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diseño de interacción

Dimensión VerbalDiseño de una negociación

modelos

modelosmetodologías, procesos.

probabilidad.

percepción

tomas laurenzocecal · inco · fing · udelar

Interacción persona computadorawww.fing.edu.uy/inco/cursos/inpercom

percepción

• Los humanos estamos limitados en nuestra capacidad de procesar y comunicar información.

• La información se adquiere (sentidos), se almacena (memoria) y se procesa (razonamiento, resolución de problemas, errores, etc.).

• Para un diseño de interacción exitoso, es imprescindible tener en cuenta dos realidades:– los usuarios son todos iguales– los usuarios son todos distintos

Bibliografía:Human-Computer Interaction (1993)Dix, Finlay, Abowd, Beale

Information Visualization (2000)Colin Ware

…y otros

usuario [canal de comunicación] máquina

canales de entrada y salida humanos• Un modelo muy utilizado es el “Human Processor Model (MHP)”

de Card, Moran y Newell (1983)– modelo cognitivo-ingenieril de las capacidades del ser humano.– el modelo comprende tres subsistemas: el perceptual, el motor y el

cognitivo (que conecta los anteriores).– cada subsistema tiene capacidad de procesamiento y memoria (distintos).– y principios de operación

• Nos centraremos en tres aspectos del modelo: comunicación (E/S), procesamiento y memoria.

• E/S:– Entrada: ojos, oídos, tacto, olfato y lengua.– Salida: dedos, manos, voz, posición de los ojos, posición de la cabeza,

posición de las articulaciones, etc.

• Recordar que nuestro interés es ingenieril.

model human processor

Visión

• “Vemos con el cerebro, no con los ojos”.• La pregunta podría ser ¿Por qué vemos algo?.

• Existen modelos de percepción…

• Pero es fundamental conocer los aspectos fisiológicos.

• Es posible, entonces, dividir la visión en dos etapas:

• Adquisición de los datos: sensación.

• Procesamiento: percepción.

Sensación y Percepción•Sensación: refiere a experiencias inmediatas básicas, generadas por estímulos aislados simples. La sensación también se define en términos de la respuesta de los órganos de los sentidos frente a un estímulo.

•Percepción: incluye la interpretación de esas sensaciones, dándoles significado y organización. La organización, interpretación, análisis e integración de los estímulos, implica la actividad no sólo de nuestros órganos sensoriales, sino también de nuestro cerebro.

•Algunos autores hablan de sensación consciente. El procesamiento es inevitable.

El ojo

1: cámara posterior 2: ora serrata 3: músculo ciliar Femenino 4: canal de Schlemm 5: ligamento suspensorio del lente 6: pupila 7: cámara anterior 8: córnea 9: iris 10: cortex del cristalino 11: núcleo del cristalino 12: cuerpo ciliar 13: conjuntiva 14: músculo oblicuo inferior 15: músculo recto inferior 16: músculo recto medial 17: arterias y venas retinianas 18: papila (punto ciego) 19: duramadre 20: arteria central retiniana 21: vena central retiniana 22: nervio óptico 23: vena vorticosa 24: conjuntiva bulbar 25: mácula 26: fóvea 27: esclerótica 28: coroides 29: músculo recto superior 30: retina

El ojo

• Es emparentable (!) a una cámara de fotos, donde

• pupila: diafragma (regula la cantidad de luz)

• córnea y cristalino: objetivo (enfocan)

• retina: película

El ojo• es “sólo” un órgano que evolucionó para detectar luz.

• se divide en tres capas:

• túnica fibrosa: capa exterior tiene la córnea y la sclera (que da el color blanco). Tiene colágeno, principalmente.

• túnica vascular: capa del medio con el iris (entre otras cosas), tiene vasos que dan oxígeno y limpian. Da el color de la pupila.

• túnica nerviosa: sensor interior que incluye a la retina.

La mácula (o mácula lútea) está en el centro de la visión (y de la retina), y la fóvea es el punto de foco. La fovea tiene 0.4mm de diámetro.

Mácula y fóvea

Hay más de 100.000 conos en un área correspondiente a 1.5 a 2 grados.

visión• córnea y lentes enfocan la luz hacia la retina.• La retina contiene fotorreceptores: conos y bastones.• Los bastones son muy sensibles a la luz.

– Es habitual la ceguera temporal ante mucha luz (de día suelen estar saturados).

