Introdução
Tudo que de refere a informática se torna abrangente e bastante discutido nos dias atuais, pois esse mundo sofisticado cresce e moderniza-se a cada dia, devido ao avanço tecnológico.
A disciplina de Métodos Computacionais exige o estudo de vários e diversificados assuntos referentes a área de informática, sendo que dentre eles destaca-se a Realidade Virtual, no qual iremos relatar ao longo do presente trabalho.
A Realidade Virtual começou na indústria de simulação, com os simuladores de vôo que a Força Aérea dos Estados Unidos passou a construir depois da Segunda Guerra Mundial.
A indústria de entretenimento também teve um papel importante no surgimento da Realidade Virtual através do simulador Sensorama. O Sensorama era um equipamento, uma espécie de cabine, que combinava filmes 3D, som estéreo, vibrações mecânicas, aromas, e ar movimentado por ventiladores; tudo isto para que o espectador tivesse uma viagem multisensorial. Patenteado em 1962 por Morton Heilig, o Sensorama já utilizava-se de um dispositivo para visão estereoscópica.
Alguns anos depois, por volta de 1965, Ivan Sutherland apresentou à comunidade científica a idéia de usar computadores para desenhar projetos diretamente na tela de um computador através do uso de uma caneta ótica - foi o início dos gráficos computadorizados (computação gráfica). Sutherland tornou-se o precursor da atual indústria de CAD e desenvolveu o primeiro videocapacete totalmente funcional para gráficos de computador no projeto .The Ultimate Display.. Com o uso deste videocapacete era possível ao usuário ver, através da movimentação de sua cabeça, os diferentes lados de uma estrutura de arame na forma de um cubo flutuando no espaço.
Na mesma época em que Sutherland criava na Universidade de Utah seu videocapacete, Myron Krueger experimentava combinar computadores e sistemas de vídeo, criando Realidade Artificial na Universidade de Wisconsin. Em 1975 Krueger criou
o VIDEOPLACE, onde uma câmera de vídeo capturava a imagem dos participantes e projetava-a em 2D numa grande tela. Os participantes podiam interagir uns com os outros e com objetos projetados nessa tela, sendo que seus movimentos eram constantemente capturados e processados. Essa técnica tornou-se também conhecida como Realidade Virtual de Projeção.
Em 1982, Thomas Furness demonstrava para a Força Aérea Americana o CASS (Visually Coupled Airborne Systems Simulator), conhecido como .Super Cockpit. - um simulador que imitava a cabine de um avião através do uso de computadores e videocapacetes interligados representando um espaço gráfico 3D. Os videocapacetes integravam a parte de áudio e vídeo. Assim, os pilotos podiam aprender a voar e lutar em trajetórias com 6 graus de liberdade (6DOF), sem decolar verdadeiramente, ficando praticamente isolados do mundo ao seu redor. O VCASS possuía uma alta qualidade de resolução nas imagens e era bastante rápido no rendering de imagens complexas. No entanto apresentava um problema: milhões de dólares eram necessários apenas para o capacete. Através do uso de uma nova tecnologia de visores de cristal líquido (LCD) Michael McGreevy começou a trabalhar no projeto VIVED (Virtual Visual Environment Display) em 1984 na NASA, no qual as imagens seriam estereoscópicas. A resolução das imagens era limitada em comparação ao VCASS mas o custo era bastante atrativo. A parte de áudio e vídeo foi então montada sobre uma máscara de mergulho utilizando dois visores de cristal líquido com pequenos auto-falantes acoplados. Scott Fisher junta-se a esse projeto no ano de 1985 com o objetivo de incluir nele: luvas de dados, reconhecimento de voz, síntese de som 3D, e dispositivos de feedback tátil.
Thomas Zimmerman e Jaron Lanier fundam em 1985 a VPL Research tendo como primeiro produto uma luva de dados, chamada DataGlove, desenvolvida por Zimmerman e capaz de captar a movimentação e inclinação dos dedos da mão. No mesmo ano uma dessas luvas foi comprada para o projeto VIVED.
No final de 1986 a equipe da NASA já possuía um ambiente virtual que permitia aos usuários ordenar comandos pela voz, escutar fala sintetizada e som 3D, e manipular objetos virtuais diretamente através do movimento das mãos. O mais importante é que através deste trabalho foi possível verificar a possibilidade de comercialização de um conjunto de novas tecnologias, sendo que o preço de aquisição e desenvolvimento tornava-se mais acessível.
A conscientização de que os empreendimentos da NASA baseavam-se em equipamentos comercializáveis deu início a inúmeros programas de pesquisa em Realidade Virtual no mundo inteiro. Organizações variando de firmas de software até grandes corporações de informática começaram a desenvolver e vender produtos e serviços ligados à Realidade Virtual.
Em 1989 a AutoDesk apresentava o primeiro sistema de Realidade Virtual baseado num computador pessoal.
