Interfaz de usuario tangible

Una interfaz de usuario tangible ( TUI, por sus siglas en inglés) es una interfaz de usuario en la que una persona interactúa con información digital a través del entorno físico . Su nombre original era Interfaz de Usuario Agarrable, que ya no se utiliza. El propósito del desarrollo de TUI es potenciar la colaboración, el aprendizaje y el diseño al dar forma física a la información digital, aprovechando así la capacidad humana de agarrar y manipular objetos y materiales físicos. ^{[ 1 ]}

Radia Perlman concibió inicialmente este lenguaje de programación como un nuevo lenguaje para niños pequeños, similar a Logo, pero utilizando teclados y dispositivos de entrada especiales. Otro pionero en interfaces de usuario tangibles es Hiroshi Ishii , profesor del MIT y director del Tangible Media Group del MIT Media Lab . Su visión particular para las interfaces de usuario tangibles, denominadas Tangible Bits , consiste en dar forma física a la información digital, haciendo que los bits sean directamente manipulables y perceptibles. Tangible Bits busca la integración perfecta entre objetos físicos y datos virtuales.

Existen varios marcos que describen las características clave de las interfaces de usuario tangibles. Brygg Ullmer y Hiroshi Ishii describen seis características relacionadas con la representación y el control: ^{[ 2 ]}

1. Las representaciones físicas están acopladas computacionalmente a la información digital subyacente.
2. Las representaciones físicas incorporan mecanismos de control interactivo.
3. Las representaciones físicas están perceptualmente acopladas a representaciones digitales mediadas activamente.
4. El estado físico de los objetos tangibles incorpora aspectos clave del estado digital de un sistema.

Ullmer, Ishii y Robert JK Jacob desarrollaron aún más un marco de token+restricción, en el que objetos físicos discretos (tokens) representan información digital y se manipulan dentro de regiones confinantes (restricciones) que se corresponden con operaciones digitales. ^{[ 3 ]}

Eva Hornecker y Jacob Buur describen un marco estructurado con cuatro temas: ^{[ 4 ]}

1. Manipulación tangible: representaciones materiales con cualidades táctiles distintivas, que normalmente se manipulan físicamente. Un ejemplo típico es la manipulación háptica directa: ¿puede el usuario agarrar, sentir y mover elementos importantes de la interfaz?
2. Interacción espacial: la interacción tangible se desarrolla en el espacio real; la interacción se produce como movimiento en este espacio. Un ejemplo es la interacción corporal completa: ¿puede el usuario utilizar todo su cuerpo?
3. Facilitación corporizada: la configuración de los objetos materiales y el espacio influye en cómo interactúan varios usuarios de forma conjunta con la interfaz de usuario tangible. Algunos ejemplos incluyen múltiples puntos de acceso: ¿pueden todos los usuarios del espacio ver lo que sucede e interactuar con los elementos centrales de la interfaz?
4. Representación expresiva: expresividad y legibilidad de las representaciones materiales y digitales empleadas por los sistemas de interacción tangible. Un ejemplo es la significación representacional: ¿tienen las representaciones físicas y digitales la misma fuerza y ​​relevancia?

Según Mi Jeong Kim y Mary Lou Maher, las cinco propiedades básicas que definen las interfaces de usuario tangibles son las siguientes: ^{[ 5 ]}

1. Multiplexación espacial tanto de entrada como de salida.
2. Acceso y manipulación simultáneos de los componentes de la interfaz.
3. Dispositivos específicos potentes.
4. Dispositivos computacionales con capacidad de percepción espacial.
5. Reconfigurabilidad espacial de los dispositivos.

Una interfaz de usuario tangible generalmente se diseña para un grupo objetivo específico, debido al reducido abanico de posibles áreas de aplicación. Por lo tanto, el diseño de la interfaz debe desarrollarse conjuntamente con el grupo objetivo para garantizar una buena experiencia de usuario. ^{[ 6 ]}

En comparación con una TUI, una GUI tiene una amplia gama de usos en una sola interfaz. Por eso, se dirige a un gran grupo de usuarios potenciales. ^{[ 6 ]}

Una ventaja de la interfaz de usuario tangible (TUI, por sus siglas en inglés) es la experiencia del usuario, ya que implica una interacción física entre el usuario y la interfaz misma (por ejemplo, SandScape : construir tu propio paisaje con arena). Otra ventaja es la usabilidad, puesto que el usuario sabe intuitivamente cómo utilizar la interfaz al conocer la función del objeto físico. Por lo tanto, el usuario no necesita aprender su funcionamiento. Por ello, la interfaz de usuario tangible se utiliza a menudo para hacer que la tecnología sea más accesible para las personas mayores. ^{[ 7 ]}

