Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN
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Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN Departamento de Computación Protocolo de tesis Tesista: Herón Arzáquel Anzures Reyes Directores de tesis: Dra. Sonia Guadalupe Mendoza Chapa Dr. Adriano de Luca Pennacchia 6 de diciembre de 2010 Resumen Una creciente tendencia en la forma de presentar información a los usuarios es mediante su despliegue dinámico en pantallas públicas localizadas en puntos clave dentro del ambiente. Por otro lado, la tecnologı́a móvil ha sido aceptada a tal grado que la mayor parte de las personas hacen uso de teléfonos celulares o PDAs en su vida diaria. Sorprendentemente se han hecho muy pocas investigaciones que combinan ambos enfoques. En el presente protocolo de tesis, se propone una nueva forma de llevar contenido a los usuarios, a través de una plataforma ubicua, colaborativa, sensible al contexto, accesible desde dispositivos móviles y con soporte para despliegues públicos replicables. Mediante esta plataforma los usuarios podrán participar a través de sus dispositivos móviles en los eventos contextuales proporcionados por los proveedores que se encuentren en el área como juegos multi-usuario y encuestas automáticas. Palabras clave: cómputo ubicuo, despliegues públicos, dispositivos móviles, plataforma de juegos multi-usuario. 1. Datos Generales 1.1. Tı́tulo de proyecto Plataforma para aplicaciones contextuales multiusuario en entornos nómadas 1.2. Datos del alumno Nombre: Matrı́cula: Dirección: Teléfono (casa): Dirección electrónica: Portal Internet: Herón Arzáquel Anzures Reyes 091270020 Av.5 Mz.19 Lt.14 Col. Renovación, Iztapalapa, D.F. (55) 5693 7493 [email protected] http://computacion.cs.cinvestav.mx/~anzures/ 1 1.3. Institución Nombre: Departamento: Dirección: Teléfono: 1.4. CINVESTAV-IPN Depto. de Computación. Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, Col. San Pedro Zacatenco, México, D. F. 07300. (52) (55) 5747 3758 Beca de tesis Institución otorgante: Tipo de beca: Vigencia: 1.5. CONACyT Maestrı́a Septiembre 2009 - Agosto 2011 Datos del asesor Nombre: Dirección: Teléfono (oficina): Institución: Departamento adscripción: Grado académico: 1.6. Dra. Sonia Guadalupe Mendoza Chapa Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, Col. San Pedro Zacatenco, México, D.F. 07300. 50613800 ext. 6563 CINVESTAV-IPN Departamento de Computación Doctora en Computación Datos del coasesor Nombre: Dirección: Teléfono (oficina): Institución: Departamento adscripción: Grado académico: Dr. Adriano de Luca Pennacchia Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, Col. San Pedro Zacatenco, México, D.F. 07300. CINVESTAV-IPN Departamento de Computación Doctor en Control de Reactores nucleares y automatización 2 2. 2.1. Descripción del proyecto Antecedentes y motivación para el proyecto Es notable el hecho de que en la mayorı́a de los lugares públicos existan oficinas que proporcionan información sobre las actividades que se realizan en el lugar o sobre los sucesos que son de interés para las personas que se encuentran en el área. Mucha de esta información también se presenta en medios convencionales como letreros, pizarrones y tableros de noticias. Ası́ mismo, una creciente proporción de la información también es presentada en pantallas digitales situadas en puntos estratégicos, e.g. las pantallas de los aeropuertos que despliegan información sobre los vuelos, las carteleras digitales que muestran los horarios de las pelı́culas en algunos cines, los kioskos y los pizarrones de noticias digitales. El uso de despliegues públicos digitales permite que la información sea fácilmente actualizada de forma remota y dinámica, sin embargo la mayorı́a de estos despliegues carecen de interactividad y los que la proveen suelen hacerlo para un usuario a la vez a través de pantallas táctiles [7]. En contraste, los dispositivos móviles, como celulares, laptops y PDAs, actúan tanto para el despliegue como para la retroalimentación de información, de tal manera que favorecen la comunicación y colaboración coordinada entre distintos usuarios. Ambas tecnologı́as han sido objeto de estudio de manera