Diretrizes para projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS Centro de Desenvolvimento Tecnológico Programa de Pós-Graduação em Computação. Dissertação. Diretrizes para projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça. Vinicius Kruger da Costa. Pelotas, 2018.

(2) Vinicius Kruger da Costa. Diretrizes para projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Computação da Universidade Federal de Pelotas, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Ciência da Computação. Orientadora:. Prof. Dra. Tatiana Aires Tavares. Pelotas, 2018.

(3) Universidade Federal de Pelotas / Sistema de Bibliotecas Catalogação na Publicação. C837d Costa, Vinicius Kruger da Diretrizesparaprojetodeinterfacesgráficasdousuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça / Vinicius Kruger da Costa ; Tatiana Aires Tavares, orientadora. — Pelotas,2018. 170 f. : il. Dissertação (Mestrado) — Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, 2018. 1.Interaçãohumano-computador. 2.Interface de usuário.3. Tecnologiaassistiva.4.Interfacegráficade usuário.I.Tavares, TatianaAires,orient.II.Título. CDD : 005 Elaborada por Maria Inez Figueiredo Figas Machado CRB: 10/1612.

(4) Dedico esse trabalho a todos que tentam fazer do mundo um lugar melhor..

(5) AGRADECIMENTOS. A minha família de nascimento: pai, mãe e minha super irmã, pelo suporte diário nos momentos de dificuldade, pelas palavras de incentivo e carinho. A minha namorada Juliana que riu e chorou comigo lendo as ementas das disciplinas de uma área desconhecida inicialmente para mim, participando não somente no apoio afetivo, mas na prática com experimentos, viagens e escritas. A minha nova família: aos grandes amigos do peito, Rafael, Tauã, Marcelo, Márcio e a super Andréia que me apresentou a orientadora e todo esse mundo novo. Não esquecerei jamais de vocês por toda a ajuda, das tardes de estudos e as cervejas compartilhadas. A minha "mãe/irmã"orientadora Tatiana, não somente pelas orientações técnicas científicas, mas pela amizade e pelo exemplo de amor e dedicação com a educação e com o próximo. A todo time WeTech pelo apoio nas atividades que desenvolvemos, com comprometimento, companheirismo, risadas e muita troca de conhecimento, Krishna, Jamir, Matheus, Adriano, Cleber, e todos os demais, só posso dizer que aprendo cada dia mais com cada um de vocês. A todos aqueles que de algum modo direto ou indireto contribuíram para que esse trabalho fosse realizado, desde os voluntários que participaram dos experimentos, colegas da Coordenadoria de Design do IFSul e do PPGC da UFPel, esse trabalho também e para vocês..

(6) "Para as pessoas sem deficiência a tecnologia torna as coisas mais fáceis. Para as pessoas com deficiência, a tecnologia torna as coisas possíveis." — M ARY PAT R ADABAUGH.

(7) RESUMO. COSTA, Vinicius Kruger da. Diretrizes para projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça. 2018. 171 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018. Novas formas de interação com Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) têm sido cada vez mais utilizadas em diferentes contextos. A evolução tecnológica permitiu que hoje tivéssemos acesso a uma variedade de novos dispositivos e/ou softwares que permitem a manipulação de informações nos sistemas computacionais de modo não convencional. Dentre os cenários de uso desses novos estilos de interação, destaca-se pelo seu potencial de impacto, o uso de dispositivos de interação para provimento de acessibilidade, especialmente para facilitar o uso do computador. No Brasil 23,9% da população apresenta algum tipo de deficiência, sendo que desse universo 7% tem deficiência motora, desde restrições leves temporárias até condições severas e permanentes. Garantir a acessibilidade desses usuários ao uso das Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) tem sido assunto recorrente de pesquisas na área da Interação Humano-Computador (IHC). Através do uso de Tecnologia Assistiva (TA), usuários com algumas capacidades preservadas conseguem utilizar-se de diversos tipos de interação para entrada de dados de dados, sendo uma das mais utilizadas as baseadas no uso do rastreamento de movimentação de cabeça/olhos. Contudo essa adaptação na forma de interação ocorre somente numa das partes da Interface do Usuário (IU) não garantindo a melhor experiência de uso dessas tecnologias quando em conjunto com a saída nas IGU, as quais são comumente utilizadas na maioria das TICs do nosso cotidiano (computadores, smartphones, tablets, jogos eletrônicos). Portanto, o objetivo geral desse trabalho é desenvolver diretrizes para projetos de novas IGU que utilizam de interação baseada no rastreamento do movimento de cabeça. Através da Revisão Sistemática de Literatura (RSL), definiu-se o estado-da-arte na área de pesquisa e a necessidade de desenvolvimento do trabalho com práticas do Design Centrado no Usuário (DCU) com ciclos de experimentos. O resultado desse trabalho apresenta um conjunto abrangente de boas práticas para designers de interação no projeto de IGU mais aderentes às tecnologias que permitem essa interação baseada em movimento da cabeça, com acessibilidade e uma melhor experiência de uso. Palavras-Chave: interação humano-computador; interface de usuário; tecnologia assistiva; interface gráfica de usuário.

(8) ABSTRACT. COSTA, Vinicius Kruger da. Guidelines for Graphical User Interface (GUI) design with interaction based on head movements. 2018. 171 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018. New forms of interaction with Graphical User Interface (GUI) are increasingly used in different contexts. Technological evolution has allowed access to a variety of new devices / softwares that manipulate information in computional applications in an unconventional way. Among the various contexts, accessibility is highlighted by the potential use of these new interaction devices, with the aim to allow use of computers by people with disabilities. In Brazil 23.9% of the population has some type of disability, 7% of them motor disability, ranging from temporary, severe and permanent conditions. Promove accessibility to the use of Information and Communication Technologies (ICTs) has been a recurring subject of research in the area of Human-Computer Interaction (HCI). Through of Assistive Technology (AT), users with some abilities can use various types of interaction for data input, the most used are based on head/eyes movement tracking. However, this adaptation in the form of interaction occurs only in one of the sides of the User Interface (UI), not guaranteeing the best experience of using when combined with data output in the GUI, which are used in most everyday ICTs (computers, smartphones, tablets, digital entertainment). Therefore, the aim of this work is to provide guidelines for new GUI projects that use interaction based on head movement tracking. Through Systematic Review of Literature (SRL), state-of-the-art was defined in the research area and the need to develop the work with User-Centered Design (UCD) approach with cycles of experiments. The result of this work presents a comprehensive set of best practices for interaction designers in GUI design with technologies that allow this interaction based on head movement, promoving accessibility and a better user experience.. Key-words: human-computer interaction; user interface; assistive technology; graphical user interface.

(9) LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5. Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15. Relação entre dispositivos de entrada de dados (novas formas de interação e dispositivos não convencionais) e saída gráfica visual através da IGU. Fonte: Autor (2018) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceito visual sobre Interface de Usuário (IU) com todos os elementos do processo de interação num determinado contexto de uso. Fonte: (MICROSOFT, 2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Primeiro conceito de IGU feito pela Xerox em 1981. Fonte: (GALITZ, 2007) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Infográfico com os elementos básicos da IGU, segundo paradigma WIMP - Windows, Icons, Menus and Pointer. Fonte: Autor (2018) . Protótipos de TA ajustados a diversos níveis de deficiência motora para interação com IGU. Fonte: (HUO, 2011) (PEDROSA; PIMENTEL, 2014) (HAKONEN; PIITULAINEN; VISALA, 2015) (RODRIGUES et al., 2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ilustração dos movimentos de cabeça. Fonte: (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gráfico representativo do comprometimento motor conforme nível de lesão na coluna cervical Fonte: (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006) Input de dados por PcDM nos artigos finais selecionados. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Output de dados por PcDM nos artigos finais selecionados. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interface gráfica de calibração do software Camera Mouse. Fonte: BETKE; GIPS; FLEMING (2002) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interface Gráfica de Calibração do VisiUMouse. Fonte: (XAVIER et al., 2017) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Da esquerda para direita: FHCI, FM e BlinkMouse Fonte: (ANTUNES et al., 2016) (BIAN et al., 2016) (MARNIK, 2014) . . . . . . . . ENLAZA e IRISCOM contempla rastreamento multimodal; Fonte: (CLEMOTTE et al., 2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Da esquerda para direita: DOSVOX Gyro, The Mouse Emulator e IOM. Fonte: (CRUZ et al., 2015) (MULFARI et al., 2015) (RODRIGUES et al., 2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Da esquerda para direita: QVirtboard e Gravity Controls. Fonte: (NOWOSIELSKI, 2016) (HEUMADER; MIESENBERGER; NUSSBAUM, 2012) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17. 22 23 24. 28 30 30 33 34 36 36 37 37 38 38.

