On the Design of a Dual-Mode User Interface for Accessing 3D Content on the World Wide Web

International audienceThe World Wide Web, today's largest and most important online information infrastructure, does not support 3D content and, although various approaches have been proposed, there is still no clear design methodology for user interfaces that tightly integrate hypertext and interactive 3D graphics. This paper presents a novel strategy for accessing information spaces, where hypertext and 3D graphics data are simultaneously available and interlinked. We introduce a Dual-Mode User Interface that has two modes between which a user can switch anytime: the driven by simple hypertext-based interactions "hypertext mode", where a 3D scene is embedded in hypertext and the more immersive "3D mode", which immerses the hypertextual annotations into the 3D scene. A user study is presented, which characterizes the interface in terms of its efficiency and usability

Profile of On-Line Anatomy Information Resources: Design and Instructional Implications

This study is based on a review of 40 on-line anatomy web resources compiled from sites selected from our own searches as well as sites reviewed and published by an external group (Voiglio et al., 1999, Surg. Radiol. Anat. 21:65-68; Frasca et al., 2000, Surg. Radiol. Anat. 22:107-110). The purpose of our survey was to propose criteria by which anatomy educators could judge the characteristics of the currently available web-based resources for incorporation into the courses they teach. Each site was reviewed and scored based on a survey matrix that included four main categories: 1). site background information, 2). content components, 3). interactivity features, and 4). user interface design components. The average score of the reviewed sites was 3.3 of the total possible score of 10, indicating the limited use of computer-based design features by the majority of sites. We found, however, a number of programs in each of the survey categories that could serve as prototypes for designing future on-line anatomy resources. From the survey we conclude that various design features are less important than the comprehensiveness, depth, and logical organization of content. We suggest that the content should be sufficient for supporting explicitly defined educational objectives, which should target specific end-user populations. The majority of anatomy programs currently accessible on-line fall short of these requirements. There is a need for a coordinated and synergistic effort to generate a comprehensive anatomical information resource that is of sufficient quality and depth to support higher levels of learning beyond the memorization of structure names. Such a resource is a prerequisite for meaningful on-line anatomy education

The space physics environment data analysis system (SPEDAS)

With the advent of the Heliophysics/Geospace System Observatory (H/GSO), a complement of multi-spacecraft missions and ground-based observatories to study the space environment, data retrieval, analysis, and visualization of space physics data can be daunting. The Space Physics Environment Data Analysis System (SPEDAS), a grass-roots software development platform (www.spedas.org), is now officially supported by NASA Heliophysics as part of its data environment infrastructure. It serves more than a dozen space missions and ground observatories and can integrate the full complement of past and upcoming space physics missions with minimal resources, following clear, simple, and well-proven guidelines. Free, modular and configurable to the needs of individual missions, it works in both command-line (ideal for experienced users) and Graphical User Interface (GUI) mode (reducing the learning curve for first-time users). Both options have “crib-sheets,” user-command sequences in ASCII format that can facilitate record-and-repeat actions, especially for complex operations and plotting. Crib-sheets enhance scientific interactions, as users can move rapidly and accurately from exchanges of technical information on data processing to efficient discussions regarding data interpretation and science. SPEDAS can readily query and ingest all International Solar Terrestrial Physics (ISTP)-compatible products from the Space Physics Data Facility (SPDF), enabling access to a vast collection of historic and current mission data. The planned incorporation of Heliophysics Application Programmer’s Interface (HAPI) standards will facilitate data ingestion from distributed datasets that adhere to these standards. Although SPEDAS is currently Interactive Data Language (IDL)-based (and interfaces to Java-based tools such as Autoplot), efforts are under-way to expand it further to work with python (first as an interface tool and potentially even receiving an under-the-hood replacement). We review the SPEDAS development history, goals, and current implementation. We explain its “modes of use” with examples geared for users and outline its technical implementation and requirements with software developers in mind. We also describe SPEDAS personnel and software management, interfaces with other organizations, resources and support structure available to the community, and future development plans.Published versio

