INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
SILVIANE GOMES RODRIGUES
ADVICE – UM AMBIENTE VIRTUAL COLABORATIVO PARA O
ENSINO A DISTÂNCIA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de
Mestrado em Sistemas e Computação do Instituto
Militar de Engenharia, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em
Sistemas e Computação.
Orientador: Jauvane C. de Oliveira, Ph.D.
Co-orientador: Marcos V. Peixoto, Docteur.
Rio de Janeiro
2004
C2004
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha
Rio de Janeiro - RJ
CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de
arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre
bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja
ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que
sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e
do(s) orientador(es).
R767
Rodrigues, Silviane Gomes
ADVICE – Um Ambiente Virtual Colaborativo para o Ensino a Distância / Silviane
Gomes Rodrigues. - Rio de Janeiro : Instituto Militar de Engenharia, 2004.
133 f. : il., tab. : - cm.
Dissertação (mestrado) - Instituto Militar de Engenharia, 2004.
1. Ambientes Virtuais Colaborativos. 2. Sistemas Multimídia. 3. Sistemas
deTelecomunicações. I. Instituto Militar de Engenharia. II. Título
CDD
2
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
SILVIANE GOMES RODRIGUES
ADVICE – UM AMBIENTE VIRTUAL COLABORATIVO PARA O ENSINO A
DISTÂNCIA
Dissertação de Mestrado apresentada no Curso de Mestrado em Sistemas e
Computação do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a
obtenção do título de Mestre em Ciências em Sistemas e Computação.
Orientador: Prof. Jauvane Cavalcante de Oliveira – Ph.D.
Co-orientador: Prof. Marcos Veloso Peixoto – Docteur
Aprovada em 18 de junho de 2004 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Prof. Jauvane C. de Oliveira – Ph.D. do IME - Presidente
_______________________________________________________________
Prof. Marcos V. Peixoto – Docteur do IME
______________________________________________________________
Prof. Luis Carlos Trevelin – D.Sc da UFSCar
_______________________________________________________________
Prof. Paulo César Salgado Vidal – D.Sc. do IME
Rio de Janeiro
2004
3
Ao meu amado esposo Welsing, a minha querida mãe Ivone e ao
meu irmão Alan que sempre me apoiaram em todos os
momentos.
4
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela dádiva da vida e por me permitir chegar até aqui.
Agradeço em particular, ao meu grande amor, companheiro e amigo Welsing
pela paciência, apoio e carinho.
Agradeço à minha mãe Ivone e ao meu irmão Alan, pelo apoio, paciência e
entusiasmo.
Ao meu sobrinho Lennon pela minha ausência em muitos momentos de sua vida
e à minha madrinha Darci e avó Delminda, pelo apoio e afetividade que sempre
demonstraram.
Ao Departamento de Engenharia de Sistemas do Instituto Militar de Engenharia
pela excelência do ensino e oportunidade.
Aos funcionários do Instituto Militar de Engenharia, pelo apoio e pela
colaboração nos momentos que mais precisei.
Ao Laboratório Nacional de Computação Científica, pelo apoio à pesquisa
realizada.
À CAPES, por financiar a pesquisa no Brasil.
Laboratório DISCOVER da Universidade de Ottawa (Canadá) por ceder o código
do Programa de Ottawa, usado como ponto de partida deste trabalho.
Ao colega Carlos Silva, pela sua contribuição para que o trabalho fosse
realizado.
À professora Claudia Justel pela atenção, apoio e amizade.
A todos que de alguma forma contribuíram para a concretização dessa
dissertação.
Aos membros da banca examinadora, professor Luis Carlos Trevelin e Paulo
César Salgado Vidal, por aceitarem o convite para compor a banca e nos honrar
com as suas presenças, sugestões e correções.
Ao meu orientador professor Jauvane, por compartilhar seus conhecimentos,
experiência, determinação e, principalmente, pelo contínuo interesse em apoiar-me
durante toda a jornada desse trabalho. Sua orientação, paciência e opiniões foram
imprescindíveis.
5
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES .................................................................... 10
LISTA DE TABELAS ............................................................................. 13
LISTA DE SIGLAS ................................................................................ 14
1
INTRODUÇÃO ........................................................................ 18
1.1
Contexto e Motivação............................................................................... 18
1.2
Objetivos .................................................................................................. 21
1.3
Organização do Texto .............................................................................. 22
2
REALIDADE VIRTUAL ........................................................... 24
2.1
Histórico ................................................................................................... 24
2.2
Visão Geral............................................................................................... 25
2.3
Realidade Virtual Não Imersiva ................................................................ 26
2.3.1
Tecnologias Envolvidas............................................................................ 27
2.3.1.1
VRML ....................................................................................................... 27
2.3.1.1.1 Histórico ................................................................................................... 28
2.3.1.1.2 Características.......................................................................................... 29
2.3.2
JAVA 3D................................................................................................... 34
2.4
Realidade Virtual Imersiva........................................................................ 39
2.4.1
Equipamentos para Ambientes Imersivos ................................................ 40
2.4.1.1
Capacetes de RV e Óculos 3D................................................................. 41
2.4.1.2
Luvas de dados ou DataGlove ................................................................. 42
2.4.1.3
CAVE........................................................................................................ 42
2.5
Realidade Virtual na Educação ................................................................ 44
2.5.1
Experiências do Uso da Realidade Virtual ............................................... 45
2.5.1.1
Experiências do Uso da Realidade Virtual no Brasil................................. 46
2.5.1.1.1 PUCRS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul ............ 46
2.5.1.1.2 UFSCar – Universidade Federal de São Carlos ....................................... 48
2.5.1.1.3 COC – Colégio Oswaldo Cruz .................................................................. 50
2.5.1.1.4 UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina .................................... 51
6
2.5.1.2
Experiências do Uso da Realidade Virtual no Exterior ............................. 53
3
AMBIENTES VIRTUAIS.......................................................... 55
3.1
Características dos Ambientes Virtuais .................................................... 56
3.2
Ambientes Virtuais em Rede .................................................................... 57
3.3
Modelo de Comunicação de um Ambiente Virtual.................................... 60
3.3.1
Largura de Banda (Bandwidth)................................................................. 62
3.3.2
Latência (Latency) .................................................................................... 62
3.3.3
Confiabilidade (Reliability) ........................................................................ 63
3.3.4
Distribuição............................................................................................... 64
3.3.4.1
Unicast ..................................................................................................... 65
3.3.4.2
Broadcast ................................................................................................. 66
3.3.4.3
Multicast ................................................................................................... 67
3.4
Ambientes Virtuais Colaborativos............................................................. 70
3.4.1
Características de Ambientes Virtuais Colaborativos ............................... 70
3.4.2
Colaboração e Cooperação...................................................................... 71
3.4.3
Aprendizagem Colaborativa ..................................................................... 73
3.5
Interação em Ambientes Virtuais Colaborativos ....................................... 75
3.5.1
Interação entre Usuário e Ambiente/Objetos............................................ 76
3.5.2
Interação entre Usuários .......................................................................... 77
3.5.2.1
Interação entre Usuários em Ambientes Virtuais Colaborativos voltados
para a Educação ...................................................................................... 78
3.5.2.2
Formas de Interação ................................................................................ 80
3.5.2.2.1 Formas de Interação entre Professor e Alunos ........................................ 80
3.5.2.2.2 Formas de Interação entre Alunos ........................................................... 82
3.5.2.2.3 Formas de Interação entre Alunos e Professor ........................................ 83
3.5.3
Interfaces 2D e 3D.................................................................................... 84
7
4
TRABALHOS RELACIONADOS ............................................ 86
4.1
Análise de Ambientes Virtuais .................................................................. 87
4.1.1
INVITE...................................................................................................... 87
4.1.1.1
Características / Funcionalidades............................................................. 87
4.1.2
VIRTUAL HARLEM .................................................................................. 89
4.1.2.1
Características / Funcionalidades............................................................. 90
4.1.3
VIENA CLASSROOM SYSTEM ............................................................... 92
4.1.3.1
Características / Funcionalidades............................................................. 93
4.1.4
BELVEDERE ............................................................................................ 94
4.1.4.1
Características / Funcionalidades............................................................. 94
4.1.5
The Palace ............................................................................................... 96
4.1.5.1
Características / Funcionalidades............................................................. 97
4.1.6
Programa de Ottawa ................................................................................ 98
4.1.6.1
Características / Funcionalidades............................................................. 99
4.2
Análise Comparativa .............................................................................. 100
5
ADVICE................................................................................. 102
5.1
Objetivos ................................................................................................ 103
5.2
Implementação ....................................................................................... 104
5.3
Representação do Usuário..................................................................... 111
5.4
Arquitetura.............................................................................................. 112
5.4.1
Usuário ................................................................................................... 113
5.4.2
Comunicação entre Usuários ................................................................. 114
5.4.3
Interface ................................................................................................. 115
5.4.3.1
Menu ...................................................................................................... 115
5.4.3.2
Janela de bate-papo............................................................................... 118
5.4.3.3
Prompt.................................................................................................... 118
5.4.3.4
Janela de visualização 3D...................................................................... 119
5.5
Comparação do ambiente proposto com os ambientes estudados........ 120
6
CONCLUSÃO ....................................................................... 123
6.1
Avaliação do Trabalho............................................................................ 123
6.2
Contribuições.......................................................................................... 124
6.3
Trabalhos Futuros .................................................................................. 125
8
7
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................... 127
9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG. 2.1 - Sensorama............................................................................................. 24
FIG. 2.2 – Logotipo do VRML Consortium................................................................ 30
FIG. 2.3 – Código em VRML do exemplo mostrado na FIG. 2.2 .............................. 31
FIG. 2.4 – Screen-Shot de um exemplo em VRML .................................................. 32
FIG. 2.5 – Código, em VRML, que representa os movimentos da Terra, da Lua e do
Sol ..................................................................................................................... 34
FIG. 2.6 – Símbolos que representam objetos em um gráfico de cena.................... 35
FIG. 2.7 – Exemplo de um gráfico de cena .............................................................. 36
FIG. 2.8 – Exemplo de um gráfico de cena ilegal ..................................................... 36
FIG. 2.9 - Um possível concerto para o Gráfico de Cena da FIG. 2.8 ...................... 37
FIG. 2.10 –Cubo em rotação feito em Java 3D ........................................................ 38
FIG. 2.11 – Código em Java 3D para rotacionar cubo ............................................. 39
FIG. 2.12 - Gráfico de cena do código da FIG. 2.11................................................ 39
FIG. 2.13 – Artefatos para ambientes imersivos....................................................... 42
FIG. 2.14 - DataGlove .............................................................................................. 42
FIG. 2.15 – Projeção de um CAVE........................................................................... 43
FIG. 2. 16 – Modelagem em VRML de um dos prédios da PUCRS ......................... 46
FIG. 2.17 – Arquitetura do Ambiente [GRVPUC, 2004]............................................ 47
FIG. 2.18 – Robô SCORBOT-ER VII, fabricado pela empresa israelense Eshed
Robote [GRVPUC, 2004]................................................................................... 47
FIG. 2.19 – Arquitetura do sistema de navegação do ambiente............................... 48
FIG. 2.20 -Modelagem da Cidade Virtual com faixas para pedestre e semáforos.... 49
FIG. 2.21 – Modelagem do ambiente e dos produtos de um supermercado............ 50
FIG. 2.22 - Ambiente para EAD................................................................................ 51
FIG. 2.23 – Interface LVRChat3D............................................................................. 52
FIG. 2.24 – SGA Parque Ambiental.......................................................................... 53
FIG. 3.1 Sistema de Ambiente Virtual (KIRNER, 2004)............................................ 56
FIG. 3.2 Modelo Centralizado de Comunicação ....................................................... 60
FIG. 3.3 - Modelo Distribuído de Comunicação........................................................ 61
10
FIG. 3.4 – Exemplo de unicast, broadcast e multicast.............................................. 65
FIG. 3.5 - Exemplo de unicast .................................................................................. 66
FIG. 3.6 - Exemplo de broadcast.............................................................................. 67
FIG. 3.7 – Exemplo de Multicast............................................................................... 67
FIG. 3.8 – Exemplo de grupos de usuários utilizando a comunicação multicast ...... 69
FIG. 3.9 – Xadrez virtual (JACOB et al, 2002).......................................................... 76
FIG. 3.10 – Interação entre o usuário e o ambiente (KIRNER, 2004) ...................... 77
FIG. 3.11 – Interação entre vários usuários (KIRNER, 2004)................................... 78
FIG. 4.1 – Tipos de cenários do INVITE ................................................................... 88
FIG. 4.2 – Ilustração do bairro de Harlem................................................................. 90
FIG. 4.3 – Avatar passando informações solicitadas pelo usuário. .......................... 91
FIG. 4.4 – Interface do VIENA CLASSROOM .......................................................... 93
FIG. 4.5 – Interface do Belvedere............................................................................. 95
FIG. 4.6 – Diálogo entre duas pessoas .................................................................... 96
FIG. 4.7 – Avatar escolhe a sua aparência .............................................................. 97
FIG. 4.8 – Troca de uma placa defeituosa do switch................................................ 99
FIG. 4.9 Interface do Programa de Ottawa............................................................... 99
FIG. 5.1 – Modelo feito em VRML de uma sala de aula tradicional........................ 103
FIG. 5.2 – Parte do código em Java 3D que permite carregar arquivo VRML no
ambiente.......................................................................................................... 106
FIG. 5.3 – Objeto criado em VRML que foi carregado no ambiente ....................... 106
FIG. 5.4 a) – Joana envia uma mensagem pelo chat para José ............................ 109
FIG. 5.4 b) - José responde a mensagem de Joana ............................................. 110
FIG. 5.5 – Código em Java de envio de mensagem............................................... 110
FIG. 5.6 – Método em Java para enviar mensagens a todos os usuários conectados
no ambiente....................................................................................................... 111
FIG. 5.7 – Avatares (representação dos usuários no ambiente) ............................ 112
FIG. 5.8 – Arquitetura do ADVICE.......................................................................... 113
FIG. 5.9 - Visualização de todos os usuários ......................................................... 114
FIG. 5.10 – Prompt indicando que a cadeira está indisponível............................... 114
FIG. 5.11 – Opções do Menu ................................................................................. 116
FIG. 5.12 – Screen-shots do ADVICE .................................................................... 117
FIG. 5.13 – Funções do mouse .............................................................................. 118
11
FIG. 5.14 – Janela de bate-papo ............................................................................ 118
FIG. 5.15 – Janela de prompt, onde as mensagens serão visualizadas ................ 119
FIG. 5.16 – Visualização do ambiente tridimensional............................................. 119
12
LISTA DE TABELAS
TAB. 2.1
Semelhanças entre HTML e VRML..................................................... 28
TAB. 4.1
Análise Comparativa ......................................................................... 101
TAB. 5.1
Menu com opções de visualização do ambiente............................... 107
TAB. 5.2
Menu com informações relativas ao ambiente .................................. 107
TAB. 5.3
Mensagens enviadas utilizando multicast ......................................... 108
TAB. 5.4
Comparando o ambiente proposto com os ambientes estudados .... 120
13
LISTA DE SIGLAS
ADVICE
Ambiente VIrtual Colaborativo para o Ensino a Distância
API
Application Programming Interface
ATM
Assynchronous Transfer Mode
AV
Ambiente Virtual
AVC
Ambiente Virtual Colaborativo
AVVIC
Ambiente Virtual para Visualização Interativa Compartilhada
AWT
Abstract Windows Toolkit
bps
bits por segundo
CAVE
CAVE Automatic Virtual Environment
COC
Colégio Oswaldo Cruz
CSCL
Computer Supported Collaborative Learning
CSCW
Computer Supported Collaborative Work
DVE
Distributed Virtual Environment
EAD
Ensino a Distância
FAQ
Frequent Asked Question
GRV
Grupo de Realidade Virtual
GUI
Graphics User Interface
HMD
Head Mounted Display
HTML
Hypertext Marked Language
IP
Internet Protocol
IPv4
Internet Protocol version 4
IPv6
Internet Protocol version 6
IST
Information Society Technology
LAN
Local Area Network
LRV
Laboratório de Realidade Virtual
LVE
Learning Virtual Environment
Mbone
Multicast Backbone
14
MOO
Mud Object Oriented
MUD
Multiple User Domains, Multiple User Dimensions ou Multiple User Dungeons
net-VE
networked Virtual Environment
PUCRS
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
QoS
Quality of Service
RNP
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
RTP
Real Time Protocol
RV
Realidade Virtual
SEI
Secretaria Especial de Informática
SENAI
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
SGI
Silicon Graphics
TCP
Transport Control Protocol
TG
TransformGroup
UDP
User Datagram Protocol
UFRGS
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
UFRJ
Universidade Federal do Rio de Janeiro
UFRJ
Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro
UFSCar
Universidade Federal de São Carlos
UNICAMP
Universidade Estadual de Campinas
VAG
VRML Architecture Group
VIEW
Virtual Interactive Environment for Workgroups
VRML
Virtual Reality Modeling Language
WAN
Wide Area Netword
WIMP
Windows, Icons, Menu, Pointer devices
WWW
World Wide Web
15
RESUMO
Os ambientes Virtuais Colaborativos (AVCs) estão evoluindo significativamente
como um novo meio de acesso a informações e de comunicação que podem ser
utilizados como uma opção dentre as outras tecnologias computacionais existentes
para telecolaboração. Esses ambientes vêm crescendo principalmente nas áreas de
treinamento e educação.
Pode-se definir um AVC como um sistema de Realidade Virtual (RV) que utiliza
o sistema de comunicação para prover suporte a atividades colaborativas,
possibilitando usuários, mesmo que estejam separadas geograficamente,
interagirem entre si e realizarem atividades colaborativas através do mundo virtual
como se estivessem juntas no mundo real.
O presente trabalho apresenta um Ambiente VIrtual Colaborativo para o Ensino
a Distância - ADVICE. O protótipo aqui apresentado busca facilitar a colaboração
entre alunos e professores geograficamente dispersos, utilizando a RV como uma
ferramenta auxiliar na criação de interfaces amigáveis e interessantes para os
usuários. Além da interface, foram estudadas também melhores formas de
comunicação entre os integrantes do ambiente.
Estudos sobre AVCs existentes na literatura são apresentados, bem como uma
análise comparativa entre estes e ADVICE.
16
ABSTRACT
Collaborative Virtual Environments (CVE) have achieved significant development
as a mean of information exchange and telecollaboration. Such environments have
been applied specially in training and learning applications.
CVEs can be defined as a Virtual Reality (VR) system which support
collaborative activities through a communication infrastructure. Such systems bring
together users which are spread around the world, allowing them to collaborate
amongst each other and perform collaborative activities just like if they were side-byside in the real world.
This work introduces ADVICE – a Collaborative Virtual Environment for Distance
Learning. ADVICE aims at allowing the collaboration of a group of students and
instructors spread around the world. A VR interface is used to boost interest amongst
the students. This work also brings an analisys on related work which is documented
in the literature, along with a comparison of those with ADVICE.
17
1 INTRODUÇÃO
Este capítulo apresenta um breve contexto e a motivação para a escolha do
tema apresentado, o objetivo e a organização desta dissertação.
1.1 CONTEXTO E MOTIVAÇÃO
As atividades de desenvolvimento da informática na educação no Brasil tiveram
início no princípio da década de 70, conduzidas por Universidades brasileiras. As
universidades precursoras do uso do computador na educação brasileira foram a
UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), a UNICAMP (Universidade Estadual
de Campinas) e a UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul).
Entretanto, a implantação do programa de informática na educação no Brasil
iniciou-se com o primeiro e o segundo Seminário Nacional de Informática em
Educação, realizados respectivamente na Universidade de Brasília em 1981 e na
Universidade Federal da Bahia em 1982. Esses seminários, promovidos pela SEI
(Secretaria Especial de Informática), estabeleceram um programa de atuação que
originou uma sistemática de trabalho diferente de quaisquer outros programas
educacionais iniciados pelo MEC e o EDUCOM, que tinha o objetivo de adotar a
metodologia de planejamento participativo na organização, realização e avaliação
das experiências de informática na educação no Brasil (MORAES, 1997).
A informática aplicada à educação como recurso ao trabalho pedagógico vem
transformando as técnicas convencionais de ensino que conhecemos, e melhorando
ainda mais interações que ocorrem no espaço social da sala de aula, podendo o
mesmo também ser virtual. Segundo (PIAGET, 1982), o aluno obtém um novo
conhecimento interagindo com outros alunos, pois se acredita que o conhecimento é
construído a partir da relação entre sujeito e o objeto que o cerca. Esse conceito
define a teoria do Construtivismo.