(10) Figura 16 Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20. Figura 21 Figura 22 Figura 23 Figura 24 Figura 25 Figura 26 Figura 27 Figura 28 Figura 29 Figura 30 Figura 31 Figura 32 Figura 33 Figura 34. Interface Gráfica de Usuário experimental utilizada em MACKENZIE (2016) com os 13 alvos em um arranjo circular. Fonte: (MACKENZIE, 2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tela do jogo One Switch Ladybugs na qual a joaninha vermelha (superior esquerda) que salta está sendo selecionada. Fonte:(ACED LOPEZ; CORNO; DE RUSSIS, 2015) . . . . . . . . . Suíte da aplicação do ActiveIris que fica na lateral da tela. Fonte: (LEVY et al., 2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teclado Virtual da aplicação do ActiveIris. Fonte: (LEVY et al., 2013) Submenu Exibir do software Calculadora do Windows com adaptação feita pelo Menu Controller (parte inferior da tela) substituiu os pequenos itens agrupados pelo menu deslizante com botões maiores. Fonte: (KWAN et al., 2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Barra de ferramentas logo acima da barra de tarefas do Windows com as funcionalidades previstas em BLIGNAUT (2016). Fonte: (BLIGNAUT, 2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tela da aplicação de BLIGNAUT (2016) com possibilidades de customização para interação com IGU. Fonte: (BLIGNAUT, 2016) . . . Fluxo de um Ciclo de desenvolvimento de projeto seguindo o DCU. Fonte: (LOWDERMILK, 2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fluxo de desenvolvimento da dissertação seguindo o DCU. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Primeira avaliação com IGU e interação baseada em movimento de cabeça com uso do dispositivo IOM. Fonte: Autor . . . . . . . . . . Segunda avaliação relacionando IGU e interação baseada em movimento de cabeça com dispositivo IOM. Fonte: Autor . . . . . . . . IGU de algumas telas do Software de Configuração do IOM. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Usuário voluntário no cenário de teste com Software de Configuração do IOM. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gráficos de representação de percepção (a esquerda) e de valores médios por dimensões (a direita) da EU na interação com IGU por movimento de cabeça, gerados pela ferramenta AttrakDiff. . . . . . Experimento de avaliação de interação com interface tangível por input de movimento de cabeça, com o jogo Doce Labirinto. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Storyboard de estruturação e game design para aplicação no Doce Labirinto. Fonte: Autor (2017) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gráficos de representação de percepção (a esquerda) e de valores médios por dimensões (a direita) da EU na interação com ITU por movimento de cabeça, gerados pela ferramenta AttrakDiff . . . . . . Gráficos de representação de percepção (a esquerda) e de valores médios por dimensões (a direita) da EU na interação com TUI e IGU por movimento de cabeça, gerados pela ferramenta AttrakDiff . . . Interface Gráfica de Usuário experimental do protocolo Fitts Law (MACKENZIE, 2016) Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42 46 47 48. 49 50 50 54 54 57 59 62 63 64 65 65 67 69 71.

(11) Figura 35 Figura 36 Figura 37 Figura 38 Figura 39. Figura 40. Figura 41 Figura 42. Figura 43 Figura 44 Figura 45 Figura 46 Figura 47 Figura 48. Comparativo das médias finais de desempenho de velocidade nos dispositivos IOM e Camera Mouse nos diversos tamanhos de alvo (T) e distâncias (D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparativo velocidade (ms/t) vs. taxa de erro (%) . . . . . . . . . Gráficos de representação de percepção (a esquerda) e de valores médios por dimensões (a direita) da EU na interação com IGU por movimento de cabeça, gerados pela ferramenta AttrakDiff . . . . . . Cenário de testes para Ciclo de Refinamento de Diretrizes. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gráfico de eficiência com médias em milissegundos/tentativa (ms/t) em cada um dos blocos, distâncias teste (D) (300 e 500 pixels) e diâmetros alvos (A) (30, 60 e 100 pixels) entre os diversos dispositivos comparados, sem o uso das boas práticas (sem BP) e com aplicação das boas práticas (com BP). . . . . . . . . . . . . . . . . Gráfico com médias de taxas de erro (em porcentagem) em cada um dos blocos, distâncias teste (D) (300 e 500 pixels) e diâmetros alvos (A) (30, 60 e 100 pixels) entre os diversos dispositivos comparados, com e sem a aplicação das boas práticas . . . . . . . . . . . Elemento gráfico de feedback visual gerado pelo dispositivo Tobii. Fonte: Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gráficos de representação de percepção (a esquerda) e de valores médios por dimensões (a direita) da EU na interação com IGU por movimento de cabeça, utilizando ferramenta AttrakDiff . . . . . . . . Exemplos de elementos das IGUs, sem (acima) e com (abaixo) aplicação de diretrizes para interação baseados movimentos de cabeça. Fonte:Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de IGU disponibilizados aos participantes do grupo focal. Fonte:Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voluntários do grupo focal projetando uma IGU para interação baseada em movimentos de cabeça, utilizando os elementos disponibilizados. Fonte:Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grupo Focal - Protótipo de baixa fidelidade do projeto de IGU para interação por movimento de cabeça desenvolvido pelo Grupo 1. . . Grupo Focal - Protótipo de baixa fidelidade do projeto de IGU para interação por movimento de cabeça desenvolvido pelo Grupo 2. . . Grupo Focal - Protótipo de baixa fidelidade do projeto de IGU para interação por movimento de cabeça desenvolvido pelo Grupo 3. . .. 72 73 74 77. 80. 81 82 83. 93 95 96 97 97 98.

(12) LISTA DE TABELAS. Tabela 1 Tabela 2. Tabela 3 Tabela 4. Tabela 5 Tabela 6. Tabela 7. Dispositivos ou softwares que possibilitam interação em IGU baseada em rastreamento de movimento de cabeça, segundo RSL desenvolvido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabela comparativa entre trabalhos relacionados e recomendações/diretrizes por elemento da IGU para interação baseada em movimento de cabeça ou olhos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Médias de execução das tarefas em segundos / total de erros em clique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Médias de eficiência em milissegundos/tentativa (ms/t) com taxas de erros (porcentagem) em cada um dos blocos, distâncias (D) teste (300 e 500 pixels) e diâmetros dos alvos (A) (30, 60 e 100 pixels) entre os diversos dispositivos comparados . . . . . . . . . . . . . . Velocidade desempenho e taxa de erros vs.experiência no uso do dispositivo IOM e software Camera Mouse. . . . . . . . . . . . . . . Médias de eficiência em milissegundos/tentativa (ms/t) com taxas de erros (porcentagem) em cada um dos blocos, distâncias teste (D) (300 e 500 pixels) e diâmetros alvos (A) (30, 60 e 100 pixels) entre os diversos dispositivos comparados, com boas prática (1) e sem a aplicação das boas práticas (2). . . . . . . . . . . . . . . . . Resumo dos Ciclos de desenvolvimento para projeto de diretrizes para projeto de IGUs com interação baseada em movimentos de cabeça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35 51 60. 72 73. 79 85.

