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\title{A Transitional Interface between 2D/3D Functional spaces in a Desktop Semi-immersive System}

%% Author and Affiliation (single author).

%%\author{Roy G. Biv\thanks{e-mail: roy.g.biv@aol.com}\\Allied Widgets Research}

%% Author and Affiliation (multiple authors).

\author{Roy G. Biv\thanks{e-mail: roy.g.biv@aol.com}\\ Starbucks Research %
\and Ed Grimley\thanks{e-mail:ed.grimley@aol.com}\\Nigel Mansell\thanks{nigelf1@msn.com}\\ Grimley Widgets, Inc. %
\and Martha Stewart\thanks{e-mail:martha.stewart@marthastewart.com}\\ Martha Stewart Enterprises \\ Microsoft Research}

%% Keywords that describe your work.

\keywords{radiosity, global illumination, constant time}

%%%%%% START OF THE PAPER %%%%%%

\begin{document}

\teaser{
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  \caption{Lookit! Lookit!}
}

%% The ``\maketitle'' command must be the first command after the
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\maketitle

%% Abstract section.

\begin{abstract}

The post-WIMP (Windows, Icons, Menu and Pointer) user interfaces are bringing new interaction modalities and the use of new input and output devices. Many of these new interfaces are not yet mature and issues related with a clear definition of an application context and technological requirements are still under investigation. The study of the relationship of the properties of interaction devices and their influence on the performance of 3D tasks (navigation, manipulation, and selection) is an important factor to identify adequate setups for carrying out these tasks. However, in a broader context, each task can be decomposed into sub-tasks which technological demands can be a challenge, since it requires multiple interaction environments, as well as transitions between them. These transitions are relevant because they can either orient or disorient the user during the overall task execution.

Thus, this work proposes a hybrid technological setup to integrate the advantages of different functional environments. The transitional interactions between these environments are explored by investigating the design properties  (dimensional congruency and properties of continuity) during a 3D annotation task in an industrial scenario. In order to achieve such a goal, a semi-immersive environment composed of 3 functional environments was developed. That composition includes a set of devices enabling the tasks of editing text (2D), navigation and manipulation (3D). The functional space of the text edition task follows the requirements of a WIMP interaction based on 2D mouse and keyboard. For the navigation task a space was designed by adapting a CAVE display into a tabletop setup. Assuming that the implemented task of 3D annotation forces transitions between the integrated functional spaces, an exploratory study was conducted with users to investigate the behavior of interaction during these transitions by identifying the influence of the design properties discussed in this work. 


\end{abstract}

%% ACM Computing Review (CR) categories. 
%% See <http://www.acm.org/class/1998/> for details.
%% The ``\CRcat'' command takes four arguments.

\begin{CRcatlist}
  \CRcat{K.6.1}{Management of Computing and Information Systems}%
{Project and People Management}{Life Cycle};
  \CRcat{K.7.m}{The Computing Profession}{Miscellaneous}{Ethics}
\end{CRcatlist}

%% The ``\keywordlist'' command prints out the keywords.
\keywordlist

\section{Introduction}


As tarefas de um \textit{desktop} convencional são na sua grande maioria pertencentes a edição de textos, organização de arquivos, uso de tabelas, cálculos matemáticos, entre outros. Mas outros domínios de aplicações surgiram, e.g. edição de imagens 2D, animação, CAD (\textit{Computer Aided Design}), visualização interativa 3D, entretenimento e jogos.  As características inerentes desta nova classe de aplicações criaram uma demanda não totalmente satisfeita pela ideia à qual a metáfora de \textit{desktop} se propôs originalmente representar, um escritório. Entretanto, aplicações como CAD, edição de imagens 2D, e aplicações gráficas envolvendo dados bidimensionais ainda são compatíveis com a ideia do \textit{desktop}, pois não deixam de ser análogas às tarefas de engenheiros e arquitetos, quando utilizam suas pranchetas nos seus respectivos escritórios. 

