Figura 1 Dispositivo “SIF-wand” colocado en la Mano.

“SIF-wand (Sixth Interactive Finger)” Dispositivo Físico de Interacción, adaptable a la mano para

Interacción Persona Ordenador.

David Paneque Dep. Dibujo

Facultad de BB.AA. Universidad de Granada

18071 Granada budpirep@yahoo.com

Manuel Vélez Dep. Dibujo

Facultad de BB.AA. Universidad de Granada

18071 Granada mvelez@ugr.es

Resumen Se presenta el “SIF-wand” o Sexto Dedo de Interacción (Figura 1), propuesta de dispositivo de entrada tipo Wand1 [1], ergonómico y adaptable a la mano, diseñado como dispositivo IPO; de uso e implementación en paradigmas de interacción de Escritorio, de Realidad Aumentada, Realidad Mezclada, Realidad Virtual, Tangible User Interfaces, Phidgets, Computación Ubicua y Wearable computers. Pendiente de patente, solicitada por la Universidad de Granada.

1. Motivación.

En la actualidad asistimos a una incipiente revolución y proliferación de distintas tecnologías y estándares que en breve permitirán, evoluciones y mejoras significativas en cuanto al modo o concepto con el que se produce la interacción entre personas y las TIC.

1 Wand: Dispositivo de Interacción de sujeción manual, caracterizado por la captación de 3 o 6 DOF, que capturan movimientos de la mano en el espacio 3D.

Dichas oportunidades deben ser exploradas e

identificadas de forma transdisciplinar y multidisciplinar implicando a las distintas áreas del conocimiento que estudian la relación entre Personas y Tecnología.

El área de Diseño, o Diseño de Productos y conceptos, tiene como finalidad idear, proponer y ordenar la relación del ser humano con su entorno y sus congéneres a través de los objetos y los objetos tecnológicos de los que éste se sirve cotidianamente.

El área de Diseño de Interacción por su parte, se encarga de idear o identificar, recursos y estrategias con las que la persona u operador pueda relacionarse de forma más efectiva con los objetos tecnológicos y las TIC de las que se sirve.

Parte de esta labor de investigación para la identificación y exploración de nuevas estrategias de interacción se produce ofreciendo y anticipando posibles innovaciones en forma de visiones de futuro. Entre otros, uno de los retos que se plantea actualmente en la IPO con la aparición de nuevas incipientes posibilidades tecnológicas, es establecer una estrategia o modelo de interacción que constituya una alternativa al paradigma de interacción de ordenador bidimensional de escritorio, como opción de migración o de integración, primero hacia la interacción Ubicua y más allá, hacia una interacción 3D directa del ser humano en su espacio cotidiano, algo que podría concretarse observando entre otros conceptos los Tangible Interfaces propuestos por Hiroshi Ishii, los Phidgets, Realidad Aumentada como el AR toolkit o la posibilidad de interacción con holografías,

Figura 4. “SIF-wand” mientras el usuario realiza acciones cotidianas”

gracias entre otras tecnologías a la Augmented Reality Cave.

Al quedar planteada una hipótesis en la cual el Usuario interactúa con una computadora directamente a través del entorno espacial inmediato, una de las cuestiones que se proponen es determinar cuál es el dispositivo interfaz de comunicación más adecuado para implementar dicho concepto de interacción.

El prototipo “SIF-Wand” constituye nuestra propuesta de dispositivo IPO para este escenario, un diseño cuyas características y concepto de funcionamiento puede convertirse en una óptima alternativa de dispositivo apuntador-interactuador de entrada para este sistema.

2. Descripción y Funcionamiento.

El dispositivo “SIF-wand” se ajusta de forma ergonómica, se adosa a la mano de modo similar a un anillo, lo que permite su rápida colocación y sustracción; El “SIF-wand” ocupa el espacio interdigital de los dedos Corazón e Índice, y parte de la cara dorsal de la mano; por su colocación permite mantener libre la zona palmar de manera que la mano queda libre para realizar movimientos de relativa complejidad, como accionar teclas o realizar tareas cotidianas.