(13) LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS. EU. Experiência do Usuário. IGU. Interface Gráfica do Usuário. IHC. Interação Humano-Computador. IOM. Interface Óculos Mouse. ITU. Interface Tangível do Usuário. IU. Interface de Usuário. TA. Tecnologia Assistiva. TICs. Tecnologias da Informação e Comunicação. PcDM. Pessoa com Deficiência Motora. PcMCP Pessoa com Movimento de Cabeça Preservados RSL. Revisão Sistemática de Literatura.

(14) SUMÁRIO. . . . . . .. 15 16 18 18 19 20. 2 ARCABOUÇO TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Interface Gráfica do Usuário (IGU): características, elementos e interação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Tecnologia Assistiva como possibilidade de interação com IGU . . . 2.3 Movimentos de Cabeça: potencialidades e limitações para interação com IGU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . 1.1 Contexto e motivação . . 1.2 Objetivos . . . . . . . . . 1.3 Metodologia . . . . . . . 1.4 Projetos parceiros . . . . 1.5 Estrutura da dissertação. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. 22 27 29 32 32. 3 ESTADO DA ARTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Revisão Sistemática de Literatura (RSL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Dispositivos/softwares para interação com IGU baseados em movimentos de cabeça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Características dos dispositivos/softwares para rastreamento do movimento de cabeça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Métodos de avaliação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Trabalhos relacionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Análise dos trabalhos relacionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39 41 44 51. 4 CICLOS DE EXPERIMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Design Centrado no Usuário (DCU) . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Ciclo Exploratório e de Observações . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Observações iniciais - Primeira Avaliação . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Usabilidade com foco em tarefas - Segunda Avaliação . . . . . . 4.3 Ciclo de Proposições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Interação com IGU por movimentos da cabeça - Avaliação de EU 4.3.2 Interação com ITU por movimento de cabeça - Avaliação de EU 4.4 Ciclo Propostas Diretrizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Avaliação de Usabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Avaliação de EU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3 Proposição Diretrizes preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Ciclo Refinamento Diretrizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.1 Avaliação de Usabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53 53 56 56 58 61 62 64 69 70 73 75 76 78. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 34.

(15) 4.5.2 Avaliação de EU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.3 Discussão sobre Diretrizes preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Lições aprendidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.1 5.2 5.3 5.4. DIRETRIZES PARA PROJETO DE INTERFACES GRÁFICAS DE USUÁRIO (IGU) COM INTERAÇÃO BASEADA EM MOVIMENTOS DE CABEÇA Definições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diretrizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemplos de aplicabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Validação de aplicabilidade - Grupo focal . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 6.1 Conclusões . . . . . . . . 6.2 Limitações . . . . . . . . 6.3 Contribuições . . . . . . 6.4 Trabalhos futuros . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . . .. 82 83 84 88 88 89 92 94 101 101 102 102 103. REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 ANEXO A. VALIDAÇÃO CONSELHO DE ÉTICA - PLATAFORMA BRASIL . . 111. APÊNDICE A. REVISÃO SISTEMÁTICA DE LITERATURA SOBRE INTERFACES DE USUÁRIO (IU) EM TECNOLOGIA ASSISTIVA (TA) PARA ACESSIBILIDADE AO COMPUTADOR POR PESSOAS COM DEFICIÊNCIA MOTORA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116. APÊNDICE B. TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO CESSÃO DE DIREITO DE USO DE GRAVAÇÃO E REGISTRO PARA FINS EDUCACIONAIS/CIENTíFICOS . . . . . . . . . . . 140. APÊNDICE C. QUESTIONÁRIO DE SATISFAÇÃO E USABILIDADE . . . . . 142. APÊNDICE D. RESULTADOS QUESTIONÁRIO DE SATISFAÇÃO E USABILIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146. APÊNDICE E. QUESTIONÁRIO DE AVALIAÇÃO DE EXPERIÊNCIA DE USUÁRIO - ATTRAKDIFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154. APÊNDICE F. QUESTIONÁRIO DE SISTEMA DE ESCALA DE USABILIDADE (SUS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160. APÊNDICE G. RESPOSTAS GERADAS NO QUESTIONÁRIO DE SISTEMA DE ESCALA DE USABILIDADE (SUS) . . . . . . . . . . . . . . 163. APÊNDICE H. TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO CESSÃO DE DIREITO DE USO DE GRAVAÇÃO E REGISTRO PARA FINS EDUCACIONAIS/CIENTíFICOS . . . . . . . . . . . 169.

(16) 1. INTRODUÇÃO. A área de pesquisa sobre Interação Humano-Computador (IHC) preocupa-se com o projeto, implementação e avaliação dos sistemas computacionais no seu relacionamento com os usuários (MARSH, 1990). Com uma abordagem multidisciplinar, a IHC não só estabelece padrões nesse relacionamento entre o homem e a máquina, como também busca entender quais os impactos de uma determinada tecnologia na vida das pessoas e em como a interação deve ser abordada para oferecer conforto, bem-estar e facilidade de uso (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). Essa interação é dada pela entrada e saída de dados, através das quais as pessoas se relacionam com os sistemas computacionais em Interfaces de Usuário (IU). Portanto, projetar uma IU é refletir sobre essa ponte de comunicação, já que as interfaces funcionam como as tradutoras que possibilitam a manipulação de dados em diversos níveis, constituindo-se importante instrumento de nossa cultura e, sua utilização por todos, um meio concreto de inclusão no mundo (LÉVY; COSTA, 1993). Historicamente o desenvolvimento das IU ocorreu dentro de paradigmas criados na própria evolução tecnológica dos dispositivos computacionais. Se no início era necessário falar a linguagem das máquinas, através de uma IU com linhas de comando inseridas do teclado (Interface baseada em comandos), hoje dispõe-se de uma infinidade de possibilidades de interação mais próximas a linguagem humana, como por exemplo, através de dispositivos que monitoram um simples balançar de nossa cabeça (gesto / Interface natural), ou da fala (voz / Interface por comandos de voz) como uma ação de entrada para uma determinada saída em uma dada tecnologia (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). Apesar de todas essas novas formas de entradas propiciadas pelo avanço das IU, com interações não convencionais (para além do uso de dispositivos tradicionais como teclado e mouse), o paradigma de saída de dados com os sistemas computacionais é fortemente pautado pela Interface Gráfica do Usuário (IGU) (GALITZ, 2007). A IGU surgiu como facilitadora no processo de difusão do computador como ferramenta de trabalho e lazer, pois utiliza metáforas visuais gráficas como base de interação dentro de um “espaço de tela”, na qual a organização dos elementos visuais.

