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Facoltà di Lettere e Filosofia Università di Verona A.A. 2005-06 Comunicazione ed interazione Macchina 1 Sommario • Descriveremo il sistema computer composto da vari elementi. • Il modello di macchina a cui si fa riferimento è l’architettura Von Neumann. • Ognuno di questi elementi influisce nell’interazione in vari modi: – – – – – input devices: inserimento del testo e del puntamento; output devices: schermo, audio; input e output cartaceo; memoria: RAM e memorizzazione permanente; elaborazione: velocità, reti. 2 Introduzione • Il computer, nell’interazione, è la parte che esegue i programmi: – in generale, qualsiasi strumento interattivo (interruttori della luce, macchine); – principalmente computer; Forme di interazione: – batch: tipicamente quando grosse moli di dati devono essere inseriti nella macchina; richiede poca partecipazione dell’utente; – interattivo: l’utente controlla le cose tutto il tempo; 3 Computer system: un esempio – Schermo, o monitor, dove ci sono finestre aree separate con comportamento indipendente; – tastiera; – mouse; • I dispositivi determinano lo stile dell’interazione che il sistema supporta • Per dispositivi differenti l’interfaccia deve supportare stili differenti 4 Dispostivi di input/output • Sono quei dispositivi che consentono all'utente ed alla macchina di interagire. • La loro scelta deve essere fatta secondo i seguenti parametri : – adatti al compito – adatti all'utente – adatti all'ambiente • I dispositivi di input trasformano un gesto dell'utente in eventi per il calcolatore. • I dispositivi di output trasformano eventi dall'interno della macchina in eventi percepibili dall'utente. 5 Dispositivi per l’immissione del testo Tastiera • Il più comune strumento di immissione testo; • Layout standardizzato (QWERTY) : – differenze per caratteri alfanumerici dipendenti dalla nazione; – non ottimale per la scrittura (il layout deriva dalle macchine da scrivere); – altri layout permetterebbero battiture più veloci, ma l’abitudine degli utilizzatori ne ostacola il cambiamento. 6 La tastiera • La pressione del tasto chiude la connessione e viene inviato un codice-tasto; • di solito è connessa con un cavo, ora anche cordless; • permette ad utenti esperti di inserire testo molto velocemente. 7 Altre tastiere • Alfabetica: i tasti sono in ordine alfabetico; – non è più veloce per utenti esperti; – non è neanche più veloce per utenti principianti. • Dvorak: – le lettere più comuni sono sotto le dita principali: biased towards right hands; – le combinazioni più comuni di lettere sono alternate tra le due mani; – miglioramento del 10 - 15% in termini di velocità e riduzione di fatica; – MA: la larga base sociale del QWERTY produce una pressione sul mercato contraria al cambiamento. 8 Altre tastiere Tastiere Chord – pochi tasti: quattro o cinque; – le lettere sono la combinazione dei tasti premuti; – compatte: ideali per applicazioni portatili; – training veloce: le combinazioni riflettono la forma della lettera desiderata; – veloci; – MA: resistenza del QWERTY + fatica dopo un uso prolungato 9 Altri dispositivi per immissione testo • Riconoscimento di caratteri scritti a mano: – Il testo scritto a mano può essere inserito nel computer, utilizzando una penna e una digitising tablet. – Forma comune di interazione Caratteristiche: – acquisizione in modo naturale di tutte le informazioni utili: percorso dello stroke, pressione etc. – segmentazione dello scritto in singole lettere; – interpretazione delle lettere; – trattare con diversi stili di scrittura; – gli organizer (palmari) attuali incorporano la tecnologia di riconoscimento caratteri, aboliscono l’uso della tastiera. 10 • Riconoscimento del parlato: – Sistema promettente, che però funziona solo in particolari situazioni: utente unico, vocabolario ristretto; Problemi: – interferenza del rumore esterno; – imprecisioni nella pronuncia; – accenti. 