– Hay 120 millones y se encuentran principalmente en la periferia de la retina (visión periférica)

• Los conos son menos sensibles a la luz– 3 tipos de conos sensibles a diferentes tipos de longitud de

onda.– son 6 millones y están concentrados en la mácula

visión

visión

visión

• Punto ciego – No somos concientes de su existencia– Corresponde a la zona de “empalme” con el nervio óptico.

• Celulas ganglionares (ganglion cells) X e Y.– X: Concentradas en la fóvea y sirven para la detección

temprana de patrones.– Y: Más distribuidas en la retina y sirven para la detección

temprana de movimiento (no podemos detectar patrones en la periferia, pero sí movimiento)

agudeza visual (visual acuity)

• Agudeza entre puntos

• Agudeza en rejilla

1 minuto de arco

2 minutos de arco

agudeza visual (visual acuities)

• Agudeza para letras (5 minutos de arco)

• Agudeza en estereo (10 segundos de arco)

Agudeza visual (visual acuities)

• (super) agudeza de Vernier (10 segundos de arco)La habilidad de percibir si dos segmentos son colineales.

En condiciones óptimas es de 8” de arco (0.13’). La agudeza “normal” es de 0.6’ y 0.4’ para el cono fóveal.Es un proceso que se piensa que se realiza en la corteza visual y no en la retina.Equivalente en niños y adultos (no se entrena, no decae)No se sabe por qué sucede.

Sensibilidad al contraste espacial

Sensibilidad al contraste espacial

Percibiendo tamaño y profundidad

• Tamaño de la imagen ángulo visual. – 1 objeto de 1cm a 57 cm. del ojo tiene un áng. vis. de 1º – Una línea se detecta si tiene un grosor de 0,5’’ de ángulo

• Sin embargo, el ángulo visual no alcanza para definir el tamaño del objeto.

• Claves de profundidad– Si hay superposición de objetos, el objeto parcialmente cubierto está

detrás.– Borroneo (blurring).– Tamaño y altura del objeto nos indica su distancia.– El tamaño esperado del objeto nos indica su distancia.

Percibiendo brillo

• Brillo: Depende de la luminancia (energía) • Contraste: Relación entre la luminancia del

objeto y la luminancia del fondo.• Los bastones perciben mejor el brillo que los

conos.• El temblor (flickering) es percibido mejor con

mayor intensidad de luz. Es mejor percibido en la visión periférica.

Percibiendo color

• Color: se perciben 150 colores diferentes. Aproximadamente 7 millones de tonalidades diferentes (agregando intensidad, saturación).8% de hombres y 1% mujeres sufren de algún grado de ceguera al color (por ej. no distinguen entre el rojo y el verde)

• Aberración cromática: El ojo humano no corrige la aberración cromática. Diferentes longitudes de onda enfocan a distintas distancias dentro del ojo. Cuando se enfoca a un color, el otro está fuera de foco, por lo que puede parecer que un color flota sobre otro.

Percibiendo Color• Aberración Cromática (cromostereopsis):

AberraciónCromática

Percibiendo Color• Aberración Cromática (cromostereopsis):

La mayoría percibe el rojomás cerca que el azul

Pero otros ven el efecto contrario

Lectura• Es un “caso especial” de la visión, en función de su relevancia en HCI• 94% vista fija, 6% sácadas, (cegera temporal), con regresiones.• Adultos leen aprox. 250 palabras por minuto.• Las palabras familiares se reconocen tan rápido como los caracteres.• Esto indica que reconocen la forma. Por tanto, al cambiar la forma se

leerá más lento.• Fuentes de tamaño 9 a 12 son igualmente legibles.

• Letras negras en fondo blanco.– Se incrementa la luminancia, aumenta la legibilidad y puede producir

parpadeo (flicker).– En la práctica es preferible y produce mejores resultados.

• Can You Raed Tihs? • 'Aoccdrnig to a rscheearch at an Elingsh uinervtisy, it deosn't mttaer in

waht oredr the ltteers in a wrod are, the olny iprmoetnt tihng is taht frist and lsat ltteer is at the rghit pclae. The rset can be a toatl mses and you can sitll raed it wouthit porbelm. Tihs is bcuseae we do not raed ervey lteter by it slef but the wrod as a wlohe

Visión como percepción• Inferencia inconsciente: (Helmholtz), derivar una

interpretación probable, a partir de información incompleta.

• La interpretación debe basarse en la información relevante.

• Modelo: S=(F,C). S = escena. F, datos relevantes (Features) y C datos irrelevantes (counfounding variables).

• S determina I (patrón de iluminación de la retina), por lo que I(S)=(F,C). La visión consiste en obtener F a partir de I. (S es incognoscible). 3D 2D.