(17) 16. influencia diretamente a experiência de usuário e a usabilidade desses sistemas computacionais (ISHII, 2008). O objetivo desse trabalho reside justamente na investigação e discussão desse relacionamento entre essas formas de input não convencionais, especificamente interações baseadas em movimento de cabeça, com as IGU. Propõe-se como contribuição principal dessa dissertação estabelecer boas práticas para o projeto de IGU mais adaptadas a esse tipo específico de interação, considerando as características dos movimentos, dos dispositivos e softwares envolvidos. Além do fato desse tipo de interação ser relacionada a questões de acessibilidade, ao uso do computador por Pessoas com Deficiência Motora (PcDM), contribui-se, através dessa trabalho, para produção de novas possibilidades desse contexto na perspectiva da IHC para qualquer perfil de usuário que necessite de uma IU para uso com as mãos livres.. 1.1. Contexto e motivação. Dentre os cenários de uso desses novos estilos de interação, destaca-se pelo seu potencial de impacto, o uso desses dispositivos/softwares para provimento de acessibilidade, especialmente para o uso do computador por Pessoas com o Movimento da Cabeça Preservados (PcMCP). Segundo dados da World Health Organization (WHO), estima-se que 15% da população mundial (cerca de 1 bilhão de pessoas em 2011) possuíam “deficiências graves ou moderadas” (WHO, 2011), enquanto 3,8% ou cerca de 190 milhões apresentavam “deficiências graves”. Só no Brasil, de acordo com o último censo disponível pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas (IBGE), existem cerca de 45,6 milhões de pessoas com deficiência, o que corresponde a 23,9% da população brasileira (IBGE, 2010). Deste total 7% apresentam deficiências motoras que incluem desde restrições leves e temporárias (tremores, falta de mobilidade de um membro do corpo, por exemplo), outras severas e permanentes (tetraplegia, por exemplo) a quadros de doenças degenerativas (esclerose lateral amiotrófica, por exemplo) que evoluem e retiram diversas capacidades sensoriais. Criar as condições necessárias à acessibilidade das Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) para esse perfil de usuário, permitindo a interação desses da forma mais natural possível, constitui-se desafio e campo fértil de pesquisa em IHC. Percebe-se, portanto, que as características humanas e os estilos de interação são fatores determinantes no modo como se estrutura a relação de uso das TICs através de suas interfaces. Qualquer interação com uma IGU, por exemplo, se dá através da interação no nível.

(18) 17. mais básico, o que compreende o uso do apontador em tarefas simples como: clicar, selecionar, arrastar os diversos elementos exibidos na tela, o que gera uma dependência dos sentidos básicos do nosso corpo: como visão, audição, tato e da capacidade de movimentar o corpo (BARBOSA; SILVA, 2010). Nesse contexto, usuários com alguma deficiência encontram dificuldades para utilização de uma IGU, já que precisam de dispositivos/softwares auxiliares que possibilitem as interações com essa interface (RODRIGUES; ALVES, 2013). A Tecnologia Assistiva (TA) surge como resposta a essa demanda por dispositivos/softwares que permitam, ou melhorem, o uso da IGU por PcDM no acesso ao uso das TICs, conferindo-lhes autonomia e inclusão em atividades cotidianas, como no trabalho e na educação (SHINOHARA; WOBBROCK, 2016). Se de um lado temos TA com dispositivos/softwares mais adaptados para input, o processo de interação potencialmente encontra barreiras ao se relacionar com a outra ponta do processo (output visual do sistema), já que as IGU não estão adaptadas a essas formas de interação não convencionais, conforme exemplificado na Figura 1.. Figura 1 – Relação entre dispositivos de entrada de dados (novas formas de interação e dispositivos não convencionais) e saída gráfica visual através da IGU. Fonte: Autor (2018) Conforme levantamento feito em COSTA et al. (2017), e referendado por uma Revisão Sistemática de Literatura sobre essa dinâmica (Apêndice A), a forma mais recorrente de interação por PcDM se estabelece por input de dados com rastreamento de movimento dos olhos e da cabeça com output através de uma IGU. Portanto, justifica-se a importância de investigação na relação entre input de dados baseados em movimentação de cabeça e o quanto uma adaptação dos elementos da IGU sobre os níveis mais básicos de interação em tarefas como clicar, arrastar, selecionar e nos seus elementos gráficos mais básicos como ícones, menus, janelas e apontadores, pode impactar numa melhor experiência de usuário nessa IU..

(19) 18. 1.2. Objetivos. O objetivo geral proposto por esse trabalho é apresentar diretrizes para o projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) que utilizam o rastreamento de movimento da cabeça como estilo de interação. Como objetivos específicos: • Analisar os processos de Interação Humano-Computador voltados ao uso com Tecnologia Assistiva por Pessoas com Deficiência Motora; • Identificar os estilos de interação mais comumente envolvidos na Experiência de Usuário (EU) voltados a Tecnologia Assistiva por Pessoas com Deficiência Motora; • Sistematizar aspectos projetuais, a partir da abordagem do Design Centrado no Usuário (DCU), para desenvolvimento de Interfaces de Uso (IU) adaptadas ao escopo do trabalho; • Criar protótipos funcionais para estudo de viabilidade de aplicação das diretrizes preliminares no projeto de desenvolvimento de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) adaptadas a interação baseada em movimento de cabeça; • Avaliar e refinar diretrizes preliminares através de testes de Usabilidade e de Experiência de Usuário; • Aplicar a sistematização dos resultados obtidos em experimentos práticos.. 1.3. Metodologia. Com relação a metodologia de pesquisa, utilizou-se a Revisão Sistemática de Literatura (RSL) (PETERSEN et al., 2008) como base para mapeamento do estadoda-arte das relações de UI utilizadas por TA para acessibilidade das TICs por PcDM. Como resultado dessa RSL temos o Apêndice A - Revisão Sistemática de Literatura sobre Interfaces de Usuário (IU) em Tecnologia Assistiva (TA) para acessibilidade ao computador por pessoas com deficiência motora, com todo protocolo detalhado de busca exploratória por artigos na área, bem como o Capítulo 3 - Estado da Arte, presente nessa dissertação. Já a metodologia de desenvolvimento para levantamento das diretrizes, optouse por utilizar a abordagem do Design Centrado no Usuário (DCU) (LOWDERMILK, 2013), propiciando uma melhor experiência de uso, através do foco em como os usuários se relacionam com um determinado produto/serviço. A utilização da abordagem DCU, com seus ciclos de desenvolvimento, direcionou a aplicação de diversos experimentos dentro do cenário proposto, com publicações de.

(20) 19. resultados parciais durante o andamento desse trabalho, os quais estão consolidadas no Capítulo 4 - Ciclos de Experimentos. Criou-se condições necessárias para consolidação da contribuição principal dessa dissertação, apresentadas no Capítulo 5 - Diretrizes para o projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça, as quais foram exemplificadas visualmente e validadas através de um Grupo Focal, composto por especialistas em design de interação.. 1.4. Projetos parceiros. Esse trabalho foi concebido como um desdobramento dos projetos de pesquisa desenvolvidos em conjunto com o Grupo WeTech 1 do qual fazem parte: o Instituto Federal Sul-rio-grandense de Ciência, Educação e Tecnologia (IFSul); em conjunto com o Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Universidade Federal de Pelotas (CDTec - UFPel). O objetivo desse grupo é fomentar a investigação e proposição de tecnologias vestíveis, com foco em acessibilidade, às TICs por pessoas com deficiência. O WeTech conta com a participação de professores colaboradores de ambas instituições de ensino, bem como de estudantes bolsistas e voluntários de diversos cursos (Ciência e Engenharia da Computação, Tecnologia e Sistemas para Internet, Bacharelado em Design e Engenharia Elétrica), além de suporte de instituição de retaguarda para condução de testes (Associação de Pais e Amigos dos Excepcionais APAE - Pelotas). Um dos principais projetos que fomentou essa pesquisa é a criação de um dispositivo de TA chamada IOM (Interface Óculos Mouse), o qual permite, através de um óculos com sensores embarcados (giroscópio e acelerômetro), o controle do apontador na IGU somente com a movimentação de cabeça do usuário (head tracker ). Essa tecnologia é desenvolvida pelo grupo WeTech e já gerou três depósitos de registro no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI) do Brasil, a saber: Patente de Invenção, registro de Desenho Industrial e de software de calibração e uso do dispositivo (MACHADO, 2010). Outro projeto em desenvolvimento no grupo, e em vias de registro, é o software VisiUMouse (XAVIER et al., 2017), o qual utiliza a webcam do computador como equipamento para captar imagens e, através de visão computacional, permitir o rastreamento do movimento da cabeça do usuário para controle do apontador. Além de financiamento das próprias instituições de ensino envolvidas, o WeTech conta com suporte, em alguns projetos/pesquisas, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). 1 Grupo de Pesquisa 0649654238022940. Wearable. Technologies. http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/.