11 Un errore di ortografia ogni sei parole Spostarsi e disegnare sullo schermo Mouse: dispositivo di puntamento handheld – comune e facile da usare; – movimenti planari; – bottoni: da 1 a 3, utilizzati per selezionare, indicare un’opzione, iniziare a disegnare; 12 Mouse • È sul tavolo: richiede spazio fisico ma non affatica il braccio; • rileva solo movimenti relativi che si traducono in movimenti del cursore sullo schermo; • il cursore si muove nel piano (x,y), il mouse nel piano (x,z); Il mouse è un dispositivo di manipolazione indiretta: • non oscura lo schermo, è veloce e accurato; • può provocare problemi di coordinazione occhio-mano; 13 Mouse: come funziona? Rilevamento del movimento: • Metodo Meccanico: – quando il mouse viene mosso, la pallina posta nella parte inferiore del mouse gira; – girando, la pallina fa ruotare potenziometri ortogonali che rilevano il movimento; – questo tipo di mouse può essere usato solo su superfici lisce; 14 • Metodo Ottico: – Nella parte inferiore del mouse è presente un diodo che emette luce; – il mouse è posizionato in un blocco grigliato sul tavolo: risulta meno sensibile alla polvere e allo sporco; – quando il mouse viene mosso sulla griglia, vengono rilevate alterazioni nell’intensità della luce riflessa: questo permette di calcolare il movimento relativo nel piano (x,z) . • Footmouse: mouse che funziona con il piede (non correntemente in uso) 15 Altri dispositivi di posizionamento • Joystick: – dispositivo indiretto che occupa poco spazio; – controllato da: • movimento (joystick assoluto): posizione del joystick corrisponde alla posizione del cursore; • pressione (joystick isometrico): la pressione sul manico corrisponde alla velocità del cursore; – tipicamente provvisto di pulsanti (sopra o davanti) per eventuali selezioni; – non oscura lo schermo; – poco caro (tipicamente utilizzato per giochi, anche perché risulta più familiare agli utilizzatori); 16 • Trackball: – dispositivo indiretto, abbastanza accurato; – come un mouse rovesciato: la pallina gira dentro una scatoletta, il movimento relativo muove il cursore; – richiede un bottone per la selezione; – dimensione e sensibilità del trackball sono aspetti importanti; – richiede poco spazio; – è (era) popolare per computer portatili 17 • Touchscreen – dispositivo di puntamento a manipolazione diretta: rileva la presenza di dita o altro sullo schermo (meno popolare del mouse) – Funzionamento: • matrice di raggi luminosi interrotti • variazioni di capacità o resistenza • riflessione di ultrasuoni – Vantaggi: • veloce, non richiede un puntatore specifico; • adatto per selezioni da menu; • adatto all’uso in ambienti ostili (sporchi…) – Svantaggi: • • • • • le dita possono sporcare lo schermo; le dita sono uno strumento di puntamento impreciso; difficile selezionare regioni piccole o disegnare in modo accurato; tenere il braccio sollevato può risultare faticoso; 18 occorre tenere lo schermo molto vicino. • Light Pen: – penna connessa via cavo al monitor; – la penna è trascinata sullo schermo e le sue traiettorie vengono intercettate durante lo scan del monitor – Dispositivo di puntamento diretto accurato (può indirizzare singoli pixels); – Problemi: • • • • la penna può oscurare lo schermo; fragile; può essere facilmente persa su un tavolo pieno; stanca il braccio. – Meno popolare del mouse. 19 • Tavoletta grafica (digitising tablet): – Dispositivo indiretto ad alta risoluzione, disponibile in vari formati; – Sampling rate: tra 50 e 200 Hz; – Può essere utilizzata per rilevare il movimento relativo o assoluto; – Può essere utilizzata per immettere testo, se supportata da un software per il riconoscimento dei caratteri; – Richiede molto spazio sul tavolo, può entrare in contrasto spaziale con la tastiera. 