independiente pero, sorprendentemente, hay poco trabajo publicado relativo a la combinación de ambos enfoques (dispositivos móviles y despliegues públicos) [1]. El estudio de la interacción entre estos dispositivos presenta una oportunidad en el desarrollo de un nuevo paradigma en interfaces de usuario en el que participantes casuales, sin previo conocimiento del sistema, pueden interactuar por periodos cortos de tiempo con el servicio proporcionado por el despliegue público usando sus dispositivo móviles[2]. La meta que se propone en este protocolo de tesis consiste en dotar a los despliegues públicos de interactividad multiusuario, a través de dispositivos móviles, al mismo tiempo que la tarea de proveer a estos últimos con contenido colaborativo sensible al contexto se efectúe a través de despliegues públicos. Como parte del trabajo relacionado con el tema de investigación se puede mencionar el sistema UbiCicero [3]. Se trata de una guı́a de museo multi-dispositivo sensible a la localización en la que, a través de una aplicación personalizada para dispositivos moviles, los usuarios pueden descargar información de un despliegue público, de la misma forma que se hace en el sistema ContentCascade [8], o incluso tomar fotografı́as de algún elemento de la pantalla pública y enviarlas a través de Bluetooth de manera similar a la propuesta de Toye et al. [9]. En una sección posterior se analizará con más detalle el estado del arte del proyecto de investigación. Nuestro objetivo sin embargo es más general, semejante a la propuesta de Paek et al. [7]. Lo que se busca obtener es una plataforma que permita el desarrollo y la ejecución de distintas aplicaciones multiusuario colaborativas para dispositivos móviles con conciencia de grupo y que haga uso de las bondades de la nueva tecnologı́a para dar soporte a comunicaciones sı́ncronas y contenido enriquecido. 3 2.2. Contexto de Investigación El tema de tesis propuesto se inscribe en el campo de investigación denominado Trabajo Cooperativo Asistido por Computadora (TCAC), el cual estudia tanto los aspectos sociales de las actividades individuales y colectivas, como los aspectos tecnológicos de la información y sistemas que dan soporte a la colaboración entre personas. El interés de la tesis propuesta se centra en los aspectos tecnológicos de TCAC, con el fin de diseñar e implementar una plataforma que permita que un grupo de usuarios casuales interactúen entre sı́ a través de sus dispositivos móviles, al mismo tiempo que sus acciones se ven reflejadas en una pantalla compartida común, i.e. un despliegue público. La plataforma propuesta se enfoca en el soporte de interacciones de tipo presencial y sı́ncronas, i.e. los usuarios deben estar localizados en el mismo lugar y al mismo tiempo. Mediante esta arquitectura se busca que los usuarios tengan conciencia de sus propias acciones y también de las acciones de los demás participantes a través del despliegue público. Este tema también se inscribe en el dominio de investigación de la Interacción Hombre-Máquina pues busca explorar una novedosa forma de interacción entre usuarios a través de dispositivos móviles y pantallas compartidas simultáneamente. La figura 1 muestra el resumen de las áreas de las Ciencias Computacionales que convergen en la tesis propuesta. Figura 1: Contexto de investigación del presente trabajo 4 3. Planteamiento del problema Dos tecnologı́as son de interés en el tema de tesis que se propone: despliegues públicos y dispositivos móviles. Ambas tecnologı́as han sido estudiadas de manera independiente bajo el dominio de investigación de los sistemas colaborativos, cuyo interés se centra en la forma de usar estas tecnologı́as para mejorar la colaboración entre los miembros de un grupo. La mayor parte de la literatura cientı́fica se enfoca en el uso de despliegues públicos como contenedores de información más que como herramientas para resolver tareas especı́ficas [4], i.e., lo que se ha explorado hasta el momento es cómo actualizar y presentar la información que se despliega, dejando en un plano secundario a la interacción de los usuarios con la pantalla pública. En otras palabras, las investigaciones han favorecido la comunicación ası́ncrona, con