ANA PAULA MARQUES RAMOS AVALIAÇÃO DA USABILIDADE DE REPRESENTAÇÕES CARTOGRÁFICAS EM DIFERENTES ESCALAS PARA SISTEMA DE NAVEGAÇÃO E GUIA DE ROTA EM AUTOMÓVEL Presidente Prudente 2015 ANA PAULA MARQUES RAMOS AVALIAÇÃO DA USABILIDADE DE REPRESENTAÇÕES CARTOGRÁFICAS EM DIFERENTES ESCALAS PARA SISTEMA DE NAVEGAÇÃO E GUIA DE ROTA EM AUTOMÓVEL Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Cartográficas, da Faculdade de Ciências e Tecnologia, campus de Presidente Prudente/SP. Área de concentração: Aquisição, Análise e Representação de Informações Espaciais. Orientadora: Profa. Dra. Mônica M. S. Decanini Co-orientador: Prof. Dr. Edmur Azevedo Pugliesi Co-orientadora: Dra.: Vilma Mayumi Tachibana. Presidente Prudente 2015 FICHA CATALOGRÁFICA Ramos, Ana Paula Marques. R141a Avaliação da usabilidade de representações cartográficas em diferentes escalas para sistema de navegação e guia de rota em automóvel / Ana Paula Marques Ramos. - Presidente Prudente : [s.n.], 2015 278 f. Orientadora: Mônica Modesta Santos Decanini Coorientadores: Edmur Azevedo Pugliesi, Vilma Mayumi Tachibana Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências e Tecnologia Inclui bibliografia 1. Sistema de navegação e guia de rota. 2. Projeto cartográfico. 3. Produção de mapas. 4. Carga mental de trabalho. 5. Usabilidade. I. Decanini, Mônica Modesta Santos. II. Pugliesi, Edmur Azevedo. III. Tachibana, Vilma Mayumi. IV. Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências e Tecnologia. V. Título. Dedico este trabalho ao meu marido Juliano, à minha mãe Silvana e aos meus irmãos, Paulo César e Gabriel. AGRADECIMENTOS A Deus, a melhor e mais certeira de todas as minhas escolhas, ontem, hoje e sempre! À minha mãe Silvana, por me ensinar que não importa o tamanho da dificuldade, mas a dedicação e a fé em Deus para superá-la. Ao meu marido Juliano, por não somente compreender a tamanha dedicação aos estudos, mas também, incondicionalmente, apoiar, saber esperar e torcer para que este esforço se concretizasse. Aos meus irmãos, Paulo César e Gabriel, por sempre estarem junto de mim e me fazerem sentir a sensação de plenitude em cada partilha nossa. Aos meus amigos, por toda ausência compreendida e pelo contínuo incentivo a não desanimar. Aos meus orientadores e amigos, Mônica Decanini e Edmur Pugliesi, por enxergarem meu potencial para a pesquisa, e me fazerem acreditar que eu seria capaz de vencer os desafios dessa escolha. À UNESP, por todos esses anos me permitir receber uma qualificação profissional de alto nível. Ao Dr. Marco Aurélio Marangoni, por me ensinar que o importante na vida não é o lugar onde chegamos, mas o caminho que percorremos e as relações que estabelecemos ao longo dele. “... que o meu lado humano nunca se esqueça do Divino que há em mim.” RESUMO A questão da segurança do motorista enquanto dirige e interage com interfaces de Sistema de Navegação e Guia de Rota em Automóvel (SINGRA) é uma das temáticas de pesquisa mais relevantes na área de Interação Homem-Máquina. A necessidade de estudos que apontem formas eficientes e eficazes para apresentar a informação ao usuário é cada vez maior, sobretudo, se considerado que os motoristas estão cada dia mais dependentes deste tipo de sistema, em razão dos benefícios que oferecem em termos de mobilidade. Sabe-se que os ruídos no processo de comunicação da informação nas interfaces de SINGRA têm sobrecarregado o sistema de processamento cognitivo do motorista e maximizado as chances de acidentes no trânsito. Assim, favorecer o desenvolvimento da tarefa de navegação, sem acarretar prejuízos à tarefa de direção do automóvel, tem sido foco de investigações em diferentes partes do mundo. Dentre as tentativas empregadas para minimizar esses ruídos no processo de comunicação da informação, destaca-se a definição da escala para os mapas. Um mapa em escala apropriada à demanda do usuário pode favorecer a rápida compreensão da informação, durante a tarefa de navegação, e essa facilidade de leitura do mapa pode ser traduzida em menos distração do motorista na via. No entanto, tem-se observado que as propostas de mapas em diferentes escalas para SINGRA não tratam a definição da escala em função dos diferentes estágios que compõe a fase de manutenção em rota, tampouco adotam a configuração de mapa áudio-dinâmico, com esquema de referência egocêntrico, para exibir as instruções de navegação ao motorista. Sendo assim, formula-se a seguinte questão: ‘Em que medida a escala de representação influencia a usabilidade de mapas, áudio- dinâmicos e egocêntricos, quando os motoristas realizam a tarefa tática em áreas urbanas?’. O objetivo desse trabalho é avaliar a usabilidade de representações cartográficas em diferentes escalas, no contexto de um protótipo de sistema de navegação e guia de rota em automóvel. O problema de pesquisa foi tratado mediante a realização de vários experimentos com motoristas, incluindo-se um experimento em simulador de direção. O projeto dos mapas, em diferentes escalas, foi elaborado com base no princípios da comunicação cartográfica, tais como agrupamento perceptivo e segregação de figura-fundo, bem como em função das necessidades dos motoristas na fase de manutenção em rota, sobretudo, ao que se refere à realização da tarefa tática. Um grupo de 52 motoristas (26 homens e 26 mulheres) participou de um experimento em um simulador de direção. Para o teste no simulador, projetaram-se mapas em duas diferentes escalas (1:3.000 e 1:6.000), e essas representações foram implementadas em um protótipo de sistema de guia de rota. Os mapas representam uma rota em área urbana composta por 13 manobras, classificadas em simples e complexas. A tarefa do motorista foi supor que estaria dirigindo e, por isso, deveria prestar a máxima atenção no vídeo da rota e, depois de ouvir um beep, informar, em voz alta, qual a direção de manobra compreendeu no mapa. A face e as respostas dos motoristas foram gravadas em vídeo e áudio. Para a avaliação da usabilidade dos mapas, fez-se a quantificação da carga mental de trabalho do motorista, em termos de demanda visual, erro navegacional, índice de carga mental subjetiva e preferência. Os resultados revelam que a variação da escala do mapa influencia na usabilidade dessas representações, e que isto tem relação com o grau de complexidade da manobra. Os mapas se apresentaram igualmente eficientes, eficazes e preferidos para apoiar a realização de manobra simples. Entretanto, mapas menos generalizados foram mais eficazes e preferidos para apoiar a realização de manobra complexa, como rotatórias. Os resultados mostram que o gênero é um fator de influência na demanda visual, e tais resultados são discutidos, em termos de habilidade espacial. Os resultados indicam relação entre a carga mental de trabalho e as características individuais, tal como a experiência com mapas. Maiores implicações são apresentadas e discutidas. Essa pesquisa contribui para o desenvolvimento de SINGRA, quanto à usabilidade das representações cartográficas exibidas nesses sistemas, e pode apoiar às indústrias que os desenvolvem. Além disso, vale ressaltar a importância desse estudo para a Cartografia, no que se refere ao uso de interfaces em contexto dinâmico, como é o caso da direção de automóvel. Palavras-chave: Sistema de navegação e guia de rota; projeto cartográfico; produção de mapas; carga mental de trabalho; usabilidade. ABSTRACT Driver safety issue related to interaction with in-vehicle Route Guidance and Navigation Systems (RGNS) refers to one of the most relevant concern at the Human-Machine Interaction area. Researches which determine efficient and effective ways to present navigation information for drivers are becoming more necessary recently. This is mainly because route guidance systems have been adopted more often by drivers due to the mobility they offer. It is known that noises in the information communication process in interfaces of route guidance systems has overloaded drivers' cognitive processing system and maximized the traffic accidents chances. Thus facilitate the navigation task development and do not cause risks to driving task have been the aim of several investigations in different parts of the world. Among efforts to solve these noises in communication information process it should be highlighted map scale selection. Map scale selection according to user's demand may favour the information comprehension quickly, and this may imply less distraction of drivers on road. However, have been noted that, to select scales for maps of RGNS, it has not been considered both the different stages involved in navigation task and the use of audio-dynamic map in heading-up orientation (egocentric view) to present information for drivers. Therefore, the following question is addressed: ''To what extent does scale interferes on usability of audio-dynamic maps, in heading-up orientation, when drivers perform the tactical task in urban areas?". The aim of this research is to evaluate usability of cartographic representations at different scales for a prototype of route guidance and navigation system. Several experiments were performed with drivers to treat this research problem including a driving simulator experiment. The design of maps, at different scales, was based on cartographic communication principles, such as perceptive grouping and figure-ground segregation, as well as drivers requirements while they perform the tactical task. A total of 52 subjects (26 males and 26 females) participated of an experiment performed in driving simulator. For the driving simulator experiment, maps were designed at two different scales 1:3,000 and 1:6,000 and then implemented in a RGNS prototype. These maps describe an urban route composed of 13 junctions classified into simple and complex maneuvers. Drivers task was to suppose they were driving, for that reason they should pay the maximum attention on the movie of route, and then after heard a beep, they should speak up the maneuver direction understood from the map. Drivers’ face and answers were recorded into audio and movie format. To evaluate usability of maps, drivers' mental workload was measured in terms of visual demand, navigational error, subjective index of mental workload and preference. Results reveal that usability of maps is influenced by map scale variation, and this is related to maneuver complexity. Maps were equally efficient, effectives and preferred to support performing of simples maneuver. However, less generalized maps were more effectives and preferred to support performing of complex maneuver, like roundabouts. Results show association between visual demand and gender, and these results is discussed in terms of spatial ability variation. Results point out association between mental workload and individual characteristics, such as experience with maps. More implications are presented and discussed. This research contributes to development of RGNS as regards to usability of maps presented by these interfaces, and can support industries which develop this kind of system. Additionally, it should be highlighted the importance of this study to Cartography as regards to the interaction with interfaces in a dynamic context, such as consists driving a car. Keywords: In-car Route Guidance and Navigation System; cartographic design; map production; mental workload; usability. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Principais tópicos investigados no tema apresentação da informação. ................................ 17 Figura 2 – Componentes do processo da navegação em automóvel: relação entre as fases, tarefas, questões e estágios. ............................................................................................................................... 25 Figura 3 - Correspondência entre os estágios e as tarefas que compõe a fase de manutenção. ............ 