% REVISAAAAAAAAAAAAAAAAAARRRRRRRRRRRRRRRRRRRR
Porém, o aparecimento das aplicações interativas tridimensionais levou a uma incompatibilidade quando do uso do \textit{setup} tecnológico convencional (mouse, teclado e monitor). Esta nova classe de aplicativos desmembrou-se em diversas áreas: Visualização de Dados, Modelagem, Interação, Animação, entre outras. O \textit{setup} convencional, apesar de apresentar meios de lidar interativamente com gráficos 3D, não supre todas as necessidades de interação, dada a dimensão adicional presente neste novo ambiente.

A principal evidência que suporta este fato é a existência de uma linha de pesquisa voltada exclusivamente para computação gráfica 3D, tão antiga quanto as próprias \textit{WIMPs}. Esta linha de pesquisa inicialmente juntava esforços para o desenvolvimento de aplicações e hardware voltados para visualização de cálculos matemáticos, assim como aplicações do tipo simuladores de vôo. Depois agregaram-se outros domínios até o que hoje chamamos de Realidade Virtual (\textit{VR - Virtual Reality}). De forma abrangente, esta linha de pesquisa tem sido denominada como \textit{3DUI} (\textit{3D User Interfaces}). Os resultados desses desenvolvimentos foram: a criação de técnicas de geração de imagens mais realistas, métodos para gerenciamento de dados 3D, técnicas de interação, entre outros. Na parte de hardware, além do uso do monitor convencional com o uso de óculos estéreo, foram desenvolvidos equipamentos inéditos como os \textit{HMDs} (\textit{Head Mounted Displays}), CAVEs, \textit{WorkBenchs},\textit{HemiSpherical Displays}, entre outros (Capítulo ~\ref{chap:ConceitosPreliminares}). Além disso, dispositivos de entrada \textit{(input devices}) também foram desenvolvidos, por exemplo, rastreadores (\textit{trackers}), luvas (\textit{gloves}), \textit{wands} (apontadores 3D - \textit{3D Pointers}), dispositivos táteis, entre outros.

Apesar das \textit{3DUIs} serem tão antigas como as \textit{WIMPs} e durante um bom tempo estarem em desenvolvimento de forma paralela, algumas das contribuições das 3DUIs foram sendo incorporadas aos poucos ao \textit{desktop}, devido ao aparecimento de aplicativos de natureza 3D. Alguns indícios são o uso de dispositivos como óculos 3D e luvas em jogos e em aplicações de visualização científica. No \textit{game console} Wii, por exemplo, há um dispositivo chamado \textit{Wiimote} que incorpora o resultado de pesquisas no desenvolvimento de dispositivos de rastreamento 3D (\textit{tracking}). Além dessas evidências, há também diversas técnicas interativas desenvolvida utilizando mouse e teclado voltadas para desktop. Uma evidência clara para o sucesso desses esforços são os jogos eletrônicos para computador.

%%%%%

Observando a evolução das interfaces apresentadas ao longo das seções anteriores, nota-se o desenvolvimento de duas linhas de pesquisas inicialmente separadas porém cada vez mais integradas, \textit{WIMPs} e \textit{3DUIs}. Esta integração contribui para o progressivo desenvolvimento de um novo campo de pesquisa chamado Interfaces Híbridas (\textit{Hybrid User Interfaces})~\cite{Feiner91}. Neste campo estão reunidos os esforços na tentativa de misturar harmoniosamente tanto os elementos virtuais (aplicações, técnicas de interação, recursos gráficos, etc.) quanto físicos (dispositivos de entrada e saída) de uma ou mais interfaces. 

A progressiva integração de interfaces de naturezas diferentes, como as WIMPs e as \textit{3DUIs}, resultou no aparecimento de outras interfaces que compartilham características das duas. Estas interfaces ``intermediárias'' estão contidas em um espectro de interfaces proposto por Molina ~\cite{Molina08} (Figura \ref{fig:ContinuumDVR}). Este espectro ficou denominado como Virtualidade Misturada e foi inspirado no processo evolutivo das interfaces classificando-as em relação ao grau de imersão oferecido por elas. 

