Progetto di Laboratorio di HCI:

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1 Progetto di Laboratorio di HCI: Tema: Table Interaction Componenti: 4 componenti a) Sottogruppo Valoriani Matteo - Matr: (Tel ) Redaelli Oscar Matr: b) Sottogruppo Presazzi Giulio Matr: (Tel ) Volpini Luca Matr:

2 Sommario Introduzione State of Art Tangible devices Microsoft Surface IPhone SmartBoard Tangible Apllications Wii Tenconology Wiimote Wii Application Concept TalkingPaper con tecnologia RFID TalkingPaper con tecnologia Wii Componenti IR Pen Aspetti tecnologici Come funziona Goals, requisiti e utilizzatori Bambini Maestra Dirigente scolastico Genitori Design di navigazione e User-Experience Attività utente UX model Sviluppo software Scelte progettuali Struttura software Conclusioni e sviluppi futuri Bibliografia

3 Introduzione Lo scopo del progetto è quello di fornire un' applicazione semplice, usabile, utile all' apprendimento in modo semplice e divertente da parte di bambini appartenenti alle scuole materne o elementari. In particolare il progetto sviluppato punta a rinnovare e ampliare le possibilità offerte dall attuale applicativo Talking Paper sfruttando le tecnologie contenute nel controller della console Wii. In questo documento viene prima brevemente illustrato l attuale stato dell arte nel campo dei Tangible devices e delle applicazioni collegate alla Wii e successivamente, capitolo 3, viene introdotto il progetto, evidenziando i principali goal e stakeholders. Nei capitoli 4 e 5 viene descritta brevemente la navigazione interna all applicativo e l implementazione software, anche se per un analisi più dettagliata si rimanda al manuale fornito insieme al programma e alla documentazione tecnica. Il capitolo 6 espone i risultati ottenuti e possibili sviluppi futuri, oltre che vari scenari di utilizzo. 3

4 1 State of Art 1.1 Tangible devices Oggigiorno molti laboratori di computer interaction studiano e lavorano su applicazioni e dispositivi che permettono di rendere l'interazione uomo-macchina sempre più semplice ed intuitiva. Grazie un'attenta analisi e valutazione dell'attuale situazione nel settore, siamo riusciti a farci delle idee riguardo l'obiettivo che volevamo raggiungere e riguardo la fattibilità del progetto. Per ciò che riguarda l'hardware tutt'oggi qualche soluzione interessante esiste, ma non è ancora entrata per ciò che riguarda usabilità e costi alla portata di tutti. In questo ambito, tre esempi di devices sono particolarmente interessanti per le soluzioni adottate: il progetto Microsoft Surface, lo smartphone Apple IPhone e le lavagne interattive note come SmatBoard Microsoft Surface Uno dei sistemi più all'avanguardia è il progetto Microsoft Surface [1], che propone un tavolo multitouch in grado di gestire fino a 59 tocchi contemporanei, questo permette agli utenti di fare un esperienza multiutente e multitouch. Inoltre, uno degli obiettivi che si vorrebbe raggiungere è quello di poter posizionare il telefonino, la macchina fotografica o altri dispositivi, facendo in modo che il tavolo riconosca il tipo di dispositivo e inizi l interazione con esso, per esempio scambiando le foto o leggendo messaggi o altro ancora. Microsoft sta elaborando anche una nuova versione, denominato progetto Second Light, in grado i proiettare immagini differenti a seconda delle superfici che vengono appoggiate sul tavolo. Surface sfrutta un proiettore(4) e quattro fotocamere infrarossi(3) in grado di catturare con grande precisione il riflesso di luce infrarossi, diffusa dall emettitore(2), generato quando un utente tocca la superficie del tavolo(1). Utilizzando i dati delle fotocamere un computer gestisce i tocchi e i gesti degli utenti. Non è bastato però a Microsoft avere un dispositivo all avanguardia per sfondare in questo campo. 4

5 La mancanza di applicativi, il costo e l impossibilità di questo di essere posizionato facilmente in qualsiasi ambiente non è bastato per fare quel salto di qualità che l azienda americana si aspettava. Non basta quindi che uno strumento sia innovativo, al giorno d'oggi per sfondare in questo campo, ma sono necessari bassi costi e applicazioni interessanti IPhone Non solo Microsoft sta lavorando nel campo dei multitouch, esistono dispositivi di dimensioni molto più ridotte che hanno in questa caratteristica un punto di forza come lo smartphone iphone [2], anche se non allo stesso livello del progetto Surface. IPhone è stato lanciato negli USA nel 2007 da Apple e ora è diffusissimo in tutto il mondo. Il suo successo è scaturito dalla possibilità di eseguire qualsiasi tipo di operazione oggi pensabile per un dispositivo di quel tipo(telefono, macchina fotografica, lettore MP3, agenda, console, ecc ) tramite una interfaccia multitouch. Queste combinate con un ottimo design e la grande quantità di applicazioni scaricabili dal negozio online, Apple Store, hanno scaturito l enorme successo di IPhone. Le dimensioni di questo device non lo rendono però adatto ad un uso multiutente o ad applicazioni che devono essere visualizzate da molte persone e inoltre il costo resta comunque elevato. Questi problemi, non lo rendono adatto all ambito scolastico SmartBoard L idea di questo dispositivo si avvicina molto a quella di una lavagna interattiva. Avendo a disposizione una superficie speciale e un videoproiettore collegato ad un computer è possibile realizzare una SmartBoard [3]. L innovazione di questa tecnologia riguarda la possibilità di scrivere, disegnare e cancellare con apposite penne sulla superficie sulla quale viene proiettata l immagine, in modo tale che tutte queste operazioni siano automaticamente trasferite al pc. La SmartBoard è anche dotata di altri pulsanti che permettono di simulare il tasto destro del mouse e alcuni bottoni della tastiera. In questo modo l utente ha l idea di uno schermo touch screen, anche se in realtà non sta lavorando direttamente sul calcolatore. Oggigiorno SmartBoard è molto diffusa in ambito didattico e in settori, dove si rendono necessarie presentazioni interattive, ma la sua portabilità 5