(21) 20. Algumas das pesquisas e projetos relacionados que estão sendo desenvolvidos pelo Grupo de Pesquisa WeTech: • Projeto de Interfaces Gráficas do Usuário (IGU) com interação baseada em movimentos de cabeça: objeto dessa dissertação, visa o desenvolvimento de diretrizes para projeto de IGU que utilizem interação baseada em movimentos de cabeça; • Concepção de uma Plataforma de Desenvolvimento voltada a Tecnologia Assistiva de Alto Nível: criação de técnicas para desenvolvimento de aplicações com soluções voltadas a TA de alto nível, visando a criação de uma arquitetura; • Interface Óculos Mouse (IOM): desenvolvimento de dispositivo de TA vestível que permitirá à PcDM o controle do apontador numa IGU através da movimentação da cabeça; • IOM4home: aplicação assistiva que através de uma IGU visa permitir que PcDM (principalmente nos membros superiores), possam controlar os ambientes domésticos de uma residência, com maior simplicidade e autonomia, utilizando como meio de interação a movimentação de cabeça com uso do dispositivo IOM (PEROBA et al., 2017); • VisiUMouse: software capaz de permitir o controle do apontador no computador por PcDM, por meio do rastreamento do movimento da cabeça (via webcam), usando os olhos e cabeça como ponto de referência (XAVIER et al., 2017); • Metodologias de Avaliação em Interação Humano-Computador voltadas à TA: investigação das metodologias de avaliação de dispositivos para a interação com o computador focados em TA.. 1.5. Estrutura da dissertação. Essa dissertação foi estruturada em seis capítulos: Capítulo 1 - apresentou o contexto do problema de pesquisa, motivação e justificativa para desenvolvimento, os objetivos e métodos, bem como projetos parceiros desse trabalho; Capítulo 2 - apresenta o arcabouço teórico geral do trabalho, com os eixos temáticos principais que norteiam a dissertação; Capítulo 3 - traz um estudo detalhado sobre o estado da arte em trabalhos relacionadas ao objeto de pesquisa dessa dissertação, encontrados a partir da Revisão Sistemática de Literatura (Apêndice A); Capítulo 4 - apresenta resultados de testes dos experimentos dentro dos ciclos de desenvolvimento desse trabalho, contextualizando-os na busca dos parâmetros para definição das diretrizes.

(22) 21. finais propostas; Capítulo 5 - consolida os resultados do capítulo anterior, discutindoos para o desenvolvimento das diretrizes para projeto de IGU para interação baseada em movimentos de cabeça, objetivo e contribuição principal desse trabalho; Capítulo 6 - apresenta as considerações finais da dissertação, com suas limitações e perspectivas de trabalhos futuros..

(23) 2. ARCABOUÇO TEÓRICO. Nesse capitulo apresentam-se alguns conceitos teóricos para entendimento do processo de interação com IGU, baseado em movimentos de cabeça, tais como: definição das características e elementos de uma IGU e seu processo de interação; novos potenciais usos desse tipo de IU; bem como limitações e potencialidades no uso dos movimentos de cabeça como forma de entrada de dados. Com base nesse conhecimento desenvolveu-se um cenário para delimitação do estado da arte desse tipo de dinâmica de IHC apresentado no capítulo a seguir.. 2.1. Interface Gráfica do Usuário (IGU): características, elementos e interação. Segundo BARBOSA; SILVA (2010) uma IU se caracteriza pelo espaço no qual ocorre o processo de interação entre usuário e sistemas computacionais. Essa interação é feita por (a) um usuário, (b) com um objetivo específico e (c) dentro de uma aplicação num sistema computacional, conforme exemplificado na Figura 2.. Figura 2 – Conceito visual sobre Interface de Usuário (IU) com todos os elementos do processo de interação num determinado contexto de uso. Fonte: (MICROSOFT, 2010).

(24) 23. Isso só é possível através de dispositivos de entrada (input) de dados, os quais, após serem processados no computador, geram uma saída (output) desses em outra série de dispositivos. Comumente tem-se que os dispositivos mais utilizados como input de dados nos computadores são o mouse e o teclado, sendo a output mais utilizada a interface gráfica (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). A Interface Gráfica do Usuário (IGU), tal como a conhecemos hoje, teve origem no desenvolvimento feito pela empresa Xerox em 1981 (Figura 3). O conceito principal desse tipo de IU, desde o princípio, se baseia num modelo cognitivo que utiliza o conhecimento prévio do usuário, através de metáforas de utilização de um escritório real, não havendo desse modo a necessidade de aprendizagem de linguagens de comando específicas da computação (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013).. Figura 3 – Primeiro conceito de IGU feito pela Xerox em 1981. Fonte: (GALITZ, 2007) O princípio de interação na IGU é simples, basta o usuário entender que para fazer algo no computador o funcionamento se dá de forma similar ao mundo real, por exemplo, para excluir um arquivo é necessário só arrastá-lo com o apontador do mouse para o ícone da lixeira, para abrir um determinado grupo de documentos é necessário abrir uma estrutura de pastas, tal como se faz num escritório de verdade (GALITZ, 2007). A IGU tem sua interação dada pela manipulação direta, na qual objetos digitais devem ser projetados na interface virtual gráfica, de modo que possam sofrer interação de modo análogo ao que ocorre com objetos físicos, permitindo que os usuários tenham a sensação de controle direto desses objetos digitais na tela do computador (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). Isso ajuda usuário iniciantes, possibilita usuários experientes mais produtividade, reduz ansiedades e ajuda todo e qualquer perfil de usuário a ganhar confiança e habilidade ao se sentir no controle. As metáforas de uso com manipulação direta dos objetos digitais, possibilitadas.

(25) 24. pelo uso dos dispositivos de entrada mouse/teclado e a consolidação de mercado do computador pessoal, com uso de sistemas operacionais que privilegiaram a interface gráfica (Mac OS e Microsoft Windows), foram fatores determinantes na difusão e consolidação desse modelo de IGU como onipresente na nossa relação cotidiana com os sistemas computacionais (GALITZ, 2007). Nesse processo cresce a relevância do uso do mouse como dispositivo principal de entrada para a IGU, já que o mesmo permite todas as ações de modo direto (como mover o apontador, clicar, por exemplo), utilizando a motricidade fina conferida pela ação da mão e principalmente dos dedos. O mouse funciona como uma extensão da "mão real"dentro da interface gráfica virtual bidimensional gerada pela IGU. Nesse sentido, o apontador que possibilita essa interação é representado comumente por uma seta (apontador), conforme podemos ver na Figura 4. Mesmo sendo a principal forma de IU há mais de 30 anos, as IGU tiveram pouca evolução nesse período. Pode-se dizer que essa evolução se deu mais em questões estéticas gráficas (elementos tridimensionais, mais possibilidades de cor e tipografia) do que grandes mudanças de paradigma sobre os elementos básicos que constituem essa forma de interagir com as interfaces gráfica. O grande paradigma dado da IGU (Figura 4) baseia-se ainda no uso geral de grupos de objetos em sua interface, classificados em quatro categorias: janelas, ícones, menus e apontadores (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013):. Figura 4 – Infográfico com os elementos básicos da IGU, segundo paradigma WIMP Windows, Icons, Menus and Pointer. Fonte: Autor (2018). • Janelas - podem esticar, abrir, fechar e se movimentar pela tela usando o apontador controlado pelo mouse, agrupam conjuntos de informações de um software ou arquivos; • Ícones - metáforas visuais para representar objetos, comandos, ferramentas, programas, que são ativados ou desativados quando acionados com o mouse;.

