes podem interagir no sistema se mantendo frente a frente.
Outras possı́veis utilizações para estes setups incluem alguns tipos de trabalho de
design, onde é interessante que o display esteja na horizontal; e atividades recreacionais,
como por exemplo visualização de fotos por um grupo de pessoas.
Para algumas atividades, é interessante que a mesa seja dividida em uma área
pequena para cada usuário, e uma área central que pode ser manipulada por todos. Um
dos problemas na utilização de tabletops é justamente definir como o display pode ser
dividido entre os usuários e como fornecer funções de interação para cada usuário, tanto
para as telas individuais como para a tela compartilhada. Este problema é tratado em mais
detalhes em [Voida et al. 2009, Tang et al. 2006, Nacenta et al. 2007].
Outro problema que vem sendo discutido é a questão de usabilidade dos tabletops. Os inputs empregados neste tipo de sistema costumam ser formados de matrizes
Figure 4. Sistema tabletop em um ambiente colaborativo.
sensı́veis a toque ou imagens capturadas por uma câmera. Em ambos os casos, são encontrados problemas de precisão: para os sistemas com câmera, o mapeamento entre as
coordenadas reais e as coordenadas do sistema é complexo, e as sombras dos objetos
projetada na mesa atrapalha muito; enquanto nos sistemas de toque, os dedos são muito
grandes para apontarem precisamente em uma posição. Estes problemas são discutidos
em [Voida et al. 2009, Fiebrink et al. 2009].
Alem destes problemas, ainda foram encontrados artigos que abordam a distorção
das imagens para usuários de tabletop, decorrente do angulo de visualização das mesmas ([Wigdor et al. 2007]) e artigos que tratam de diferentes forma de interação com as
imagens projetadas ([Lucchi et al. 2010]).
4. Observações finais
Dentre as publicações relacionadas a exibição de dados e interação analisadas, pudemos
identificar cinco categorias que tem sido tratadas com maior frequência nos últimos cinco
anos: displays de tamanho grande, displays múltiplos, displays para dispositivos móveis,
tabletops e realidade aumentada.
A categoria com o maior numero de publicações encontrada foi a de displays
grandes. Graças ao barateamento dos monitores de lcd e projetores, é possı́vel montar
telas compostas de resoluções muito altas a preços acessı́veis. Estas telas tem várias
possı́veis utilizações, especialmente em ambientes corporativos e salas de apresentações.
No entanto, os sistemas de software atuais não estão preparados para lidar com telas deste
porte, e várias soluções interessantes para os problemas encontrados tem sido apresentadas. Alguns dos problemas de softwares ao utilizar telas grandes também aparece ao
utilizar displays múltiplos, que foi outra categoria identificada.
Os tabletops, outra categoria de displays identificada, também aparecem em uma
grande quantidade de artigos. Sua utilização parece estar especialmente relacionada a
ambientes corporativos colaborativos, onde é importante os participantes interagirem e
visualizarem o mesmo conjunto de dados, estando face a face.
A categoria identificada menos presente no nosso dia a dia é a de realidade aumentada. Existem poucas aplicações praticas para esta tecnologia atualmente, e boa parte
destas aplicações parece estar relacionada com a utilização de aparelhos móveis. No entanto, é uma tecnologia promissora para o futuro.
Finalmente, temos a categoria de dispositivos móveis. Os artigos desta categoria
tratam do mesmo problema: como é possı́vel diminuir o tamanho de um dispositivo sem
diminuir a capacidade de interação com o mesmo.
References
Ball, R. and North, C. (2005). Effects of tiled high-resolution display on basic visualization and navigation tasks. In CHI ’05: CHI ’05 extended abstracts on Human factors
in computing systems, pages 1196–1199, New York, NY, USA. ACM.
Ball, R., North, C., and Bowman, D. A. (2007). Move to improve: promoting physical
navigation to increase user performance with large displays. In CHI ’07: Proceedings
of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pages 191–200,
New York, NY, USA. ACM.
Baudisch, P. and Chu, G. (2009). Back-of-device interaction allows creating very small
touch devices. In CHI ’09: Proceedings of the 27th international conference on Human
factors in computing systems, pages 1923–1932, New York, NY, USA. ACM.
Bi, X. and Balakrishnan, R. (2009). Comparing usage of a large high-resolution display
to single or dual desktop displays for daily work. In CHI ’09: Proceedings of the 27th
international conference on Human factors in computing systems, pages 1005–1014,
New York, NY, USA. ACM.
Birnholtz, J. P., Grossman, T., Mak, C., and Balakrishnan, R. (2007). An exploratory
study of input configuration and group process in a negotiation task using a large display. In CHI ’07: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pages 91–100, New York, NY, USA. ACM.
Czerwinski, M., Robertson, G., Meyers, B., Smith, G., Robbins, D., and Tan, D. (2006).