20 Diversi tipi: – Tavoletta resistiva • rileva il contatto tra punti posti su due strati separati; • può operare senza la necessità di stylus particolari (una penna semplice o un dito vanno bene); – Tavoletta magnetica: • rileva impulsi di corrente in un campo magnetico utilizzando una piccola bobina dentro una penna particolare; – Tavoletta sonica: • la penna emette impulsi di ultrasuoni, rilevati da due o più microfoni che triangolano la posizione della penna; • può essere adattata per input 3-D. 21 • Tasti cursore: – 4 tasti sulla tastiera; – sistema molto economico, ma lento; – utile solo per movimenti in processi di text-editing; Non c’è un layout standard: linea, quadrato, “T”,” T” inversa, diamante etc. 22 • Dataglove: – guanto di licra con sensori in fibra ottica: rileva angoli e posizione 3-D della mano; – la tecnologia per sfruttare appieno le potenzialità di questa forma di input non esiste ancora; – Vantaggi: facile da usare(???), potenzialmente potente e espressiva (10 joint angles + informazioni spaziali 3D a 50 Hz); – Svantaggi: difficile da usare assieme ad una tastiera, costoso; – Potenziali utilizzi: gesture recognition, interpretazione del linguaggio dei segni, etc. • Eyegaze: – rileva movimenti dell’occhio per controllare il cursore: veloce, accurato ma costoso. 23 Proprietà dei dispositivi di input Tastiera Joystick Trackball Touch Mouse screen Velocità d’uso Bassa Media Media Rapido Alta Accuratezza Si Media Alta Si Media Precisione Limitata Bassa Alta No Media Controllo velocità Poco Continuità di moto Fatica dell’utente Possibile Si Si Si veloce No A passi Si Si Si Bassa Media Medi/alta Alta Media Al più la direzione Direzione e velocità Si Completa Corrispondenza di Al più la direzione movimento strumento-cursore 24 DISPOSITIVI DI USCITA • Monitor (CRT): tubo a raggi catodici; Un emettitore spara un flusso di elettroni, che, deviati da un campo magnetico, finiscono contro uno schermo ricoperto di fosfori. I fosfori colpiti si illuminano. 25 Il monitor CRT • Raster Scan (molto comune, come la televisione): – il flusso ripete continuamente una scansione da sinistra a destra e dall’alto in basso a una frequenza verticale da 50/60 a 130 Hz. (a volte viene aumentata per diminuire lo sfarfallamento); – interlacing: vengono scandite prima le linee dispari e poi le linee pari dell’intero schermo, per ridurre lo sfarfallamento (flicker); – si possono utilizzare fosfori ad alta persistenza, che provocano peró uno smearing (macchiatura) dell’immagine soprattutto in scene molto animate. 26 – risoluzione tipica 1024x768, ma sono disponibili schermi di qualità maggiore, con una risoluzione anche a 1600x1200 pixels. (Tipica workstation 1192x980) – schermi in bianco e nero possono visualizzare scale di grigio variando l’intensità del flusso di elettroni; – i colori sono ottenuti utilizzando tre emettitori, uno per ogni colore (rosso, verde e blu). La combinazione di questi colori ne può produrre molti altri (compreso il bianco); – i fosfori sono focalizzati utilizzando una shadow mask, che abbassa la risoluzione dello schermo a colori rispetto a quello monocromatico 27 • Ancora sui CRT – – – – – – Dot pitch (distanza tra i fosfori) da 0.24 a 0.30 mm Due frequenze di scansione: verticale e orizzontale Refresh rate orizzontale: 31,5 KHz (standard VGA) Refresh rate verticale: 50-72 Hz e oltre RR verticali bassi causano sfarfallamenti (flicker) Il flicker è testato guardando uno sfondo bianco in ambiente illuminato – Monitor CRT sono suddivisi anche come long e short persistence (LP e SP) – LP per monitor non interallacciati (per il flicker), ma hanno problemi con video (permanenza) 28 • “Jaggies”: Discontinuità nelle linee diagonali, dovute al processo di raster scan orizzontale. Soluzioni: • schermi ad alta risoluzione; • anti-aliasing: addolcisce i bordi dei segmenti. 29 – Approccio alternativo: beam penetration, fosfori speciali si illuminano a colori differenti in dipendenza dell’intensità del raggio – Concetto di bit/pixel: numero di bit che la scheda video può utilizzare per identificare il colore o l’intensità di un pixel. • Esempio: 8 bit per pixel implica 28=256 colori possibili per ogni pixel; – Dot pitch: distanza tra punti dello schermo (fosfori) dello stesso colore in qualsiasi direzione (solitamente diagonale) • un piccolo dot pitch significa miglior risoluzione ma non necessariamente una migliore qualità in quanto bisogna che il dot pitch e il numero di pixel/inch sia compatibile 30 • Random Scan (Directed-beam refresh, vector display): – invece che effettuare la scansione dell’intero schermo sequenzialmente, il random scan disegna direttamente