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 85mm 50mm]{MolinaContinuum.PNG}
\caption{\textit{Continuum} de Interfaces Digital-Virtual-Real .}
\label{fig:ContinuumDVR}
\end{figure}
%~\cite{Molina08}
Além disso, o espectro de Molina é uma extensão de um outro proposto por Milgran~\cite{Milgram94} que compreende uma faixa de interfaces relacionando o mundo real e o virtual. Milgran denominou-o como continuum da Realidade Mista. Este \textit{continuum} é descrito como um espectro no qual em um extremo está a Realidade Comum (sem alteração alguma), e no outro extremo está uma Realidade totalmente Virtual (Figura ~\ref{fig:Continuum}). Ao longo dele encontram-se a Realidade Aumentada (\textit{AR - Augmented Reality}) e a Virtualidade Aumentada (\textit{AV - Augmented Virtuality}). A \textit{AR} é baseada no mundo real enriquecido com informações virtuais, enquanto a \textit{AV} está baseada no mundo virtual enriquecido com informações do mundo real.

Todo este conjunto de interfaces (contidas no espectro mais abrangente proposto por Molina) compõe uma diversidade de configurações de hardware e software particulares, e desta forma são potenciais ``ingredientes'' para uma interface híbrida (\textit{HUI - Hybrid User Interface}) que objetiva integrá-los. A concepção de uma \textit{HUI} pode culminar em interfaces novas com recursos híbridos inspirados em outras interfaces buscando integrar funcionalidades antes separadas. 

A forma como esses elementos de hardware e software são integrados pelas \textit{HUIs} pode resultar em um tipo de interface que interliga outras interfaces existentes, ou seja, uma forma de interface de transição (\textit{Transitional Interfaces})~\cite{Billinghurst01,GrassetLB06}. 

Entretanto, ainda há uma carência em relação ao design das \textit{HUIs}, por ser uma área de pesquisa bastante multidisciplinar é difícil definir regras claras para guiar esse desenvolvimento. Porém já existem algumas iniciativas neste sentindo, por exemplo, propriedades que visam manter uma continuidade de interação entre espaços de interação distintos, ou seja, interfaces distintas. Desta forma, pode ser útil aproveitá-las como guias durante o processo de design das \textit{HUIs}, assim como o estudo de requisitos. Além disso, o conceito de congruência dimensional pode guiar a escolha de dispositivos para a realização de tarefas, uma vez que este conceito ajuda a identificar as necessidades dimensionais das tarefas. A Figura~\ref{fig:hui} resume visualmente a junção de elementos das \textit{WIMPs} e \textit{3DUIs} por meio das \textit{HUIs} utilizando regras de continuidade e congruência dimensional para guiar o desenvolvimento de uma Interface de Transição.


\section{Related Works}

Este capítulo inicia relatando trabalhos significativos relacionados com o desenvolvimento de sistemas de interface que tentam misturar componentes de hardware e software de diferentes naturezas. Em seguida são relatados outros trabalhos que mostram evidências de uma possível relação entre tarefas comumente realizadas em ambientes virtuais 3D e as propriedades de \textit{displays} e dispositivos de entrada. Mais à frente são apontados trabalhos relevantes sobre interface de transição, continuidade e congruência dimensional, os quais servem como referência e para o desenvolvimento de mecanismos para transições entre interfaces distintas, assim como no auxílio para o desenvolvimento de técnicas de interação 3D.

\subsection{Interfaces Híbridas}

Os trabalhos citados a seguir são às vezes denominados como Sistemas de Realidade Mista (\textit{MRS - Mixed Reality Systems}), ou Interfaces Híbridas de Usuário (\textit{HUI - Hybrid User Interfaces}), ou até recentemente Sistemas  de \textit{Display} Híbridos (\textit{HDS- Hybrid Display Systems}). Todos compartilham características no sentido de usar múltiplos elementos, sendo estes múltiplos \textit{devices} e/ou múltiplas interfaces. Ao longo do capítulo será adotada a denominação \textit{HUI}.
O termo \textit{HUI} foi inicialmente abordado por Feiner~\cite{Feiner91}, caracterizando um ambiente heterogêneo, rico em técnicas de interação, com dispositivos de diversas modalidades sendo utilizados de forma complementar. Uma aplicação exemplo, utilizando um \textit{HMD}, resultou na elaboração de uma \textit{Hybrid Windows Manager Interface}. Esta interface permitiu o aumento (além dos limites do monitor) da área de trabalho virtual de um \textit{desktop} por meio da visualização no \textit{HMD} (Figura ~\ref{fig:feiner}).