2. Conceitos Básicos
2.1 O que é Realidade Virtual (RV)
O termo Realidade Virtual é creditado a Jaron Lanier, que nos anos 80 sentiu a necessidade de um termo para diferenciar as simulações tradicionais por computação dos mundos digitais que ele tentava criar. O termo é bastante abrangente, e por isto acadêmicos, desenvolvedores de software e principalmente pesquisadores procuram definir Realidade Virtual baseados em suas próprias experiências.
Pimentel (1995) define Realidade Virtual como o uso da alta tecnologia para convencer o usuário de que ele está em outra realidade - um novo meio de .estar. e .tocar. em informações : .Virtual Reality is the place where humans and computers make contact..
Latta (1994) cita Realidade Virtual como uma avançada interface homem-máquina que simula um ambiente realístico e permite que participantes interajam com ele: .Virtual Reality involves the creation and experience of environments..
Em geral, o termo Realidade Virtual refere-se a uma experiência imersiva e interativa baseada em imagens gráficas 3D geradas em tempo-real por computador. Machover (1994) afirma que a qualidade dessa experiência em RV é crucial, pois deve estimular ao máximo e de forma criativa e produtiva o usuário - a realidade recisa reagir de forma coerente aos movimentos do participante, tornando a experiência consistente. O principal objetivo desta nova tecnologia é fazer com que o participante desfrute de uma sensação de presença no mundo virtual. Para propiciar esta sensação de presença o sistema
de RV integra sofisticados dispositivos. Estes dispositivos podem ser luvas de dados, óculos, capacetes, etc.
Dois fatores bastante importantes em sistemas de RV são imersão e interatividade. A imersão pelo seu poder de prender a atenção do usuário, e a interatividade no que diz respeito à comunicação usuário-sistema.
2.1.1 Formas de RV
Os sistemas de RV diferem entre si levando em conta o nível de imersão e de interatividade proporcionado ao participante. Ambos são determinados de acordo com os tipos de dispositivos de entrada e saída de dados usados no sistema de RV além da velocidade e potência do computador que suporta o sistema de RV. É claro que tudo vai depender da finalidade do sistema.
De acordo com Pimentel (1995) estes estilos de RV poderiam ser
classificados como: RV de Simulação, RV de Projeção,
Augmented Reality (Realidade Realçada), Telepresença, Visually
Coupled Displays (.Displays Visualmente Casados.) e RV de Mesa.
A RV de Simulação representa o tipo mais antigo de sistema de RV porque originou-se com os simuladores de vôo desenvolvidos pelos militares americanos depois da Segunda Guerra Mundial.
Um sistema de RV de Simulação basicamente imita o interior
de um carro, avião ou jato, colocando o participante dentro de
uma cabine com controles. Dentro dessa cabine, telas de vídeo e
monitores apresentam um mundo virtual que reage aos comandos do
usuário. Uma vez que o sistema de RV de Simulação não
processa imagens em estéreo, as imagens aparecem de forma
bastante rápida. Em alguns sistemas as cabines são montadas
sobre plataformas móveis, além de dispor de controles com
feedback tátil e auditivo.
b) RV de Projeção
Também conhecida como Realidade Artificial, esta categoria de RV foi criada nos anos 70 por Myron Krueger. Na RV de Projeção o usuário está fora do mundo virtual, mas pode se comunicar com personagens ou objetos dentro dele.
O sistema de RV de Projeção VIDEOPLACE criado por Krueger nesta época capturava a imagem do(s) usuário(s) e projetava-a numa grande tela que representava um mundo virtual. Nesse mundo virtual usuários podiam interagir uns com os outros ou com objetos. Krueger criou o termo Realidade Artificial para descrever o tipo de ambiente criado pelo seu sistema, que poderia ser utilizado sem a necessidade do participante vestir ou usar dispositivos de entrada de dados.
Um outro sistema de RV de Projeção conhecido é o Mandala. Neste sistema um ou mais usuários podem dançar, jogar, tocar música, criar arte visual e até comunicarem-se dentro do mundo virtual, obtendo respostas instantâneas através de gráficos, efeitos visuais e som sintetizado.
A Augmented Reality utiliza dispositivos visuais transparentes presos à cabeça nos quais os dados são projetados. Pelo fato desses displays serem transparentes, o usuário pode ver dados, diagramas, animações e gráficos 3D sem deixar de enxergar o mundo real, tendo informações sobrepostas ao mundo real. Estes displays transparentes são chamados heads-up-displays (HUDs) pois permitirem essa visão através das informações geradas pelo computador. O usuário pode, por exemplo, estar consertando algo e visualizando nos óculos os dados necessários a esta operação.
Este tipo de RV utiliza câmeras de vídeo e microfones remotos para envolver e projetar o usuário profundamente no mundo virtual. Controle de robôs e exploração planetária são exemplos de pesquisas em desenvolvimento. No entanto, existe um grande campo de pesquisa no uso de telepresença em aplicações médicas. Em intervenções cirúrgicas, médicos já utilizam camêras de vídeo e cabos de fibra óptica para visualizar os corpos de seus pacientes. Através da RV ele podem literalmente .entrar. no paciente indo direto ao ponto de interesse e/ou vistoriar a operação feita por outros.
