User: Lucpep (Luca Pepe)

 

Informazioni personali

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Nome  Luca
Cognome  Pepe
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Tesi Magistrale

Descrizione

Reti sociali, sistemi software e in generale molti sistemi complessi, possono essere rappresentati come un insieme di entità tra cui intercorrono delle relazioni utilizzando una struttura di tipo grafo. Navigare e manipolare un grafo può essere un modo per carpire informazioni e fare delle analisi sul sistema che esso rappresenta.

A tal fine esistono molti strumenti software che offrono varie funzionalità che spaziano dalla mera visualizzazione della rete fino all’analisi strutturale tramite metriche basate sulla teoria dei grafi. Tra questi strumenti spicca Gephi che è molto utilizzato in Social e Biological Network Analysis ed è stato tra l’altro tra i progetti partecipanti al Google Summer Of Code dal 2009 al 2012.

Lo slogan  usato dagli sviluppatori di Gephi e che meglio lo descrive è “Like Photoshop but for data”. Infatti, l’utente interagisce con la rappresentazione, ne manipola la struttura, la forma ed il colore e ne inferisce delle proprietà. L’analogia con Photoshop è ancora più rilevante se ci soffermiamo un attimo sul fatto che Gephi permette di esportare il grafo come  PNG, SVG, JPG che sono tra i formati immagine più comuni. Di fatto, l’utente con Gephi  produce una rappresentazione statica della rete per esaltare alcuni aspetti salienti di un fenomeno che vuole analizzare.

Gephi offre la possibilità di visualizzare la rete, ma la visualizzazione ha alcuni limiti. Infatti, la rete viene si visualizzata in uno spazio 3D ma di fatto non c’è possibilità di ruotare oggetti ne di muoversi liberamente e le uniche interazioni possibili con il grafo sono di tipo Pan e Zoom. Inoltre, ci sono degli algoritmi di layout che dispongono i nodi su tre dimensioni ma la visualizzazione standard non permette di apprezzarne appieno il significato.

Una visualizzazione della rete pienamente in 3D, che permetta la navigazione, di ruotare i nodi o spostarli offre nuovi modi di visualizzare le informazione.

Fortunatamente, Gephi è basato sulla Netbeans Platform ed ha una architettura basata su plugin fortemente espandibile. In virtù di questo, in questo lavoro di tesi si è sviluppato Graph 3D explorer: plugin per Gephi con il fine di offrire una navigazione e visualizzazione della rete libera e realmente interattiva.

L’esplorazione della rete in Graph 3D explorer si rifà a paradigmi propri dei videogiochi quali la navigazione in prima persona ed offre la possibilità di spostare nodi, ridimensionarli raggrupparli in maniera interattiva.  Di fatto, Graph 3D explorer può essere visto come un Serious Games in ambito di visualizzazione dati.

Un punto cardine di Graph 3D Explorer è l’uso di Interfacce naturali per l’interazione oltre alla canonica combinazione mouse e tastiera. Infatti è stato progettato un sistema di gesture per la navigazione e manipolazione della rete tramite la periferica Leap Motion.

Oltre alla sola periferica Leap Motion che permette di navigare ed interagire con la rete usando le mani è stato sviluppato anche il supporto alla periferica Oculus Rift per avere una esperienza immersiva,

Graph 3D Explorer permette tre dispositivi di input differenti per la navigazione:

  • Leap Motion
  • Mouse e tastiera
  • Joypad

Questi dispositivi di input possono essere usati in combinazione al monitor oppure all’Oculus Rift. per un totale di sei configurazioni possibili che rendono di fatto Graph 3D Explorer un software realmente multimodale.

Seminari


[Seminario 1] 07/03/2014 – Leap Motion: possibilità e limiti – In questo seminario è presentata la periferica Leap Motion, ne sono analizzati gli strumenti di sviluppo e le possibilità relative all’interazione con l’utente. In particolare sono messi in risalto alcuni limiti delle API v1 per quanto riguarda il riconoscimento di gesture, il modello della mano non scheletrico e problemi d’usabilità riscontrati dopo un periodo di utilizzo.

[Seminario 2]11/07/2014 – Graph 3D Explorer Un plugin per Gephi per l’esplorazione di grafi in 3D con interfacce naturali

In questo seminario è presentata una prima versione di Graph 3D explorer: un plugin per Gephi (http://gephi.github.io/) che permette la visualizzazione di grafi in 3D e la manipolazione e navigazione dei dati mediante gesti utilizzando la periferica Leap Motion.

[Seminario 3] 12/09/2014 –  Esplorazione di grafi in 3D mediante interfacce naturali utente: realizzazione e usabilità– In questo seminario è fatta una scorsa su tutto il mio percorso di tesi fino ad arrivare alla presentazione dei risultati in merito alla sperimentazione da me condotta in cui sono stati coinvolti 60 studenti dell’Università di Salerno allo scopo di testare il software realizzato e di investigare sulla efficacia delle interfacce naturali utente e delle altre configurazioni proposte nel contesto dell’esplorazione di grafi.