El “SIF-Wand” es por tanto un tipo de herramienta invasiva que queda permanentemente adosada a la mano. Este concepto de herramienta no requiere dedicación exclusiva de la mano, permitiendo al usuario portar el dispositivo de forma pasiva durante todo el tiempo.

En el momento en que el usuario lo decida este puede accionar el dispositivo para interactuar libremente con los elementos controlados por el ordenador que se encuentren formando parte de su espacio cotidiano.

Este dispositivo se fundamenta en un sencillo mecanismo para alternar y así discriminar entre modo activo y modo pasivo a diferencia de dispositivos tipo Data Glove2 [1] o dispositivos Wand de sujeción manual.

Se reivindica como novedad, la posibilidad de “vestir” el dispositivo en todo momento, sin que ello interfiera el desempeño de tareas manuales cotidianas, puesto que el dispositivo no ocupa sustancialmente nuestra cara interior de la mano mientras lo portamos o “vestimos”.

El diseño es ergonómicamente compatible tanto para zurdos como para diestros; así mismo, se plantea la posibilidad de un uso simultáneo de dos dispositivos en ambas extremidades para implementar acciones complejas de manipulación.

2.1. Modo activo y modo pasivo.

Incorporado el dispositivo en la mano, funciona por defecto en modo pasivo (o en modo latente), Para alternar a modo de interacción el usuario sólo debe extender sus dedos (Índice y Corazón) y alcanzar el módulo que queda por encima de los

2 Data Glove: Dispositivo de interacción de captación de movimientos libres, de 3 o 6 DOF, cuya forma de sujeción al cuerpo se realiza adosando los sensores pertinentes a un guante; el usuario debe vestir el guante para usar la herramienta.

Figura 2. Simulación de IPO mediante “SIF-wand” con la información virtual vinculada a un objeto cotidiano

Figura 3. Esquema de colocación de la herramienta en la mano del operador.

dedos en el espacio interdigital, los dedos se acomodan en una forma ergonómica realizada al efecto que servirá para fijar con ambos dedos el módulo o “sexto dedo”; con un leve movimiento tractor se puede acercar éste hasta el espacio de acción de movimiento del pulgar. Con lo que conseguimos un “sexto dedo” oponible y accesible a cualquier movimiento fino-motor efectuado por nuestro pulgar. El pulgar puede de esta forma acceder y accionar cualquiera de los mandos o sensores alojados en dicho módulo y proporcionar entradas al ordenador. Cualquiera de estas intervenciones del pulgar haría pasar al dispositivo a modo activo. Después las distintas acciones detectadas por los sensores serán interpretadas y filtradas por las funciones de mapeado hasta propiciar la correspondiente respuesta interactiva.

2.2. Módulo de Mandos.

El módulo de mandos del “SIF-wand” o “sexto dedo” accionado por el dedo Pulgar, está diseñado para albergar distintas combinaciones de mandos y sensores, configurables en función de las necesidades de actuación que requiera cada tareas

a implementar en el sistema, (navegación, selección manipulación o control) [2,3], pudiéndose integrar al efecto distintas categorías de sensores (Isotónicos, Elásticos o Isométricos) [2,3], los cuales pueden llegar a proporcionar múltiples grados de libertad accionados desde el módulo, completando hasta un máximo de 8 DOF = 3 + 2 + 3 DOF, en cada mano, si el usuario usa “SIF-wand” (3 DOF de rotación + 2 DOF de traslación + 3 DOF de dimensionado, además de algunos mini interruptores-pulsadores dedicados a selección que podrían ser entre 4 y 5 unidades)

2.3. Modo referenciado al cuerpo.

Los grados de libertad proporcionados por el modulo de mandos (hasta 8 DOF), pueden a su vez complementarse según la necesidad con +3/+6 DOF de referencia Posición diferencial de mano respecto al cuerpo, para lo cual nuestra herramienta marcaría la posición espacial de nuestra mano respecto de nuestro punto de visión o respecto a nuestro cuerpo. Este extremo se lograría añadiendo un sensor de campo magnético Flock of Bird, sensor de Ultra sonido, Marcadores reflectores para posicionamiento por cámara de

Figura 5. Descripción del modo de discriminación entre modo activo y modo pasivo de la herramienta.