\subsection{Influência dos Dispositivos nas Tarefas de Interação 3D}

A maioria das \textit{3DIts}, para ambientes imersivos, foram criadas e desenvolvidas utilizando \textit{HMDs}, muito provavelmente pelo baixo custo em relação às \textit{CAVEs} e por oferecer mais imersão do que os monitores convencionais. Diversos estudos sobre \textit{3DIts} foram feitos buscando identificar vantagens e desvantagens na realização das tarefas 3D. E, novamente, numa grande parte destes estudos predominou a avaliação usando \textit{HMDs}, ou seja, comparações entre técnicas diferentes em um mesmo \textit{display} ~\cite{Bowman97,BowmanRP02,BowmanJH99,BowmanKH98,BowmanKH97,PoupyrevI99,PoupyrevBI98,ChenPB04,Poupyrev97,Bowman97evalMov,JeongSCH08}. Estes e outros estudos trouxeram discussões e conclusões sobre a utilização de várias \textit{3DIts} para diferentes tarefas e diferentes tipos de ambientes virtuais. Mas todo este conhecimento ficou bem vinculado às características de um único \textit{display} (\textit{HMD}), ou seja, um \textit{FOV} limitado, \textit{FOR} de 360 graus, obstrução total da visão do mundo real, possibilidade de interações a curta distância tirando vantagem da propriocepção humana (i.e., usando as informações do próprio corpo, como a posição das mãos ou da cabeça), questões ergonômicas relacionadas com o peso e existência de cabos, entre outras. 

Entretanto, cada vez mais estão surgindo novas frentes de pesquisa envolvendo avaliações diversificadas buscando entender o impacto das características dos \textit{displays} na imersão durante uma experiência virtual. Por exemplo, a comparação de diferentes \textit{displays} na realização de uma mesma tarefa, sendo que esta pode ser executada com uma \textit{3DIt} particular em cada \textit{display}. Outras estudam o impacto de migrar uma \textit{3DIt} de seu \textit{display} primário (o \textit{display} no qual ela foi desenvolvida inicialmente) para um outro \textit{display} (\textit{display} secundário). Todos estes esforços estão trazendo à tona atenção a outras características dos \textit{displays} que estão indicando vantagens na realização das tarefas 3D. Boa parte destes estudos opta por analisar \textit{displays} com características bem distintas, caracterizando uma certa dicotomia, para oferecer conclusões que sirvam como referência na avaliação de outros \textit{displays} que compartilham similaridades com os \textit{displays} estudados. Um caso bastante encontrado é a comparação entre \textit{HMDs} e \textit{CAVEs}. Porém, às vezes há também a inclusão de outros setups como FishTank e até o monitor tradicional.

\section{HybridDesk}

\subsection{Anotation 3D Task}

O design da \textit{HUI} neste trabalho baseou-se na análise da tarefa de anotação 3D e na verificação de seus requisitos, ou seja, a determinação do contexto dos ambientes de interação necessários. Este contexto refere-se ao conjunto de software e hardware utilizado na composição de um ambiente de interação. Esta tarefa foi considerada importante porque pode ser interpretada como uma tarefa contendo tanto elementos simbólicos (informações como textos) comumente encontradas em intefaces 2D, e elementos gráficos encontrados em interfaces 3D.
A composição do contexto foi conduzida de acordo com os recentes estudos envolvendo dispositivos de entrada e \textit{displays} na realização das tarefas de interação, conforme abordado na Seção ~\ref{sec:TrabRel:DevicesAndTechniquesIssues}.

