Percepção visual de símbolos dinâmicos em sistemas de realidade aumentada para tarefas de navegação outdoor = Visual perception of dynamics symbols in augmented reality systems for outdoor navigation tasks

Abstract

Resumo: Os mapas impressos foram amplamente utilizados durante séculos, no entanto, esses mapas não se ajustam dinamicamente ao contexto de uso, ao comportamento do usuário e à mudança das representações ao longo do tempo. A partir da cartografia digital, os mapas podem incluir diferentes aspectos relacionados a dinamicidade da visualização com a aplicação das variáveis visuais estáticas e dinâmicas. Durante o processo de navegação apoiado em mapas digitais, compreender determinados símbolos cartográficos pode ser uma tarefa complexa para as pessoas. Quando se utiliza representações cartográficas em ambientes virtuais, especificamente a Realidade Aumentada (RA) e a Realidade Virtual (RV), uma vantagem é a complementação da comunicação da informação por meio de objetos virtuais, geralmente tridimensionais (3D), o que pode reduzir o esforço cognitivo para decodificar toda a representação como nos mapas tradicionais. Até o momento, investigações científicas estudaram a adequação do projeto cartográfico de mapas para navegação pessoal e veicular em RA. No entanto, poucos estudos abordaram a aplicação e as limitações dos símbolos dinâmicos e tridimensionais em RA, sobretudo quando construídos a partir das variáveis visuais dinâmicas da Cartografia. Para tanto, a pesquisa visa identificar os aspectos relevantes ao se adotar as variáveis visuais dinâmicas e estáticas na elaboração de projeto de símbolos tridimensionais em RA utilizada para representar rotas. Assim, a pesquisa visa avaliar a qualidade da comunicação cartográfica de símbolos presentes em mapas com RA diante das constantes mudanças do ambiente no qual o símbolo é exibido. Dentre as variáveis visuais dinâmicas escolhidas nessa pesquisa, foram selecionadas aquelas relacionadas com a temática de rotas, sendo: movimento (mudança de direção e localização de um símbolo); velocidade (de apresentação do símbolo); e atributos visuais (mudanças das variáveis visuais estáticas). Para investigar a utilização de símbolos dinâmicos em mapas digitais, uma pesquisa exploratória e inicial foi desenvolvida sobre o projeto de plug-ins no software QGIS para realizar o projeto de sistemas de navegação apoiados por mapas web. Para apoiar a pesquisa em símbolos cartográficos dinâmicos e 3D, investigou-se o uso de RA para exibir símbolos com temática de navegação por rotas em sistemas de navegação comerciais. Na sequência, o projeto do sistema de navegação na Web (SINRAW - Sistema de Navegação com Realidade Aumentada na Web) foi realizado com o objetivo de projetar um sistema que representa rotas com o uso de símbolos cartográficos dinâmicos e 3D, os quais são exibidos com o uso de Realidade Aumentada (RA) e mapas 3D em vista alocêntrica. Uma área teste, localizada na Universidade Federal do Paraná - UFPR, campus centro Politécnico, foi selecionada para apoiar o projeto e possibilitar a realização de dois experimentos com voluntários para avaliar o sistema e os símbolos desenvolvidos. Foram realizados dois experimentos, divididos em: a) características construtivas combinando variáveis visuais estáticas e dinâmicas; b) criação da plataforma SINRAW e avaliações quanto à percepção visual, carga mental de trabalho subjetiva e nível de satisfação por símbolos cartográficos de rota exibidos em mapas 3D e em RA. Os resultados indicaram que a utilização combinada de mapas em 3D e RA apresentou resultados positivos no aumento das informações visuais da rota para a percepção dos voluntários, alta Carga Mental de Trabalho (CMT) subjetiva e alto nível de satisfação. Futuras pesquisas em sistemas de navegação com RA são indicadas, além de considerações de projeto desses sistemas.

Abstract: For centuries, printed maps have served as indispensable tools; however, they lack the dynamic responsiveness required by the context of use, user behavior, and evolving representations. The emergence of digital cartography has ushered in a new era, allowing maps to incorporate diverse elements related to dynamic visualization through the application of both static and dynamic visual variables. In the realm of digital navigation, deciphering certain cartographic symbols can pose a complex challenge for individuals. The use of cartographic representations in virtual environments, particularly in Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR), offers a distinct advantage: the augmentation of information communication through virtual objects, often presented in three dimensions (3D). This innovation mitigates the cognitive effort needed to decode comprehensive representations, a common challenge with traditional maps. While scientific investigations have delved into the suitability of cartographic design for personal and vehicular navigation in AR, there is a scarcity of studies exploring the application and constraints of dynamic and 3D symbols in AR- especially those derived from dynamic visual variables in cartography. This research aims to pinpoint the relevant factors associated with adopting both dynamic and static visual variables in the design of 3D symbol projects in AR, specifically those employed to represent routes. Among the dynamic visual variables selected in this research, those most pertinent to route-related themes were prioritized: movement (alteration of direction and location of a symbol), speed (of symbol presentation), and visual attributes (alterations in static visual variables). Consequently, the research seeks to assess the cartographic communication quality of symbols in AR maps amidst the continuous changes in the environment where the symbols are displayed. In the exploration of dynamic symbols in digital maps, preliminary research was conducted on the design of QGIS plugins to create web-based navigation systems. In support of the investigation on dynamic and 3D cartographic symbols in routes displayed in commercial navigation systems through AR, a subsequent step involved the development and scrutiny of the Web Navigation System (SINRAW - Augmented Reality Navigation System on the Web). This system was crafted with the intention of representing routes using dynamic and 3D cartographic symbols, showcased through Augmented Reality (AR) and 3D maps in an allocentric view. A designated test area, situated at the Federal University of Parana - UFPR, Centro Politecnico campus, was chosen to facilitate the project and enable the implementation of two experiments involving volunteers. These experiments were divided into the amalgamation of static and dynamic visual variables and the creation of the SINRAW platform, encompassing assessments of visual perception, subjective mental workload, and satisfaction levels for cartographic symbols of routes displayed in 3D maps and in AR. The results indicated that the combined utilization of 3D maps and AR yielded positive outcomes in enhancing the visual information of routes for volunteer perception, albeit with a high mental workload and satisfaction level. Future research in AR navigation systems is recommended, accompanied by considerations for the design of these evolving systems.