6 limitata a causa dell ingombrante supporto e anche il costo tutt altro che indifferente, costringe a certe considerazioni riguardo al suo ulteriore sviluppo. 1.2 Tangible Apllications E di fondamentale importanza per questi dispositivi studiare e sviluppare applicativi ad-hoc che permettano di sfruttare a pieno le loro potenzialità. Per questo si trovano frequentemente dispositivi specifici e applicazioni proprietarie che ovviamente hanno limiti di portabilità. Per Surface infatti ci sono comunità scientifiche che studiano quali potrebbero essere le soluzioni migliori da applicare a questo device, visto che di concreto e che abbia un significato particolare tutt oggi non esiste ancora nulla. In rete si possono trovare parecchie applicazioni che riadattate in qualche modo, sarebbe interessante testare su questi dispositivi. Dal punto di vista educativo possiamo trovare dei simulatori fisici come Phun [4] o Cryon [5]. Phun è un applicativo ancora in fase di sviluppo che si presta particolarmente per un tipo d interazione tangible, anche se lo scopo principale per cui è studiato era nella direzione di un software che fruisse un insegnamento divertente. Con Phun è possibile disegnare qualsiasi tipo di oggetto: palline, muri, macchine, ingranaggi, fluidi ecc e metterli in movimento secondo le proprie necessità. Con ciò è stato possibile combinare l arte del disegno con la fisica, il movimento dei corpi, moti a parabola, comportamento dei fluidi ecc Figura: a)phun, physic simulation, b) Crayon, physical educational game Se usciamo dal campo della fisica è possibile scontrarci con molte altre applicazioni sulla quale si può lavorare in situazioni di tangible device. Basti pensare al comune Google Earth, invece di essere utilizzato con un semplice mouse si potrebbe studiare ad esempio di interagire direttamente con la cartina in modo da spostarla o ingrandirla semplicemente con le mani. Lavorando in questa direzione è possibile scovare un mondo di applicazioni che potrebbero prestarsi ad essere riadattate a questo scopo; da applicativi puramente grafici altri educativi e allo stesso tempo divertenti. 6

7 Figura: a)google Earth, ArtTage 2.0, graphics editing program 1.3 Wii Tenconology Wii [6] è una console per videogiochi prodotta da Nintendo aventi al suo interno peculiarità molto interessanti. La sua caratteristica più distintiva è il controller senza fili, il Wiimote (crasi di Wii e Remote), simile ad un telecomando, che reagisce alle forze vettrici e all'orientamento rispetto allo spazio tridimensionali attraverso un sistema di accelerometri e giroscopi presente al suo interno, e tramite un dispositivo ottico posto ad una delle sue estremità interagisce con la barra sensore rendendo, inoltre, possibile il suo utilizzo come sistema puntatore sullo schermo TV. La console Wii è composta da un dispositivo che possiamo considerare il nostro centro di calcolo dalle dimensioni ridotte e da 1 a 4 Wiimote, che interagiscono con esso. Il dispositivo è dotato di molte porte di comunicazioni; ci sono 2 porte USB, porte Ethernet per collegare il device in rete, porta per collegare la Sensor Bar ad infrarossi necessaria per le triangolazioni che devono essere effettuate per identificare la posizione dei vari controllers collegati, Porta accessoria, e altre porte che non riteniamo interessanti trattare per il nostro scopo. Inoltre la Wii è dotata anche delle connessioni Bluetooth che per permettere il dialogo con i Remotes e anche di un modulo WiFi b/g wireless. 7

