Expanding tangible tabletop interfaces beyond the display

Abstract

L’augment de popularitat de les taules i superfícies interactives està impulsant la recerca i la innovació en una gran varietat d’àrees, incloent-­‐hi maquinari, programari, disseny de la interacció i noves tècniques d’interacció. Totes, amb l’objectiu de promoure noves interfícies dotades d’un llenguatge més ric, potent i natural. Entre totes aquestes modalitats, la interacció combinada a sobre i per damunt de la superfície de la taula mitjançant tangibles i gestos és actualment una àrea molt prometedora. Aquest document tracta d’expandir les taules interactives més enllà de la superfície per mitjà de l’exploració i el desenvolupament d’un sistema o dispositiu enfocat des de tres vessants diferents: maquinari, programari i disseny de la interacció. Durant l’inici d’aquest document s’estudien i es resumeixen els diferents trets característics de les superfícies interactives tangibles convencionals o 2D i es presenten els treballs previs desenvolupats per l’autor en solucions de programari que acaben resultant en aplicacions que suggereixen l’ús de la tercera dimensió a les superfícies tangibles. Seguidament, es presenta un repàs del maquinari existent en aquest tipus d’interfícies per tal de concebre un dispositiu capaç de detectar gestos i generar visuals per sobre de la superfície, per introduir els canvis realitzats a un dispositiu existent, desenvolupat i cedit per Microsoft Reseach Cambridge. Per tal d’explotar tot el potencial d’aquest nou dispositiu, es desenvolupa un nou sistema de visió per ordinador que estén el seguiment d’objectes i mans en una superfície 2D a la detecció de mans, dits i etiquetes amb sis graus de llibertat per sobre la superfície incloent-­‐hi la interacció tangible i tàctil convencional a la superfície. Finalment, es presenta una eina de programari per a generar aplicacions per al nou sistema i es presenten un seguit d’aplicacions per tal de provar tot el desenvolupament generat al llarg de la tesi que es conclou presentant un seguit de gestos tant a la superfície com per sobre d’aquesta i situant-­‐los en una nova classificació que alhora recull la interacció convencional 2D i la interacció estesa per damunt de la superfície desenvolupada.

The rising popularity of interactive tabletops and surfaces is spawning research and innovation in a wide variety of areas, including hardware and software technologies, interaction design and novel interaction techniques, all of which seek to promote richer, more powerful and more natural interaction modalities. Among these modalities, combined interaction on and above the surface, both with gestures and with tangible objects, is a very promising area. This dissertation is about expanding tangible and tabletops surfaces beyond the display by exploring and developing a system from the three different perspectives: hardware, software, and interaction design. This dissertation, studies and summarizes the distinctive affordances of conventional 2D tabletop devices, with a vast literature review and some additional use cases developed by the author for supporting these findings, and subsequently explores the novel and not yet unveiled potential affordances of 3D-­‐augmented tabletops. It overviews the existing hardware solutions for conceiving such a device, and applies the needed hardware modifications to an existing prototype developed and rendered to us by Microsoft Research Cambridge. For accomplishing the interaction purposes, it is developed a vision system for 3D interaction that extends conventional 2D tabletop tracking for the tracking of hand gestures, 6DoF markers and on-­‐surface finger interaction. It finishes by conceiving a complete software framework solution, for the development and implementation of such type of applications that can benefit from these novel 3D interaction techniques, and implements and test several software prototypes as proof of concepts, using this framework. With these findings, it concludes presenting continuous tangible interaction gestures and proposing a novel classification for 3D tangible and tabletop gestures.