27 Figura 4 - Sistema de processamento da informação humano. ............................................................. 32 Figura 5 – Mapa de Londres detalhado (a) e mapa do metrô de Londres (b) após o processo de generalização cartográfica. .................................................................................................................... 44 Figura 6 – Exemplo de rotas planejadas no sistema LineDrive, parte superior da Figura, e em um sistema convencional denominado MapBlast, parte inferior da Figura. ............................................... 46 Figura 7 – Representação gráfica da rota experimental na cidade de Álvares Machado. ..................... 53 Figura 8 – Trecho da filmagem da rota experimental. .......................................................................... 55 Figura 9 – Representação na escala de 1/10.000, antes (a) e após (b) a aplicação do operador de colapso na malha viária. ........................................................................................................................ 64 Figura 10 – Representação na escala de 1/6.000, antes (a) e após (b) a aplicação do operador de exagero na rota e nas vias principais da malha viária. .......................................................................... 65 Figura 11 – Representação na escala de 1/6.000, antes (a) e após (b) a aplicação do operador de agregação e simbolização na seta de manobra. ..................................................................................... 65 Figura 12 – Representação na escala de 1/6.000, antes (a) e após (b) a aplicação do operador de simbolização na seta de manobra. ......................................................................................................... 66 Figura 13 – Representação na escala 1:6.000 antes (a) e após (b) à aplicação dos operadores ‘deslocamento’, na linha férrea, e ‘abreviatura’ e ‘omissão’, na toponímia. ........................................ 67 Figura 14 – Configuração do ambiente de teste. ................................................................................... 74 Figura 15 - Exemplo de erro de confusão das direções direita com esquerda no teste PT/SOT. ......... 78 Figura 16 – Gráfico de dispersão para as variáveis SBSOD e PT/SOT. ............................................... 85 Figura 17 – Gráfico de dispersão para as variáveis do teste PT/SOT. .................................................. 86 Figura 18 – Média da demanda visual em função da escala do mapa e do tipo de manobra. ............... 93 Figura 19 - Demanda visual para motoristas do gênero masculino (à esquerda) e feminino (à direita) 99 Figura 20 – Relação entre o ‘Número de olhadas’ e a ‘Habilidade espacial’. .................................... 102 Figura 21 – Relação entre o ‘Formação educacional’ e as características individuais........................ 109 Figura 22 – Relação entre o ‘Experiência com mapas’ e as características individuais. .................... 115 Figura 23 – Gráfico de dispersão entre o ‘Número de olhadas’ e a ‘Habilidade espacial’. ................ 116 Figura 24 – Relação entre o ‘Soma de olhadas’ e a ‘Experiência com mapas’. .................................. 117 Fonte: Produção do próprio autor. ....................................................................................................... 117 Figura 25 – Relação entre o ‘Soma de olhadas’ e a ‘Formação educacional’. .................................... 117 Figura 26 – Relação entre o ‘Número de olhadas’ e a ‘Formação educacional’. ................................ 117 Figura 27 – Distribuição dos erros por manobra, em função da escala do mapa. ............................... 119 Figura 28 – Diagrama de dispersão entre as variáveis ‘Número de erro navegacional’ e ‘Duração máxima das olhadas’, para navegação em manobra complexa. .......................................................... 120 Figura 29 – Representação de manobra de número 12 em mapas em diferentes escalas. ................... 122 Figura 30 – Representação de manobra em rotatória em mapas em diferentes escalas. ..................... 126 Figura 31 – Mediana das componentes do NASA TLX e do índice de CMT global por escala. ........ 131 Figura 32 – Diagrama de dispersão entre ‘Nível de Frustração’ e ‘Nível de Satisfação. .................... 131 Figura 33 – Diagrama de dispersão entre as variáveis ‘Nível de Frustração’ e ‘Nível de Esforço’, em função do gênero, para a navegação realizada com o mapa na escala 1:6.000. .................................. 133 Figura 34 – Diagrama de dispersão entre as variáveis ‘Nível de Frustração’,‘Nível de Esforço’ e ‘Nível de satisfação’, para a navegação com o mapa na escala 1:6.000. ....................................................... 134 Figura 35 – Preferência por mapas de SINGRA em diferentes escalas. ............................................. 141 Figura 36 – Exemplo de manobra simples ortogonal. ......................................................................... 142 Figura 37 – Exemplo de manobra simples diagonal. .......................................................................... 142 Figura 38 – Exemplo de manobra complexa. ...................................................................................... 142 Figura 39 – Exemplo da tarefa de tarefa de manutenção em trecho de rota. ...................................... 143 Figura 40 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 1’. ...................................................................... 143 Figura 41 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 2’. ...................................................................... 143 Figura 42 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 3’. ...................................................................... 143 Figura 42 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 3’. ...................................................................... 144 Figura 43 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 4’. ...................................................................... 144 Figura 44 – Justificativas apresentadas na ‘Questão 5’. ...................................................................... 144 LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Relação do processamento da informação e as tarefas de navegação. ............................... 34 Quadro 2 – Escalas multidimensionais da técnica NASA TLX. ........................................................... 41 Quadro 3 – Trabalhos relacionados com a produção de mapas em múltiplas escalas para SINGRA. .. 48 Quadro 4 - Atributos das 13 manobras da rota experimental. ............................................................... 54 Quadro 5 – Categorias de informação selecionadas para os mapas de SINGRA.................................. 56 Quadro 6 – Projeto gráfico para os mapas de SINGRA. ....................................................................... 61 Quadro 7 – Operadores de generalização cartográfica utilizados para a produção dos mapas ............. 63 Quadro 8 – Questões formuladas a partir da relação entre as variáveis dependentes e independentes. 71 Quadro 9 – Categorias de informação para a organização dos dados de preferência. .......................... 80 Quadro 10 – Informações sobre a direção da manobra fornecida pelos motoristas. ........................... 121 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Síntese dos comentários dos 54 motoristas sobre a cor da rota. .......................................... 62 Tabela 2 – Síntese dos comentários dos 54 motoristas sobre a cor da seta. .......................................... 63 Tabela 3 – Caracterização dos participantes em função da idade e do gênero. ..................................... 82 Tabela 4 – Caracterização dos participantes em função das características individuais. ...................... 83 Tabela 5 – Estatística para os dados de habilidade espacial coletados pelo teste SBSOD. ................... 84 Tabela 6 – Estatística para os dados de habilidade espacial coletados pelo teste PT/SOT. .................. 84 Tabela 7 - Relação do gênero e do grupo com a habilidade espacial avaliada pelo SBSOD. ............... 87 Tabela 8 - Relação do gênero e do grupo com a habilidade espacial avaliada pelo PT/SOT. .............. 87 Tabela 9 – Estatística descritiva e teste de normalidade para os dados de demanda visual. ................. 90 Tabela 10 - Influência da complexidade da manobra e da variação da escala do mapa na demanda visual dos motoristas. ............................................................................................................................ 92 Tabela 11 – Demanda visual em relação a motoristas de diferentes gêneros........................................ 97 Tabela 12 – Demanda visual para motoristas de mesmo gênero. .......................................................... 99 Tabela 13 - Influência da habilidade espacial (teste SBSOD) no número de olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 101 Tabela 14 - Influência da habilidade espacial (teste PT/SOT) no número de olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 102 Tabela 15 - Influência da habilidade espacial no tempo de duração mínima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 103 Tabela 16 - Influência da habilidade espacial no tempo de duração máxima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 104 Tabela 17 - Influência da habilidade espacial no tempo de duração média da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 104 Tabela 18 - Influência da habilidade espacial (teste SBSOD) na soma das olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. .......................................................................................................................... 105 Tabela 19 - Influência da habilidade espacial (teste PT/SOT) na soma das olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. .......................................................................................................................... 105 Tabela 20 - Influência da formação educacional no número de olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 106 Tabela 21 - Influência da formação educacional no tempo de duração mínima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 107 Tabela 22 - Influência da formação educacional no tempo de duração máxima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 107 Tabela 23 - Influência da formação educacional no tempo de duração média da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 107 Tabela 24 - Influência da formação educacional na soma das olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 108 Tabela 25 - Influência da ‘Experiência com SINGRA’ no número de olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 110 Tabela 26 - Influência da ‘Experiência com SINGRA’ no tempo de duração mínima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................ 110 Tabela 27 - Influência da ‘Experiência com SINGRA’ no tempo de duração máxima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................ 111 Tabela 28 - Influência da ‘Experiência com SINGRA no tempo de duração média da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................ 111 Tabela 29 - Influência da ‘Experiência com SINGRA na soma das olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 111 Tabela 30 - Influência da ‘Experiência com mapas’ no número de olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 113 Tabela 31 - Influência da ‘Experiência com mapas’ no tempo de duração mínima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................ 113 Tabela 32 - Influência da ‘Experiência com mapas’ no tempo de duração máxima da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................ 