A tarefa de anotação 3D caracteriza-se como uma forma de incluir informações em um \textit{VE}, e frequentemente são informações direcionadas a um objeto particular contido no \textit{VE}. Como uma das motivações neste trabalho foi procurar meios de aproveitar o conhecimento prévio dos usuários, uma das decisões neste sentido foi escolher o ambiente \textit{WIMP} como provedor de ferramentas para criar e editar informações simbólicas. A razão principal para esta escolha foi baseada na maturidade e popularidade das várias aplicações (editores de texto e planilhas, confecção de apresentações, entre outras) contidas neste ambiente. Deste modo, a tarefa de anotação 3D foi idealizada na forma de associações a arquivos no ambiente \textit{WIMP}, ou seja, a criação de ``atalhos'' (\textit{shortcuts}) dentro do \textit{VE} para dados contidos no ambiente \textit{WIMP}. A representação deste atalho deve assumir a forma de um ícone 3D no formato de um cubo virtual pequeno. A associação deste ícone a um objeto ocorre através do posicionamento espacial manual do mesmo, ou seja, o usuário indica algum lugar específico nas proximidades da malha do objeto. Esta forma de posicionamento dá importância à posição espacial do ícone como uma informação complementar além daquela contida no arquivo referenciado pelo ícone.
Pode-se dizer que a representação visual desta tarefa se faz por três estágios: o primeiro pela visualização do ícone 3D no \textit{VE} como uma forma de sinalizar a existência de uma informação; segundo pela verficação da posição 3D do ícone, uma vez que, este posicionamento espacial do ícone é relevante para as informações contidas na anotação; e no terceiro estágio pela visualização do conteúdo da informação por meio de uma aplicação contida no ambiente \textit{WIMP}. 
Em relação à forma de armazenamento da informação, esta é caracterizada por arquivos no ambiente \textit{WIMP}.  


\begin{figure}[]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 70mm 40mm]{transitionConcept.png}
\caption{Três ambientes para a realização da anotação 3D.}
\label{fig:ambientesAnotacao3D}
\end{figure}

Uma vez identificadas as sub-tarefas necessárias para a realização da tarefa da anotação 3D, e a decisão por utilizar o ambiente \textit{WIMP} para uma das tarefas, foi decidido criar um ambiente de interação isolado para a tarefa de manipulação 3D e outro ambiente para a tarefa de navegação 3D. Desta forma, fica evidente a composição de 3 ambientes de interação distintos e interligados para a tarefa da anotação 3D.


\subsection{Interaction Environments}




\subsubsection{VR-Nav}

O ambiente interativo semi-imersivo \textit{VR-Nav} é caracterizado pelo uso simultâneo das quatro telas de projeção para proporcionar uma área física de visualização maior juntamente com um \textit{FOV} elevado. Na Seção ~\ref{sec:TrabRel:DevicesAndTechniquesIssues} alguns trabalhos indicam que estas características trazem benefícios para tarefas de navegação, tanto na locomoção como no \textit{wayfinding}. 

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 70mm 40mm]{wand_real_virtual.png}
\caption{\textit{Wand} virtual acompanhando os movimentos da \textit{Wand} real.}
\label{fig:ws_wand-real-virtual}
\end{figure}

Como dispositivo de entrada neste ambiente de interação, uma \textit{Wand} ficou disponível. No \textit{VE}, uma representação virtual desta \textit{Wand} foi acrescentada com similaridades na aparência. Esta representação acompanha todos os movimentos da \textit{Wand} real (Figura ~\ref{fig:ws_wand-real-virtual}). O \textit{head-tracking} ficou habilitado neste ambiente, juntamente com a visualização estéreo do tipo anaglifo.

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 70mm 40mm]{ws_vr_nav.png}
\caption{\textit{VR Nav}.}
\label{fig:ws_vr_nav_p2}
\end{figure}

O espaço físico de interação fornecido por uma CAVE permite a execução de uma variedade de técnicas de interação através de movimentos físicos envolvendo braços, mãos e até pernas. Mas as técnicas de navegação envolvendo locomoção física não são muito aproveitadas neste ambiente porque seu espaço físico é pequeno, impossibilitando andar longas distâncias. De forma abrangente, a grande vantagem da CAVE é a sua imersão proporcionada pelas superfícies que envolvem o usuário, bem como a possibilidade da execução de técnicas envolvendo braços e mãos livremente. Por causa destas vantagens, buscou-se inspiração no formato das CAVES para o ajuste das superfícies de projeção no ambiente proposto, procurando uma imersão parcial que estimulasse visualmente o usuário e ao mesmo tempo disponibilizasse espaço para realizar movimentos físicos com os braços e mãos. A característica da CAVE de permitir a permanência do usuário em pé teve que ser sacrificada para possibilitar o uso dos outros ambientes, procurando manter uma postura física (posição sentada) comum ao longo da execução das tarefas em todos os ambientes interativos do sistema híbrido.