18
Segundo a teoria do Construtivismo dada por Piaget, o aluno precisa de um
grupo e de um espaço para que ele possa interagir com as pessoas pertinentes a
esse grupo. Ao utilizar ambientes de aprendizagem o individuo tem a oportunidade
de aprender coletivamente, trabalhando com outras pessoas, através de processos
de colaboração, seja planejando um projeto, redigindo um artigo ou relatório ou, na
resolução de um problema, dentro do contexto de uma situação particular de
aprendizagem.
O Ensino a Distância é um sistema baseado em tecnologias de comunicação
bidirecional que pode ser massivo ou não, substituindo a interação pessoal na sala
de aula, de professor e aluno pela utilização de diversos recursos, como a Realidade
Virtual.
Deve-se ter em mente que a Educação a Distância é um sistema baseado em
tecnologias de comunicação bidirecional, substituindo a interação pessoal na sala de
aula, de professor e aluno pela utilização de diversos recursos. O que a difere do
ensino presencial são alguns tópicos, tais como: atribuições do professor, a relação
entre professor e aluno, os meios usados para veicular o conhecimento e a
organização técnico-administrativa do setor responsável pelo programa de cursos.
Antes dos cursos a distância serem mediados por computador, o Ensino a
Distância sofreu várias críticas devido a pouca interatividade e o baixo dinamismo
nos cursos. Hoje com os sistemas em rede e as tecnologias atuais temos a
possibilidade de acabar com esses problemas.
É de suma importância que as pessoas utilizem o computador de forma simples
e intuitiva (PREECE, 1994). Mas desenvolver interfaces apropriadas para facilitar a
utilização do computador pelo usuário não é fácil.
Toda essa evolução tecnológica ocorrida nos últimos anos permitiu o
aparecimento de uma nova tecnologia, a Realidade Virtual (RV). Podemos
considerar a RV como uma interface de alto nível que permite simulações e
interações em tempo real (BURDEA & COIFFET, 1994) e a criação de mundos
virtuais para aplicação em diversas áreas, principalmente áreas relativas ao ensino,
as quais vêm crescendo progressivamente provendo melhores métodos e recursos
para o aprendizado.
Um dos grandes desafios no Ensino a Distância é conseguir um ambiente que
tenha aprovação entre alunos e professores e que tenha melhor desempenho do
19
que uma sala de aula comum. Esse desempenho pode ser conseguindo através de
um Ambiente Virtual Colaborativo (AVC) bem elaborado, pois este oferece formas de
interação entre alunos bem como entre professores e alunos, sendo estas
interações parte fundamental do processo educacional.
Um AVC pode representar um mundo real ou não, onde ações que seriam
impossíveis de se realizar no mundo real possam ser realizadas no mundo virtual.
Em um AVC vários usuários interagem em tempo real, compartilhando informações
e manipulando objetos no ambiente. Esses ambientes utilizam a tecnologia de RV e
procuram cada vez mais melhorar os meios de comunicação entre os usuários, para
que esses se sintam como se estivessem pessoalmente com os demais
participantes do sistema mesmo que estejam a quilômetros de distância. O fato do
ambiente virtual ser colaborativo é devido ao engajamento dos participantes em um
esforço coordenado para juntos resolverem o problema e é por isso de suprema
importância esse tipo de ambiente voltado para a área educacional, pois a interação
é essencial na aprendizagem, como citado anteriormente.
Existem ambientes onde os usuários ficam imersos e interagem com os objetos
nele presentes, e existem outros onde o usuário não tem a sensação de imersão,
são os chamados de ambientes virtuais não imersivos. O primeiro requer um maior
custo para a sua construção e manutenção, sem falar na dificuldade de manusear os
artefatos que são necessários para a integração ao ambiente. No segundo caso, o
ambiente não tem um custo elevado, pois não utiliza nenhum artefato além daqueles
básicos de um computador que são o mouse, o teclado e o monitor. A única
exigência é que o computador deve estar conectado a uma rede e que tenha uma
placa de vídeo com aceleração gráfica, o que já é comum nos computadores atuais.
Com a utilização da RV nos ambientes virtuais juntamente com a ubiquidade das
redes manifestam-se novas formas de comunicação, mais criatividade e maior
número de pessoas a utilizá-lo. A RV permite incluir elementos importantes da
comunicação
presencial
como
gesto,
o
movimento
facial
ou
corporal,
particularidades de cada indivíduo que atribuem uma maior expressividade à sua
forma de se comunicar. Dessa maneira é possível comunicar-se remotamente
enriquecendo e valorizando a informação transmitida e fazendo chegar aos lugares
mais longínquos uma comunicação diferente, mais dinâmica e expressiva.
20
Este trabalho apresenta uma proposta de um Ambiente VIrtual Colaborativo para
o Ensino a Distância, que foi denominado ADVICE.
A idéia de criar o ambiente surgiu da necessidade que há das pessoas
precisarem assistir a aulas e estarem impossibilitadas de frequentá-la pessoalmente,
como filhos de militares, pessoas hospitalizadas, etc.
1.2 OBJETIVOS
A aprendizagem em si deve ser algo que motive o aluno e que ele se sinta bem
em estar aprendendo e dividindo os seus conhecimentos com outras pessoas, fato
que deve ocorrer em um ambiente de EAD.
Quanto maior a interação e a colaboração entre usuários de um ambiente de
EAD melhor será a absorção de conhecimento entre eles. A comunicação síncrona
em um AVC, ou seja, comunicação em tempo real, é a ideal nesse caso, pois os
usuários sentirão como se estivessem todos no mesmo ambiente, podendo ver os
colegas representados por avatares e interagir diretamente com eles. Baseado nisso
o ADVICE tem como objetivos levar o conhecimento a um maior número de
pessoas, utilizando a Realidade Virtual que oferece grandes funcionalidades a baixo
custo.
Um outro objetivo é prover maior interação entre os participantes de um
ambiente de ensino a distância utilizando a RV, mais do que é possível em um
Sistema de Videoconferência.
Devido a indisponibilidade de ambientes para o Ensino a Distância (EAD) que se
assemelhem a uma sala de aula real o ADVICE surge com essa característica, pois
assim usuários leigos podem utilizá-lo de forma simplificada devida a semelhança
com o mundo real que ele apresenta, onde há a representação mais natural do
ambiente e os alunos poderão colaborar com todos os outros integrantes e visualizar
todo o ambiente juntamente com os integrantes do mesmo em tempo real, como se
estivessem participando de uma aula em uma sala de aula real.
Além destes objetivos citados anteriormente, há também alguns objetivos que
são característicos de um ambiente de EAD, como economia de tempo e dinheiro,
21
comodidade em poder participar de um curso independente da localização do aluno
e comunicação síncrona e bidirecional via rede.
Para atingirmos esses objetivos, fatores foram levados em consideração, como o
custo envolvido na construção, a utilização do ambiente e a interface amigável, para
que a adaptação do usuário ao ambiente seja rápida podendo, mais tarde, interagir
com outros ambientes mais complexos.
Hoje o ADVICE encontra-se implementado com: interação textual entre os
usuários conectados, transmissão de dados multicast, interface amigável, objetos
tridimensionais relacionados a
uma sala de aula convencional, movimento dos
avatares pelo ambiente, visualização e navegação total do ambiente pelo usuário e
identificação do usuário conectado. Futuramente pretende-se fazer com que o
ADVICE seja um ambiente mais completo com recursos como áudio, vídeo,
áudio/vídeo streaming, gestos dos avatares, entre outros, para que o mesmo fique
cada vez mais próximo da realidade e seja utilizado como uma ferramenta de apoio
ao ensino.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO
Esta dissertação está estruturada em 6 capítulos, de tal forma que:
• No capítulo 2, são apresentados conceitos de Realidade Virtual, o histórico,
características os tipos de RV, algumas tecnologias envolvidas e exemplos de
ambientes que utilizam a RV tanto no Brasil quanto no exterior.
• No capítulo 3, são apresentados conceitos e características de ambientes
virtuais, ambientes em redes, as formas de comunicação em ambientes virtuais e a
definições de ambientes virtuais colaborativos juntamente com suas características e
aprendizagem colaborativa.
• No capítulo 4, são apresentados alguns dentre tantos outros trabalhos que
foram pesquisados e analisados com o intuito de identificar características úteis ao
ADVICE.
22
• No capítulo 5 apresenta o ADVICE, que é o ambiente proposto por esse
trabalho.
• E no capitulo 6 são apresentadas as conclusões do trabalho, assim como as
perspectivas para sua continuidade.
23
2 REALIDADE VIRTUAL
2.1 HISTÓRICO
A Realidade Virtual (RV) teve início nos anos 50, mais precisamente em 1956
quando um cineasta Morton Heilig desenvolveu um simulador baseado em vídeo
denominado sensorama (FIG. 2.1) (BURDEA & COIFFET,1994), que permitia ao
usuário dar um passeio de motocicleta por Nova York tendo visão tridimensional,
vibrações, som estéreo, sensações de vento e de aromas.
FIG. 2.1- Sensorama
Em 1961 a Philco produziu o primeiro sistema de circuito fechado de televisão
com visor montado num capacete. O sistema permitia o usuário remotamente
controlar uma câmera de tv a partir dos seus movimentos da cabeça (KALAWSKY,
1993).
Em 1968, Ivan Sutherland construiu o primeiro capacete de visualização com
imagens geradas por computador. Muitos consideram que a RV teve início a partir
desse trabalho.
Em 1977 e 1982 surgiram as primeiras luvas desenvolvidas respectivamente
pelo grupo da Universidade de Illinois e por Thomas Zimmerman para serem
acoplados a computadores. Em 1987, a VPL Research Inc, comercializou pela
24
primeira vez produtos de RV com uma luva chamada “Dataglove” e logo em seguida
comercializou o capacete de visualização chamado “Eye Phones”.
Desde então, com o passar do tempo, os computadores foram tornando-se cada
vez mais potentes e a novas linguagens de programação possibilitam a exploração
da realidade virtual baseada não só em artefatos como capacetes e luvas (realidade
virtual imersiva), mas baseada também no uso de monitores ou desktop (realidade
virtual não imersiva).
2.2 VISÃO GERAL
A Realidade Virtual surgiu para inovar, com o uso do computador, novos
modelos de interface com o usuário. Neste paradigma, o usuário não estará limitado
a estar apenas na frente do computador, e sim imerso no ambiente renderizado pelo
computador.
Fruto do desenvolvimento da ciência e tecnologia a RV é considerada a mais
avançada forma de interface do momento e pode ser aplicada em todas as áreas do
conhecimento. Por ser um campo de grande investimento o seu desenvolvimento
constante é favorecido.
O que a diferencia da interface tradicional é o fato de permitir associar
movimentos e sentidos humanos, despertando sensações no usuário que produzam
maior realismo, sendo tudo isso feito dentro de um ambiente imaginário e
tridimensional.
A RV pode ser definida como uma técnica de interface, onde o usuário pode
realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional
gerado por computador (BURDEA & COIFFET, 1994).
O ambiente virtual criado pode reproduzir ou não uma ambiente real. Esse
ambiente real pode ser uma cidade, um museu ou uma sala de aula, mas a
vantagem de estar usando esse tipo de interface é observada ao realizar ações que
são possíveis e até mesmo ações no mundo virtual que são impossíveis do mundo
físico, sem mencionar que o conhecimento prévio do mundo físico pode ser
transferido para manipular o mundo virtual.
25
Com a RV o usuário pode entrar no mundo virtual, visualizar, manipular e
explorar os dados da aplicação, tendo a possibilidade de interagir com outros
usuários na mesma aplicação em tempo real. A realidade virtual pode ser
considerada como a junção de quatro idéias básicas: imersão, interação,
envolvimento e grau de realismo. A idéia de imersão está ligada a sensação de estar
dentro do ambiente. Normalmente isso é obtido com o uso de artefatos como
capacete de visualização, mas há também o CAVE - CAVE Automatic Virtual
Environment, onde as imagens são projetada nas paredes, teto e piso. Além do fator
visual, também é importante o fator auditivo e a captura dos movimentos do usuário
no ambiente. A visualização tridimensional através da tela do computador, ou seja,
não havendo necessidade de capacetes ou luvas, chamamos de não imersiva. A
idéia de interação está ligada a capacidade do computador em detectar comandos
feitos pelo usuário e refletir-los no mundo virtual, modificando-o, e também permitir
que todos os usuários que estão conectados ao sistema possam comunicar-se, ou
seja, interagir entre si. O envolvimento está ligado ao grau de motivação de uma
pessoa com uma determinada atividade, pois dependendo dessa atividade a pessoa
pode ficar passiva ou não na exploração do ambiente virtual. O envolvimento
depende mais da criatividade de quem projeta o ambiente do que da tecnologia em
si. O grau de realismo está ligado a quão real o sistema se apresenta para o usuário,
ou seja, aqui a qualidade do som, imagem e tempo de resposta para o usuário são
levados em consideração.
2.3 REALIDADE VIRTUAL NÃO IMERSIVA
RV não imersiva é aquela em que o mundo virtual é visto pelo monitor de um
computador “desktop” e o usuário pode interagir com esse mundo.
A grande vantagem desse tipo de RV é a não necessidade de hardware
específico, só uma placa de vídeo com aceleração gráfica e software adequado
instalado no computador.
Há também aplicações de RV não imersiva mais sofisticadas, pois exige o uso
de plataforma “desktop”
capaz de produzir um efeito considerável, como por
26
exemplo, estações Silicon Graphics (SGI, 2004), onde os ambientes são mais
realistas e, conseqüentemente, mais caros computacionalmente.
Várias linguagens gratuitas de descrição e ferramentas de modelagem de
ambientes tridimensionais para monitor “desktop” existem atualmente. Nas próximas
seções algumas delas serão citadas junto a suas características mais proeminentes.
2.3.1 TECNOLOGIAS ENVOLVIDAS
Muitas tecnologias estão disponíveis para a criação de materiais que possam ser
visualizados e explorados em mundos tridimensionais, entre elas podemos citar
Java e VRML.
Java é uma linguagem que vem crescendo popularmente devido as suas
características que permitem, entre outras, a construção de protocolos de
comunicação e colaboração, um ótimo desenvolvimento aplicável na web e possui a
API Java 3D que possibilita a renderização de objetos 3D em Java.
VRML (Virtual Reality Modeling Language ou Linguagem para Modelagem )em
Realidade Virtual é uma linguagem que permite a criação de objetos tridimensionais
(geometria e comportamento).
Além da capacidade de se obter um bom resultado, mesmo com pequena
largura de banda, tanto Java como VRML são independentes de plataforma, ou seja,
podem ser executadas em qualquer computador, bastando que o plugin esteja
instalado. A seguir será dada uma explicação mais detalhada das linguagens
citadas.
2.3.1.1 VRML
VRML ou Virtual Reality Modelling Language é uma linguagem que permite
descrever mundos pelos quais o usuário pode navegar e interagir com os
27
componentes pertinentes a esse mundo. A descrição do mundo virtual é feita
através de elementos geométricos.
Na tabela a seguir são mostradas as principais semelhanças entre as linguagens
VRML e HTML.
TAB. 2.1 – Semelhanças entre HTML e VRML
HTML
VRML
Textos na Web
Objetos 3D na Web
São escritas em ASCII e provêm descrições da informação mais do que
formatos.
Ambas devem ser interpretadas.
Descreve textos 2D
Descreve objetos 3D
Podem ser codificadas à mão, mas existem ferramentas de autoria.
2.3.1.1.1 HISTÓRICO
Em 1989 a Silicon Graphics dá início a um projeto chamado Scenario que tem o
objetivo de projetar e desenvolver uma infra-estrutura para aplicações gráficas
tridimensionais.
Em 1992, surgiu a biblioteca gráfica Inventor 3D, resultado do projeto de 1989, o
qual foi criado para permitir que programadores desenvolvessem, com rapidez,
programas gráficos 3D interativos, baseados nos conceitos de cena e na descrição
de objetos.
Em maio de 1994, em Genebra, na 1ª Conferência da World Wide Web, o grupo
de discussão de realidade virtual decidiu desenvolver uma linguagem de descrição
de cena que pudesse ser usada na Web. Em outubro do mesmo ano, na 2ª
Conferência da World Wide Web, foi decidida a adoção de um formato baseado no
metafile do Open Inventor, com modificações para sua utilização em rede.
Em maio de 1995, a especificação da VRML 1.0 foi completada, permitindo a
criação de cenas estáticas. Em janeiro de 1996 foi lançada a versão 1.0c, corrigindo
alguns problemas.
28
Em 1995 foi formado o VAG (VRML Architecture Group) e em 1996 o VAG
decidiu aceitar a proposta de que a linguagem suportasse animação e interação e
esse foi o ponto de partida para a criação da VRML 2.0, anunciada no Siggraph'96.
Esta especificação redefiniu a sintaxe de VRML e introduziu várias modificações
para permitir animação, interação, som, fog, backgrounds e extensões à linguagem.
Embora versões beta de plugins existam desde o início de 1997, ainda têm
diferentes níveis de adesão à especificação.
Em 1997 alguns pontos foram revistos, e a especificação reescrita e chamada
de VRML 97. O primeiro browser aderente a esta especificação foi o Cosmo Player
da SGI. Os browsers para VRML 1.0 não permitem a exibição de VRML 2.0. A
maioria dos browsers para VRML 2.0 também exibe VRML 1.0, e na maioria dos
casos são capazes também de exibir VRML 97.
2.3.1.1.2 CARACTERÍSTICAS
VRML é uma linguagem de descrição de geometria e comportamento,
independente de plataforma que permite a criação de objetos tridimensionais.
Através do VRML podemos passar da Internet como um espaço de navegação em 2
dimensões para uma navegação em 3 dimensões que seja mais próxima da
realidade, simulando mundos, ambientes e interagindo com objetos.
O objetivo da linguagem é reproduzir em uma tela de computador mundos
virtuais que realmente se assemelhem a mundos reais, possibilitando assim uma
integração do usuário com o ambiente, tanto localmente quanto pela internet.
Os ambientes em VRML são criados utilizando-se um simples editor de textos. O
código VRML é um texto que descreve o ambiente, os objetos deste ambiente e os
respectivos eventos associados a eles, como por exemplo, o usuário apertar uma
campainha e ouvir o som da mesma. Uma vez editados, os arquivos são gravados
em formato ASCII com a extensão .wrl. Não é necessário compilar o programa, o
browser é responsável por interpretar o código e gerar o ambiente descrito por ele.
O funcionamento se dá a partir de um link. O browser carrega o arquivo texto
contendo a descrição do ambiente, monta o ambiente e carrega as texturas. A partir
29
daí, o usuário poderá navegar livre pelo ambiente, tendo a visão de qualquer ângulo
e posição. Durante a navegação o browser fica responsável por gerar as imagens
em tempo real.
VRML 1.0 apresenta alguns aspectos relevantes, como: formas, transformações,
visões de câmera, texturas mapeadas e iluminação. Há pouca possibilidade de
interação, mas extensões como Live 3D no Netscape adicionaram outras
características de alteração do ambiente.
Ao contrário da versão 1.0, na versão VRML 2.0 os objetos podem mover-se e
responder a eventos baseados no tempo ou em iniciativas do usuário. Além também
de permitir o uso de objetos multimídias como sons e filmes em uma cena
tridimensional.
A FIG. 2.2 nos dá um exemplo de uma cena feita em VRML. Esta figura
representa o logotipo do VRML Consortium. A cena consiste de um cubo vermelho,
uma esfera verde e um cone azul.
FIG. 2.2 – Logotipo do VRML Consortium
Na FIG. 2.3 a seguir é mostrado o código em VRML da cena mostrada na FIG.
2.2.
#VRML V2.0 utf8
WorldInfo {
title "The VRML Logo"
}
NavigationInfo {
headlight TRUE
type "EXAMINE"
}
DEF scene Group{
children[
Transform{
rotation 1 1 0.5 -0.78 # PI/4
translation -2 0 0.5
children [
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
30
diffuseColor 0.7 0.2 0.2
}
}
geometry Box {}
}
]
}
Transform {
translation 0 1.0 1.5
children [
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.2 0.7 0.2
}
}
geometry Sphere {}
}
]
}
Transform {
rotation 1 0 1 0.78 #PI/4
translation 1 0 2
children [
Shape {
Appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.2 0.2 0.7
}
}
geometry Cone {}
}
]
}
]
}
FIG. 2.3 – Código em VRML do exemplo mostrado na FIG. 2.2
A seguir, na FIG. 2.4 temos um exemplo mais avançado. Esse exemplo
representa os movimentos de rotação e translação do planeta Terra, do seu satélite
Lua e do Sol. E na FIG. 2.5 o código em VRML.
31
FIG. 2.4 – Screen-Shot de um exemplo em VRML
#VRML V2.0 utf8
WorldInfo {
title "Planets: Sun, Earth and the Moon"
}
DEF farViewPoint Viewpoint {
position -2 0 15
description "Far viewpoint."
