UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO FACITEC FACULDADE DE CINCIA E TECNOLOGIA DE CARUARU

APLICAO DE REALIDADE AUMENTADA AO ENSINO DE DESIGN: ESTUDO DE CASO DO GRUPO DE ESTUDO SKETCH E RENDERING DE PRODUTOS MO LIVRE

AUTOR: EWERTON M. DE MENDONA MONOGRAFIA DE CONCLUSO DO CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAO Orientador: Ccero GarroziCaruaru, 22 de junho de 2009.

EWERTON M. DE MENDONA

APLICAO DE REALIDADE AUMENTADA AO ENSINO DE DESIGN: ESTUDO DE CASO DO GRUPO DE ESTUDOS SKETCH E RENDERING DE PRODUTOS MO LIVRE

Trabalho de concluso de curso sobre Realidade Aumentada apresentado como parte das atividades para obteno do ttulo de Bacharel em Sistemas de Informao, do curso de Sistemas de Informao da Faculdade de Cincia e Tecnologia de Caruaru da Universidade de Pernambuco, rea de concentrao Realidade Virtual e Aumentada.

Aluno: Ewerton M. de Mendona Orientador: Ccero Garrozi

Caruaru, 2009ii

Dedico este trabalho a minha famlia que, a seu modo, sempre me apoiou.

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AGRADECIMENTOS

Agradeo a todos os que me ajudaram na elaborao deste trabalho. A minha famlia que me deu suporte para que eu pudesse me dedicar. Aos meus amigos que de alguma forma me ajudaram e/ou apoiaram, em especial a Elton Bezerra, Dhersy, Jancleidson Soares, Luis Alexandre e Tamires Neves. Ao Jovem Nerd que com os nerdcasts me descontrairam em momentos de canaso no desenvolvimento deste trabalho.

O cavaleiro prova seu valor por meio de seus atos.Kevin Dillon The Mighty

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RESUMO

A presente monografia investiga o uso da tecnologia de Realidade Aumentada como apoio ao professor. Este um trabalho que tem inteno de complementar o aprendizado na disciplina de Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre, no curso de Design. apresentada uma aplicao para integrao da Realidade Aumentada para validao em apoio ao aprendizado. Tambm discutida sua aplicao em um ambiente de sala de aula e seu impacto diante o professor e dos alunos para demonstrar sua factibilidade. Palavras-chave: realidade aumentada, ensino, design, 3D.

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ABSTRACT

This dissertation investigates the use of Augmented Reality and support teacher to teach. This is a work that has intended to complement the learning in the discipline of Sketch and Rendering Products to Free Hand, in the course of Design. Receive an application for integration of Reality Increased support for validation in learning. Its application is discussed in a environment of the classroom and their impact before the teacher and students to demonstrate their feasibility. Keywords: augmented reality, education, design, 3D.

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LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 Jogo para PlayStation 3: The Eye of Judgment .................................................. 3 Figura 2 Site de divulgao do Mini Cabrio. .................................................................... 3 Figura 3 Uso da realidade aumentada na medicina pela University of Rochester. .......... 4 Figura 4 Grfico das diversas realidades. ......................................................................... 9 Figura 5 Realidade Aumentada com Optical See-Trough .............................................. 10 Figura 6 - Realidade Aumentada com Video See-Through............................................... 11 Figura 7 Realidade Aumentada Baseada em Projeo, diagrama. ................................. 12 Figura 8 Realidade Aumentada Baseada em Projeo. .................................................. 12 Figura 9 Realidade Aumentada Baseada em Monitores................................................. 13 Figura 10 Diagrama de funcionamento do ARToolKit .................................................. 17 Figura 11 Suite Blender 3D e plug-in para exportao de modelos para o formato Collada e as suas configuraes. .............................................................................................. 24 Figura 12 - ARToolKit Maker Generator reconhecendo a rea onde est o smbolo (linha vermelha) no marcador fiducial. .............................................................................................. 25 Figura 13 rvore dos componentes do A.R.Tutor. ........................................................ 32 Figura 14 Posio do professor, da webcam, marcador e notebook. .............................. 32vii

Figura 15 - Imagem do marcador utilizado no estudo de caso. ......................................... 33 Figura 16 Tela do A.R.Tutor. ( esquerda) Menu com a representao dos objetos virtuais, e a exibio da realidade aumentada ( direita). ........................................................ 35 Figura 17 Visualizao dos objetos virtuais e sombra aplicada: cubo fosco (a), esfera fosca (b), objeto complexo plstico acetinado (c), cubo cromado (d), esfera madeira (e), objetos complexos em vidro (f) ................................................................................................ 36 Figura 18 - Trecho de cdigo em ActionScript que procede a troca de objetos virtuais. . 36

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Resultado do Questionrio 1, que contextualiza a amostra utilizada neste trabalho. .................................................................................................................................... 42

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

GE-SRPML Grupo de Estudo Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre. MXML Macromedia Extentible Mark-up Language. XML - Extentible Mark-up Language.

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SUMRIO

1 Introduo ........................................................................................................... 1 2 As Diversas Realidades: Realidade Virtual, Realidade Misturada, Realidade Aumentada e Virtualidade Aumentada .................................................................... 62.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Realidade Virtual................................................................................................................ 7 Realidade Misturada .......................................................................................................... 8 Realidade Aumentada ....................................................................................................... 9 Virtualidade aumentada ................................................................................................... 13 Discusso do Captulo .................................................................................................... 14

3 Pedaos da Realidade: Bibliotecas, Padres e Aplicativos Auxiliares ........ 153.13.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4

Bibliotecas de Realidade Aumentada ............................................................................. 15ARToolKit.................................................................................................................................. 16 NyARToolKit ............................................................................................................................. 17 FLARToolKit ............................................................................................................................. 17 FLARManage ........................................................................................................................... 18

3.23.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

Padres para Modelos 3D............................................................................................... 19OpenGL .................................................................................................................................... 19 VRML ....................................................................................................................................... 20 Collada ..................................................................................................................................... 21 PaperVision3D ......................................................................................................................... 22

3.33.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4

Programas Auxiliares ....................................................................................................... 22Vivaty Studio ............................................................................................................................ 23 Suite Blender 3D ...................................................................................................................... 23 VizualPV3D .............................................................................................................................. 24 ARToolKit Maker Generator ..................................................................................................... 25

3.4

Discusso do Captulo .................................................................................................... 26

4 Construindo a Realidade: Implementao do A.R.Tutor ............................... 294.1 Arquitetura da aplicao .................................................................................................. 31

4.24.2.1 4.2.2 4.2.3

Interaes com Interface Tangvel .................................................................................. 33Marcadores em Forma de Placa .............................................................................................. 33 Limitao dos Marcadores ....................................................................................................... 34 Perda de Vista do Marcador ..................................................................................................... 34

4.34.3.1 4.3.2

Funcionalidades da Aplicao......................................................................................... 35Interao do professor com o menu ......................................................................................... 35 Interao do professor com o marcador................................................................................... 37

5 Experincias Reais: Estudo de Caso do A.R.Tutor ....................................... 385.1 5.2 5.35.3.1 5.3.2

Avaliao do ambiente .................................................................................................... 39 Acompanhamento da aula .............................................................................................. 41 Anlises ........................................................................................................................... 42Anlise dos Questionrios Aplicados aos Alunos .................................................................... 42 Anlise dos Resultados do Questionrio Aplicado ao Professor ............................................. 48

Consideraes finais ............................................................................................. 515.4 Futuras realidades: Trabalhos Futuros ........................................................................... 52

Apndice A ............................................................................................................. 58 Apndice B ............................................................................................................. 59 Apndice C ............................................................................................................. 60 Apndice D ............................................................................................................. 61

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INTRODUO

O processo educacional, em certas reas, necessita de materiais fsicos para ilustrao e/ou experimentao que ajudam no processo cognitivo dos alunos. Esses materiais so importantes no contexto da aula, contudo o seu uso acarreta na sua manipulao, manuteno, transporte e sua armazenagem, ocasionando um trabalho extra para o professor. Todos esses problemas limitam o profissional, onde uma ampliao de amostragem de artefatos poderia proporcionar uma gama maior de experimentos e simulaes. Assim, em alguns casos, pode ocorrer uma diminuio do potencial de aprendizagem ao utilizar uma biblioteca de objetos limitada para a ilustrao do conhecimento pelo professor nas aulas. A virtualizao desses objetos soluciona em grande parte os problemas relativos ao transporte, armazenagem, manuteno e pode ajudar em sua manipulao rompendo barreiras ditadas pelas leis da fsica. Os ambientes virtuais so excelentes para simulaes de realidade onde o indivduo pode manipular esta realidade artificial sem limitaes de recursos escassos e/ou leis fsicas tendo apenas seu limiar definido pelo poder computacional disponvel. Mas o inicio da histria das realidades artificiais se iniciaram por um cineasta. Morton Heiling foi considerado o primeiro a propor um sistema imersivo criando uma nova realidade ao usurio na dcada de 1950. Para ele, seu equipamento, o Sensorama, seria o cinema do futuro, levando o usurio para a realidade definida nos filmes (Packer, 2001). No sensorama, o usurio era submetido a diversas manipulaes artificiais de seus sentidos (tato, audio, viso e olfato) relacionados cena que assistia. Dessa forma, era criada uma iluso de realidade. Ele no obteve o sucesso esperado, mas deu inicio ao pensamento de imerso em realidades artificiais que foi pesquisado por Ivan Sutherland, engenheiro, na dcada de 1960. Sutherland definiu o que1