Apesar da perda de mobilidade para tarefas de navegação envolvendo locomoção física e outras formas de manipulação, pode-se presumir que este ambiente apresenta algumas vantagens na questão de fadiga durante as interações por ele oferecidas. Esta redução da fadiga está diretamente vinculada à posição sentada que o usuário permanece durante o uso do ambiente, assim como a presença de superfícies de apoio para os braços. Vale ressaltar que em ~\cite{Blundel06} é mencionada uma questão importante de usabilidade referente à fadiga onde são levantadas algumas observações:

1)	O desconforto decorrente das interações por intervalos prolongados de tempo  tem como uma das explicações o fato de ter que segurar artefatos físicos de interação no espaço sem o apoio das mãos ou braços em alguma superfície de apoio;

2)	Sem uma superfície de apoio, o que pode servir como um ponto estático de referência, pode resultar no aumento da dificuldade em realizar operações mais precisas;

3)	Se for frequente o uso de movimentos de grande alcance, comparando-se com a movimentação de curto alcance feita usando \textit{joysticks} ou mouse, isso pode resultar em ganho de tempo durante as movimentações, mas a possibilidade de ocorrência de problemas relacionados à fadiga muscuclar é maior; 

Duas \textit{3DIts} de navegação foram disponibilizadas. A primeira \textit{3DIt} foi baseada na técnica ``grabing the air'', ou seja, a locomoção virtual realizando arrastos usando a \textit{Wand}. O arrasto é realizado mantendo pressionando o botão ``B'' da \textit{Wand} durante os movimentos da \textit{Wand}. A segunda \textit{3DIt} realiza movimentos utilizando as teclas de navegação na \textit{Wand}. A tecla ``Up'' causa uma locomoção na direção da  \textit{Wand}; a tecla ``Down'' realiza o mesmo movimento na direção inversa; a tecla ``Right'' realiza um movimento para o lado direito do usuário e a tecla ``Left'' para o lado esquerdo.

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 70mm 40mm]{obj_selected_ray.png}
\caption{Raio partindo da representação virtual da \textit{Wand}.}
\label{fig:ws_ray}
\end{figure}

Uma \textit{3DIt} do tipo \textit{raycasting} foi implementada e acionada pelo botão ``A'' da \textit{Wand}. Uma vez ativo o raio e em cima de algum objeto 3D, um outro clique no botão ``A'' aciona a seleção deste objeto. O raio virtual iniciava da ponta da representação virtual da \textit{Wand} (Figura ~\ref{fig:ws_ray}).

Sendo a \textit{Wand} um dispositivo de natureza 3D, por conter dados contínuos referentes à sua localização e orientação espacial, acredita-se que com a escolha dela como dispositivo deste ambiente foi mantida uma congruência dimensional nas \textit{3DIts} oferecidas, uma vez que todas necessitavam de informaçãoes de natureza 3D para sua realização. A \textit{3DIt} ``\textit{Grabbing in the Air}'' necessita de pontos 3D para calcular um delta de movimento, e a navegação por teclas e o \textit{raycasting} necessitam de um vetor direção 3D.

Além da navegação, a tarefa de manipulação direta de objetos poderia ser realizada também na MiniCave através da interação com os objetos no paralaxe negativo, porém está funcionalidade foi desabilitada devido aos problemas decorrentes da obstrução de objetos virtuais por objetos reais e vice-versa (ver propriedade \textit{Masking} na Seção ~\ref{sec:ConceitosPreliminares:PropriedadesDisplays}). 