le linee che devono essere visualizzate; – update dello schermo a frequenze >30Hz; – non ci sono jaggies (frastagliamenti) e sono possibili risoluzioni maggiori; – i colori sono ottenuti con la tecnica della “beam penetration”, tipicamente di bassa qualità; – Svantaggi: stanchezza degli occhi, i vector display sono cari 31 • DVST (Direct View Storage Tube): – molto usato su oscilloscopi analogici – dispositivo simile al random scan: l’immagine è mantenuta da emettitori particolari – l’immagine può essere aggiornata in modo incrementale ma non può essere cancellata in modo selettivo: occorre ridisegnare la parte rimanente sullo schermo pulito; – alta risoluzione (tipicamente 4096x3120 pixels); – contrasto basso, poca luminosità e difficoltà nel disegnare i colori. 32 Pros & cons del monitor CRT • Vantaggi: – – – – economico; sufficientemente veloce per animazioni rapide; alta capacità di lavorare con i colori; risoluzioni maggiori portano a prezzi maggiori; • Svantaggi: – voluminoso: l’emettitore di elettroni e i componenti di focusing sono dentro il monitor; – sfarfallamento poca leggibilità e basso contrasto possono provocare l’affaticamento degli occhi; – problemi con i jaggies; 33 Per quanto riguarda l’emissione di radiazioni: – Raggi X: abbondantemente assorbiti dal monitor (non sul retro, però!); – Radiazioni UV e IR dei fosfori: insignificanti; – Emissione a radio frequenza + ultrasouni (~16 kHz); – Campi elettrostatici: fuoriescono dal tubo verso l’utente, con intensità che dipende dalla distanza e dall’umidità. Possono causare scoppi. – Campi elettromagnetici (50Hz - 0.5MHz): creano correnti induttive in materiali conduttori (compreso il corpo umano). Due effetti collaterali: • problemi di cataratta; • disordini riproduttivi (aborti e difetti infantili); 34 • Suggerimenti utili per la salute: – non stare troppo vicini allo schermo; – non usare font troppo piccoli; – non guardare lo schermo per periodi di tempo troppo lunghi senza pause; – non posizionare lo schermo di fronte ad una finestra luminosa; – lavorare in un ambiente ben illuminato. 35 Display a cristalli liquidi • Più piccoli, più luminosi e senza problemi di emissione di radiazioni • Indirizzabile a matrice • Nato per portatili, si è diffuso anche per computer da tavolo • Meno affaticante per gli occhi (la luce non è emessa, ma riflessa) • Angolo di vista limitato, ma l’utilizzo di cristalli super-twisted ha migliorato l’angolo di vista • Oggi obsoleti, esistono display attivi: XGA, etc. 36 • Funzionamento: – tra due lastre di vetro si trova un sottile strato di cristalli liquidi; – la lastra superiore è trasparente e polarizzata, quella inferiore è opaca e riflette la luce; – la luce esterna passa attraverso la lastra superiore e i cristalli, venendo riflessa dal piatto inferiore; – quando viene applicato un voltaggio ad un cristallo (attraverso le lastre conduttrici), esso cambia la sua polarizzazione, ruotando la luce entrante in modo che non possa essere riflessa; • I cristalli producono risposte lente, non c’è sfarfallamento. 37 Dispositivi di uscita alternativi • Visivi: – rappresentazioni analogiche: quadranti (dial), indicatori di misura (gauge), luci etc.; – head-up display: negli abitacoli degli aerei; • Uditivi: – beep, bongs (campane), clonks (rumore sordo), whistles (fischi) e whirrs (ronzii) • utilizzati come segnalatori di errori o per confermare azioni (ad esempio la pressione di un tasto); – voce: area non ancora completamente esplorata 38 Stampanti • I caratteri nella pagina si ottengono stampando un insieme di punti • La risoluzione dipende dal numero di punti che la stampante riesce a stampare per unità di misura (dpi = dots per inch); • Tipologie: – stampanti ad aghi (dot-matrix printer): • una riga di aghi colpisce un nastro imbevuto di inchiostro: dove un ago colpisce si forma un punto sulla carta; • possono avere più righe in parallelo (formando una matrice di aghi); • risoluzione tipica: 80-120 dpi. 39 – stampanti ink-jet e bubble-jet • la testina della stampante produce piccole gocce di inchiostro sulla carta; • le gocce sono ottenute in 2 modi