8 1.3.1 Wiimote Il controller del Nintendo Wii, chiamato ufficialmente Telecomando Wii (Wii Remote in inglese) e noto anche come free hand controller o Wiimote, utilizza un approccio differente da quello tradizionale, nel tentativo di risultare interessante per un pubblico più vasto. Ha la forma di un comune telecomando da televisione e viene tenuto in una sola mano. Essendo simmetrico, appare ugualmente utilizzabile da destri e mancini. Il controller è il maggiore distacco dagli ultimi venti anni di design di console. Dei led ad infrarossi incorporati nelle estremità della Wii Sensor Bar chiamata anche barra sensore (da porre sopra o sotto la televisione) permettono al controller di percepire il puntamento verso lo schermo, mentre l'accelerometro integrato nello stesso controller gli permettono di percepire l'inclinazione e la rotazione. I giocatori possono inoltre mimare delle azioni e "sentirle" attraverso la vibrazione invece che premere semplicemente pulsanti. Uno dei primi video del Wii mostrava attori mimare azioni come pescare, cucinare, suonare la batteria, dirigere un'orchestra, sparare, combattere con le spade e dilettarsi in un'operazione di chirurgia dentale. La comunicazione tra controller e console Wii utilizza la tecnologia Bluetooth Accelerometro L accelerometro è uno strumento di misura che permette di misurare l accelerazione di un corpo, basandosi sulle rilevazione dell inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una accelerazione. Nel caso del WiiMote, gli accelerometri permettono di misurare l accelerazione del telecomando, in questo modo è in grado, combinato con i segnali ricevuti dalla telecamera infrarossi di identificare la tipologia di movimento che il player ha eseguito (per esempio la battuta mentre si gioca a tennis) Telecamera IR Come abbiamo detto il telecomando è dotato anche di un ricevitore infrarossi. La console Wii nella confezione d acquisto è dotata di una sensor bar (barra sensore), nel quale sono incorporati 10 led a raggi infrarossi. Questi permettono al WiiMote di identificare la posizione in cui il telecomando si trova nei confronti della barra. Tipicamente la barra viene posizionata sopra o sotto il televisore e l utente che gioca, trovandosi di fronte al televisore riceve i segnali inviati da questa barra, in modo tale che sia possibile riconoscere la 8

9 posizione del WiiMote. 1.4 Wii Application Come è stato descritto sopra il progetto Wii è nato come Game Console con la peculiarità di avere una interazione innovativa che sia anche divertente. Questo nuovo approccio ha avuto un grande successo, anche perché non esclude la possibilità che le persone si possano muovere e simulare azioni mentre giocano. La Wii ha riscosso molto successo anche nelle comunità scientifiche portando appunto allo studio di questa tecnologia. I primi progetti sviluppati con la console sono quelli che hanno portato all implementazione dei primi giochi e che ricalcano i movimenti di una persona durante azioni comuni: spazzare, sparare, giocare a tennis o a baseball, lanciare una palla da bowling,.... E' facile trovare in rete ricercatori che grazie a questo strumento hanno sviluppato progetti tutt'altro che banali ma semplici e intuitivi. Questi progetti non avendo scopi commerciali, hanno permesso di analizzare le enormi potenzialità del dispositivo. A seguire saranno brevemente descritti i progetti più significativi: - sfruttando la potenzialità dei vari accelerometri presenti nel wiimote, è possibile identificare la camminata di una persona; il tutto fissando il telecomando ad una piattaforma semimobile sulla quale l uomo simula la camminata; - Wiinstrument [7] : simula con il wiimote le bacchette per suonare batteria; - RGWii [8] : apre e chiudere le tende, oppure cambiare la luminosità di un locale; - Casmobot [9] : è un robot controllabile da remoto grazie ad un WiiMote, in grado di tagliare l erba del proprio giardino; - Officefighter [10] :a sua volta è un robot sincronizzato con il controller della wii, con il quale è possibile sparare contro i nemici, gli invasori o gli alieni, con suoni i suoni dell arma annessi. Il Wiimote funge da controller per definire la direzione in cui sparare e offre anche la possibilità di cambiare arma e quindi suono. Johnny Chung Lee [11] è sicuramente il primo e il più noto ricercatore ad aver le potenzialità del WiiMote e ha proposto numerosi progetti. Ad esempio, grazie ad una griglia di led infrarossi e alla telecamera presente sul WiiMote si può tenere traccia delle sue dita della mano mentre queste si 9

10 muovono in uno spazio a 2 dimensioni. In futuro, questo progetto potrebbe permettere l interazione con un computer soltanto attraverso il movimento delle mani nello spazio. Allo stesso modo è possibile simulare una realtà tridimensionale sullo schermo del PC. Il progetto permette, secondo dove si trova la testa della persona che guarda il video di cambiare la propria immagine, come se si trovasse realmente in un ambiente 3D. Solo una persona per volta per ora può fare questo tipo di esperienza, ma ulteriori sviluppi non escludono la possibilità del multiutente. Il progetto più noto è una WhiteBoard Low-Cost, cioè una lavagna interattiva realizzabile soltanto avendo a disposizione un trasmettitore di raggi infrarossi, un WiiMote, e un pc collegato a un videoproiettore. E proprio da questo progetto che noi abbiamo preso spunto per potere creare il nostro WiiTouch. 10