113 Tabela 33 - Influência da ‘Experiência com mapas’ no tempo de duração média da olhada para mapas exibidos em diferentes escalas. ........................................................................................................... 114 Tabela 34 - Influência da ‘Experiência com mapas’ na soma das olhadas para mapas exibidos em diferentes escalas. ................................................................................................................................ 114 Tabela 35 – Associação entre as características individuais e a demanda visual. ............................... 116 Tabela 37 – Estatística descritiva e teste de normalidade para os dados de erro navegacional. ......... 119 Tabela 38 - Influência da complexidade da manobra e da variação da escala do mapa na ocorrência de erros navegacionais. ............................................................................................................................ 119 Tabela 39 - Relação do erro navegacional e as características individuais dos motoristas. ................ 128 Tabela 40 – Estatística descritiva e teste de normalidade para o índice de CMT subjetiva. ............... 129 Tabela 41 - Índice de CMT global para mapas em diferentes escalas. ............................................... 130 Tabela 42 - CMT entre mapas em diferentes escalas para as seis componentes do NASA. ............... 130 Tabela 43 - Estatística descritiva do índice de CMT global para mapas em diferentes escalas em função do gênero. ................................................................................................................................ 132 Tabela 44 - Índice de CMT global para mapas em diferentes escalas em função do gênero. ............. 132 Tabela 45 - CMT entre mapas em diferentes escalas para as seis componentes do NASA. ............... 134 Tabela 46 - Influência da ‘Formação educacional’ no índice de carga mental de trabalho. ............... 135 Tabela 47 - Influência da ‘Experiência com SINGRA’ no índice de carga mental de trabalho. ........ 136 Tabela 48 - Influência da ‘Experiência com mapas’ no índice de carga mental de trabalho. ............. 138 Tabela 49 - Influência da ‘Habilidade espacial’ (SBSOD) no índice de carga mental. ...................... 138 Tabela 50 - Influência da ‘Habilidade espacial’ (PT/SOT) no índice de carga mental. ...................... 139 Tabela 51 - Preferência por mapas de SINGRA em diferentes escalas. ............................................. 141 Tabela 52 - Preferência pelos mapas em diferentes escalas e a influência do gênero. ........................ 146 Tabela 53 - Relação entre preferência e características individuais. ................................................... 148 Tabela 54 - Relação entre preferência e experiência com mapas, em função do gênero. ................... 149 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 16 1.1 Contextualização da pesquisa .................................................................................................... 16 1.2 Enunciado do problema ............................................................................................................. 18 2 FATORES HUMANOS PARA A APRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO EM SISTEMA DE NAVEGAÇÃO E GUIA DE ROTA EM AUTOMÓVEL .................................................................... 21 2.1 Navegação, mapa cognitivo e habilidade espacial .................................................................... 21 2.2 Componentes do processo da tarefa de navegação em automóvel ............................................ 23 2.2.1 Modelo hierárquico para a tarefa de navegação .................................................................... 24 2.2.1.1 Estágios da fase de manutenção em rota ............................................................................... 25 2.2.2 Categorias de informação para mapas de SINGRA .............................................................. 28 2.3 Sistema de processamento da informação ................................................................................. 28 2.3.1 Modelo de processamento da informação visual .................................................................. 29 2.3.1.1 Memória icônica .................................................................................................................... 29 2.3.1.2 Memória de trabalho ............................................................................................................. 30 2.3.1.3 Memória de longa duração .................................................................................................... 32 2.3.2 Atenção ................................................................................................................................. 33 2.3.3 Tarefa de navegação e os níveis de processamento da informação ....................................... 33 2.4 Ergonomia, usabilidade e carga mental de trabalho .................................................................. 35 2.4.1 Medidas de avaliação da carga mental de trabalho ............................................................... 36 2.4.1.1 Demanda visual ..................................................................................................................... 37 2.4.1.2 Erro navegacional .................................................................................................................. 38 2.4.1.3 Preferência ............................................................................................................................. 39 2.4.1.4 Índice de carga mental de trabalho subjetiva ........................................................................ 40 2.5 Generalização cartográfica e mapas de SINGRA em múltiplas escalas ................................... 42 2.5.1 Operadores de generalização e mapas de navegação ............................................................ 42 2.5.2 Mapas de SINGRA em múltiplas escalas .............................................................................. 46 3 PRODUÇÃO DE MAPAS EM DIFERENTES ESCALAS PARA SINGRA .............................. 50 3.1 Materiais .................................................................................................................................... 50 3.2 Projeto cartográfico ................................................................................................................... 51 3.2.1 Projeto de concepção geral .................................................................................................... 52 3.2.1.1 Seleção da área de estudo e rota experimental ...................................................................... 52 3.2.1.1.1 Levantamento dos dados ................................................................................................... 54 3.2.1.2 Seleção e organização das informações ................................................................................ 55 3.2.1.3 Formato de apresentação dos mapas ..................................................................................... 57 3.2.1.4 Definição das escalas de representação ................................................................................. 57 3.2.2 Projeto gráfico ....................................................................................................................... 60 3.2.2.1 Avaliação da preferência de cor para a rota e seta de manobra em mapas de SINGRA ....... 61 3.3 Produção das representações em diferentes escalas .................................................................. 63 3.4 Teste de preferência pelas representações em diferentes escalas .............................................. 67 3.5 Implementação das representações cartográficas em um protótipo de SINGRA ...................... 68 4 MÉTODO DE AVALIÇÃO DA USABILIDADE DE MAPAS EM DIFERENTES ESCALAS 69 4.1 Seleção dos participantes .......................................................................................................... 70 4.2 Seleção das variáveis dependentes e independentes ................................................................. 70 4.3 Elaboração dos documentos do teste ......................................................................................... 71 4.4 Preparação do ambiente de teste ............................................................................................... 73 4.5 Procedimento de teste................................................................................................................ 74 4.6 Extração e organização dos dados ............................................................................................. 76 4.7 Seleção dos testes estatísticos ................................................................................................... 81 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................................. 82 5.1 Caracterização dos participantes ............................................................................................... 82 5.1.1 Avaliação da habilidade espacial .......................................................................................... 84 5.2 Demanda visual ......................................................................................................................... 89 5.2.1 Demanda visual e a influência do gênero .............................................................................. 95 5.2.1.1 Demanda visual em relação a motoristas de diferentes gêneros ........................................... 96 5.2.1.2 Demanda visual em relação a motoristas de mesmo gênero ................................................. 98 5.2.2 Demanda visual e a influência das características individuais ............................................ 100 5.2.2.1 Habilidade espacial e a relação com a demanda visual ....................................................... 100 5.2.2.2 Formação educacional e a relação com a demanda visual .................................................. 105 5.2.2.3 Experiência com SINGRA e a relação com a demanda visual ........................................... 109 5.2.2.4 Experiência com mapas e a relação com a demanda visual ................................................ 112 5.3 Erro navegacional .................................................................................................................... 118 5.3.1 Erro navegacional e a influência do gênero e das características individuais ..................... 126 5.4 Índice de carga mental de trabalho subjetiva .......................................................................... 128 5.4.1 Índice de carga mental de trabalho subjetiva e a influência do gênero ............................... 131 5.4.2 Índice de carga mental subjetiva e a influência das características individuais .................. 135 5.5 Preferência ............................................................................................................................... 140 5.5.1 Preferência pelos mapas e a influência do gênero e das características individuais ........... 146 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................................... 149 6.1 Conclusão e recomendações .................................................................................................... 149 6.2 Produção científica .................................................................................................................. 154 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 155 ANEXOS............................................................................................................................................. 164 APÊNDICES ....................................................................................................................................... 