Visión como percepción• Modelo gestáltico (proximidad, similitud,

cercanía y simpleza).

• Modelos probabilísticos. Tratamiento de señales (teorema de Bayes y teorema de Helmholtz).– Los veremos más adelante.

• Psicofísica. Estudio de la relación entre los estímulos y su percepción.

Ilusiones ópticas

• ¿Sirven como instrumento de estudio de la percepción?

• ¿Cuán fiel es la visión?

• ¿Qué es ver?

• Percepción (e ilusión) de iluminación– el cerebro debe descontar las condiciones locales para

estimar la luminancia y la reflectancia.– la cantidad de luz depende de la reflectancia y de la

cantidad incidiente.• ¿cómo distinguimos entre blanco poco iluminado y negro muy

iluminado?– constancia de iluminación. la cantidad de gris es resultado

del procesamiento.

• En todo punto de una imagen existe una apparent atmospheric transfer function (ATF) que mapea la reflectancia en luminancia. Para estimarla el sistema visual debe invertir el mapeo, implícita o explícitamente. La función de inversión se llama lightness transfer function (LTF).

• La iluminación de un “parche” es computada comparando su luminancia con una distribución con pesos de las luminancias vecinas (no se sabe bien cuál es la computación exacta)

• Los mecanismos perceptuales clásicos influyen (gestálticos, etc.).

• Las estadísticas de iluminación se obtienen con una ventana adaptativa, con muestras densas las ventanas son pequeñas. La ventana es soft-edged.

• Cambia de forma para evitar información de atmósferas distintas.

• El contorno actua como una frontera atmosférica.

es importante teneren cuenta que

que existenusuarios

ROJO AZUL

NEGRO AMARILLO

VERDE

• videos

ilusiones• Visuales (perceptuales) y cognitivas (“de pensamiento”)

• Ilusiones visuales– Físicas.

• se explican por distorsiones de la luz entre el objeto y el ojo

– Fisiológicas• se explican por el proceso de transducción de señales.

– Cognitivas• por las asunciones que realiza la mente

• Bibliografía1- D. Kahneman y A. Tversky (2000). "Choices, values and frames". Cambridge: University Press.2- M. Piatelli. (2005)."Los túneles de la mente: ¿qué se esconde tras nuestros errores?" Barcelona:

Editorial Crítica.

Ilusiones ópticas

• ¿Sirven como instrumento de estudio de la percepción?

• ¿Cuán fiel es la percepción visual?

• ¿Qué es ver?

• Un minuto de arco, denominado también minuto sexagesimal, abreviado arcmin, es una unidad del ángulo plano frecuentemente utilizada en artillería, astronomía y otras disciplinas equivalente a 1/60 de un grado sexagesimal.

• Un grado se define como 1/360 de un círculo, de manera que un arcmin es 1/21600 del arco de un círculo o π/10800 radianes. Generalmente se utiliza el índice prima (′), por lo que un minuto de arco se escribe entonces 1′.

El display óptimo

• Si hay que diseñar en función del usuario:• ¿Qué resolución ideal debe tener un monitor?

– Si el monitor está a 57 cm 1º = 1cm– Si el monitor es de 17 pulgadas = 34 x 26 cm– Si el ojo tiene 180 receptores por grado (fóvea). El monitor debería ser de 180*34 x 180*26 = 6120 x 4680

• o– Si el ojo percibe 50 ciclos por grado. Entonces se debe

poner como mínimo 100 píxeles por cm. El monitor debería ser de 100*34 x 100*26 = 3400 x 2600

El display óptimo

• ¿Por qué las impresoras imprimen a 1200dpi=460 puntos por centímetro?– Aliasing y superagudezas.

– Niveles de gris

• 256 niveles de gris precisa cuadrados de 16x16 píxeles.• 1200 dpi se alcanza en imágenes blanco y negro. Para patrones

de gris, la resolución es mucho menor.

Línea, aliasing y antialiasing

Puede ser bueno ver esto para distinguir fácilmente si la línea es horizontal o no.

niveles de gris

6 8 4

1 0 3

5 2 7

model human processor

Los sentidos

• “capacidades fisiológicas que operan como entradas para la percepción”. – cinco aristotelianos: visión, oído, gusto, olfato y tacto, – además: termocepción, nociocepción, propiocepción, cinestesia, y

equilibriocepción– además: cronocepción, magnetocepción (direccional débil).– introspectivos vs. extrospectivos

• El modelo aristoteliano difiere del actual, sobre todo en el tacto.

• Sentidos no humanos: electrocepción, magnetocepción, ecolocación, presión del agua...