conhecemos hoje como computao grfica, atravs de seu trabalho Sketchpad e logo aps comeou a trabalhar no Ultimate Display (Packer, 2001), que foi concludo no final da dcada de 60 e considerado como o primeiro capacete de realidade virtual. Ele foi o precursor de uma srie de pesquisas para interfaces para a realidade virtual. Mas o conceito de realidade virtual foi definido por Jarom Lanier na dcada de 1980 (Biocca, 1995), artista e cientista da computao. Sua contribuio est na juno de conceitos antagnicos (a realidade como conhecemos e a realidade artificial) em um novo conceito (realidade virtual) capaz de captar a essncia dessa tecnologia: a busca pela fuso do virtual com o real. Dessa forma, outros conceitos sobre realidade virtual nasceram (Burdea, 1994), (Vince, 1995, 2004), e (Sherman, 2003) tentando captar a melhor forma de definir a realidade virtual e ento Milgram (1994) estabeleceu um nvel de mistura entre as duas realidades, virtual e real. Neste ponto surgiram os extremos dessa pesquisa: de um lado a realidade virtual, do outro a realidade misturada. Esta ltima ainda possui duas direes: a realidade aumentada, foco dessa pesquisa, e a virtualidade aumentada. A realidade aumentada aproveita parte da realidade na gerao da imagem, dessa forma poupa o poder computacional disponvel, aproveitando na gerao de artefatos que so inseridos na realidade capturada. O termo foi usado pela primeira vez por Tom Caudell, enquanto estava na Boeing ajudando trabalhadores a montar cabos em aeronaves (Ditlea, 2002). Esta pesquisa pretende mostrar que a Realidade Aumentada (RA) utilizada na educao para o ensino de design facilita o trabalho do professor atuando como mais um auxilio ao aprendizado e para os alunos como sendo uma ferramenta extra, introduzindo informaes em trs dimenses que, portanto, amplia o repertrio de possibilidades de apoio ao ensino. Para isso, um aplicativo foi desenvolvido utilizando uma biblioteca de RA. Fizemos pesquisas de recepo durante uma aula do Grupo de Estudo Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre, do curso de Design, da UFPE, campus do Agreste e analisamos textualmente os dados coletados para validar a receptividade da tecnologia. Deste ponto em diante a menso ao Grupo de Estudo Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre, do curso de Design ser pelo acrnomo GE-SRPML. Os trabalhos em torno de Realidade Aumentada sugerem sua utilizao na exibio de informaes inseridas na viso da realidade em diversas reas como, por exemplo, a exibio de objetos virtuais em um site de comrcio eletrnico (Medeiros, 2008); para o2

entretenimento, como o jogo The Eye of Judgment para a plataforma Playstation 3 (Sony, 2007), que utiliza o conceito de realidade aumentada associado a um jogo de cartas, (Figura 1); na publicidade, por exemplo a campanha do Mini Cabrio (BMW, 2009), onde um anncio com o marcador foi publicado em uma revista e ao entrar no site do fabricante do veculo a webcam era acionada e acima do marcador era exibido o carro (Figura 2); na medicina, onde projees 3D so construdas com base em exames e posteriormente exibidas atravs de RA (Figura 3); atravs de tutoriais, na utilizao de RA como um assistente para montagem de equipamentos; no aprendizado, existem alguns trabalhos relacionados como os livros em RA, onde as pginas possuem marcadores que ampliam o contedo das pginas com modelos 3D.

Figura 1 Jogo para PlayStation 3: The Eye of Judgment

Fonte: http://ps3.ign.com/articles/822/822482p1.html

Figura 2 Site de divulgao do Mini Cabrio.

Fonte: http://www.flickr.com/photos/timmee/3100135123/

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Figura 3 Uso da realidade aumentada na medicina pela University of Rochester.

Fonte: http://www.cs.rochester.edu/~brown/Images/brain_tumor_ar.gif Este trabalho possui como objetivo geral a exposio de um aplicativo construdo com base em uma biblioteca de realidade aumentada para uma classe de alunos do curso de Bacharelado em Design da UFPE, campus Agreste, no grupo de estudos Sketch e Rendering de Produtos Mo Livre, observando a influncia da exposio dessa tecnologia do ponto de vista do professor e do aluno. Para a realizao do objetivo geral, a concretizao de objetivos especficos ser necessria, tais como: pesquisar por uma biblioteca de realidade aumentada que possua caractersticas que facilitem a produo do aplicativo; a confeco do aplicativo que ajude nas demonstraes em sala de aula; a exposio desse aplicativo em uma aula; coleta de respostas de um questionrio visando quantificar e qualificar a percepo da influncia da tecnologia sobre a melhora da aula para o aluno atravs da anlise dos dados obtidos. O trabalho possui como justificativa o aperfeioamento do ensino j aplicado em design de produtos, onde o professor poder utilizar modelos virtuais em trs dimenses ao invs de objetos reais para demonstrao da incidncia de luz e produo de sombras para produo de sketch durante as aulas, observando, dessa forma, a produo de sombras em diversos objetos virtuais e sua influncia em texturas diversas, e facilitando a manuteno, manipulao, armazenamento e transporte de material educativo. Para os alunos, o ganho est no aumento da biblioteca de artefatos disponveis para exibio em aula, alm dos ganhos relacionados educao e cognio proporcionados pela exibio de objetos virtuais e variedade de4

visualizaes que o controle ldico atravs de um marcador permite para esses objetos virtuais. A pesquisa realizada neste trabalho inferiu que a biblioteca de realidade aumentada que apresentou menor dificuldade de concepo no desenvolvimento foi o FLARToolKit (FLARToolKit, 2009). Alm disso, a utilizao desta biblioteca gera um arquivo flash que portvel, pois sua mquina virtual, o Sandbox, est disponvel para vrios sistemas operacionais. A exibio do arquivo pode ser realizada atravs de um ambiente desktop ou at mesmo pela Internet. O ambiente de desenvolvimento Flex Builder 3 (Adobe, 2009) foi utilizado para a construo da aplicao na biblioteca FLARToolKit. Buscou-se identificar um professor-alvo, provvel usurio do aplicativo, visando-se levantar as necessidades que poderiam ser supridas com o uso da tecnologia proposta. Assim, um aplicativo foi construdo para resolver as necessidades observadas. Procurou-se exibir uma demonstrao ao professoralvo antecipadamente visando a sua ambientao no manuseio dos marcadores, alm da observao do uso da tecnologia ao longo da aula expositiva para levantar algumas possveis adaptaes ao programa. Previamente realizao da aula, o ambiente de ensino foi inspecionado para averiguar as necessidades exigidas no projeto: uso de um computador, datashow, webcam e iluminao suficiente para a captao dos marcadores. Ao final foi realizado um teste para a sua anlise pessoal sobre o aproveitamento da turma. Criou-se ainda um questionrio para a verificao de aproveitamento deste trabalho quanto influncia gerada pelo uso do programa. Aps a aula, o professor foi entrevistado. Esta monografia est dividida da seguinte forma: no Captulo 1 so abordados conceitos, bem como algumas aplicaes relacionadas realidade virtual (RV) e aumentada (RA). O Captulo 2 apresenta as bibliotecas de RA, padres para modelos 3D e aplicativos auxiliares relacionados RA. No Captulo 3 apresenta a ferramenta A.R.Tutor desenvolvida. No Captulo 4 feito um estudo de caso do A.R.Tutor, monstrando o uso da ferramenta em sala de aula com o professor e os alunos e as anlises referente ao experimento. Por fim, o Captulo final contm a concluso do presente trabalho e alguns trabalhos futuros.

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AS DIVERSAS REALIDADES:

REALIDADE VIRTUAL, REALIDADE MISTURADA, REALIDADE AUMENTADA E VIRTUALIDADE AUMENTADA

Imagina agora o estado da natureza humana com respeito cincia e ignorncia, conforme o quadro que dele vou esboar. Imagina uma caverna subterrnea que tem a toda a sua largura uma abertura por onde entra livremente a luz e, nessa caverna, homens agrilhoados desde a infncia, de tal modo que no possam mudar de lugar nem volver a cabea devido s cadeias que lhes prendem as pernas e o tronco, podendo to-s ver aquilo que se encontra diante deles. Nas suas costas, a certa distncia e a certa altura, existe um fogo cujo fulgor os ilumina, e entre esse fogo e os prisioneiros depara-se um caminho dificilmente acessvel. Ao lado desse caminho, imagina uma parede semelhante a esses tapumes que os charlates de feita colocam entre si e os espectadores para esconder destes o jogo e os truques secretos das maravilhas que exibem. Alegoria da Caverna - Plato

Este Captulo aborda as definies de realidade virtual, realidade misturada e realidade aumentada, objeto de estudo desse trabalho. Para o melhor entendimento, a realidade virtual emgloba a realidade misturada. J a realidade misturada composta de elementos reais e virtuais em sua exibio e a quantidade de elementos virtuais e reais definem a realidade aumentada, mais elementos reais do que virtuais, e a virtualidade aumentada, mais elementos virtuais do que reais. Estes conceitos so melhores definidos nos prximos tpicos.

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2.1

Realidade VirtualA RV consiste em um contexto gerado artificialmente exposto aos sentidos de uma

pessoa de modo a substituir a realidade que ela considera como real, reagindo s interaes do indivduo exposto. Outras definies de realidade virtual podem ser encontradas em (Burdea, 1994), (Vince, 1995, 2004), e (Sherman, 2003). A realidade virtual tornou-se possvel graas pontencializao do uso dos computadores para o clculo dos resultados. Esses resultados so necessrios para criar uma apresentao aos sentidos humanos de forma que a mquina possa reagir a alguma modificao focal realizada pelo indivduo com o menor atraso possvel. Dessa forma, o resultado exibido pode ser considerado como sendo uma resposta em tempo real. A interao do contexto pelo usurio, modificando a realidade proposta, possui grande importncia, pois a capacidade computacional prioritria: proporciona uma realidade alternativa de forma convincente. A interao dos objetos existentes no mundo proposto fornece ao usurio a possibilidade de modificao dessa realidade. A observao dos resultados de seus atos mais um ponto que aumenta a sensao de imerso e crendice do usurio ao que ele recebe pelos sentidos (Lvy, 1996) Estando o foco no senso de presena do usurio, a realidade virtual pode ser classificada como imersiva ou no-imersiva. A realidade imersiva utiliza perifricos acoplados ao usurio substituindo a realidade vigente de forma ampla. Exemplos desses perifricos so os dispositivos com 6DOF, luvas de dados, sensores de entrada biolgicos, vdeo-capacetes (Head-Coupled Display, HMD) (Kirner, 2006). A realidade no-imersiva abre uma janela na realidade vigente e atravs dela o usurio observa a realidade proposta. Para realizar tal tarefa, ela utiliza-se de monitores, sistemas de projeo e monitores acoplados em culos. A partir dos estudos sobre realidade virtual, surgiram outras reas de pesquisa, dentre as quais destacamos a realidade misturada, que ser abordada a seguir.