Figura 6 Ubicación de los distintos componentes previstos para el dispositivo.

Figura 7. Posición diferencial Mano-Cuerpo.

Infrarojos. Dichos sensores proporcionarán una posición espacial de nuestra mano, implementable o transferible como técnica de interacción o navegación por ejemplo con la técnica de de navegación o metáfora Go-Go.

3. Trabajo futuro.

Una vez implementadas y desarrolladas las distintas variantes, combinaciones de sensores según escenarios se prevé una importante actividad investigadora, sobre todo en el ámbito de medición taxonómico de usabilidad o en la comparación directa de la evaluación de esta herramienta de interacción frente a otros dispositivos de interacción ya existentes en el mercado de los dispositivos de interacción.

Conclusiones

La herramienta “SIF-wand” compite directamente con la identificación gestual de reconocimiento de imagen, si bien “SIF-wand” resulta ser una técnica invasiva frente a posicionamiento espacial mediante técnicas de imagen, sin embargo y a su favor resulta ser un método de captación más robusto que no requiere recursos de procesado dedicado, y obtiene datos en tiempo real; los sensores debidamente filtrados y mapeados consiguen movimientos y acciones del usuario de calidad sin efectos de temblor, y permiten una variedad más compleja de diferentes DOF tanto combinados como simultáneos, que aportan mayor calidad de precisión en los mismos; además de la ventaja de permitir múltiples inputs digitales con diferentes conmutadores o pulsadores. Un supuesto para el que la estrategia “SIF-wand” puede resultar más optima, se refiere a la metáfora utilizada para representar la rotación de figuras 3D; mientras otros dispositivos como los Data Glove para rotar 360º un objeto 3D, necesitarían repetidas maniobras de Acople y desacople

“Clutch y “Declutch” del objeto, por estar limitados directamente por la articulación de nuestra muñeca, Con el “SIF-wand” esta metáfora de captación de movimientos de rotación se resuelve con el uso de un Trackball (que permite capturar datos de movimientos angulares sinfín)

Agradecimientos

A los profesores Bernd Fröhlich y Wolfgang Sattler, de la Bauhaus Universität Weimar, su buena disposición y ayuda, al haber facilitado los recursos de esta universidad para la construcción de los primeros prototipos. Reconocer también la ayuda prestada por Jan Hochstrate y Alex Kulik. Mencionar también el intercambio de ideas y ayuda recibida a lo largo de varios meses de los profesores Miguel Gea (UGR), José Juan Cañas Delgado (UGR), Eugenio Martin (UGR), Carlos Andújar (UPC) y Pere Brunet (UPC). A todos ellos nuestro más sincero agradecimiento.

Referencias

[1] Bowman. D, Kruijff. E, LaViola Jr. J, Poupyrev. I, "3D User interfaces: theory and practice", Addison-Wesley Professional, 2004.

[2] Fröhlich, B, Hochstrate, J., Kulik, A., Huckauf, A. (2006) “On 3D Input Devices”, IEEE Computer Graphics and Applications, 26(2), pp. 15-19.

[3] Zhai. S, “Human Performance in Six Degrees of Freedom Input Control,” PhD thesis, Univ. of Toronto, 1995.

[4] Philips “uWand, nuevo concepto de interacción con el espacio cotidiano” http://www.philips.es/about/news/article-14952.html, (25/03/2007)

Figura 8. Prototipo Funcional, modulo de mandos.