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Una interfaz de usuario tangible (TUI) se distingue de una interfaz gráfica de usuario (GUI) por la forma en que los usuarios interactúan con la información digital. Mientras que una GUI media la interacción principalmente mediante representaciones digitales como ventanas, iconos, menús y punteros, una TUI separa la información digital de sus elementos físicos y permite a los usuarios realizar acciones concretas y manipular el sistema mediante acciones espaciales. Por ejemplo, se utiliza una pantalla para presentar información digital, mientras que un ratón o una pantalla táctil se utilizan para interactuar con ella. En cambio, las TUI hacen que los datos digitales sean directamente accesibles mediante objetos físicos que ayudan a establecer un vínculo tangible entre el mundo digital y el físico. ^{[ 8 ]}

Las interfaces de usuario de texto (TUI) suelen diseñarse para tareas específicas de dominio por terceros, como en el diseño colaborativo, la educación o la simulación. A diferencia de la afirmación de que las TUI tienen un "bajo rango de posibles áreas de aplicación", la investigación sugiere que la aplicabilidad de una TUI a una aplicación depende del contexto, los objetivos de la tarea y los requisitos del usuario, más que de limitaciones inherentes. El diseño de una TUI generalmente requiere una estrecha colaboración con los usuarios objetivo para garantizar la usabilidad y la eficacia, especialmente para tareas especializadas o complejas. ^{[ 9 ]}

En comparación, las GUI suelen ser más flexibles y pueden admitir una mayor diversidad de aplicaciones en una sola interfaz, lo que les permite dirigirse a una mayor y más amplia diversidad de usuarios. ^{[ 10 ]} Sin embargo, las TUI y las GUI no son mutuamente excluyentes y existen muchos sistemas híbridos que integran elementos tangibles y gráficos. ^{[ 11 ] [ 9 ]} Las mesas interactivas, por ejemplo, combinan widgets GUI táctiles con objetos tangibles, interacciones multimodales y soporte para interacciones multimodales, así como actividades colaborativas. ^{[ 12 ]}

Las TUI ofrecen posibles ventajas en términos de interacción corporal e interacción cooperativa. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La naturaleza física de la interfaz puede utilizarse para desarrollar el pensamiento espacial, promover un entendimiento común dentro del trabajo en grupo y proporcionar información sensorial que complemente los elementos visuales. ^{[ 15 ] [ 12 ]} Si bien algunos estudios reconocen que la manipulación física puede considerarse "intuitiva", la usabilidad se ve afectada por la calidad del diseño, el contexto de la tarea y la familiaridad del usuario, y no por una propiedad intrínseca de la tangibilidad. ^{[ 16 ]} Las TUI se han utilizado para hacer que las interfaces sean más interesantes y accesibles para diversos tipos de usuarios, incluidos aquellos sin experiencia con sistemas digitales convencionales. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Un ejemplo sencillo de interfaz de usuario tangible es el ratón del ordenador : al arrastrar el ratón sobre una superficie plana, se mueve un puntero en la pantalla en consecuencia. Existe una relación muy clara entre el comportamiento de un sistema y los movimientos del ratón. Otros ejemplos incluyen:

• Contestador automático de canicas, de Durrell Bishop (1992). ^{[ 19 ]} Una canica representa un único mensaje dejado en el contestador automático . Al dejar caer una canica en un plato, se reproduce el mensaje correspondiente o se devuelve la llamada a la persona que llamó.
• El sistema Topobo . Los bloques de Topobo son como bloques de LEGO que se pueden encajar, pero también pueden moverse por sí mismos mediante componentes motorizados. Una persona puede empujar, tirar y girar estos bloques, y estos pueden memorizar estos movimientos y reproducirlos. ^{[ 20 ]}
• Implementaciones que permiten al usuario dibujar sobre la mesa del sistema con un lápiz físico. Mediante gestos con la mano, el usuario puede clonar la imagen y estirarla en los ejes X e Y, como en un programa de dibujo. Este sistema integraría una cámara de vídeo con un sistema de reconocimiento de gestos .
• jive . La implementación de una TUI ayudó a que este producto fuera más accesible para los usuarios mayores. Los pases de "amigo" también se pueden usar para activar diferentes interacciones con el producto. ^{[ 21 ]}
• un modelo de proyección aumentada .
• SandScape : Diseño de paisajes con TUI. Esta interfaz permite al usuario crear un paisaje con arena sobre una mesa. El modelo de arena representa el terreno, que se proyecta sobre la superficie. En tiempo real, el modelo proyecta las deformaciones de la arena. ^{[ 7 ]}

