Tangible user interfaces : past, present and future directions

In the last two decades, Tangible User Interfaces (TUIs) have emerged as a new interface type that interlinks the digital and physical worlds. Drawing upon users' knowledge and skills of interaction with the real non-digital world, TUIs show a potential to enhance the way in which people interact with and leverage digital information. However, TUI research is still in its infancy and extensive research is required in or- der to fully understand the implications of tangible user interfaces, to develop technologies that further bridge the digital and the physical, and to guide TUI design with empirical knowledge. This paper examines the existing body of work on Tangible User In- terfaces. We start by sketching the history of tangible user interfaces, examining the intellectual origins of this field. We then present TUIs in a broader context, survey application domains, and review frame- works and taxonomies. We also discuss conceptual foundations of TUIs including perspectives from cognitive sciences, phycology, and philoso- phy. Methods and technologies for designing, building, and evaluating TUIs are also addressed. Finally, we discuss the strengths and limita- tions of TUIs and chart directions for future research

Bringing tabletop technologies to kindergarten children

Taking computer technology away from the desktop and into a more physical, manipulative space, is known that provide many benefits and is generally considered to result in a system that is easier to learn and more natural to use. This paper describes a design solution that allows kindergarten children to take the benefits of the new pedagogical possibilities that tangible interaction and tabletop technologies offer for manipulative learning. After analysis of children's cognitive and psychomotor skills, we have designed and tuned a prototype game that is suitable for children aged 3 to 4 years old. Our prototype uniquely combines low cost tangible interaction and tabletop technology with tutored learning. The design has been based on the observation of children using the technology, letting them freely play with the application during three play sessions. These observational sessions informed the design decisions for the game whilst also confirming the children's enjoyment of the prototype

Físchlár-DiamondTouch: collaborative video searching on a table

In this paper we present the system we have developed for our participation in the annual TRECVid benchmarking activity, specically the system we have developed, Físchlár-DT, for participation in the interactive search task of TRECVid 2005. Our back-end search engine uses a combination of a text search which operates over the automatic speech recognised text, and an image search which uses low-level image features matched against video keyframes. The two novel aspects of our work are the fact that we are evaluating collaborative, team-based search among groups of users working together, and that we are using a novel touch-sensitive tabletop interface and interaction device known as the DiamondTouch to support this collaborative search. The paper summarises the backend search systems as well as presenting the interface we have developed, in detail

PickCells: A Physically Reconfigurable Cell-composed Touchscreen

Touchscreens are the predominant medium for interactions with digital services; however, their current fixed form factor narrows the scope for rich physical interactions by limiting interaction possibilities to a single, planar surface. In this paper we introduce the concept of PickCells, a fully reconfigurable device concept composed of cells, that breaks the mould of rigid screens and explores a modular system that affords rich sets of tangible interactions and novel acrossdevice relationships. Through a series of co-design activities – involving HCI experts and potential end-users of such systems – we synthesised a design space aimed at inspiring future research, giving researchers and designers a framework in which to explore modular screen interactions. The design space we propose unifies existing works on modular touch surfaces under a general framework and broadens horizons by opening up unexplored spaces providing new interaction possibilities. In this paper, we present the PickCells concept, a design space of modular touch surfaces, and propose a toolkit for quick scenario prototyping

Collaborative searching for video using the Físchlár system and a DiamondTouch table

Fischlar DT is one of a family of systems which support interactive searching and browsing through an archive of digital video information. Previous Fischlar systems have used a conventional screen, keyboard and mouse interface, but Fischlar-DT operates with using a horizontal, multiuser, touch sensitive tabletop known as a DiamondTouch. We present the Fischlar-DT system partly from a systems perspective, but mostly in terms of how its design and functionality supports collaborative searching. The contribution of the paper is thus the introduction of Fischlar-DT and a description of how design concerns for supporting collaborative search can be realised on a tabletop interface

GAINE - tanGible Augmented INteraction for Edutainment

Interactive tabletops are gaining an increasing interest since they provide a more natural interaction with digital contents and allow the interaction of multiple users at a time promoting face-to-face collaboration, information sharing and the raise of social experiences. Given the potentialities offered by these devices, several entertainment-edutainment applications based on interactive tabletops have been successfully developed in different areas, from medical therapy support to children’s collaborative learning, interactive storytelling and cultural heritage. However, the development of such applications often requires complex technical and implementation skills. Taking this into consideration, in this paper we present GAINE (tanGible Augmented INteraction for Edutainment), a software framework aimed at the rapid prototyping and development of interactive tabletop games. GAINE offers developers context specific high-level constructs and a simple scripting language that simplifies the implementation task. The framework is portable on different operating systems and offers independence from the underlying hardware. Two practical case studies are thoroughly discussed to show how GAINE can simplify the development of interactive tabletop applications in the entertainment and edutainment contexts

Toolkits for the Development of Hybrid Games: from Tangible Tabletops to Interactive Spaces