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2.2

Realidade MisturadaSegundo Claudio Kirner e Romero Tori (Kirner, 2006) existe certa confuso na utilizao

dos termos de realidade misturada e realidade aumentada. A realidade misturada um contexto mais amplo e um dos pontos abordados a realidade aumentada. Neste caso a realidade aumentada esta contida na realidade misturada. O uso indiscriminado dos termos leva a maior popularizao do termo realidade aumentada. Claudio Kirner e Romero Tori (2006) ainda definem como realidade misturada o ambiente fsico exibido ao usurio e unificado visualmente com objetos virtuais tridimensionais gerados artificialmente com o apoio de algum dispositivo tecnolgico, em tempo real. Existem diversas formas de exposio dessa realidade ao usurio, tais como o capacete misturador de viso direta HMD, usado tanto na realidade virtual quanto em aplicaes Para realidade aumentada, onde lentes especiais exibem a realidade frente e possuem projetores que jogam os objetos a serem acrescentados nas lentes. O usurio ento enxerga a mistura desses elementos. O principal problema desse aparato a diminuio da iluminao externa em detrimento da melhoria da exibio de objetos artificiais. A cmera existente no capacete captura as imagens da realidade apenas para servir de base para o tratamento das posies dos objetos. Outra verso deste capacete utiliza as imagens capturadas pela cmera como base para acrescentar os objetos virtuais, misturando-as. Assim, as imagens so emitidas pelos monitores diretamente nos olhos. A proposta mais simples de utilizao de realidade aumentada o uso de uma webcam capturando assim a cena real onde sero inseridos os objetos virtuais e exibindo-os no monitor ou datashow. Nota-se, portanto, que o poder computacional necessrio para gerao de outra realidade diminudo, j que h um reaproveitamento de imagens do ambiente real e apenas certos objetos so exibidos. Assim, a iluso proposta pode ser mais convincente, completando os ambientes que sero tratados pelos usurios como uma nica realidade. A pespectiva da realidade misturada (RM) pode ser abordada de duas formas: na primeira maneira, chamada de realidade aumentada (RA), um ambiente real acrescido de objetos virtuais e a interface est no ambiente real; os objetos visualizados e possivelmente8

manipulados so inseridos nesta interface. A segunda maneira chamada de virtualidade aumentada (VA) e ocorre quando se tem um ambiente virtual e os objetos reais so inseridos neste ambiente; a interface situa-se no ambiente virtual mesmo que existam objetos reais na cena misturada que possam ser visualizados e manipulados. Podemos visualizar graficamente estes conceitos atravs da Figura 1 de Reality-Virtuality Continuum (Milgram, 1994).

Figura 4 Grfico das diversas realidades.

Fonte: (Kirner, 2006).

2.3

Realidade AumentadaAssim como a realidade virtual, a realidade aumentada possui vrias definies segundo

Claudio Kirner e Romero Tory (Kirner, 2006): uma particularizao de realidade misturada, quando o ambiente principal real ou h predominncia do real; o enriquecimento do ambiente real com objetos virtuais, usando algum dispositivo tecnolgico, funcionando em tempo real; uma melhoria do mundo real com textos, imagens e objetos virtuais, gerados por computador (Insley et L., 2003); a mistura de mundos reais e virtuais em algum ponto da realidade/virtualidade contnua que conecta ambientes completamente reais a ambientes completamente virtuais (Milgran et L., 1994);

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um sistema que suplementa o mundo real com objetos virtuais gerados por computador, parecendo coexistir no mesmo espao e apresentando as seguintes propriedades: Combina objetos reais e virtuais no ambiente real; Executa interativamente em tempo real; Alinha objetos reais e virtuais entre si; Aplica-se a todos os sentidos, incluindo audio, tato, fora e cheiro (Azuma, 2001). A realidade aumentada utiliza o poder computacional disponvel para gerar objetos virtuais, definir sua localizao e transformaes, acrescentando-os a uma realidade capturada inicialmente. O sistema depende incondicionalmente da gerao das imagens misturadas em tempo real. A classificao desta realidade est direcionada nas caractersticas do display utilizado (Jukemura, 2007). Classificando, portanto, em: 1. Realidade Aumentada com Optical See-Through: neste caso o display utilizado um HMD Head-Mounted Display, utilizando visores transparentes. A Figura 5 ilustra essa tcnica.

Figura 5 Realidade Aumentada com Optical See-Trough

Fonte: (Jukemura, 2007)10

2. Realidade Aumentada com Video See-Through: Essa classificao tambm utiliza os capacetes de realidade virtual HMD com modificaes no visor, que se tornam opacos e o uso de cmeras de vdeo para projetar o que se v. Neste caso um computador mistura as imagens reais e virtuais (Figura 6).

Figura 6 - Realidade Aumentada com Video See-Through

Fonte: (Jukemura, 2007). 3. Baseada em Projetores: Superfcies de projeo do mundo real so utilizados para os objetos virtuais. A fuso acontece onde projetores multimdia projetam os objetos virtuais em um determinada superfcie pr selecionada, como pode ser visto nas Figuras 7 e 8. Essa foi uma das formas adotada por este trabalho.

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Figura 7 Realidade Aumentada Baseada em Projeo, diagrama.

Fonte: (Jukemura, 2007)

Figura 8 Realidade Aumentada Baseada em Projeo.

Fonte: (Jukemura, 2007) 4. Baseada em Monitor: Essa a forma mais econmica e a mais popular de utilizao da tecnologia, onde uma cmera de vdeo, webcam, captura imagens e o computador mescla as imagens, real e virtual, as exibindo em um monitor (Figura 9).

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Figura 9 Realidade Aumentada Baseada em Monitores.

Fonte: (Jukemura, 2007) Existem trs aspectos importantes relacionados RA: a renderizao de alta qualidade do mundo combinado; calibrao precisa, envolvendo o alinhamento dos virtuais em posio e orientao dentro do mundo real; interao em tempo real entre objetos reais e virtuais (Kirner, 2006). Para uma melhor imerso e credulidade da RA existe a possibilidade da utilizao de cmeras de boa qualidade, recursos multimdia onde imagens e sons de alta qualidade so utilizados, alm de geradores de odor e luvas que reproduzem sensaes tteis. A maior preocupao desse tipo de sistema o poder computacional disponvel para a produo dos objetos virtuais de forma realstica e a sua insero nos quadros capturados pela cmera. Atualmente, os computadores com alto poder de processamento esto mais acessveis e possuem caractersticas alm como transferncia de mdia (imagem, som, etc) e suporte a dispositivos no convencionais, como os capacetes HMD.

2.4

Virtualidade aumentadaA quantidade de imerso de realidade no mundo virtual define o conceito de virtualidade

aumentada. Dessa forma, quando o mundo exposto ao usurio virtual e alguns elementos so reais, acontece virtualidade aumentada (Kirner, 2006). Tambm pode ser definida como13

o enriquecimento do ambiente virtual com elementos reais pr-capturados ou capturados em tempo real. As aplicaes geradas atravs de virtualidade aumentada visam colocar o indivduo, reconstrudo em imagem, ou parte dele em mundo virtuais. A interao do real com objetos desse mundo virtual tambm foco das pesquisas relacionadas VA. Dessa forma a interao humana em ambientes virtuais ser mais simptica e poder conseqentemente gera um melhoramento nas relaes humanas em mundos virtuais atravs de avatares

2.5

Discusso do CaptuloA realidade virtual possui o intuito de inserir o indivduo em um mundo completamente

virtual, criando o mximo possvel sensao do mundo real. Sua prioridade est na interao do usurio com o mundo artificial criado. A realidade aumentada, derivada da realidade misturada, combina o mundo real com o mundo virtual atravs de mecanismos que mantm o senso de presena do indivduo no ambiente real. Sua prioridade est na qualidade das imagens geradas e a interao com o usurio. A realidade aumentada utiliza rastreamento ptico, viso computacional, e interaes multimodais para criar o senso de presena, enquanto recursos multisensoriais so utilizados em um nmero muito maior na realidade virtual. Os recursos necessrios para o desenvolvimento de aplicaes para a realidade misturada, mais precisamente para a realidade aumentada, so significativamente menores e menos dispendiosos, necessitando, portanto, de menor poder computacional, j que h um aproveitamento das imagens do mundo real para compor a nova realidade.

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3

PEDAOS DA REALIDADE:

BIBLIOTECAS, PADRES E APLICATIVOS AUXILIARES

SCREEN: If you want to know, follow the white rabbit. NEO: What the hell.... The Matrix Movie, Larry and Andy Wachowski

Este Captulo se prope a expor as observaes encontradas nos diversos componentes explorados durante esta pesquisa, as qualidades e os problemas encontrados no desenvolvimento de um aplicativo para auxiliar o professor na exibio de objetos virtuais que complementem sua aula e possam ampliar o escopo do ferramental disponvel para melhorar o aprendizado. Ao final do Captulo encontram-se as concluses observadas diante do trabalho realizado com a escolha da biblioteca, do padro de arquivos para objetos 3D e aplicativos auxiliares para a concretizao de forma eficaz e eficiente.

3.1

Bibliotecas de Realidade AumentadaExistem diversas bibliotecas disponveis para construo de aplicativos baseados em

realidade aumentada. Durante este trabalho encontrou-se muito material relacionado ao ARToolKit (Lamb, 2009). Apesar de existem outras bibliotecas que se propem a facilitar a criao de aplicativos para RA, algumas dessas bibliotecas so comerciais como o ARToolWorks (ARToolWorks, 2009). O foco inicial da pesquisa mantem-se no ARToolKit, tanto pelo fato de estar sob a licena GNU (General Public License) quanto pela quantidade15

de material disponvel para pesquisa. A partir dela foram encontradas outras bibliotecas. As sesses a seguir apresentam algumas das bibliotecas pesquisadas, expondo suas caractersticas e os problemas encontrados na produo da aplicao.

3.1.1 ARToolKit O ARToolKit uma biblioteca escrita em C para criao de aplicaes de Realidade Aumentada. Foi originalmente escrita pelo Dr. Hirokazu Kato em 1999, e foi liberada pela University of Washington/HIT Lab (Lamb, 2009). Ela mantida como um projeto com licena GNU e atualmente encontra-se na verso 2.72.1. Tambm avaliada com uma licena comercial pela ARToolWorks. A verso comercial atual a 4.3. O ARToolKit funciona baseada em viso computacional, processamento digital de imagem e posicionamento de imagem. Graas a isso, a biblioteca exige um poder computacional grande j que esses processos so realizados em vrios quadros por segundo causando a sensao de movimento para o usurio. A biblioteca utiliza marcadores fiduciais que so imagens impressas em branco e preto, compostas por uma moldura preta e no seu interior um smbolo previamente treinado pela biblioteca para reconhecimento posterior. O processo utilizado pela biblioteca consiste em receber a imagem capturada pela cmera, converter essa imagem em valores binrios (preto e branco), para em seguida examin-la em busca de regies quadradas. Aps encontr-la realizada uma nova busca dentro dessa regio a procura de um smbolo que coincida com os padres armazenados em sua biblioteca de smbolos. Se houver reconhecimento via semelhana entre smbolos de referncia previamente arquivados, o ARToolKit calcula o tamanho e a orientao do padro para encontrar a posio real da cmera em relao a posio real do marcador. Ento, uma matriz 3x4 criada para armazenar as coordenadas reais da cmera em relao ao marcador. Esta matriz utilizada para calcular a posio da cmera virtual. A preciso das cmeras, real e virtual, define a preciso da renderizao do objeto virtual acima do marcador. A Figura 10 exibe o fluxo deste processo para a mistura das imagens real e virtual.