Se han explorado diversas estrategias para establecer un middleware genérico para interfaces de usuario basadas en texto (TUI). Estas estrategias buscan la independencia de los dominios de aplicación, así como la flexibilidad en cuanto a la tecnología de sensores empleada. Por ejemplo, Siftables ofrece una plataforma de aplicaciones donde pequeñas pantallas sensibles a gestos interactúan para formar una interfaz hombre-máquina.

Para brindar soporte a la colaboración, las TUI deben permitir la distribución espacial, las actividades asíncronas y la modificación dinámica de la infraestructura de la TUI, entre otras características importantes. Este enfoque presenta un marco basado en el concepto de espacio de tuplas LINDA para cumplir con estos requisitos. El marco TUIpist implementado despliega tecnología de sensores arbitraria para cualquier tipo de aplicación y actuadores en entornos distribuidos. ^{[ 22 ]}

El interés por las interfaces de usuario tangibles (TUI) ha crecido constantemente desde la década de 1990, y cada año aparecen más sistemas tangibles. Un informe técnico de 2017 describe la evolución de las TUI para experiencias con mesas táctiles y plantea nuevas posibilidades de experimentación y desarrollo. ^{[ 23 ]}

En 1999, Gary Zalewski patentó un sistema de bloques móviles para niños que contenían sensores y pantallas para enseñar ortografía y composición de oraciones. ^{[ 24 ]}

Tangible Engine es una aplicación de autoría propietaria que se utiliza para crear interfaces de reconocimiento de objetos para mesas táctiles capacitivas proyectadas. Tangible Engine Media Creator permite a los usuarios con poca o ninguna experiencia en programación crear rápidamente experiencias basadas en TUI (Interfaz de Usuario Transaccional).

El Grupo de Medios Tangibles del MIT, dirigido por Hiroshi Ishi, desarrolla y experimenta continuamente con interfaces de usuario táctiles (TUI), incluyendo numerosas aplicaciones de mesa. ^{[ 25 ]}

El sistema Urp ^{[ 26 ]} y el más avanzado Augmented Urban Planning Workbench ^{[ 27 ]} permiten simulaciones digitales del flujo de aire, sombras, reflejos y otros datos basados ​​en las posiciones y orientaciones de modelos físicos de edificios, sobre la superficie de la mesa.

Los desarrollos más recientes van un paso más allá e incorporan la tercera dimensión, permitiendo al usuario crear paisajes con arcilla (Illuminating Clay ^{[ 28 ]} ) o arena (Sand Scape ^{[ 29 ]} ). De nuevo, diferentes simulaciones permiten analizar sombras, mapas de altura, pendientes y otras características de las masas de tierra que se pueden formar de forma interactiva.

InfrActables es una mesa colaborativa de retroproyección que permite la interacción mediante interfaces de usuario táctiles (TUI) con reconocimiento de estado. Al añadir diferentes botones a las TUI, se habilitan funciones adicionales asociadas a ellas. Las versiones más recientes de esta tecnología pueden incluso integrarse en pantallas LCD ^{[ 30 ]} mediante sensores infrarrojos situados detrás de la matriz LCD.

El Desastre Tangible ^{[ 31 ]} permite al usuario analizar medidas de respuesta ante desastres y simular diferentes tipos de desastres (incendios, inundaciones, tsunamis, etc.) y escenarios de evacuación durante sesiones de planificación colaborativa. Los objetos físicos permiten ubicar los desastres colocándolos en el mapa interactivo y, además, ajustar parámetros (como la escala) mediante diales incorporados.

Recientemente se ha identificado el potencial comercial de las TUI. El galardonado Reactable, ^{[ 32 ]} un instrumento interactivo de sobremesa tangible, ahora es distribuido comercialmente por Reactable Systems, una empresa derivada de la Universidad Pompeu Fabra, donde fue desarrollado. Con Reactable, los usuarios pueden configurar su propio instrumento de forma interactiva, colocando físicamente diferentes objetos (que representan osciladores, filtros, moduladores, etc.) y parametrizándolos mediante rotación y entrada táctil.