Oído

Procesamiento del sonido

• El sonido es el cambio o vibración de la presión del aire. El oído puede distinguir:– Frecuencia 20 Hz a 15 kHz– Diferencias de frecuencia de hasta 1.5Hz.– Volumen (intensidad, “velocity”)– Timbre (tipo de sonido, forma de la onda)– Localización del sonido. – Filtro de sonidos (aislar ruidos o fuentes sonoras, ignorar

ruidos de fondo, etc.).

• Raramente utilizado en diseño de interfaces, pero extremadamente potente.– Sí se usa en la tele.

El oído

• Consta de tres partes– Oído Externo– Oído Medio– Oído Interno

El oído• Oído Externo: Las ondas sonoras llegan al pabellón auricular

y son dirigidas hacia el conducto auditivo externo, donde ciertas frecuencias resultan amplificadas. Finalmente llegan a la membrana timpánica, a partir de la cual, las vibraciones se transmiten por medio sólido.

• Oído Medio: Incluye la trompa de Eustaquio, un conducto que comunica directamente el oído medio con la faringe, igualando la presión entre las dos bandas del tímpano. Por otro lado también está formado por una cadena de huesitos (martillo, yunque y estribo), que son el camino de las vibraciones mecánicas hacia la ventana oval.

La ventana oval es otra membrana que provoca una vibración en el líquido contenido dentro del caracol transformando un estímulo del medio aéreo a uno líquido.

El oído• Oído interno: La cóclea o caracol contiene el órgano de Corti,

que en humanos consta de entre 24.000 y 30.000 células ciliadas que descansan sobre la membrana basilar. Las regiones de esta membrana vibran a distintas frecuencias características (en humanos, entre 0.02 y 20 kHz aproximadamente), en función de la distancia desde la ventana oval. Las células ciliadas se activan y transmiten información nerviosa cuando vibra la parte de la membrana basilar sobre la que se encuentran. Este es el principio fundamental de la tonotopía (organización de las neuronas en los diversos núcleos del sistema auditivo, en función de la frecuencia del sonido al que responden mejor) del sistema auditivo.

• Finalmente la información nerviosa llega al cerebro, cada oído por separado.

El oído

• Sistema de protección Tenemos dos músculos (estapedio y tensor del tímpano) que tensan o relajan el tímpano y la cadena de huesos automáticamente, en función de la intensidad del sonido, limitando así la cantidad de energía transmitida hasta la cóclea (cuyas células ciliadas son muy sensibles).

• El principal inconveniente de este sistema es el tiempo de adaptación, durante el cual el oído puede padecer daños serios.

• Además el canal auditivo externo puede segregar cerumen como barrera protectora ante la llegada de sonidos fuertes.

El oído• Umbrales de la audición: Los umbrales o límites de la

audición considerados estándar corresponden a intensidades de 0 dB (umbral de audición) a 140 dB (umbral de dolor) donde ya hay una molestia o dolor físico.

• El margen de frecuencias audibles oscila entre 18 a 28000 Hz.

• A lo largo de todo este espectro de audiofrecuencias varía la sensación de intensidad o sonoridad. Para determinar esta sonoridad se emplea el gráfico de Fletcher-Munson (curvas isofónicas).

• La unidad de sonoridad es el fonio o fon.

El oído• Sonoridad: La sonoridad es una medida subjetiva de la intensidad con

la que un sonido es percibido por el oído humano. Es decir, la sonoridad es el atributo que nos permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil.

• La sensación sonora de intensidad (sonoridad) se agudiza para sonidos débiles, y disminuye para sonidos fuertes, lo que se debe a que la audición humana no es lineal, sino logarítmica.

• Las curvas isofónicas son curvas de igual sonoridad.

• Estas curvas calculan la relación existente entre la frecuencia y la intensidad (en decibelios) de dos sonidos para que éstos sean percibidos como igual de fuertes, con lo que todos los puntos sobre una misma curva isofónica tienen la misma sonoridad.

• Así, si 0 fon corresponden a una sonoridad con una intensidad de 0 dB con una frecuencia de 1 kHz, también una sonoridad de 0 fon podría corresponder a una sonoridad con una intensidad de 60 dB con una frecuencia de 70 Hz.

Localización sonora

• Es una tarea computacionalmente muy compleja.

– Se utiliza una combinación de claves biaurales, monoaurales y dinámicas para realizarla con suma facilidad.

– Cuando un sonido alcanza la cabeza es interceptado primero por una oreja, luego la cabeza distorsiona la onda sonora y la onda distorsionada es recibida por la segunda oreja.