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Figura 10 Diagrama de funcionamento do ARToolKit

Fonte: http://www.metade.org/research/phd/artoolkit/diagram.jpg

3.1.2 NyARToolKit O NyARToolKit (Nyatla, 2008) uma biblioteca open source baseada no ARToolKit para possibilitar a criao de aplicativos nas linguagens C#, JAVA, Android e ActionScript 3.0. Seu desenvolvimento se deve ao esforo de Nyatla. Em observaes realizadas no mesmo por Nyatla (2008), a biblioteca em JAVA mostrou-se mais rpida que o ARToolKit. A biblioteca utiliza o mesmo processo utilizado no ARToolKit. A falta de material explicativo sobre o usuo desta biblioteca foi o motivo para no utilizarmos na construo do aplicativo.

3.1.3 FLARToolKit O FLARToolkit (FLARToolKit, 2009) a implementao da biblioteca mais popular das implementaes do NYARToolKit. Escrita em ActionScript 3.0 ela executada dentro do plug-in Flash Player (Adobe Inc., 2009) a partir da verso 9, sendo que a verso 10 ampliou suas possibilidades com os aprimoramento da linguagem ActionScript 3.0 em relao ao tratamento de objetos 3D. O plug-in Flash Player era produzido pela Macromedia Inc. e recentemente foi adquirida pela Adobe.

17

Esta implementao se popularizou graas capacidade de desenvolvimento de aplicaes de Realidade Aumentada atravs da internet. As aplicaes no precisam ser compiladas em um executvel compatvel com o sistema operacional do computador do usurio. Dessa forma a portabilidade se aplica aos sistemas operacionais onde o plug-in do Flash Player esteja disponvel. A verso 10 do Flash Player est sendo disponibilizada para a plataforma Windows, Macintosh e Linux, sendo estes os sistemas operacionais mais populares atualmente. Apesar dos seus benefcios de portabilidade e da possibilidade da utilizao da Internet para exibio da aplicao, nos testes ela demonstrou ser mais lenta, exigindo mais poder computacional do computador para os clculos necessrios para o processamento da biblioteca. Para a exibio dos aplicativos criados na plataforma Flash necessrio um navegador com o plug-in Flash verso 9 ou superior instalado, ou o Adobe Air, que reproduz arquivos Flash sem a necessidade de um navegador com o plug-in. Atualmente esta biblioteca sendo utilizada em vrias campanhas publicitrias pela facilidade de utilizao pelo usurio, pois a nica exigncia ter uma webcam instalada em seu computador e uma conexo com a internet, no havendo necessidade de instalar arquivos extras no sistema.

3.1.4 FLARManage O FLARManage (Scololofsky, 2009) foi desenvolvido por Eric Socolofsky como um framework para auxiliar na criao de aplicativos utilizando a biblioteca FLARToolKit. Encontra-se atualmente na verso 0.1. Foram realizadas algumas melhorias em relao ao FLARToolKit como a utilizao de vrios marcadores na mesma cena e a correo como quando o objeto 3D no desaparece da imagem aps a sada do marcador da rea de exibio. O FLARManage se mostrou ainda mais pesado que o FLARToolKit. Apesar de facilitar o trabalho e aumentar as possibilidades da biblioteca original, a qualidade da imagem exibida visivelmente inferior. Na documentao da biblioteca no foi encontrado o motivo desta diminuio de qualidade da imagem.18

A implementao exige mais do desenvolvedor devido ao aumento na quantidade de parmetros mas isto no chega a ser um empecilho devido a possibilidade de utilizao de mltiplos marcadores. A escolha da biblioteca se deveu a fatores que facilitassem a implementao da aplicao no tempo proposto para a concluso deste trabalho. Para isso a existncia de documentao que ajudasse na elaborao do aplicativo era fundamental. Outro ponto era a facilidade de instalao e a necessidade de arquivos adcionais. Por fim temos a portabilidade e a velocidade da biblioteca.

3.2

Padres para Modelos 3DAs diferentes implementaes utilizam padres de arquivos de objetos 3D diferentes.

Esses objetos so utilizados para construir as imagens virtuais que so misturadas s imagens reais. As caractersticas de cada tipo de padro definem a qualidade da imagem virtual que ser exibida e definem a possibilidade de utilizao de tcnicas e algoritmos de renderizao (como radiosidade, baker e U.V. Mapping) na criao da imagem bidimensional a partir de informaes tridimensionais. Cada implementao geralmente possibilita a utilizao de mais de um formato 3D na sua programao. As prximas sesses discutem esses modelos e sua relao com as bibliotecas, assim como consideraes sobre a qualidade dos objetos.

3.2.1 OpenGL API escrita em C utilizada para desenvolvimento de aplicativos que exigem exibio de imagem em trs dimenses. O padro OpenGL (Khronos Group) foi criado em 1992, e mantido pelo ARB (Architecture Review Board), um conselho formado por empresas como a 3DLabs, ATI, Dell, Evans&Sutherland, HP, IBM, Intel, Matrox, NVIDIA, Sun e, logicamente, a Silicon Graphics. O papel desse conselho manter a especificao e indicar quais recursos sero adicionados a cada verso. A verso mais atual do OpenGL at hoje a 3.1.

19

O OpenGL um conjunto de algumas centenas de funes, que fornecem acesso a praticamente todos os recursos do hardware de vdeo. Internamente, ele age como uma mquina de estados, que de maneira bem especfica diz ao OpenGL qual ao realizar. Usando as funes da API, pode-se ligar ou desligar vrios aspectos dessa mquina, tais como a cor atual, a utilizao de transparncia, se clculos de iluminao devem ser feitos, se haver ou no o efeito de neblina, e entre outros. O OpenGL pode ser utilizado no ARToolKit como base para a criao de objetos 3D em seus aplicativos, sendo programados junto a aplicao. Exige a incluso da API para poder renderizar os objetos. No foi encontrado nenhum programa auxiliar que pudesse ser utilizado para facilitar a construo do universo 3D. Esse foi um grande problema encontrado para a adoo do OpenGL neste projeto. Neste caso, a possibilidade de modelagem dos objetos se resumiria a objetos primitivos: cubos, esferas, cilindros, cones etc.

3.2.2 VRML VRML(OpenVRML, 2009) o acrnimo de Virtual Reality Modeling Language, que significa Linguagem para Modelagem de Realidade Virtual. Este padro baseado em XML para gerao de objetos tridimensionais utilizados tanto para a internet como para ambientes desktop. Por meio desta linguagem possvel criar objetos (malhas poligonais) tridimensionais podendo definir cor, transparncia, brilho, textura (associando-a a um bitmap) atravs de pseudocdigo. Os objetos podem ser formas bsicas, como esferas, cubos, ovides, hexaedros, cones, cilindros, ou formas criadas pelo prprio programador, como as extruses. Alm dos objetos, tambm possvel acrescentar interatividade a eles por meio de sensores, podendo, por exemplo, modificar o universo 3D, acrescentar luz, reproduzir udio, abrir um arquivo ou pgina da Web, ou ainda outra pgina em VRML, em resposta a um evento provocado pelo avatar (interface pessoal de contato com o universo 3D). No necessrio um software especfico para a criao de arquivos VRML, embora eles existam, uma vez que os objetos podem ser todos criados em modo texto.

20

O ARToolKit utiliza esse formato como alternativa ao Open GL, sendo necessrio a incluso de uma API chamada OpenVRML (OpenVRML, 2009) para possibilitar a sua utilizao. Apesar de existirem alguns programas de modelagem que geram arquivos VRML, a qualidade dos modelos foi considerada baixa j que o GE-SRPML, onde seria exposto o aplicativo, exigi uma boa qualidade nos materiais produzidos pelos alunos, o material expositivo da aula deveria ter um grau maior de qualidade. Alm disso, os aplicativos disponveis para construo dos objetos 3D que possuem sada nativa para VRML no possuam o amadurecimento de workflow necessrio, dificultando a modelagem dos objetos.

3.2.3 Collada Originalmente criado pela Sony Computer Entertainment como o formato oficial para o desenvolvimento para o PlayStation 3 e PlayStation Porttil, tornou-se propriedade do Khronos Group, tendo como seu maior financiador a SONY, que administra o formato como um padro Open source para projetos em colaborao. Outros colaboradores so Alias Systems Corporation, Criterion Software, Autodesk, Inc., e Avid Technology. Dezenas de empresas comerciais e estdios de motores de jogo (game engines) j adotaram esse padro. Collada (Khronos Group) (abreviao do ingls para COLLAborative Design Activity) um padro de exportao e importao de arquivos de modelos 3D. suportado pelos melhores editores 3D do mercado, como Blender (software livre), 3DS Max e Maya. O formato utiliza XML como padro base e suporta, alm de modelos detalhados, animaes e iluminao. Vrias empresas colaboraram com Collada, iniciando com a inteno de criar uma ferramenta que seria til para a maior audincia possvel. Collada j fornece suporte para as leis da fsica em mundos 3D e promete substituir o VRML como formato para mundos virtuais na internet. O Collada possui vrios plug-ins para diversos softwares para modelagem 3D disponveis no mercado incluindo o 3DS Max da Autodesk e o Blender 3D, o que facilita a produo de modelos para utilizao na aplicao. O plug-in do Blender ainda possui suporte a exportao21

atribuindo U.V. Maping que anexa um mapeamento de textura bitmap no modelo, aumentando a qualidade em modelos com poucos polgonos. Collada utilizado no FLARToolKit e no FLARManage atravs do plug-in Papervision3D que importa os arquivos .dae (extenso utilizada para salvar arquivos Collada) para seu universo 3D.

3.2.4 PaperVision3D O Papervision3D (Papervision3D, 2009) um framework para programar universos 3D e seus objetos em Flash para a internet. Necessita da utilizao do Flash Player para a verso 9 ou superior para visualizao. Possui um renderizador interno baseado em computao 2D. Pode ser programado pelo Adobe Flash CS3 ou superior e o Flex Builder 3 - que fornece ao programa uma facilidade em desenvolver aplicaes WEB. Existem funes do mesmo voltadas para aplicaes de movimento e interao, mas ao lidar com vdeos, percebe-se uma defasagem de desempenho na performance da aplicao. Atualmente a verso estvel a 1.0, utilizada nos testes deste trabalho. A verso Papervision3D 2.0 Alpha, Great White, promete ser mais rpida conforme anunciado no site do desenvolvedor (Papervsion3D, 2007). O Papervison3D pode construir seus prprios modelos 3D, compodo-os com a manipulao de suas classes e funes, e como alternativa pode ainda importar arquivos com objetos Collada. Vrios softwares para modelagem 3D como o 3DS Max e o Blender 3D possuem plug-ins para exportao no formato Collada. O Blender ainda possui um plug-in especfico para criao de classes ActionScript 3.0 utilizando o padro Collada 2.0.