Esta é a classe de sistemas geralmente mais associada à RV. Nos sistemas desta classe as imagens são exibidas diretamente ao usuário, sendo que este está olhando em um dispositivo que deve acompanhar os movimentos de sua cabeça. Este dispositivo geralmente permite imagens e sons estéreo, além de conter sensores especiais ligados a ele que detectam a movimentação da cabeça do usuário, usando esta informação para realimentação da imagem exibida.
Pimentel (1995) vê a RV de Mesa como um subconjunto dos sistemas tradicionais de RV. Ao invés do uso de head-mounted displays (HMDs), são utilizados grandes monitores ou algum sistema de projeção para apresentação do mundo virtual. Alguns sistemas permitem ao usuário ver imagens 3D no monitor através do uso de óculos lightweight (baixo peso) ou obturadores de cristal líquido (LCD).
2.2 Espaço Cibernético
Espaço Cibernético (cyberspace) foi o termo utilizado por William Gibson em seu livro Neuromancer para designar .uma representação gráfica de dados abstraídos dos bancos de dados de todos os computadores do sistema humano. Uma complexidade impensável. Linhas de luz alinhadas que abrangem o universo não-espaço da mente; nebulosas e constelações infindáveis de dados. Como luzes de cidades, retrocedendo.. Gibson descreveu uma rede de computadores universal contendo todo tipo de informações, na qual seria possível .entrar. e explorar os dados de forma multisensorial, e onde pessoas com implantes nos seus corpos podiam transmitir informações diretamente para o computador.
Na verdade, o Espaço Cibernético é uma simulação 4D do espaço-tempo controlada pela interface de RV; é um espaço imaginário. Vince (1995) afirma que desde que os sistemas de RV criem o Espaço Cibernético é possível interagir com tudo e com todos num nível virtual.
2.3 Estereoscopia
A Estereoscopia é uma ciência que lida com o fato de que cada um dos olhos humanos, devido à sua localização na face, vê imagens ligeiramente diferentes quando olha para algo. Ao contrário das imagens 3D que dão a noção de profundidade, as imagens estereoscópicas parecem flutuar no espaço diante da superfície na qual estão apresentadas.
Nas imagens estereoscópicas geradas por computador, a quantidade de paralaxe - distância entre imagens esquerda e direita - determina a distância aparente dos objetos virtuais em relação ao observador. O cérebro reúne as duas imagens em uma, sendo que esta parece ter características de profundidade, distância, posição e tamanho. Uma paralaxe menor, por exemplo, resulta na ilusão de que o objeto está distante.
Em Realidade Virtual, a visão estereoscópica é um importante fator na determinação do nível de imersão do sistema. No entanto, deve-se levar em conta que, na maioria dos sistemas, exibir imagens separadas para olho esquerdo e direito, exige do hardware o dobro de potência de processamento de imagem.
2.4 Graus de Liberdade (DOF)
Os graus de liberdade determinam flexibilidade de movimentação e/ou observação de algo. Objetos normalmente possuem 6 (seis) diferentes direções entre rotações e translações através das quais eles podem se mover no espaço.
Objetos podem se movimentar para frente ou para trás (eixo
X), para cima ou para baixo (eixo Y) ou para esquerda ou direita
(eixo Z) - movimentos conhecidos como translação.
Adicionalmente, os objetos também podem girar ao redor desses
eixos principais, sendo esses movimentos chamados de rotação e
conhecidos como: Roll (rotação ao redor de X), Yaw (rotação
ao redor de Y) e Pitch (rotação ao redor de Z) (Pimentel,
1995).
Grande parte dos sistemas de RV utilizam dispositivos de entrada
de dados que permitem movimentos de até 6DOF, proporcionando uma
maior sensação de imersão no mundo virtual.
2.5 Som 3D
Também conhecido como som binaural, o som 3D tem o objetivo de proporcionar uma sensação de imersão. Da mesma forma que o ser humano possui visão estereoscópica, também possui audição estéreo, e apesar dos sistemas de som 3D funcionarem de maneiras diversas, compartilham o mesmo objetivo: enganar o cérebro visto que num sistema perfeito de som 3D não é possível diferenciar realidade e simulação: o som pode vir de toda e qualquer direção.
As gravações de som tridimensional baseiam-se em um processo de manipulação auditiva que permite que o artista ou o engenheiro de gravação .posicione. os sons no espaço, controlando sua direção, distância e profundidade.
3. Dispositivos de Saída de Dados
A maioria das aplicações de RV é baseada no isolamento dos sentidos. Quase sempre, penetrar num mundo virtual requer o uso de um equipamento, parecido com uma máscara de mergulho, que procura isolar o usuário do mundo real.
O hardware de RV estimula principalmente a visão e a
audição, enquanto o sentido do tato está apenas começando a
ser explorado.