11 2 Concept Di fondamentale importanza per capire fino in fondo lo scopo del nostro progetto è l' introduzione del concetto di Educational + Entertainment. Attraverso l'uso di nuove tecnologie i bambini possono apprendere nuove conoscenze divertendosi ed esprimendo le proprie capacità e creatività. Nel gioco i bambini si affacciano al mondo, esprimono se stessi tramite l esercizio delle proprie capacità e della propria creatività. Scoprono se stessi, gli altri e la realtà che li circonda. Un attività troppo predefinita e con pochi spazi di libertà potrebbe risultare noiosa e quindi poco efficace, mentre quando i bambini sono liberi di seguire i loro interessi e organizzare le loro proprie esperienze, imparare diventa una cosa naturale. Il software può essere uno strumento importante, se usato nella giusta maniera e nella corretta situazione. Con il termine Talking Paper intendiamo un particolare tangible device, che abbia la possibilità di essere interattivo, con opportune tecniche che vedremo in seguito. E stato definito Talking Papaer perché la sua prima implementazione era basata su un cartellone di carta sul quale era possibile appendere contenuti non multimediali, con la possibilità di renderli tali, per esempio facendoli parlare. 2.1 TalkingPaper con tecnologia RFID Talking Paper, nella sua prima implementazione, è uno strumento che utilizzava la tecnologia RFID e BARCODE per supportare la realizzazione in contesti didattico-educativi di poster cartacei digitally-augmented: essi sono interattivi in quanto parlanti grazie all uso di risorse multimediali. Un sistema di identificazione a radiofrequenza (RFID) è costituito da due componenti principali: un trasponder o tag, e un reader. Il tag è l'etichetta che si appone all'oggetto e che contenute tutte le informazioni ad esso relative e che lo identificano in modo univoco. I dati, memorizzati in un microchip, possono essere letti grazie a un'antenna che riceve e trasmette i segnali radio da e verso il reader RFID. Il reader è il dispositivo, fisso o portatile, deputato alla lettura del tag RFID, in grado di convertire le onde radio del tag in un segnale digitale che può essere trasferito su un computer. 11

12 L utilizzo di questa tecnologia nel progetto impone che il bambino debba associare i propri disegni e i contenuti multimediali tramite dei codici a barre. Questa fase risulta particolarmente difficile per il bambino in quanto il processo di assegnazione dei codici a barre e del RFID non è intuitivo. Inoltre, l utilizzo del RFID comporta l acquisto di uno o più RFID reader (solo alcuni sono compatibili con il programma), quindi un costo non trascurabile, e dei fili di collegamento con il PC, che limitano notevolmente i movimenti. 2.2 TalkingPaper con tecnologia Wii Lo scopo di questo progetto è realizzare una nuova implementazione dell attuale applicazione Talkig Paper, che sfrutta le opportunità offerte dalla tecnologia contenuta nel WiiMote, controller utilizzato per la console Wii, e delle penne infrarossi, costruibili con una spesa inferiore ai 6. L utilizzo di tecnologie bluetooth e infrarossi permette di non aver ingombranti devices con scomodi cavi e soprattutto permette di ottenere una interazione molto flessibile e dinamica. Grazie alla capacità di riconoscere punti, è possibile definire aree di qualsiasi forma e associarvi facilmente un contenuto multimediale di vario tipo. Le possibilità offerte da questo tipo di interaction sono moltissime, dall insegnamento della geometria nelle scuole elementari alla creazione di scenari multimediali dinamici Componenti La volontà di sviluppare un talking paper sfruttando la tecnologia Wii ci ha portato a fare determinate scelte software e hardware. I componenti necessari per utilizzare l applicazione sono: Pc con connessione bluethooth WiiMote, telecomando della console Nintendo Wii. IR Pen, penna infrarossi, acquistabile al modico prezzo di 9 euro, oppure costruibile artigianalmente ad un prezzo ancora più ridotto seguendo il paragrafo successivo. Software WiiTouch. Superficie di qualsiasi genere utilizzabile come supporto dove appendere i vari componenti, per esempio un cartellone. Fogli o disegni rappresentanti immagini utili per la storia che si vuole raccontare ed fogli speciali quali play,stop (opzionali). 12

