Facilitando o Entendimento do Conceito de Perspectiva através de Realidade
Aumentada
Lara Moura Silva Saúde
Claudio Kirner
ICE- Instituto de Ciências Exatas
Universidade Federal de Itajubá
Itajubá, Brasil
[email protected]
ICE- Instituto de Ciências Exatas
Universidade Federal de Itajubá
Itajubá, Brasil
[email protected]
Resumo—Os conceitos de perspectiva, apesar de serem
intuitivos para a maioria das pessoas, apresentam dificuldade
na aprendizagem, envolvendo convergência, planos de
profundidade, oclusão, etc. Esse artigo discute esse tema e
apresenta soluções apoiadas por realidade aumentada, usando
maquetes físicas e virtuais e explorando aspectos visuais e
sonoros. Além disso, são apresentadas alternativas para a
fixação da aprendizagem, como quebra-cabeças, e uma
avaliação de uma aplicação de perguntas e respostas com
realidade aumentada sobre os conceitos de perspectiva.
Palavras-chave:
Perspectiva,
Realidade
Aumentada,
Aprendizagem, Tutor Espacial de Áudio, Maquetes, Quebracabeças.
I.
INTRODUÇÃO
Existem várias maneiras usadas para auxiliar o
entendimento do conceito de perspectiva, envolvendo livros
com ilustrações, artigos, páginas web, vídeos, mas há poucas
iniciativas usando realidade virtual e realidade aumentada.
Como o conceito de perspectiva está ligado com a
visualização de ambientes tridimensionais, a realidade virtual
e a realidade aumentada são indicadas para esse estudo. A
realidade aumentada, particularmente, por envolver
ambientes reais potencializados com informações virtuais,
envolvendo imagens, sons e eventualmente sensações táteis
pode ajudar também os deficientes visuais, na aprendizagem
desse conceito, quando enriquecida com retornos sonoros
(sons e narrações).
No entanto, mesmo com o uso dos meios tradicionais,
ainda faltam exercícios para a fixação dos conceitos de
perspectiva.
Assim, visando contribuir para a melhoria das condições
de aprendizagem do conceito de perspectiva, foi
desenvolvido um trabalho baseado em maquetes reais e
virtuais, complementado com quebra-cabeças e exercícios
baseados em perguntas e respostas, usando a realidade
aumentada para agregar informações visuais e sonoras aos
ambientes, explicando as características de várias situações
dos ambientes e suas relações com o estudo da perspectiva.
Neste sentido, foram explorados os conceitos básicos de
perspectiva como: ponto de fuga, planos de profundidade,
linhas de convergência, oclusão, além de alguns conceitos
avançados como altura em planos de profundidades
diferentes.
Esses trabalhos foram expostos a vários alunos da
Universidade Federal de Itajubá, que manifestaram suas
impressões, através de um questionário, gerando uma
avaliação do uso da realidade aumentada no entendimento
dos conceitos de perspectiva.
Este trabalho está organizado em cinco seções, incluindo
esta introdução. A seção 2 aborda os trabalhos relacionados.
A seção 3 descreve os ambientes desenvolvidos para a
aprendizagem e realização de exercícios, usando realidade
aumentada. A seção 4 aborda a avaliação do jogo de
perguntas e respostas com realidade aumentada, usado para a
fixação e avaliação da aprendizagem sobre o conceito de
perspectiva. Finalmente, a seção 5 mostra as conclusões do
trabalho.
II.
TRABALHOS RELACIONADOS
Dentre as alternativas usadas para auxiliar o
entendimento do conceito de perspectiva por usuários não
deficientes, encontram-se livros [1], vídeos [2], [3] e [4],
artigos e sites [5], [6] e [7], que são largamente usados em
escolas e em processos autônomos de aprendizagem.
No caso de deficientes visuais, há poucas iniciativas
envolvendo a aprendizagem do conceito de perspectiva, por
envolver uma área abstrata para essas pessoas e por depender
de tecnologias e de desenvolvedores interessados no tema.
O estudo da representação espacial para deficientes
visuais vem sendo feito há vários anos. Kennedy, Gabias e
Heller [8] procuraram mostrar que deficientes visuais,
expostos intensivamente a desenhos táteis (em relevo), são
capazes de aprender a representação espacial. Outros estudos
desses autores exploraram aspectos mais detalhados sobre
perspectiva, envolvendo deficientes visuais [9], [10], [11],
[12] e [13]].