3.1 Dispositivos Visuais
Os sistemas de RV podem ser monoscópicos ou estereoscópicos, ou seja, cada um dos olhos pode visualizar ou não imagens diferentes. No caso de um sistema monoscópico, a mesma imagem será exibida para os dois olhos: apenas uma imagem passa pelo processo de rendering e é exibida para os dois olhos. Já no sistema estereoscópico, cada olho verá uma imagem ligeiramente diferente, sendo necessário um processo de rendering separado para cada uma das imagens.
Existem duas classes de dispositivos visuais, a primeira é composta pelos videocapacetes (HMDs) e head-coupled displays (dispositivos que utilizam-se de braços mecânicos para permanecerem diante do usuário), e a segunda é composta pelos monitores de computador e sistemas de projeção. O que diferencia estas duas classes é que na primeira existem sensores para os movimentos do usuário ligados ao dispositivo visual, enquanto que na segunda isso não ocorre e tudo vai depender dos comandos do usuário via outro dispositivo de entrada.
O videocapacete (HMD) é o dispositivo de saída de dados que mais isola o usuário do mundo real. Ele é constituido basicamente de duas minúsculas telas de TV e um conjunto de lentes especiais. O vídeocapacete funciona também como um dispositivo de entrada de dados porque contém sensores de rastreamento que medem a posição e orientação da cabeça transmitindo esses dados para o computador. Conseqüentemente, o computador gera uma sequência de imagens por quadro, correspondentes às ações e perspectiva do usuário.
Este dispositivo basicamente constitui-se de um display montado sobre um braço mecânico com um contra-peso, fazendo com que o display possua .peso zero.. Sensores ligados ao braço mecânico mais os controles presentes próximos ao display permitem movimentos com 6DOF.
Dispositivos visuais baseados em monitores e sistemas de projeção não constumam oferecer um alto nível de imersão. Além disso o usuário precisa estar constantemente olhando para a tela e utilizar algum dispositivo de entrada para fazer sua movimentação pelo mundo virtual.
Uma vantagem dos óculos na visualização baseada em monitores ou sistemas de projeção é que eles permitem que várias pessoas participem da experiência de RV, além do custo ser inferior ao de um HMD.
3.2 Dispositivos Auditivos
Os dois ouvidos captam ondas sonoras provenientes de todas as direções. O formato de concha do ouvido externo capacita-o para o trabalho de coletar ondas sonoras e direcioná-las para os vários caminhos através do canal auditivo. O cérebro então recebe e processa as características deste som para determinar ou localizar o local exato da fonte sonora. Os sistemas de som 3D duplicam artificialmente os ativadores naturais que auxiliam o cérebro a localizar o som, além de recriar eletronicamente esses efeitos em tempo-real.
3.3 Dispositivos Físicos
Os dispositivos físicos procuram estimular as sensações
físicas, como o tato, tensão muscular e temperatura. Diferente
dos dispositivos de saída de visão e audição, os dispositivos
físicos requerem uma sofisticada interação eletromecânica com
o corpo do usuário. A tecnologia existente atualmente não é
capaz de estimular os sentidos físicos com o nível de realismo
que atinge os sentidos visuais e auditivos: o problema está
além da criação de dispositivos de feedback, pois envolve
também a compreensão e simulação das forças/apropriadas.
Feedback tátil é o nome dado a sistemas que transmitem sensações que atuam sobre a pele. O feedback tátil deve fornecer não apenas a sensação do toque mas também permitir ao usuário perceber se está tocando uma superfície lisa ou rugosa. Existem atualmente duas diferentes formas de fazer essa simulação tátil: através de pressão de ar e através de vibrações.
Sistemas que permitem as sensações de pressão ou peso oferecem feedback de força. Uma maneira de construção de um sistema de feedback de força seria através de uma espécie de exoesqueleto mecânico que se encaixa no corpo do usuário, fazendo com que determinados movimentos possam permitir-lhe sentir o peso ou a resistência do material de um objeto no mundo virtual.
Um tipo de feedback que também pode ser fornecido por um sistema de RV é o feedback térmico. Este feedback poderia ser fornecido, por exemplo, quando o usuário se aproximasse de uma fogueira no mundo virtual.
O feedback térmico não é muito utilizado em sistemas de RV devido ao seu alto custo, mas já existem algumas pesquisas neste campo sendo desenvolvidas. Uma dessas pesquisas fez uma empresa do Texas desenvolver um sistema que aquece parte do corpo através de um pequeno dispositivo que reúne um aquecedor, um sensor de temperatura e um inversor de calor.
As plataformas móveis também são consideradas um dispositivo de feedback físico, pois fornecem a sensação de movimento. Normalmente são utilizadas em caros videogames, simuladores de vôo e simuladores de movimento. Segundo Pimentel (1995) são facilmente controladas pelo computador de um sistema de RV.