}
DEF Sun
Shape {
Appearance Appearance {
Material Material {
DiffuseColor 1 0.9 0.2
}
}
geometry Sphere {
radius 1.0
}
} # Shape Sun
DEF Earth
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0 0 1
}
}
geometry Sphere {
radius 0.72
}
} # Shape Earth
DEF AxisOfRotationShape
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0 0.2 0
}
}
geometry Cylinder {
height 1.6
radius 0.05
}
} # Shape AxisOfRotationShape
32
DEF Moon
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.8 0.8 0.8
}
}
geometry Sphere {
radius 0.3
}
} # Shape Moon
DEF SolarSystem
Transform {
rotation 1 0 0 0.4
children [
USE Sun
DEF EarthYearOrbit
Transform {
children [
Transform {
translation 3 0 0
children [
DEF EarthRotationTilt
Transform {
rotation 0 0 1 0.4
children [
DEF EarthDayRotation
Transform {
children [
USE Earth
USE AxisOfRotationShape
]
} # Transform EarthDayRotation
]
} # Transform EarthRotationTilt
DEF MoonOrbit
Transform {
children [
Transform {
translation 1.2 0 0
children [
USE Moon
]
} # Transform Moon
]
} # Transform MoonOrbit
]
} # Transform Earth and Moon
]
} # EarthYearOrbit
] # children
} # SolarSystem
DEF YearlyCycle TimeSensor {
cycleInterval 120
loop TRUE
}
33
DEF MonthlyCycle TimeSensor {
cycleInterval 30
loop TRUE
}
DEF DailyCycle TimeSensor {
cycleInterval 5
loop TRUE
}
DEF EarthOrbitPercent OrientationInterpolator {
key [ 0.0, 0.5, 1.0 ]
keyValue [
0 1 0 0.00,
0 1 0 3.14,
0 1 0 6.28
]
}
DEF MoonOrbitPercent OrientationInterpolator {
key [ 0.0, 0.5, 1.0 ]
keyValue [
0 1 0 0.00,
0 1 0 3.14,
0 1 0 6.28
]
}
DEF EarthSpinPercent OrientationInterpolator {
key [ 0.0, 0.5, 1.0 ]
keyValue [
0 1 0 0.00,
0 1 0 3.14,
0 1 0 6.28
]
}
ROUTE YearlyCycle.fraction_changed TO EarthOrbitPercent.set_fraction
ROUTE EarthOrbitPercent.value_changed TO EarthYearOrbit.rotation
ROUTE MonthlyCycle.fraction_changed TO MoonOrbitPercent.set_fraction
ROUTE MoonOrbitPercent.value_changed TO MoonOrbit.rotation
ROUTE DailyCycle.fraction_changed TO EarthSpinPercent.set_fraction
ROUTE EarthSpinPercent.value_changed TO EarthDayRotation.rotation
FIG. 2.5 – Código, em VRML, que representa os movimentos da Terra, da Lua e do Sol
2.3.2 JAVA 3D
Java 3D é uma API (Application Programming Interface) desenvolvida pela Sun
Microsystems (Sun, 2004) em Dezembro de 1998. Foi criada para renderizar no
computador gráficos em 3D interativos utilizando a linguagem de programação Java.
34
Java 3D roda no lado do cliente como Java AWT (Abstract Windows Toolkit) e Java
Swing e, além disso, ela também permite a importação de objetos VRML para o
ambiente.
Um programa em Java 3D cria instâncias de objetos e os aloca dentro de um
gráfico de cena “scene graph”. Gráfico de cena é uma combinação de objetos 3D
dentro de uma estrutura de árvore que especifica o conteúdo de um universo virtual
“virtual universe“ e como ele pode ser desenhado.
Para desenhar um universo virtual Java 3D é preciso criar um gráfico de cena
usando um conjunto padrão de símbolos (FIG. 2.6). Depois de completar o desenho,
essa cena será a especificação para o programa. Depois de completar o programa,
o mesmo gráfico de cena será uma representação exata do programa.
FIG. 2.6 – Símbolos que representam objetos em um gráfico de cena
Cada um dos símbolos mostrados na FIG.2.6 representa um objeto quando
usado em um gráfico de cena. Os primeiro dois símbolos representam objetos de
classes específicas: VirtualUniverse e Locale. Os três símbolos seguintes são
objetos das classes Group, Leaf e NodeComponent e o último símbolo é usado para
representar outras classes de objetos. O símbolo flecha sólida representa uma
relação de pai-filho entre os objetos e a flecha pontilhada é uma referencia a um
outro objeto. Um exemplo simples de um gráfico de cena é mostrado na FIG. 2.7.
35
FIG. 2.7 – Exemplo de um gráfico de cena
Um exemplo de um gráfico de cena ilegal pode ser visto na FIG. 2.8
FIG. 2.8 – Exemplo de um gráfico de cena ilegal
O exemplo da FIG. 2.8 é ilegal porque temos dois objetos TransformGroup (TG)
tendo o mesmo objeto folha Shape3D (S) como filho. Em um gráfico de cena correto
um objeto folha só pode ter um pai, ou seja, só pode ter um caminho que vai do
objeto Locale a folha ou vice-versa.
Um programa que define um gráfico de cena ilegal irá compilar, mas a imagem
não será desenhada. Quando o problema é detectado, o sistema de Java 3D
mostrará uma exceção. A FIG. 2.9 mostra um possível acerto para o gráfico de cena
da FIG. 2.8.
36
FIG. 2.9 - Um possível concerto para o Gráfico de Cena da FIG. 2.8
Observe que agora cada nó TG tem um único nó S.
Java 3D utiliza OpenGL ou DirectX para renderização e é responsável pela
geração da cena tridimensional. A aplicação lógica e a parte de interações entre as
cenas é responsabilidade dada ao código Java.
OpenGL (OPENGL, 2004) é uma biblioteca de rotinas gráficas, idenpendente de
plataforma, para modelagem, manipulação e exibição de objetos tridimensionais,
permitindo a criação de aplicações necessárias para produzir aplicativos
tridimensionais interativos. Seus recursos permitem ao usuário criar objetos gráficos
com qualidade, além de incluir recursos avançados de animação, tratamento de
imagens e texturas e também ser possível ter visualização em vários ângulos.
A biblioteca OpenGL foi introduzida em 1992 pela Silicon Graphics, no intuito de
conceber uma API gráfica independente de dispositivos de exibição.
DirectX (DIRECTX, 2004) é uma tecnologia Microsoft que ativa gráficos e sons
de alta performance, dependendo de suporte de hardware, permitindo ao usuário
assistir filmes, jogar ou trabalhar com aplicações tridimensionais em seu
computador.
Essa tecnologia foi introduzida pela primeira vez em 1995 pela Microsoft
(WINDOWS, 2004) atualmente é considerada padrão para o desenvolvimento de
aplicações multimídia na plataforma Windows.
A FIG. 2.10 é um exemplo simples feito em Java 3D de um cubo em rotação.
37
FIG. 2.10 –Cubo em rotação feito em Java 3D
Na figura (FIG. 2.11) abaixo é mostrado o código em Java 3D que desenha a
cena da FIG. 2.10.
import java.applet.Applet;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Frame;
import java.awt.event.*;
import java.awt.GraphicsConfiguration;
import com.sun.j3d.utils.applet.MainFrame;
import com.sun.j3d.utils.geometry.ColorCube;
import com.sun.j3d.utils.universe.*;
import javax.media.j3d.*;
import javax.vecmath.*;
public class HelloJava3Dc extends Applet {
// Início do método createSceneGraph()
public BranchGroup createSceneGraph() {
// Cria a raiz do “branch graph”
BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
// Cria e inicializa o nó “TransformGroup” adicionando-o à raiz
TransformGroup objSpin = new TransformGroup();
objSpin.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
objRoot.addChild(objSpin);
// Cria um nó folha e o adiciona ao gráfico de cena
objSpin.addChild(new ColorCube(0.4));
// Cria uma função para variar o tempo de movimentação da animação
Alpha rotationAlpha = new Alpha(-1, 4000);
RotationInterpolator rotator = new RotationInterpolator(rotationAlpha, objSpin);
// Especifica a região que o objeto ficará ativo
BoundingSphere bounds = new BoundingSphere();
rotator.setSchedulingBounds(bounds);
objSpin.addChild(rotator);
return objRoot;
}// Fim do método createSceneGraph()
public HelloJava3Dc() { //Início do método construtor
38
setLayout(new BorderLayout());
GraphicsConfiguration config =
SimpleUniverse.getPreferredConfiguration();
// Fornece a região para que a cena seja “renderizada”
Canvas3D canvas3D = new Canvas3D(config);
add("Center", canvas3D);
BranchGroup scene = createSceneGraph();
// Cria um cenário gráfico para referenciar o Canvas 3D
SimpleUniverse simpleU = new SimpleUniverse(canvas3D);
simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
simpleU.addBranchGraph(scene);
} // Fim do método constructor HelloJava3Dc()
// Permite rodar a aplicação tal como um APPLET
public static void main(String[] args) {
Frame frame = new MainFrame(new HelloJava3Dc(), 256, 256);
}
}
FIG. 2.11 – Código em Java 3D para rotacionar cubo
O gráfico de cena a seguir diz respeito ao programa mostrado na FIG. 2.11.
FIG. 2.12 - Gráfico de cena do código da FIG. 2.11
2.4 REALIDADE VIRTUAL IMERSIVA
39
A RV imersiva é uma interface onde o usuário tem a sensação de imersão no
ambiente virtual, estando isolado do mundo físico real. O usuário fica totalmente
integrado a nova realidade criada a partir dos sentidos, ou seja, é uma interface que
está relacionada aos sentidos do ser humano, além de detectar o movimento do
corpo do usuário.
Ao contrário da RV não imersiva na RV imersiva há a necessidade da utilização
de artefatos que sejam acoplados ao corpo do usuário como luva de dados
(DataGlove), capacetes sensorial (Head Mounted Display), óculos estereoscópicos
(ShutterGlasses), entre outros para que o usuário possa interagir em um ambiente
virtual.
Neste tipo de interface há a necessidade da utilização de ferramentas de autoria
para modelar o ambiente virtual. Uma dessas ferramentas de autoria é conhecida
como World-Up, desenvolvida pela empresa Sence8 (SENCE8, 2004), que permite
importar modelos construídos em VRML ou 3D Studio e adicionar a estes modelos
componentes de interação e comportamento, comportamento esse que pode ser
pré-definido ou programado pelo usuário através de uma linguagem de scripting.
Java 3D também possibilita importar objetos VRML no ambiente virtual.
Na próxima subseção serão descritos alguns equipamentos utilizados para
ambientes imersivos.
2.4.1 EQUIPAMENTOS PARA AMBIENTES IMERSIVOS
Desde quando começaram os estudos sobre Realidade Virtual criar dispositivos
que envolvam totalmente o usuário tem sido o principal objetivo de alguns
pesquisadores. Fazer com que o usuário tenha a mesma percepção e possa atuar
no mundo virtual da mesma forma que o mundo real é o necessário para se obter a
sensação de imersão. Para isso foram desenvolvidos dispositivos como luvas de
dados (DataGlove), capacetes sensorial (Head Monted Display-HMD), óculos
estereoscópicos (ShutterGlasses), entre outros.
40
2.4.1.1 CAPACETES DE RV E ÓCULOS 3D
O capacete HMD e os óculos 3D têm a função de fornecer a imagem do
ambiente virtual ao usuário.
Quando o usuário do sistema de realidade virtual veste o capacete ou o óculos é
como se ele ficasse isolado do mundo real e imergisse no mundo virtual, ou seja, se
o usuário olha para baixo espera ver o chão, ou se ele olha para cima espera ver o
céu ou o teto e assim sucessivamente.
Quando detecta os movimentos da cabeça o capacete possui a função de
entrada e quando fornece a imagem possui a função de saída. Existem vários
modelos de capacetes, cada um com uma característica. Alguns possuem visor com
imagem monocromática e outros com imagem colorida. Essas imagens são geradas
em estéreo para reproduzir a sensação de profundidade presente no mundo real. As
imagens em estéreo exploram diferenças de perspectiva entre os olhos humanos.
Nos HMDs (FIG. 2.13 b) usualmente são gerados para cada olho do usuário um
sinal de vídeo.
Já os óculos usados na projeção passiva usam uma técnica de polarização para
separar o sinal luminoso relativo ao olho esquerdo e direito. Os óculos usados na
projeção ativa, tais como os ShutterGlasses (FIG. 2.13a), alternam seqüencialmente
imagens para cada olho de forma imperceptível para o cérebro humano, ou seja,
exibe-se a imagem correspondente a do olho esquerdo e bloqueia-se a visão do
olho direito a seguir faz-se o contrário, exibe-se a imagem do olho direito e bloqueiase a visão do esquerdo.
a) ShutterGlasses
b) HMD
41
FIG. 2.13 – Artefatos para ambientes imersivos
2.4.1.2 LUVAS DE DADOS OU DATAGLOVE
DataGlove é uma luva que permite segurar e mover objetos em um ambiente
virtual. Essa luva possui sensores de posição espacial da mão do usuário, bem
como a posição de todas as articulações do punho e dos dedos (FIG. 2.14).
O software de RV recebe informações da DataGlove é capaz de saber onde e
como está a mão do usuário dentro do ambiente tridimensional.
FIG. 2.14 - DataGlove
2.4.1.3 CAVE
A palavra CAVE é um acrônimo de CAVE Automatic Virtual Environment. É uma
plataforma de visualização imersiva, onde o usuário em uma sala fechada fica
totalmente imerso no mundo virtual que é projetado em 3 paredes e o piso no caso
de CAVE com quatro faces, em 3 paredes, piso e teto, que é o CAVE de cinco faces
42
ou nas 4 paredes, no chão e no teto que é no caso do CAVE de seis faces também
chamado de VR Cube.
No Cave cada projetor, é responsável pela projeção do mundo virtual em uma
parede, teto ou chão. Essa projeção deve ser sincronizada e para isso precisa de
um alto grau de paralelismo para que as projeções possam representar partes de
um mundo virtual. Se não houver o sincronismo o ambiente não poderá se
complementar, pois os quadros poderão não se relacionar e com isso ocorrerá a
perda da qualidade visual.
Devido às características desse tipo de aplicação o CAVE normalmente é
controlado por supercomputadores, mas pesquisadores vêm procurado utilizar
clusters de PCs ao invés de supercomputadores. Computadores pessoais podem
ser interligados de maneira a fornecer o processamento paralelo necessário para
gerar o ambiente virtual e cada computador é responsável pela projeção em cada
face do ambiente.
A FIG. 2.15 mostra como um CAVE pode ser projetado.
FIG. 2.15 – Projeção de um CAVE
O custo dos equipamentos de um ambiente de realidade virtual imersiva ainda é
considerado alto para um usuário comum, mas espera-se que os preços melhorarem
com a difusão de aplicações de RV imersiva.
Quando falamos de Realidade Virtual há uma tendência em pensarmos na
utilização de luvas, capacetes e outros equipamentos, mas esses são alguns
exemplos da grande diversidade existente na RV. A RV deve ser contextualizada de
forma mais ampla, envolvendo ambientes que não são imersivos, mas que preserve
a idéia de interação e colaboração. A RV não imersiva apresenta pontos positivos se
43
comparados a RV imersiva, como equipamentos mais baratos e acessíveis, mais
simples de manipular e poucos problemas com equipamentos.
2.5 REALIDADE VIRTUAL NA EDUCAÇÃO
O advento da realidade virtual possibilitou a criação de ambientes que podem
ser utilizados tanto como instrumento educacional quanto como instrumento de
entretenimento fazendo com que o aluno deixe de ser um mero observador e passe
a ser também o mediador, pois um ambiente criado utilizando a realidade virtual
exige e estimula a participação e a interação.
A cada dia são criados ambientes que utilizam a RV e ao mesmo tempo não
requerem um alto custo. Ambientes não imersivos que só necessitam de um
computador, uma placa de vídeo razoável e uma rede para que estudantes possam
comunicar-se com outros estudantes remotamente são uma ótima solução para
professores e alunos que não dispõem de recursos financeiros pra comprar
equipamentos de um ambiente imersivo. Além da parte financeira há também o grau
de dificuldade. Ambientes virtuais imersivos possuem um maior grau de dificuldade
para configurar equipamentos e desenvolver aplicativos do que os ambientes não
imersivos. Mas o que mais preocupa estudiosos é como professores podem integrar
a RV no auxilio acadêmico. Para que isso ocorra os professores têm que se reciclar,
ou seja, eles têm que atualizar e renovar suas habilidades de ensino.
A RV utilizada na educação é de suma importância, pois permite ao estudante
fazer certas coisas que seriam impossíveis de fazer no mundo físico real, como fazer
um passeio pelo interior do corpo humano, tocar objetos inexistentes, explorar
planetas distantes ou construir novos mundos. Isso tudo é possível em uma sala de
aula virtual.
Dra. Verônica Pantelidis, co-diretora do Laboratório de Realidade Virtual e
Educação da Universidade da Carolina do Leste, Estados Unidos, acredita que o
uso da RV é estimulante para os alunos: “Eles se sentem mais confortáveis em
frente a uma tela de computador do que em frente a um livro, pois estão
acostumados aos videogames e à televisão”. Em junho de 1995, Dra. Verônica
44
Pantelidis publicou no jornal VR In The Schools dez principais razões para o uso da
RV na educação, entre essas razões podemos citar que a RV provê maior
motivação nos usuários, permite a análise de objetos tanto de pequena ou grande
distância, permite pessoas deficientes realizarem tarefas que seriam impossíveis no
mundo real, requer alta interatividade, fazendo que o aluno tenha uma participação
mais ativa do que passiva, demonstrações e observações a grande distância,
estudantes
passivos
tornam-se
ativos,
estudantes
podem
interpretar
um
personagem em diferentes culturas, comunicar-se com estudantes de outros países
e de culturas diferentes, entre outras (PANTELIDIS, 1995).
Tanto o ensino convencional quanto o ensino que é ministrado a distância têm
muito a ganhar com a realidade virtual, pois ela pode ser aplicada a laboratórios
virtuais, promover encontros remotos entre professores e alunos a fim de terem uma
aula ou atividade coletiva, pode-se visitar bibliotecas ou cidades virtuais e também é
muito bem empregada no estudo da Matemática, Física, Química, etc. A RV tem tido
um significativo impacto no processo de aprendizagem educacional (CASAS, 1997).
Utilizando avatares usuários podem dividir um espaço virtual e interagir
remotamente com outros usuários.Em um ambiente de bate-papo criado em VRML o
tempo de resposta é melhor do que em um sistema de videoconferência quando o
usuário possui baixa largura de banda, sem mencionar que o usuário poderá
manipular-se no ambiente através do seu respectivo avatar. Estudantes sentem-se
motivados em participar de uma aula onde tanto eles quanto o professor são
representados por avatares e esse ambiente possui funcionalidades que permite a
todos interagirem entre si (RIGOLE, 1996).
2.5.1 EXPERIÊNCIAS DO USO DA REALIDADE VIRTUAL
Diversas pesquisas mostram razões consideradas essenciais para a utilização
da RV na educação, basta observar os diversos trabalhos e experiências realizadas
em todo o mundo. Nas próximas subseções serão dados alguns exemplos dos
inúmeros projetos de RV no Brasil e no exterior.
45
2.5.1.1 EXPERIÊNCIAS DO USO DA REALIDADE VIRTUAL NO BRASIL
No Brasil vários projetos estão sendo criados utilizando a RV. Instituições de
ensino estão se empenhando no desenvolvimento de pesquisas para a aplicação da
realidade virtual tanto na Educação quanto em outras áreas. A seguir será dada uma
breve explicação de alguns projetos que estão em andamento ou que já estão
concluídos, separados por instituição.
2.5.1.1.1 PUCRS - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO
GRANDE DO SUL
O grupo de realidade virtual da PUCRS vem destacando-se na criação de alguns
projetos na área de RV.
O Laboratório de Realidade Virtual (LRV), criado pela Faculdade de Informática
em 1996, tem pesquisas realizadas na área de Educação, Arquitetura, Robótica e
Interfaces Homem-máquina. Pode-se citar os projetos PUC Virtual, Controle de
robôs usando técnicas de realidade virtual, Dispositivo de navegação em ambientes
virtuais, entre outros.
• PUC Virtual
Esse projeto tem como objetivo desenvolver um modelo do Campus
Universitário de Porto Alegre utilizando VRML.
FIG. 2. 16 – Modelagem em VRML de um dos prédios da PUCRS
46
• Controle de robôs usando técnicas de realidade virtual
Esse projeto foi desenvolvido junto com o SENAI-RS (Serviço Nacional de
Aprendizagem Industrial) e com a Escola Politécnica da PUCRS.
O objetivo foi desenvolver um sistema de movimentação de robôs através do
uso de dispositivos de realidade virtual, como luvas. O usuário, utilizando estes
dispositivos, realiza com a mão o movimento que o robô deve seguir. O sistema
captura esta movimentação e converte-a para movimentos do robô, que repete o
movimento de forma idêntica, mantidas as devidas proporções (GRVPUC, 2004).