base en mensajes escasos e independientes y muy poco trabajo se ha llevado a cabo sobre comunicaciones sı́ncronas, las cuales son necesarias para soportar una mejor interacción entre los usuarios. Es de esperar que las personas que potencialmente pueden interactuar con el despliegue público también cuenten con dispositivos móviles como teléfonos celulares. Los modelos actuales cuentan con caracterı́sticas avanzadas que pueden propiciar la interacción entre los usuarios. Ejemplos de dichas caracterı́sticas son soporte para Bluetooth, cámaras digitales y pantallas táctiles. Por lo tanto, es razonable la posibilidad de que los usuarios puedan interactuar con el despliegue público a través de sus dispositivos móviles [2]. El interés de la presente tesis de maestrı́a es explorar esta, relativamente nueva, forma de interacción. Considere el siguiente escenario: “Larry llega a la central de autobuses una hora antes de que salga su autobus con destino a Córdoba. Mientras espera, se acerca a un pequeño grupo de personas que se encuentran reunidas cerca de una pantalla, observa que se trata de un videojuego de carreras y decide unirse, ası́ que saca su telefóno celular y se integra a la partida. En el despliegue público se muestra un mapa con las posiciones de todos los jugadores que están interactuando, mientras que cada uno de los participantes usa su celular para ver y controlar su propio vehı́culo en el juego. Cuando Larry escucha que empiezan a llamar a los pasajeros con destino a Veracruz abandona la partida y se dirige al andén correspondiente. Los otros usuarios continúan jugando. Al llegar a Córdoba se da cuenta de que está a punto de llegar a casa de sus parientes con las manos vacias, ası́ que se dirige al centro comercial. Casi ha encontrado todo lo que buscaba, excepto ate de membrillo. Después de pagar, decide pasar por la pantalla de atención a clientes en la que, a través de su celular, puede proporcionar una lista de los productos que buscó y no encontró. Unas cuantas personas más están cerca haciendo lo mismo y algunas otras comunicando sus quejas y sugerencias. En la pantalla se muestra información relacionada, e.g., se puede ver una lista con los productos que más han sido requeridos y su respectiva localización si es que los productos sı́ se encontraban en algún lugar del centro comercial. Por fin llega a su destino, sus familiares lo reciben contentos, sobre todo sus sobrinos, quienes lo estaban esperando para ir al Museo de Antropologı́a. Al llegar al museo observa que hay una de esas aplicaciones en las que uno puede registrar las salas por las que ha pasado. Uno se acerca a las pantallas disponibles en cada sala para indicar con su celular que se ha pasado por ahı́. En las pantallas se muestran las estadı́sticas de las salas más visitadas y las personas que casi terminan el 5 recorrido. Después de la visita al museo todos regresan a casa. Es hora de cenar.” En el escenario anterior se puede observar que todas las interacciones llevadas a cabo son de tipo casual, i.e., sin previo conocimiento del sistema. Se pueden identificar dos grandes factores a tomar en cuenta en el desarrollo de esta tesis: la compatibilidad y la usabilidad. La compatibilidad se refiere a la definición clara de los requisitos del sistema ya que, debido a la gran diversidad de dispositivos móviles existentes en el mercado, serı́a preferible utilizar herramientas multiplataforma. Por otra parte, con respecto a la usabilidad, debido a que se pretende que el usuario pueda consumir contenido diverso y cambiante, no suena razonable pedirle que instale una aplicación diferente cada vez que quiera acceder a algo nuevo, ya que serı́a como tener que instalar cada página Web que visitamos. Serı́a preferible disponer de algún mecanismo que permita descargar temporalmente el contenido tal como sucede con un navegador Web. 4. Objetivos generales y especı́ficos del proyecto 4.0.1. Objetivo general Se pretende construir una plataforma compuesta de librerı́as que permitan el desarrollo y la ejecución de aplicaciones multiusuario para dispositivos móviles con conciencia de grupo mediante un despliegue público. 