13 Una volta a disposizione tutti i componenti, i passi da eseguire per potere utilizzare questa tecnologia sono veramente semplici ed intuitivi. Dopo aver comprato o costruito una penna infrarossi(seguendo i passi nel punto successivo) è necessario installare il software WiiTouch semplicemente copiandolo sul computer. Quindi collocare il WiiMote in modo tale che possa inquadrare l intera area di lavoro. In questo caso, a differenza di ciò che accade mentre si gioca con il Nintendo Wii, il telecomando (WiiMote) rimane immobile sfruttando solo le potenzialità della telecamera infrarossi. Lanciare l applicativo e sincronizzarlo con il WiiMote. A questo punto è possibile utilizzare WiiTouch in tutte le sue funzionalità IR Pen Un IR Pen è un dispositivo con la funzione di emettere raggi infrarossi. La luce infrarossa(ir) è una radiazione elettromagnetica con una frequenza inferiore a quella della luce visibile, con la caratteristica di non poter oltrepassare gli oggetti. E molto utilizzata come mezzo di comunicazione a breve distanza, in quanto i 2 punti di comunicazione devono avere visibilità ottica come ad esempio nei telecomandi (TV, Stereo ). In commercio, soprattutto nei paesi esteri, è possibile trovare delle penne a infrarossi a poco costo. Sui siti internet sono disponibili delle IRPen a euro (spese di spedizione escluse). Nel nostro progetto l IR Pen rappresenta la periferica esterna che permette di gestire l interattività, in particolare selezionare aree multimediali e gestirne l esecuzione. Nel manuale utente verrà spiegato come realizzare autonomamente, in modo semplice ed economico delle IR Pen [12] Aspetti tecnologici Come già introdotto nei punti precedenti il nostro lavoro si basa sull utilizzo del controller Wiimote e in particolare della telecamera IR presente all interno. Ovviamente era possibile adoperare qualsiasi altro tipo di videocamera a infrarossi ma il WiiMote è sicuramente la miglior scelta sul mercato per questo tipo di progetto avendo il pregio di essere molto economico, di utilizzare protocolli standard (es Bluetooth), ed essere utilizzato da molte community opensource Funzionamento della telecamera infrarossi L utilizzo accoppiato della telecamera infrarossi presente all interno del controller e della Sensor 1 Per maggiori dettagli seguire le istruzioni del Manuale utente. 13

14 Bar(barra che viene applicata nella parte superiore della televisione) permette l usuale utilizzo ludico della console Nintendo WII. Entrando nel dettaglio: la Sensor Bar contiene al suo interno degli emettitori di luce infrarossa (Led); attraverso il WiiMote e in particolare la telecamera infrarossi, presente all interno di esso, viene monitorata la luce emessa dalla Sensor Bar. La variazione della posizione della luce permette di calcolare il movimento del controller. Esemplificando: la luce infrarossa (emessa dalla sensor bar) è fissa e la telecamera presente nel controller si muove. Nel progetto abbiamo rivoluzionato l utilizzo classico della telecamera infrarossi all interno del WiiMote mettendo il controller in posizione ferma per monitorare ogni evento generato dall IR PEN. Il controller attraverso un adattatore Bluetooth presente al suo interno comunica istantaneamente al PC l evento Come funziona Il progetto è stato sviluppato per lavorare principalmente in due situazioni: sia nel caso di suddivisione della superficie secondo uno schema a griglia oppure senza uno schema prefissato. Nel primo caso, una volta stabilite il numero di righe e quello di colonne è possibile suddividere idealmente il cartellone in una tabella. Su ogni cella sarà applicato un foglio al quale verrà associato un file multimediale (per ora audio o video). Nel secondo caso invece i fogli possono essere disposti in qualsiasi posizione senza rispettare necessariamente un preciso ordine. I fogli e i cartelloni non contengono alcun componente elettronico, a differenza di ciò che accade per il Talking Paper con RFID. Al momento dell utilizzo si andrà con la IRpen ad indicare la figura di interesse; a questo punto il ricevitore infrarossi presente sul telecomando sarà in grado di riconoscere la posizione del segnale infrarossi relativamente al poster e inviare il dato tramite bluetooth al computer che riprodurrà il file multimediale associato a tale figura. Per fare ciò è necessaria una prima fase d identificazione delle aree, detta calibrazione, in cui si identificano con la penna gli angoli del cartellone 2. L applicativo mette a disposizione anche la possibilità di salvare i cartelloni in modo da poterli riutilizzare senza doverli ricreare. 14

15 3 Goals, requisiti e utilizzatori Lo scopo del progetto è quello di fornire un' applicazione semplice, usabile, utile all' apprendimento in modo semplice e divertente da parte di bambini appartenenti alle scuole materne o elementari. Il bambino in questione interagirà con l' applicazione in modo naturale e divertente in modo tale da facilitarne l' apprendimento grazie a risorse multimediali. I devices utilizzati per interagire con l applicazione devono essere a basso costo e facilmente reperibili o costruibili. Inoltre tutti i devices devono sfruttare tecnologie wireless per evitare ingombranti fili. STACKEHOLDER GOALS GENERICI Bambino Divertirsi Fare attività insieme ad altri compagni. Fare attività stimolanti e non monotone Maestra Far imparare delle nozioni didattiche. Aiutare la crescita del bambino anche dal punto di vista di socializzazzione e sviluppo della personalità. Rendere interessanti le lezioni. Dirigente Scolastico Avere dei programmi che siano all avanguardia dal punto di vista didattico,educativo, ricreativo. La soddisfazione da parte dei genitori, dei bambini, e del corpo docente Rispettare dei rigidi budget, solitamente esigui, per le spese relative alle nuove tecnologie Genitore Educazione del figlio Mettere il figlio in contatto con le nuove tecnologie Bambini Gli alunni saranno i principali fruitori dello strumento e dal loro punto di vista l aspetto più importante è il divertimento e l interesse che l applicazione suscita. Sarà fondamentale la ricerca e l utilizzo di applicazioni coinvolgenti atte a stimolare l interesse da parte del ragazzo in modo tale da rendere l apprendimento più semplice e piacevole. 15