4. Dispositivos de Entrada de Dados
São os modos utilizados pelos participante da experiência de RV, para entrar no mundo virtual . Sem o dispositivo de entrada de dados o usuário participa da experiência em RV apenas de forma passiva, sem poder interar-se a virtualidade.
Pimentel no ano de 1995, divide esses dispositivos de entrada
de dados em duas categorias: dispositivos de interação
(permitem ao usuário a movimentação e manipulação de objetos
no mundo virtual); e dispositivos de trajetória (monitoram
partes do corpo do usuário, detectando os movimentos, para criar
a sensação de presença no mundo/virtual.)
4.1 Dispositivos de Interação
São vários os tipos de Interação, sendo que cada um deles possuem suas finaliades. A escolha do dispositivo de interação mais adequado leva em conta não apenas a finalidade do sistema, mas também o software utilizado, pois a eficiência do sistema vai depender da capacidade do software aproveitar as características do dispositivo. Vejamos, então, alguns dispositivos de interação disponíveis atualmente:
Através das luvas de dados o sistema de RV pode reconhecer os movimentos da mão do usuário que veste a luva.
O uso de luvas de dados ajuda a aumentar a sensação de presença no mundo virtual. Atualmente existem diversos modelos de luvas disponíveis no mercado de RV, que são utilizados de acordo com suas diferentes finalidades.
Os dispositivos de interação com 6DOF permitem uma movimentação bastante ampla quando utilizados em sistemas de RV. Apesar de parecidos com joysticks, esses dispositivos apresentam uma diferença crucial em relação a estes, pois são capazes de medir a quantidade de força aplicada a eles. Os dispositivos chamados isométricos, ou bolas isométricas, são bastante fáceis de manipular, costumam constituir-se de uma bola sobre uma plataforma com botões (normalmente um deles é utilizado para o reset (reinicialização) do sistema) que são configurados via software.
Dispositivos baratos e de fácil manipulação, que agem diretamente, porém de forma mais simples no mundo virtual. São os mouses, os joystick , etc.
Sensores de entrada biológicos processam atividades chamadas de indiretas, como comando de voz e sinais elétricos musculares.
Existe uma série de diferentes dispositivos de interação
além dos citados acima. Muitos são criados a cada ano,
enriquecendo a possibilidade de hardware para RV. Sendo que não
podemos esquecer do teclado, que também é capaz de
emitir comandos para um sistema de RV.
4.2 Dispositivos de Trajetória
Muitos dos dispositivos de interação mencionados acima contam com um dispositivo responsável pela tarefa de detecção ou rastreamento da trajetória, conhecido como dispositivo de trajetória ou tracking.
Os dispositivos de trajetória trabalham baseados na diferença de posição ou orientação em relação a um ponto ou estado de referência. Basicamente existe uma fonte que emite o sinal (que pode estar localizada no dispositivo de interação), um sensor que recebe este sinal e uma caixa controladora que processa o sinal e faz a comunicação com o computador.
A maioria das aplicações que utilizam detecção de trajetória fazem uso de pequenos sensores colocados sobre as partes do corpo ou sobre o objeto (se for o caso), técnica conhecida como tracking ativo. Dispositivos de trajetória de dispositivos de interação com 6DOF utilizam técnicas eletromagnéticas, ultrassônicas, mecânicas ou óticas para fazer a medida dos movimentos. Como alternativa, o tracking passivo utiliza câmeras ou sensores óticos ou de inércia para .observar. o objeto e determinar sua posição e orientação. Diferente dos dispositivos que utilizam tracking ativo, os dispositivos de tracking passivo utilizam apenas um sensor para rastrear o objeto.
5. Ferramentas para Criação da RV
O aplicativo de Realidade Virtual é uma simulação animada que permite definir e exibir um objeto 3D, alterar seu ponto de referência e campo de visão, manipular e interagir com os objetos, e fazer com que esses objetos afetem uns aos outros. O software de Realidade Virtual permite permear objetos com comportamentos (propriedades físicas) e programá-los para ativar algum tipo de feedback visual, auditivo ou tátil quando um evento específico acontece, além de gerenciar toda a sequência de eventos. A maioria dos sistemas de construção de mundos virtuais compartilham alguns conceitos básicos que caracterizam o desenvolvimento da Realidade Virtual e que permitem aos desenvolvedores a criação de uma simulação bastante realística. Segundo Jacobson (1994), estes conceitos básicos poderiam ser: o Universo e seus Objetos, técnicas de apresentação e dinâmicas e feedback.
O Universo representa o lugar onde ocorrerá a experiência de RV, o lugar a ser modelado. Este Universo contém Objetos que são caracterizados por geometria (formato do objeto), aparência (tamanho, cor, composição, iluminação e sombreamento aplicados à geometria do objeto) e comportamento (reações do objeto frente a eventos). Estes Objetos são vinculados entre si por hierarquias, ou seja, um Objeto complexo do Universo pode incorporar muitos Objetos. Qualquer objeto é formado por um conjunto de polígonos e suas técnicas de apresentação envolvem conceitos de computação gráfica. Alguns desses conceitos são: perspectiva linear (o tamanho do objeto diminui conforme aumenta a distância do usuário), iluminação (intensidade da luz que incide sobre um objeto), sombreamento (sombra causada pelo posicionamento de um outro objeto entre a fonte de
luz e o objeto) e sobreposição (objetos encobrindo outros objetos ou partes deles).
