Distributed Technology-Sustained Pervasive Applications

Technology-sustained pervasive games, contrary to technology-supported pervasive games, can be understood as computer games interfacing with the physical world. Pervasive games are known to make use of 'non-standard input devices' and with the rise of the Internet of Things (IoT), pervasive applications can be expected to move beyond games. This dissertation is requirements- and development-focused Design Science research for distributed technology-sustained pervasive applications, incorporating knowledge from the domains of Distributed Computing, Mixed Reality, Context-Aware Computing, Geographical Information Systems and IoT. Computer video games have existed for decades, with a reusable game engine to drive them. If pervasive games can be understood as computer games interfacing with the physical world, can computer game engines be used to stage pervasive games? Considering the use of non-standard input devices in pervasive games and the rise of IoT, how will this affect the architectures supporting the broader set of pervasive applications? The use of a game engine can be found in some existing pervasive game projects, but general research into how the domain of pervasive games overlaps with that of video games is lacking. When an engine is used, a discussion of, what type of engine is most suitable and what properties are being fulfilled by the engine, is often not part of the discourse. This dissertation uses multiple iterations of the method framework for Design Science for the design and development of three software system architectures. In the face of IoT, the problem of extending pervasive games into a fourth software architecture, accommodating a broader set of pervasive applications, is explicated. The requirements, for technology-sustained pervasive games, are verified through the design, development and demonstration of the three software system architectures. The ...Comment: 64 pages, 13 figure