O trabalho denominado Pictures for listening [14] e o
projeto ACCESS [15] envolveram informações em Braille,
sons e narrações para auxiliar o deficiente visual na
aprendizagem de representação espacial.
Alguns experimentos com realidade virtual, envolvendo
sons e reação de tato e força [16] e [17] também permitiram
aos deficientes visuais explorar a representação espacial,
recebendo informações sobre o espaço 3D.
Na área de realidade aumentada, além de alguns
trabalhos envolvendo sons [18], [19] e [20], há um trabalho
que desenvolveu tutores espaciais de áudio, usando quatro
maquetes, mostrando as etapas de conversão de uma
maquete miniatura em uma representação em baixo relevo da
representação em perspectiva da miniatura, sob um
determinado ponto de vista [21].
O trabalho aqui apresentado baseia-se neste último, com
a diferença de ter usado seis estágios de maquetes para a
aprendizagem, complementada com exercícios de fixação da
aprendizagem baseados em quebra-cabeças e em perguntas e
respostas. Tudo isso foi apoiados por aplicações integradas
de realidade aumentada. Além disso, esse material é voltado
majoritariamente para usuários não deficientes, em função
do material utilizado (isopor) ser muito frágil para
manipulação e pela utilização alternativa de maquetes
virtuais no lugar das maquetes reais. No entanto, com a
utilização de material mais resistente e a exploração mais
intensiva de sons e narrações, esses recursos podem ser
convertidos para serem usado com deficientes visuais, com
certa facilidade.
III.
USO DA REALIDADE AUMENTADA NO ENTENDIMENTO
DO CONCEITO DE PERSPECTIVA
A. Equations Tutor espacial de Áudio baseado em
Realidade Aumentada Online (localmente e na Internet)
A ideia da aprendizagem, usando maquetes e realidade
aumentada, envolve a utilização de seis maquetes ou fotos
das maquetes (Fig. 1), potencializadas com narrações em
vários pontos, explicando os conceitos gerais e específicos
de cada estágio. O primeiro estágio corresponde a uma cena
real (miniatura ou foto), enquanto que o sexto estágio
(último) é uma representação da cena real (em baixo relevo
ou foto), sob um determinado ponto de vista com
perspectiva. Com isto, o usuário ganha autonomia, podendo
explorar os ambientes sem a necessidade de um tutor real.
Para a implementação do tutor espacial de áudio das
maquetes ou fotos, foi utilizada a ferramenta de autoria de
aplicações de realidade aumentada - FLARAS [22], que
trabalha com pontos e cenas associadas, podendo conter
imagens, sons ou narrações, vídeos e objetos 3D. Um
marcador de referência é necessário para posicionar os
pontos virtuais nos pontos físicos de interesse nas maquetes
ou fotos. Cada ponto tem um número correspondente e pode
ser tocado com o ponteiro de interação (segundo marcador)
ou acionado pelo teclado, usando-se o comando (Control
Nº), ou acionado pelo cursor do mouse, quando posicionado
sobre o ponto visualizado no monitor. Enquanto que o
acionamento pelo ponteiro e teclado é mais indicado para o
deficiente visual, o acionamento pelo mouse é mais
confortável e eficiente para o não deficiente.
A primeira maquete (maquete-1) é a miniatura de uma
rua, com ferrovia, casas e árvores. É através dessa miniatura,
que serão aprendidos os conceitos sobre perspectiva.
A maquete-1 trabalha com o conceito de
tridimensionalidade, envolvendo o conceito de dimensões.
Dimensão tem origem no Latim dimensione, e que
corresponde ao sentido em que se mede a extensão para
avaliar uma forma, sinônima de medida ou tamanho. Assim,
o que é chamado de tridimensional possui, necessariamente,
três dimensões, largura, altura e profundidade. Todos os
objetos utilizados apresentam tridimensionalidade, ou seja,
representam a realidade. Através dessa maquete, os usuários
podem ver e/ou tatear toda a maquete e entender como ela é
de várias posições (pontos de vista do usuário). Outro
conceito fundamental para ser aprendido na maquete-1 é o de
plano de profundidade. Planos de profundidade são faixas
paralelas entre si, que demonstram em imagens a noção do
quanto um objeto está mais próximo ou mais afastado do
observador. Isso depende principalmente do ponto de vista
em que a miniatura é vista. Essa definição é aprendida nessa
maquete para que, quando chegar nas próximas maquetes,
isto tenha já sido compreendido e utilizado automaticamente
nas maquetes posteriores. No entanto, esse conceito só será
realmente finalizado na maquete-6.