4.0.2. Objetivos particulares Analizar la literatura cientı́fica, con el fin de conocer un panorama ámplio sobre los trabajos relacionados con despliegues públicos y su interacción con dispositivos móviles. Hacer un estudio de las caracterı́sticas de diferentes dispositivos móviles (modelos de celulares, consolas portátiles, laptops, PDAs) con el fin de determinar el tipo de dispositivos a los que el proyecto estará dirigido, tomando en cuenta lo siguiente: • Tipo de comunicación a usar entre el despliegue público y los dispositivos móviles (Bluetooth o Wi-Fi). • Plataforma de desarrollo a utilizar (Java, Adobe Air, Flash Player). Precisar el mecanismo de distribución del contenido. Se tienen dos opciones: que las aplicaciones sea instalables o bien que sean interpretadas. La primer opción es poco flexible para interacciones casuales, pero se pueden conseguir aplicaciones más rápidas y finas que con la segunda opción, cuya ventaja es que resulta más general y puede dar soporte a un mayor número de aplicaciones. Definir e implementar la plataforma en términos de módulos, interfaz gráfica de usuario y mecanismos de entrada/salida. Desarrollar una aplicación de ejemplo que valide la funcionalidad de la plataforma propuesta. Esta aplicación puede ser un juego multi-usuario, un sistema de encuestas automáticas o alguna otra aplicación mencionada en la sección 9. 6 5. Metodologı́a La estructura del proyecto permite utilizar metodologı́as clásicas pues la literatura relacionada es extensa, detallada y accesible; además los objetivos son suficientemente concisos como para planear desde una temprana etapa buena parte del desarrollo total de la tesis. Es de este modo que las etapas que se consideran necesarias son las siguientes: Análisis preliminar: consiste de una investigación poco profunda pero ámplia de artı́culos, tesis, proyectos de investigación y comerciales que pudiesen estar relacionados con el tema propuesto, con el interés de entender las tendencias que se revelan en el estado del arte. Al finalizar el análisis preliminar se espera tener una idea clara de lo que ya existe, lo que ha funcionado, lo que se ha intentado y hacia dónde se dirigen las tendencias actuales en el campo del cómputo colaborativo, despliegues públicos interactivos y dispositivos móviles. Análisis detallado: de la etapa anterior se espera obtener un pequeño grupo de documentos que detallen proyectos de investigación muy relacionados con el que hemos propuesto. Estos documentos serán analizados detalladamente con el fin de delimitar lo más concisamente posible hacia dónde queremos que se dirijan nuestras contribuciones en el área. Es además un buen momento para descubrir qué avances tecnológicos y de investigación recientes podrı́an usarse para mejorar lo que anteriormente ha sido propuesto. Análisis de requerimientos: una vez delimitada la dirección que esperamos para nuestras contribuciones y los avances tecnológicos y de investigación que queremos emplear, es tiempo de definir: 1) los requerimientos de nuestro proyecto, 2) el grupo de personas y los dispositivos a los que será dirigido, 3) el tipo de herramientas que se necesitan para el desarrollo y 4) los alcances que pretendemos que tenga nuestro proyecto. Diseño de la arquitectura: en esta etapa se evalúan las opciones que tenemos de herramientas, dispositivos, comunicaciones, plataformas, lenguajes y paradigmas para llevar a cabo el proyecto. Se calcula que habrá una ámplia gama de posibilidades, lo que nos permitirá dar prioridad a los aspectos que habremos delimitado en las etapas anteriores con el objeto de aprovechar las tendencias o evitarlas, según sea el caso, y enfatizar las contribuciones esperadas. Diseño del modelo: podemos ahora definir el modelo que mejor se acople a la arquitectura que se diseñó en la etapa anterior. Se define: 1) la cantidad de módulos, su funcionamiento e interacción, 2) la interfaz gráfica de usuario, ası́ como los mecanismos de entrada y salida, 3) los agentes de comunicación y transmisión, entre otros aspectos. Implementación: se implementa un primer prototipo, el cual a través de un mecanismo iterativo adquiere poco a poco la funcionalidad diseñada, al mismo tiempo que se refina la usabilidad y eficiencia. Es muy probable encontrar en esta etapa incidentes no previstos, lo que implicará regresar momentáneamente a ajustar el modelo. Evaluación: en esta etapa se utilizará la plataforma obtenida para desarrollar una aplicación de ejemplo que se utilizará para: 1) revisar la usabilidad y desempeño e implementar los ajustes necesarios, 2) evaluar la compatibilidad y estabilidad, y 3) detallar las contribuciones obtenidas y compararlas con las esperadas. 