Isso facilita no caso de movimentos complexos e que são difíceis de programar
pelos métodos tradicionais. O sistema permite também uma visualização
tridimensional do robô durante a operação e se o robô não estiver disponível no
momento, há a possibilidade de executar testes através de um ambiente de
simulação.
FIG. 2.17 – Arquitetura do Ambiente (GRVPUC, 2004)
FIG. 2.18 – Robô SCORBOT-ER VII, fabricado pela empresa israelense Eshed Robote
(GRVPUC, 2004)
• Criação de um Dispositivo de Navegação em Mundos Virtuais (Bicicleta
Virtual)
47
Este projeto tem como objetivo criar um dispositivo de navegação em mundos
virtuais mais natural, ao invés de utilizar botões, teclas ou outros artifícios que são
pouco naturais ao processo de andar, através da captura dos movimentos de uma
bicicleta.
Foi criado um ambiente virtual e dispositivos elétricos foram ligados a uma
bicicleta a fim de que os movimentos sejam capturados e seja realizado o
deslocamento dentro do ambiente.
Os dados são capturados dos pedais e da direção e para o deslocamento no
mundo virtual são usados os movimentos oriundos do giro da roda ou dos pedais da
bicicleta.
A FIG. 2.19 representa a arquitetura desenvolvida do ambiente.
FIG. 2.19 – Arquitetura do sistema de navegação do ambiente (GRVPUC, 2004)
2.5.1.1.2 UFSCAR – UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
O Grupo de Realidade Virtual do Departamento de Computação da Universidade
Federal de São Carlos (DC/UFSCar) foi criado em 1995 e é formado por professores
de diversas áreas da computação cujos interesses são desenvolver sistemas
distribuídos de RV e aplicações relacionadas.
48
O Grupo de Realidade Virtual do DC/UFSCar é considerado uma referência na
área de RV no país, onde têm desenvolvido inúmeros projetos, como: Projeto
REVIR, Projeto AVVIC, Projeto ES-RV, entre outros.
• Projeto REVIR
O Projeto REVIR tem como objetivo integrar as vantagens propiciadas pela RV
ao Ensino Profissionalizante e à Educação Básica. Além disso, existem outros
objetivos como motivar o aluno durante a aprendizagem, oferecer imersão,
navegação e interação, desenvolver uma Cidade Virtual para a Educação no
Trânsito de crianças e desenvolver Laboratório de Química Virtual, Física Virtual,
Torno Virtual e Serras Virtuais.
O projeto REVIR é composto de implementações, como: Educação no Trânsito
(FIG. 2.20), Simulação de Trânsito e Supermercado Virtual (FIG. 2.21), onde os
alunos poderão fazer operações matemáticas de compra e venda, facilitando o
aprendizado da ciência (REVIR, 2004).
FIG. 2.20 -Modelagem da Cidade Virtual com faixas para pedestre e semáforos (REVIR, 2004)
49
FIG. 2.21 – Modelagem do ambiente e dos produtos de um supermercado (REVIR, 2004)
• Projeto AVVIC
O Projeto AVVIC - Ambiente Virtual para Visualização Interativa Compartilhada,
enfoca o uso conjugado da realidade virtual e visualização científica em ambientes
distribuídos, visando facilitar o desenvolvimento de aplicações mais poderosas. Além
disso, o projeto também tem o propósito de criar um ambiente que estude os
problemas da realidade virtual distribuída, melhorar as condições de visualização
interativa compartilhada em ambientes distribuídos, facilitar o desenvolvimento de
aplicações distribuídas e consolidar grupos de pesquisas (AVVIC 2004).
• Projeto ES-RV
O Projeto ES-RV – Engenharia de Software Aplicada ao Desenvolvimento de
Sistemas de Realidade Virtual, visa desenvolver aplicações e projetos de realidade
virtual com o objetivo de definir um processo sistemático, detalhado e iterativo que
engloba todas as etapas de desenvolvimento de software (análise de requisitos,
projeto, implementação e avaliação). O processo proposto está sendo testado
através de estudos de casos obtidos do mundo real (ESRV, 2004).
2.5.1.1.3 COC – COLÉGIO OSWALDO CRUZ
O Colégio Oswaldo Cruz é considerado um das poucas instituições do Brasil, ao
nível de ensino fundamental e médio que tem incentivado e investido na tecnologia
50
de RV desde o inicio da década de 90, quando foi criado o Projeto Educação 2000,
onde todo o material didático foi reformulado e foram propostos ambientes
educacionais, tais como: sala do futuro, anfiteatro interativo, mural eletrônico, centro
tecnológico e COClândia (COC, 2004).
2.5.1.1.4 UFSC – UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
A Universidade Federal de Santa Catarina criou o laboratório de realidade
virtual, o LRV (Laboratório de Realidade Virtual) em Julho de 1996, com o intuito de
desenvolver pesquisas, aplicações e produtos em RV, visando o domínio e
desenvolvimento desta tecnologia beneficiando sociedade e indústria.
A universidade tem contribuído e incentivado a utilização da realidade virtual no
meio acadêmico com projetos, tais como: Parque Introdução a EAD, LRVChat3D,
SGA - Parque Ambiental e outros (LRV, 2004).
• Parque Introdução a EAD
O ambiente é um parque multimídia criado em VRML para o ensino a distância.
O parque possui vídeos, sons e uma linha do tempo. A aula é passada através de
vídeos que se encontram nas estátuas do parque.
A FIG. 2.22 ilustra a interface do ambiente.
FIG. 2.22 - Ambiente para EAD (LRV, 2004)
51
• LRVChat3D - Um ambiente virtual multi-usuário para internet
O LRVChat3D é um ambiente para bate-papo, onde os usuários são
representados por avatares e tem como plano de fundo um mundo tridimensional
(FIG. 2.23). No ambiente é possível inclusão e manipulação de objetos.
O objetivo do LVRChat3D é promover interação entre usuários e a troca efetiva
de informações, acesso a diversas mídias e um ambiente diferenciado, facilitando a
integração dos usuários e do conhecimento. Com essas características o ambiente
pode ser considerado uma boa ferramenta para suporte ao ensino a distância (LVR,
2004).
FIG. 2.23 – Interface LVRChat3D (LRV, 2004)
• SGA - Parque Ambiental
Esse sistema é composto por vários ambientes. Os ambientes são divididos por
décadas, que varia de 50 a 90 com informações sobre o andamento e
comportamento de questões ambientais de cada década. O usuário tem a
oportunidade de viajar pelos ambientes e obter informações ambientais de cada
década.
Esse ambiente virtual é utilizado no Curso de Sistema de Gestão Ambiental
oferecido pelo Laboratório de Ensino à Distância da UFSC.
A FIG. 2.24 ilustra o ambiente.
52
FIG. 2.24 – SGA Parque Ambiental (LRV, 2004)
2.5.1.2 EXPERIÊNCIAS DO USO DA REALIDADE VIRTUAL NO EXTERIOR
Pesquisas relacionadas ao uso da RV vem crescendo não só no Brasil, mas em
todo o mundo. Dentre essas pesquisas há também uma atenção especial para a
utilização da RV na Educação. Devido a isso inúmeros projetos vêm sendo
desenvolvidos no exterior, tais como: Projeto Zengo Sayu, Projeto para alunos com
dislexia, VESAMOTEX, Livro Virtual e outros.
• O Projeto Zengo Sayu
Zengo Sayu foi desenvolvido pelo Human Interface Tecnology Laboratory, da
Universidade de Washington, Estados Unidos, e é um ambiente educacional
imersivo e interativo para o ensino da língua Japonesa para estudantes estrangeiros
(ZENGO, 2004).
• Projeto para Alunos com Dislexia
Este projeto foi elaborado por pesquisadores e professores da Universidade da
Carolina do Norte, Estados Unidos, e tem o objetivo de ensinar lateralidade, através
de movimentos de coordenação motora a alunos que possuem dislexia (HAMILL,
1995), que é uma doença cuja característica é deixar a pessoa com perturbações
relativas a dificuldade em identificar, compreender ou reproduzir simbologia escrita.
53
• VESAMOTEX - Virtual Education Science and Math of Texas
Vesamotex utiliza realidade virtual para auxiliar na educação de estudantes em
Ciências e Matemática. No ambiente a RV é usada com estereoscopia passiva,
utilizando óculos 3D ou ativamente em ambientes imersivos com uso de HMD
(TALKMITT, 1996).
• Livro Virtual
É raro um estudante reler um livro literário mais de duas vezes, mas se as
imagens ao invés de escritas forem imagens visuais os estudantes tendem a ficar
mais impressionados. O Projeto Livro Virtual, desenvolvido pela Haywood
Community College fornece meios para que estudantes possam percorrer
virtualmente obras literárias para analisar detalhes e fazer comparações com obras
reais (STOCK, 1996).
Na próxima seção será feita uma abordagem sobre ambientes virtuais
colaborativos.
54
3 AMBIENTES VIRTUAIS
Cada vez mais a realidade virtual está presente nos meios computacionais. Com
as técnicas de RV o usuário pode acessar um espaço virtual, visualizar, manipular e
explorar os objetos do ambiente em tempo real usando os seus próprios
movimentos, ou seja, movimentos tridimensionais do corpo, ou utilizando um mouse
ou botões do teclado.
Hoje coexistem inúmeras definições sobre o conceito de ambientes virtuais, das
mais abrangentes até as mais específicas. (HAND, 1996) define o termo Ambiente
Virtual como sendo qualquer mundo sintético no qual um usuário possa interagir,
não importa o paradigma da interface usado. Com essa definição muitos sistemas
podem ser considerados ambientes virtuais, como um simulador de avião ou um
editor de texto.
(ENCARNAÇÃO et al, 1995) define ambientes virtuais como sendo ambientes
interativos, em tempo real, que integram modelos tridimensionais com outra
informação multimídia e permitem uma sensação de imersão em mundos virtuais e a
manipulação direta dos objetos que os compõem.
Na definição de (HAND, 1996) surge o termo sintético, mas o que vem a ser um
mundo sintético? Esses mundos são considerados sintéticos porque são artificiais e
só existem como metáfora computacional.
Podemos definir Ambiente Virtual (AV) como sendo ambiente gráfico e dinâmico
em três dimensões que pode representar uma cópia do mundo real ou algo abstrato,
imaginário, que só existe no computador. Um AV é composto por objetos gráficos
que formam o cenário 3D e pessoas que são representados por avatares, permitindo
interação com o ambiente.
Avatar vem da palavra sânscrita AVATARA “descida” originária da Índia e
significa encarnação da divindade. Um indivíduo que alcançou a união com o
espírito e volta a Terra para ajudar a humanidade é considerado um avatar. Parece
ter sido trazido para o campo da tecnologia pela série de TV Snowcrash, escrita por
Neal Stephenon (PINHO, 2002).
55
A projeção dos objetos e personagens no ambiente é feita com a utilização de
uma linguagem de programação. A mais usada atualmente é VRML, vista na seção
anterior.
A grande vantagem desse tipo de ambiente é que o usuário pode transferir os
seus conhecimentos do mundo físico real para manipular o mundo virtual. O
conceito de inserir pessoas em ambientes gerados por computador surgiu em 1965
através de Ivan Sutherland (BURDEA, 1996).
Ao construir um AV algumas questões devem ser levadas em consideração,
como: público alvo, necessidade ou não de representar exatamente o mundo real e
o que o ambiente deve enfocar (Educação, Entretenimento, Treinamento, etc.).
Uma interface de um sistema de realidade virtual atua diretamente sobre o
computador e este atua sobre o mundo virtual (FIG. 3.1).
FIG. 3.1 Sistema de Ambiente Virtual (KIRNER, 2004)
Na figura anterior (FIG. 3.1) o usuário entra em contato com a interface
executando alguma ação, como clicar o mouse sobre um objeto. Por sua vez, a
interface manda o sinal para o computador, este executa a ação solicitada e
responde para a interface que fica responsável pela exibição para o usuário do
comando executado pelo computador, fazendo com que o usuário perceba a
resposta da ação feita anteriormente.
3.1 CARACTERÍSTICAS DOS AMBIENTES VIRTUAIS
56
Em um ambiente virtual há três características de grande importância: a
interação, a qualidade da imagem e o comportamento dos objetos que compõem o
ambiente (TEIXEIRA & FIGUEIREDO, 1995).
• Interação
A interação com o ambiente deverá ser feita da forma mais natural possível, ou
seja, a manipulação deve ser muito próxima do que acontece no mundo real para
que o sentimento de imersão no ambiente não seja prejudicado.
• Qualidade da Imagem
Os objetos que estão no ambiente virtual devem ter a forma muito parecida com
os objetos que o usuário usualmente costuma ver. Se os modelos do ambiente
virtual representam objetos reais ou objetos pelos quais o usuário tem um bom
conhecimento sobre as características dos mesmos, é de suma importância que eles
estejam bem modelados, pois caso contrário poderá ocorrer rejeição ao ambiente.
• Comportamento dos objetos
Um objeto pode responder às ações do usuário ou ter um comportamento
independente do usuário, como calendário ou relógio.
A capacidade de navegar e interagir com o ambiente torna os ambientes virtuais
bastante atrativos. A navegação é um modo de se locomover no mundo virtual
utilizando dispositivos de entrada como luva,
joystick, teclado ou mouse e a
interação está cada vez mais análoga ao mundo real, sendo esse realismo aspecto
muito importante nos ambientes virtuais.
3.2 AMBIENTES VIRTUAIS EM REDE
O ambiente virtual em rede, também conhecido como net-VE (Networked virtual
environment), possibilita a vários usuários que estão ligados a esse ambiente e se
encontram localizados em diferentes partes do planeta interagirem em tempo real.
Esses ambientes também são conhecidos como Ambientes Virtuais Colaborativos e
suas características serão mencionadas na subseção 3.4.
57
Ambientes net-VE buscam incorporar imagens tridimensionais, textos e som
estéreo para que o mesmo torne-se mais real possível. Como exemplo de ambientes
virtuais em redes temos os ambientes criados em VRML e os ambientes virtuais
colaborativos, que serão tratados na próxima subseção.
O que é mais perceptível em um ambiente virtual são os gráficos tridimensionais
interativos, porém não se deve esquecer das redes de comunicação, pois são elas
que realizam a conexão dos ambientes virtuais através dos modelos distribuídos e
das entradas e saídas.
Para que um net-VE seja disponibilizado na internet é desejável que o ambiente
e os softwares de base possam ser carregados através de um browser que esteja
em qualquer máquina, podendo o usuário ver e interagir com o ambiente.
Com o avanço da internet muitos sistemas net-VE vêm tomando rumos
progressivos e devido ao valor reconhecido desses sistemas, as áreas de
treinamento, entretenimento, científica e principalmente a educação tendem a
ganhar.
Inúmeras tecnologias de redes podem ser combinadas com os ambientes
virtuais para prover a conectividade entre eles como, por exemplo:
• Protocolo IP (Internet Protocol)
Na arquitetura Internet o protocolo IP fica na camada de rede. Ele define o
mecanismo de expedição de pacotes sem conexão e oferece um serviço de
datagramas não confiável. O protocolo IP também desempenha a função de
roteamento.
Na camada de transporte estão dois protocolos, o TCP (Transmission Control
Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol). O primeiro é um protocolo orientado a
conexão, onde problemas como pacotes perdidos, fora de ordem ou duplicados
serão tratados. O TCP especifica o formato dos pacotes de dados e de
reconhecimentos que dois computadores trocam para realizar uma transferência
confiável. O UDP é um protocolo de transferência de mensagens não confiável, pois
não é orientado a conexão, porém é mais rápido do que o TCP para a entrega de
mensagens, pois não há um controle de recebimento e de erro das mensagens,
fazendo com que o ambiente tenha um bom desempenho.
58
• ATM (Asynchronous Transfer Mode)
É uma forma de tecnologia baseada na transmissão de pequenos pacotes de
tamanho fixo e estrutura definida denominados células. Estas células são
transmitidas através de conexões de circuitos virtuais estabelecidos, sendo sua
entrega e comutação feitas pela rede baseado na informação de seu cabeçalho.
Esta tecnologia se adapta facilmente às exigências de uma quantidade grande de
tráfego, suportando com isto diferente tipos de serviços. Serviços como voz, vídeo
ou outros dados podem ser transmitidos, em tempo real, em células de tamanho fixo
em LANs ou WANs de banda larga. Cada célula possui 53 bytes, sendo que 48
bytes são para dados e 5 bytes adicionais de endereço.
• Multicast
É um serviço de rede no qual um único fluxo de dados, que provém de uma
determinada origem, pode ser enviado simultaneamente para diversos destinatários
(RNP, 2004). Esta forma de transmissão reduz o consumo de largura de banda e a
latência (subseção 3.3).
• MBone (Multicast Backbone)
É uma rede virtual que é efetivada sobre a rede física.
MBone utiliza
transmissão IP Multicast. É constituído de hosts capazes de transmitir IP Multicast ,
o que permite economia na largura de banda.
MBone é muito eficiente na transmissão de pacotes e por isso é muito utilizado
em atividades como videoconferência e transmissão de áudio e vídeo. No Brasil,
vários lugares já estão ligados a MBone, tais como: UNICAMP, UFRJ, USP
(Laboratório de Sistemas Integráveis e Instituto de Matemática e Estatística),
UFRGS (Departamento de Informática) entre outros (INSITE, 2004).
• Protocolo RTP (Real Time Protocol)
É um protocolo utilizado em aplicações de tempo real para transportar fluxo de
dados multimídia na Internet. Utiliza UDP como protocolo de transporte. Também
permite o controle do QoS (Quality of Service).
59
Para implementar um ambiente virtual pode-se usar o modelo centralizado ou o
modelo distribuído. Na próxima seção haverá uma breve explicação sobre cada
modelo.
3.3 MODELO DE COMUNICAÇÃO DE UM AMBIENTE VIRTUAL
Existem duas maneiras mais populares de implementar um AV, podendo ser um
modelo centralizado ou um modelo distribuído (GOSSWEILER et al, 1994).
No modelo centralizado um computador recebe todas as informações
provenientes de usuários que estão conectados ao ambiente virtual e que estejam
em diferentes máquinas, armazena as mudanças ocorridas e as aplica no ambiente
virtual do computador central, devolvendo para cada um dos usuários conectados o
resultados das alterações feitas sobre o ambiente virtual, atualizando-os.
Na FIG. 3.2 pode ser feita a visualização gráfica do modelo centralizado.
FIG. 3.2 Modelo Centralizado de Comunicação
Apesar deste modelo apresentar facilidades em relação à implementação das
estruturas de controle da comunicação entre usuários, existe problema de
escalabilidade. Escalabilidade refere-se ao fato do ambiente virtual crescer e
suportar uma grande quantidade de usuários. Isso se deve ao fato de que quanto
maior o número de usuários em um ambiente virtual maior será o tráfego de
60
mensagens com o computador central e dessa maneira a velocidade de acesso cai,
pois o computador terá que receber, processar e devolver as mensagens a todos os
usuários.
Uma forma de resolver esse problema de escalabilidade do modelo centralizado
é utilizar o modelo distribuído.
No modelo de comunicação distribuído cada usuário possui uma cópia do
ambiente virtual em sua máquina, realizando, ele mesmo, as tarefas de
renderização, computação e animação dos objetos do mundo virtual. Assim, quando
um usuário realiza qualquer alteração sobre o ambiente virtual, ele mesmo se
encarrega de comunicar a todos os outros usuários sobre a atualização feita.
A FIG. 3.3 ilustra esse modelo de comunicação.
FIG. 3.3 - Modelo Distribuído de Comunicação
Apesar desse modelo resolver o problema de congestionamento de mensagens
sobre o computador central outro problema acaba ocorrendo. O número de
mensagens enviadas e recebidas é muito grande, pois cada usuário é responsável
por enviar as mudanças realizadas sobre o seu ambiente.
Devido a problemas citados anteriormente há a necessidade de um estudo maior
na hora da implementação de um ambiente virtual. Um estudo de fatores ligados
diretamente ao modelo de comunicação utilizado, como largura de banda
(bandwidth), latência(latency), distribuição (broadcast, multicast ou unicast) e
confiabilidade (reability) são importantes para que as mensagens cheguem a todos
os usuários sem muitos problemas como retardo ou perda da mensagem. Multicast
auxilia para que problemas desse tipo sejam amenizados, pois haverá uma maior
61
economia na largura da banda, permitindo melhor fluxo das mensagens. Um estudo
sobre tipo de transmissão será relatado na subseção 3.3.4.3.
3.3.1 LARGURA DE BANDA (BANDWIDTH)
Segundo (SZWARCMAN, FEIJÓ & COSTA, 1999), a largura de banda de uma
rede é a capacidade de se transferir uma quantidade de informações num
determinado período, geralmente expressa em bits por segundo (bps).