186 16 1 INTRODUÇÃO 1.1 Contextualização da pesquisa A principal finalidade de um ‘Sistema de Navegação e Guia de Rota em Automóvel’ (SINGRA) é oferecer maior mobilidade aos motoristas na tarefa de navegação, seja realizada em locais desconhecidos ou conhecidos. A tarefa de navegação compreende duas grandes fases: planejamento de rota e manutenção em rota (GOLLEDGE, 1999). A primeira fase é de natureza estática e a segunda de natureza dinâmica, por ser realizada com o automóvel em movimento. Os SINGRA possuem módulos específicos para auxiliar em cada uma dessas fases da navegação. Na manutenção em rota, a função do sistema é orientar o motorista em diferentes tarefas, mas a principal consiste na tarefa tática (PUGLIESI et al. 2013), por compreender a preparação para a realização de manobras (MICHON, 1985). Manobra é um termo utilizado para a indicação da mudança de via na malha viária. Os sistemas de guia de rota começaram a ser inseridos nos automóveis, sobretudo, a partir dos anos 90, principalmente, no Japão e nos Estados Unidos. Pouco tempo depois, esses sistemas se disseminaram em cidades europeias e na maior parte dos países (AKAMATSU et al. 2013). No Brasil, a liberação legal para uso de sistema de guia de rota, com o automóvel em movimento, ocorreu somente em 2007, por determinação da resolução 242 do Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN, 2007). Atualmente, algumas indústrias automobilísticas (ex.: Peugeot, Honda) têm inserido os SINGRA como item de série em seus veículos, na categoria de automóvel de passeio. No entanto, a maior parte ainda consiste em sistemas portáteis, os quais são fixados no para-brisa do automóvel ou instalados no painel do veículo. As pesquisas sobre fatores humanos e ergonômicos vêm investigando a concepção de interfaces para SINGRA a partir de três grandes temas: seleção da informação, apresentação da informação e características individuais e de grupo dos motoristas (BURNETT, 1998; PUGLIESI et al. 2013). Entretanto, por trazer implicações diretas à segurança no trânsito, a temática sobre a ‘apresentação da informação’, para auxiliar na fase de manutenção em rota, tem sido tratada como uma das questões mais importantes na área de Interação Homem- Máquina (Human Computer Interaction - HCI), nos últimos anos (JAMA, 2004; AAM, 2006; EC, 2009; NHTSA, 2012; BOYLE et al. 2013). Para ilustrar quais são os principais tópicos dessa temática e como estão inter-relacionados, apresenta-se um esquema na Figura 1. Os tópicos de interesse da presente tese estão destacados em cinza nesta figura. 17 Figura 1 – Principais tópicos investigados no tema apresentação da informação. Fonte: Produção do próprio autor. Se por um lado os sistemas de navegação e guia de rota têm o potencial de oferecer diversos benefícios ao motorista, como apresentação de informações sobre as condições do trânsito e estimativa do tempo de viagem, por outro o uso deste tipo de sistema pode aumentar a distração do motorista, por introduzir uma carga de trabalho adicional à tarefa de direção do automóvel. A consequência dessa maior demanda perceptiva e cognitiva pode ser a ocorrência de acidentes de trânsito (JAMA, 2004; AAM, 2006; EC, 2009; NHTSA, 2012). Segundo Ranney et al. (2013), o desenvolvimento de uma tarefa secundária concomitantemente à realização de uma tarefa primária pode reduzir o desempenho do indivíduo na tarefa primária. Na navegação em automóvel, a tarefa de direção do veículo se constitui na tarefa primária do motorista, enquanto a tarefa de interação com um SINGRA, como a busca por informação na interface, constitui-se na tarefa secundária (PUGLIESI et al. 2013). No intuito tanto de mitigar os riscos no processo de dividir a atenção entre a direção do automóvel e a interface de um SINGRA, quanto de prover diretrizes às indústrias que desenvolvem esse tipo de sistema, as questões de usabilidade dessas interfaces vêm sendo assunto recorrente nas investigações científicas (LABIALE, 2001; LIU, 2001; UANG; HWANG, 2003; HO; LI, 2004; LEE et al. 2008; SHELEIBY et al. 2008; PUGLIESI et al. 18 2009; LI et al. 2012; LAVIE; ORON-GILAD, 2013). A usabilidade de interfaces de sistema de guia de rota tem sido avaliada em termos da quantificação da Carga Mental de Trabalho (CMT) do motorista estimada por meio do uso de medidas de desempenho, psicofisiológicas e de satisfação, em função do tipo de tarefa executada (PUGLIESI et al. 2013). Do ponto de vista da segurança no trânsito, a tarefa tática é a mais crítica, pois requer que o motorista manipule, em poucos segundos, grande quantidade de informação para se preparar para a realização da manobra (BURNETT, 1998; LABIALE, 2001; KABER et al. 2012). Wickens et al. (2004) afirmam que a manipulação de um conjunto de elementos em um curto espaço de tempo exige maior processamento mental. Ao realizar tarefas, nas quais há uma demanda que excede sua capacidade de processamento, o indivíduo ajusta suas estratégias, para suprir as metas da tarefa, ou reduz seu desempenho na tarefa, como forma de compensação do esforço exigido (DINGUS; HULSE, 1993, YOUNG; STANTON, 2005b, 2006). Pugliesi et al. (2013) ressaltam que a sobrecarga no sistema de processamento humano pode ser intensificada quando o indivíduo encontra dificuldades em interpretar uma interface. Na Cartografia, a dificuldade de leitura de um produto é denominada de ruídos no processo de comunicação cartográfica. Nesse sentido, a mensuração da carga mental de trabalho do motorista, ao dirigir apoiado por um SINGRA, constitui-se em um problema central na avaliação da usabilidade dessas interfaces de navegação. 1.2 Enunciado do problema Apesar de existir um considerável número de pesquisas em cada uma das três grandes áreas de investigação sobre a concepção de interfaces para SINGRA, e mesmo que diversas diretrizes (ROSS et al. 1995; GREEN et al. 1995; BSI, 1996; JAMA, 2004; SAE, 2004; AAM, 2006; EC, 2009; NHTSA, 2012) vêm sendo publicadas em diferentes partes do mundo (EUA, Europa e Japão) visando orientar o projeto e a avaliação dessas interfaces, os problemas de usabilidade dos SINGRA ainda são recorrentes. Os problemas se relacionam tanto ao módulo de apoio à tarefa de planejamento de rota (NOWAKOWSKI et al. 2003; NOEL et al. 2005; QUARESMA; MORAES, 2011; PEI-CHUN; SHANG-I, 2013) quanto ao módulo de apoio à tarefa de manutenção em rota (NOWAKOWSKI et al. 2003; NOEL et al. 2005; DILLEMUTH, 2007; CHING-TORNG et al. 2010; PEI-CHUN; SHANG-I, 2013). No contexto da comunicação da informação para auxiliar na manutenção em rota, a literatura aponta que a falta de associação do nível de detalhe do mapa às demandas do 19 motorista nas diferentes tarefas de navegação, bem como os problemas de legibilidade que esses mapas apresentam, sobretudo, quando exibidos em mídia de pequeno formato, são os principais fatores que incorrem na baixa usabilidade das interfaces de SINGRA (DOGRU et al. 2009; LEE; JUN, 2010; LAVIE et al. 2011; LAVIE; ORON-GILAD, 2013). Dentre as tentativas empregadas para minimizar esses ruídos no processo de comunicação da informação, destaca-se a definição da escala para os mapas (UANG; HWANG, 2003; HO; LI, 2004; DILLEMUTH et al. 2007; LEE et al. 2008; SHELEIBY et al. 2008; DILLEMUTH, 2009; LI et al. 2012; MARQUES et al. 2012). A escala é uma variável fundamental no processo de comunicação da informação, pois determina a seleção, generalização e representação das feições (DENT et al. 2009). Se por um lado uma escala apropriada ao propósito do mapa pode favorecer a rápida compreensão da informação, por outro um mapa em escala inapropriada pode aumentar a carga mental do usuário, por dificuldades de extração e interpretação da informação de interesse. Na tarefa de navegação em automóvel, essa dificuldade pode ser traduzida em distração do motorista na via. As proposições de mapas em diferentes escalas para SINGRA, encontradas até o momento, não tratam a definição da escala em função dos diferentes estágios que compõe a fase de manutenção em rota, tampouco no que diz respeito à tarefa tática, na qual o motorista requer maior apoio do sistema. Além disso, os estudos não consideram a configuração de mapa áudio-dinâmico, com esquema de referência egocêntrico, para exibir as instruções de navegação ao motorista. Representações áudio-dinâmicas reduzem a carga mental de trabalho do motorista (BURNETT, 2000; LABIALE, 2001; LIU, 2000, 2001), e mapa egocêntrico favorece o processo de busca visual (DARKEN; CEVIK, 1999), por não exigir que o usuário realize rotação mental para que haja congruência, em orientação, entre o mapa e o ambiente de navegação (DINGUS; HULSE, 1993; GREEN et al. 1995). O único trabalho encontrado na literatura que apresenta uma proposta preliminar de mapas de SINGRA com essas características é o de Marques et al. (2012). Todavia, as proposições de projeto não foram submetidas a um processo de avaliação junto a um grupo de motoristas. As implicações que os problemas de usabilidade das interfaces de SINGRA podem trazer à segurança no trânsito evidencia a importância das decisões relacionadas com a apresentação da informação nesses sistemas. Se o excesso de informação em uma interface pode promover o aumento da CMT do motorista, a falta de informação ou as deficiências no projeto gráfico dessas interfaces podem dificultar a extração das informações de navegação. Isto caracteriza a particularidade do problema de apresentação da informação em sistemas de guia de rota, e aponta para a necessidade de investigações a respeito da determinação das 20 escalas apropriadas para os mapas desses sistemas. Entende-se que as investigações devem preencher várias lacunas, de maneira a responder questões do tipo: ‘É possível minimizar o tempo de leitura do mapa quando se adéqua a escala ao tipo de tarefa de navegação desenvolvida?, ‘O número de erros de manobra cometido pelos motoristas pode ser reduzido com a manipulação da escala do mapa?’, ‘O nível de detalhamento do mapa influencia na satisfação do usuário pelo sistema?’ ou, em síntese, ‘Mapas legíveis, exibidos em escalas apropriadas para atender a demanda do motorista, contribuem para a redução da carga mental de trabalho do motorista e, consequentemente, minimizam as implicações que o uso de SINGRA traz à segurança no trânsito?’. As respostas para essas questões são dependentes de um processo de avaliação da usabilidade de mapas em diferentes escalas, os quais visam auxiliar os motoristas nas tarefas de navegação. Sendo assim, formula-se a seguinte questão para investigação nessa pesquisa: ‘Em que medida a escala de representação influencia a usabilidade de mapas, áudio-dinâmicos e egocêntricos, quando os motoristas realizam a tarefa tática em áreas urbanas?’