Study and design of an interface for remote audio processing

This project focused on the study and design of an interface for remote audio processing, with the objective of acquiring by filtering, biasing, and amplifying an analog signal before digitizing it by means of two MCP3208 ADCs to achieve a 24-bit resolution signal. The resulting digital signal was then transmitted to a Raspberry Pi using SPI protocol, where it was processed by a Flask server that could be accessed from both local and remote networks. The design of the PCB was a critical component of the project, as it had to accommodate various components and ensure accurate signal acquisition and transmission. The PCB design was created using KiCad software, which allowed for the precise placement and routing of all components. A major challenge in the design of the interface was to ensure that the analog signal was not distorted during acquisition and amplification. This was achieved through careful selection of amplifier components and using high-pass and low-pass filters to remove any unwanted noise. Once the analog signal was acquired and digitized, the resulting digital signal was transmitted to the Raspberry Pi using SPI protocol. The Raspberry Pi acted as the host for a Flask server, which could be accessed from local and remote networks using a web browser. The Flask server allowed for the processing of the digital signal and provided a user interface for controlling the gain and filtering parameters of the analog signal. This enabled the user to adjust the signal parameters to suit their specific requirements, making the interface highly flexible and adaptable to a variety of audio processing applications. The final interface was capable of remote audio processing, making it highly useful in scenarios where the audio signal needed to be acquired and processed in a location separate from the user. For example, it could be used in a recording studio, where the audio signal from the microphone could be remotely processed using the interface. The gain and filtering parameters could be adjusted in real-time, allowing the sound engineer to fine-tune the audio signal to produce the desired recording. In conclusion, the project demonstrated the feasibility and potential benefits of using a remote audio processing system for various applications. The design of the PCB, selection of components, and use of the Flask server enabled the creation of an interface that was highly flexible, accurate, and adaptable to a variety of audio processing requirements. Overall, the project represents a significant step forward in the field of remote audio processing, with the potential to benefit many different applications in the future