A largura de banda na rede determina o tamanho e a riqueza de um ambiente
virtual. O aumento do número de usuários exerce maior influência com relação a
largura de banda. Isso ocorre porque quanto maior o número de usuários maior será
a troca de mensagens e atualizações geradas havendo um aumento do tráfego.
Em redes locais LANs (Local Area Network) esse problema é menos sensível
porque o número de usuários é limitado. Porém, quando se trata de WANs (Wide
Area Netword) a situação muda porque o número de usuários pode ser grande, nem
sempre a largura de banda é suficiente para garantir um bom desempenho do
ambiente.
Em
ambientes
distribuídos
o
número
de
usuários
aumenta
consideravelmente a largura da banda utilizada.
3.3.2 LATÊNCIA (LATENCY)
A latência é muito importante em ambientes virtuais em que os usuários
interagem em tempo real, isso porque o ambiente virtual precisa garantir que o
atraso na entrega dos pacotes seja mínimo para que as imagens do ambiente sejam
geradas para cada usuário de maneira que prevaleça a sensação de realidade.
Pode-se dizer que a latência controla a natureza interativa e dinâmica de um
ambiente virtual (MACEDONIA & ZYDA, 1997).
62
Latência pode ser definida como o período de tempo entre o envio de um pacote
de dados e o seu recebimento no computador de destino. Esse tempo geralmente é
medido em milisegundos (ms).
Dependendo das características físicas do meio, nas LANs a latência pode não
representar problemas, mas nas WANs o aumento da latência pode ser
considerável, visto que os pacotes percorrem um longo caminho do computador de
origem ao de destino, passando por equipamentos que interconectam a rede. Itens
como memória e capacidade de processamento dos computadores que estão
conectados ao ambiente também interferem na exibição das imagens do ambiente,
ou seja, nos quadros que serão exibidos por segundo.
3.3.3 CONFIABILIDADE (RELIABILITY)
A confiabilidade em um ambiente virtual distribuído é a garantia de que os dados
enviados de um computador que esteja conectado ao ambiente virtual cheguem aos
demais de forma correta, evitando assim a necessidade de reenviar os pacotes
periodicamente.
Se o ambiente virtual utilizar protocolos de comunicação orientados a conexão,
como TCP (Transport Control Protocol) que enviam confirmação de recebimento ou
não das mensagens, esse problema seria solucionado, TCP nem sempre é uma
opção. Segundo Macedonia (MACEDONIA & ZYDA, 1997) o atraso causado pelo
envio de confirmação de recebimento dos dados é inaceitável em simulações em
tempo real, por exemplo, no caso de um avatar está se movimentando no ambiente
virtual, a atualização desse movimento nos outros computadores destino pode ficar
seriamente comprometida. Logo os protocolos orientados a conexão não são
indicados em alguns casos de comunicação entre usuários. Em casos de ambientes
distribuídos o ideal seria o uso do protocolo UDP (User Datagram Protocol). UDP é
um protocolo que não é orientado a conexão, ou seja, é um protocolo onde a troca
de mensagens não é confiável, pois não garante a entrega dos datagramas, a
eliminação de duplicados nem a ordem de entrega, mas em compensação, como
63
não há um controle de recebimento e de erro, a entrega das mensagens é agilizada,
sendo esse um fator essencial em ambientes com interações em tempo real.
Não basta somente a utilização de um protocolo não orientado a conexão para
que o problema seja resolvido, pois o não recebimento de um pacote pode causar
um impacto muito grande no desempenho do ambiente virtual.
3.3.4 DISTRIBUIÇÃO
Devido a problemas de comunicação entre usuários de ambientes virtuais
distribuídos, pesquisadores desenvolvem técnicas e utilizam diferentes protocolos de
acordo com a aplicação, com o objetivo de otimizar essa comunicação.
Quando Macedonia (MACEDONIA & ZYDA, 1997) fala de distribuição ele cita as
formas de transmissão dos pacotes entre usuários que se encontram conectados a
ambientes virtuais distribuídos. Essas formas de transmissão que podem ser
escolhidas, dependendo da aplicação e do tipo de rede são: unicast, broadcast e
multicast (FIG. 3.4). Existe também o anycast, que é uma novidade do Ipv6, cuja
representação é semelhante aos endereços unicast, porém com funcionalidade
diferente. IPv6 pode determinar ao roteador qual host está mais próximo da origem,
segundo as métricas do protocolo de roteamento, e enviar os pacotes para aquele
host como se fosse uma comunicação em unicast. Por sua vez, aquele host envia
(em anycast) para outro host no grupo até que todas as tabelas de roteamento
estejam atualizadas. A transmissão anycast não será tratada nesse trabalho.
64
FIG. 3.4 – Exemplo de unicast, broadcast e multicast
3.3.4.1 UNICAST
A transmissão de dados pela Internet era feita principalmente utilizando unicast,
ou seja, um computador origem enviava os pacotes de informações tantas vezes
quantos fossem o número de usuários destino (GOYENECHE, 1998). Mas com o
aumento do tráfego de dados multimídia em tempo real para mais de um usuário a
transmissão unicast ficou insuficiente. Por exemplo, suponha que um usuário em um
ambiente virtual deseje enviar pacotes de áudio e vídeo para os outros usuários que
estejam também conectados ao ambiente. Normalmente esses pacotes já
consomem uma grande quantidade de banda quando transmitidos, imaginem se
forem enviados para uma grande quantidade de usuários? O excesso de tráfego e
consequentemente a queda na performance não poderiam ser evitados. Se
houvesse um transmissor e somente um receptor, esse problema seria minimizado.
A FIG. 3.5 mostra um exemplo de transmissão unicast.
65
FIG. 3.5 - Exemplo de unicast
3.3.4.2 BROADCAST
Broadcast seria uma solução para transmissão de mensagens entre todos
usuários quando ocorre uma alteração no ambiente virtual, pois ao invés de enviar
uma quantidade de mensagens equivalente ao número de usuários do ambiente,
uma única mensagem é enviada para todos os usuários que estão conectados na
rede. No broadcast não é necessária a conexão entre cada um dos usuários,
bastando a aceitação dos mesmos para comunicação via um único canal. Sendo
assim é minimizado o problema gerado pela grande
quantidade de mensagens
geradas. A utilização de broadcast é mais bem aproveitada em ambientes virtuais
sobre redes locais (LAN´s). A FIG. 3.6 mostra um exemplo de transmissão
broadcast.
O problema aqui ocorre quando nem todas as pessoas que estejam conectadas
querem receber a mensagem enviada por um usuário. Quando a quantidade de
usuários na rede é muito grande, ocorre um tráfego desnecessário. Neste caso, a
melhor solução seria a utilização de transmissão multicast.
66
FIG. 3.6 - Exemplo de broadcast
3.3.4.3 MULTICAST
Multicast é uma solução alternativa para o excesso de tráfego redundante de
pacotes proporcionado pela quantidade desnecessária de informações na rede.
A diferença entre broadcast e multicast é que aqui há uma economia maior de
banda. Da mesma forma que ocorre no broadcast, onde uma única mensagem é
enviada para todos que estão conectados ao ambiente, ocorre com a transmissão
multicast com a diferença que só os usuários interessados nas mensagens irão
recebê-las (FIG. 3.7).
FIG. 3.7 – Exemplo de Multicast
67
O usuário transmissor envia a mensagem uma única vez e os usuários
receptores ficam responsáveis por captarem a transmissão e processá-las, como
ocorre em broadcast.
Utilizando comunicação multicast há uma contribuição para uma melhoria na
escalabilidade do ambiente virtual, pois o modelo de comunicação permite o
aumento do número de usuários no ambiente, não atingindo tanto a performance e o
desempenho do mesmo.
A transmissão de datagramas em IP multicast é feita para um número ilimitado
de host que sejam compatíveis com multicast, sendo que esses host devem estar
ligados a roteadores também compatíveis com multicast, deixando a tarefa de
distribuição para a rede.
Um ambiente virtual pode estar dividido em grupos ou canais e esses grupos
podem ser definidos utilizando um endereço de IP classe D que corresponde aos
endereços da Internet de 224.0.0.0 a 239.255.255. Assim, um host pode escolher se
juntar ou deixar um grupo multicast e em seguida informar ao roteador a quais
grupos ele gostaria de pertencer. Logo, datagramas de grupos diferentes ao que o
host está cadastrado não são enviados ao mesmo.
Multicast permite a criação de área de interesse (ZYDA et al, 1995). No contexto
de ambiente virtual pode-se atribuir IP multicast para cada uma das áreas de
interesse. Assim um usuário que esteja em uma determinada área de interesse só
receberá mensagens de outros usuários que também estejam cadastrados no
mesmo grupo. A FIG. 3.8 ajuda a ilustrar um exemplo de grupos de usuários
utilizando a comunicação multicast.
68
FIG. 3.8 – Exemplo de grupos de usuários utilizando a comunicação multicast
No exemplo da FIG. 3.8 há 5 usuários distintos e divididos em grupos no
ambiente. Os usuários A e B estão em uma área do ambiente virtual que pertence
ao grupo multicast 224.11.22.56 e os usuários X e Y estão em outra área cujo grupo
multicast é 224.11.22.33. O usuário C está em uma área que é comum aos dois
grupos. Quando o usuário X fizer qualquer atualização, somente os usuários Z e C,
que se encontram no mesmo grupo multicast, receberão as alterações. Mesma coisa
ocorrerá caso o usuário B, por exemplo, faça alguma alteração e, nesse caso,
somente os usuários C e A receberão as alterações. Mas caso o usuário C faça
algum movimento no ambiente virtual todos os outros usuários estarão ciente do
ocorrido e receberão o pacote com as alterações, visto que o usuário C está
associado aos dois grupos multicast.
Sendo assim, a escolha correta entre os métodos de comunicação ajuda a
resolver problemas como largura de banda, pois a mesma depende do número de
usuários e do tipo de rede utilizada.
Outras arquiteturas que também utilizam multicast (OLIVEIRA & GEORGANAS,
2003) atribuem um grupo multicast a cada objeto ativo (i.e. avatares ou robôs). Tal
arquitetura permite uma maior flexibilidade no gerenciamento da área de interesse.
Um ambiente virtual pode ser chamado de colaborativo quando admite a prática
de tarefas que envolvam várias pessoas. Na próxima subseção haverá uma
explicação mais detalhada sobre o assunto.
69
3.4 AMBIENTES VIRTUAIS COLABORATIVOS
Um Ambiente Virtual Colaborativo (AVC) é um tipo de ambiente virtual com
suporte para realização de tarefas e ações que envolvam várias pessoas (HAND
1996).
Podemos definir também como ambiente virtual multi-usuário uma apresentação
de um mundo imaginário, que pode ou não ser semelhante ao real, em três
dimensões, onde as pessoas podem compartilhar informações, manipular objetos e
interagir em tempo real. Devido a isso os ambientes virtuais em rede são os ideais
para a realização de atividades colaborativas.
O uso de ambientes multi-usuários vem crescendo progressivamente e com isso
vem aumentando o potencial deste tipo de aplicação, principalmente nas áreas de
treinamento e educação. Esse tipo de sistema permite que os usuários
geograficamente dispersos atuem em mundos virtuais compartilhados, usando a
rede.
3.4.1 CARACTERÍSTICAS DE AMBIENTES VIRTUAIS COLABORATIVOS
Embora existam ambientes em que são chamados de AVC sendo estes
caracterizados pela interface bidimensional, mesmo tendo mais de um usuário
interagindo e em tempo real, estes ambientes estão fora do escopo deste trabalho
que trata AVC como ambientes cuja uma das principais características é a
similaridade com o mundo real.
• Espaço Tridimensional
Como os ambientes virtuais colaborativos podem ser semelhantes ao mundo
real, eles geralmente nos lembram lugares familiares como praças, salas de aula,
museus, etc. Dessa maneira os ambientes devem ser criados de forma a facilitar a
visualização do usuário, ou seja, o usuário deve ter condições de navegar pelo
ambiente e visualizar todos os lados de um determinado objeto como, por exemplo,
visualizar um cubo com todas as suas respectivas faces.
70
• Mobilidade no Ambiente
A mobilidade em um AVC é muito importante, pois permite às pessoas
explorarem o ambiente virtual buscando objetos, informações ou outros usuários que
estejam conectadas no mesmo.
• Interação com Objetos
No mundo real é comum interagirmos com objetos como mesa, lápis, copo, etc.
Da mesma forma, os AVC também contem objetos com os quais podemos interagir.
• Interação com Pessoas
A principal característica de um ambiente virtual colaborativo, como o nome já
diz, é a colaboração. O ambiente deve oferecer aos usuários condições de
interagirem entre si em tempo real.
As pessoas podem conversar, trocar informações e discutir, desde que estejam
próximas no mundo virtual, mas não necessariamente estando próximas no mundo
real. A comunicação pode ser por texto, que é a mais usada, voz, vídeo, gestos,
expressões, etc.
3.4.2 COLABORAÇÃO E COOPERAÇÃO
Alguns pesquisadores que distinguem o termo colaboração de cooperação
fazem da seguinte forma: na cooperação o trabalho é dividido entre as pessoas e
cada uma é responsável por uma fração da solução do problema e na colaboração
todas as pessoas trabalham em conjunto a fim de solucionar um determinado
problema. Ou seja, enquanto na cooperação o problema é dividido entre as pessoas
na colaboração isso não ocorre, pois todos pensam juntos na solução de um
determinado problema.
Outros pesquisadores utilizam o termo colaboração e cooperação como
sinônimos.
71
A seguir são dadas algumas opiniões de estudiosos com relação aos conceitos
de colaboração e cooperação.
• Barros (BARROS, 1994)
Colaboração é contribuição.
Cooperação se sobrepõe ao significado de colaboração, visando um trabalho em
conjunto, buscando um mesmo objetivo em comum.
• Larocque (LAROCQUE & FALCON, 1997)
Na colaboração existe um objetivo em comum a ser alcançado e para isso, todos
trabalham em conjunto, sem distinções hierárquicas.
Na cooperação existe uma certa ordem a ser seguida, controlada por alguma
forma de hierarquia.
• Tijiboy (TIJIBOY, 1999)
Cooperação é mais abrangente do que colaboração, ou seja, a colaboração fica
aquém da cooperação.
• Piaget (PIAGET, 1973)
Cooperar é trabalhar em conjunto, diferentes indivíduos, com ponto de vistas
diferentes, opinam para atingirem a um objetivo em comum e colaborar é reunir
ações isoladas, mesmo quando o objetivo é um só.
• Panitz (PANITZ, 1996)
Colaboração implica em um processo mais aberto, onde os integrantes do grupo
interagem para atingir um objetivo comum.
Na cooperação existe uma organização maior do grupo, com um maior enfoque
no controle da situação pelo administrador ou professor em caso de aprendizagem
cooperativa.
Temos que Barros e Tijiboy seguem a mesma linha de pensamento de Piaget,
enquanto outros como Larocque, Panitz e Ferreira (FERREIRA, 1998) definem
colaboração como um trabalho em conjunto, sem divisão de tarefas e
responsabilidades, a favor de um objetivo comum.
72
Em relação à colaboração ou a cooperação não importa as questões levantadas
e sim que a interação deve estar acima destes dois conceitos. Um ambiente deve,
essencialmente, oferecer recursos de interação aos usuários para que a troca de
conhecimentos possa gerar o que realmente vale a pena que é a solução de um
determinado problema.
No presente trabalho usaremos colaboração e cooperação como sinônimos, pois
pela análise da literatura, ainda hoje há divergências sobre a diferenciação entre
esses dois termos.
3.4.3 APRENDIZAGEM COLABORATIVA
Tecnologias computacionais, principalmente a Internet, têm facilitado a criação
de ambientes virtuais onde os usuários possam se comunicar tanto síncrona como
assíncronamente sem estarem necessariamente no mesmo lugar geográfico. Esses
usuários podem interagir com vários objetivos. Por exemplo, alunos que tem
dificuldades de acompanhar o assunto abordado em uma sala e aula presencial
podem completar as atividades desenvolvidas em sala de aula colaborando em um
ambiente virtual onde há outros alunos que já são mais experientes no assunto ou
professores que possam ajudar a sanar possíveis dúvidas.
Um ambiente virtual para a aprendizagem ou LVE (Learning Virtual Environment)
é um AVC designado a oferecer tarefas educacionais usando formas síncronas e/ou
assíncronas de comunicação (BOURAS, PHILOPOULOS & TSIATSOS, 2000).
Pode-se definir também LVE como sendo um mundo virtual ou um conjunto de
mundos virtuais acrescido de funcionalidades educacionais, onde os usuários são
representados por avatares que povoam o ambiente e podem ter comportamentos
como gesticular, andar, mexer os lábios, sentar e etc.
Como neste trabalho estamos considerando ambientes virtuais colaborativos os
ambientes
tridimensionais,
o mesmo
será feito
com os ambientes
para
aprendizagem colaborativa. Podemos definir aprendizagem colaborativa apoiada por
computador (CSCL - Computer Supported Collaborative Learning) como sendo uma
estratégia educativa onde através da discussão, da reflexão, da troca de idéias e da
73
tomada de decisão dois ou mais usuários podem construir o seu conhecimento. Os
mediadores desse processo de ensino-aprendizagem são os recursos da
informática.
Pode-se dizer também que CSCL oferece um ambiente colaborativo centrado na
aprendizagem
e
tem
como
objetivo
principal
oferecer
recursos
para
o
compartilhamento de informações, esclarecimento de dúvidas e realização de
tarefas de forma colaborativa. Existe também o trabalho cooperativo apoiado por
computador (CSCW - Computer Supported Collaborative Work) que trata da
cooperação ou colaboração em locais de trabalho.
CSCL cresceu devido a pesquisas feitas sobre CSCW. Ambas se baseiam no
fato de que os ambientes computacionais podem suportar e facilitar os trabalhos e
as dinâmicas de grupo, principalmente quando os usuários estão remotamente
localizados. Combinando técnicas de RV com técnicas de CSCL é possível obter um
AVC para o ensino a distância, podendo um indivíduo interagir com o outro em um
ambiente tridimensional.
Dentre as principais diferenças entre CSCL e CSCW, pode-se destacar:
• CSCW está sendo utilizada principalmente na área empresarial enquanto
CSCL é utilizada em ambientes educacionais.
• Enquanto CSCW preocupa-se com a forma de comunicação em si, CSCL
preocupa-se com o conteúdo a ser comunicado
• CSCL focaliza a aprendizagem pela colaboração mútua dos participantes
enquanto CSCW focaliza mais na produtividade.
Na aprendizagem colaborativa cada usuário é responsável tanto pela sua
aprendizagem quanto pela aprendizagem dos outros, destacando-se a participação
ativa e a interação de todos aqueles presentes no ambiente, e o papel principal de
fornecedor de informações passa do professor para o aluno, além de construir
conhecimento através da interação e confronto de opiniões diferentes entre várias
pessoas, sendo tudo isso mediado pelo AVC.
Existem também ambientes como MUD e MOO. MUD (Multiple User Domains,
Multiple User Dimensions ou Multiple User Dungeons) são ambientes de RV
baseados unicamente em textos. Tanto a interface quanto a interação entre usuário
e o ambiente são realizadas através da linguagem escrita. No inicio da década de 90
surgiu o ambiente MOO (Mud Object Oriented) para aproveitar o modelo de
74
orientação a objetos. Aqui todos conectados ao ambiente são considerados objetos,
tornando-os mais flexíveis e acessíveis (POLH, 1998). Tecnologias MUD e MOO são
empregadas em ambientes 2D e a tecnologia RV é empregada em ambientes 3D e
devido a isso essas tecnologias tangem ao escopo desse trabalho.
Em qualquer ambiente colaborativo criado procura-se dar total atenção às
formas de interação, pois é a interação que pode tornar o ambiente mais atrativo e
útil. Na subseção seguinte veremos algumas formas de interação em AVC.
3.5 INTERAÇÃO EM AMBIENTES VIRTUAIS COLABORATIVOS
A maioria dos projetos criados utilizando RV busca qualidade na exibição de
imagens e um bom campo de visão do usuário para que haja a sensação de
imersão. Mas um fator muito importante para que a sensação de imersão prevaleça
é a qualidade da interação, ou seja, o quanto uma interface é fácil de ser utilizada e
o quanto ela favorece a colaboração local ou remota.
Devido a isso, AVCs criados buscam oferecer interfaces que facilitem a
interação não só do usuário com a máquina, mas principalmente que favoreça a
interação entre os usuários que estejam utilizando o sistema.