. Como hipótese, tem-se que o nível de simplificação dos mapas, áudio-dinâmicos e egocêntricos, influencia tanto na satisfação quanto no desempenho dos motoristas na tarefa tática, e isso tem relação com a complexidade da manobra. Portanto, o objetivo central é avaliar a usabilidade de representações cartográficas em diferentes escalas, no contexto de um protótipo de sistema de navegação e guia de rota em automóvel. Como objetivos específicos, tem-se: investigar a eficiência e a eficácia dos mapas, áudio-dinâmicos e egocêntricos, exibidos em diferentes escalas; avaliar o nível de satisfação dos motoristas por essas representações cartográficas; verificar se os motoristas apresentam índice similar de carga mental de trabalho subjetiva, ao navegarem com mapas em diferentes escalas; e determinar se há influência das características individuais e de grupo na carga mental de trabalho dos motoristas, ao navegarem auxiliados por representações cartográficas em diferentes escalas. A tese está dividida em seis capítulos. O Capítulo 02 aborda a fundamentação teórica sobre os fatores humanos para a apresentação da informação em sistema de guia de rota. O Capítulo 03 apresenta a produção dos mapas em diferentes escalas para um protótipo de SINGRA. O Capítulo 04 relata o método para a avaliação da usabilidade das representações em diferentes escalas. O Capítulo 05 trata da análise e discussões dos resultados. O Capítulo 06 apresenta as considerações finais, subdivididas em conclusão e recomendações e produção científica no período da tese. 21 2 FATORES HUMANOS PARA A APRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO EM SISTEMA DE NAVEGAÇÃO E GUIA DE ROTA EM AUTOMÓVEL O protótipo de sistema de guia de rota em automóvel desenvolvido nessa tese trata da apresentação da informação de navegação por meio de mapas em diferentes escalas, para auxiliar os motoristas na tarefa de manutenção em rota. A concepção e avaliação de mapas para este tipo de sistema envolvem uma série de fatores humanos e ergonômicos, e aqueles que fundamentam o desenvolvimento dessa pesquisa são tratados neste capítulo. O capítulo está estruturado em cinco seções. A primeira compreende o princípio da navegação humana, o conceito de mapa cognitivo e de habilidade espacial. A segunda seção aborda os componentes envolvidos no processo da navegação em automóvel, por meio do estudo de fases, tarefas, questões e estágios. A terceira aborda o funcionamento do sistema de processamento da informação humano e sua relação com as tarefas de navegação em automóvel. A quarta trata do conceito de ergonomia, usabilidade e carga mental de trabalho, bem como os métodos e medidas utilizados na sua quantificação, para a avaliação da usabilidade de interfaces. A quinta seção aborda o uso da generalização cartográfica no contexto da compilação de mapas de navegação, seguida do estado da arte sobre mapas de SINGRA em diferentes escalas. 2.1 Navegação, mapa cognitivo e habilidade espacial O conceito ‘navegação’ é definido como o processo de localização e deslocamento no espaço, e um dos propósitos de uso da informação espacial é o de facilitar o movimento de um lugar para outro (GOLLEDGE et al. 2000). O conhecimento que se adquire pelo processo da navegação, ou seja, a percepção e cognição do espaço, promove o desenvolvimento e o aperfeiçoamento do mapa cognitivo humano (GOLLEDGE; GÄRLING, 2004; DOWNS; STEA, 2005). A percepção está relacionada ao uso dos sentidos para apreender um objeto, e ocorre no instante de interação com o objeto. A cognição é o acúmulo de percepções e, para ocorrer, não dependente da interação direta com o objeto; a cognição relaciona o espaço com um intervalo de tempo, portanto, envolve o uso da memória (DOWNS; STEA, 2005). Segundo Downs e Stea (2005), o resultado da percepção e da cognição espacial é o registro de um espaço distorcido, uma vez que não coincide com a realidade concreta, mas também um registro único, construído pela experiência individual. Este registro recebe o nome de mapa cognitivo, e é entendido como o resultado da interação espacial determinada por percepções subjetivas decorrentes das necessidades individuais. Downs e Stea (2005) 22 apresentam uma definição formal para ‘mapa cognitivo’ como sendo um processo composto por uma série de transformações psicológicas pelas quais o indivíduo adquire, codifica, armazena, recupera e decodifica a informação sobre a posição relativa de objetos localizados no espaço à sua volta. Golledge e Gärling (2004) sintetizam o conceito de mapa cognitivo como sendo o conhecimento espacial armazenado na memória de longa duração do indivíduo, e afirmam ser essas representações retidas na memória que permitem o indivíduo, por exemplo, determinar sua localização no espaço, saber onde estão posicionados objetos, identificar como ir de um local a outro e mesmo comunicar informações a outros indivíduos. Assim como os mapas cognitivos são subjetivos e dependem da interação repetitiva com o espaço, há também evidências que existem diferenças comportamentais na habilidade das pessoas em aprender a navegar por um ambiente (GOLLEDGE et al. 2000), isto é, há evidências de que a habilidade espacial seja uma característica individual (HEGART et al. 2002; HEGARTY; WALLER, 2004). A habilidade espacial refere-se à capacidade de um indivíduo de produzir, representar, transformar e recuperar a informação espacial em sua memória de longa duração (GOLLEDGE et al. 2000; COLUCCIA; LOUSE, 2004). Golledge et al. (2000) afirmam que as pessoas ao navegarem por um ambiente não se comportam todas da mesma maneira, em parte devido às diferenças no nível de conhecimento que possuem desse ambiente, em parte devido aos distintos objetivos que traçam ao navegar pelo ambiente, e em parte devido às diferenças em habilidade espacial que possuem. Golledge et al. (2000) consideram a habilidade espacial uma componente essencial no desenvolvimento e uso dos mapas cognitivos, portanto, uma componente fundamental para o processo da navegação por um ambiente. A habilidade espacial é caracterizada em diferentes domínios, de acordo com os processos requeridos na solução de tarefas, e um dos domínios diretamente relacionados ao uso de mapas refere-se à habilidade de orientação (GOLLEDGE et al. 2000). A orientação espacial é a capacidade de se reter a orientação de objetos com relação a diferentes perspectivas, isto é, trata-se da habilidade de imaginar uma mesma cena a partir de diferentes pontos de vistas (HEGARTY; WALLER, 2004). Segundo estes autores, a orientação espacial sempre envolve um ambiente, implica em movimento nesse ambiente, seja decorrente da navegação real ou simulada, por exemplo, pelo uso de um mapa, e envolve a aquisição de informação sobre os arredores desse ambiente por onde se navega. Há diferentes testes para se determinar a habilidade espacial de um indivíduo em termos de sua habilidade de orientação, incluindo-se testes subjetivos, como a ‘Escala de Senso de Direção de Santa Bárbara’ (Santa Barbara Sense of Direction Scale -SBSOD) de 23 Hegarty et al. (2002), e testes não subjetivos, como a ‘Tomada de Perspectiva/Orientação Espacial’ (Perspective Taking/Spatial Orientation Test - PT/SOT) usado por Hegarty e Waller1 (2004), ambos desenvolvidos na Universidade de Santa Bárbara, Estados Unidos. Esses testes têm sido empregados com frequência no contexto da avaliação de mapas para sistemas de guia de rota (DILLEMUTH, 2005; 2009; LI et al. 2012). O teste ‘Escala de Senso de Direção de Santa Bárbara’ é um questionário composto por 15 afirmações a respeito da habilidade de um indivíduo de encontrar direções em um ambiente, e inclui questões sobre o uso de mapas. A tarefa do indivíduo é indicar, a partir de uma escala multidimensional, quanto concorda ou discorda com cada afirmação apresentada (HEGARTY et al. 2002). O teste PT/SOT é composto por 12 questões relacionadas à orientação relativa entre ‘n’ objetos em uma cena. A tarefa do indivíduo é imaginar-se de pé, em frente a um objeto da cena, olhando para um segundo objeto e desenhar uma seta que indique a direção de um terceiro objeto. Este teste é recomendado para avaliar a habilidade espacial relacionada a tarefas que envolvem a manipulação mapas (HEGARTY; WALLER, 2004). Os testes encontram-se nos Anexos A e B, respectivamente. A investigação da relação entre o nível de habilidade espacial do motorista e seu desempenho na tarefa de navegação apoiada por SINGRA consiste em um aspecto necessário, sobretudo, quando o intuito é aumentar a usabilidade dos mapas exibidos nesse tipo de sistema. A influência das diferenças em habilidade espacial, principalmente, em se tratando da realização de tarefas com característica visuo-espacial, como é a interação com mapas, já foram constatadas por alguns trabalhos, como o de Dabbs et al. (1998), Montello et al. (1999), Dillemuth (2005) e Coluccia et al. (2007). 2.2 Componentes do processo da tarefa de navegação em automóvel Para compreender como ocorre o processo da navegação em automóvel, primeiro é necessário fazer distinção entre ‘direção’ e ‘navegação’. ‘Direção’ é um termo utilizado para fazer referência aos aspectos de controle do automóvel, como acelerar ou frear o veículo, girar o volante, trocar de marchas, usar os sinalizadores para indicar mudança de direção. ‘Navegação’ é um termo empregado para fazer referência ao processo cognitivo desenvolvido para se deslocar no espaço (PETCHENIK, 1989; GOLLEDGE, 1999), isto é, refere-se ao processo sobre como saber ir de um lugar a outro, de maneira a se manter orientado antes, 1 Perspective Taking/Spatial Orientation Test - PT/SOT foi desenvolvido por Hegaty, M.; Koszhevnikov, M.; Waller, D. 24 durante e depois do trajeto (PETCHENIK, 1989). Segundo Petchenik (1989), a direção de um automóvel é uma atividade essencialmente motora que envolve cognição, enquanto a navegação é um processo essencialmente cognitivo, mas que também envolve atividade motora para que as ações previamente planejadas possam ser executadas. Sendo assim, navegar de um ponto a outro no espaço dirigindo um automóvel é uma tarefa perceptiva e cognitiva complexa, por exigir a realização simultânea de atividade cognitivo-motora (PETCHENIK, 1989). Esta tarefa torna-se ainda mais complexa ao ser desenvolvida em ambientes não familiares (BURNETT, 1998) ou pouco familiares (EI-WEN LO et al. 2011). Morita (1993) afirma que os principais componentes da tarefa de navegação são o usuário, a informação e o sistema de processamento da informação. Isto põe em evidência que, para apresentar instruções de navegação em um sistema de guia de rota em automóvel, a priori, deve-se compreender como o processo da navegação se desenvolve, e quais são os elementos importantes para apoiar cada etapa dessa tarefa. 2.2.1 Modelo hierárquico para a tarefa de navegação Várias abordagens são encontradas na literatura para explicar o desenvolvimento do processo da navegação, particularmente quando realizada em automóvel. Algumas dessas abordagens descrevem a navegação por meio de fases (SHEMYAKIN2, 1962 apud BOARD, 1978), outras por meio de tarefas (MICHON, 1985), questões (MORITA, 1993) ou estágios (BURNETT, 1998). Em uma estrutura hierárquica, a navegação é dividida em três fases: seleção da rota, manutenção em rota e chegada ao destino (SHEMYAKIN, 1962 apud BOARD, 1978), de maneira que se identifica em cada uma destas fases a realização de distintas tarefas (MICHON, 1985), cognitiva e motora (PETCHENIK, 1989), nas quais diferentes questões são respondidas (MORITA, 1993). A relação entre as diferentes fases, tarefas, questões e estágios que descrevem o processo da navegação está ilustrada na Figura 2. A seleção da rota é a primeira fase do processo da navegação e está relacionada com o planejamento sobre qual caminho selecionar, entre uma origem e um destino, dentre os vários caminhos possíveis (GOLLEDGE, 1999; LOVELACE et al. 1999). Esta fase representa um componente cognitivo do processo da navegação, sem envolver nenhum tipo de movimento, isto é, locomoção no espaço (GOLLEDGE, 1999). Para Michon (1985), a fase de seleção da rota consiste em uma ‘tarefa estratégica’, o momento anterior à tarefa de direção. 2 SHEMYAKIN, F. N. Orientation in Space. In: ANANYEV, B. G.; et al. Psychological Science in U.S.R.R. USA: Office of Technical Services. 1962. v. 1. p. 186-225. 25 Morita (1993) afirma que as questões pertinentes a esta fase são ‘Onde estou?’ e ‘Aonde pretendo ir?’. Para realizar a seleção da rota, o motorista requer um conjunto de informações, incluindo-se informações sobre as condições de trânsito, tempo estimado da viagem, disponibilidade de estacionamento, dentre outras (MICHON, 1985; BURNETT, 1998). A chegada ao destino é a terceira fase do processo da navegação e refere-se à análise a respeito se o destino pretendido foi alcançado com sucesso, sem erros (SHEMYAKIN, 1962 apud BOARD, 1978). As questões pertinentes a esta fase são “Como cheguei até aqui?”, “Aonde eu deveria ir?” e “Onde eu estive?” (MORITA, 1993). Entre a seleção da rota e chegada ao destino, tem-se a fase de manutenção em rota, a qual é apresentada a seguir. Figura 2 – Componentes do processo da navegação em automóvel: relação entre as fases, tarefas, questões e estágios. Fonte: Produção do próprio autor. 