A maquete-2 é a representação espacial da maquete-1
com os conceitos de perspectiva. Nessa maquete, são
aprendidos conceitos importantes como, perspectiva, escala e
linha de convergência. A perspectiva é a técnica de
representação do espaço tridimensional numa superfície
plana, de modo que a imagem obtida se aproxime daquela
que se apresenta à visão [23]. A escala indica a relação
existente entre a distância que separa dois pontos num
determinado espaço e a distância correspondente na
realidade. A escala nessa maquete possibilita mostrar que,
quanto mais o plano de profundidade se aproxima do ponto
de convergência, mais os objetos a ele atrelados têm as
dimensões diminuídas. Essa redução ocorre igualmente nos
objetos do plano de profundidade específico. Linhas
convergentes são linhas que, a partir de diferentes pontos se
encontram em apenas um ponto, ao fundo da imagem. Esse
ponto chama-se ponto de convergência. Esses conceitos são
essenciais, na aprendizagem de perspectiva por deficientes
visuais.
A maquete-3 é obtida pela transformação da maquete-2
em outra com a troca dos objetos por outros equivalentes
com diferentes espessuras. Nessa maquete, são utilizados
todos os conceitos aprendidos até o momento, enfatizando a
importância dos planos de profundidade. A casa, árvore e
parte do trilho de trem do primeiro plano apresentam
espessura maior. Os objetos do segundo plano têm espessura
média, enquanto que os objetos do terceiro plano apresentam
espessura mais fina.
A maquete-4 corresponde à maquete-3 com objetos
deitados e espessuras diferenciadas, de acordo com o plano
de profundidade em que se encontram. São utilizados dois
conceitos importantes nessa maquete: o de ponto de fuga e o
de linha de fuga. Ponto de fuga é o ponto localizado na linha
do horizonte, para onde todas as linhas paralelas convergem,
quando vistas em perspectiva. Linhas de fuga são as linhas
imaginárias que descrevem o efeito da perspectiva
convergindo para o ponto de fuga. O afunilamento dessas
linhas, em direção ao ponto, é que gera a sensação visual de
profundidade das faces dos objetos em perspectiva. Uma
dessas linhas é representada com a varinha que liga o topo
dos objetos laterais.
A maquete-5 é obtida pela compactação dos planos de
profundidade da maquete-4, podendo gerar oclusão em
alguns casos, exigindo a substituição dos objetos por
equivalentes com alguns pedaços faltando. A oclusão é o
principal conceito desta etapa.
A maquete-6, não apresenta conceitos novos, a não ser
pela substituição dos objetos com espessuras pelos seus
contornos (visuais ou táteis), indicando a imagem e
permitindo que o deficiente visual possa sentí-la.
A Fig. 3 mostra o estágio da representação da perspectiva
em uma maquete virtual em miniatura, acentuando os
efeitos de convergência.
Figura 3. Representação da Perspectiva.
A Fig. 4 exemplifica o uso da espessura para representar os
planos de profundidade, mostrando os objetos da frente com
maior espessura que aqueles de planos mais distantes do
usuário.
Figura 1. Conjunto de Maquetes Físicas.
B. Maquetes Virtuais em Ambiente de Realidade
Aumentada
Como as maquetes físicas são mais difíceis de serem
obtidas e dispensáveis para usuários não deficientes, optouse por usar-se a alternativa de maquetes virtuais interativas e
sonorizadas, em ambientes de realidade aumentada, visando
facilitar sua disponibilidade e manipulação.
Usando o software FLARAS, foram desenvolvidas
algumas maquetes interativas com realidade aumentada que
permitiram visão global e interações específicas, em cada
estágio da aprendizagem. A Fig. 1 mostra o estágio inicial
(miniatura) sobre um marcador.
Figura 2. Miniatura Virtual em Ambiente de RA.
Figura 4. Uso da Espessura em Planos de Profundidade.
A Fig. 5 mostra o estágio final, quando os objetos foram
deitados e os planos de profundidade foram compactados,
gerando oclusão de imagens, quando for o caso,
representando a perspectiva de uma cena representada em
um espaço bidimensional.
Figura 5. Estágio Final da Representação da Perspectiva.
C. Quebra-cabeças com Maquetes Potencializadas com
RA Online
Os quebra-cabeças são utilizados para fixar e verificar a
aprendizagem, relativamente intuitiva dos conceitos de
perspectiva. Os usuários recebem objetos e uma miniatura
(Fig. 6), para que possam montar a representação em
perspectiva.