Sensing and awareness of 360º immersive videos on the move

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Ao apelar a vários sentidos e transmitir um conjunto muito rico de informação, o vídeo tem o potencial para causar um forte impacto emocional nos espectadores, assim como para a criação de uma forte sensação de presença e ligação com o vídeo. Estas potencialidades podem ser estendidas através de percepção multimídia, e da flexibilidade da mobilidade. Com a popularidade dos dispositivos móveis e a crescente variedade de sensores e actuadores que estes incluem, existe cada vez mais potencial para a captura e visualização de vídeo em 360º enriquecido com informação extra (metadados), criando assim as condições para proporcionar experiências de visualização de vídeo mais imersivas ao utilizador. Este trabalho explora o potencial imersivo do vídeo em 360º. O problema é abordado num contexto de ambientes móveis, assim como num contexto da interação com ecrãs de maiores dimensões, tirando partido de second screens para interagir com o vídeo. De realçar que, em ambos os casos, o vídeo a ser reproduzido é aumentado com vários tipos de informação. Foram assim concebidas várias funcionalidades para a captura, pesquisa, visualização e navegação de vídeo em 360º. Os resultados confirmaram a existência de vantagens no uso de abordagens multisensoriais como forma de melhorar as características imersivas de um ambiente de vídeo. Foram também identificadas determinadas propriedades e parâmetros que obtêm melhores resultados em determinadas situações. O vídeo permite capturar e apresentar eventos e cenários com grande autenticidade, realismo e impacto emocional. Para além disso, tem-se vindo a tornar cada vez mais pervasivo no quotidiano, sendo os dispositivos pessoais de captura e reprodução, a Internet, as redes sociais, ou a iTV exemplos de meios através dos quais o vídeo chega até aos utilizadores (Neng & Chambel, 2010; Noronha et al, 2012). Desta forma, a imersão em vídeo tem o potencial para causar um forte impacto emocional nos espectadores, assim como para a criação de uma forte sensação de presença e ligação com o vídeo (Douglas & Hargadon, 2000; Visch et al, 2010). Contudo, no vídeo tradicional a experiência dos espectadores é limitada ao ângulo para o qual a câmara apontava durante a captura do vídeo. A introdução de vídeo em 360º veio ultrapassar essa restrição. Na busca de melhorar ainda mais as capacidades imersivas do vídeo podem ser considerados tópicos como a percepção multimídia e a mobilidade. Os dispositivos móveis têm vindo a tornar-se cada vez mais omnipresentes na sociedade moderna, e, dada a grande variedade de sensores e actuadores que incluem, oferecem um largo espectro de oportunidades de captura e reprodução de vídeo em 360º enriquecido com informação extra (metadados), tendo portanto o potencial para melhorar o paradigma de interação e providenciar suporte a experiências de visualização de vídeo mais ponderosas e imersivas. Contudo, existem desafios relacionados com o design de ambientes eficazes que tirem partido deste potencial de imersão. Ecrãs panorâmicos e CAVEs são exemplos de ambientes que caminham na direção da imersão total e providenciam condições privilegiadas no que toca à reprodução de vídeo imersivo. Porém, não são muito convenientes e, especialmente no caso das CAVEs, não são facilmente acessíveis. Por outro lado, a flexibilidade associada aos dispositivos móveis poderia permitir que os utilizadores tirassem partido dos mesmos usando-os, por exemplo, como uma janela (móvel) para o vídeo no qual estariam imersos. Mais do que isso, seguindo esta abordagem os utilizadores poderiam levar estas experiências de visualização consigo para qualquer lugar. Como second screens, os dispositivos móveis podem ser usados como auxiliares de navegação relativamente aos conteúdos apresentados no ecrã principal (seja este um ecrã panorâmico ou uma CAVE), representando também uma oportunidade para fazer chegar informação adicional ao utilizador, eliminando do ecrã principal informação alheia ao conteúdo base, o que proporciona uma melhor sensação de imersão e flexibilidade. Este trabalho explora o potencial imersivo do vídeo em 360º em ambientes móveis aumentado com vários tipos de informação. Nesse sentido, e estendendo um trabalho anterior (Neng, 2010; Noronha, 2012; Álvares, 2012) que incidiu maioritariamente na dimensão participativa de imersão, a presente abordagem centrou-se na dimensão perceptual de imersão. Neste âmbito, foram concebidas, desenvolvidas e testadas várias funcionalidades, agrupadas numa aplicação de visualização de vídeo em 360º – Windy Sight Surfers. Considerando a crescente popularidade dos dispositivos móveis na sociedade e as características que os tornam numa oportunidade para melhorar a interação homem-máquina e, mais especificamente, suportar experiências de visualização