Além de compartilharem os conceitos acima citados, os softwares para criação de RV também costumam oferecer recursos para determinados tipos de dispositivos de interação, permitindo programá-los para ativar algum tipo de feedback visual, auditivo ou tátil.
Nesse mundo virtual é possível utilizar um programa de modelagem 3D para a criação dos objetos e cenários de virtualidade e importá-los para o software que cria a RV. A modelagem normalmente baseia-se em primitivas chamadas polígonos, sendo que um objeto do mundo virtual é composto de vários polígonos combinados. Então, os programas de modelagem 3D irão combinar modelagem (criação dos objetos), representação visual (aplicação de propriedades aos objetos, como textura e iluminação) e animação (movimentação dos objetos na cena), tornando a apresentação das cenas e dos objetos o mais próximo do real possível.
Os objetos do mundo virtual costumam nascer de um modelo wireframe (modelo com contorno básico - contém todas as linhas do objeto) transparente. Esse modelo passa por um processo que faz a remoção das linhas que devem ficar ocultas. A partir daí a representação visual manuseia a superfície do objeto criando efeitos realísticos com a atribuição de cores, iluminação, sombreamento e textura. O toque final fica por conta da animação, onde os objetos e luzes serão movimentados conforme os comandos ou movimentos do usuário alterando as cenas seguintes a serem apresentadas. A animação é feita em tempo real a uma taxa que faz com que tudo pareça se deslocar com perfeição, numa média de 15 a 22 quadros por segundo.
Atualmente, existem diversos softwares para o desenvolvimento
da RV, alguns permitem apenas a criação de RV exploratória
onde o participante não pode alterar nem interagir com o
cenário e seus componentes; outros permitem a criação de
sofisticadas cenas com recursos de interação através de
dispositivos compatíveis. A seguir, vamos examinar rapidamente
alguns desses softwares para criação de aplicativos de RV.
O Cyberspace Development Kit da Autodesk é um software bastante potente. É um conjunto de bibliotecas para programadores C++ que permite interface com os dispositivos mais comuns de RV e geração de imagens em estéreo. Além de poder ser utilizado em diferentes plataformas, ainda reconhece arquivos com extensão DXF (modelados em CAD).
Este software foi desenvolvido por Dave Stampe e Bernie Roehl na Universidade de Waterloo no Canadá. É uma ferramenta para programadores, pois exige conhecimentos da linguagem C e de geometria tridimensional. Com o REND386 é possível desenvolver mundos, difinir superfícies e atribuir cores. Programado para ser veloz, sua característica de animação permite a sensação virtual de tempo real. É distribuído gratuitamente via FTP pela universidade de Waterloo e atualmente é uma importante ferramenta para o desenvolvimento de RV.
Desenvolvido por uma empresa européia de jogos interativos, o
Virtual Reality Studio permite modelar e visualizar paisagens 3D
e interagir com objetos 3D animados nos cenários. Este software
permite o uso de placas de som para produção de som interativo
e seu preço é diretamente proporcional à resolução de suas
imagens: baixo.
A VREAM, Inc. desenvolvedora do VREAM (Virtual Dream) foi a primeira empresa de software de RV que não exigiu habilidades de programação para construir um mundo virtual. O VREAM possui uma boa interface gráfica com o usuário e a capacidade de criar, mudar e apagar objetos, além de suportar som interativo e imagens em estéreo. O VREAM permite também não só criar mas também visitar e interagir com mundos vituais em tempo real, usando um mouse ou joystick, bem como dispositivos de entrada e saída de dados mais exóticos. Com ele, é possível .caminhar. ou .voar. para qualquer ponto do espaço criado, além dos objetos deste espaço poderem possuir propriedades elásticas e de gravidade embutidas.
Projetado pela Virtus Corporation, o WalkThrough é um programa de modelagem e visualização 3D. Apesar de não suportar imagens em estéreo nem som interativo, o WalkThrough é considerado RV pelo fato de permitir que através dos dispositivos de entrada e saída convencionais (monitor, teclado e mouse) possa-se caminhar pela cena criada. Seu principal objetivo é auxiliar no desenvolvimento conceitual de estruturas e construções civis.
A Sense8 foi fundada por uma dupla de hackers americanos que pretendia fornecer aos seus companheiros programadores ferramentas de RV de tempo real, independentes de plataforma (máquina utilizada). Surgiu então o WorldToolKit para Windows, um software bastante potente que oferece vídeo em tempo real, suporte para som interativo e exige sólidos conhecimentos de programação. Basicamente, o pacote é uma vasta biblioteca em C com funções que simplificam o processo de criação de simulações 3D interativas em tempo real.