A interação em ambientes virtuais consiste na capacidade que o sistema tem em
detectar e responder a cada comando do usuário através de modificações
instantâneas no ambiente virtual. Quando a interação ocorre entre os participantes
do ambiente, a interação consiste na capacidade que o sistema tem em transmitir
informações entre os usuários que estão conectados em tempo real. Para que essa
interação ocorra, há a necessidade da representação dos usuários em grupos
multicast, mostrado na seção 4.3.4.3.
O objetivo de se empregar a interação em ambientes tridimensionais é efetuar
operações de manipulação, seleção e navegação no ambiente. Através dos meios
de interações disponíveis em um ambiente virtual é que o conhecimento do usuário
pode ser transferido para manipular o mundo virtual e para interagir com outros
participantes do ambiente.
75
As ações no ambiente são realizadas através de dispositivos de entrada, como
mouse, teclado, joystick, luvas, etc. Para que essas ações sejam efetuadas são
criados métodos que permitem ao usuário especificar comandos e dados para o
sistema com o objetivo de executar tarefas. As respostas que o usuário espera são
dadas pelos dispositivos de saída, como o monitor, que estimulam os sentidos dos
usuários.
A interação homem-máquina, utilizando técnicas de RV, busca proporcionar o
sentimento de imersão no ambiente virtual, e a interação homem-homem objetiva
oferecer a colaboração entre os usuários.
3.5.1 INTERAÇÃO ENTRE USUÁRIO E AMBIENTE/OBJETOS
O mundo virtual, como já foi mencionado, pode ser similar ao mundo real para
uma melhor adaptação do usuário. Por isso, este mundo é composto por objetos que
também estão presentes no mundo real com os quais o usuário possa interagir,
como canetas, livros, lâmpadas, quadros, cadeiras, etc.
Alguns objetos podem ser usados individualmente, como livros, e outros
sugerem a interação entre duas ou mais pessoas, como um tabuleiro de xadrez
virtual (FIG. 3.10), entre outros.
a) Xadrez virtual com inclinação de 60º
b) Xadrez virtual com visão superior
FIG. 3.9 – Xadrez virtual (JACOB et al, 2002)
Pesquisas feitas relatam que um teste feito em um ambiente real, depois de ter
sido feito o mesmo teste em um ambiente virtual tem um ganho maior do que se
76
fosse a situação contrária (primeiro o real e depois o virtual) (PINHO, 2002). Ou seja,
a interação com o ambiente virtual e com objetos pertencentes ao ambiente oferece
ganhos incontestáveis a qualquer área cuja realidade virtual seja aplicada, por
exemplo, um ambiente voltado para a medicina, onde objetivo é simular uma cirurgia
torácica. Ao estar frente a frente com a situação real o médico já terá tido uma
experiência anterior, o que tornará a situação mais familiar e não uma novidade. A
FIG. 3.10 ilustra a interação entre o usuário e o ambiente, sendo esse ambiente
composto de pelo espaço físico, funções, objetos e conceitos.
FIG. 3.10 – Interação entre o usuário e o ambiente (KIRNER, 2004)
3.5.2 INTERAÇÃO ENTRE USUÁRIOS
Desenvolver uma interface que possibilite a interação entre usuários em um
ambiente virtual é um grande desafio.
A capacidade de suportar interação entre indivíduos, como acontece no mundo
real, é o grande objetivo dos AVCs. Nesses ambientes os usuários estão cientes de
que podem se comunicar com outras pessoas, trocando idéias e discutindo assuntos
em tempo real desde que estejam próximos dentro do mundo virtual.
Quando mencionamos os meios utilizados para o relacionamento entre os
participantes de um AVC podemos citar a comunicação assíncrona, onde os
usuários não precisam estar sincronizados para que haja a troca de informações, e a
comunicação síncrona, onde os usuários precisam estar sincronizados para que o
77
sistema de comunicação garanta a troca de informações em tempo real. Dentre os
exemplos de comunicação assíncrona, podemos citar: correio eletrônico e listas de
discussão. Alguns exemplos de comunicação síncrona são: salas de bate papo,
comunicação via áudio, vídeo e outros recursos multimídia.
A comunicação entre usuários também pode ocorrer utilizando objetos, que tem
um grande potencial na elaboração de tarefas colaborativas (ERICKSON, 1993).
Segundo (KIRNER, 2004), há três maneiras de interação entre usuários:
comunicação entre usuários, compartilhar o ambiente virtual e realizar trabalho
colaborativo no mundo real utilizando o ambiente virtual compartilhado. A FIG. 3.11
ilustra essa situação.
FIG. 3.11 – Interação entre vários usuários (KIRNER, 2004)
Na comunicação entre usuários, os mesmos trocam informações utilizando o
mundo virtual, ao compartilhar o ambiente virtual os usuários interagem entre si
utilizando o ambiente e no último caso os usuários colaboram entre si no mundo real
através de sua representação no ambiente virtual compartilhado. O presente
trabalho enfoca as duas primeiras opções.
3.5.2.1
INTERAÇÃO
ENTRE
USUÁRIOS
EM
AMBIENTES
COLABORATIVOS VOLTADOS PARA A EDUCAÇÃO
78
VIRTUAIS
Segundo (BUENO, 2001) a teoria do Interacionismo não se separa o fazer do
pensar, nem a teoria da prática porque se acredita que o conhecimento é construído
a partir da relação entre sujeito e o objeto que o cerca.
O Construtivismo é a teoria que afirma que o desenvolvimento intelectual é
determinado pela relação do sujeito com o meio. A teoria se baseia no fato de que o
ser humano não nasce inteligente, mas também não é totalmente dependente das
interações com o meio. Pelo contrário, interage com o meio ambiente respondendo
aos estímulos externos, analisando, organizando e construindo seu conhecimento. A
teoria prega que a partir do erro é possível construir o conhecimento através de um
processo contínuo de fazer e refazer (PIAGET, 1982).
Segundo também Piaget, o construtivismo possui princípios básicos, como:
espaço para o aluno testar suas hipóteses e trabalho em grupo para facilitar o
aprendizado. Piaget conclui que “o conhecimento se forma e evolui através de um
processo de construção”.
Assim, a prática construtivista está ligada ao desenvolvimento do raciocínio do
aluno, ou seja, é o mecanismo pelo qual o aluno incorpora um conhecimento novo a
seus conhecimentos antigos através da interação com outros alunos.
Em um AVC há o diálogo efetivo entre alunos e professor e entre os próprios
alunos, havendo ausência de hierarquia formal e a colaboração entre todos, pois os
estudantes não têm receio de expor suas idéias e questionamentos. Piaget em
(PIAGET, 1982) argumenta que ao usufruir os benefícios do convívio social o aluno
obtém uma acumulação de conhecimentos que o indivíduo sozinho seria capaz de
reunir. Assim o aluno acaba tendo a capacidade de criar suas próprias regras em
conjunto com o seu grupo e exercer a colaboração. As condições indispensáveis
para que isto ocorra são as mesmas que caracterizam um ambiente de
aprendizagem colaborativa.
Recentemente a RV e os métodos de interação têm sido estudados em diversos
países com finalidades educacionais.
Com o avanço da Internet e com as perspectivas de uso da RV na educação
está ocorrendo o crescimento de ambientes multi-usuários aplicados ao ensino.
Ambiente multi-usuário consiste em um ambiente compartilhado por vários usuários,
estando eles localizados geograficamente distantes um dos outros. Os sistemas
criados para o ensino a distância podem ser uma representação de uma sala de
79
aula, onde seus participantes (alunos e professores) são representados por avatares
que se relacionam entre si.
O auto grau de interação é um dos principais motivos da utilização da RV no
ensino a distância. Essa interação pode ocorrer entre os usuários e entre o usuário e
o sistema. A seguir são dadas algumas formas de interação que podem ser
utilizadas em ambientes virtuais colaborativos para o ensino a distância.
3.5.2.2 FORMAS DE INTERAÇÃO
Para o ensino a interação com o sistema pode ser proveitosa no sentido de
permitir que o professor exponha sua matéria mais claramente e proporciona ao
aluno uma melhor assimilação e visualização da informação apresentada. Isso dá
uma sensação de presença em sala de aula, sensação essa que seria impossível no
caso de crianças que estejam impossibilitadas de freqüentar uma sala de aula real.
Formas de comunicação assíncrona, onde usuários não precisam estar
sincronizados, como fóruns de discussão, correios eletrônicos, murais eletrônicos,
etc, são importantes, mas não são tão fundamentais para uma boa integração entre
os participantes do sistema quanto a forma de comunicação síncrona, como batepapo, videoconferência, etc, onde os participantes precisam estar sincronizados,
pois a comunicação síncrona requer que o sistema de comunicação garanta a troca
de informações em tempo real.
Para que haja comunicação entre os participantes do sistema, ou seja, entre
professor e alunos, alunos e professor e entre alunos é necessário que seja feito um
estudo sobre os melhores mecanismos de comunicação que permita um bom
relacionamento entre eles no ambiente virtual.
3.5.2.2.1 FORMAS DE INTERAÇÃO ENTRE PROFESSOR E ALUNOS
80
A interação entre professor e alunos deve ocorre de modo a propiciar uma
relação (interação) produtiva entre eles. Como o professor é responsável pela aula
dada, essa interação faz com que ele mantenha a disciplina e ao mesmo tempo
favoreça e incentive a colaboração. A seguir temos algumas interações que podem
ser utilizadas em um AVC voltado para o ensino a distância.
•
Identificar os alunos
Cada aluno pode ter seu nome ou apelido identificado em uma cadeira onde o
avatar estiver sentado ou em um crachá, e o professor pode acessar as informações
referentes ao aluno clicando sobre o avatar ou o crachá do mesmo.
• Escolher com quem se comunicar
O professor pode querer se comunicar isoladamente com um aluno, ou fazer um
teste oral. O professor pode dirigir-se a quem ele bem entender, utilizando meios de
comunicação como o bate-papo, por exemplo.
• Restringir a comunicação entre os alunos
O professor precisa de meios para escolher com quem o aluno pode se
comunicar a fim de permitir um bom andamento da aula. A restrição pode favorecer
também na criação de grupos de estudos em sala.
• Desconectar alunos da sala
Em casos de alunos que estejam sendo inconvenientes ou quando um aluno não
autorizado entrar no ambiente.
• Controlar presença
Esse controle pode ser feito automaticamente pelo sistema quando o aluno se
conecta sendo armazenados a hora, o dia e o tempo que o aluno utiliza o sistema. O
professor tem acesso a esses dados podendo informar-se sobre a frequência dos
alunos.
• Expor matéria
Uma lousa ou quadro branco pode ser utilizado como um browser onde o
professor pode expor textos, imagens, etc.
81
• Dar avisos
Informa aos alunos dia e horário da próxima aula, conteúdo ou outras
informações que poderão ser necessárias. Esses avisos serão expostos em um
mural.
• Avaliação
O aluno poderá ser avaliado de várias formas, sendo elas: oralmente pelo
professor, de acordo com a sua interação com o professor e com outros colegas de
forma relevante e construtiva e com trabalhos em grupos.
3.5.2.2.2 Formas de Interação entre Alunos
A interação entre os alunos deve ter como objetivo principal a colaboração,
procurar a melhor maneira do aluno tirar e sanar dúvidas junto a outros colegas.
Nem sempre em uma sala de aula real o aluno tem o desprendimento de se
expressar com um colega ou argumentar sobre um certo comentário feito. A seguir
temos algumas ações efetuadas por alunos para relacionar-se (interagir) com seus
colegas de classe.
• Escolher com quem se comunicar
O aluno pode escolher com quem deseja fazer algum comentário selecionando o
avatar correspondente ao colega que deseja se comunicar, ou grupo de alunos.
• Comunicar-se com a turma
O aluno pode fazer alguma colocação ou perguntar algo a todos da turma, basta
pedir a palavra ao professor e aguardar a autorização que poderá ser dada na hora
ou então, se for o caso, logo após outro aluno ou mesmo o próprio professor
terminar de falar.
82
3.5.2.2.3 FORMAS DE INTERAÇÃO ENTRE ALUNOS E PROFESSOR
Nesse caso a colaboração também é fundamental, pois não é sempre que em
uma sala de aula real o aluno se expressa para perguntar algo ao professor e até
mesmo pedir anotações que o mesmo tenha feito sobre a aula. Em AVCs voltados
para a educação isso é evitado, pois o aluno sabe que o ambiente foi criado
justamente para isso, além de poder expor os seus sentimentos em relação à aula.
A seguir temos algumas ações efetuadas por alunos para relacionar-se (interagir)
com o professor.
• Esclarecer dúvidas
Toda a ação do aluno dentro do sistema é refletida pelo seu avatar. Quando um
aluno tem dúvidas ele pode clicar em um botão, como por exemplo, um botão de
dúvida “?” e seu avatar efetuará uma ação, como levantar o braço. Quando o
professor der a palavra para o aluno o seu respectivo avatar poderá ficar de pé para
que todos saibam quem é o aluno que está perguntando ou acrescentando algo ao
assunto.
• Trocar anotações
O aluno pode enviar ou receber anotações do professor como lista de exercícios,
textos ou dúvidas que podem ser passadas como arquivos, utilizando e-mail.
Nessa comunicação entre aluno e professor haverá um conjunto de mensagens
que facilitará a interação. O aluno poderá expressar seus sentimentos em relação à
aula e ao ambiente, como empolgar-se, aborrecer-se, chatear-se, etc, ou seja, a
cada sentimento demonstrado será refletido pelo respectivo avatar, permitindo ao
professor adaptar a aula de acordo.
As formas de interação entre professor e alunos, alunos e professor e entre
alunos citadas anteriormente são alguns exemplos de interações que podem ser
implementadas em um ambiente virtual colaborativo voltado para o ensino a
distância.
83
3.5.3 INTERFACES 2D E 3D
Desde os anos 50, quando eram usados cartões perfurados, seguido do monitor
monocromático e teclado alfanumérico utilizados nas décadas de 60 a 80 até os dias
de hoje, onde predomina a terceira geração de interfaces conhecida como WIMP
(Windows, Icons, Menu, Pointer devices), procura-se evoluir as interfaces com o
intuito de facilitar a interação entre o usuário e a máquina. Devido a essa evolução já
é possível notar o surgimento de uma quarta geração de interfaces, batizada por
alguns autores de Pós WINP (DAM, 1997), onde se destaca o uso da RV, permitindo
ao usuário melhor interação com um ambiente gráfico tridimensional.
Os ambientes tridimensionais têm como propósito prover a interação para
estimular os sentimentos humanos e fazer com que o usuário fique mais próximo a
realidade ou próximo de algo que ele gostaria que se tornasse real. Porém, para que
isso ocorra é necessário que o usuário veja, entenda e execute as atividades do
ambiente virtual. Para tanto a interface deve apresentar consistência, flexibilidade e
integridade, características presentes nas interfaces gráficas bidimensionais.
As interfaces gráficas bidimensionais são o fundamento para as interfaces
tridimensionais utilizadas nos ambientes virtuais, pois alguns critérios de design de
interface 2D podem ser facilmente aplicados às interfaces 3D (STUART, 1996).
Portanto é necessário ter em mente quais os critérios necessários para garantir a
eficiência das interfaces gráficas bidimensionais para obtermos sucesso na interface
tridimensional.
O motivo de levarmos em consideração os conceitos de interfaces gráficas na
concepção de gráficos interativos tridimensionais é a manipulação direta com
objetos. No contexto de interfaces baseadas em textos, temos que esta é de
natureza subjetiva. Informações exibidas como um sistema visual, aumenta a
produtividade, devido a manipulação direta com os elementos da interface. Além de
serem preferidas pelo usuário pelo fato de estimular a interação com o ambiente,
pois possuem ícones que possibilitam a navegação e a metáforas, além de cores e
textos (GARCIA, TISSIANI & CAMARGO, 2001).
84
Para que haja uma boa interação no ambiente é de suma importância que este
ofereça interfaces amigáveis e fácil concepção porque assim a interação se torna
mais natural.
85
4 TRABALHOS RELACIONADOS
O uso de ambientes virtuais colaborativos tem crescido nos últimos anos em
face da melhoria das condições providas pelos computadores pessoais e do
aumento dos recursos da rede, cada vez mais rápidos e confiáveis. A criação de
ambientes que possibilitem a comunicação, a troca de idéias e a solução de
problemas através da interação e da colaboração entre pessoas que estejam
localizadas remotamente são alguns dos principais objetivos que podemos destacar.
Ambientes que além de solucionar problemas como distância entre usuários
também ofereçam um mundo no qual as ações que poderiam ser executadas no
mundo físico real possam ser executadas nesse mundo virtual são muito
importantes, pois se a pessoal por algum motivo não puder assistir a uma aula
presencial, como é o caso de pessoas hospitalizadas, não perderão a qualidade do
ensino só pelo fato de não estar de corpo presente em uma sala de aula
convencional.
Cada ambiente se propõe a solucionar um ou vários problemas, seja ele
relacionado à transmissão de dados pela rede ou relacionado às formas de
interação entre usuários ou outros, mas o que é bastante relevante e que não pode
ser ignorado é que a grande maioria tem o objetivo de favorecer cada vez mais o
usuário final, procurando facilitar o entendimento do assunto que estiver sendo
abordado.
Como diz Abraham Cohen em (COHEN, CHEN & KULIS, 2001), em cenários
colaborativos o que é proeminente é o estabelecimento de metáforas especiais e a
inclusão de usuários dentro do ambiente fazendo com que eles se comuniquem
entre si e que informações do mundo real sejam representadas no virtual através de
símbolos, objetos e comunicação verbal ou através de gestos em tempo real.
Nas próximas seções serão citados alguns ambientes dentre outros estudados
que serviram como base para a criação do ADVICE.
86
4.1 ANÁLISE DE AMBIENTES VIRTUAIS
Foram analisados vários ambientes com o intuito de identificar características
úteis ao ADVICE. Os critérios levados em consideração para a escolha dos
ambientes aqui citados foram a facilidade de acesso às suas funcionalidades e o
reconhecimento
dos
ambientes
na
comunidade
em
geral.
Os
ambientes
selecionados foram: INVITE, Virtual Harlem, Viena Classroom, Belvedere, The
Palace e Programa de Ottawa.
4.1.1 INVITE
INVITE – Intelligent Distributed Virtual Training Environment é um projeto
europeu, criado em fevereiro de 2000 pelo Information Society Technology (IST)
Programme of the European Comission. Neste projeto estão incluídas dez diferentes
instituições, sendo cinco de países europeus. Cada sócio no consórcio acrescenta
seus conhecimentos no projeto. O principal sócio é a Blaxxun Interactive (BLAXXUN,
2004).
O projeto INVITE tem como objetivo desenvolver um produto comercializável e
permitir aos usuários usar as funcionalidades do INVITE para criar ambientes de
aprendizagem colaborativa.
4.1.1.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
INVITE possui formas para comunicação tanto síncrona quanto assíncrona. A
tecnologia usada é de Ambientes Virtuais Distribuídos ou DVE (Distributed Virtual
Environment) com representação tridimensional.
87
a) Cenário para interação entre 2 usuários
b) Cenário para interação entre vários usuários
FIG. 4.1 – Tipos de cenários do INVITE
Usuários são representados por avatares personalizados com capacidade de
interação com outros usuários e objetos.
Podemos citar algumas formas de interação síncrona do projeto:
• Bate-papo
Onde os usuários podem selecionar um indivíduo para conversa particular ou
deixar mensagens para pessoas que não estejam conectadas ao sistema no
momento.
• Expressar emoções
O ambiente possui interfaces as quais permitem aos usuários expressar gestos
e emoções e possui também animações na forma de andar do avatar.
• Mapa de referência
Como o INVITE possui vários cenários (FIG. 4.1), o usuário pode consultar uma
lista de usuários e o respectivo ambiente no qual eles se encontram.
• Lista de arquivos
Lista com os arquivos relatados anteriormente.
• Controle de privacidade
Grupos e subgrupos em atividades paralelas podem ter a sua privacidade
reservada.
• Opiniões em tempo real
88
Troca de informações podem ser feitas pelos membros do grupo ou pessoas
fora do grupo em tempo real.
As funcionalidades citadas anteriormente já estão implementadas e existem
outras em fase de desenvolvimento.
O projeto também possui suporte para interação assíncrona.
• Recuperar documentos
O usuário pode ter acesso a documentos textos.
• Agenda
O ambiente possui uma agenda para marcar as futuras reuniões.
• Disponibilidade de conteúdos de áudio/vídeo
O usuário pode ter acesso a reuniões feitas anteriormente com todo o conteúdo
de áudio e vídeo presente na mesma.
INVITE é considerado uma plataforma de conferência para pequenos grupos de
trabalho e aprendizagem colaborativa (KULJIS, 2002). O projeto é composto de
vários cenários que facilitam a aprendizagem a distância como se o usuário
estivesse em uma sala de reuniões com uma ou mais pessoas ou em uma sala de
leitura.