Durante los últimos años, los dispositivos tabletop han sido considerados el entorno ideal para los juegos híbridos, los cuales combinan técnicas de juego tradicional, como el uso de objetos físicos para interactuar con el juego de una forma natural, con las nuevas posibilidades que los tabletops ofrecen de aumentar el espacio de juego con imágenes digitales y audio.Sin embargo, los juegos híbridos no se restringen simplemente a tabletops, pudiéndose jugar también en entornos más amplios en los que convergen otros paradigmas de interacción. Por esta razón, el uso de juegos híbridos en Espacios Interactivos está ganando fuerza, pero el número y heterogeneidad de dispositivos y estilos de interacción que se encuentran en estos entornos hace que el diseño y prototipado de juegos sea una tarea difícil. Por lo tanto, el gran reto se encuentra en ofrecer a diseñadores y desarrolladores herramientas apropiadas para la creación de estas aplicaciones.En esta línea de trabajo, el grupo Affective Lab lanzó el proyecto JUGUEMOS (TIN2015-67149-C3-1R), un proyecto nacional centrado en el desarrollo de juegos híbridos en entornos interactivos. Esta Tesis Doctoral se enmarca en este proyecto.El primer paso de la realización de esta tesis fue establecer los dos objetivos principales (Capítulo 1):1) El primer objetivo que se estableció fue profundizar en el uso de tabletops tangibles en terapia con niños con necesidades especiales. Durante los últimos años el grupo Affective Lab había visto la potencialidad de los tabletops tangibles para el trabajo con niños pequeños, pero todavía era necesario llevar a cabo más experiencias y evaluaciones en el ámbito terapéutico, así como explorar si otros grupos de usuarios (adultos con problemas cognitivos) podían beneficiarse de las características de los tabletops.2) El segundo objetivo consistió en diseñar e implementar un toolkit para el desarrollo de juegos híbridos para espacios interactivos. Se decidió que el toolkit estuviera dirigido a desarrolladores para facilitar su trabajo a la hora de crear este tipo de aplicaciones.Una vez establecidos los objetivos, se realizó un estado del arte a su vez dividido en dos partes (Capítulo 2):1) Se realizó una categorización de juegos híbridos para entender y extraer sus principales características, así como los principales retos que surgen al desarrollar este tipo de juegos. También se estudiaron toolkits cuyo objetivo era el desarrollo de juegos híbridos.2) Se estudiaron juegos híbridos desarrollados para niños con necesidades especiales y adultos con problemas cognitivos que hacían uso de la Interacción Tangible y tabletops, así como toolkits dirigidos a terapeutas o educadores para ayudarles en la creación de actividades para sus pacientes.Para llevar a cabo las experiencias y evaluaciones relacionadas con el primer objetivo, se hizo uso del tabletop tangible NIKVision, desarrollado previamente por el grupo Affective Lab, y el toolkit KitVision, una herramienta dirigida a profesionales sin conocimientos de programación para la creación de actividades tangibles y que fue desarrollado durante el Proyecto Final de Carrera de la autora. En el Capítulo 3 de esta Tesis se comenta brevemente el tabletop NIKVision y la arquitectura de KitVision, se describen las evaluaciones que se llevaron a cabo con terapeutas con el objetivo de mejorar y probar la utilidad del toolkit, y se explica una experiencia de un año durante la cual una terapeuta ocupacional de ASAPME, una asociaciónque trabaja con adultos con problemas cognitivos, estuvo usando el tabletop y el toolkit sin supervisión.En el Capítulo 4 se describen diferentes experiencias con KitVision que se llevaron a cabo:- Gracias a una colaboración con la Residencia Romareda, NIKVision y KitVision fueron instalados provisionalmente en la residencia y, tras una evaluación inicial, se desarrollaron tres nuevas actividades para los usuarios de la residencia.- Gracias a la colaboración con ENMOvimienTO y con uno de los centros de Atención Temprana del Instituto Aragonés de Servicios Sociales (IASS), ambos enfocados a trabajar con niños con problemas de aprendizaje, se pudieron realizar evaluaciones que nos permitieron mejorar KitVision y crear nuevas actividades específicamente diseñadas para ellos.- Finalmente, gracias a una colaboración con Atenciona, pudimos evaluar actividades con niños con Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH) y extraer una serie de directrices para diseñar actividades para este tipo de niños. También pudimos llevar a cabo una experiencia de Diseño Participativo con estos niños.El completo desarrollo del toolkit JUGUEMOS, para la creación de juegos híbridos en espacios interactivos, se explica en el Capítulo 5. En este apartado primero se describe el Espacio Interactivo JUGUEMOS que sirvió de base para desarrollar el toolkit. Después se explican con detalle las decisiones de diseño que se tomaron, el modelo de abstracción que se usó para diseñar los juegos, y la arquitectura del toolkit. También se detallan las distintas fases de implementación que se llevaron a cabo, basadas en los tres retos que se extrajeron en el estado del arte: (1) integrar diferentes dispositivos, (2) gestionar salidas gráficas diversas y (3) facilitar la codificación del juego. Finalmente, se presentan dos prototipos de juegos que se desarrollaron durante las dos estancias de investigación que la autora realizó.Finalmente, en el Capítulo 6 se describen los tres casos de uso que se realizaron para tener una primera valoración de la usabilidad del toolkit JUGUEMOS: (1) una evaluación con estudiantes de Máster en la que se implementó un juego completamente funcional para el Espacio Interactivo JUGUEMOS, (2) un juego que fue completamente desarrollado usando el toolkit JUGUEMOS una vez que éste se acabó de implementar, (3) una experiencia que involucró a dos grupos multidisciplinares compuestos por diseñadores y desarrolladores, en la que tuvieron que colaborar para diseñar e implementar dos prototipos de juegos híbridos para el espacio interactivo.<br /