de vídeo mais imersivas, a aplicação Windy Sight Surfers está fortemente relacionada com ambientes móveis. Considerando as possibilidades de interação que o uso de second screens introduz, foi concebida uma componente do Windy Sight Surfers relacionada com a interação com ecrãs de maiores dimensões. Os vídeos utilizados no Windy Sight Surfers são vídeos em 360º, aumentados com uma série de informações registadas a partir do Windy Sight Surfers durante a sua captura. Isto é, enquanto a câmara captura os vídeos, a aplicação regista informação adicional – metadados – obtida a partir de vários sensores do dispositivo, que complementa e enriquece os vídeos. Nomeadamente, são capturadas as coordenadas geográficas e a velocidade de deslocamento a partir do GPS, a orientação do utilizador a partir da bússola digital, os valores relativos às forças-G associadas ao dispositivo através do acelerómetro, e são recolhidas as condições atmosféricas relativas ao estado do tempo através de um serviço web. Quando capturados, os vídeos, assim como os seus metadados, podem ser submetidos para o sistema. Uma vez capturados e submetidos, os vídeos podem ser pesquisados através do mais tradicional conjunto de palavras chave, de filtros relacionados com a natureza da aplicação (ex. velocidade, período do dia, condições atmosféricas), ou através de um mapa, o que introduz uma componente geográfica ao processo de pesquisa. Os resultados podem ser apresentados numa convencional lista, no formato de uma cover-flow, ou através do mapa. No que respeita à visualização dos vídeos, estes são mapeados em torno de um cilindro, que permite representar a vista dos 360º e transmitir a sensação de estar parcialmente rodeado pelo vídeo. Uma vez que a visualização de vídeos decorre em dispositivos móveis, os utilizadores podem deslocar continuamente o ângulo de visão do vídeo 360º para a esquerda ou direita ao mover o dispositivo em seu redor, como se o dispositivo se tratasse de uma janela para o vídeo em 360º. Adicionalmente, os utilizadores podem alterar o ângulo de visualização arrastando o dedo pelo vídeo, uma vez que todo o ecrã consiste numa interface deslizante durante a visualização de vídeos em 360º. Foram ainda incorporadas na aplicação várias funcionalidades que pretendem dar um maior realismo à visualização de vídeos. Nomeadamente, foi desenvolvido um acessório de vento na plataforma Arduino que leva em conta os metadados de cada vídeo para produzir vento e assim dar uma sensação mais realista do vento e da velocidade do deslocamento durante a visualização dos vídeos. De referir que o algoritmo implementado leva em conta não só a velocidade de deslocamento, como também o estado do tempo em termos de vento (força e orientação) aquando da captura do vídeo, e a orientação do utilizador de acordo com o ângulo do vídeo a ser visualizado durante a reprodução do vídeo. Considerando a componente áudio dos vídeos, neste sistema, o áudio de cada vídeo é mapeado num espaço sonoro tridimensional, que pode ser reproduzido num par de auscultadores estéreo. Neste espaço sonoro, a posição das fontes sonoras está associada ao ângulo frontal do vídeo e, como tal, muda de acordo com o ângulo do vídeo a ser visualizado. Isto é, se o utilizador estiver a visualizar o ângulo frontal do vídeo, as fontes sonoras estarão localizadas diante da cabeça do utilizador; se o utilizador estiver a visualizar o ângulo traseiro do vídeo, as fontes sonoras estarão localizadas por de trás da cabeça do utilizador. Uma vez que os vídeos têm 360º, a posição das fontes sonoras varia em torno de uma circunferência à volta da cabeça do utilizador, sendo o intuito o de dar uma orientação adicional no vídeo que está a ser visualizado. Para aumentar a sensação de movimento através do áudio, foi explorado o Efeito de Doppler. Este efeito pode ser descrito como a alteração na frequência observada de uma onda, ocorrendo quando a fonte ou o observador se encontram em movimento entre si. Devido ao facto deste efeito ser associado à noção de movimento, foi conduzida uma experiência com o intuito de analisar se o uso controlado do Efeito de Doppler tem o potencial de aumentar a sensação de movimento durante a visualização dos vídeos. Para isso, foi adicionada uma segunda camada sonora cuja função é reproduzir o Efeito de Doppler ciclicamente e de forma controlada. Esta reprodução foi relacionada com a velocidade de deslocamento do vídeo de acordo seguinte proporção: quanto maior a velocidade, maior será a frequência com que este efeito é reproduzido. Estas funcionalidades são relativas à procura de melhorar as capacidades imersivas do sistema através da estimulação sensorial dos utilizadores. Adicionalmente, o Windy Sight Surfers inclui um conjunto de funcionalidades cujo objectivo se centra em melhorar as capacidades imersivas do sistema ao providenciar ao utilizador informações que consciencializem