4.1.2 VIRTUAL HARLEM
Virtual Harlem é uma construção do bairro de Harlem, Nova York, na década de
20. Nessa época houve o movimento cultural afro-americano que ficou conhecido
como “The New Negro Movement” e depois como “The Harlem Renaissance”,
transformando não só a cultura afro-americana, mas de todo o povo americano.
Virtual Harlem permite que usuários possam voltar no tempo 80 anos atrás e ver
figuras históricas, visitar lugares famosos (FIG. 4.2), ouvir discursos políticos e
músicas daquele período. É um projeto que objetiva criar um ambiente de
89
aprendizagem no qual estudantes possam aprender sobre a Renascença do bairro
de Harlem.
FIG. 4.2 – Ilustração do bairro de Harlem
O objetivo do Virtual Harlem é explorar como a RV pode ser acrescentada a
tecnologias de aprendizagem tradicional como livros, CD´s, fitas-cassete, etc.
4.1.2.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
O projeto oferece um ambiente de RV imersivo, CAVE, que simula o bairro de
Harlem, equipamentos de áudio e vídeo e um website que oferece um lugar comum
a todos que queiram participar de atividades do curso. O projeto Virtual Harlem
utiliza uma série de computadores e tecnologias de comunicação para facilitar a
aprendizagem.
90
FIG. 4.3 – Avatar passando informações
solicitadas pelo usuário.
Algumas tecnologias utilizadas no projeto são:
• CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment)
Desenvolvido na Universidade de Illinois em Chicago, o CAVE é um ambiente de
realidade virtual que cria as imagens conforme modelo tridimensional que se
encontra no computador, permitindo que usuários estejam imersos no ambiente,
utilizando óculos 3D.
O CAVE utiliza elementos tecnológicos, como vídeo, gráficos e animações para
os usuários; periféricos como joystick e óculos que permitem ver, controlar e interagir
com o CAVE; sensores que reconhecem os movimentos da cabeça da pessoa que
esteja dentro do CAVE e que mudam a perspectiva do usuário no bairro de Harlem;
uma central de controle de computador e uma rede que conecta um grande número
de fios a todos os componentes tecnológicos, oferecendo assim ambientes
altamente gráficos.
Segundo Pinho em (PINHO, 1999) o CAVE permite um alto grau de imersão
quando usado por apenas um usuário, mas por não permitir a exibição de imagens
entre dois ou mais usuários a interação fica prejudicada. Outro problema citado é a
impossibilidade de exibir uma imagem diferente para cada participante.
• Sala de videoconferência
Esta sala tem o objetivo de facilitar a comunicação entre usuários que estejam
distantes geograficamente. A qualidade avançada das imagens e a rapidez na
transmissão dos dados permitem que áudio e vídeo sejam apresentados em tempo
real para classes distantes.
91
A sala possui três telas de projeção, vídeo-câmera, um microfone, um
computador para controlar a transmissão dos dados entre os locais e cadeiras para
os estudantes sentarem.
Para a comunicação entre grupos a videoconferência é bem empregada, mas
exige um sistema com recursos e salas devidamente equipadas.
Um problema na utilização da videoconferência é que se tivermos um grande
número de usuários em pontos remotos mais difícil se torna o controle de quem está
ativo em um determinado instante da sessão (LEOPOLDINO, 2001). Nesse caso o
emprego da videoconferência não seria o ideal.
• CourseInfo
É um programa baseado na web que inclui atividades de sala de aula na web.
Essa tecnologia foi desenvolvida pela Blackboard Inc (BLACKBOARD, 2004).
Pessoas que estejam distantes geograficamente podem acessar o conteúdo da
aula, bastando ter acesso à internet.
Estudantes têm acesso a informações sobre o curso como quem são os
professores, documentação, links externos, tarefas a serem executadas, etc. Essas
informações podem ser acessadas a qualquer hora de forma assíncrona, diferente
das
tecnologias
vistas
anteriormente,
pois
tanto
no
CAVE
quanto
na
videoconferência as informações são transmitidas de forma síncrona.
Neste projeto tanto os gestos quanto as vozes são armazenados e depois
podem ser capturados. Quando essas informações são capturadas um avatar
aparece no mundo virtual e passa as informações solicitadas (FIG. 4.3). Essas
informações são guardadas em um banco de dados no servidor com um cabeçalho
que contem nome do autor, observação, a hora e a data que a informação foi
deixada no banco.
4.1.3 VIENA CLASSROOM SYSTEM
92
Viena Classroom é um sistema hipermídia colaborativo educacional direcionado
para aplicações on-line para pequenos grupos, como grupo de discussão e
aplicações off-line para grandes grupos.
Viena Classroom é um componente do Virtual Interactive Environment for
Workgroups (VIEW), um ambiente colaborativo que utiliza tecnologias de banco de
dados distribuído orientado a objeto.
O sistema oferece aos usuários uma interface de linguagem natural para que
eles possam formular perguntas diretamente em japonês. As representações
semânticas são aplicadas para recuperar as respostas da base de conhecimento,
chamada de FAQ (Frequent Asked Question) ou para o acúmulo de novas questões
semanticamente equivalentes.
FIG. 4.4 – Interface do VIENA CLASSROOM
4.1.3.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
Em Viena Classroom o usuário pode personalizar as informações que serão
divididas com os outros usuários, através de:
• Hipermídia personalizada
O usuário pode adicionar comentários pessoais e observações ao material de
ensino apresentado pelo professor para que outros usuários possam compartilhar
dos seus conhecimentos.
93
• Tela personalizada
Usuário pode alterar a tela de exibição das informações como fonte, cor, estilo,
etc.
• Navegação personalizada
Permite rever o material apresentado anteriormente utilizando links ou
consultando o material em uma janela separada.
Em Viena Classroom novas questões são coletadas e agrupadas em cada
contexto levando em consideração a sua semântica (FIG.4.4). A cada grupo
semanticamente equivalente uma questão é computada como representante das
outras do grupo e essa será mostrada ao professor. O professor pode responder
baseando-se em respostas já existentes no banco ou pode interagir diretamente
com o usuário, dividindo uma janela de diálogo.
4.1.4 BELVEDERE
Belvedere é um ambiente que incentiva a discussão sobre determinado assunto
baseado na colaboração. Este ambiente se resume a um groupware em rede.
A interface se assemelha a um editor gráfico. Idéias e relacionamentos são
representados como objetos que podem ser ligados a outros objetos e discutidos.
Belvedere foi desenvolvido para servir como browser web, pois assim permite
que usuários utilizem ferramentas HTML existentes e para referenciar páginas www.
4.1.4.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
Belvedere tem como principal funcionalidade uma área de trabalho comum a
todos para construção de diagramas de pesquisa, onde o assunto e hipótese são
descritos por intermédio de relações.
O software também possui um orientador para dar avisos e uma janela de batepapo.
94
Na FIG. 4.5 é mostrado um diagrama e uma janela no canto direito com um
aviso do orientador.
FIG. 4.5 – Interface do Belvedere
O ambiente possui botões na parte superior da janela com o intuito de facilitar o
estudo e a colaboração.
Nesses botões há opções, como:
•
Lâmpada acesa
Essa lâmpada representa idéias do orientador
•
Caixa de texto
Local onde se pode receber informações e ícones para iniciar outras aplicações,
como abrir um browser web.
•
Menu
Esse menu auxilia os estudantes dando-lhes sugestões de como usar o
software.
O sistema pode ser usado de forma assíncrona quando usuários compartilham
argumentos em tempos diferentes ou de forma síncrona quando usuários estão
localizados remotamente ou próximos um do outro e em tempo real.
Belvedere é uma aplicação escrita em Java.
95
4.1.5 THE PALACE
É um ambiente criado por um grupo de voluntários para reunir pessoas
interessadas em conversar através do serviço de bate-papo. A diferença do The
Palace para outros serviços de bate-papo é que aqui a conversação é orientada
através avatares em 2D e os textos são exibidos em balões como os de histórias em
quadrinhos e também em uma caixa de texto “Log Windows” na qual é exibida toda
a ação do usuário (FIG. 4.6 e 4.7). Toda a conversa pode ser armazenada para
análise posterior.
O ambiente possui vários cenários, onde o usuário, representado por seu avatar,
pode navegar e conversar com outros usuários que estejam conectados no
momento.
FIG. 4.6 – Diálogo entre duas pessoas
96
FIG. 4.7 – Avatar escolhe a sua aparência
O software é gratuito e pode ser baixado através da página do The Palace (THE
PALACE, 2004).
4.1.5.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
Depois de instalar o The Palace corretamente o usuário pode navegar pelo
sistema, reunir-se com outras pessoas e discutir qualquer assunto on-line.
As principais funcionalidades do The Palace são:
•
Encontrar usuários ou uma determinada sala
Se a pessoa deseja encontrar alguém ou ir para uma determinada sala basta
escolher a opção Options no menu e fazer a escolha desejada.
•
Configurar avatar
O usuário pode escolher um avatar disponibilizado pelo sistema (FIG. 4.7) ou
pode importar imagens como uma foto e salvar como uma propriedade “PROP”.
Depois o usuário poderá modificar o seu avatar a hora que desejar.
97
•
Configurar nome
Quando The Palace é acessado pela 1ª vez um nome default fica armazenado e
esse nome pode ser alterado conforme vontade do usuário.
•
Configurar balão
Quando o usuário está conversando pelo bate-papo com uma pessoa ou com
um grupo de pessoas aparece ao lado do seu avatar um balão com a sua fala (FIG.
4.6 e 4.7), como em histórias em quadrinhos. O formato desse balão pode ser
alterado para outros formatos como balão retangular, balão explosivo ou balão de
pensamento.
•
Representar som
O sistema possui um conjunto de arquivos de áudio que permite qualquer
pessoa utilizá-los. Os tipos de sons transmitidos são: aplausos, boom(de explosão),
mastigação (como se alguém mordesse um biscoito), gargalhada, beijo, som de
negação e de afirmação entre outros. O usuário também pode acrescentar sons ao
ambiente.
O áudio do ambiente limita-se a ouvir um determinado som existente no sistema
ou gravar um som qualquer da escolha do usuário, mas não se estende a um
diálogo, ou seja, as conversas e a troca de idéias são feitas via texto.
The Palace é um software para bate-papo, onde usuários podem conectar-se,
mas não necessariamente com horário e data marcados. Não há aqui uma atividade
específica para os usuários, somente o bate-papo, como vemos em outros sistemas
de bate-papo.
4.1.6 PROGRAMA DE OTTAWA
O programa de Ottawa é um projeto voltado para o treinamento industrial,
patrocinado pela Newbridge Networks Co e criado pelo Discover Laboratory, da
Universidade de Ottawa, Canadá.
98
O programa é uma aplicação que permite usuários, representados por avatares,
aprender como trocar uma placa defeituosa de um switch ATM (FIG. 4.8). O reparo é
feito pelo avatar da mesma forma que seria executado por uma pessoa no mundo
real.
FIG. 4.8 – Troca de uma placa defeituosa do switch
FIG. 4.9 Interface do Programa de Ottawa
4.1.6.1 CARACTERÍSTICAS / FUNCIONALIDADES
O protótipo consiste de 2 partes principais: interface do usuário e comunicação
em rede.
A parte de interface consiste em um ambiente tridimensional. Além disso, o
sistema possui:
• Menu
Este menu permite ao usuário interagir com objetos e navegar no ambiente (FIG.
4.9).
99
• Head-tracking facility
Aqui os movimentos da cabeça do usuário são representados por um avatar.
Esses movimentos são capturados por uma câmera instalada no computador do
usuário (FIG. 4.9).
• Bate-papo
Onde usuários podem trocar mensagens em texto (FIG. 4.9).
• Reconhecimento de voz
Onde o usuário, utilizando o microfone, dá um comando como “Go to the table” e
o avatar vai para a mesa, ou até mesmo mudar o ponto de visão do avatar, como
por exemplo, “Table top view”, etc.
A camada de comunicação do sistema é responsável por toda a troca de
informações entre os usuários. Essa camada é composta por: um servidor que
guarda informações a respeito dos participantes da sessão e um controle de
comunicação que é responsável por toda comunicação com exceção dos dados de
áudio.
O programa de Ottawa foi o ponto de partida para a criação do ADVICE, pois
foram
aproveitadas
várias
funcionalidades
existentes
neste
protótipo
e
acrescentadas outras para que o ambiente ficasse visualmente mais parecido com
uma sala de aula tradicional, mas com características que favoreçam a interação e a
colaboração entre os usuários conectados.
4.2 ANÁLISE COMPARATIVA
Cada ambiente analisado possui uma característica que pode ou não se
semelhante à de outros ambientes, mas em geral todos têm o mesmo objetivo que é
prover a colaboração entre usuários.
Informações do mundo real podem ser carregadas para o mundo virtual através
de símbolos, textos e comunicação verbal ou gestual, ou seja, de várias maneiras os
100
ambientes tentam imitar o mundo real dando suporte a comunicação baseadas em
áudio e texto. Dos ambientes estudados, o principal canal de comunicação visto foi o
textual, embora muitos permitem comunicação via áudio em tempo real. Alguns
ambientes oferecem gestos, postura, movimentos, ações e expressões faciais para
os avatares, porém pesquisas feitas mostram a dificuldade de imitar ações sutis e
gestos entre os usuários em um mundo virtual e consequentemente o problema o
problema associado a esse tipo de comunicação é um dos principais obstáculos
para a precisão em um ambiente virtual multi-usuário (SCHWARTZ, 1998).
A análise comparativa tem o objetivo de apresentar os principais recursos
providos pelos ambientes mencionados e não comparar o desempenho e a
qualidade dos mesmos. A tabela abaixo apresenta alguns dos recursos existentes
nos ambientes analisados.
TAB. 4.1 – Análise Comparativa
Canal de comunicação entre usuários em tempo real
Ambiente
INVITE
Virtual
Harlem
Viena
Classroom
Belvedere
The
Palace
Programa
de Ottawa
Texto Áudio
Voz
Gesto
X
X
X
X
X
X
X
X
Tradução para
Áudio/Vídeo
linguagem natural
stream
X
Representação
do usuário
Avatar
X (3D)
X (3D)
X
X
X
X
X
X
X
X (2D)
X
X
X
X (3D)
Baseado em estudos feitos, no próximo capítulo é proposto um ambiente virtual
colaborativo visando o Ensino a Distância.
101
5 ADVICE
A comunicação mediada por computador tem alcançado uma enorme
popularidade devido à diminuição de custos dos equipamentos e a evolução dos
mesmos, ao aumento da velocidade dos canais de comunicação e ao crescimento
em progressão geométrica da Internet. Assim, essa comunicação passou a permitir
a troca de informações, idéias e conhecimentos de forma rápida e eficiente. Além de
permitir que diversos tipos de informações sejam acessadas de diferentes lugares.
Ambientes que proporcionam a interatividade não só do usuário com o ambiente,
mas principalmente que favoreça a comunicação entre os usuários chamamos de
Ambientes Virtuais Colaborativos (AVCs), como mencionado anteriormente.
Os AVCs são alternativas favoráveis para redução de custos e tempo em
diversas áreas, principalmente no Ensino a Distância (EAD) e em áreas de
treinamento, como treinamento industrial, treinamento médico e etc, pois nessas
áreas há uma mobilização de uma grande quantidade de pessoas.
Baseado nos fatores citados anteriormente e nas vantagens que os AVCs
oferecem foi criado o ADVICE (Ambiente VIrtual Colaborativo para o Ensino a
Distância).
A criação do ADVICE é justificada pelo fato dele prover meios para uma
aprendizagem dinâmica, sem perder a qualidade do ensino e ainda sem a
necessidade de deslocamento, sanando problemas de tempo, dinheiro ou outros
que impossibilitem a presença em uma sala de aula convencional. Além disso, as
pessoas
poderão
utilizar
as
ferramentas
do
ambiente
para
expor
seus
conhecimentos e trocar idéias com outros usuários que estejam conectados,
motivando ainda mais os participantes.
A versão inicial do ambiente que ora se propõe é composta por objetos
presentes em uma sala de aula tradicional. Assim o usuário poderá se adaptar ao
ambiente mais naturalmente, uma vez que espelha mais fielmente o modelo real.
Esse é o grande diferencial do ADVICE em relação a outros ambientes virtuais
voltados para o ensino. A FIG. 5.1 ilustra um modelo de uma sala de aula tradicional,
feito em VRML.
102
FIG. 5.1 – Modelo feito em VRML de uma sala de aula tradicional
No ADVICE tanto o professor quanto os alunos são representados por avatares,
os quais refletem as ações dos respectivos usuários. O aluno tem uma visão
tridimensional da classe, podendo observar os seus colegas, o professor e todo o
ambiente da classe, o que proporciona um maior envolvimento com o ambiente. O
professor possui controle sobre o ambiente, mas não como uma figura autoritária e
sim com o objetivo de torná-lo atrativo e melhor organizado.
O ADVICE permite que o aluno possa participar da aula sem a necessidade de
se deslocar para uma sala de aula real, o que é conveniente para pessoas
hospitalizadas, filhos de militares que estão em constante mudança, filhos de
pessoas que trabalham em embaixadas, etc.
Outra vantagem considerável do ambiente além da interatividade é a não
necessidade de hardware incomum, bastando um computador conectado à Internet
com placa gráfica razoável, o que é comum nos computadores atuais.
Nas próximas subseções serão dadas informações sobre o ambiente criado, tais
como objetivos do ambiente, linguagens utilizadas para a implementação,
arquitetura, comunicação, a representação do usuário no ambiente e uma breve
comparação entre o ADVICE e os ambientes estudados.
5.1 OBJETIVOS
103
Quanto maior a interação e a colaboração entre usuários de um ambiente de
EAD melhor será a absorção de conhecimento entre eles. A comunicação síncrona
em um Ambiente Virtual Colaborativo, ou seja, comunicação em tempo real, é a
ideal nesse caso, pois os usuários sentirão como se estivessem todos no mesmo
ambiente, podendo ver os colegas representados por avatares e interagir
diretamente com eles.
Um dos objetivos dessa versão inicial do ADVICE é fazer uma representação
mais natural do ambiente de ensino, ou seja, representar uma sala de aula real para
que os participantes possam sentir-se como se estivessem na mesma. A idéia é
utilizar interfaces que exerçam a função de uma porta para um ambiente com o qual
o usuário está familiarizado. Segundo o professor Cláudio Kirner, coordenador do
GRVUFCar (Grupo de Realidade Virtual da Universidade Federal de São Carlos) na
época da sua criação, no ano de 1995, “O usuário que vai ao computador
geralmente tem uma experiência desagradável, pois a interface não tem semelhança
com o ambiente em que ele vive” (GRVUFSCAR, 2004).
Um outro objetivo do ADVICE é prover maior interação entre os participantes de
um ambiente de ensino a distância utilizando a RV, mais do que é possível em um
Sistema de Videoconferência, pois nesse sistema quanto maior o número de
usuários em pontos remotos, mais difícil se torna o controle de quem está ativo em
um determinado instante (LEOPOLDINO, 2001), o que não ocorre em um AVC,
onde há a representação mais natural do ambiente e os alunos poderão colaborar
com todos os outros integrantes e visualizar todo o ambiente juntamente com os
integrantes do mesmo em tempo real, como se estivessem participando de uma aula
em uma sala de aula real.
Além dos objetivos citados anteriormente, há aqueles que já são característicos
de um Ambiente de EAD.
5.2 IMPLEMENTAÇÃO
104
Existem várias tecnologias que permitem a construção de ambientes de
realidade virtual. Uma delas combina VRML e a linguagem Java, que foi utilizada
para a implementação do ADVICE.
Como foi visto na subseção 2.4.1, VRML é uma linguagem que permite a criação
de mundos e objetos tridimensionais na Internet. Além de visualizar os objetos o
usuário do mundo virtual pode interagir com eles. Por exemplo, empurrando o seu
carrinho entre as prateleiras o usuário pode pegar sua geléia favorita, analisá-la de
qualquer ângulo, verificando o peso e a validade. Porém, a linguagem não oferece
mecanismos que suporte o controle e a interação entre usuários (VRML, 2004).
Para sanar problemas, como o citado anteriormente, foi utilizada a linguagem
Java para a implementação do ADVICE, pois é uma linguagem independente de
plataforma, orientada a objeto e que permite desenvolver aplicações que possam ser
executadas em ambientes de rede e na Internet. Além disso, o ADVICE foi criado a
partir do Programa de Ottawa (OTTAWA, 1999) e desta forma foram aproveitadas
algumas funcionalidades do sistema bem como as linguagens utilizadas.
O programa original foi criado visando o treinamento industrial, com foi visto na
subseção 4.1.6. O ambiente suportava a conexão de dois usuários (instrutor e
funcionário), era composto por uma placa switch defeituosa e outra ruim, mesa,
switch, um quadro e uma coluna com o nome da empresa que solicitou o ambiente.