3.3

Programas AuxiliaresUm dos principais entraves para a produo de objetos 3D em algumas das bibliotecas

mencionadas nos tpicos anteriores a complexidade da programao para a criao desses objetos, como no formato Open GL por exemplo. Para facilitar a criao dos objetos 3D anexados no aplicativo, foram utilizados programas auxiliares para esse fim. Este tpico22

expe a pesquisa realizada para uma escolha adequada que facilitasse a criao de uma biblioteca de objetos 3D para exibio durante a aula.

3.3.1 Vivaty Studio Vivaty Studio (Vivaty Inc., 2009) um software aberto e gratuito de autoria visual em trs dimenses, que aumenta a produtividade dos projetistas de ambientes virtuais. Ele exporta os ambientes virtuais desenvolvidos para os padres VRML e X3D. Este software teve uma verso denominada SPAZZ3D, que j existia antes do ano 2000. Em outra verso, ele passou a ser chamado de VIZX3D e, em 2006, sua nova verso aberta e gratuita teve o nome de Flux Studio. Hoje chamado de Vivaty Studio.

3.3.2 Suite Blender 3D Suite de criao 3D open source gerenciado pela Fundao Blender (Blender Foundation, 2009). O Blender teve avanos significativos de desenvolvimento nos ltimos anos por causa dos projetos da Fundao Blender que produziram os dois primeiros open movies e um open game. Esses projetos, alm de concretizar os produtos a que foram destinados, geraram uma gama de aperfeioamentos ao Blender que est destacando-o entre as aplicaes destinadas modelagem 3D. O Blender possui como linguagem de script o Python (Python Software Foundation, 2009), que fornece a possibilidade de ampliaes de suas caractersticas atravs do desenvolvimento de plug-ins. Alguns deles so destinados exportao de arquivos para diversos formatos, entre eles o Collada atravs do seu Plug-in 1.4.0 for Blender (Illusoft, 2007), que pode exportar os modelos do Blender j texturizados com U.V. Mapping, para Collada 2.0; e o Exporter ActionScript (Rozengain, 2008), que exporta o modelo para um arquivo ActionScript no formato de classes utilizando a biblioteca Papervision3D. Atualmente existem pesquisas para melhoramento de exportao de objetos modelados no Blender para o formato Collada 2.0. A Figura 11 exibe a tela do Blender e do plug-in de exportao para o formato Collada.

23

Figura 11 Suite Blender 3D e plug-in para exportao de modelos para o formato Collada e as suas configuraes.

3.3.3 VizualPV3D O VizualPV3D (Stasiuk, 2009) uma interface grfica feita no prprio Flash com o Papervision3D, para permitir que artistas e pessoas sem experincia com programao, possam criar modelos 3D para internet. Ele oferece uma forma mais amigvel de modelagem 3D criando uma interface semelhante aos programas existentes no mercado destinado a esse fim. O VizualPV3D apresenta potencial para desenvolvimento, pois um aplicativo recente e encontra-se ainda em sua fase Alpha de desenvolvimento. Para utiliz-lo necessrio ter o Adobe Air instalado na mquina.

24

3.3.4 ARToolKit Maker Generator O ARToolKit Maker Generator (Tarotaro, 2008) um programa escrito em ActionScript 3.0 para o Adobe Air que produz os arquivos que guardam a informao dos marcadores para reconhecimento pelo algoritmo de viso computacional. Uma vez instalado ele exibe a imagem capturada pela webcam. O novo marcador impresso posicionado frente da webcam e na imagem aparece um contorno quadrado em linhas vermelhas ao redor no novo marcador, reconhecendo a sua localizao (Figura 12). Em seguida basta precionar o boto superior Save Pattern que armazena o padro respectivo ao smbolo interno do marcador.

Figura 12 - ARToolKit Maker Generator reconhecendo a rea onde est o smbolo (linha vermelha) no marcador fiducial.

Os arquivos contendo os padres podem ser usados por qualquer das bibliotecas relacionadas ao ARToolKit inclusive o FLARToolKit. Este programa foi utilizado para gerar os arquivos de padro utilizados pela aplicao no Captulo 4: Estudo de Caso do A.R.Tutor.

25

3.4

Discusso do CaptuloA pesquisa deste trabalho se iniciou com a utilizao do ARToolKit, utilizando a IDE

Visual Studio 2008. A biblioteca oferece vrios arquivos de exemplo que podem ser utilizados para o aprendizado, sendo que esses arquivos incluem a verso compilada e os cdigos fontes junto aos arquivos de projeto para o Visual C++ e Visual Studio 2003. A instalao destes arquivos de exemplo no simples exigindo a instalao de DLLs em pastas dos sistemas operacional ou o download de repositrios no caso do Linux. Mesmo com a instalao das DLLs em alguns computadores no sistema operacional Windows, a aplicao solicitou outros arquivos para a exibio da imagem da webcam. Os testes com os exemplos j compilados demonstraram um avano da biblioteca ARToolKit em comparao com as outras pesquisadas, o desempenho observado foi superior tanto na qualidade de vdeo quanto na velocidade de exibio da realidade aumentada. A compilao de novas aplicaes baseadas nos exemplos que compe a biblioteca no foi possvel durante o tempo proposto para a pesquisa. Com isso, procuramos outras alternativas, dentre as quais o NYARToolKit para JAVA foi selecionada devido ao conhecimento j existente pelo autor na linguagem. A portabilidade do JAVA garante a utilizao da aplicao em diferentes sistemas operacionais. Foram realizadas novas tentativas de compilao de aplicativos baseados em modificaes em exemplos disponibilizados, mas as aplicaes de exemplo no puderam ser executadas dado o tempo para a pesquisa da biblioteca. No encontrou-se muito material explicativo para instalao e implementao para esta biblioteca. Durante a pesquisa de material para produo de aplicaes do NYARToolKit, a ateno voltou-se ao FLARToolKit, verso desta biblioteca para desenvolvimento em Flash. O FLARToolKit, devido sua popularidade e pelo tamanho da comunidade desenvolvedora em ActionScript e Flash, possui muito material de pesquisa relevante. A portabilidade do Flash Player garante a sua apresentao nos sistemas operacionais mais populares: Windows, Macintosh e Linux. Sua implementao relativamente mais simples do26

que

as

bibliotecas

anteriormente

pesquisadas,

utilizando-se

o

ambiente

de

desenvolvimento sugerido pelo fabricante, o Flex Bulder 3. A interface do Flex Bulder baseada no Eclipse (Eclipe, 2009) e o modo de programao muito semelhante ao JAVA. No houve dificuldades com esta mudana de linguagem. A incluso de painis, botes e elementos de controle simples, bastando a atualizao do arquivo MXML, com as devidas tags. O MXML uma linguagem de marcao baseado no formato XML. Definido pela Macromedia o MXML usado em conjunto com ActionScript 3.0 para criaes de aplicaes ricas para a internet. A interao dos objetos 3D no formato Collada atravs da biblioteca Papervision3D no s possvel como tambm a sua qualidade de renderizao superior ao VRML. O nico ponto negativo observado foi a sua exigncia quanto aos equipamentos. Por utilizar uma mquina virtual, a exigncia de poder computacional muito maior do que em qualquer outra biblioteca. A taxa de quadros por segundo cai drasticamente quanto maior for a exibio de objetos. A quantidade de marcadores tambm limitada para uma melhor utilizao do aplicativo: h 4 marcadores quando framework FLARManage utilizado. A utilizao do FLARManage para o aprimoramento do FLARToolKit demonstrou a exigncia ainda maior de poder computacional. O computador utilizado para experimentao teria que possuir uma configurao de hardware mais exigente que no uso de qualquer outra alternativa estudada (ARToolKit, NyARToolKit e FLARToolKit). Como no existia a garantia de utilizao de um computador que suportasse a exigncia do FLARManage, decidiu-se por no utiliza-lo. A vantagem da utilizao de mltiplos marcadores do FLARManage poderia ser substituda por um menu. Este menu controlaria a substituio dos objetos virtuais e seria necessrio apenas um marcador como interface para a utilizao de realidade aumentada. Diante dos padres para modelos 3D, o uso do formato Collada atravs do Papervision3D foi selecionado para ser utilizado neste trabalho, tanto pela sua facilidade na manipulao dos objetos durante a implementao como na qualidade dos objetos renderizados. O Papervision3D possui poder suficiente para as melhorias futuras do programa desenvolvido neste trabalho. Para a produo dos objetos 3D foi utilizado o Blender por ser open source, diminuindo os custos do projeto, e pela capacidade de modelagem do programa, alm de possuir plug-ins27

escritos em Python para exportar os modelos tanto para o Collada quanto para arquivos ActionScript que implementam uma classe de criao utilizando a biblioteca Papervision. A possibilidade de exportar modelos usando o tipo de mapeamento denominado U.V. Mapping foi decisiva para sua utilizao. Graas a isto foi possvel utilizar tcnicas de bake para gerar imagens onde todos os efeitos utilizados foram mesclados para criar o mapa de bits que foi anexado aos modelos. Dessa forma, criou-se uma iluso de qualidade nos modelos, incluindo refrao e reflexo de luz nos objetos que simulam o material vidro. Alm disso, foi possvel utilizar objetos com poucos polgonos para economizar poder de processamento (Bell, 2000). O Blender 3D possui ainda uma comunidade que disponibiliza para download grande quantidade de modelos prontos e de livre utilizao disponibilizados na Internet. Dessa forma seria poupado tempo na modelagem dos objetos. Com isso a pesquisa selecionou do FLARToolKit para o desenvolvimento da aplicao, utilizando a IDE Flex Builder 3 e objetos 3D construdos no Blender e exportados para objetos Collada onde o Papervision3D pode import-los e manipul-los. O fator decisivo para esta escolha foi uma boa quantidade encontrada de material explicativo relacionada a esse conjunto de componentes que acelerou o desenvolvimento e at tornou possvel a concretizao do aplicativo no tempo previsto, que auxiliasse o professor durante sua aula.