o utilizador do contexto do vídeo, permitindo assim que este se aperceba melhor do que se está a passar no vídeo. Mais especificamente, estas funcionalidades estão dispostas numa camada por cima do vídeo e disponibilizam informações como a velocidade atual, a orientação do ângulo do vídeo a ser observado, ou a força-G instantânea. A acrescentar que as diferentes funcionalidades se dividem numa categoria relativa a informação que é disponibilizada permanentemente durante a reprodução de vídeos, e numa segunda categoria (complementar da primeira) relativa a informação que é disponibilizada momentaneamente, sendo portanto relativa a determinadas porções do vídeo. Procurando conceber uma experiência mais envolvente para o utilizador, foi incorporado um reconhecedor emocional baseado em reconhecimento de expressões faciais no Windy Sight Surfers. Desta forma, as expressões faciais dos utilizadores são analisadas durante a reprodução de vídeos, sendo os resultados desta análise usados em diferentes funcionalidades da aplicação. Presentemente, a informação emocional tem três aplicações no ambiente desenvolvido, sendo usada em: funcionalidades de catalogação e pesquisa de vídeos; funcionalidades que influenciam o controlo de fluxo da aplicação; e na avaliação do próprio sistema. Considerando o contexto do projeto de investigação ImTV (url-ImTV), e com o intuito de tornar a aplicação o mais flexível possível, o Windy Sight Surfers tem uma componente second screen, permitindo a interação com ecrãs mais amplos, como por exemplo televisões. Desta forma, é possível utilizar os dois dipositivos em conjunto por forma a retirar o melhor proveito de cada um com o objectivo de aumentar as capacidades imersivas do sistema. Neste contexto, os vídeos passam a ser reproduzidos no ecrã conectado, ao passo que a aplicação móvel assume as funcionalidades de controlar o conteúdo apresentado no ecrã conectado e disponibilizar um conjunto de informações adicionais, tais como um minimapa, onde apresenta uma projeção planar dos 360º do vídeo, e um mapa da zona geográfica associada ao vídeo onde se representa o percurso em visualização em tempo real e percursos adicionais que sejam respeitantes a vídeos associados à mesma zona geográfica do vídeo a ser visualizado no momento. Foi efectuada uma avaliação de usabilidade com utilizadores, tendo como base o questionário USE e o Self-Assessment Manikin (SAM) acoplado de dois parâmetros adicionais relativos a presença e realismo. Com base na observação durante a realização de tarefas por parte dos utilizadores, foram realizadas entrevistas onde se procurou obter comentários, sugestões ou preocupações sobre as funcionalidades testadas. Adicionalmente, a ferramenta de avaliação emocional desenvolvida foi utilizada de forma a registar quais as emoções mais prevalentes durante a utilização da aplicação. Por fim, as potencialidades imersivas globais do Windy Sight Surfers foram avaliadas através da aplicação do Immersive Tendencies Questionnaire (ITQ) e de uma versão adaptada do Presence Questionnaire (PQ). Os resultados confirmaram a existência de vantagens no uso de abordagens multisensoriais como forma de melhorar as características imersivas de um ambiente de vídeo. Para além disso, foram identificadas determinadas propriedades e parâmetros que obtêm melhores resultados e são mais satisfatórios em determinadas condições, podendo assim estes resultados servir como diretrizes para futuros ambientes relacionados com vídeo imersivo.By appealing to several senses and conveying very rich information, video has the potential for a strong emotional impact on viewers, greatly influencing their sense of presence and engagement. This potential may be extended even further with multimedia sensing and the flexibility of mobility. Mobile devices are commonly used and increasingly incorporating a wide range of sensors and actuators with the potential to capture and display 360º video and metadata, thus supporting more powerful and immersive video user experiences. This work was carried out in the context of the ImTV research project (url-ImTV), and explores the immersion potential of 360º video. The matter is approached in a mobile environment context, and in a context of interaction with wider screens, using second screens in order to interact with video. It must be emphasized that, in both situations, the videos are augmented with several types of information. Therefore, several functionalities were designed regarding the capture, search, visualization and navigation of 360º video. Results confirmed advantages in using a multisensory approach as a means to increase immersion in a video environment. Furthermore, specific properties and parameters that worked better in different conditions have been identified, thus enabling these results to serve as guidelines for future environments related to immersive video