Neste trabalho reunimos os resultados obtidos levando em conta dois aspectos fundamentais para implementação de um ambiente imersivo. Primeiramente a questão do hardware e do espaço disponível para localização dos equipamentos necessários a instalação do ambiente imersivo CAVE. Em segundo lugar a avaliação e escolha da plataforma de software de gerenciamento do sistema e criação de ambientes virtuais.
A implementação de um ambiente CAVE envolve uma série de aspectos relacionados a sua instalação, tais como: configuração espacial levando em conta o espaço disponível para sua instalação. Observando este aspecto estudamos e apresentamos no capitulo 4 propostas baseadas no trabalho publicado por Lumbreras que apresenta opções de dimensionamento e otimização do espaço de instalação de uma CAVE. Recomendamos a configuração abaixo para construção da CAVE definitiva, incluindo projeção no piso.
Figura 77 – CAVE rotacionada com espelhos
Fonte: LUMBRERAS, 2010
Como elemento motivador para o avanço das pesquisas em nosso laboratório estimulamos o uso de estereoscopia passiva, apesar dos nossos testes terem sido realizados com estereoscopia ativa.
Para construção de toda estrutura de fixação das telas de projeção e das base de suportação dos equipamentos, recomendamos a utilização de materiais não ferrosos, tais como tubos de PVC ou Alumínio, possibilitando assim a utilização de equipamentos baseados em
91 tecnologia geradora de campo magnético, como por exemplo: rastreadores de posição e orientação do usuário dentro do ambiente da CAVE.
Diversos parâmetros do ambiente de instalação da CAVE, tais como luminosidade, posicionamento dos espelhos do ambiente, entre outros influenciam na escolha dos projetores e de sua resolução. Os projetores devem prover recursos shift image, que é a capacidade de deslocamento da imagem sem provocar distorções.
Para as telas de projeções podemos utilizar tecnologia Stewart (STEWART, 2015) e para visualização os óculos com tecnologia 3D Infitec+ (INFITEC). Neste caso os projetores devem ser equipados com lentes de polarização tecnologia 3D Infitec. Caso optemos por uma CAVE com 4 (quatro) lados, com projeção no piso devemos providenciar tela de projeção frontal.
Os rastreadores garantirão a interatividade, possibilitando assim melhor grau de realismo e imersão. Não esquecer de estimular as pesquisas com o uso do Microsoft Kinect.
Os computadores serão interligados em um cluster por uma rede Gigabit Ethernet, portanto esta infraestrutura deve ser providenciada. Os mesmos devem ser equipados com placas gráficas NVIDIA ligadas em SLI, e que permitam processamento em GPU, já que podemos integrar a linguagem GLSL no código X3D.
Melhorando ainda mais a sensação de imersão do usuário, podem ser usadas técnicas de som tridimensional.
Com este conjunto de equipamentos, acreditamos esta construindo um ambiente que permita um grau de realismo e imersão satisfatório a um custo bem inferior as soluções de mercado. Além de envolver professores, alunos e pesquisadores em uma empolgante aventura do aprender fazendo.
Outra importante contribuição dada pela execução deste trabalho foi a oportunidade gerada pelas dificuldades encontradas a cada passo que envolve tanto a escolha do hardware, assim como escolha da plataforma de software de gerenciamento do sistema e criação de ambientes virtuais.
O Instant Reality foi escolhido como plataforma de desenvolvimento, por apresentar a maioria dos requisitos para gerenciamento de um ambiente CAVE apresentando recursos de computação distribuída, controle de dispositivos de entrada e de saída específicos para ambientes de Realidade Virtual e de Realidade Virtual Aumentada. Esta realidade nos permitiu incorporar com certa facilidade o código X3D que gerencia todos os aspectos relacionados ao sistema de projeção e gerenciamento do cluster de computadores envolvidos.
92 O autor reconhece que houve dificuldade na implementação dos objetivos desta dissertação, principalmente aqueles relacionados com a aquisição de equipamentos e de espaço para instalação do protótipo, contribuindo assim para a ausência de exploração de uma série de variáveis que influenciam na performance de uma CAVE, por isto recomenda as iniciativas abaixo.
Avaliação das variáveis que influenciam no desempenho e na performance de um ambiente imersivo de forma a garantir as principais características de uma ambiente de Realidade Virtual, que são Imersão, Interação e Envolvimento.
O desenvolvimento de novas configurações de ambientes virtuais CAVE, incluindo a utilização de projetores de curta distância e o uso de estereoscopia ativa e de soluções inovadoras.
A criação de equipes de desenvolvimento que possam utilizar outras APIs como Avango, CAVELib, VRJugller, CaveUT, entre outras e estimular a pesquisa no uso de novos periféricos de entrada e saída. Desenvolver software de captura de movimentos utilizando tecnologias emergentes, tais como Microsoft Kinect, Leap Motion (LEAP Motion, 2015), Myo (THALMICLABS, 2015), Control V, Infinadeck (INFINADECK, 2014), Virtuix Omni (VIRTUIX, 2015), etc.