7 8 Cronograma de actividades (plan de trabajo) SEP 2010 OCT NOV DIC ENE FEB MAR 2011 ABR Cuadro 1: Cronograma de actividades descrito en término de meses Estudio del estado del arte Desarrollo del protocolo de tesis Análisis de requerimientos Diseño de la arquitectura Diseño del modelo Implementación Evaluación Redacción del documento de tesis Actividad MAY JUN JUL AGO El siguiente cuadro muestra el orden y la duración de las actividades a realizar para llevar a buen término el trabajo de tesis de maestrı́a. 6. 7. Infraestructura PC con sistema operativo Ubuntu y conexión a Internet. Despliegue público Smart Board 600 Series. Dos dispositivos móviles con caracterı́sticas por definirse. 8. Estado del arte Los despliegues públicos no son una tecnologı́a nueva. Existe una gran cantidad de literatura en investigación y diseño de despliegues públicos enfocados en una aplicación particular (el lector puede referirse a la referencia [6] de este documento para más información). Por ejemplo, Ghiani et al. proponen el sistema UbiCicero [3], una guı́a de museo sensible a la localización con la que los usuarios pueden utilizar sus dispositivos móviles para participar en juegos, tanto individuales como grupales, para obtener mayor información y mejorar su experiencia sobre lo que están observando durante el recorrido del museo (los juegos y la información disponible cambian dependiendo de la sala visitada). Su principal contribución radica en la habilidad de explotar ambientes multidispositivo en los cuales los usuarios pueden moverse libremente con su guı́a móvil, al mismo tiempo que hacen uso de pantallas grandes conectadas a PCs estacionarias cercanas. Raj et al. proponen la aplicación ContentCascade [8] que permite a los usuarios descargar contenido desde un despliegue público hacia sus dispositivos personales usando Bluetooth. El escenario emblemático de esta aplicación consiste en permitir a los usuarios descargar trailers y sinópsis de pelı́culas desde posters digitales en cines en sus dispositivos móviles (cf. Figura 2). Figura 2: Escenario de ContentCascade En el trabajo de Toye et al. [9] se utilizan dispositivos móviles con cámara mediante los cuales los usuarios toman fotografı́as de marcas especiales que se encuentran en el despliegue público. 9 Estas fotografı́as son enviadas después al servidor por medio de Bluetooth, quien las procesa, las reconoce y devuelve como respuesta información más detallada sobre el tópico seleccionado. Dicha información se envı́a al dispositivo móvil (Figura 3). Figura 3: Mediante un celular se toma una fotografı́a de una marca sobre un despliegue público. Al identificar la marca, el sistema, regresa información relevante al dispositivo móvil. Jeon et al. describen también un mecanismo de interacción entre despliegues públicos y teléfonos celulares basado en la cámara digital integrada en los teléfonos [5]. Uno de los usos de este mecanismo es, por ejemplo, rotar un elemento del despliegue público, para lo cual se apunta la cámara al elemento a rotar, se presiona el botón de seleccionar y se hace el movimiento apropiado del celular (cf. Figura 4). Figura 4: Rotación de un elemento del despliegue público usando la cámara de un celular como medio de interacción Paek et al. [7] proponen una plataforma genérica para dar soporte a la interacción de dispositivos móviles con despliegues públicos. El principal mecanismo de interacción que proponen es a través de comunicaciones ası́ncronas con mensajes de texto. 