Large display research overview. In CHI ’06: CHI ’06 extended abstracts on Human
factors in computing systems, pages 69–74, New York, NY, USA. ACM.
Fiebrink, R., Morris, D., and Morris, M. R. (2009). Dynamic mapping of physical controls
for tabletop groupware. In CHI ’09: Proceedings of the 27th international conference
on Human factors in computing systems, pages 471–480, New York, NY, USA. ACM.
Ha, V., Inkpen, K., Wallace, J., and Ziola, R. (2006a). Swordfish: user tailored workspaces
in multi-display environments. In CHI ’06: CHI ’06 extended abstracts on Human
factors in computing systems, pages 1487–1492, New York, NY, USA. ACM.
Ha, V., Wallace, J., Ziola, R., and Inkpen, K. (2006b). My mde: configuring virtual
workspaces in multi-display environments. In CHI ’06: CHI ’06 extended abstracts on
Human factors in computing systems, pages 1481–1486, New York, NY, USA. ACM.
Huang, E. M. (2005). Design and analysis of groupware for large displays. In CHI ’05:
CHI ’05 extended abstracts on Human factors in computing systems, pages 1118–1119,
New York, NY, USA. ACM.
Hutchings, D. R. and Stasko, J. (2007). Consistency, multiple monitors, and multiple
windows. In CHI ’07: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in
computing systems, pages 211–214, New York, NY, USA. ACM.
Khan, A., Matejka, J., Fitzmaurice, G., and Kurtenbach, G. (2005). Spotlight: directing
users’ attention on large displays. In CHI ’05: Proceedings of the SIGCHI conference
on Human factors in computing systems, pages 791–798, New York, NY, USA. ACM.
Kim, S. and Dey, A. K. (2009). Simulated augmented reality windshield display as a
cognitive mapping aid for elder driver navigation. In CHI ’09: Proceedings of the 27th
international conference on Human factors in computing systems, pages 133–142, New
York, NY, USA. ACM.
Lucchi, A., Jermann, P., Zufferey, G., and Dillenbourg, P. (2010). An empirical evaluation
of touch and tangible interfaces for tabletop displays. In TEI ’10: Proceedings of
the fourth international conference on Tangible, embedded, and embodied interaction,
pages 177–184, New York, NY, USA. ACM.
Matsumoto, T., Horiguchi, D., Nakashima, S., and Okude, N. (2006). Z-agon: mobile
multi-display browser cube. In CHI ’06: CHI ’06 extended abstracts on Human factors
in computing systems, pages 351–356, New York, NY, USA. ACM.
Miyahara, K., Inoue, H., Tsunesada, Y., and Sugimoto, M. (2005). Intuitive manipulation
techniques for projected displays of mobile devices. In CHI ’05: CHI ’05 extended
abstracts on Human factors in computing systems, pages 1657–1660, New York, NY,
USA. ACM.
Nacenta, M. A., Pinelle, D., Stuckel, D., and Gutwin, C. (2007). The effects of interaction
technique on coordination in tabletop groupware. In GI ’07: Proceedings of Graphics
Interface 2007, pages 191–198, New York, NY, USA. ACM.
Poupyrev, I., Newton-Dunn, H., and Bau, O. (2006). D20: interaction with multifaceted
display devices. In CHI ’06: CHI ’06 extended abstracts on Human factors in computing systems, pages 1241–1246, New York, NY, USA. ACM.
Pyo, S., Shim, J., and Lee, G. (2007). iprocam: a lens-sharing projector-camera system
for augmented reality applications. In CHI ’07: CHI ’07 extended abstracts on Human
factors in computing systems, pages 2615–2620, New York, NY, USA. ACM.
Tang, A., Tory, M., Po, B., Neumann, P., and Carpendale, S. (2006). Collaborative coupling over tabletop displays. In CHI ’06: Proceedings of the SIGCHI conference on
Human Factors in computing systems, pages 1181–1190, New York, NY, USA. ACM.
Voida, S., Tobiasz, M., Stromer, J., Isenberg, P., and Carpendale, S. (2009). Getting
practical with interactive tabletop displays: designing for dense data, ”fat fingers,”
diverse interactions, and face-to-face collaboration. In ITS ’09: Proceedings of the
ACM International Conference on Interactive Tabletops and Surfaces, pages 109–116,
New York, NY, USA. ACM.
Wigdor, D., Shen, C., Forlines, C., and Balakrishnan, R. (2007). Perception of elementary graphical elements in tabletop and multi-surface environments. In CHI ’07: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pages
473–482, New York, NY, USA. ACM.
Yost, B., Haciahmetoglu, Y., and North, C. (2007). Beyond visual acuity: the perceptual
scalability of information visualizations for large displays. In CHI ’07: Proceedings of
the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, pages 101–110, New
York, NY, USA. ACM.