A Virtual Reality Modeling Language é uma linguagem de programação de mundos virtuais para RV que permite a criação de ambientes virtuais, permitindo interagir com esses ambientes. Uma grande vantagem em relação ao uso desta linguagem é que suas aplicações "rodam" sobre a maioria dos browsers, permitindo a utilização da aplicação numa rede. A linguagem trabalha com geometria 3D e primitivas e suporta diversas transformações (rotação, translação, escala), além de texturas, sombreamento e posicionamento de fontes de luz.
6. Aplicações
Através da RV a forma de interação homem-máquina mudou. Com a evolução do hardware e software, o uso de recursos de RV deixou de ser algo dispendioso, e hoje em dia proporciona à empresas de todos os setores uma forma mais eficiente de agilizar e/ou enriquecer seus projetos.
Aplicações de RV em simuladores de vôo são utilizadas há mais de duas décadas e mostram diversas (e diferentes) vantagens em relação ao modelo .não virtual. tradicional. Aplicações nas áreas de engenharia, entretenimento, ciências e treinamento, como subdivide Vince (1995), também são cada vez mais comuns.
6.1. O Boeing 777 (simulador de vôo)
Através deste simulador, um piloto familiarizado com um outro avião pode facilmente aprender a pilotar o Boeing 777. Neste projeto, o mundo virtual foi modelado para permitir que o piloto treine em aeroportos famosos. A interação piloto-sistema é feita de forma bastante precisa, uma vez que os objetos modelados no mundo virtual possuem propriedades e reagem de acordo com os comandos do piloto. As imagens são bastante realísticas. Os dispositivos auditivos transmitem informações durante determinados períodos do vôo, como condições climáticas, direção do vento, etc.
O custo de um sistema como este é extremamente alto tornando projetos deste tipo viáveis apenas para empresas que necessitem de elevada garantia de segurança.
6.2. Terapias Virtuais
O tratamento de fobias como medo de altura ou profundidade tem sido auxiliado por aplicações de RV. Aplicações desse tipo procuram envolver o usuário no mundo virtual. O mundo virtual consiste de lugares altos, como pontes e outros panoramas que despertem a fobia do usuário. Um dispositivo de entrada de dados irá permitir que o usuário passeie pelo ambiente, tendo diferentes ângulos de visão.
A terapia virtual consiste basicamente de sessões onde o paciente imerge num mundo virtual onde situações são simuladas. No caso do medo de alturas, essa situação simulada pode ser um elevador sem paredes, sem chão e sem teto visíveis. O elevador sobe gradativamente a cada sessão de terapia. Durante a sessão o médico monitora os batimentos cardíacos e pressão arterial do paciente.
As aplicações de terapia virtual mostram elevadas taxas de recuperação dos pacientes, sendo que o desconforto (medo) sentido pelos pacientes nas sessões iniciais praticamente desaparece nas últimas sessões. As alterações de batimentos cardíacos e pressão arterial tornam-se menos acentuadas para uma mesma situação no decorrer das sessões.
6.3. Treinamento em Medicina
Com a realidade virtual, o médico aprendiz pode treinar num corpo virtual, com instrumentos virtuais em sistemas que oferecem diferentes graus de dificuldade.
Um sistema desenvolvido permite o ensino do tratamento de ferimentos de combate para paramédicos, médicos das forças armadas e salva-vidas, aprender a aplicar uma injeção na veia do paciente e ainda auxilia no treinamento de médicos para a prática de cirurgias oculares.
7. Realidade Virtual na Educação
Educação pode ser pensada como um processo de exploração, de descoberta, de observação e de construção da nossa visão do conhecimento.
O tempo passa e a Realidade Virtual está tornando o impossível em possível. O que era ontem um sonho, hoje, com um "pouco" de tecnologia está se tornando realidade, Realidade Virtual.
A Realidade Virtual nos permite aprender visitando lugares onde jamais estaremos na vida real, talvez porque o lugar seja muito pequeno para ser visto ou muito grande para ser examinado como um todo, ou muito caro ou muito distante. A Realidade Virtual permite que nós movamos coisas que são muito pesadas, muito leves ou muito caras e perigosas para mover. A Realidade Virtual permite ainda que visitemos lugares em períodos diferentes de tempo e com uma rapidez tão grande que sem ela seria impossível fazê-lo em uma vida toda. A potencialidade da Realidade Virtual está exatamente no fato de permitir que exploremos alguns ambientes, processos ou objetos, não através de livros, fotos, filmes ou aulas, mas através da manipulação e análise virtual do próprio alvo do estudo.
A Realidade Virtual permite que se faça experiências com o conhecimento de forma interativa. Das outras tecnologias (TV, fotos, Multimídia) o maior diferencial é permitir que um estudante aprenda sobre um assunto inserido no contexto deste assunto e assim receba, a cada ação que fizer, uma realimentação deste contexto.
