Zooids: 为群用户界面建立模块(Zooids: Building Blocks for Swarm User Interfaces)

这个工作[1]介绍了群用户界面,这是一个新的人机界面的类别,由很多自动机器人组成用来展示和交互。Zooids是一个开源的公开硬件设计的桌面群界面,这个平台包含一组定制设计的有轮的直径为2.6cm的小机器人,一个基于无线电的站,一个高速DLP结构的小投影机用来做轨迹追踪和一个为应用的发展和控制的软件架构。这一工作通过一系列Zooids的应用脚本展示了桌面群界面的潜能,并且讨论了普遍的思路与群用户界面设计上的区别。

一个 Zooid 是一个包含硬件和软件的系统,它是一个由轮驱动的小机器人,能够感知位置和触碰,并可以在水平面上通过用户手动调节和电脑的操纵,自由的组织安排和重新定位自己的位置。Zooids 是建立在群机器人这一工作上,添加了交互和速度。一组 Zooids 可以用来展示,并呈现有意义的用户输出结果。它还可以用来手动控制其他 Zooids。它们甚至可以移动其他轻的物体。

Zooids 可以用来做群绘制,它包含了几种机制。首先是用 Zooids 徒手绘制,如图1。第一步是将徒手绘制的zooid 放置在工作平面的中央,与此同时,未被分配的zooids在顶端等待着,处于闲置状态。第二步和第三步表现的是,当用户拖动徒手绘制的 zooid 的时候,之前处于闲置状态的 zooids 移动到绘制 zooid 的路径上,形成一条物理轨迹。最后一步是当整个系统的闲置 zooids 都耗尽了以后,在徒手绘制的 zooid 的后面的轨迹呈蛇形。这个曲线可以通过移动单个组成的 zooid 或同时移动很多来变形。

图片1. 用Zooids徒手绘制

Zooids 可以用来绘制形状(图2),用于这种用途时,需要用两个 zooids 作为控制点。这两个 zooids 决定了圆的直径,其他闲置的 zooids 自动的定位去完成圆的形状。zooids 总是根据它们形成某个形状所必需的数量自动的增加或者减少。另外一个在桌子低端的 zooid 允许用户在不同形状之间切换。

图片2. 用Zooids绘制形状

Zooids 还可用来绘制贝塞尔曲线,一组 zooids 的位置代表了曲线。这个工具利用特殊的 zooids 作为控制点来调整曲线,每个控制点包含两个 zooids,其中一个作为锚点,另一个调整切线。

对于交互性的群可视化,例如时间序列可视化。下图展示了电脑中CPU的利用演变。其中,轴和标签是固定的(事先打印在纸上),数据可视化自身是不断更新和变化的。在界面的最下端,zooids 允许用户定制展示内容和操纵数据。下方右边的两个 zooids 指定了可视化的时间范围。另一个 zooids 允许用户在CPU和RAM之间切换可视化内容。因为每个zooid代表一个特定的数据点,将它移动到另一个图表可以让用户探索不同的维度。

图片3. 交互式群可视化

Zooids 还可以在现实环境中工作。它们可以被放置在用户的桌子上用做包围展示,提醒设备等。足够的zooids可以移动一台智能手机。

Zooids 的硬件采用机器人设计(如图4)。zooids是一个小的定制的机器人,它直径26mm,高21mm,重12g。最大速度大约74cm/s,最小平均速度为44cm/s。它拥有一个电容式接触感应电路探测用户的触摸。一个彩色的LED用来机器人辨别和反馈。

图片4. 硬件设计

硬件还包括一个以投影为基础的追踪系统用来追踪机器人位置,它采用一个高帧速率的投影仪,投射一系列灰色代码在平面上,接着,机器人身上的光电二极管独立的对这些灰色代码进行解码,并把它的位置和方向传送给主机。

图片5. 投影追踪系统

Zooids 的软件的交流结构包含4个层面。在应用层,计算机器人的预想位置并传送给模拟层。在模拟层,计算机器人的目标位置并传送给服务器。在服务器层分派命令给每个单独的zooid,同时监控它们的状态和位置。

以下是对于设计空间的总览。它可以分为交互方面,展示方面和环境。

图片6. 设计空间概览

在“事物”和“物品”的对比中,zooids处在它们之间的灰色地带。

图片7. “事物”与“物品”的对比

在固定的和可移动的元素的对比中,电脑图表展示中,元素被安排在整齐的格子中,而群用户界面中的元素的位置可以在任何地方。自由的位置可以更好的控制形状同时增加了额外的复杂度,提高了响应时间和工程复杂度。

在群用户界面中,对于元素有固定的id和可互换的对比中,在zooids有固定意义的系统中,交换zooids会造成混淆。用zooids构建圆或线,没有固定的id,可以随意的交换。这保证了在复杂的转变中,使zooids的移动最小。设计者对于是否固定id要认真思考。

传统的图展示不允许像素被物理操作,在群用户界面中,可以用代理操控曲线例如控制点。还可直接改变曲线的形状。

给予群用户界面元素不同的角色可以使设计更加灵活。在这个工作中,用LED颜色代表不同的角色。还可以采用不同的形状来代表角色。

Reference:

[1] Goc M L, Kim L H, Parsaei A, et al. Zooids: Building Blocks for Swarm User Interfaces[C]// Symposium on User Interface Software and Technology. ACM, 2016:97-109.

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