28

4

CONSTRUINDO A REALIDADE:

IMPLEMENTAO DO A.R.TUTOR

Se vrias rvores caem no meio de uma floresta, e ningum v, ser que elas caem mesmo? Scrates

O aplicativo A.R.Tutor foi implementado de acordo com as caractersticas necessrias, tais como facilidade de instalao, contedo adequado a aula, interface ldica para de manuseio dos objetos virtuais, para fornecer ajuda e aprimoramento educacional das aulas do grupo de estudo Sketch e Rendering a Mo Livre, do curso de Bacharelado em Design da Universidade Federal de Pernambuco, Campus do Agreste. As caractersticas foram adquiridas atravs de entrevista informal com o professor e os conhecimentos vivenciados pelo autor que foi aluno do grupo de estudo. O grupo de estudo possui os seguintes itens em sua ementa: a introduo ao desenho manual; desenho de traados livres; desenho volumtrico de slidos e objetos; estudo de representao grfica de texturas e materiais; tcnicas de desenho projetual rpido: sketches; tcnicas de apresentao de produto: rendering manual. Desta forma, nota-se que quanto maior a exibio de objetos em suas formas bsicas e complexas maior ser a familiaridade do aluno para uma melhor escolha de exibio em seus sketches e renderings. Em sua forma de exibio atual, a aula ministrada com o auxlio de um datashow e um notebook onde slides com imagens estticas de exemplo so exibidas. A principal limitao desse material se deve quantidade de slides e posio esttica de exibio. Em alguns momentos, algum objeto real utilizado para referenciamento visual, mas sua manipulao e variedade de objetos so limitados.29

Visando contornar estas limitaes foi desenvolvido um software com o objetivo de exibir uma quantidade virtualmente ilimitada de artefatos onde o professor tivesse a liberdade de manipulao tal qual um objeto real atravs de uma interface mais prxima da real. Os equipamentos necessrios para a aplicao foram: um computador, uma webcam, um datashow e o marcador. O computador responsvel pela computao necessria para a mistura de realidades, virtual e real; a webcam responsvel pela captao das imagens reais (incluindo o marcador) que sero utilizadas para combinar com as imagens virtuais e o datashow exibe a realidade aumentada para os alunos. Apesar de uma webcam simples poder ser usada, a baixa resoluo da cmera afeta a identificao do marcador, sendo aconselhvel, portanto, uma cmera de melhor resoluo. A iluminao do ambiente tambm afeta a viso computacional, pois esta utiliza o contraste enter as cores branco e preto para encontrar o marcador e identificar a sua posio nos trs eixos: x, y e z. A iluminao no deve ser excessiva nem reduzida. A intencidade de iluminao ideal depende da qualidade da webcam. Algumas marcas possuem programas auxiliares que alteram o brilho na imagem captada pela cmera o que pode favorecer o algoritmo de reconhecimento. A interao realizada pelo mouse e por um marcador. O marcador considerado uma interface tangvel para o uso de realidade misturada. Consiste em um smbolo impresso em papel carto em preto num fundo branco. Os smbolos possuem caractersticas que melhoram seu reconhecimento como o alto contraste entre branco e preto e a falta de similaridade nos quatro cantos da imagem: canto superior direito, canto superior esquerdo, canto inferior direito e canto inferior esquerdo. O computador utilizado deve possuir poder computacional relativamente alto j que, das bibliotecas experimentadas, a FLARToolKit a que mais exige processamento do computador. Dessa forma no haveria diminuio na produo de quadros por segundo, evitando perda na qualidade da animao dos objetos virtuais. O FLARToolKit utiliza o plug-in Adobe Flash ou o Adobe Air, essa ultima utilizada para execuo de aplicativos em uma mquina virtual chamada de Sandbox. Essa mquina virtual protege a mquina hospedeira de aplicaes mal intencionadas e garante uma portabilidade30

entre sistemas operacionais em que o plug-in disponibilizados: Windows, Macintosh e Linux, que so os sistemas operacionais mais populares. O datashow no requer especificaes muito exigentes, desde que a sua exibio possua um poder de luminosidade necessrio para a exibio em ambientes iluminados, sendo utilizado para a exibio da realidade aumentada para os alunos. O desenvolvimento da aplicao utilizou a biblioteca FLARToolKit que foi implementada utilizando a IDE, Integrated Development Environment, Flex Builder 3, disponibilizado gratuitamente para estudantes pela Adobe para desenvolvimentos de aplicaes RIA, Rich Internet Applications, para internet. O aplicativo foi compilado em Air e inclui um assistente de instalao/desinstalao e assinatura certificada como qualquer outro aplicativo do Windows.

4.1

Arquitetura da aplicaoA aplicao possui dois mdulos: o primeiro destinada para a biblioteca de marcadores

armazenados. No caso do A.R.Tutor, a quantidade de marcadores definida como somente um, pois no h necessidade de outros, j que a interface lateral que troca os objetos 3D, mais simples do que a memorizao de diversos marcadores para a sua utilizao. O marcador a interface de interao com o objeto 3D, servindo como base onde o objeto ser construdo. O segundo mdulo a coleo de objetos virtuais utilizados nas demonstraes durante a aula, que sero visualizados durante o uso da aplicao. O A.R.Tutor tambm possui dois arquivos: um deles o arquivo no formato MXML, responsvel pela construo e posicionamento dos elementos da interface, definies do menu e botes de opo que realizam a troca do objeto virtual includos na imagem real; o outro esta escrito em ActionScript 3.0 e responsvel pelas funes utilizadas durante a aplicao, como por exemplo, captao da imagem da cmera, criao do universo 3D, incluso de objetos virtuais e a troca de objetos virtuais relativos a cada boto no menu da interface. A Figura 13 mostra a rvore de componentes existentes na aplicao desenvolvida.

31

Figura 13 rvore dos componentes do A.R.Tutor.

Para utilizar o sistema o professor posiciona-se em frente a webcam, logo aps situa-se o marcador e em seguida o computador, dessa forma o professor poder manipular o marcador observando na tela do computador acarretando em pouca mudana na perspectiva de seu ponto de vista e do ponto de vista da cmara, dessa forma amenizando o erro de Paralaxe (Camozzato, 2007), que ocorre quando h um deslocamento da posio aparente de um corpo devido a uma mudana de posio do observador, assim o que o observador ver no possui o mesmo ngulo de observao do aparelho, causando uma diferena de resultado. A Figura 14 ilustra o processo utilizado no A.R.Tutor.

Figura 14 Posio do professor, da webcam, marcador e notebook.

32

4.2

Interaes com Interface TangvelForam utilizadas duas formas de interface para o A.R.Tutor, uma interface com menu,

botes e mouse e outra interface tangvel para manipulao dos objetos virtuais, que no caso o marcador. Apesar da possibilidade do FLARToolKit guardar em sua biblioteca mais de um marcador (utilizando um marcador para cada uma dos objetos virtuais), seria necessrio que o professor memorizasse qual marcador est associado com o objeto virtual que ele deseja exibir, ou procur-lo um-a-um at encontr-lo, o que provavelmente acarretaria em mais trabalho. Ento se preferiu-se utilizar um marcador e um menu contendo botes com imagens dos objetos para referncia visual. Maiores detalhes sobre os marcadores sero vistos nas sees a seguir.

4.2.1 Marcadores em Forma de Placa Os marcadores so muito utilizados para interao em interfaces de realidade aumentada. Consistem de um objeto plano, podendo ser uma folha de papel ou papel de gramatura maior que no seja facilmente deformvel, onde impresso em preto no fundo branco um quadrado e no seu centro um smbolo que no seja simtrico em seus quatro cantos. A assimetria presente no smbolo dentro do quadrado no marcador, no confunde o algortmo que localiza a posio dos trs eixos X,Y e Z na localizao do marcador para definio da cmera virtual. A Figura 15 exibe o marcador utilizado no estudo de caso.

Figura 15 - Imagem do marcador utilizado no estudo de caso.

33

4.2.2 Limitao dos Marcadores O algoritmo de viso computacional utilizado pelo FLARToolKit possui diversas limitaes. Nos testes realizados, a diferena de iluminao (seja alta ou baixa) provoca a cegueira do algoritmo onde o marcador no encontrado ou sua posio calculada de maneira incorreta. Outro ponto a se observar a manipulao do objeto. A manipulao do marcador possui um grau de inclinao mximo dependendo da iluminao e qualidade da cmera. Caso o ngulo de inclinao seja mais obtuso, ou seja, se aproximando cada vez mais de 0 grau, a tendncia de no ocorre a deteco do marcador. Durante o processo de visualizao utilizado pelo FLARToolKit, a imagem transformada em branco e preto, facilitando assim a deteco do quadrado preto, porm durante a utilizao pode ocorrer do marcador pode ser coberto por uma sombra: esse fato camufla o marcador impossibilitando o seu reconhecimento. Alm disso, a qualidade do equipamento de captura de imagem (webcam) influencia diretamente na qualidade da imagem que ser reconhecida. A desfocagem da imagem pode causar cegueira para o algoritmo de viso computacional.

4.2.3 Perda de Vista do Marcador O aplicativo foi construdo de tal forma que, caso haja perda de vista do marcador, o objeto virtual no seja retirado da imagem real. Dessa forma o professor pode retirar o marcador da rea de captura de imagem da webcam estacionando propositalmente o modelo em uma determinada posio e ngulo, podendo fazer outra tarefa ou delongar uma explicao maior sem a preocupao de tirar o objeto virtual de sua posio. Como no existe at o momento documentao a sobre a biblioteca FLARToolKit, no se pode afirma que este comportamento seja proposital ou um erro. Para este trabalho de monografia tal comportamento foi transformado em vantagem para o professor.

34

4.3

Funcionalidades da AplicaoO A.R.Tutor possui funcionalidades de interao com menus, que a parte responsvel

pela troca de objetos virtuais na realidade aumentada. A utilizao de um menu navegvel por mouse ao invs da utilizao de mais marcadores foi tomada devido quantidade de objetos virtuais exibidos e limitao do FLARToolKit na exibio de mltiplos marcadores. Ressalta-se que a exposio de objetos virtuais durante a aula ocorre individualmente no havendo a necessidade de existir mais de um marcador em cena. A utilizao de um menu com imagens miniaturizadas dos objetos virtuais facilita o uso da aplicao j que a utilizao de vrios marcadores com smbolos diferentes acarreta na memorizao antecipada da relao marcador/objeto virtual, ou na perda de tempo procura de individual observando na janela de realidade aumentada (monitor ou projeo do datashow).

4.3.1 Interao do professor com o menu O menu j colocado esquerda da aplicao e os botes foram dispostos em linhas e colunas onde cada linha representa um objeto e cada coluna representa uma forma de apresentao desse objeto, que pode ser liso, em madeira, em vidro ou cromado. A Figura 16 exibe o menu da aplicao.

Figura 16 Tela do A.R.Tutor. ( esquerda) Menu com a representao dos objetos virtuais, e a exibio da realidade aumentada ( direita).