16 3.1.2 Maestra L obiettivo primario per gli insegnanti è rendere il loro metodo di insegnamento più efficace, riuscendo a attirare l interesse degli studenti. Per quanto riguarda gli applicativi coinvolti saranno quindi di interesse quelli appartenenti all area educativa, in modo tale da rendere interessante e coinvolgente l apprendimento dello studente. Gli insegnanti non hanno, in molti casi, conoscenze informatiche avanzate, a questo scopo si è pensato di rendere la sua installazione e configurazione il più semplice possibile. Visto l eterogenea situazione degli ambienti software diffusi nelle scuole e dei dispositivi di visualizzazione, l oggetto che realizzeremo deve essere portatile e portabile Dirigente scolastico Per il dirigente scolastico è prioritario avere dei programmi che siano all avanguardia dal punto di vista didattico,educativo, ricreativo per garantire la soddisfazione da parte dei genitori, dei bambini, e del corpo docente. Inoltre, a causa degli scarsi fondi a disposizione è necessario avere tecnologie a basso costo per rispettare i budget Genitori Per i genitori la cosa più ipotante è educare nel modo migliore il figlio e avvicinarlo fin da piccolo alle nuove tecnologie. MATRICE DI RILEVANZA Goal\Stakeholders Maestra Dirigente scolastico Genitore Bambino Socializzazione degli alunni Divertimento Efficacia dell insegnamento Ricerca dell interesse alunni Utilizzo di nuove tecnologie Basso costo Soddisfare i genitori Usability dispositivo Facilità di configurazione Livelli di priorità (0,1,2,3) 16

17 4 Design di navigazione e User-Experience Il processo di utilizzo è stato pensato per essere semplice e lineare per fare sì che anche un bambino con un piccolo supporto di una maestra possa usare Talking Paper. Il bambino inizia col disegnare le immagini(1) che comporranno la sua storia e poi con l aiuto di una maestra, che si occuperà della calibrazione(3), collocano il cartellone(2) che diventerà parlante. A questo punto ogni bambino attacca il proprio disegno(4) e con la maestra sceglie un contenuto da associare. Quando il cartellone è pronto i bambini possono giocare con il cartellone(5) usando le IRpen.Il manuale d uso illustra in dettaglio le fasi e le modalità d uso. Anche la navigazione nell applicazione è stata progetta per essere semplice e intuitiva e si basa 17

18 sulle tre operazioni principali che l utente può essere intenzionato a compiere: creare un nuovo cartellone, modificarne uno esistente o utilizzarne uno già definito. 4.1 Attività utente Il diagramma delle attività che rappresenta l'evoluzione del sistema. Il diagramma contiene le azioni rilevanti per il cambiamento dello stato degli oggetti nel sistema o per la gestione dello stato dell interazione con l utente. Le attività sono rappresentate da rettangoli rossi mentre quelli blu sono azioni preliminari che sono eseguite nel processo. I rombi introducono ad azioni opzionali. Il generico utente che utilizzerà il nostro applicativo dovrà per prima cosa connettere il WiiMote con l applicazione. La connessione del WiiMote è la prima attività necessaria per permettere un buon funzionamento dell applicativo, senza effettuare questo passaggio è possibile accedere a un numero limitato di attività. Successivamente alla connessione, l utente sarà in grado di scegliere le varie operazioni che l applicativo fornisce: crea cartellone, fai parlare, modifica cartellone. L operazione crea cartellone consente di creare un nuovo cartellone specificandone un nome, la classe che l ha creato e una descrizione. In particolare la nuova versione di Talking Paper gestisce 18

19 due tipi di cartellone: il primo si basa su uno schema a griglia auto dimensionante, il secondo utilizza uno schema completamente libero in cui l utente può creare aree sensibili di qualsiasi forma. Nella creazione di un cartellone a griglia dovrà essere specificato anche il numero di righe e colonne. Infine l utente può scegliere se aggiungere i contenuti di ogni cella subito o in secondo momento. Per quanto riguarda il cartellone libero, l utente prima di aggiungere i contenuti dovrà toccare con l Irpen i quattro angoli della superficie di lavoro (in ambito scolastico la superficie di lavoro potrebbe essere una lavagna o addirittura una parete). L'operazione fai parlare richiede all utente di scegliere un cartellone, calibrarlo e poi attraverso l'irpen potrà interagire direttamente sul cartellone riproducendo così i vari file multimediali (audio, video, comandi) associati al cartellone scelto. L'operazione modifica cartellone richiede il caricamento di un cartellone precedentemente creato, specificandone la posizione, per poi poter aggiungere o rimuovere elementi multimediali (audio, video, comandi), modificare le informazioni descrittive (nome, classe, commento) ed eseguire l anteprima dei file associati alle varie aree del cartellone. L utente si trova davanti una schermata che da una rappresentazione schematica del cartellone e dei dati contenuti. A seconda del tipo di cartellone, l utente può creare una nuova area o scegliere un area già presente e a questa area può assegnare un nuovo contenuto o modificare o rimuovere quello attuale. Il contenuto può essere sia un elemento di controllo sia un file multimediale e, a seconda della scelta, l area a cui è stato assegnato il contenuto assume un colore e un icona diversa. La schermata di modifica permette anche di simulare l utilizzo del cartellone tramite il mouse, per verificare il corretto funzionamento di ogni contenuto. 19

