Avaliação da qualidade de técnicas de interação em ambientes virtuais imersivos utilizando medidas fisiológicas

Abstract

Physiological measures, such as heart rate (HR) and skin conductance (SC), offer objective data about the user stress during the interaction process in virtual environments. This could be useful, for instance, to evaluate qualitative aspects of 3D interaction techniques without relying solely on subjective data and considering the different user responses. With this in mind, the goal of this project is to present a new methodology for quality assessment of the interaction techniques in immersive virtual environments, based on the study of the relationship between usability metrics and physiological measures using multivariate data analysis. Our methodology defines a testing protocol, a normalization procedure and statistical methods to correlate multiple measures. Applying this methodology, a case study comparison between two interaction techniques (ray-casting and HOMER) shows highly significant results, pointing to heart rate variability, as measured by the number of interval differences of successive inter-beat intervals greater than 50 ms (NN50), as a potential index to measure the time spent to perform a task. The study also shows that HR and SC measures reflect the user's performance during an interaction task. In spite of these results, this work reveals that physiological measures still cannot be considered as substitutes of usability metrics, but may be useful in the interpretation and understanding process of them. Discussions also indicate the need of further studies about the use of physiological measures in predicting outcomes, as a way to establish future guidelines based on a well-defined association between human body behaviors and the actions performed in 3D user interfaces.

Medidas fisiológicas, como frequência cardíaca (HR) e condutância de pele (SC), oferecem dados objetivos a respeito dos estados físico e emocional do usuário durante o processo interativo em ambientes virtuais. Isto pode ser útil, por exemplo, na avaliação de aspectos qualitativos de técnicas de interação tridimensionais, sem depender de dados subjetivos e considerando as diferentes reações do usuário. Com base nisto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma nova metodologia para avaliar a qualidade de técnicas de interação em ambientes virtuais imersivos, fundamentada no estudo do relacionamento entre métricas de usabilidade e medidas fisiológicas utilizando análise multivariada de dados. Para tanto, esta metodologia define um protocolo de testes, um processo de normalização de medidas fisiológicas, e um conjunto de métodos estatísticos capazes de relacionar múltiplas medidas. Aplicando esta metodologia, um estudo de caso comparativo entre duas técnicas de interação (ray-casting e HOMER) mostra resultados fortemente significantes, apontando para a variabilidade da freqüência cardíaca, medida pelo número de diferenças dos intervalos entre batimentos consecutivos superiores a 50ms (NN50), como um potencial índice para determinar o tempo gasto para desempenhar uma tarefa. O estudo também mostra que as medidas de HR e SC refletem o desempenho do usuário durante uma tarefa. Apesar desses resultados, o trabalho revela que medidas fisiológicas ainda não podem ser consideradas como substitutas de métricas de usabilidade, mas podem ser úteis no processo de interpretação e compreensão destas. Discussões também determinam a necessidade de aprofundar o estudo das medidas fisiológicas na predição de resultados, como forma de estabelecer diretrizes futuras baseadas numa associação bem definida entre comportamentos do organismo e ações desempenhadas nas interfaces tridimensionais.