2.2.1.1 Estágios da fase de manutenção em rota A fase de manutenção em rota ocorre depois que a rota foi planejada, e sua execução compreende a realização de atividade cognitiva e motora para que a chegada ao destino aconteça devidamente (SHEMYAKIN, 1962 apud BOARD, 1978). Na abordagem de Michon (1985), também descrita por Burnett (1998), a manutenção em rota compreende dois tipos distintos de tarefas de navegação: a tarefa tática e a tarefa operacional. A tarefa tática consiste nas ações de preparação para a realização de manobras (MICHON, 1985). Assim, ações como virar à esquerda, virar à direita são planejadas nesta tarefa (BURNETT, 1998). As questões pertinentes à tarefa tática são “Quando devo fazer algo?” e “O que fazer?” (MORITA, 1993). A tarefa operacional consiste na execução das manobras, portanto, envolve atividade motora 26 relacionada ao controle do automóvel, como utilizar sinalizadores do automóvel, acelerar, girar o volante, frear (BURNETT, 1998). No contexto de uso de SINGRA, o início da tarefa tática tem sido informado ao motorista por meio do uso de um sinal de beep (LABIALE, 2001; PUGLIESI et al. 2009; MARQUES et al. 2012). O beep é um tipo de som abstrato recomendado para situações nas quais o propósito é o de chamar a atenção do motorista (GREEN et al. 1995). Nesse sentido, a tarefa tática é caracterizada como o intervalo de tempo decorrido entre o disparo do beep e o início da tarefa de realização da manobra (BURNETT, 1998; PUGLIESI et al. 2009). O intervalo de tempo entre o término da tarefa operacional (fim da realização da manobra) e o início da tarefa tática (início da preparação para a manobra), Pugliesi et al. (2009) denominam de tarefa de manutenção em trecho de rota, isto é, o trecho de rota entre duas manobras. Com a finalidade de identificar as informações importantes para apoiar o motorista na fase de manutenção em rota, Burnett (1998) a fragmenta em cinco estágios, quais sejam pré-visualização, identificação, verificação, confiança e orientação. O estágio de pré- visualização é associado à tarefa de manutenção em trecho de rota, pois corresponde ao intervalo de tempo entre a tarefa tática e a tarefa operacional. Segundo Burnett (1998), as metas do motorista neste estágio são obter uma percepção de tempo ou distância restante até a manobra, formar uma imagem mental do leiaute da manobra, bem como identificar em qual pista se posicionar para facilitar a realização da manobra. As informações que podem auxiliar o motorista nesse estágio de pré-visualização são ‘Mantenha-se na pista da esquerda’, ‘Vire à esquerda, em 100m’ (MAY et al. 2003). Burnett (1998) afirma que, ao receber informações que contribuam para o cumprimento de suas metas no estágio de pré-visualização, o motorista pode não somente tomar as decisões relacionadas ao próximo estágio da navegação com maior rapidez e segurança, mas também manter o bom desempenho na tarefa de direção, como evitar a redução repentina da velocidade do automóvel, o uso errôneo dos sinalizadores. O estágio de identificação refere-se ao momento no qual o motorista reconhece a direção que deve ser tomada na junção (BURNETT, 1998), portanto este estágio corresponde à tarefa tática. Em termos de demanda perceptiva e cognitiva, a tarefa tática é o estágio mais crítico da navegação (BURNETT, 1998; KABER et al. 2012), pois o motorista deve dividir a atenção entre a tarefa motora de dirigir o veículo e a atividade perceptiva e cognitiva de compreender a direção da manobra exibida na interface de SINGRA (BURNETT, 1998). May et al. (2003) sugerem que informações do tipo ‘Vire à esquerda’, ‘Pegue a segunda saída na rotatória’ podem auxiliar o motorista no estágio de identificação. Burnett (1998) afirma que é nesse estágio da navegação que o motorista requer maior apoio de um sistema de guia de rota. 27 O estágio de verificação representa o momento no qual o motorista se certifica de que compreendeu corretamente a localização e a direção da manobra na rota e de que erros não foram cometidos na manobra (ex.: virou à direita ao invés de à esquerda) (BURNETT, 1998). Sendo assim, este estágio corresponde à transição entre as tarefas tática, operacional e de manutenção em trecho de rota. Os estágios de confiança e de orientação são desenvolvidos durante toda a manutenção em rota. No primeiro, a meta do motorista é se assegurar que a rota planejada está sendo devidamente percorrida. No segundo, estágio de orientação, a meta do motorista é obter uma percepção do ambiente, de maneira a relacionar sua posição na rota com outros elementos do espaço, como o ponto de destino, para qualquer instante de interesse durante a navegação pela rota (BURNETT, 1998). A correspondência entre os estágios e as tarefas da fase de manutenção em rota está ilustrada em um esquema na Figura 3. A seleção de escalas apropriadas para os mapas de sistemas de guia de rota pode ser uma alternativa para favorecer o processo de comunicação da informação nos diferentes estágios da navegação e, com isso, contribuir para o aumento da usabilidade desses sistemas. Embora a navegação compreenda diferentes estágios, a proposta dessa tese é avaliar a usabilidade de mapas em diferentes escalas ao auxiliarem o motorista nas tarefas tática e de manutenção em trecho de rota. A razão por se desconsiderar a tarefa operacional é com base na constatação de Labiale (2001) de que, na realização da manobra, o motorista se preocupa apenas em executar as ações de controle do veículo, ignorando a interface de navegação. Figura 3 - Correspondência entre os estágios e as tarefas que compõe a fase de manutenção. Fonte: Adaptado de Burnett (1998). 28 2.2.2 Categorias de informação para mapas de SINGRA A informação que se apresenta ao usuário é um dos três principais componentes que compõe o processo da navegação, conforme Morita (1993). Sendo assim, ao produzir mapas para sistema de guia de rota, os projetistas deveriam selecionar um conjunto de informação que auxilie na tarefa de navegação, mas que não sobrecarregue o sistema de processamento cognitivo do motorista. A literatura afirma que a maneira mais eficiente para se identificar as categorias de informação que os mapas de SINGRA devem conter é a investigação dos mapas cognitivos dos motoristas, uma vez que essas representações internas contêm as informações que os motoristas selecionam do ambiente para realizarem a tarefa de navegação, incluindo-se a navegação em automóvel (ALM, 1990; OBATA et al. 1993; BURNETT, 1998; PUGLIESI et al. 2014). Os resultados das investigações científicas revelam que as representações internas dos motoristas estruturam o ambiente urbano, principalmente, a partir de elementos: vias, marcos e pontos nodais (ALM, 1990; OBATA et al. 1993; BURNETT, 1998; DAIMON et al. 2000; PUGLIESI et al. 2014). Lynch (1997) argumenta que vias, marcos e pontos nodais, juntamente com limites e bairros, constituem-se nos cinco elementos urbanos utilizados pelas pessoas para formar uma imagem mental das cidades, e denomina tais elementos de componentes do mapa cognitivo humano. Diante disso, estudos recomendam que os mapas de SINGRA, ao apoiar a tarefa de navegação, sobretudo, em ambientes urbanos desconhecidos, devem apresentar as seguintes categorias de informação: direção e distância até a manobra, rota de navegação, posição do motorista na rota e informações de contexto espacial (GREEN et al. 1995; ROSS et al. 1996; BURNETT, 1998; MAY et al. 2003; OLIVER, 2007). O conjunto de feições que tem sido selecionado para comunicar essas categorias de informação nos mapas de SINGRA são malha viária, pontos de referência, seta sobre o ponto de manobra para a indicação da direção da manobra, símbolo pictórico ou geométrico para a indicação da posição do automóvel na rota, toponímia de vias e pontos de interesse (UANG; HWANG, 2003; HO; LI, 2004; LEE et al. 2008; PUGLIESI et al. 2009; MARQUES et al. 2012). 2.3 Sistema de processamento da informação A manutenção em rota é realizada com o automóvel em movimento. Portanto, ao realizar a navegação auxiliada por um SINGRA, o motorista deve dividir a atenção entre sua tarefa principal, que é a direção do veículo, e sua tarefa secundária, que é a interação com a 29 interface do sistema (PUGLIESI et al. 2013). Em resposta a este processo de atenção dividida, pode haver uma sobrecarrega no sistema perceptivo e cognitivo do motorista (WICKENS et al. 2004). Essa sobrecarga pode se intensificada quando o motorista encontra dificuldades em interpretar a interface, ou seja, quando há ruídos no processo de comunicação da informação (PUGLIESI et al. 2013). As consequências desses ruídos pode consistir em distração da via e, consequentemente, aumento no risco de acidentes de trânsito. O sistema de processamento da informação humano é um componente essencial no processo da navegação (MORITA, 1993), sobretudo, porque tem capacidade de processamento limitada (PUGLIESI et al. 2013). Diante disso, compreender o funcionamento desse sistema, bem como o nível de processamento exigido pelas tarefas de navegação são etapas necessárias no projeto de mapas para SINGRA. Essa compreensão pode auxiliar a estabelecer o projeto cartográfico em função das capacidades e das limitações perceptivas e cognitivas do motorista e, com isso, minimizar a sobrecarga mental resultante do processo de dividir a atenção entre a via e a interface de um SINGRA. 2.3.1 Modelo de processamento da informação visual Para compreender o funcionamento do sistema de processamento da informação, é necessário entender os conceitos relacionados à memória humana. Os fatores relacionados à memória humana são investigados por meio da compreensão de modelos de processamento da informação (PUGLIESI et al. 2013). O modelo de etapas, ou de estágios, proposto por Klatzky3, descreve o processamento da informação por meio do uso de distintas memórias, as quais possuem diferentes capacidades de processamento, armazenamento e tempo de retenção da informação. As três principais estruturas descritas no modelo de etapas são memória icônica ou registro sensório, memória de trabalho ou memória recente (ou Memória de Curta Duração - MCD) e memória permanente ou repositório (ou Memória de Longa Duração - MLD) (EASTMAN, 1985; PETERSON, 1987, 1995; WICKENS et al. 2004). 2.3.1.1 Memória icônica A memória icônica é responsável por receber os estímulos, sejam visuais, sonoros, captados pelos órgãos sensoriais humano, como o olho, ouvido, e encaminhar esses estímulos 3 KLATZKY, R. Human memory: Structures and processes. San Francisco: Freeman, 1975. 