20 Il diagramma soprastante rappresenta più in dettaglio le attività che l utente può compiere per la modifica dei contenuti di un cartellone. Per prima cosa l utente deve scegliere un area del cartellone e in base alla scelta si possono avere due possibilità: l'area selezionata non è associata a contenuti multimediali oppure è già stata associata. Se, ad esempio, non vi sono già elementi multimediali associati all'area selezionata, l utente può scegliere di associarne un elemento multimediale o uno tra i comandi play/pause o stop. Nel caso in cui fosse già associato un elemento multimediale all'area selezionata, l utente può scegliere l'operazione da svolgere definite dalle tre attività: rimuovi, anteprima, modifica. L'attività rimuovi permette di eliminare l'elemento multimediale, l'attività anteprima permette di visualizzare un'anteprima del contenuto multimediale e infine l'attività modifica permette di cambiare il contenuto multimediale o il comando associato a quell'area. Successivamente è possibile selezionare una nuova area del cartellone e ripetere il ciclo delle attività appena descritto. Al termine delle modifiche l utente esce dalla schermata di modifica che però può essere richiamata in ogni momento dalla schermata principale. Naturalmente le tre operazioni base si sviluppano in una serie di schermate che permettono di raccogliere le informazioni necessarie all esecuzione e guidano l utente nell utilizzo dell applicazione. Per facilitare l utilizzo dell applicazione ai bambini si è scelto di utilizzare una 20

21 navigazione guidata a finestre basata esclusivamente su bottoni. 4.2 UX model Mediante il diagramma UX è rappresentata la navigazione dell applicativo e le schermate principali, con l indicazione della sequenza delle interazioni previste. Tale modello è un diagramma delle classi, arricchito con opportuni stereotipi, che è utilizzato per descrivere percorsi di navigazione tra le schermate tramite le associazioni tra le classi. Attraverso questo modello è possibile delineare quelle che saranno le caratteristiche dell applicativo dal punto di vista dell utente. Lo stereotipo <<screen>> rappresenta la schermata dell applicativo presentata all utente. Ogni schermata può avere un insieme di metodi che nel nostro caso rappresentano i bottoni presenti nella schermata e che possono essere selezionati dall utente e da un insieme di attributi che rappresentano i dati visualizzati nella schermata stessa. I metodi sono una serie di azioni che l utente può compiere su una screen e ciò si traduce nell attivazione di un percorso di navigazione verso un altra schermata dell applicativo. Lo stereotipo <<input form>> rappresenta la possibilità da parte dell utente di interagire con l applicativo inserendo delle informazioni. Un modulo d inserimento presenta una serie di attributi che identificano l elenco dei dati che l utente può inserire. 21

22 La screen home è la schermata principale del nostro applicativo e specifica quattro collegamenti per la navigazione: crea cartellone, fai parlare, modifica cartellone, connetti WiiMote, esci. Ad esempio, nel caso in cui l utente nella schermata home selezionerà il pulsante crea tabellone sarà visualizzata una schermata differenziata a seconda se si voglia creare un cartellone a griglia o libero. Analizziamo per primo il comportamento del cartellone a griglia. La screen crea cartellone a griglia è associata una input form in quanto deve essere possibile inserire dei dati relativi alla creazione del tabellone: nome, classe, descrizione, righe, colonne. Una volta che l utente avrà inserito questi dati e premuto il pulsante crea si passerà alla visualizzazione della schermata Aggiungi contenuti griglia. Questa schermata permetterà di aggiungere un nuovo elemento multimediale, rimuoverlo, modificare un elemento multimediale associato a una cella, visualizzare un anteprima degli elementi multimediali associati alle celle e infine di salvare il tabellone creato. Se l utente volesse ad esempio aggiungere un elemento multimediale, tramite il pulsante aggiungere elemento si passerebbe alla visualizzazione della schermata Aggiungi elemento. In questa schermata sarà possibile: aggiungere un elemento audio video tramite il pulsante aggiungi audio video oppure aggiungere un elemento di controllo tramite il pulsante aggiungi controllo. L'utente attraverso il pulsante aggiungi audio video passerà alla visualizzazione della schermata Aggiungi Audio Video cui è associata una input form necessaria all' inserimento del percorso del file multimediale da aggiungere alla cella del cartellone a griglia. In seguito all'inserimento del percorso del file e quindi all'aggiunta dello stesso alla cella associata si passerà di nuovo alla visualizzazione della schermata Aggiungi Contenuti Griglia. Per quanto riguarda il diagramma UX relativo alla navigazione del nostro applicativo nel caso in cui si faccia riferimento a un tabellone libero (riportato sotto) valgono le stesse considerazioni fatte per il diagramma UX relativo al tabellone a griglia. Ciò che differenzia i due diagrammi UX è la presenza nello UX relativo al tabellone libero dei metodi aggiungi area, rimuovi area nella schermata Aggiungi Contenuti Libero e della schermata Aggiungi Area. L'utente premendo il pulsante aggiungi area passerà dalla schermata Aggiungi Contenuti Libero alla schermata Aggiungi area che consisterà in una schermata che visualizzerà i punti selezionati dall IrPen sulla superficie di lavoro (in ambito scolastico la superficie di lavoro potrebbe essere una lavagna o addirittura una parete) definendo un area cui si dovrà associare un file multimediale (audio, video) o un comando play/pause. 22