Microsoft distribuye su novedosa plataforma basada en Windows, Microsoft Surface ^{[ 33 ]} (ahora Microsoft PixelSense ), desde 2009. Además del seguimiento multitáctil de los dedos, la plataforma admite el reconocimiento de objetos físicos por sus huellas. Se han presentado varias aplicaciones, principalmente para uso comercial. Algunos ejemplos van desde diseñar un diseño gráfico personalizado para una tabla de snowboard o una patineta hasta analizar los detalles de un vino en un restaurante colocándolo sobre la mesa y navegando por los menús mediante la entrada táctil. También admite interacciones como la visualización colaborativa de fotografías desde una videocámara o un teléfono móvil que se conecta sin problemas al colocarlo sobre la mesa.

Otra instalación interactiva destacable es Instant City ^{[ 34 ]} , que combina juegos, música, arquitectura y aspectos colaborativos. Permite al usuario construir estructuras tridimensionales y crear una ciudad con bloques rectangulares, lo que da como resultado el ensamblaje interactivo de fragmentos musicales de diferentes compositores.

El desarrollo de Reactable y el lanzamiento posterior de su tecnología de seguimiento reacTIVision ^{[ 35 ]} bajo la licencia GNU/GPL, así como las especificaciones abiertas del protocolo TUIO, han desencadenado una enorme cantidad de desarrollos basados ​​en esta tecnología.

En los últimos años, se han puesto en marcha numerosos proyectos amateur y semiprofesionales fuera del ámbito académico y comercial. Gracias a las tecnologías de seguimiento de código abierto (reacTIVision ^{[ 35 ]} ) y a la creciente capacidad de procesamiento disponible para los usuarios finales, la infraestructura necesaria ahora es accesible para casi todo el mundo. Un ordenador personal estándar, una cámara web y algunas habilidades manuales permiten a las personas configurar sistemas tangibles con un mínimo esfuerzo de programación y materiales. Esto abre las puertas a nuevas formas de percibir la interacción persona-ordenador y permite que el público experimente con nuevas formas de creatividad.

Es difícil seguir la pista y pasar por alto el número cada vez mayor de todos estos sistemas y herramientas, pero si bien muchos de ellos parecen utilizar únicamente las tecnologías disponibles y se limitan a experimentos y pruebas iniciales con algunas ideas básicas o simplemente reproducen sistemas existentes, algunos de ellos se abren a interfaces e interacciones novedosas y se implementan en el espacio público o se integran en instalaciones artísticas. ^{[ 36 ]}

La Planificación de Fábrica Tangible ^{[ 37 ]} es una tabla tangible basada en reacTIVision ^{[ 35 ]} que permite planificar y visualizar de forma colaborativa los procesos de producción en combinación con los planos de nuevos edificios de fábrica y fue desarrollada en el marco de una tesis de diploma.

Otro ejemplo de las numerosas mesas interactivas basadas en reacTIVision es la Mesa Interactiva ImpulsBauhaus ^{[ 38 ]} , que se exhibió en la Universidad Bauhaus de Weimar con motivo del 90 aniversario de la fundación de la Bauhaus. Los visitantes podían consultar y explorar las biografías, las complejas relaciones y las redes sociales entre los miembros del movimiento.

Utilizando principios derivados de la cognición corporizada , la teoría de la carga cognitiva y el diseño corporizado , se ha demostrado que las interfaces de usuario de texto (TUI) aumentan el rendimiento del aprendizaje al ofrecer retroalimentación multimodal. ^{[ 39 ]} Sin embargo, estos beneficios para el aprendizaje requieren formas de diseño de interacción que dejen la mayor capacidad cognitiva posible para el aprendizaje.

Un icono físico , o phicon , es el equivalente informático tangible de un icono en una interfaz gráfica de usuario ( GUI) tradicional . Los phicons contienen una referencia a algún objeto digital y, por lo tanto, transmiten significado. ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}

• Interfaz de hardware
• Interfaz de usuario cinética
• Interfaz de usuario natural
• Interfaz de usuario orgánica
• Computación no convencional

• TUIO es un marco de trabajo abierto para superficies multitáctiles tangibles disponible en TUIO.org.
• Entrada de enciclopedia sobre la historia de la interacción tangible y las interfaces de usuario tangibles.
• Libro blanco sobre la evolución de las interfaces de usuario tangibles en mesas táctiles.