35

A interao realizada com o mouse e aps clicar em um determinado boto, no prximo quadro cujo marcador seja detectado haver mudanas do objeto virtual. A Figura 17 exibe um conjunto de objetos virtuais e o efeito da sombra destes objetos no ambiente.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 17 Visualizao dos objetos virtuais e sombra aplicada: cubo fosco (a), esfera fosca (b), objeto complexo plstico acetinado (c), cubo cromado (d), esfera madeira (e), objetos complexos em vidro (f)

O trecho de cdigo abaixo (Figura 18) demonstra o quanto simples a troca de objetos do mundo virtual em ActionScrit 3.0. Ao acionar a funo cuboTroca() removido do objeto container o objeto virtual (o container guarda todos os objetos virtuais, o mundo virtual onde est a cmera). Ento atribudo outro objeto virtual em objeto3D que guarda o objeto virtual que exibido. Ao final o objeto3D inserido novamente no container. Isto se faz necessrio, pois no foi possvel substituir o objeto virtual quando o objeto3D est dentro do container.

Figura 18 - Trecho de cdigo em ActionScript que procede a troca de objetos virtuais.

36

4.3.2 Interao do professor com o marcador O marcador manipulado como um objeto normal. O FLARToolKit calcula a posio do marcador fiducial (que possui relao segura com o marcador j catalogado pelo aplicativo), sua distncia, inclinao e rotao em relao webcam. Dessa forma, qualquer alterao captada pela webcam no marcador modifica a renderizao do objeto virtual em posio, rotao e inclinao em relao cmera virtual do universo 3D. O manuseio do marcador pode gerar problemas de cegueira do marcador, como por exemplo: a cobertura do marcador pelo polegar do professor na maneira de segurar, assim como sombras geradas em cima do quadrado de deteco que podem fazer o algortmo de busca no encontrar o marcador. Outro ponto interessante pode ocorrer na percepo da realidade aumentada como real que faz o usurio inclinar o marcador 90 graus at ele no ser mais visvel pela webcam. Tais problemas podem ser facilmente sanados depois de um perodo de tempo de adaptao pelo usurio do marcador. Acredita-se que esses fenmenos possuem relao com as percepes do usurio em relao virtualidade (Levy, 2004).

37

5

EXPERINCIAS REAIS:

ESTUDO DE CASO DO A.R.TUTOR

Neste Captulo, sero relatadas as experincias realizadas com os alunos e o professor, com o objetivo de validar o produto aplicando-o em uma sala de aula, visando avaliar a operacionalidade da tecnologia aplicada ao ensino. O A.R.Tutor foi personalizado com o contedo de Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre (de agora em diante neste trabalho, o grupo de estudo ser tratado por GE-SKPML), compilado em um executvel do Adobe AIR, em 2009, apresentando objetos virtuais tridimensionais bsicos tais como: cubo, esfera, cone, e objetos tridimensionais complexos: Suzanne (Suzanne um objeto complexo pr modelado disponvel no Blender para testes), taa, torus (formato de anel), frasco de perfume. Os objetos bsicos foram disponibilizados em vrios materiais: fosco, madeira, cromado; j os complexos possuam (com exceo do Suzanne), em apenas um material (por exemplo, o frasco de perfume foi disponibilizado apenas em material vidro). A verso 1.0 do A.R.Tutor foi testada com uma turma de alunos do 4 perodo regularmente matriculados no grupo de estudo Sketch e Rendering de Produtos a Mo Livre no primeiro semestre de 2009. A partir dos resultados dessa experincia, das sugestes do professor e das observaes realizadas durante os testes, foi possvel disponibilizar o software para uso pela Internet utilizando o plug-in do Adobe Flash. A avaliao da utilizao do software disponibilizado para estudo individual pela internet extrapola os objetivos dessa pesquisa, no sendo abordado neste trabalho.

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5.1

Avaliao do ambienteO curso de Bacharelado em Design oferecido pela UFPE divide suas disciplinas,

chamadas de Grupos de Estudo, em trs troncos: Produto, Moda e Grfico. O A.R.Tutor foi testado em uma populao constituda de alunos e professor do GE-SRPML, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) de Caruaru, no primeiro semestre de 2009. A amostra foi constituida de 21 alunos, um monitor e o professor que leciona h oito anos no GE-SRPML. A pesquisa apresenta duas vertentes: a primeira do lado dos alunos, onde o foco da avaliao estava no interesse, satisfao e facilidade de interpretao com o uso; e a segunda vertente estave focada no professor referente a sua navegabilidade, acessibilidade e interao com o A.R.Tutor. Os dados foram coletados em maio de 2009, atravs da aplicao de questionrios para os alunos e para o professor: dois deles para os alunos (Apndices B e C) e um para o professor (Apndice D), analisando o uso da tecnologia de realidade aumentada representada no software A.R.Tutor. Vrios comentrios e observaes foram anotados no questionrio, a maioria delas expressando pontos positivos da iniciativa e exclamaes pelo uso da tecnologia. Os questionrios foram elaborados baseando em Azevedo (2005), levando em considerao as limitaes do trabalho do A.R.Tutor. O professor trabalhou de forma assistida pelo autor, aps a definio do local e horrio compatvel com sua disponibilidade. Aos alunos foi requisitado o preenchimento dos questionrios, individualmente, aps a utilizao e avaliao do software e se realizaram logo aps a utilizao do programa na sala de aula da Faculdade de Design da Universidade Federal de Pernambuco, Campus do Agreste. Esse sistema foi desenvolvido com base no Modelo de Apreciao Analtica de Sistemas Hipermdia, levando-se em considerao as recomendaes sobre avaliao de ttulos educacionais em multimdia (Struchinner, 1997) (Reeves TC, 1992). Foi pedido aos alunos que assinassem uma ficha de consentimento informado (Apndice A) para participarem do teste, este termo foi baseado em uma ficha de consentimento presente no trabalho de Azevedo (2005). A classe possua 23 alunos matriculados sendo que um deles desistente do grupo de estudo. No dia da avaliao constavam na classe 22 alunos39

sendo que metade no aceitou participar por estarem ocupados. A metodologia de ensino adotada pelo professor alternar dias de aulas e provas. A avaliao do A.R.Tutor foi realizada em um dia de aula, mas alunos que faltaram a aula anterior estavam em prova esse dia. Acredita-se que este fator foi de extrema relevncia no ndice de aceitao em participar da avaliao do software. Dos 22 alunos presentes,alm do monitor, 13 assinaram o termo de consentimento perfazendo o total de 14 questionados, durante o total de 40 minutos de demonstrao do software. O tempo restante da aula foi distribudo em exibio das transparncias das aulas e exerccios do assunto exibido. O software no se prope a substituir material usado atualmente na aula, mas sim agregar e fornecer mais uma ferramenta para aprimoramento das aulas, desta forma se fundamenta-se a razo o porqu de no se utilizar apenas o software para a aula. Os alunos j haviam recebido as aulas referentes ao material disponibilizado e assim poderiam comparar o contedo tratado anteriormente nas aulas expositivas e a exposio do mesmo contedo utilizando uma manipulao tridimensional de objetos virtuais com o A.R.Tutor. Primeiramente foi instalado no notebook do professor o Adobe AIR, que o plug-in responsvel por criar uma mquina virtual onde o aplicativo executado. No houve qualquer problema na instalao, nem houve necessidade de reiniciar do sistema operacional. O aplicativo avaliado possui o instalador e desinstalador padro do Adobe AIR, criando cone na rea de trabalho opcionalmente. No houveram problemas nesta fase. Foi conectado ao notebook uma webcam comum em uma das portas USB e o seu reconhecimento foi realizado sem problemas. O A.R.Tutor foi executado e exibiu corretamente a imagem capturada da cmera sendo que foi apresentado um pequeno atraso que no foi prejudicial a avaliao. O atraso se justifica pela potncia baixa de processamento do notebook utilizado e por este poder estar sendo dividido com outras aplicaes que estavam em execuo no momento, como por exemplo o PowerPoint da Microsoft. O ambiente da avaliao no era o mais propcio para a pesquisa devido a problemas encontrados na iluminao ambiente. O excesso de iluminao, que em observao feita pelo professor, j prejudicava a visualizao da imagem projetada pelo datashow com relao observao dos detalhes dos objetos, prejudicou tanto a identificao do marcador quanto a40

exposio dos objetos virtuais na projeo da imagem pelo datashow. Para melhor aproveitamento foi colocado um anteparo para diminuio da iluminao e aps algum tempo o professor teve a iniciativa de convidar os alunos para perto do notebook para visualizarem os detalhes que o datashow no conseguia exibir. Aps a exibio, os alunos responderam dois questionrios e o professor respondeu um. O primeiro questionrio dos alunos foi destinado contextualizao da amostra e o outro foi focado na percepo dos alunos no uso da tecnologia para auxiliar o contedo proposto pelo professor.

5.2

Acompanhamento da aulaNa sala de aula, todos os alunos que assinaram o termo de consentimento estavam

dispostos em seus lugares. Observaes qualitativas registradas no local indicaram que os alunos gostaram da apresentao da tecnologia: mostraram-se empolgados quando perceberam a manipulao dos objetos ao ponto de perguntarem sobre a tecnologia adotada, limitaes e potenciais de uso na sala de aula, apesar destes alunos no serem da rea de tecnologia. Portantos, os alunos: Manifestaram o desejo de manipular os objetos; Perguntaram a respeito da viso computacional e seus limites; Discutiram entre si a respeito do uso da tecnologia; Compararam com as aulas passadas; Ficaram atentos s demonstraes; Observaram as explicaes do professor sobre o contedo utilizando os objetos virtuais.

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5.3

AnlisesEste seso trata da anlise dos dados coletados, nos trs questionrios: dois para os

alunos e um para o professor.

5.3.1 Anlise dos Questionrios Aplicados aos Alunos O resultado desta experincia deve considerar o perfil dos alunos desta turma do Curso de Design, apresentando estilos de aprendizagem muito diferentes. Tendo em vista que se pretendeu aplicar um mtodo que atendesse o modo como cada aluno prefere estudar, foi solicitado que eles respondessem a um questionrio (Apndice 1) visando traar o perfil da amostra. O resultado das escolhas dos alunos mostrado na Tabela 1.UFPE Campus do Agreste Grupo de Estudo Sketch e Rendering de Produto a Mo Livre - Curso de Design 2009 Questionrio 01

1. Voc tem conhecimento de informtica? 2. Quais os softwares que voc costuma utilizar? 3. Voc possui computador em casa? 4. usurio da Internet? 5. Em mdia quantas horas por dia? 6. Qual a rea de design voc mais se identifica? 7. Como voc prefere estudar?

14

0

1

0

13

14 14

0 0 5:30 6 0 11 6 4 4

Tabela 1 Resultado do Questionrio 1, que contextualiza a amostra utilizada neste trabalho.