\subsubsection{VR-Manip}

O terceiro ambiente foi direcionado para tarefas de manipulação de objetos virtuais ao alcance das mãos conforme os requisitos levantados inicialmente. Este ambiente foi inspirado na ideia de \textit{reachin displays} para permitir a manipulação de objetos ao alcance das mãos. A grande maioria dos \textit{reachin displays} utiliza superfícies finas como espelhos e vidros para exibir o conteúdo digital normalmente proveniente de um monitor CRT. Apesar dos atuais monitores \textit{LCD} não serem da mesma espessura que um vidro ou espelho, acreditamos que este \textit{display} fornece também um acesso viável à sua parte traseira. Desta forma, a interação com as mãos é realizada diretamente atrás do monitor \textit{LCD}, ao invés de interagir atrás de uma superfície refletora.

Outra inspiração foi o \textit{setup} \textit{fishtank}, no sentido de prover o \textit{head-tracking} durante a interação na frente do monitor. Tal fato em conjunto com as características dos \textit{reachin displays} poderiam ser vistos como uma forma de ``acesso ao \textit{tank}''.

O dispositivo de entrada disponibilizado neste ambiente é a mesma \textit{Wand} disponibilizada no ambiente \textit{VR-Nav} (Figura ~\ref{fig:ws_vr_manip_p2}) e apresenta a mesma representação virtual dela. Mesmo o usuário não vendo as mãos e nem as representações reais dos apontadores (somente as representações virtuais), o fato de estar próximo e consistente com os movimentos das mãos pode vir a ser uma vantagem.

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 75mm 45mm]{ws_vr_manip.png}
\caption{\textit{VR Manip}.}
\label{fig:ws_vr_manip_p2}
\end{figure}

A \textit{3DIt} implementada neste ambiente é baseada na associação direta de movimento entre um objeto virtual (o objeto escolhido visualizado no \textit{LCD}) e uma ferramenta de interação física, a \textit{Wand}. A técnica necessita manter o botão ``B'' pressionado para que o objeto acompanhe os movimentos da \textit{Wand}. 

Assim como no \textit{VR-Nav}, acredita-se que aqui foi mantida uma congruência dimensional da 3DIt implementada, dado que a \textit{Wand} forneceu os dados 3D necessários para realizar os arrastos e rotações para manipular o objeto escolhido.

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 60mm 50mm]{vr-manip_env.png}
\caption{Ícone 3D na \textit{ponta} da Wand durante o uso do \textit{VR-Manip}.}
\label{fig:interaction_icon_vr_manip}
\end{figure}

No \textit{VR-Manip} o arquivo escolhido no \textit{WIMP} fica simbolizado por um ícone 3D na ponta da representação virtual da \textit{Wand} (Figura ~\ref{fig:interaction_icon_vr_manip}). Para anexar o ícone no objeto é preciso clicar no botão ``A'', feito isso, o arquivo aparece anexado ao objeto 3D no \textit{VR-Nav} com uma linha conectando o ícone 3D ao centro do objeto 3D.

% REVISAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAARRRRRRRRRRRRRRRRRRRR
Entretanto, com o resultado obtido do processo de integração desta forma de \textit{reachin display} com a MiniCave não foi possível dispor de todas as vantagens dos \textit{setups} convencionais dos \textit{reachin displays}. Por exemplo, estes \textit{setups} normalmente sustentam um monitor do tipo CRT ou do tipo auto-estéreo em um suporte horizontal, e abaixo deste suporte fica uma superfície refletora inclinada (ver Seção ~\ref{sec:TrabRel:InterfacesHibridas}). Entretanto, seria difícil a mobilidade destes suportes dentro da estrutura do \textit{workspace}, uma vez que um dos objetivos principais foi minimizar o esforço físico na troca dos ambientes de trabalho. 

