Tango BlindNav. Navigation application for blind and visually impaired people

The importance of technology in human evolution has been of great importance over time. The technology has evolved in a gradual way that is directly proportional to both personal and societal human development; it has helped to alleviate stress and simplify life, and it has made life more pleasant itself. In the past few years, there has been a great growth and diffusion of technology in almost every aspect of everyday life. However, there are still many important areas where technological advances have not been implemented in a convenient and easy-to-use manner. One area is addressed in this thesis in the form of an indoor localization and navigation application for blind and visually-impaired individuals. This study intends to be used in a specific scenario, and it aims to improve the quality of life of the people involved through the use of this technology. At present, there are many navigation systems and applications providing help for the visually-impaired and blind users in indoor environments. However, none of these tools provide a solution to the problem due to the insufficient description of the environment and the navigational instructions. To achieve this end, this thesis proposes and implements a navigation system based on a brand-new technology, which is Google Project Tango. The proposed system helps the user to navigate and find desired services and locations inside a building. It aims to increase the autonomy of blind people in day-to-day indoor activities. The system continuously determines the user's location, calculates routes, provides feedback about the surrounding area, and gives instructions on how to move or interact with the system. In addition to these advantages, the study has designed the system to be as easy as possible to use, thus taking into account the concept of universal design. The developed prototype is written in Android, and it can be operated on all devices equipped with Tango technology.

L’importanza della tecnologia nell'evoluzione umana è stata di grande rilievo nel tempo: la tecnologia, evolvendosi costantemente ed in misura direttamente proporzionale allo sviluppo dell'uomo stesso, ha fatto in modo di aiutare, alleviare, semplificare e rendere più confortevole la vita stessa. Ultimamente si assiste ad una grande crescita e diffusione della tecnologia in quasi tutti gli aspetti della vita quotidiana; tuttavia, ci sono ancora molte aree vitali in cui i progressi tecnologici non sono stati ancora implementati in modo da risultare convenienti, efficienti e di facile utilizzo. Tali campi di applicazione, il cui studio è oggetto di questa tesi, comprendono la localizzazione e la capacità di movimento in spazi chiusi per persone non vedenti e ipovedenti: questo lavoro si propone quindi di agire in uno scenario specifico, e, come può facilmente immaginarsi, mira a dimostrare come è possibile migliorare la qualità della vita delle persone coinvolte grazie all’ausilio della tecnologia. Considerando l’attuale stato dell’arte, ci sono molti sistemi di ausilio agli spostamenti e applicazioni che forniscono aiuto agli ipovedenti e in particolare agli utenti non vedenti quando devono muoversi in ambienti chiusi: tuttavia, nessuno di essi fornisce una soluzione completa al problema, a causa della descrizione insufficiente dell'ambiente e della carenza di istruzioni congruenti per movimenti adeguati. In questa tesi verrà illustrata l’implementazione di un sistema di ausilio ai movimenti e agli spostamenti basato su una tecnologia di nuova concezione, ovvero Google Project Tango: tale sistema aiuta l'utente a muoversi autonomamente, e a trovare i servizi e i luoghi desiderati all'interno degli edifici, con lo scopo di aumentare l'autosufficienza dei non vedenti nelle attività quotidiane, svolte in ambienti chiusi. L’applicazione funziona determinando continuamente la posizione dell'utente, in modo da poter calcolare percorsi, fornire feedback riguardo l'area circostante, e dare istruzioni coerenti su come spostarsi o interagire con l’ambiente; oltre queste funzioni, il sistema è stato progettato per essere il più facile possibile da usare e user-friendly, tenendo conto del concetto del Design Universale: il prototipo sviluppato è scritto in Android e funziona su tutti i dispositivi dotati della tecnologia