Mega - mobile multimodal extended games

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012As aplicações de entretenimento móvel têm hoje em dia um papel importante e significativo no mercado de software, abrangendo um grupo variado de utilizadores. Tudo isto se deve ao repentino sucesso de dispositivos de interacção inovadora, como o Wiimote da Nintendo, o Move da Sony e o Kinect da Microsoft. Por sua vez estas técnicas de interacção multimodal têm sido exploradas para jogos móveis. A recente geração de dispositivos móveis vem equipada com uma grande variedade de sensores, para além dos óbvios como ecrã táctil e microfone. Existem ainda outros componentes interessantes como bússola digital, acelerómetros, sensores ópticos. Os dispositivos móveis são também utilizados como máquina fotográfica digital, agenda pessoal, assim como para ver videos e ouvir música, e claro, para jogar jogos. Olhar para os novos grupos de utilizadores e para as novas formas de jogar e incluir nos jogos formas de interacção novas, usando os atributos e potencialidades de novas plataformas e novas tecnologias é pois um assunto pungente e deveras desafiante. Com este trabalho pretende-se estudar e propor novas dimensões de jogo e interacção com plataformas móveis, sejam smartphones, sejam tablets, que se adequem às mais distintas comunidades de jogadores. Pretende-se sobretudo explorar modalidades alternativas como as baseadas no tacto e vibração, assim como no áudio, combinadas ou não com outras mais tradicionais de foro visual. Almeja-se ainda explorar jogos em grupo, à distância e co-localizados, encontrando e estudando novas formas de expressão em jogos clássicos e jogos inovadores que envolvam pequenos conjuntos de indivíduos. A ubiquidade inerente aos dispositivos móveis faz ainda com que se tenham que encontrar neste jogos de grupo formas de fluxo de jogo que sustentem saídas e entradas rápidas ou menos rápidas sem que ainda assim se perca o interesse e a motivação de jogar. Este trabalho iniciou-se com uma pesquisa intensiva de trabalho relacionado, sobre a área de jogos móveis e suas multimodalidades, passando consequentemente pela acessibilidade inerente, jogos em grupo e suas formas de comunicação e conexão, e por último dando especial atenção a jogos de puzzle, sendo o tipo de jogo focado neste trabalho. Seguidamente, foi efectuado o levantamento de requisitos e exploradas as opções de jogo e de interacção relativas a jogos de puzzle móveis multimodais. No âmbito deste estudo foram criados três pequenos jogos sobre um conceito comum: jogos de puzzle. A primeira aplicação contém três modalidades diferentes de jogo: uma visual, apresentando um jogo de puzzle de imagens baseado nos tradicionais; uma segunda auditiva, que recria o conceito de jogo através de música, tornando as peças em pequenas parcelas sonoras da música de tamanhos equivalentes; e a terceira háptica, criando deste modo um puzzle com peças de padrões vibratórios diferentes. A segunda aplicação recriou o mesmo conceito de jogo, puzzle, no modo audio, mas retirando toda a informação visual, apresentando simples formas de interacção. A terceira aplicação apresenta uma abordagem sobre os jogos em grupo, permitindo jogar puzzles visuais e de audio em dois modos distintos: cooperativo, onde os jogadores têm de jogar em equipa de forma a conseguir completar o puzzle; e competitiva, onde os jogadores são forçados a ser mais rápidos que o adversário de modo a poderem vencer. Todas estas aplicações permitem ao utilizador definir o tamanho do puzzle e o nível de dificuldade, assim como escolher as imagens e músicas que pretendem resolver em forma de puzzle. Foram conduzidos vários testes de utilizador, nomeadamente um para cada aplicação desenvolvida. Sobre a primeira aplicação vinte e quatro participantes jogaram puzzles visuais e auditivos, distribuídos equitativamente pelas modalidades. Deste modo, cada participante resolveu nove puzzles de imagem ou nove puzzles audio distintos. Neste primeiro estudo procurou descobrir-se as estratégias de resolução dos puzzles, procurando principalmente igualdades e diferenças entre os diferentes modos. Para o segundo estudo foi usada a segunda aplicação desenvolvida, e foram abrangidos novamente vinte e quatro utilizadores, doze dos quais sendo cegos. Cada participante resolveu três puzzles audio diferentes. Relativamente a este estudo, foi proposta uma comparação entre os modos estudados anteriormente, especialmente sobre o modo audio, uma vez que foi usado o mesmo procedimento. Para os utilizadores cegos o objectivo foi provar que seria possível criar um jogo divertido, desafiante e sobretudo acessível a partir de um conceito de jogo clássico. Para o último estudo, vinte e quatro participantes, organizados em pares, jogaram puzzles visuais e de audio em modo cooperativo e competitivo. Cada conjunto de participantes resolveu quatro puzzles, um para cada modo de jogo por cada tipo de puzzle, o que significa dois puzzles visuais, um competitivo e outro cooperativo, e dois puzzles audio, sendo também um cooperativo e outro competitivo. O objectivo mais uma vez foi procurar as estratégias de resolução, permitindo também a comparação com outros modos anteriormente estudados. Todos os jogos foram transformados em dados contendo todas as acções que cada jogador tomou durante a resolução do puzzle. Esses dados foram depois transformados em números específicos de forma a poderem ser analisados e discutidos. Os valores obtidos foram divididos em três grupos principais, as tentativas de colocação de peças, o número de ajudas, e o tempo de conclusão do puzzle. Em relação às tentativas de colocação de peças é possível identificar a ordem correspondente segundo três formas distintas, pela classificação do tipo de peças, pela disposição das peças na fita e pela ordem sequencial do puzzle. Os resultados do estudo mostram que uma mesma estratégia de resolução de puzzles é usada através de todos os modos estudados, os jogadores optam por resolver primeiro as zonas mais relevantes do puzzle, deixando as partes mais abstractas e confundíveis para o final. No entanto, parente novas modalidades de jogo, pequenas percentagens de utilizadores mostraram diferentes estratégias de resolução. Através das opiniões dos utilizadores é também possível afirmar que todas as aplicações desenvolvidas são jogáveis, divertidas e desafiantes. No final foi criado um conjunto de componentes reutilizáveis e um conjunto de parâmetros para a criação de novos jogos. Numa linha de trabalho futuro foram propostos vários objectivos interessantes que podem promover e reaproveitar o trabalho desenvolvido. Deste modo foi criado um jogo de puzzle baseado na primeira aplicação desenvolvida, mantendo os modos visual e audio, de forma a poder integrar no mercado de aplicações móveis, permitindo deste modo, um estudo em larga escala sobre os mesmos conceitos estudados neste trabalho. Foi também pensada a criação de um servidor centralizado, permitindo conter os resultados de todos os jogadores de forma a criar um ranking geral, podendo deste modo incentivar os jogadores a melhorar o seu desempenho, e ajudar a promover o próprio jogo. Outra alternativa passa por melhorar e aperfeiçoar o modo háptico, de forma a criar mais uma modalidade viável sobre o mesmo conceito de jogo, de forma a poder ser também estudada de forma equivalente. O puzzle para invisuais pode também ser melhorado e aperfeiçoado de forma a criar mais desafios através da inclusão dum modo háptio. E por fim, não menos importante, criar novas dimensões de jogo em grupo, permitindo jogar os modos cooperativo e competitivo em simultâneo, tendo por exemplo duas equipas de dois jogadores cada, a cooperar entre si para completar o puzzle, e de certa forma a competir contra a outra equipa para terminar primeiro e com melhores resultados. O objectivo seria, mais uma vez, estudar as estratégias usadas.Mobile entertainment applications have an important and significant role in the software market, covering a diverse group of users. All this is due to the sudden success of innovative interaction devices such as Nintendo’s Wiimote, Sony’s Move and Kinect’s Microsoft. On the other hand, these multimodal interaction techniques have been explored for mobile games. The latest generation of mobile devices is equipped with a wide variety of sensors, in addition to the obvious such as touch screen and microphone. There are other interesting components such as digital compass, accelerometers and optical sensors. Mobile devices are also used as a digital camera, personal organizer, to watch videos and listen to music, and of course, to play games. Looking for the new users groups and for the new ways to play the games and include new forms of interaction, using the attributes and capabilities of new platforms and new technologies is an issue as poignant and very challenging. This work aims to study and propose new dimensions of play and interaction with mobile platforms, whether smartphones or tablets, which suit most distinct communities of players. It is intended primarily to explore alternative modalities such as touch-based and vibratory, as well as audio based, combined or not with traditional visual ones. It also aims at exploring group games, spatially distributed and co-located, finding and studying new forms of expression in classic games and innovative games that involve small sets of individuals. The ubiquity inherent to mobile devices leads us to find input and output flows which support rapid or less rapid entry commands, without losing the interest and motivation to play. In addition to the design and implementation of three or four small game applications intended to create a set of reusable components and a set of guidelines for creating new games