10 Todos los trabajos mencionados aportan datos interesantes sobre la interacción de los despliegues públicos con los dispositivos móviles. El tema propuesto en este protocolo de tesis pretende seguir con esta lı́nea de investigación. A continuación se listan las diferencias de los trabajos anteriores con la plataforma que se pretende desarrollar: Las aplicaciones de UbiCicero se enfocan en juegos tanto individuales como colectivos, mientras que la plataforma que se propone es más genérica, abierta a un mayor número de aplicaciones (el lector puede referirse a la sección 9 para obtener mayor información). ContentCascade soporta la interacción entre dispositivos móviles con un despliegue público solo a nivel mono-usuario. No se contemplan aplicaciones en las que intervenga un grupo de usuarios. En el trabajo de Toye et al., la interacción entre despliegue público y dispositivos móviles se realiza a través de la identificación de las marcas en las fotografı́as tomadas. Este mecanismo puede ser poco eficiente para dar soporte a interacciones más complejas entre un grupo de usuarios. Al igual que la plataforma que se desea obtener, el trabajo de Paek et al. se enfoca en una plataforma genérica, sin embargo nuestro trabajo contemplará el uso de tecnologı́a Bluetooth y/o Wi-Fi como medio de comunicación entre los dispositivos móviles y el despliegue público, en vez de mensajes ası́ncronos de texto, lo que permite mayor flexibilidad y mejor tiempo de respuesta. 9. Contribuciones o resultados esperados Los dispositivos móviles son cada vez más poderosos y permiten una mejor experiencia a los usuarios. Se espera obtener una plataforma que permita la construcción y ejecución de aplicaciones enriquecidas, cuyo principal método de comunicación sea sı́ncrono y multi-usuario, además de que permita descargar contenido atractivo e interactivo en el sitio de uso (cf. Figura 5). Esta plataforma serı́a capaz dar vida a nuevas e interesantes aplicaciones o enriquecer la experiencia de algunas ya existentes, como es el caso de: Cine interactivo: consiste de un despliegue público donde se proyecta una pelı́cula; en determinados momentos cruciales la pelı́cula se pausa con el objetivo de realizar una votación entre los espectadores para determinar, por ejemplo, la siguiente decisión del personaje principal. A través de sus dispositivos móviles los usuarios votan por la opción que más les interese y la pelı́cula continúa su desarrollo con la opción que haya obtenido más votos. Videojuegos colaborativos contextuales: son videojuegos multijugador en donde cada usuario controla a su personaje a través de su dispositivo móvil. El despliegue público además de funcionar como servidor provee de conciencia de grupo a través de diferentes mecanismos, e.g. un mapa a escala de todas las áreas o algunas estadı́sticas sobre los jugadores y los equipos. 11 Figura 5: Plataforma propuesta en el presente protocolo de tesis Encuestas automáticas: encuestas de todo tipo podrı́an efectuarse de una forma atractiva y automática. Por ejemplo, en un restaurante podrı́a encuestarse sobre las preferencias de los comensales, sus opiniones y sugerencias. Una tienda departamental podrı́a recibir de los usuarios comentarios sobre mercancı́as que tenı́an intención de comprar pero que no encontraron. Colección de estampillas virtuales por visitar algunos lugares: las lineas aéreas o los centros turı́sticos podrı́an instalar una red de estampillas virtuales, las cuales serı́an otorgadas a los visitantes quienes pueden identificarse con su dispositivo móvil al comunicarse con los despliegues públicos. Esta información podrı́a entonces consultarse por Internet y compartirse en redes sociales. Referencias [1] Keith Cheverst, Alan J. Dix, Dan Fitton, Christian Kray, Mark Rouncefield, George SaslisLagoudakis, and Jennifer G. Sheridan. Exploring mobile phone interaction with situated displays. In Enrico Rukzio, Jonna Häkkilä, Mirjana Spasojevic, Jani Mäntyjärvi, and Nishkam Ravi, editors, PERMID, pages 43–47. LMU Munich, 2005. [2] Florian Echtler, Simon Nestler, Andreas Dippon, and Gudrun Klinker. Supporting casual interactions between board games on public tabletop displays and mobile devices. Personal and Ubiquitous Computing, 13(8):609–617, 2009. [3] Giuseppe Ghiani, Fabio Paternò, Carmen Santoro, and Lucio Davide Spano. Ubicicero: A location-aware, multi-device museum guide. Interacting with Computers, 21(4):288–303, 2009. [4] Carl Gutwin. 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