(26) 25. • Menus - oferecem listas de opções de comandos que podem ser percorridas e selecionadas; • Apontadores - seta do apontador controlado pelo mouse que é o dispositivo de entrada na tela para interação com janelas, ícones e menus, sendo controlada com a movimentação do mouse. Cada um desses elementos foi criado dentro de uma necessidade de interação específica no contexto da IGU e seu modo de interação por manipulação direta através das metáforas de uso. As janelas foram criadas com o objetivo de romper a limitação física de um monitor diante das diversas informações que pudessem ser vistas, com diversas tarefas executadas simultaneamente numa mesma tela. Nesse processo surgiram diversos modos de interação para alternar entre várias janelas e dentro de uma mesma, com o uso, por exemplo, da barra de rolagem vertical ou horizontal. A desvantagem do uso desse elemento, segundo PREECE; ROGERS; SHARP (2013), reside justamento na escolha e alternância entre várias janelas, dado o cenário atual de uso que fazemos da IGU com muitas tarefas sendo executadas ao mesmo tempo. Abas, menus ou sistemas de navegação por carrossel são exemplos de otimização do espaço de tela para escolha da janela selecionada para o processo de manipulação dentro da IGU (GALITZ, 2007). Os menus, assim como cardápios de restaurantes, possibilitam ao usuário uma forma de lista estruturada, um conjunto de opções possíveis de ações subordinadas e agrupadas. Grande parte dessas estruturas trabalham exclusivamente com texto, de forma alinhada na parte superior ou lateral da tela, normalmente ficam ocultas até que se acione um determinado item através do mouse e otimizam bastante o uso do espaço em tela. Um das grandes desvantagens no uso dos menus é justamente a falta de precisão e refino na escolha de determinado item, dentro de um espaço reduzido (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). Mesmo usuários mais experientes podem sentir-se frustados no processo de interação com menus extensos, ou que abrem em submenus com mais uma lista com vários itens. Já os ícones representam o princípio básico da metáfora de interação com a IGU, pois traduzem visualmente no meio digital objetos reais do cotidiano do usuário. Lixeira, pasta de documentos, são alguns exemplos desse elemento que substitui linhas de comando ou rótulos de texto dentro de um espaço compacto na tela. Os ícones podem ser agrupados e posicionados de forma variável na tela e reduzem a carga cognitiva do usuário no processo de interação com a IGU. São atraentes, convidativos e fáceis de serem apreendidos, tem na sua principal virtude a capacidade de síntese de informação num pequeno espaço, contudo demandam um bom projeto.

(27) 26. gráfico, na medida que podem gerar também confusão se não forem bem compreendidos (GALITZ, 2007). Todos os elementos já comentados, janelas, menus e ícones, são manipulados com o uso dos apontadores na IGU. Nesse ponto utiliza-se comumente uma seta como representação gráfica do nosso input de manipulação dentro do espaço de tela para interagir com os diversos elementos. Por seu tamanho reduzido, com customizações limitadas no sistema, o apontador em forma de seta se adapta naturalmente a interação com uso do mouse (COSTA et al., 2017). Se o WIMP são os blocos básicos de construção de toda a estrutura da IGU, o agrupamento desses objetos possibilitou a criação de outras microestruturas, as quais foram surgindo conforme necessidades mais específicas de interação, como o surgimento da web, por exemplo. Elementos gráficos menores como: barras de rolagem, checkbox, radiobuttons, sliders entre outros, permitiram novas formas de interação com a IGU que não somente a do clique simples acionado pelo apontador, possibilitando agora ações como agarrar, segurar e soltar, deslizar, selecionar e apontar. Todos esses elementos menores, e a estrutura WIMP, estão adaptados ao contexto de uso do computador pessoal com o I/O (input/output) clássico mouse e teclado / monitor. Contudo, o recente uso da tecnologia touchscreen, por exemplo, nos dispositivos móveis e suas telas menores, definiu um processo de adaptação dos elementos gráficos das IGU contidas nesse contexto. O simples uso do dedo como ferramenta de input, o qual é bem maior que o tamanho do apontador do mouse, impacta diretamente na experiência de usuário no processo de interação com a IGU com esses dispositivos (PREECE; ROGERS; SHARP, 2013). A necessidade de adaptação da IGU ao uso com dispositivos móveis faz com que novas formas de input não tradicionais também suscitem essa demanda, para além do uso mouse, teclado e touchscreen. Comercialmente diversas soluções desse tipo de interação não convencional já estão estabelecidas, principalmente na indústria dos jogos eletrônicos, com o uso de dispositivos como o Microsoft Kinect 1 , Playstation Move 2 e Nintendo WiiU 3 . Outros dispositivos como o capacete neural EPOC 4 , Leap Motion 5 e a pulseira MYO 6 apresentam-se como tendências de mercado e ampliam a utilização desse tipo de recurso nos mais diversos cenários, tais como área médica e militar (SATHIYANARAYANAN; RAJAN, 2016). Todas essas soluções comerciais são abordagens que visam manipular os elemen1. http://developer.microsoft.com/en-us/windows/kinect http://www.playstation.com/en-us/explore/accessories/playstation-move 3 http://www.nintendo.com/wiiu/ 4 https://www.emotiv.com/epoc/ 5 leapmotion.com/ 6 http://www.myo.com/ 2.

(28) 27. tos gráficos, com o controle do apontador numa IGU, através da substituição do uso do mouse. Essas interfaces gráficas hoje não estão presentes somente nas telas dos computadores, também aparecem em smartphones, tablets, painéis de eletrodomésticos (como geladeiras, microondas), automóveis (head up display ) e embutidas em tecnologias vestíveis (wearable technology ). Essas soluções, mesmo consolidadas comercialmente, apresentam limitações se considerarmos seu uso por pessoas com deficiência. PcDM enfrentam barreiras na medida que essas tecnologias não utilizam suas capacidades preservadas e, nesse aspecto, o desenvolvimento de projetos experimentais, protótipos em TA, possibilitam um universo maior de novas formas não convencionais para uso da IGU.. 2.2. Tecnologia Assistiva como possibilidade de interação com IGU. O termo Tecnologia Assistiva (tradução do inglês Assistive Technology ) tem origem num importante conceito jurídico dentro da legislação norte-americana, conhecida como Public Law 100-407 de 1988. Tal lei foi pioneira nos processos de regulação legal desse tipo de tecnologia, obrigando o governo norte-americano a disponibilizar o acesso a todo o material necessário possível para que os deficientes tivessem mais independência, sendo mais produtivos (BERSCH, 2008). É importante compreender que uma TA não necessita estar relacionada a um dispositivo tecnológico, como computador, e sim ser um dispositivo que tenha como objetivo ampliar ou capacitar um deficiente a realizar tarefas específicas, dificultadas diante de alguma limitação. Um óculos (que melhora a visão para uma pessoa com miopia), uma cadeira de rodas (que possibilita autonomia de deslocamento para uma PcDm), um simples suporte que possibilite uma pessoa com paralisia segurar de modo mais eficiente um lápis, são exemplos de TA. Diante desse amplo alcance de soluções possíveis dentro da área, existem diversas classificações para os tipos possíveis de TA. A ISO 9999, por exemplo, se detém mais em uma concepção técnica, classificando as diversas TA em produtos e ferramentas, utilizando classes (por exemplo, classe 18, mobiliário e adaptações para habitações; classe 06 órteses e próteses). Já a classificação HEART (Horizontal European Activities in Rehabilitation Technology ) baseia-se no uso final da TA em questão, dividindo-as em componentes técnicos, humanos e socioeconômicos (por exemplo, uma TA para comunicação que possibilite acesso ao emprego) sendo um tipo de classificação menos utilizada (OHLIN; FAGERBERG; LAGERWALL, 1995). Entender brevemente essa categorização, e os seus diversos tipos, é importante na organização, prescrição de esforços de pesquisa de TA e em como elas são tratadas nos artigos científicos. O foco da RSL posteriormente apresentada, da listagem.