Engaging educators in the ideation of scenarios for cross-reality game-based learning experiences

Cross-reality media technology creates alternate reality experiences in which the physical and the virtual world are interconnected and influence each other through a network of sensors and actuators. Despite technological advances, the landscape of cross-reality technology as an enabler of alternate reality educational experiences has not been explored yet. The technical expertise required to set up and program such mixed environments is too high to engage the problem owners (i.e. educational experts) in the design process and, hence, user-driven innovation remains challenging. In this paper we explore the co-creation of cross-reality experiences for educational games. We created a no-programming toolkit that provides a visual language and interface abstractions to quickly build prototypes of cross-reality interactions. The toolkit supports experience prototyping and allows designers to coproduce, with educational experts, meaningful scenarios while they create, try out and reconfigure their prototypes. We report on a workshop with 36 educators where the toolkit was used to ideate cross-reality games for education. We discuss use cases of game-based learning applications developed by the participants that follow different pedagogical strategies and combine different physical and virtual spaces and times. We outline implications for the design of cross-reality interactions in educational settings that trigger further research and technological developments.Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature (Funding for APC: Universidad Carlos III de Madrid - Read & Publish Agreement CRUE-CSIC 2022). This work is supported by the projects CROSS-COLAB (PGC2018–101884-B-I00) and Sense2makeSense (PID2019-109388GB-I00) funded by the Spanish State Research Agency

Survey of End-to-End Mobile Network Measurement Testbeds, Tools, and Services

Mobile (cellular) networks enable innovation, but can also stifle it and lead to user frustration when network performance falls below expectations. As mobile networks become the predominant method of Internet access, developer, research, network operator, and regulatory communities have taken an increased interest in measuring end-to-end mobile network performance to, among other goals, minimize negative impact on application responsiveness. In this survey we examine current approaches to end-to-end mobile network performance measurement, diagnosis, and application prototyping. We compare available tools and their shortcomings with respect to the needs of researchers, developers, regulators, and the public. We intend for this survey to provide a comprehensive view of currently active efforts and some auspicious directions for future work in mobile network measurement and mobile application performance evaluation.Comment: Submitted to IEEE Communications Surveys and Tutorials. arXiv does not format the URL references correctly. For a correctly formatted version of this paper go to http://www.cs.montana.edu/mwittie/publications/Goel14Survey.pd