Para utilizar a aplicação, o usuário, primeiramente,
colocará o marcador de referência em frente à webcam,
posicionado-o adequadamente, de forma a visualizar todos
os elementos da aplicação. Em seguida, ele jogará um dado
para descobrir em qual botão de 1 a 6 ele irá clicar para
ativar as perguntas e respostas. Isto dá um grau de
aleatoriedade no jogo (Fig. 8).
Figura 6: Quebra-Cabeça.
A aplicação de realidade aumentada, sob a forma de um
tutor espacial de áudio, vai indicar, através de narrações, as
colocações corretas dos objetos na base de representação. Há
outra opção (invertida), que oferece a representação em
perspectiva, pedindo ao usuário a montagem da miniatura.
As maquetes virtuais interativas, em ambiente de
realidade aumentada também permitem a opção de quebracabeça, uma vez que os objetos podem ser acionados
individualmente, trazendo os objetos com vários tamanhos e
espessuras, possibilitando a montagem dos vários estágios, a
partir de uma determinada situação.
D. Aplicações de Perguntas e Respostas com Realidade
Aumentada Online
A aplicação de Perguntas e Respostas também foi
implementada co o software FLARAS, envolvendo imagens
com ilustrações e textos, narrações, vídeos e objetos 3D. Ela
apresenta uma área de ativação de perguntas e respostas, à
esquerda, com 6 botões, uma área de visualização das
perguntas e respostas, ao centro, uma área de opções de
resposta (A, B, C) embaixo e um ponto de acionamento de
objetos 3D, à direita, conforme a Fig. 7. O acionamento dos
pontos poderão ocorrer por ponteiro, teclado e mouse, mas
neste caso está sendo usado o mouse.
Figura 7. Estrutura da Aplicação de Perguntas e Respostas.
Figura 8: Acionamento da Pergunta.
Em seguida, será exibida uma pergunta narrada sobre o
tema e o usuário, após analisar a pegunta, deverá acionar
uma das opções A, B ou C, clicando sobre ela. Para
verificar se ele acertou, ele deverá clicar sobre a imagem da
pergunta, avançando para a resposta respectiva narrada (Fig.
9). Opcionalmente, ele poderá acionar o botão de
visualização 3D, procurando a opção correta em 3D.
Figura 9. Acionamento da Resposta.
Para continuar jogando ou passar a vez, o usuário deverá
deixar o jogo na situação inicial, clicando sobre a resposta,
que voltará ao seu ponto de acionamento, desabilitando a
opção de resposta selecionada, clicando sobre ela, e
desabilitando a visualização 3D, clicando sobre o objeto 3D.
Para uma melhor visualização das perguntas e respostas ou
dos objetos 3D, o usuário, poderá reentrar com o marcador
de referência, no campo de visão da webcam reposicionando
a cena, de forma a dar zoom, aumentando ou diminuindo a
visualização.
O clique com o botão esquerdo do mouse permite o
avanço nas cenas de um botão e o clique com o botão direito
permite o retrocesso nas cenas do ponto.
IV.
UTILIZAÇÃO DAS APLICAÇÕES SOBRE O CONCEITO DE
PERSPECTIVA USANDO REALIDADE AUMENTADA
Depois de interagir com as maquetes ou fotos, realizando
aprendizagem do conceito de perspectiva, o jogo de
Perguntas e Respostas foi exposto a 15 alunos da
Universidade Federal de Itajubá, com idade entre 18 e 24
anos, sendo seis pertencentes ao sexo feminino e nove ao
sexo masculino.
Ao final, os alunos responderam a um questionário com
dozes perguntas, divididas em quatro categorias. Na
categoria de Interação, as perguntas envolveram a
manipulação do marcador, o acionamento dos pontos e o
tempo de resposta. As questões sobre Interface versaram
sobre a facilidade de aprendizagem, atratividade e disposição
dos elementos. Na categoria sobre Aspectos visuais, foram
feitas perguntas sobre a legibilidade das informações, a
qualidade das imagens e as dicas visuais. A categoria sobre
os Aspectos Sonoros abrangeu questões sobre a clareza das
narrações, feedback sonoro e comportamento sonoro.
Após a coleta dos dados, as questões respondidas foram
analisadas com base em escalas de Likert [24] e [25], usando
as opções de resposta, conforme a Tabela 1.
Figura 11. Média das Categorias.
Analisando as categorias, pode-se notar que a Interação e
a Interface apresentaram melhor desempenho que os
Aspectos Visuais e os Aspectos Sonoros.