As aplicações são muitas e é difícil predizer em quais os ganhos e os benefícios da Realidade Virtual serão significativos. O certo é que não haverá um único padrão nas interfaces de Realidade Virtual. A tecnologia e as limitações de custos farão com que o tipo de aplicação defina o nível de sofisticação da tecnologia a ser aplicada. Com certeza,
neste cenário, muitas aplicações, na busca de soluções para problemas específicos, acabarão por gerar novos usos e soluções para problemas de outras áreas.
7.1. Porque usar Realidade Virtual na Educação ?
Podemos dividir a maneira como conhecemos o mundo em duas linhas. Numa delas, as experiências de 1ª pessoa, o indivíduo conhece o mundo como resultado de sua interação diária com ele. Este tipo de conhecimento é direto, muito freqüentemente, inconsciente, ou seja, não sabemos ou não temos claro, que sabemos alguma coisa. Na segunda forma, as experiências da 3ª pessoa nós conhecemos o mundo como ele nos é descrito por alguém. Este conhecimento é objetivo, consciente e explícito, ou seja, sempre sabemos quando estamos adquirindo-o, pois ele nos é ensinado por alguém.
Experiências de 1ª pessoa são naturais, privadas e predominam em nosso dia-a-dia na interação com o mundo. Nesta visão a interação com um computador é uma experiência de 3ª pessoa. Apesar de podermos manejar o mouse e o teclado com um nível de habilidade tal que se torne automático, quando uma informação surge, é como se alguém estiver contando para nós.
A idéia de imersão, da Realidade Virtual, é exatamente buscar uma forma de permitir a interação com uma informação através de uma experiência de 1ª pessoa onde o usuário não tenha que criar metáforas para relacionar o dado da tela com o real e sim possa explorar o dado como se ele de fato existisse.
Há diversas razões para usar a Realidade Virtual na educação, entre elas destacam-se:
maior motivação dos usuários;
o poder de ilustração da Realidade Virtual para alguns processos e objetos é muito maior do que outras mídias;
permite uma análise de muito perto;
permite uma análise de muito longe;
permite que pessoas deficientes realizem tarefas que de outra forma não são possíveis;
dá oportunidades para experiências;
permite que o aprendiz desenvolva o trabalho no seu próprio ritmo;
não restringe o prosseguimento de experiências ao período da aula regular;
permite a que haja interação, e desta forma estimula a participação ativa do estudante.
7.2. Realidade Virtual e os Estilos de Aprendizagem
Cada pessoa, prefere aprender de uma maneira diferente, algumas são visuais, outras são verbais, algumas preferem explorar, outras deduzir. Em cada estilo, podemos usar a Realidade Virtual de uma forma diferente.
Para pessoas com problemas no entendimento de equações, teorias, e princípios a Realidade Virtual pode ser usada para materializar estas informações. Para aqueles que são visuais e não verbais e preferem gráficos imagens a explicações e fórmulas, a Realidade Virtual novamente é útil, principalmente em função de seu aspecto altamente visual.
Para pessoas que preferem aprender pela exploração ao invés da dedução, a Realidade Virtual pode permitir a análise detalhada muitas vezes impossível por outros meios.
Para aqueles que aprendem melhor de forma ativa, interagindo com o ambiente, ao invés de um aprendizado reflexivo, ponderado e introspectivo, a Realidade Virtual pode criar ambientes altamente interativos, permitindo a manipulação direta com um ambiente que responda às ações do usuário.
Para quem, no entendimento de um processo complexo, precisa realizar uma análise global, com as interrelações entre as partes, ao invés de uma análise de cada parte, a Realidade Virtual pode auxiliar como ferramenta de visualização colocando o usuário (aprendiz) como um super-observador do processo e dando a ele uma visão geral do ambiente em estudo.
Conclusão
Realidade virtual é um tipo de interação com o computador, obtida com ajuda de capacetes, óculos, luvas ou trajes especiais, e apoiada na composição absolutamente realista de imagens tridimensionais, que dá a ilusão de estar presente num ambiente criado pela máquina. Também denominada ciberespaço, essa tecnologia abriu um campo de aplicações revolucionário para o entretenimento, a medicina e o treinamento industrial e militar.
Mas... de que maneira o homem usufrui disso? Muitos de nós não sabemos, mas 70% dos receptores do sentido humano encontram-se nos olhos, tornando-os os grandes monopolistas dos sentidos. Sendo assim, podemos analizar que a maioria das informações recebidas pelo ser humano tem a forma de imagens visuais, e estas são interpretadas por um computador extremamente eficiente: o cérebro. Por outro lado, os computadores digitais também podem interpretar informações desde que estas sejam fornecidas através de algum dispositivo, como por exemplo um mouse ou um teclado. Desse modo, chegamos a conclusão de que atualmente, com a Realidade Virtual, computadores e mente humana entram numa esfera onde ambos podem atuar num nível cada vez mais íntimo.
Bibliografia