Tango. A rendere cosi speciali i dispositivi dotati della tecnologia Tango sono i tre servizi offerti, ovvero: tracciamento del movimento (Motion Tracking), percezione della profondità (Depth Information) e apprendimento dell’ambiente circostante (Area Learning). Grazie all’utilizzo di queste tre tecnologie, al dispositivo viene data la capacita di riconoscere l’ambiente dove si trova e di localizzare la propria posizione; i processi di riconoscimento e localizzazione sono possibili se e solo se l’area da riconoscere sia stata già precedentemente scansionata e salvata in un file di tipo ADF. Dal momento che lo scopo della tesi è realizzare un sistema completo per l’ausilio agli spostamenti delle persone non vedenti, i soli servizi offerti da Tango possono risultare insufficienti, e per questo motivo è stata progettata e implementata un’applicazione suddivisa in due parti distinte e con finalità differenti: una sezione viene usata dalla persona incaricata della creazione della mappa, mentre l’altra, destinata all’utente finale, è la persona non vedente che utilizzerà questo strumento per muoversi in ambienti complessi e non familiari. La realizzazione della mappa è un processo non molto complicato dal punto di vista concettuale: consiste nel muoversi nell’ambiente del quale si vuole realizzare la mappa, e descriverne la conformazione inserendo nodi o punti di interesse; i nodi possono essere di quattro tipi diversi, ovvero normale, terminatore, scale e ascensore. La scelta tra una di queste quattro tipologie dipende da ciò che si vuole rappresentare: per esempio, i punti di interesse o le destinazioni vengono rappresentati da un nodo terminatore, mentre scale e ascensori hanno un loro specifico nodo corrispettivo; i nodi semplici, invece, sono usati per costruire il percorso lungo il quale è possibile muoversi. Una volta terminato l’inserimento, i nodi vengono collegati uno con l’altro, formando così un grafo che rappresenterà anche la mappa finale; quando la mappa è completa viene salvata nel database, per poi essere utilizzata dalla persona non vedente per muoversi in quel determinato ambiente. La seconda parte dell’applicazione, come detto precedentemente, è quella destinata all’utilizzo da parte della persona non vedente. Durante le fasi di progettazione e implementazione si è cercato di seguire il più possibile il concetto di Design Universale, in modo da rendere quanto più facile possibile l’utilizzo dell’applicazione; inoltre, si è posta particolare attenzione nella scelta delle funzionalità da implementare e nella definizione dei meccanismi di interazione con l’applicazione, al fine di avere un prodotto finale affidabile e completo. In questo prototipo, l’interazione uomo-macchina avviene esclusivamente tramite comandi vocali: il processo di conversione della voce in testo avviene in locale, cioè non è necessaria una connessione internet, così come per il procedimento inverso, cioè la conversione del testo in voce, quando l’applicazione deve comunicare con l’utente; l’assenza della componente server-side fa sì che il funzionamento dell’applicazione si estenda anche alle aree prive di connettività. Per quanto riguarda il processo di guida agli spostamenti, si può dire che gli unici input che l’utente deve dare al sistema sono il nome della mappa e la destinazione da raggiungere: una volta inseriti questi due dati, il software calcola il percorso migliore per arrivare al punto prescelto utilizzando dell’algoritmo di Dijkstra, che calcola il percorso più breve tra la posizione dell’utente e il nodo di destinazione, e invia il percorso trovato al sistema di guida vocale, che si occuperà poi di scegliere quali indicazioni dare all’utente. Inoltre, durante gli spostamenti l’utente ha la possibilità di chiedere informazioni sullo stato del percorso, per esempio dove si trova esattamente e quanto è distante dalla destinazione inserita. La tesi si conclude quindi con una serie di test finalizzati ad osservare il comportamento dell’applicazione in diverse condizioni di funzionamento: l’obiettivo è capire quali siano i punti deboli o anche critici che possono compromettere il corretto funzionamento del sistema, cercando, ove possibile di fornire soluzioni ai vari problemi individuati; infine, sono state riportate alcune idee su possibili lavori che si possono sviluppare a partire dalla presente applicazione come base.