Tesi di laurea


[Tesi finale] La mia tesi scritta in Latex

Video demo


Esplorazione di grafi con la Leap Motion

Alcuni riferimenti


Serious Games

  • [1]David R. Michael, Sandra L. Chen., (2005) Serious Games: Games that Educate, Train, and Inform. Muska & Lipman/Premier-Trade – Libro molto interessante che tratta dei Serious Games, dei loro scopi, del loro design e del perché convengono.

Natural User Interface

  • [2] 3D User Interfaces Symposium – Conferenza annuale in cui si presenta lo stato dell’arte della ricerca in ambito di interfacce 3D
  • [3] Kavanagh S., (2012) Facilitating Natural User Interfaces through Freehand Gesture Recognition – Survey sullo stato dell’arte nell’ambito di Natural User Interface (NUI)
  • [4] Nancel, M., Wagner, J., Pietriga, E., Chapuis, O. and Mackay, W. 2011. Mid-air pan-and-zoom on wall-sized displays. In Proc. of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’11), 177-186. – Una analisi delle metodologie di input tramite Free Hand Gesture in contrapposizione a quelle con un singolo grado di libertà (mouse) e a quelle su superfici touch. Viene analizzato uno scenario di pan e zoom su un display wall size con un gruppo di persone. Tra i risultati si evince che l’utenza tende ad interagire usando due mani e che gesture lineari sono preferite rispetto a quelle circolari nonostante le lineari soffrano del problema del cloutching (bisogna resettare la posizione per dare un nuovo input). Inoltre le Free Hand Gesture sono meno veloci rispetto a un mouse e comportano fatica.
  • [5]Shiratuddin, M.F. and Wong, K.W. 2012. Game design considerations when using non-touch based natural user interface. In Transactions on Edutainment VIII, Zhigeng Pan, Adrian David Cheok, Wolfgang Müller, Maiga Chang, and Mingmin Zhang (Eds.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 35-45
  • [6]Interactive Visualization Lab – Laboratorio di ricerca dell’Università del Minnesota che si occupa dello studio di interfacce 3d e delle loro applicazioni

Leap Motion

  • [7] Leap Motion – Sito ufficiale per la periferica Leap Motion da dove è possibile vedere video dimostrativi della periferica, accedere allo store, alla sezione sviluppatori e altre cose.

  • [8] Leap Motion programming guide – Guida alla programmazione della periferica Leap Motion. Contiene documentazione e esempi di codice per tutte le piattaforme supportate()

  • [9] OpenLeap – Sito che raccoglie vari progetti open basati sulla periferica Leap Motion.
  • [10] E-motion-al or frustrating? – Una breve presentazione di uno studio d’usabilità condotto su un gruppo di 16 persone dal UID . La periferica Leap è accolta dagli utenti con un certo fascino. Tuttavia, tra le applicazioni esistenti non c’è uniformità nelle gesture utilizzate per compiere determinate azioni, le gesture vanno compiute con una certa precisione e c’è una certa tendenza a stancarsi e talvolta ad irritarsi nell’utilizzo. La mia esperienza d’utilizzo è stata condotta senza essere a conoscenza di questo studio ma concorda nelle osservazioni
  • [11]Gestureworks – Libreria per riconoscimento di gesture multipiattaforma e indipendente dal dispositivo. La libreria è usabile con vari linguaggi di programmazione e supportata da unity 3d e panda3d. Inoltre, supporta il Leap Motion, offre un ampio catalogo di gesture pronte all’uso e permette di definire nuove gesture tramite un dialetto xml. Unico neo, forse, è che attualmente è usabile solo con sistema operativo Windows.
  • [12] Weichert F., Bachmann D., Rudake B. e Fisseler D., (2013) Analysis of the Accuracy and Robustness of the Leap Motion Controller Sensors 2013, 13(5), 6380-6393; doi:10.3390/s130506380 Department of Computer Science VII, Technical University Dortmund, Dortmund 44221, Germany – Primo studio sulla precisione e ripetibilità della periferica Leap Motion. La periferica è usata per riconoscere i movimenti di una penna controllata da un braccio robotico. I risultati ottenuti mostrano che con il Leap Motion è possibile avere una precisione di 0.02 mm e che la dimensione della penna utilizzata non sono influenti.

Hand detection, tracking e gesture recognition

  • [13] Manresa C., Varona J., Mas R. and Perales F., (2005) Hand Tracking and Gesture Recognition for Human-Computer Interaction. Electronic Letters on Computer Vision and Image Analysis, 5 (3), 96-104 – Articolo che presenta un algoritmo per riconoscere e tracciare una mano al fine di interagire con un videogioco tramite gesti.
  • [14]Wu Y., Huang T., (1999) Vision-Based Gesture Recognition: A Review. Proceedings of the International Gesture Workshop on Gesture-Based Communication in Human-Computer Interaction, page 103-115. London, UK, Springer -Verlag – Una survey sugli approcci utilizzati per il riconoscimento di gesti
  • [15]Hinrichs U., Carpendale S., (2011) Gestures in the Wild: Studying Multi-Touch Gesture Sequences on Interactive Tabletop Exhibits. In Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’11). ACM, New York, NY, USA, 3023-3032. – Studio sulle gesture maggiormente utilizzate dalle persone per effettuare determinate azioni.

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