A questão 7, que abordou a legibilidade das informações
visuais, indicou dificuldade de leitura das informações
visuais. Isto deu-se pela inexperiência dos usuários em
reposicionar a aplicação com o uso do marcador, fazendo
zoom. No entanto, algumas características poderiam ter
compensado este fato, como o uso de letras maiores e mais
nítidas. Essa avaliação servirá para o aprimoramento do
projeto, em suas próximas versões.
TABELA 1. ESCALAS ADOTADAS PARA AVALIAÇÃO
Escala
Excelente
Bom
Regular
Ruim
Péssimo
5 pontos
4 pontos
3 pontos
2 pontos
1 pontos
Os dados coletados na avaliação com os 15 usuários
foram tabulados e analisados, com base em técnicas de
estatística descritiva.
Os resultados obtidos sobre a avaliação de cada pergunta
e nos agrupamentos nas categorias de Interação, Interface,
Aspectos Visuais e Aspectos Sonoros, estão apresentados
nas Fig.s 6 e 7, respectivamente.
Figura 10. Média de todas as perguntas.
Após a análise dos dados, pode-se observar que todas as
perguntas apresentaram boa classificação, ficando entre a
nota 4 e 5 e apresentando desvio-padrão máximo de 0,64 e
mínimo de 0,44.
V. CONCLUSÃO
Este trabalho apresentou e discutiu o problema do
entendimento dos conceitos de perspectiva e mostrou
algumas soluções, usando maquetes físicas e virtuais
associadas com a tecnologia de realidade aumentada, além
de jogos e quebra-cabeças com realidade aumentada, usados
na fixação da aprendizagem.
A ferramenta de autoria de aplicações de realidade
aumentada online FLARAS foi utilizada, permitindo que as
soluções possam ser acessadas pela Internet, além de
possibilitar a escolha da forma de interação com as
aplicações, que podem ocorrer com ponteiros de interação,
teclado ou mouse. Em função dessas características, as
soluções podem ser conFig.das para uso por não deficientes,
bem como por deficientes visuais, funcionando com
elemento de inclusão.
A opção de uso de maquetes virtuais interativas, em
ambiente de realidade aumentada, agilizou a aprendizagem,
pela alta disponibilidade das aplicações para uso local e
online e pela facilidade de manuseio.
O uso das maquetes físicas sonorizadas com realidade
aumentada, apesar de ser interessante para usuários não
deficientes, é mais indicado para deficientes visuais, que
podem usar o tato para descobrir pontos de acionamento a
serem tocados pelo ponteiro de interação.
A exploração dos seis estágios das maquetes físicas e
virtuais permitiu a aprendizagem dos conceitos de
perspectiva, dando condições aos usuários de testarem os
jogos elaborados para a fixação da aprendizagem, gerando
dados para avaliação. Essa avaliação mostrou uma boa
aceitação das aplicações com realidade aumentada e alguns
elementos para melhoria das próximas versões.
Esses recursos serão disponibilizados na Internet, no site
do projeto AIPRA (Ambiente na Internet para Professores
Desenvolverem Aplicações Educacionais com Realidade
Aumentada), em fase de execução, para uso livre pelos
interessados em aprender os conceitos de perspectiva.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPQ pelo financiamento ao
Projeto “AIPRA - Ambiente na Internet para Professores
desenvolverem Aplicações Educacionais com Realidade
Aumentada”
(Processo
CNPq 559912/2010-2),
que
viabilizou o desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS
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<http://www.freeinfosociety.com/media/pdf/4464.pdf>, Acesso em
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Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=E8fG6unqwyo>,
Acesso em 16/08/2012
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Disponível
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<http://www.youtube.com/watch?v=felysu4nfk&feature=related>, Acesso em 16/08/2012
[4] A. Matthew, “Drawing Tutorials Online Three Point Perspective,”
Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=Ke3l7Z9zfas>,
Acesso em 16/08/2012
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<http://www.ehow.com/how_6561616_teach-perspective-art.html>,
Acesso em 20/08/2012
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<http://www.handprint.com/HP/WCL/perspect4.html>, Acesso em
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Disponível em:
<http://www.nfb.org/images/nfb/Publications/fr/fr9/Issue1/f090111.
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<http://www.sobrearte.com.br/desenho/perspectiva/elementos_da_per
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<http://www.youtube.com/watch?v=felys-u4nfk&feature=related>,
Acesso em 19/09/2012.
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of
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pp.
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