O InstantReality permite aos desenvolvedores a criação de mundos virtuais utilizando Biliotecas Gráficas padrões tais como VRML, X3D, OBJ. Mundos virtuais podem ser criados utilizando modeladores CAD e não apenas por programação, assim como desenvolver aplicativos, utilizando modernas linguagens de programação.
Todo este ambiente permitirá a construção de conteúdo disciplinar e interdisciplinar voltado ao desenvolvimento do ensino/aprendizado auxiliado pela tecnologia de Realidade Virtual. Estas e outras iniciativas devem ser implementadas de forma a auxiliar toda a cadeia de disciplinas das Engenharias, assim como estimular a participação das escolas secundárias e a criação de um sistema em rede que integre outros ambientes CAVE.
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GLOSSÁRIO
3D: Tridimensional. Um objeto 3D possui as três dimensões, que são: largura, altura e profundidade.
Animação: É uma mudança de algo em função de um intervalo de tempo.
CAD: Computer Aided Design ou Projeto Auxiliado por Computador. São sistemas computacionais utilizados pela engenharia, geologia, geografia, arquitetura e design para facilitar o projeto e desenho técnicos.
CAVE: É uma sala cujas paredes, teto e chão são superfícies de projeção, ou seja, sobre cada superfície semitransparente da sala existe um sistema de câmaras e espelhos responsáveis por transmitir determinada porção da cena virtual.
Cluster: É um sistema que compreende dois ou mais computadores ou sistemas na qual trabalham em conjunto para executar aplicações ou realizar outras tarefas, de tal forma que os usuários que os utilizam tenham a impressão que somente um único sistema responde para eles, criando assim uma ilusão de um recurso único (computador virtual).
Educação: Ato ou efeito de educar; é uma ação exercida pelas gerações adultas sobre as gerações jovens para adaptá-las a vida social.
Estereoscopia: Diz respeito à visualização de um mesmo foco por dois mecanismos de captação de imagens. Em linhas gerais, quando em seres humanos, diz-se que a imagem percebida pelo cérebro resulta da comunicação de duas imagens captadas uma em cada olho.
Kinect: É o nome de um periférico desenvolvido pela Microsoft com o intuito de ser usado juntamente com os jogos eletrônicos de última geração para que o jogador não tenha necessidade de usar um controle/joystick.
InstantReality: É um framework que fornece um conjunto grande de recursos para a Realidade Virtual e para a Realidade Aumentada.
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Interatividade: Representa uma comunicação do sistema com o usuário e as diversas formas de respostas. A interação acontece quando o usuário causa um evento e espera resposta para este evento.
Internet: Rede mundial que interliga milhões de computadores e de usuários.
Realidade Virtual: É uma forma de interface homem computador que se baseia na formação de imagens espaciais e na ilusão de estar presente dentro de um ambiente gerado por computador. Implica geralmente em tecnologias de imersão total que usam óculos ou capacetes, luvas e dispositivo semelhante.
VRML: Linguagem para modelagem de Realidade Virtual – é uma linguagem independente de plataforma que permite a criação de cenários 3D por onde se pode passear, visualizar objetos por ângulos diferentes e interagir com eles.
X3D: É um padrão aberto desenvolvido sobre a VRML, que em 1997 foi aprovado como um padrão internacional. Tem como objetivo trabalhar com gráficos 3D, permitindo transformações e animações com o uso de dispositivos de entrada e saída de dados.
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APÊNDICE
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA CAVE DE BAIXO CUSTO PARA
O AUXÍLIO AO ENSINO DA ENGENHARIA
Carlos Magno de Lima17, Rosangela de Araújo Santos18
Abstract Knowledge diffusion has been applied through several media devices in order achieve its goals. It is notorious the increasing use of tools and techniques which assist and accelerate knowledge acquisition through multisensory channels. However, Virtual Reality has been highlighted recently as a helpful way to deal with this challenge. Virtual Reality is based on a man-computer interaction in order to allow the user the feeling of being in a real environment. In this paper, it will be presented the entire methodology for the construction of a low-cost CAVE system, as well as, implementing APIs of free software to support the construction and manipulation of virtual worlds aimed to the teaching of engineering and other sciences. All this effort has contributed to the development of new forms of knowledge acquisition by changing the previous paradigms and new challenges in providing quality education.
Index Terms Virtual Reality, CAVE, Education, TICs, Engineering
INTRODUÇÃO
Especialistas frequentemente afirmam que a Tecnologia está transformando profundamente a educação, por desafiar as definições e os modos de se relacionar com o conhecimento, oferecendo novas maneiras de provocar alunos desmotivados e de prometer incessantes oportunidades de criatividade, sociabilidade, interatividade e inovação, as Tecnologias da Informação e Comunicação seriam um novo marco capaz de revolucionar a educação. [1]
Tem-se observado cada vez mais o uso de técnicas e ferramentas que auxiliam e aceleram aquisição do conhecimento, através dos canais multissensoriais. Mas, recentemente a Realidade Virtual vem se destacando como um aliado neste desafio.
A Realidade Virtual vem sendo utilizada em diversas áreas para auxiliar no treinamento de novos funcionários, como acontece nas indústrias. Disseminar o conhecimento como acontece na educação, ao aplicar essas novas tecnologias no auxilio ao ensino da engenharia, usando recursos