diversi: la ink-jet le spruzza, mentre la bubble-jet utilizza il calore per creare delle bolle; • risoluzione tipica: fino a 600 dpi e oltre – stampanti termiche (thermal printers) • • • • utilizzano carta sensibile al calore, che varia il colore se riscaldata; i punti si ottengono riscaldando la carta con degli aghi; tipicamente viene creata una sola riga di punti alla volta; sistema semplice, a bassa qualità: i fax funzionavano in questo modo; – stampanti laser: • come le fotocopiatrici • punti di carica elettrostatica depositati su un tamburo prendono l’inchiostro da una cartuccia di toner (nero, in polvere) e sono rotolati sulla carta sulla quale vengono fissati col calore (da 600 a 1200 dpi) 40 Linguaggi di descrizione delle pagine • Le pagine possono essere molto complesse, con il testo in font differenti, immagini, fotografie etc; • La stampa può avvenire secondo due modalità: – trasformare la pagina in bitmap e inviarla alla stampante: il bitmap può essere molto grosso; – caratterizzare completamente i componenti di una pagina, utilizzando un linguaggio di descrizione delle pagine: esso può contenere istruzioni per disegnare curve, linee, testi in vari formati etc. Esempio: PostScript. 41 Scanner • Strumento che consente di convertire in bitmap un qualsiasi foglio - risoluzione ottica 1200x600; • Può lavorare a colori: una luce intensa viene inviata sul foglio che la riflette in maniera diversa a seconda del colore. • Esistono due tipologie: – flat-held: il foglio viene posto su un vetro, e l’intera pagina è convertita in bitmap; – hand-held: lo scanner percorre il foglio, digitalizzando strisce di 3-4 pollici circa di dimensione; • Utilizzato in due contesti: – inclusione in testi di fotografie o altri tipi di immagini; – archiviazione digitale di documenti cartacei; 42 • La capacità di uno scanner di leggere correttamente i dettagli di un'immagine è tanto più elevata quanto più è alta la sua sensibilità cromatica, espressa in bit, e la sua risoluzione ottica, espressa in dpi (dot per inch, punti per pollice). • La risoluzione interpolata, ottenuta via software, non è invece un parametro attendibile. 43 OCR Optical Character Recognition • Strumento che consente di trasformare una bitmap in testo • Fonts differenti possono creare problemi per algoritmi semplici basati sul template matching • Esistono sistemi più complessi: – segmentazione del testo – scomposizione in linee e archi – decifrazione dei caratteri 44 Memoria • RAM (Random Access Memory): – memorie volatili (perdono l’informazione quando il computer viene spento); – tempo di accesso tipico 30 ns; transfer rate: dipende dal bus (133 Mhz); – alcune RAM non volatili sono utilizzate per memorizzare informazioni basilari di set-up; – tipicamente un computer ha da 64 MB di RAM in su; • Memoria a lungo termine: – supporto magnetico: floppy disks, hard disks, iomega zip; tempo di accesso 8ms, transfer rate 100MB/sec. (EIDE)- t.a. 4ms, t.r. 400MB/s (SCSI) ; – supporto ottico: letture e scritture con laser; cd-rom, cdrw, dvd; • Swap tra RAM e hard disk causato da programmi che richiedono troppa memoria può ridurre drasticamente le prestazioni. 45 Formati di memorizzazione • ASCII: ad ogni carattere viene assegnato un codice binario unico di 7 bit; • RTF (rich text format): contiene il testo assieme ad informazioni sul layout e la formattazione; • SML (standardized markup language): il documento è visto come insieme di oggetti strutturati, descritti dal linguaggio SML • Formati di salvataggio e compressione di immagini (Postscript, GIF, TIFF, JPG); • QuickTime: compressione di immagini e video per Apple Macintosh. 