(29) 28. de dispositivos e softwares em TA para interação com a IGU, reside no uso das TICs, permitindo acessibilidade a: computadores, tablets, smartphones, consoles de jogos eletrônicos, entre outros diversos dispositivos que estão em nossas atividades de lazer, trabalho e educação. Normalmente essas soluções em TA para interação com IGU utilizam o rastreamento de movimento de alguma parte do corpo (ainda preservada). Utiliza-se, desse modo, as capacidades preservadas dos usuários (Figura 5), com soluções que vão desde o rastreamento de movimento de um ponto de referência como a língua (HUO, 2011), lábios (JOSE; DEUS LOPES, 2015), olhos (LEVY et al., 2013), cabeça (MULFARI et al., 2015) (RODRIGUES et al., 2016) (MARTINS; RODRIGUES; MARTINS, 2015), pé (PEDROSA; PIMENTEL, 2014), até soluções que recebem comandos por input de voz (MUSTAQUIM, 2013), sinais elétricos com origem no cérebro (BCI - Brain Computer Interface) (HAKONEN; PIITULAINEN; VISALA, 2015) e muscular (EMG Electromyography ) (PEREZ-MALDONADO; WEXLER; JOSHI, 2010), além de soluções que combinam diversas técnicas (multimodais) (BISWAS; LANGDON, 2015).. Figura 5 – Protótipos de TA ajustados a diversos níveis de deficiência motora para interação com IGU. Fonte: (HUO, 2011) (PEDROSA; PIMENTEL, 2014) (HAKONEN; PIITULAINEN; VISALA, 2015) (RODRIGUES et al., 2016) Especificamente as soluções que possibilitam o rastreamento dos movimentos da cabeça e olhos funcionam como substitutas ao uso do mouse e teclado e são adaptadas ao nível de restrição motora que o usuário apresenta, o que gera soluções mais personalizadas (REZAEI; HEISENBERG; HEIDEN, 2014). Essa abordagem encontra justificativa clínica ao considerar essa região do corpo como última com movimentos preservados (MULFARI et al., 2015). Existem soluções comerciais para rastreamento de movimentos de cabeça e dos olhos como Tobii 7 e o EPOC Emotiv 8 . Contudo, são tecnologias que também apre7 8. https://www.tobii.com/ https://www.emotiv.com/epoc/.

(30) 29. sentam limitações, pois são dispendiosas e são soluções proprietárias que não apresentam configurações de ajuste as demandas ou necessidades mais específicas dos usuários (PORTA; RAVELLI, 2009).. 2.3. Movimentos de Cabeça: potencialidades e limitações para interação com IGU. A cabeça é a última região que conserva a motricidade para PcDM em diversos níveis. Pessoas com lesões temporárias em braço, ou doenças degenerativas severas (como a ELA 9 ), sofrem com barreiras no acesso a interação pelo uso do mouse/teclado para interação com IGU (REZAEI; HEISENBERG; HEIDEN, 2014). Faz sentido, portanto, que o grande esforço de pesquisas envolvam soluções que permitam o rastreamento do movimento dessa região do corpo como forma de utilização das capacidades preservadas desses usuários na entrada de dados. Nesse contexto, o cenário de uso específico para planejamento das ações e diretrizes contidas nessa dissertação, envolve a necessidade de que a PcDM tenha capacidade cognitiva preservada. Busca-se nessa seção delimitar o campo de ação possível para uso da movimentação de cabeça como forma de interação com IGU. Dessa forma mitiga-se a sugestão de diretrizes que, ao invés de serem facilitadoras, possam ser prejudiciais ao uso rotineiro para usuário sem ou com deficiência motora. A cabeça é constituída por um conjunto de grande músculos que permitem alguns movimentos. Podemos classificar esses movimentos segundo sua relação com a posição anatômica de repouso, conforme exemplificado na Figura 6 (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006): (a) flexão é o movimento de inclinar a cabeça a frente ou lateralmente (lateroflexão), (b) extensão que é a posição de repouso anatômico, (c) hiperextensão é o alongamento para trás do pescoço, além do movimento de (d) rotação que seria o movimento de girar a cabeça . Um pessoa que tenha toda sua capacidade motora preservada pode fazer todos esses movimentos, como também PcDM, desde que a lesão não tenha comprometido acima das vértebra C4-C5 da coluna vertebral (área superior da Figura 7), responsável por permitir o controle dos movimentos abaixo da clavícula/altura do ombro (SCHUNKE; SCHULTE; SCHUMACHER, 2007). Lesões por trauma acima dessa região acabam por ser fatais, sendo que abaixo desse nível podem alterar a motricidade da pessoa de diversas maneiras, principalmente membros inferiores e superiores. Também existem lesões que são permanentes ou degenerativas e que, ao comprometer certas regiões cerebrais, afetam diretamente o controle muscular da região do pescoço. Paralisia flácida, por exemplo, é um tipo de lesão cerebral que vai progressivamente afetando a mobilidade de membros inferiores até comprometer totalmente a 9. ELA - Esclerose Lateral Amiotrófica.

(31) 30. (b). (c). (a). (d). Figura 6 – Ilustração dos movimentos de cabeça. Fonte: (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006). Figura 7 – Gráfico representativo do comprometimento motor conforme nível de lesão na coluna cervical Fonte: (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006).

(32) 31. motricidade dos membros superiores (SCHUNKE; SCHULTE; SCHUMACHER, 2007). Em qualquer cenário de lesões, sejam por trauma ou cerebrais, os movimentos de cabeça continuam preservados normalmente, contudo, segundo NORKIN; WHITE (2016), não existe um consenso sobre uma margem de segurança regularmente definida para a angulação de cada um dos movimentos de cabeça. Diversos autores diferem em seus estudos sobre esses dados e diversos fatores impactam nesse contexto, como idade e tipo de lesão do usuário (NORKIN; WHITE, 2016). Mesmo não havendo esse consenso sobre um nível de movimentação seguro para cabeça, deve-se ter em conta que movimentos repetitivos e grandes deslocamentos, sobrecarregando a musculatura do pescoço, tendem a produzir fadiga em algum nível. NAKAMURAA; NOHAMA (2017) realizou um estudo com objetivo de analisar o movimento da cabeça, com uso de TA, em crianças com Paralisia Cerebral e concluiu que uso contínuo de apontador controlado por movimentos de cabeça não deve exceder mais que 30 minutos sem interrupção e que pessoas com maior comprometimento motor devem ter um trabalho orientado de fortalecimento muscular. NAKAMURAA; NOHAMA (2017) também relaciona a repetição dos movimentos de cabeça com possíveis lesões musculares de modo que isso deve também ser uma preocupação no desenvolvimento de interações que utilizem essa dinâmica, mesmo que sejam pessoas com todas as capacidades preservadas. É fato que a motricidade fina nas mãos é superior a que temos nos movimentos de cabeça/pescoço, principalmente pelo conjunto de refinamentos de terminações nervosas nos nossos dedos com grupos musculares menores, enquanto a região do pescoço prioriza deslocamentos mais amplos dando sustentação a nossa cabeça, utilizando grupos musculares maiores (MOORE; DALLEY; AGUR, 2006). Por esse motivo faz sentido a utilização do mouse e outros dispositivos utilizados com as mãos para o controle de elementos gráficos na tela do computador, na medida que facilitase os deslocamentos e refinamentos permitidos por essa região do corpo no uso de elementos da IGU de diversos tamanhos. Compreender o cenário da área anatômica envolvida na movimentação da cabeça auxilia no desenvolvimento de boas práticas que utilizem essa dinâmica para a IHC, ciente de que existem limitações e do potencial envolvido nesse input, o qual é, em vários casos, a única capacidade preservada. Movimentação de cabeça por longo tempo sem pausas, longos deslocamentos (gestos com grandes flexões ou hiperextensões e rotações), com movimentos repetitivos, são algumas das características a serem evitadas ou amenizadas para o processo de interação, criando-se condições, através do próprio projeto da IGU, de conferir conforto anatômico..