Os dados coletados no primeiro questionrio expem que a maioria dos perfis individuais coincidem mostrando que o aluno caracterstico do GE-SRPML possui conhecimento de informtica onde, apesar da surpresa com a exposio nova tecnologia, no se sentiram42

Indiferente

Em grupo

Escritrio

Produto

Sozinho

Grfico

Grfico

Bsico

Horas Mdia

Moda

NO

SIM

impactados com a novidade a ponto de ignorarem o sentido maior que era o aprendizado. A unica exceo foi uma aluna que demonstrou esse impacto em seu comentrio, quando questionada se queria aprimorar o conhecimento adquirido com o uso posterior da tecnologia (Questionrio 2, Apndice 3):Talvez. Ainda acho muito avanado para mim.

Todos tm conhecimento em informtica, principalmente em softwares de produo grfica de acordo com o que a sua profisso exigir, possuem computador em casa passando uma mdia de 5 horas e meia e utilizando a internet por dia. O curso de Bacharelado em Design oferecido pela UFPE pode ser dividido em trs troncos: Produto, Moda e Grfico. A maioria dos alunos questionados se identifica mais com grfico e menos em moda. A preferncia pelo estudo pode ser considerada equivalente para as categorias: sozinho, em grupo e indiferente (tanto em grupo quanto sozinho). O segundo questionrio (Apendice C) possui enfoque na satisfao e facilidade de interpretao com o uso, onde constavam nove perguntas relacionadas a sete temas baseados em (Thagard, 1998), seguindo o conceito de caractersticas que estimulam o uso da realidade aumentada na educao. Neste tema, so descritas as categorias que caracterizam o software A.R.Tutor como motivador. A. RECURSO COMPLEMENTAR AO ENSINO: Questo O uso da R.A. atravs do A.R.Tutor, na sua opinio, ajuda na compreenso da aula? Porqu? O que esperamos dos computadores em nossa tarefa diria que nos auxiliem na execuo dessas tarefas maximizando a qualidade do produto final e otimizando o tempo gasto na tarefa. A pesquisa aponta a considerao relatada pelos alunos como um excelente apoio ao ensino onde formas antes apresentadas bidimensionalmente eram agora exibidas e manipuladas de forma mais ldica em trs dimenses. Nas falas seguintes percebemos como os alunos tiveram essa compreenso:Sim. Porqu possibilita uma melhor visualizao dos cenrios para o aluno que tem dificuldade em perceber. 43

Sim. Pois tem a possibilidade de representar tridimensionalmente os objetos apresentados em sala, dando maior realismo e facilitando a visualizao, contribuindo para o aprendizado. Sim. Facilita a representao de um mesmo objeto em vrias condies de luz e perspectivas diferentes. Sim. Facilita a compreenso ao mostrar as vistas do objeto em vrios ngulos, juntamente com suas sombras e pontos de luz. Sim. Ajuda muito, pois refora a idia de realidade e tambm por ser prtico. Sim. Aumenta a possibilidade de compreenso devido a interatividade 3D bem prxima do real. Sim. Porque possvel ver a luz (seus efeitos) em vrias posies. Sim. Porque podemos ver atravs de uma realidade virtual o que o professor mostrava com imagens estticas. Ajuda. Porque parece ser real, ento a visualizao de como o produto fica melhor observando o material do produto.

B. USO ADEQUADO DE MDIA: Questo A utilizao de R.A. como uma mdia virtual onde o professor pode manipular o objeto atravs de um marcador real adequada em uma sala de aula? Para fortalecer a compreenso de um contedo, a utilizao de mdias em softwares educativos uma constante. O uso deste tipo de software se apresenta como uso exclusivo da mdia imagem em movimento, onde o professor utiliza um marcador fiducial como objeto de interao para interferir na localizao dos objetos virtuais. Todos os alunos da pesquisa concordaram que a prerrogativa do uso desta tecnologia em sala de aula adequada. Seguem abaixo os comentrios que se destacaram no questionrio:Sim. Uma vez que o professor pode ampliar sua gama de exemplos. Sim. Pois depende de poucos recursos e baixo custo. Sim. Pela praticidade Sim. Pois facilita a exemplificao.

Questo A manipulao do objeto virtual ajuda na visualizao e com isso melhora o aprendizado em sua opinio?44

Uma das caractersticas principais da realidade aumentada a manipulao de objetos virtuais em um espao real. O uso do marcador fiducial como guia por essa manipulao poderia gerar algum constrangimento percebido pelos alunos (ponto negativo). Essa observao no pode ser comprovada, j que os alunos da amostra no perceberam tal constrangimento, mesmo com os problemas de alto contraste gerados pela iluminao exterior excessiva que cegavam o algoritmo de viso computacional. Seguem abaixo os comentrios que se destacaram no questionrio:Sim. Ajuda em todos os aspectos. Sim. Facilita a visualizao j que a imagem 3D e pode-se manipular a posio do objeto. Sim. Com certeza melhora nossa percepo. Claro. Detalhamento so muito importantes para esse tipo de aula. Sim. Podemos observar melhor como se comporta o efeito de luz e sombra em todo objeto. Sem dvida que sim! Por parecer real o aluno visualiza e entende melhor o contedo.

C. CONTEDO ADEQUADO: Questo Os objetos virtuais exibidos estavam no contexto de material exposto normalmente nas aulas da disciplina? Esta questo possui relao com o que se chama aplicabilidade prtica, ou seja, um critrio de avaliao das representaes mentais onde se busca aumentar a compreenso de como os estudantes aprendem e de sugerir como ensin-los melhor. A aplicabilidade prtica o critrio que pode ser utilizado para planejar interfaces agradveis em programas de computador (Thagard, 1998). O questionrio aponta que o contedo apresentado - os objetos primitivos (cubo, esfera e cone) e os objetos complexos (Suzanne, frasco de perfume e taa) - se encontravam entre os objetos j exibidos pelo professor atravs de slides, e no fugiam ao contexto apresentado anteriormente.

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D. ADEQUAO AO TEMA: Questo O uso da tecnologia da R.A. para o ensino desta disciplina foi adequada? necessria para a categoria de aplicao a educao que o software possua uma relao de pertinncia ao contexto do contedo da disciplina, onde sua exposio seja tranqila e no forada. As respostas condizem com a adequao ao tema: a visualizao em trs dimenses e sua manipulao foi refletida nas respostas da questo. Abaixo os comentrios que se destacaram no questionrio:Sim. Pois so apresentadas as vistas, sketchs e renderings... Sim. Um recurso a mais no entendimento. Sim. fantstico como o objeto disposto na mdia.

E. LINGUAGEM FCIL: Questo A visualizao e a manipulao pelo professor foi simples para voc? A linguagem adotada puramente visual: apesar da anlise desta tecnologia no possuir texto, o contedo proposto mostrado em trs dimenses, na forma de um objeto virtual por vez, no gerando excessos e favorecendo uma visualizao do objeto em tela cheia com a aproximao do marcador. Os alunos questionados no tiveram problema algum no entendimento dos exemplos mostrados; isso foi refletido nas respostas. Seguem abaixo os comentrios que se destacaram no questionrio:Foi um processo prtico. Sim. Fcil e intuitivo.

F. MOTIVAO: Questo O aplicativo demonstrou atribuir motivao aula em comparao a outras aulas? A aula melhor com ou sem o uso da tecnologia? Para se desenvolver uma determinada ao necessrio realizar um estmulo46

direto que caracterizado como motivao. O A.R.Tutor, atravs do uso da realidade aumentada, proporcionou um forte estmulo sobre os alunos e o professor. Tanto as demonstraes observadas em sala de aula quanto nos questionrios refletiram essa caracterstica. A ateno prendida pela manipulao dos objetos virtuais no s obtm um melhor contexto para o aprendizado mas tambm oferece mais informaes, acrescida pela quantidade de objetos possveis de serem representados e, ainda, a disponibilidade de exibio em ngulos diferentes. Os comentrios abaixo demonstram essas concluses:A tecnologia agilizou o processo de aula, aumentando o interesse prtico. Sim. A aula torna-se mais atrativa com a tecnologia (R.A.). Sim. Muito melhor, mais empolgante e estimulante. A tecnologia ajuda, porm no deve ser utilizado s esse meio. A proposta da disciplina o aluno saber representar matrias, perspectivas e objetos a partir do seu conhecimento e idias pessoais. O A.R.Tutor deve ajudar durante os primeiros estudos somente. Sim. Por ser um recurso a mais, por nos ajudar a compreender melhor o assunto. A aula fica melhor pois o professor tem um grande acervo no computador. Sim. A aula fica mais interessante com a realidade em 3D. A motivao muito maior sim Sim. Com certeza melhor com o aplicativo (A.R.Tutor)

Questo Voc gostaria de aprimorar o seu conhecimento atravs do uso posterior desta tecnologia? Esta questo observa a questo anterior por outro ngulo. O fator motivacional poderia se estender sala de aula e competir com outros pontos de ateno existentes fora do contexto escolar ao ponto de gerar um aprendizado extra fora da sala de aula. As observaes declaradas em sala de aula sobre a tecnologia demonstram um interesse de uso da tecnologia. Como o aplicativo foi desenvolvido na plataforma Flash, a transposio do material para a Internet no seria difcil e necessitaria de poucas modificaes. Essa questo mostra uma forte inteno de uso do aplicativo aps a aula. Da amostra de 14

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questionrios apenas um declara no ter interesse em usar a tecnologia fora da sala de aula. Seguem abaixo a declarao negativa:Talvez. Ainda acho muito avanado para mim.

G. LIBERDADE DE AO Questo O aplicativo lhe transmitiu uma maior liberdade de ao do professor na exposio dos objetos virtuais? Essa questo tenta descobrir se os alunos sentiram algum constrangimento de uso por parte do professor na manipulao dos objetos virtuais utilizando o marcador fiducial. Neste caso houve interferncia do ambiente pelo excesso de luz no local. Esse problema tambm interferia j h algum tempo na exibio de imagens pelo datashow e os alunos conheciam bem os problemas estruturais e entenderam as limitaes da viso computacional neste caso. O uso de um aparador diminuiu o problema e nas respostas o que prevaleceu foi a impresso de liberdade de uso, mas mesmo assim certos alunos com conhecimento na rea de fotografia manifestaram no questionrio propostas para a soluo do problema. Seguem abaixo os comentrios sobre a questo.Sim. Sendo possvel manipular os objetos. Sim. Talvez a obturao da webcam pudesse ser mais rpida melhorando a movimentao.

5.3.2 Anlise dos Resultados do Questionrio Aplicado ao Professor O segundo ponto d