30 para uma estrutura de processamento que realiza o reconhecimento de padrões (EASTMAN, 1985; PETERSON, 1987, 1995; WICKENS et al. 2004; CYBIS et al. 2010). Parte da informação recebida na memória icônica é perdida até que se inicie o processo de reconhecimento de padrões (EASTMAN, 1985; PETERSON, 1995). Essa perda é devido ao tempo decorrido até o armazenamento da informação e (ou) em razão de uma sobrecarga no sistema de processamento do indivíduo (IIDA, 2005). A complexidade do padrão a ser reconhecido é outro fator responsável pela perda de informação na memória icônica (PETERSON, 1987, 1995). O tempo que a informação é mantida ativa na memória icônica depende da natureza do estímulo percebido (CYBIS et al. 2010). No caso da percepção de um estímulo visual, o tempo necessário para iniciar o processo de reconhecimento da informação é da ordem de 500 milissegundos (PETERSON, 1987, 1995). No caso da percepção de um estímulo sonoro, a informação é mantida ativa na memória por cerca de dois segundos, sem que haja o processo de reconhecimento da mesma, e é esta característica da memória icônica que explica o fato de uma pessoa lembrar-se de algo que ‘acabou’ de ouvir, no instante em que coloca sua atenção em outra tarefa (CYBIS et al. 2010). Os estímulos visuais e sonoros ainda são os mais usados para comunicar a informação em mapas de sistema de guia de rota (PUGLIESI et al. 2013). Em termos do processamento da informação visual, a memória icônica representa a memória visual, isto é, a ‘primeira impressão’ que se forma de uma cena (PETERSON, 1995). Quando se observa uma cadeira, por exemplo, é a memória icônica a responsável por reter as informações primárias da cadeira, como a quantidade de pés, o tipo de estofado, cor, tamanho (PETERSON, 1995) para, na sequência, encaminhar essas informações à estrutura que realiza o processo de reconhecimento de padrões (CYBIS et al. 2010). A função da memória icônica é facilitar a extração e análise das características da informação percebida, de maneira que as informações, cujas características são condizentes ao interesse do observador, ou que atraiam sua atenção, sejam selecionadas para serem processadas em uma estrutura de memória mais elaborada, denominada de memória de trabalho (CYBIS et al. 2010). 2.3.1.2 Memória de trabalho A memória de trabalho é conceituada como um conjunto de registros especializados que manipulam informações de natureza distintas, como visual, sonora, tátil. Estes registros são coordenados por um processador ou executor central que atua como um sistema de controle da atenção (EASTMAN, 1985; WICKENS et al.; 2004; CYBIS et al. 2010). 31 A função da memória de trabalho é confrontar as informações recebidas da memória icônica com as informações contidas na memória de longa duração do indivíduo (EASTMAN, 1985; WICKENS et al.; 2004). A este processo, dá-se o nome de reconhecimento de padrões (PETERSON, 1987, 1995). O indivíduo classifica uma informação como conhecida caso ocorra convergência dos padrões comparados; caso contrário, isto é, se nenhum padrão retido na memória de longa duração do indivíduo corresponde à informação de entrada, o indivíduo a classifica como uma informação desconhecida (PETERSON, 1995; WICKENS et al. 2004). A memória de trabalho é limitada em ambos, na capacidade de armazenamento das unidades de informação e no tempo de retenção dessas unidades (EASTMAN, 1985; WICKENS et al. 2004; IIDA, 2005). Uma unidade de informação (chuncks) são estruturas do tipo letras, palavras, símbolos, números, lugares, as quais estão armazenadas na memória de longa duração e têm significado para o indivíduo (EASTMAN, 1985; WICKENS et al. 2004). O limite armazenamento da memória de trabalho são 7 ± 2 unidades de informação (EASTMAN, 1985; WICKENS et al. 2004), isto é, o executor central tem a capacidade de integrar uma média de sete itens de informação ao mesmo tempo, e as experiências do indivíduo, bem como o contexto de realização da tarefa influenciam nesse processo (CYBIS et al. 2010). Por esta razão, duas pessoas podem armazenar na memória um mesmo código, porém de maneira distinta, a qual depende do contexto em que interagem com o código ou do conhecimento que possui sobre seu significado (CYBIS et al. 2010). Por exemplo, pessoas familiares com os aparelhos de telefone da fabricante Nokia podem facilmente memorizar o código ‘LUMIA 710’, pois, para elas, este código representa o modelo (‘LUMIA’) e a série (‘710’) do telefone, resultando somente em duas unidades de informação: LUMIA e 710. Por outro lado, pessoas não familiares com os aparelhos desse fabricante podem armazenar o mesmo código, como sendo seis unidades de informação, cinco unidades referentes às letras da ‘LUMIA’, e uma unidade referente ao número ‘710’. O tempo de retenção das unidades de informação é a segunda limitação da memória de trabalho. Cybis et al. (2010) afirmam que, embora a recuperação da informação na memória de trabalho seja rápida, a informação pode ser esquecida em poucos segundos, dependendo das situações de distração no contexto de uso. As unidades de informação são retidas na memória de trabalho entre cinco e 30 segundos (IIDA, 2005), ou até que se ative o registro fonológico (WICKENS et al. 2004). A ativação do registro fonológico ocorre, por exemplo, quando, verbalmente ou mentalmente, realiza-se o processo de repetição periódica de um nome (ex.: de pessoa, livro, lugar), de um número (ex.: de telefone, CPF, RG, conta 32 bancária, senha) até que a informação seja registrada em uma agenda ou algo similar (WICKENS et al. 2004; IIDA, 2005; PUGLIESI et al. 2013). 2.3.1.3 Memória de longa duração A memória de longa duração é caracterizada como a terceira estrutura no modelo de etapas, e consiste no repertório do indivíduo, o qual é ativado várias vezes na memória de trabalho com a finalidade de uso imediato (WICKENS et al. 2004; CYBIS et al. 2010). Na memória de longa duração é onde estão armazenadas as experiências, o conhecimento de um indivíduo (EASTMAN, 1985). A capacidade de armazenamento da memória de longa duração é grande, e o tempo de retenção da informação é de muitos anos (IIDA, 2005). O armazenamento das informações nesta memória ocorre por meio da formação de redes de proposições conceituais (WICKENS et al. 2004; CYBIS et al. 2010). As unidades de informações não são retidas na memória de longa duração como itens aleatórios, desconexos, mas inter-relacionados, e são estas conexões que favorecem a recuperação imediata dos elementos armazenados (EASTMAN, 1985; WICKENS et al. 2004; IIDA, 2005). No exemplo do código ‘LUMIA 710’, os indivíduos familiares aos aparelhos da Nokia fazem a associação desse código com os demais aparelhos da fabricante e, facilmente, concluem que se trata de um modelo ‘LUMIA’, da série ‘710’. Para exemplificar o funcionamento do sistema de processamento da informação visual com base no modelo de etapas é apresentado um esquema na Figura 4. Figura 4 - Sistema de processamento da informação humano. Fonte: Adaptado de EASTMAN (1985), PETERSON (1987,1995) e WICKENS et al. (2004). 33 2.3.2 Atenção Independentemente do tipo de estímulo que será percebido, processado e armazenado nas diferentes estruturas de memória, um elemento essencial no sistema de processamento da informação é a atenção (MACEACHREN, 1995; WICKENS et al. 2004). Alguns autores (EASTMAN, 1985; PETERSON, 1995) enfatizam que a atenção é requerida apenas na transferência da informação da memória icônica para a memória de trabalho. No entanto, Wickens et al. (2004) apontam que cada estrutura de memória requer atenção para processar a informação, pois a atenção é responsável pelo processo de resposta a um estímulo. A atenção é responsável por desencadear a concentração de processos cognitivos para a realização de tarefas, como dirigir um automóvel, localizar um som (CYBIS et al. 2010). Na etapa de detecção e discriminação de um estímulo visual, isto é, na percepção de um estímulo visual, a atenção é o elemento que determina a decisão do indivíduo em focar ou não determinado(s) objeto(s) em uma cena e desprezar os demais que a constitui (WICKENS et al. 2004). Diante disso, assume-se que não há percepção se não houver atenção. A atenção é classificada em seletiva e dividida (MACEACHREN, 1995; WICKENS et al. 2004). A atenção seletiva é caracterizada por priorizar um estímulo e ignorar os demais, como ocorre ao assistir TV e não ouvir o telefone tocar (MACEACHREN, 1995; WICKENS et al. 2004). A atenção dividida é caracterizada por priorizar dois ou mais estímulos ao mesmo tempo, os estímulos são processados em paralelo (MACEACHREN, 1995; CYBIS et al. 2010), como ocorre ao falar ao telefone e digitar um texto no computador, estudar ouvindo música. Portanto, a interação com sistema de guia de rota, durante a tarefa de direção de um automóvel, requer do motorista a realização do processo de atenção dividida. 2.3.3 Tarefa de navegação e os níveis de processamento da informação Burnett (1998) afirma que o nível de processamento exigido pela tarefa de navegação em suas distintas fases, planejamento de rota (tarefa estratégica) e manutenção em rota (tarefa tática e tarefa operacional), pode ser compreendido a partir do modelo de Rasmussen (19864). Este modelo aborda três níveis de processamento da informação (Quadro 1): baseado em habilidades, em regras e em conhecimento. O processamento baseado em habilidades é essencialmente sensório-motor, e é ativado na realização de tarefas rotineiras. Para executá- 4 Rasmussen, J. Information processing and human-machine interaction: An approach to cognitive engineering. Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V. 215p. 1986. 34 las, o indivíduo requer o mínimo de recursos cognitivos e recorre aos padrões armazenados na memória de longa duração (BURNETT, 1998). Tarefas rotineiras são aquelas consideradas ‘automáticas’ pelo indivíduo, devido sua grande repetição (CYBIS et al. 2010). No contexto da navegação, exemplos de tarefas rotineiras são planejar a rota entre casa e o trabalho, planejar uma viajem para uma cidade já visitada outras vezes (BURNETT, 1998). O processamento baseado em regras é acionado para atender a situações familiares, como dirigir o veículo de um amigo, navegar pelas instruções de um passageiro (BURNETT, 1998). Em tarefas familiares, o indivíduo recorre ao seu ‘know how’, ou seja, a uma sequência de ações memorizadas por experiência (CYBIS et al. 2010). O processamento baseado em regras é classificado como sendo de nível médio em termos de demanda cognitiva, na escala de um a três, isto representa dois. O processamento baseado em conhecimento é ativado para a realização de tarefas inéditas, não familiares ao indivíduo, tal como navegar por uma rota desconhecida ou utilizar um SINGRA pela primeira vez (BURNETT, 1998). Trata-se do nível de processamento de maior exigência cognitiva, pois está relacionado ao planejamento de ações para a resolução de problemas (BURNETT, 1998; CYBIS et al. 2010). Diante de tarefas não familiares, o indivíduo recorre a conhecimentos obtidos em situações anteriores, e realiza um processo de inferência na tentativa de solucionar os problemas (CYBIS et al. 2010). Burnett (1998) afirma que a navegação por áreas pouco ou não familiares é uma tarefa que requer essencialmente o processamento baseado em regras e em conhecimento. Quadro 1 – Relação do processamento da informação e as tarefas de navegação. Nível de processamento da informação Tarefa de navegação Estratégica Tática Operacional Processamento baseado em habilidades Planejar a rota para ir de casa até o trabalho. Realizar manobras em locais conhecidos. Manipular os controles do veículo para a realização das manobras (ex.: girar o volante, acelerar, frear). Processamento baseado em regras Escolher entre duas rotas familiares. Navegar auxiliado por instruções de um passageiro. Dirigir um veículo não familiar (ex.: carro novo ou emprestado). Processamento baseado em conhecimento Planejar uma rota para uma viagem em local desconhecido. Navegar auxiliado por um mapa em local desconhecido. Manipular controles do veículo pela primeira vez (ex.: sistema de refrigeração, som, computador de bordo). Fonte: Adaptado de Burnett (1998). 