(33) 3. ESTADO DA ARTE. Este capítulo tem por objetivo apresentar o estado da arte com relação ao desenvolvimento de projetos que permitam interação com IGU através do rastreamento da movimentação de cabeça. Através da metodologia de pesquisa elencada anteriormente, viabilizou-se esse entendimento da área com uso da Revisão Sistemática de Literatura (RSL) (PETERSEN et al., 2008) para mapeamento das relações de IU utilizadas por TA, com foco em acessibilidade das TICs por PcDM. Nas seções a seguir serão apresentados uma visão geral da RSL desenvolvida; uma lista de dispositivos/softwares que possibilitam essa interação, características, contextualizando os processos avaliativos utilizados nesses projetos, bem como um levantamento de diretrizes já citadas por outros autores para o projeto desse tipo de IU.. 3.1. Revisão Sistemática de Literatura (RSL). Essa metodologia consiste na ideia de uma análise exploratória, através de engenhos de busca, em bases consolidadas de artigos científicos. Seguindo protocolos específicos, o uso da RSL permite a criação de uma massa crítica de entendimento sobre trabalhos similares, ou de norteadores gerais, para aplicação na pesquisa de uma determinada área (PETERSEN et al., 2008). Uma característica importante da RSL é que todos os procedimentos executados devem ser documentados, de maneira que o estudo realizado possa ser reproduzível por outros pesquisadores, de forma que estes consigam alcançar os mesmos resultados encontrados no período da pesquisa. Com a aplicação deste processo de pesquisa espera-se minimizar, ou justificar, a ausência de trabalhos que poderiam ser considerados importantes dentro de um levantamento bibliográfico feito (FELIZARDO et al., 2017). Foi desenvolvida uma RSL no transcorrer dessa dissertação, a qual se encontra no Apêndice A - Revisão Sistemática de Literatura sobre Interfaces de Usuário (IU).

(34) 33. em Tecnologia Assistiva (TA) para acessibilidade ao computador por pessoas com deficiência motora, com protocolo e etapas detalhadas da busca exploratória por artigos na área. Algumas das principais características da RSL desenvolvida são: • Sete pesquisadores envolvidos durante um período de mais de 6 meses (início em Novembro/2016); • Engenhos de busca utilizados foram Springer, ACM, IEEExplorer e Science Direct; • Número bruto de artigos inicial foi 2.257 artigos, que após os filtros determinados no protocolo resultaram em 52 artigos relacionados ao tema de pesquisa sobre Interfaces de Usuário em Tecnologia Assistivas para acessibilidade ao computador por PcDM. Dos 52 artigos (listados na página 9 do Apêndice A) resultantes da RSL pode-se extrair as respostas das seguintes questões de pesquisa: (a) quais eram os tipos de interação mais usados por PcDM no uso do computador; (b) dispositivos/softwares utilizados; (c) quais eram os processos de avaliação adotados e (d) se existiam diretrizes na construção de interfaces desses projetos. As formas de interação mais utilizadas citadas nesses artigos, envolvem rastreamento de alguma parte do corpo com o movimento ainda preservado, prioritariamente os olhos e cabeça para input de dados, conforme apresentado na Figura 8.. Figura 8 – Input de dados por PcDM nos artigos finais selecionados. Fonte: Autor Já para output de dados, a grande maioria dos artigos apresenta a IGU como tipo de feedback para interação com TICs (Figura 9).

(35) 34. Figura 9 – Output de dados por PcDM nos artigos finais selecionados. Fonte: Autor. 3.2. Dispositivos/softwares para interação com IGU baseados em movimentos de cabeça. Cruzando a dinâmica de interação I/O (input/output) baseada em movimento de cabeça/interface gráfica do usuário temos a listagem final de 11 artigos, que apresentam softwares/dispositivos, conforme pode-se ver na tabela 1. Além destes, opta-se pela inclusão de mais dois artigos: Camera Mouse (BETKE; GIPS; FLEMING, 2002), anterior ao período filtrado na RSL (2012 a 2017), mas software consolidado e relevante para rastreamento do movimento de cabeça; e também do projeto VisiUMouse (XAVIER et al., 2017), desenvolvido de forma associada a essa dissertação. Em termos de dispositivos utilizados nos artigos referenciados, constata-se um espectro bem variado de soluções utilizadas para conferir acessibilidade. Essas soluções variam entre dispositivos físicos adaptados com hardwares customizados, utilização de alguns soluções já existentes no mercado e uso de softwares que possibilitam o rastreamento de alguma parte do corpo, principalmente com o uso da webcam do próprio computador. Das soluções baseadas no uso de vídeo (video-based) a tecnologia mais referenciada em diversos artigos como linha de base para desenvolvimento é o software Camera Mouse (BETKE; GIPS; FLEMING, 2002) (Figura 10). Ele é utilizado como referência de pesquisas e de comparações estabelecidas por outros softwares, seu funcionamento é baseado na captura de movimento através da webcam do próprio computador. Determina-se um ponto de referência visual (um olho, nariz, boca) definido pelo próprio usuário no vídeo, permitindo assim o controle do mouse através do rastreamento desse ponto, além da personalização de um tempo específico (em segundos) para clicar ao deixar o apontador sem movimento, abordagem chamada dwell time prevista em JACOB (1990)..

(36) 35. Tabela 1 – Dispositivos ou softwares que possibilitam interação em IGU baseada em rastreamento de movimento de cabeça, segundo RSL desenvolvido Tecnologia. Tipo. Fonte do rastreamento. Testes com IGU. Apresenta diretrizes de projeto para IGU. Camera Mouse (BETKE; GIPS; FLEMING, 2002). Software. Webcam. Sim. Não. Facial Human-Computer Interface (FHCI) (ANTUNES et al., 2016). Software. Webcam. Sim. Não. Facial Mouse (FM) (BIAN et al., 2016). Software. Webcam. Sim. Não. BlinkMouse 2014). (MARNIK,. Software. Webcam. Não. Não. QVirtboard ELSKI, 2016). (NOWOSI-. Software. Webcam. Sim. Não. ENLAZA e IRISCOM (CLEMOTTE et al., 2013). Software e Dispositivo. Webcam, microfone e sensores. Sim. Não. ICANDO (KARPOV; RONZHIN, 2014). Software. Multimodal. Não. Não. Gravity Controls (HEUMADER; MIESENBERGER; NUSSBAUM, 2012). Software. Webcam. Sim. Não. DOSVOX Gyro et al., 2015). Software e dispositivo. Sensores. Não. Não. The Mouse Emulator (MULFARI et al., 2015). Dispositivo. Sensores. Não. Não. IOM (RODRIGUES et al., 2016). Dispositivo. Sensores. Sim. Não. User Tracking (MARTINS; RODRIGUES; MARTINS, 2015). Software. Sensores e Sim câmera. Não. VisiUMouse et al., 2017). Software. Webcam. Não. (CRUZ. (XAVIER. Sim.