– La distorsión introducida por la oreja es determinada unívocamente por el ángulo de incidencia de la onda.

Localización sonora

• Temprano en el desarrollo humano, el cerebro aprende a computar las diferencias entre las dos ondas procesadas por los oídos y utiliza esa información para detectar la localización del sonido.

• El cerebro crea una “función de transferencia relacionada a la cabeza”: head related transfer function o HRTF, la cual describe la relación entre las ondas sonoras en función del origen del sonido.

• Cuando se escucha un sonido, el cerebro analiza las dos ondas y computa la inversa de la HRTF para localizar el sonido.

• Experimento para comprender la naturaleza de la HRTF.

• Se envía al sujeto un sonido alterado utilizando una HRTF estándar, simulando un sonido con determinada ubicación espacial.

a) sistema tradicional de reproducción.

b) verificación de la distorsión producida por la cabeza.

c) Sistema con simulación espacial (HRTF)

Localización sonora

• Una forma de simular sonido espacial es hacer que los sujetos escuchen sonido biaural. El sonido biaural es una técnica utilizada para crear el efecto de sonido espacial utilizando únicamente un par de auriculares estero.

• El sonido es grabado utilizando dos o más micrófonos. El sonido grabado es luego mezclado y editado para luego ser emitido por dos canales separados.

• Para generar sonidos biaurales más realistas se montan dos micrófonos omnidireccionales sobre una cabeza artificial.

Luego, convolucionando la HRTF de la cabeza humana promedio en el sonido, se pueden derivar los canales del sonido esterofónico.

Localización sonora

• Además de las claves biaurales (HRTF), cada oído dispone de herramientas que le ayudan a localizar la fuente sonora.

• La oreja refleja las ondas sonoras en diferentes direcciones como una función de la frecuencia y la dirección de incidencia.

• Otra clave monoaural que cada oído puede utilizar, consiste en interpretar las demoras en los ecos producidos por el entorno.

Localización sonora

• Además de las claves biaurales y monoaurales existen claves dinámicas.

• El movimiento de la cabeza puede mejorar drásticamente la precisión de la localización sonora. Al tomar múltiples conjuntos de datos, el cerebro puede interpolar y triangular la localización de un sonido.

• Se utiliza mucho cuando un sonido proviene del frente o de la espalda, porque la mayoría de las claves biaurales y monoaurales dejan de funcionar.

Localización sonora

Paradoja del tritono

• una secuencia de dos tonos de Sheppard separados por un tritono (media octava).

• un tono de Sheppard es un conjunto de sinusoides octavadas.

• figura biestable

Tacto (percepción háptica)

• En la piel existen tres grupos de receptores (clasificación funcional):– termoreceptores (calor y frio)– nocioceptores (presión intensa, calor y dolor)– mecanoreceptores (presión)

• Rápidamente adaptables• Lentamente adaptables.

• Existen áreas con una sensibilidad mucho mayor que otras.– hay sentido del tacto externo e interno.

Tacto (percepción háptica)• Podemos clasificar los receptores por sus

características fisiológicas– Corpúsculos de Meissner y discos de Merkel.

• miden entre 50 y 100 micras.• dedos y punta de la lengua.

– Ruffini: temperatura alta.

– Krause: temperatura baja y dolor.• localizados en lo profundo de la hipodermis.• son unos 260k, por todo el cuerpo.

– Paccini: presión alta.

– Terminaciones nerviosas. • Receptoras de dolor ramificadas. • En los lugares más sensibles hay unas 200 unidades por cm2.

Tacto (percepción háptica)

• Cinestesia (o kinestesia) o propiocepción: conciencia de la posición del cuerpo y extremidades (por receptores en las articulaciones).

• Existen tres tipos de sensores:– Rápidamente adaptables (movimientos en una dirección

particular)– Lentamente adaptables (movimiento y posición estática)– Receptores posicionales (extremidad en una posición

estática)

Movimiento

• Tiempo del movimiento depende de las características de las personas (edad y salud).

• Tiempo de reacción depende a su vez del sentido a través del cual un estímulo es recibido.– Señal audible 150ms– Señal visual 200ms – Dolor 700ms– Señal combinada es aún más rápida– Práctica, entrenamiento y fatiga varían estos valores.

Movimiento

• Exactitud:– ¿La velocidad de reacción resulta en exactitud

reducida?– Tiempo del movimiento depende de las

características de las personas (edad y salud).• Ley de Fitts• Mecanógrafos rápidos escriben dos veces

más rápido y cometen 10 veces menos errores que mecanógrafos casuales.