35 2.4 Ergonomia, usabilidade e carga mental de trabalho A Associação Internacional de Ergonomia (International Ergonomics Association – IEA5) define ergonomia (ou fatores humanos) como uma disciplina científica dedicada ao entendimento da interação entre o homem e um sistema, bem como à aplicação de teorias e métodos no projeto de interfaces para o aperfeiçoamento dessa interação, em termos do bem estar humano e do desempenho global do sistema. A palavra ergonomia deriva do grego ‘Ergon’ que significa ‘trabalho’, e ‘Nomos’ que significa ‘normas, leis e regras’. Assim, diz- se que a ergonomia trata da adaptação do trabalho ao homem, e isto significa que seu objetivo é garantir que sistemas sejam adaptados às capacidades, limitações e necessidades do usuário, para que proporcionem usabilidade (IIDA, 2005; CYBIS et al. 2010). Usabilidade é a qualidade que caracteriza a interação com um sistema (CYBIS et al. 2010); um termo frequentemente empregado para referenciar, mais precisamente, os atributos de um produto que o torna mais fácil de usar (NBR 9241-11, 2002). A ISO 9241-11 (1998) define usabilidade como sendo a medida na qual um sistema pode ser utilizado por usuários específicos, para alcançar objetivos específicos, com eficiência, eficácia e satisfação, em um dado contexto de uso. Segundo Cybis et al. (2010), a usabilidade não pode ser compreendida como uma qualidade intrínseca de um sistema, mas dependente de um acordo entre as características do usuário, da tarefa, da interface que apoia a execução da tarefa, e do ambiente no qual se realiza a tarefa. A ISO 9241-11 (1998) afirma que a especificação ou a avaliação da usabilidade de uma interface deve ocorrer em termos de medidas de desempenho e satisfação do usuário, e que eficiência, eficácia e satisfação são as métricas de usabilidade. Portanto, ao se quantificar a eficiência, a eficácia e a satisfação de uso por uma interface, diz-se medir a usabilidade da interface. A ISO 9241-11 (1998) também ressalta que, embora a usabilidade de um sistema seja avaliada pela eficácia, eficiência e satisfação do usuário, a particularidade do contexto de uso de cada sistema é o que conduz a escolha de métodos e medidas apropriados de avaliação. No contexto de uso de sistema de guia de rota em automóvel, Pugliesi et al. (2013) afirmam que a usabilidade dessas interfaces é avaliada a partir da quantificação da carga mental de trabalho gerada no motorista, em decorrência da interação com esse tipo de sistema durante o desenvolvimento da tarefa de direção de um automóvel. Uma definição simples de carga mental de trabalho é a demanda física e (ou) 5 http://www.iea.cc/ 36 cognitiva que uma tarefa gera no indivíduo (DE WAARD, 1996). No entanto, esta definição atribui a CMT somente a fatores externos, isto é, à tarefa que se realiza, desconsiderando fatores que também podem influenciar nos recursos cognitivos requeridos pela tarefa, como as características individuais (ex.: experiência) e de grupo (ex.: gênero) do indivíduo, seu estado físico e (ou) psíquico (ex.: motivação) ou, ainda, fatores relacionados com o ambiente onde se desenvolve a tarefa (ex.: condições de iluminação) (DE WAARD, 1996; YOUNG; STANTON, 2005b, 2006). Os recursos cognitivos correspondem ao uso da memória e das regras relacionadas à tarefa, as quais são importantes nas tomadas de decisões (PUGLIESI et al. 2013). Por essa razão, a carga mental de trabalho tem sido compreendida em termos de carga experimentada e, neste caso, três conceitos se destacam: demanda da tarefa, carga de trabalho e esforço (DE WAARD, 1996; PUGLIESI et al. 2013). A demanda é as metas a serem cumpridas na tarefa; a carga de trabalho é a proporção de recursos cognitivos e físicos requeridos para atender a essa demanda, e o esforço é a mobilização do indivíduo para reagir à demanda da tarefa (DE WAARD, 1996; YOUNG; STANTON, 2005b, 2006). A complexidade da tarefa está diretamente relacionada com a demanda exigida do indivíduo. Isto significa que uma tarefa, ao gerar um alto índice de carga mental, será classificada como mais complexa comparada a uma tarefa que resulte em um baixo índice (PUGLIESI et al. 2013). Wickens et al. (2004) afirmam que à medida que a demanda de processamento aumenta, a complexidade da tarefa é maior e o índice de carga mental de trabalho cresce. A mensuração da CMT permite especificar o quanto da capacidade do sistema de processamento da informação humano é exigido pela tarefa (DE WAARD, 1996). Nessa quantificação, a memória de trabalho é uma estrutura importante, visto que o indivíduo toma as decisões somente depois de confrontar as informações recebidas pela memória icônica com os padrões retidos em sua memória permanente (WICKENS et al. 2004). Sendo assim, a mensuração da carga mental de trabalho do motorista, ao navegar auxiliado por um SINGRA, constitui-se em um problema central, quando o intuito é aumentar a usabilidade dessas interfaces, visando minimizar os riscos que seu uso podem causar no trânsito. 2.4.1 Medidas de avaliação da carga mental de trabalho A carga mental de trabalho pode ser determinada por meio do emprego de diferentes métodos de fatores humanos ou ergonômicos para a avaliação da usabilidade de uma interface (YONG; STANTON, 2005b). Todavia, no contexto de sistemas de guia de rota, os métodos mais utilizados são os cognitivos e comportamentais associados aos métodos psicofisiológicos 37 (PUGLIESI et al. 2013). Os métodos cognitivos e comportamentais são subdivididos em quatro grupos, dos quais se destacam os métodos de avaliação geral e os métodos de estimativa do índice de carga mental de trabalho subjetiva (STANTON, 2005b). Cada método emprega uma ou mais medidas de avaliação da CMT, e técnicas específicas são aplicadas na estimativa dessas medidas. As principais técnicas adotadas nos métodos de avaliação geral são a técnica de observação, análise de protocolo verbal e a aplicação de entrevistas. A técnica de entrevista é também a adotada no método de estimativa do índice de carga mental de trabalho subjetiva (STANTON, 2005b; PUGLIESI et al. 2013). As medidas empregadas nos métodos de determinação da carga mental de trabalho podem ser agrupadas em três grandes classes: medidas de desempenho da tarefa (primária e secundária), medidas subjetivas e medidas psicofisiológicas (WICKENS et al. 2004; YOUNG; STANTON, 2005b; PUGLIESI et al. 2013). As medidas de desempenho da tarefa e as medidas subjetivas pertencem ao grupo de métodos cognitivos e comportamentais; a terceira classe de medida pertence aos métodos psicofisiológicos (PUGLIESI et al. 2013). Pode-se dizer então que, para a avaliação da usabilidade de uma interface, a carga mental de trabalho é quantificada por um conjunto de medidas objetivas e subjetivas. A avaliação da usabilidade de interfaces de SINGRA, em termos eficiência, eficácia e de nível de satisfação do motorista, tem sido realizada pelo seguinte conjunto de medidas: demanda visual (medida de eficiência), erro navegacional (medida de eficácia), preferência (medida do nível de satisfação) e índice de carga mental de trabalho subjetiva (medida subjetiva de desempenho) (BURNETT, 2000; PUGLIESI et al. 2013). Tais medidas são coletadas em função do tipo de tarefa de navegação desenvolvida durante a direção do automóvel, para que, dessa forma, se possa correlacionar o desempenho e a satisfação do motorista aos aspectos de segurança no trânsito. As interfaces de SINGRA têm sido avaliadas, sobretudo, considerando a fase de manutenção em rota, em virtude de consistir em uma tarefa que pode trazer implicações negativas para a segurança na direção, por requer do motorista um processo de atenção dividida (PUGLIESI et al. 2013). 2.4.1.1 Demanda visual A demanda visual refere-se a uma medida objetiva pertencente ao grupo de métodos psicofisiológicos (PUGLIESI et al. 2013). Quantifica-se a demanda visual do usuário para se avaliar a eficiência de uma interface (POOLE; BALL, 2005). No uso de SINGRA, a demanda visual é utilizada para avaliar as implicações que a leitura dessa interface gera no desempenho 38 do motorista na tarefa de direção (LABIALE, 2001; PUGLIESI et al. 2013). A demanda visual é definida como a ação necessária para a obtenção de informação em uma interface, sendo associada ao ‘custo visual’ do sistema (PARKES, 1991; PUGLIESI et al. 2013). Green (1999) estabelece a seguinte relação entre demanda visual e risco de acidente no trânsito: “o tempo gasto com os olhos em uma interface é o tempo não gasto com os olhos na via”. A análise do movimento dos olhos é um método tradicionalmente aceito para quantificar a demanda visual e, com isso, mensurar a carga mental de trabalho para se estudar os problemas de usabilidade no contexto da Interação Homem-Máquina (TSIMHONI et al. 1999; POOLE; BALL, 2005). A literatura aponta um conjunto de cinco variáveis para a caracterização da demanda visual: número de olhadas, duração mínima da olhada, duração máxima da olhada, duração média da olhada e soma das olhadas (TSIMHONI et al. 1999; KLAUER et al. 2006; PUGLIESI et al. 2013). O ‘Número de olhadas’ é a quantidade de vezes que uma interface é consultada durante a realização de uma tarefa (TSIMHONI; GREEN, 2001; KLAUER et al. 2006). A ‘Soma das olhadas’ é o tempo total gasto com os olhos fora da via para consultar uma interface (TSIMHONI; GREEN, 2001; KLAUER et al. 2006). A ‘Duração mínima’ da olhada refere-se ao menor tempo despedido para consultar a informação em uma interface (PUGLIESI et al. 2013). A ‘Duração média’ da olhada é a soma das olhadas dividida pelo número de olhadas (TSIMHONI et al. 1999), e representa o tempo médio requerido pelo usuário para consultar uma interface. A ‘Duração máxima’ da olhada refere-se à olhada de maior tempo de duração, no conjunto de olhadas realizadas para consultar uma interface. A técnica de observação é a adotada para coletar os dados de movimento dos olhos do motorista durante a realização da tarefa de direção (PUGLIESI et al. 2013). Esta técnica é considerada apropriada, pois seu princípio é observar o indivíduo no momento em que realiza uma tarefa (tarefa principal) e, simultaneamente, interage com um produto (tarefa secundária) (STANTON et al. 2005b). A extração dos dados de demanda visual, em termos dessas cinco variáveis, pode ocorrer pela análise, ‘quadro a quadro’, dos vídeos de movimento dos olhos do motorista, a partir do uso de reprodutor de vídeo, como o Microsoft Windows Movie Make, o Microsoft Windows Media Player (CHING-TORNG et al. 2010; PUGLIESI et al. 2009). 2.4.1.2 Erro navegacional O erro navegacional é uma medida objetiva de desempenho na tarefa que pertence ao grupo de métodos cognitivos e comportamentais. Quantifica-se o número de erro 39 navegacional cometido pelo motorista, ao dirigir e utilizar um SINGRA, para se avaliar a eficácia dessa interface (PUGLIESI et al. 2013). O termo ‘erro navegacional’ representa o erro de direção cometido na realização de uma manobra (UANG; HWANG, 2003; PUGLIESI et al. 2013). Esse erro pode estar relacionado à perda da manobra, por exemplo, o motorista deixa de realizar a manobra, ou à tomada de direção errada na junção, por exemplo, o motorista manobra à esquerda ao invés de à direta (BURNETT, 1998; LIN et al. 2010). Diferentes técnicas podem ser aplicadas para a determinação dos dados de erro navegacional, seja a navegação realizada em simulador de direção ou diretamente em campo (PUGLIESI et al. 2013). Uma técnica é a análise de protocolo verbal (OBATA et al. 1993), a qual tem por princípio solicitar que o indivíduo verbalize todo seu pensamento (ex.: opiniões, estratégias) durante a realização da tarefa (WALKER, 2005). Outra possibilidade é solicitar que o motorista responda, em voz alta, qual direção de manobra interpretou a partir da informação exibida no mapa, e gravar sua resposta para posterior análise (LIN et al. 2010). Outra técnica de coleta de dados de erro navegacional é a observação (PUGLIESI et al. 2013). 2.4.1.3 Preferência A preferência refere-se também a uma medida do grupo de métodos cognitivos e comportamentais, porém relacionada à classe de medidas subjetivas. Quantifica-se a preferência do indivíduo para avaliar seu nível de satisfação com um produto (PUGLIESI et al. 2013). Burnett (2000) e Wickens et al. (2004) caracterizam a preferência como as experiências relatadas pelo operador da tarefa. As técnicas empregadas no levantamento de dados subjetivos, são os questionários e as entrevistas (PUGLIESI et al. 2013). Segundo Yo