Ubiquitous computing and natural interfaces for environmental information

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas AmbientaisThe next computing revolution‘s objective is to embed every street, building, room and object with computational power. Ubiquitous computing (ubicomp) will allow every object to receive and transmit information, sense its surroundings and act accordingly, be located from anywhere in the world, connect every person. Everyone will have the possibility to access information, despite their age, computer knowledge, literacy or physical impairment. It will impact the world in a profound way, empowering mankind, improving the environment, but will also create new challenges that our society, economy, health and global environment will have to overcome. Negative impacts have to be identified and dealt with in advance. Despite these concerns, environmental studies have been mostly absent from discussions on the new paradigm. This thesis seeks to examine ubiquitous computing, its technological emergence, raise awareness towards future impacts and explore the design of new interfaces and rich interaction modes. Environmental information is approached as an area which may greatly benefit from ubicomp as a way to gather, treat and disseminate it, simultaneously complying with the Aarhus convention. In an educational context, new media are poised to revolutionize the way we perceive, learn and interact with environmental information. cUbiq is presented as a natural interface to access that information

Contextual mobile adaptation

Ubiquitous computing (ubicomp) involves systems that attempt to fit in with users’ context and interaction. Researchers agree that system adaptation is a key issue in ubicomp because it can be hard to predict changes in contexts, needs and uses. Even with the best planning, it is impossible to foresee all uses of software at the design stage. In order for software to continue to be helpful and appropriate it should, ideally, be as dynamic as the environment in which it operates. Changes in user requirements, contexts of use and system resources mean software should also adapt to better support these changes. An area in which adaptation is clearly lacking is in ubicomp systems, especially those designed for mobile devices. By improving techniques and infrastructure to support adaptation it is possible for ubicomp systems to not only sense and adapt to the environments they are running in, but also retrieve and install new functionality so as to better support the dynamic context and needs of users in such environments. Dynamic adaptation of software refers to the act of changing the structure of some part of a software system as it executes, without stopping or restarting it. One of the core goals of this thesis is to discover if such adaptation is feasible, useful and appropriate in the mobile environment, and how designers can create more adaptive and flexible ubicomp systems and associated user experiences. Through a detailed study of existing literature and experience of several early systems, this thesis presents design issues and requirements for adaptive ubicomp systems. This thesis presents the Domino framework, and demonstrates that a mobile collaborative software adaptation framework is achievable. This system can recommend future adaptations based on a history of use. The framework demonstrates that wireless network connections between mobile devices can be used to transport usage logs and software components, with such connections made either in chance encounters or in designed multi–user interactions. Another aim of the thesis is to discover if users can comprehend and smoothly interact with systems that are adapting. To evaluate Domino, a multiplayer game called Castles has been developed, in which game buildings are in fact software modules that are recommended and transferred between players. This evaluation showed that people are comfortable receiving semi–automated software recommendations; these complement traditional recommendation methods such as word of mouth and online forums, with the system’s support freeing users to discuss more in–depth aspects of the system, such as tactics and strategies for use, rather than forcing them to discover, acquire and integrate software by themselves