23 Per gli screenshot e scenari d uso dettagliati si rimanda al manuale e al video dimostrativo. 23

24 5 Sviluppo software 5.1 Scelte progettuali Al momento di realizzare il software sono state valutate diverse scelte implementative a partire dal linguaggio di programmazione. Per comunicare con il WiiMote sono attualmente disponibili delle librerie utilizzabili da due linguaggi di programmazione: C# [13] e Java [14]. Le librerie C# hanno attualmente un livello di sviluppo maggiore, ma, come è noto, non sono utilizzabili su sistemi diversi da Windows e per questo si è preferito scegliere il linguaggio di programmazione Java. In particolare, le librerie sono disponibili in due versioni, la prima contiene istruzioni per la comunicazione a basso livello con la periferica WiiMote, la seconda versione è più pesante della prima, ma contiene istruzioni a più alto livello e metodi aggiuntivi. Per ragioni di tempo si è scelto di utilizzare la libreria con il maggior numero di funzionalità offerte, ma abbiamo separato nettamente la comunicazione con lo WiiMote dal resto dell applicazione in modo da permettere una evoluzione di questa parte senza modificare il resto del software. Per dettagli sulla struttura software si veda il capitolo successivo o la documentazione specifica. Altra scelta implementativa importante è stata quella del player multimediale da usare per la riproduzione dei contenuti. Le possibilità erano molte, ma classificabili in due grandi famiglie: player incorporabili direttamente nel applicativo e player esterni. I player interni garantiscono ottime prestazioni e buona comunicazione con tutte le parti del software, ma spesso possono riprodurre pochi tipi di file multimediali e devono essere aggiornati manualmente dal programmatore. I player esterni hanno invece una evoluzione indipendente dal software senza comportare modifiche alle applicazioni che gli utilizzano in quanto comunicano tramite interfacce di rete standard. Proprio per questo motivo si è preferito utilizzare un player esterno e in particolare la nostra scelta è ricaduta su VLC Media Plyer. VLC è sicuramente tra i player gratuiti il più rinomato anche grazie alla numerosa community che ne porta avanti lo sviluppo. VLC è disponibile per qualsiasi piattaforma (Windows, Mac, Linux,..) e riproduce praticamente ogni tipo di file multimediale sia esso audio, video o semplice immagine. Inoltre VLC offre numerose interfacce di comunicazione indipendentemente dal sistema operativo, in particolare si può inviare comandi al player tramite API specifiche per il linguaggio di programmazione, Web, interfaccia Telnet o riga di comando. Esclusa l interfaccia Web perché non adatta al nostro software e le API Java perché non più sviluppate, la scelta ricadeva tra uno degli altri due tipi di interfaccia. Bisogna però considerare che dalla versione 0.8 alla versione 0.9 (attualmente usata nel software) VLC ha subito una profonda ristrutturazione che ha comportato la variazione di numerose delle istruzioni da riga di 24

25 comando. Questa evoluzione tuttora in atto e non è detto che le istruzioni di comando non cambino ancora nelle versioni successive. Per questo motivo si è scelto di utilizzare come interfaccia di comunicazione Telnet che permette un minor numero di opzioni, ma è stabile da una versione all altra di VLC. 5.2 Struttura software Visto i numerosi sviluppi che questo software potrebbe avere la progettazione del software è stata particolarmente accurata, cercando di modularizzare l applicativo per rendere possibile l evoluzione delle singole parti e aggiungere nuove funzionalità senza dover stravolgere l intero progetto I moduli base che compongono il nostro software sono tipici del pattern di sviluppo MVC (model, view, controller). Infatti il software comprende un modulo di presentazione (Grafic Interface), un componete che modellizza la struttura dei dati(data model) e uno che si occupa di gestire la logica dell intera applicazione (Logic Controller). Visto che la logica dell applicazione è molto complessa si è deciso una ulteriore modularizzazione per permettere una evoluzione separata delle singole componenti. Per questo motivo, la comunicazione e la gestione dello WiiMote è stata separata in modo netto definendo una interfaccia di comunicazione standard con il resto dell applicazione. Questa scelta permetterà in futuro anche di utilizzare strumenti diversi dallo WiiMote per catturare la posizione della IRpen. Oltre alla modularizzazione si ha anche una specializzazione del Logic Controller in sottocomponenti specializzati a gestire particolari azioni. Significativo è il sottocomponente che si occupa di rendere le modifiche sui dati persistenti salvando tutte le informazioni utili in file XML e 25

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