Outro problema ficou vinculado à integração do sistema de \textit{tracking} neste \textit{setup}. Normalmente estes sistemas quando integrados nos \textit{reachin displays} são posicionados para aturarem atrás da superfície refletora, para isto o \textit{tracking} deveria estar posicionado atrás e abaixo da estrutura (ver \textit{PSS} na Seção  ~\ref{sec:TrabRel:InterfacesHibridas}), porém isto iria impossibilitar o uso da tela de projeção frontal da MiniCave. Além disso, o \textit{head-tracking} ficaria também comprometido pela obstrução causada pela estrutura toda do \textit{display}, ocasionando falta de visibilidade do marcador localizado na cabeça do usuário.

O \textit{LCD} não ficou posicionado como as superfícies refletoras convencionais, pois nesta posição poderia haver obstrução dos apontadores dificultando o processo de \textit{tracking}. Desta forma, foi assumido o posicionamento vertical do \textit{LCD} facilitando assim a sua aproximação da MiniCave e proporcionando espaço para o usuário apoiar os cotovelos durante as interações de manipulação. 

Apesar do \textit{LCD} ficar posicionado quase verticalmente, isto não impede a visualização dos objetos virtuais que não estão atrás do \textit{display}, isto porque o \textit{head-tracking} estará habilitado. Com o \textit{head-tracking} habilitado o \textit{LCD} vai ser visto como uma janela para um mundo virtual acessível atrás dele. Isto quer dizer que o usuário poderá movimentar a cabeça para explorar melhor o que está atrás desta ``janela virtual''. 

Como o uso do head-tracking também foi habilitado neste ambiente, a imagem gerada no \textit{LCD} está diretamente ligada com a câmera virtual formada pela posição do usuário e os 4 cantos do \textit{LCD}. Porém, estes cantos não são determinados em tempo real, para isto, foi capturada previamente a posição dos cantos na posição real de uso (quando o \textit{LCD} está totalmente a direira na frente da MiniCave). Ou seja, houve uma calibração estática da posição do \textit{LCD} para ser usada como informação durante toda a interação no \textit{VR-Manip}.

A opção por integrar ao ambiente algo inspirado nesta tecnologia é uma tentativa de incorporar a vantagem do acesso a objetos virtuais ao alcance das mãos, sem ter a desvantagem de usar um capacete. 





\subsubsection{WIMP}

Para interface \textit{WIMP}, as telas da MiniCave e o do \textit{LCD} foram disponibilizadas como único \textit{desktop}. Sendo o \textit{LCD} considerado a tela inicial e as demais para organização das janelas. Os dispositivos de interação convencionais (mouse e teclado) foram disponibilizados nesse ambiente, mantendo a congruência dimensional das tarefas de desktop e a natureza destes dispositivos. As interações neste ambiente permaneceram as referentes ao ambiente Windows XP, desta forma, a visualização, manipulação e escolha de um arquivo para envio para o ambiente \textit{VR-Manip} se faz por meio das interações usuais do Windows XP utilizando o mouse e teclado. Não houve nenhuma alteração nas funcionalidades de interatividade deste ambiente, apenas a inclusão de menus de contexto para mover-se para os outros ambientes. Estes menus serão explicados na seção de transições (Seção \ref{sec:Implementacao:Interacoes}).

\section{Transitional Interface}

\begin{figure}[hbt]
\centering
\includegraphics[bb=0 0 115mm 85mm]{Transicao_devices.png}
\caption{Dispositivos utilizados em cada ambiente e as trocas necessárias durante as transições.}
\label{fig:ws_trans_devices}
\end{figure}

Nesta nova abordagem, algumas decisões foram ponderadas em relação às propriedades da continuidade para permitir explorar mais características favoráveis dos \textit{displays} nas tarefas de interação. Isto levou a algumas descontinuidades e principalmente na propriedade perceptiva, uma vez que mais de um \textit{display} foi utilizado nesta abordagem, forçando assim o usuário alternar entre os mesmos. Na Figura ~\ref{fig:ws_trans_devices} estão os dispositivos e \textit{displays} utilizados em cada ambiente de interação, assim como as trocas de dispositivos necessárias (descontinuidades funcionais) durante as transições entre os ambientes.

\section{Conclusion}

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\section*{Acknowledgements}

To Robert, for all the bagels.

\bibliographystyle{acmsiggraph}
\nocite{*}
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\bibliography{Tese}
\end{document}