Enhancing trustability in MMOGs environments

Massively Multiplayer Online Games (MMOGs; e.g., World of Warcraft), virtual worlds (VW; e.g., Second Life), social networks (e.g., Facebook) strongly demand for more autonomic, security, and trust mechanisms in a way similar to humans do in the real life world. As known, this is a difficult matter because trusting in humans and organizations depends on the perception and experience of each individual, which is difficult to quantify or measure. In fact, these societal environments lack trust mechanisms similar to those involved in humans-to-human interactions. Besides, interactions mediated by compute devices are constantly evolving, requiring trust mechanisms that keep the pace with the developments and assess risk situations. In VW/MMOGs, it is widely recognized that users develop trust relationships from their in-world interactions with others. However, these trust relationships end up not being represented in the data structures (or databases) of such virtual worlds, though they sometimes appear associated to reputation and recommendation systems. In addition, as far as we know, the user is not provided with a personal trust tool to sustain his/her decision making while he/she interacts with other users in the virtual or game world. In order to solve this problem, as well as those mentioned above, we propose herein a formal representation of these personal trust relationships, which are based on avataravatar interactions. The leading idea is to provide each avatar-impersonated player with a personal trust tool that follows a distributed trust model, i.e., the trust data is distributed over the societal network of a given VW/MMOG. Representing, manipulating, and inferring trust from the user/player point of view certainly is a grand challenge. When someone meets an unknown individual, the question is “Can I trust him/her or not?”. It is clear that this requires the user to have access to a representation of trust about others, but, unless we are using an open source VW/MMOG, it is difficult —not to say unfeasible— to get access to such data. Even, in an open source system, a number of users may refuse to pass information about its friends, acquaintances, or others. Putting together its own data and gathered data obtained from others, the avatar-impersonated player should be able to come across a trust result about its current trustee. For the trust assessment method used in this thesis, we use subjective logic operators and graph search algorithms to undertake such trust inference about the trustee. The proposed trust inference system has been validated using a number of OpenSimulator (opensimulator.org) scenarios, which showed an accuracy increase in evaluating trustability of avatars. Summing up, our proposal aims thus to introduce a trust theory for virtual worlds, its trust assessment metrics (e.g., subjective logic) and trust discovery methods (e.g., graph search methods), on an individual basis, rather than based on usual centralized reputation systems. In particular, and unlike other trust discovery methods, our methods run at interactive rates.MMOGs (Massively Multiplayer Online Games, como por exemplo, World of Warcraft), mundos virtuais (VW, como por exemplo, o Second Life) e redes sociais (como por exemplo, Facebook) necessitam de mecanismos de confiança mais autónomos, capazes de assegurar a segurança e a confiança de uma forma semelhante à que os seres humanos utilizam na vida real. Como se sabe, esta não é uma questão fácil. Porque confiar em seres humanos e ou organizações depende da percepção e da experiência de cada indivíduo, o que é difícil de quantificar ou medir à partida. Na verdade, esses ambientes sociais carecem dos mecanismos de confiança presentes em interacções humanas presenciais. Além disso, as interacções mediadas por dispositivos computacionais estão em constante evolução, necessitando de mecanismos de confiança adequados ao ritmo da evolução para avaliar situações de risco. Em VW/MMOGs, é amplamente reconhecido que os utilizadores desenvolvem relações de confiança a partir das suas interacções no mundo com outros. No entanto, essas relações de confiança acabam por não ser representadas nas estruturas de dados (ou bases de dados) do VW/MMOG específico, embora às vezes apareçam associados à reputação e a sistemas de reputação. Além disso, tanto quanto sabemos, ao utilizador não lhe é facultado nenhum mecanismo que suporte uma ferramenta de confiança individual para sustentar o seu processo de tomada de decisão, enquanto ele interage com outros utilizadores no mundo virtual ou jogo. A fim de resolver este problema, bem como os mencionados acima, propomos nesta tese uma representação formal para essas relações de confiança pessoal, baseada em interacções avatar-avatar. A ideia principal é fornecer a cada jogador representado por um avatar uma ferramenta de confiança pessoal que segue um modelo de confiança distribuída, ou seja, os dados de confiança são distribuídos através da rede social de um determinado VW/MMOG. Representar, manipular e inferir a confiança do ponto de utilizador/jogador, é certamente um grande desafio. Quando alguém encontra um indivíduo desconhecido, a pergunta é “Posso confiar ou não nele?”. É claro que isto requer que o utilizador tenha acesso a uma representação de confiança sobre os outros, mas, a menos que possamos usar uma plataforma VW/MMOG de código aberto, é difícil — para não dizer impossível — obter acesso aos dados gerados pelos utilizadores. Mesmo em sistemas de código aberto, um número de utilizadores pode recusar partilhar informações sobre seus amigos, conhecidos, ou sobre outros. Ao juntar seus próprios dados com os dados obtidos de outros, o utilizador/jogador representado por um avatar deve ser capaz de produzir uma avaliação de confiança sobre o utilizador/jogador com o qual se encontra a interagir. Relativamente ao método de avaliação de confiança empregue nesta tese, utilizamos lógica subjectiva para a representação da confiança, e também operadores lógicos da lógica subjectiva juntamente com algoritmos de procura em grafos para empreender o processo de inferência da confiança relativamente a outro utilizador. O sistema de inferência de confiança proposto foi validado através de um número de cenários Open-Simulator (opensimulator.org), que mostrou um aumento na precisão na avaliação da confiança de avatares. Resumindo, a nossa proposta visa, assim, introduzir uma teoria de confiança para mundos virtuais, conjuntamente com métricas de avaliação de confiança (por exemplo, a lógica subjectiva) e em métodos de procura de caminhos de confiança (com por exemplo, através de métodos de pesquisa em grafos), partindo de uma base individual, em vez de se basear em sistemas habituais de reputação centralizados. Em particular, e ao contrário de outros métodos de determinação do grau de confiança, os nossos métodos são executados em tempo real