46 Velocità dei processori • I progettisti di interfacce assumono di avere a disposizione processori a velocità infinita, creando interfacce sempre più complicate; • Se il processore è troppo lento il sistema non riesce a rispondere a tutti gli input in tempo: – overshooting: il sistema ha memorizzato in un buffer le battiture; – icon wars: l’utente clicca su una finestra e non succede niente, allora clicca su un’altra, e quando il sistema risponde le finestre si attivano ovunque • Se il processore è troppo veloce: – documenti e schermate di help che scorrono troppo veloci per riuscire a leggere 47 Limiti per le prestazioni interattive • Limiti computazionali (computation bound): – il tempo perso in attesa di una computazione causa frustrazione all’utente • Limiti del canale di memorizzazione (storage channel bound): – il trasferimento di dati dal disco rigido alla memoria può provocare un collo di bottiglia • Limiti della Grafica (graphics bound): – il refresh del display può richiedere molto tempo • Limiti della rete (network capacity): – l’utilizzo di risorse di rete provoca una riduzione della performance dell’interfaccia se la rete risulta essere troppo lenta 48 Sommario della lezione • Punti forti – – – – alta capacità di memoria permanente; elaborazione veloce e corretta; accesso alla memoria affidabile; stabile nelle prestazioni • Punti deboli – pattern matching limitato; – limitata capacità di apprendimento; – memoria a lungo termine limitata 49 • L' interfaccia (ie., l’architettura) deve : – – – – – evitare il disorientamento dell'utente; permettere il controllo del processo; garantire qualità e comunicabilità dei risultati; garantire l'evoluzione del sistema; permettere la gestione integrata di tutte le attività che richiedono l'utilizzo di un documento; – adattare l'interfaccia alla crescente abilità dell'utente. • Per ottenere una siffatta interfaccia si devono organizzare sistemi di supporto on-line. 50 Sistemi di supporto on line • Sono sistemi di supporto con cui l'utente possa – interagire direttamente in linea quando necessita di chiarimenti in merito al compito da svolgere – allo stesso tempo, essere in grado di monitorare le operazioni dell'utente – migliorare l'interazione, sia dal punto di vista dell'apprendimento che dal punto di vista della correttezza. • Il notevole incremento delle prestazioni HW e SW a favorito l'utilizzo di prodotti multimediali e lo sviluppo di strumenti ipertestuali. • Obiettivi dell'utente: – 1. obiettivo primario: svolgere il proprio lavoro. – 2. obiettivo secondario: capire ed apprendere lo strumento. 51 • L'interazione uomo-macchina, diversamente dalle discipline classiche, pone la propria attenzione anche sull'obiettivo secondario, per questo è necessario prevedere un supporto che guidi l'utente attraverso la propria interazione. • Apprendimento del sistema – costruzione di sistemi di supporto, che favoriscono l'apprendimento in maniera attiva dell'utente: un approccio affrontato dal corso è quello minimalista. • L'approccio minimalista allo sviluppo di sistemi di supporto è volto a minimizzare le informazioni che un utente deve leggere per imparare a svolgere un task. 52 • L'approccio minimalista prevede l'eliminazione di inutili ripetizioni, la concisione (non a discapito della chiarezza) del testo. • Nella stesura di un manuale è consigliabile non dilungarsi su spiegazioni non correlate ad azioni reali. • Un sistema di supporto in linea deve essere in grado di dare assistenza all'utente e help on-line: – spiegare come eseguire un compito – diagnosticare un errore (perchè si è verificato) – identificare il punto del sistema in cui l'utente si trova e quali sono le possibili opzioni – esplorare il sistema 53 Caratteristiche dei sistemi di supporto on-line • Un sistema di supporto on-line può espletare le seguenti attività: – correggere gli errori (referenze rapide, aiuti specifici al compito) – fornire spiegazioni estese del sistema o dei comandi – tutoring (aiuti specifici, la malefica graffetta di WINDOWS) • Caratteristiche che dovrebbe avere un buon sistema di supporto on-line: – Accuratezza: capacità di correggere effettivamente l'errore dopo averlo intercettato – Completezza: prevedere supporti su tutto il programma – Consistenza: sia grafica (stesse icone) che linguistica 54 (stessi termini) – Robustezza: possibilità di risolvere anche gli errori non previsti nella specifica dei requisiti – Flessibilità: prevedere un uso flessibile del supporto – Non interferenza: il sistema deve poter essere consultato anche senza dover correggere alcun errore 55 FINE! 56