Para o ADVICE foram aproveitados o modelo da sala (chão, paredes, teto e
iluminação), a navegação e o número de usuários que podem se conectar ao
ambiente (antes eram dois hoje são vinte e esse número pode aumentar de acordo
com a necessidade). Foi também acrescentada a comunicação via Chat, pois a
mesma não se encontrava implementada, a movimentação dos avatares para a
cadeira escolhida, os objetos em VRML como cadeiras, mesa do professor, quadro
branco e cadeira do professor e diferentes pontos de visão do usuário através do
browser.
Além da combinação das linguagens Java e VRML para a implementação do
ADVICE foi utilizada a API Java 3D. Essa API permite carregar os objetos criados
em VRML no ambiente na posição desejada (FIG. 5.2). Além disso, permite também
ações como: o usuário navegar pelo ambiente, o usuário clicar em uma cadeira e o
seu respectivo avatar ir para a direção da cadeira e posicionar-se na mesma, ter
105
uma visão tridimensional da sala de qualquer posição que desejar, aumentar a
dimensão dos objetos VRML, entre outras.
1
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23
Vector3d chair_translation1 = new Vector3d( 2 , 0.0 , 0.5 );
Transform3D chair_tr3d1 = new Transform3D();
Transform3D chair_tr3d_rot1 = new Transform3D();
chair_tr3d_rot1.rotY(-1.57);
chair_tr3d1.set(0.021, chair_translation1);
chair_tr3d1.mul(chair_tr3d1,chair_tr3d_rot1);
chairTransG = new TransformGroup(chair_tr3d);
chairTransG1 = new TransformGroup(chair_tr3d1);
VrmlScene chair_scene1 = null;
loader1 = new VrmlLoader();
try {
chair_scene1
=
(VrmlScene)
loader1.load(new
URL("file:I:\\Mojtaba\\Java3D\\Java1.2final\\Newbridge/room/36170/usable/ca
deira.wrl"));
}
catch (java.io.IOException e) {
System.err.println("IO exception ");
}
catch (vrml.InvalidVRMLSyntaxException e) {
System.err.println("VRML parse error");
e.printStackTrace(System.err);
}
FIG. 5.2 – Parte do código em Java 3D que permite carregar arquivo VRML no ambiente
Na FIG. 5.2 é mostrado uma parte do código que permite carregar o objeto
cadeira. Nesse código temos que na linha 1 é explicitado o local onde a cadeira se
localizará dentro do ambiente tridimensional, na linha 4 a rotação do objeto em
relação ao eixo Y, na linha 5 a dimensão do objeto e nas linhas 13, 14 e 15 o
caminho que levará ao objeto criado nas linhas dentro do diretório. A FIG. 5.3 ilustra
o objeto cadeira.wrl citado no código da FIG. 5.2.
FIG. 5.3 – Objeto criado em VRML que foi carregado no ambiente
O pacote Java Swing é um conjunto de ferramentas para desenho gráfico como
AWT, mas que oferece mais recursos e funcionalidades gráficas às aplicações,
106
também foi utilizado na implementação do ambiente para criação da janela de batepapo, botões e menu. A FIG 5.10 da subseção 5.4.3.1 ilustra a interface do menu.
Para a criação do menu foram utilizados métodos da classe JMenuBar, JMenu,
JMenuItem e JCheckBoxMenuItem,
para a criação de botões foram utilizados
métodos da classe JButton e para a criação da janela de bate-papo foram utilizados
métodos da classe JTextArea e JScrollPane, todos pertencentes ao pacote Java
Swing.
O menu possui dois itens: o item “menu” que permite ao usuário optar pela
forma de visualização do ambiente e o item “documentação” onde são mostradas
algumas informações relativas ao ambiente.
A TAB. 5.1 mostra as opções do item “menu” e suas respectivas
funcionalidades.
TAB. 5.1 – Menu com opções de visualização do ambiente
Opções
Visão da entrada
Visão lateral esquerda
Visão lateral direita
Visão principal
Visão aérea frontal
Navegação
Quadro
Funcionalidades
Tem uma visão do avatar que está
próximo a porta de entrada.
Visão lateral esquerda da sala de aula .
Visão lateral direita da sala de aula .
O usuário tem a visão de toda a sala,
como se ele estivesse localizado próximo
a porta.
O usuário tem uma visão aérea da sala
O usuário poderá navegar por todo o
ambiente tridimensional utilizando o
mouse.
O usuário tem uma visão aproximada do
quadro e das anotações que estão
presentes nele.
A TAB. 5.2 mostra as opções do item “documentação” e suas respectivas
funcionalidades.
TAB. 5.2 – Menu com informações relativas ao ambiente
Opções
Funções do mouse
Tecnologias utilizadas
Grupo de trabalho
Funcionalidades
Explicar as funcionalidades dos botões
do mouse
Expõe quais foram os tecnologias
utilizadas para a implementação do
ambiente
Cita quem foram as pessoas envolvidas
na elaboração do ambiente
107
As informações relativas à documentação irão aparecer em uma janela que será
ativada quando o usuário assim solicitar. Na subseção 5.4.3, onde é feita uma
abordagem sobre a interface do ambiente, há a uma figura (FIG. 5.15) que ilustra
essa janela.
Os objetos tridimensionais são criados em VRML e apresentados para o usuário
em Java 3D, enquanto Java gerencia todos os eventos e mensagens no ambiente
virtual. No momento o ambiente possui um total de 20 cadeiras podendo essa
quantidade ser ampliada conforme a quantidade de usuários . Cada avatar pode
escolher uma “cadeira-destino” conforme esta esteja disponível, ou seja, se uma
cadeira estiver ocupada por um avatar o próximo não poderá escolher esta cadeira e
sim uma outra disponível.
Quando o usuário escolhe uma cadeira, clicando na mesma, o seu respectivo
avatar encaminha-se para a cadeira escolhida, por exemplo, se um usuário
representado pelo avatar Maria clicar na cadeira que corresponde a numeração 3
aparecerá a mensagem “Maria, go to the chair 3”. O código em Java transmite essa
mensagem em um pacote pela rede para todos conectados ao ambiente. Assim os
usuários receberão a mensagem e poderão visualizar a movimentação do avatar
Maria e a mensagem “Maria, go to the chair 3” em seus respectivos browsers e
janela de mensagens. Para essa comunicação foram utilizados sockets da classe
MulticastSocket, baseado no envio de mensagens listadas na TAB. 5.3.
TAB. 5.3 – Mensagens enviadas utilizando multicast
Mensagem
Descrição
Go to the chair 1
O avatar vai para a cadeira 1
Go to the chair 2
O avatar vai para a cadeira 2
Go to the chari 3
O avatar vai para a cadeira 3
.
.
.
.
.
.
Go to the chair 20
O avatar vai para a cadeira 20
Slave, go to the chair 1
O avatar slave vai para a cadeira 1
Slave, go to the chair 2
O avatar slave vai para a cadeira 2
.
.
.
.
.
.
108
Slave, go to the chair 20
O avatar slave vai para a cadeira 20
A utilização de multicast para o envio das mensagens foi importante porque além
das facilidades oferecidas com a utilização de rede multicast já citadas, alguns
métodos já estavam implementados no Programa de Ottawa e puderam ser
modificados a fim de adaptá-los ao modelo apresentado. Além disso foram também
criados outros métodos para auxiliar no envio de mensagens.
Para a opção de bate-papo, a troca de mensagens dar-se-á da mesma forma, ou
seja, através de transmissão multicast, pois assim uma única mensagem poderá ser
enviada para todos que estiverem conectados ao ambiente. As mensagens são
digitadas na interface do ambiente e as saídas aparecem na janela de prompt.
A FIG.5.4a) e 5.4b) mostram exemplos da comunicação via janela de bate-papo.
FIG. 5.4 a) – Joana envia uma mensagem pelo chat para José
109
FIG. 5.4 b) - José responde a mensagem de Joana
Na FIG. 5.4a) e na FIG.5.4b) os usuários estão se comunicando utilizando a
janela de bate-papo disponível em suas respectivas aplicações. A mensagem é
enviada utilizando comunicação multicast. A seguir é mostrado parte do código que
executa o envio dessas mensagens.
public void keyTyped(KeyEvent e) {}
public void keyPressed(KeyEvent e) {
String url,st;
String a = " ";
chat = chat + e.getKeyChar();
//***Se tecla pressionada for seta para a esquerda ou seta para a direita
if (( e.getKeyCode()==37 )||( e.getKeyCode()==39 )||( e.getKeyCode()==38
e.getKeyCode()==40 ))
{}
else if (( e.getKeyCode()==127 )&&( e.getKeyCode()==10))
{}
else if ( e.getKeyCode()==10 ) { //***Se tecla pressionada for ENTER
share.sendchatinfo(chat);
chat="";
}
}
)||(
FIG. 5.5 – Código em Java de envio de mensagem
O código acima recupera o texto digitado na janela de bate-papo e o direciona
para a classe que irá enviar via pacote para os outros usuários do sistema (FIG.
5.6).
110
public void sendchatinfo(String mssg){
byte[] messbyte = mssg.getBytes();
Integer messsize = new Integer(messbyte.length);
byte messsizebyte = messsize.byteValue();
Integer whosent = null;
Integer whosent2 = null;
if (state.compareTo("slave") ==0 )
whosent = new Integer(0); //***Constrói um objeto Integer, com valor
inicial 0
else if (state.compareTo("slave1") ==0 )
whosent = new Integer(2);
else
whosent = new Integer(1);
byte whosentbyte = whosent.byteValue();
byte[] messagetosend = new byte[(messbyte.length+2)];
messagetosend[0] = whosentbyte;
messagetosend[1] = messsizebyte;
System.arraycopy(messbyte, 0, messagetosend, 2,messbyte.length);
DatagramPacket
message
=
new
DatagramPacket(messagetosend,(messbyte.length+2),mgroup,mport);
try {
msocket.send(message);
}
catch(java.io.IOException ioex){
//System.out.println("io exception when sending: "+ioex);
ioex.printStackTrace();
}
}
FIG. 5.6 – Método em Java para enviar mensagens a todos os usuários conectados no ambiente
Para a criação do ADVICE muitas classes foram criadas ou modificadas para
implementar comunicação entre usuários, leitura de objetos VRML no ambiente e
interação entre o usuário e o ambiente.
5.3 REPRESENTAÇÃO DO USUÁRIO
Dentro do ADVICE cada usuário (professor e alunos) é personificado para os
ouros usuários na forma de um avatar, criado em VRML.
Como tanto o professor quanto os alunos são representados por avatares (FIG.
5.7). Ambos terão toda a visão tridimensional do ambiente e poderão interagir com
as outras pessoas tirando dúvidas ou fazendo colocações importantes em relação
111
ao assunto lecionado, como se estivesse em uma sala de aula real, tornando assim
o ambiente mais atrativo.
FIG. 5.7 – Avatares (representação dos usuários no ambiente)
5.4 ARQUITETURA
Como já citado o ADVICE foi criado a partir do Programa de Ottawa (OTTAWA,
1999). Sendo assim foi feito um reuso dos pacotes utilizados e um esforço para
integrar esses pacotes. Foram utilizadas algumas tecnologias existentes no
Programa de Ottawa e implementadas outras de forma que o ambiente ficasse
semelhante a uma sala de aula real.
Umas das principais características do projeto é a independência de plataforma,
pois as linguagens utilizadas para a implementação são VRML e Java (juntamente
com a API Java 3D), tornando assim o ambiente mais democrático.
O sistema traz componentes e tecnologias, como interfaces 2D, desenhos e
formas tridimensionais que fazem parte da interface do usuário, e comunicação
entre os usuários. Futuramente o ambiente contará também com áudio e vídeo
streaming.
A figura abaixo descreve a arquitetura do protótipo, que se encontra
implementada no momento.
112
FIG. 5.8 – Arquitetura do ADVICE
5.4.1 USUÁRIO
Cada pessoa para conectar-se ao ambiente precisa executa o programa
principal “LayeredPaneDemo.java”, no seu computador, com dois argumentos: o
primeiro argumento é o IP multicast “230.0.0.2”, por exemplo, e o segundo
argumento identifica o usuário no ambiente. Esse argumento pode ser “master” para
professor e “slave1”, “slave2”, “slave3” e assim sucessivamente para os alunos que
forem se conectando.
Desta forma fica fácil identificar qual é o usuário que executa certa ação ou envia
uma mensagem textual via janela de bate-papo para os outros.
113
5.4.2 COMUNICAÇÃO ENTRE USUÁRIOS
A comunicação entre os usuários do ambiente é feita através da Rede
Multicasting. Cada atualização executada por um usuário ou cada mensagem
enviada é transmitida para todos ao mesmo tempo.
Como foi visto na subseção 4.3.4.3, a utilização de multicast é uma alternativa
para o excesso de tráfego redundante proporcionado pela quantidade desnecessária
de informações na rede. Ou seja, quando um avatar escolhe uma cadeira para
posicionar-se, a movimentação desse avatar para a cadeira escolhida será enviada
em um único pacote e vista (FIG. 5.9) por todos os usuários que estejam conectados
ao mesmo grupo multicast.
FIG. 5.9 - Visualização de todos os usuários
Além de ver a movimentação todos os usuários receberão mensagens pelo
prompt informando para qual cadeira o usuário recém chegado ao ambiente se
locomoveu. Assim, se um usuário clicar em uma cadeira que já esteja ocupada
aparecerá a mensagem “Local Indisponível” (FIG. 5.10).
FIG. 5.10 – Prompt indicando que a cadeira está indisponível
114
As mensagens textuais também serão visualizadas pelo prompt por todos os
usuários conectados ao ambiente. Se no ambiente estivessem n pessoas
conectadas e a comunicação fosse unicast, quando um usuário fizesse uma
alteração do seu avatar no ambiente, teriam que ser enviados n-1 pacotes para os
demais usuários, ocasionando a queda da performance do sistema. Se a
comunicação fosse broadcast as pessoas que não estivessem interessadas em
receber o pacote iriam recebê-lo, principalmente se o ambiente estiver sendo
utilizado via WAN.
O ambiente foi testado em redes locais, onde os computadores estavam ligados
a hosts e estes ligados a roteadores compatíveis com multicast. Mas o ADVICE
pode ser utilizado em qualquer outra rede desde que essa suporte Multicast, como a
MBone (Multicast Backbone).
Caso não haja uma rede compatível com multicast disponível pode ser feita uma
alteração em uma das classes do sistema para que as mensagens sejam enviadas
através de unicast.
No futuro, com a implantação do IPv6 os ambientes que utilizam comunicação
multicast poderão mais facilmente ser utilizados via WANs. O IPv6 (Internet Protocol
version 6) é uma nova versão do protocolo IP, a qual deverá substituir
progressivamente o protocolo atual da Internet, o Ipv4 (Internet Protocol version 4).
Suas características principais são: suporte para multicast, suporte para aplicações
multimídia em tempo real, permite rodar aplicações que eram executadas no IPv4,
entre outras.
5.4.3 INTERFACE
A interface gráfica com o usuário ou GUI (Graphics User Interface) do ADVICE é
composta por 4 regiões:
5.4.3.1 MENU
115
O menu contem funções que permitem ao usuário navegar no ambiente,
utilizando o mouse, ou ter diferentes “pontos de visão” da sala de aula, como se
realmente estivesse no mundo virtual e permite também obter informações do
funcionamento do ambiente, das tecnologias utilizadas e das pessoas envolvidas na
elaboração do mesmo (FIG. 5.11).
FIG. 5.11 – Opções do Menu
Como mostram as tabelas 5.1 e 5.2 da subseção 5.2, cada opção escolhida no
menu tem a sua funcionalidade. Ao escolher uma opção de menu de visualização o
usuário poderá interagir melhor com o ambiente.
As opções do menu possibilitam ao usuário, seja ele professor ou aluno, ter toda
a visão do ambiente de forma até mais precisa e detalhada do que se estivesse em
uma sala de aula real.
A seguir são mostradas algumas telas que correspondem as opções do menu.
Cada figura representa uma opção do menu visto na FIG. 5.11a.
116
a) Opção de visão da entrada
b) Opção de visão lateral esquerda
c) Opção de visão aérea frontal
d) Opção de navegação
FIG. 5.12 – Screen-shots do ADVICE
Quando o usuário escolhe uma opção do menu da FIG. 5.11a é ajustado um
ponto de visão no browser para ele. Cada usuário pode fazer uma escolha para
visualizar o ambiente sem que a seleção feita influencie na visão dos outros usuários
que também estejam conectados. Isso também vale para a navegação. Um usuário
pode navegar livremente pela sala e os outros manterão a sua visão sem que sejam
influenciados por este usuário.
Na opção de documentação do menu, o usuário poderá consultar as
funcionalidades do mouse, as tecnologias utilizadas e as pessoas envolvidas no
trabalho.
A seguir é mostrada a janela que corresponde à opção de consulta às
funcionalidades do mouse.
117
FIG. 5.13 – Funções do mouse
5.4.3.2 JANELA DE BATE-PAPO
Nessa janela cada usuário poderá enviar mensagens textuais para todos os
outros usuários que estejam conectados ao sistema. A FIG. 5.14 ilustra a janela de
bate-papo do ambiente.
FIG. 5.14 – Janela de bate-papo
5.4.3.3 PROMPT
Nessa janela serão exibidas as mensagens do programa. Os textos que forem
escritos na janela de bate-papo e enviados para os usuários serão visualizadas por
todos na janela do seu respectivo prompt e as mensagens que indicam ações dos
avatares como “Go to the chair 4” também serão visualizadas nessa janela (Fig
5.15).
118
FIG. 5.15 – Janela de prompt, onde as mensagens serão visualizadas
5.4.3.4 JANELA DE VISUALIZAÇÃO 3D
Nessa região é exibido o ambiente tridimensional em si, onde a sala de aula é
visualizada em 3D e ocupada por todos os integrantes do ambiente que estejam
conectados ao mesmo, representados por seus respectivos avatares.
Aqui são visualizados os objetos tridimensionais, tais como cadeira; mesa do
professor; quadro; os avatares, que estão representando os usuários; o chão; as
paredes; o teto e outros detalhes presentes no ambiente 3D. Esses objetos foram
criados em VRML e carregados no ambiente pela API Java 3D (FIG. 5.16).
FIG. 5.16 – Visualização do ambiente tridimensional
119
Aqui também onde o usuário pode navegar, interagir com as cadeiras, visualizar
ao outros integrantes do ambiente, o professor e assim sentir como se estivesse em
uma sala de aula real.
5.5 COMPARAÇÃO DO AMBIENTE PROPOSTO COM OS
AMBIENTES ESTUDADOS
Os recursos oferecidos pelos ambientes juntamente com as suas abordagens
fazem a diferença entre os mesmos e os tornam mais eficientes e atrativos para os
usuários.
Este seção tem por objetivo traçar uma análise comparativa com diversos
aspectos dos ambientes estudados e o ambiente aqui proposto.
Através desta análise espera-se verificar as ferramentas oferecidas pelos
ambientes estudados, como ferramentas interativas para comunicação em tempo
real, representação do usuário e a representação do ambiente, com o objetivo de
levantar características que possam ser úteis para futuras versões do ADVICE.
Os ambientes estudados e que aqui serão analisados juntamente com o
ADVICE são: INVITE, Virtual Harlem, Viena Classroom, Belvedere, The Palace e
Programa de Ottawa.
TAB. 5.4 – Comparando o ambiente proposto com os ambientes estudados
Ambiente
INVITE
Virtual
Harlem
Viena
Classroom
Comunicação em
Representação do
Representação do
tempo real
usuário
ambiente
Texto
Áudio
Avatar em 3D na forma
Voz
Salas de reuniões
humana
Gesto
Tradução para
linguagem natural
Texto
Bairro de Harlem,
Áudio
Avatar em 3D na forma
com lojas, ruas,
humana
Voz
prédios, etc.
Gesto
Texto
Não possui
Não há a
representação do
representação de um
Tradução para
usuário
ambiente.
linguagem natural
120
Texto
Belvedere
The Palace
Programa
de Ottawa
ADVICE
Texto
Áudio
Texto
Áudio
Voz
Gesto
Áudio/Vídeo
stream
Texto
Não possui
representação do
usuário
Avatar em 2D na
forma humana ou não
Não há a
representação de um
ambiente.
Vários ambientes em
2D
Avatar em 3D na
forma humana
Sala para o reparo
de uma placa de um
switch, com mesa,
placa nova, placa
antiga e o switch.
Avatar em 3D na
forma humana
Sala de aula, com
mesa, cadeiras, e
quadro.
O motivo da escolha desses ambientes foram citados no capítulo 4, subseção
4.1, que foram a facilidade e acesso as suas funcionalidades e o reconhecimento
dos ambientes na comunidade em geral. Existem outros ambientes que também
tratam
de
aprendizagem
colaborativa,
mas
além
de
possuírem
poucas
características disponíveis para pesquisa o foco principal dado por esse trabalho foi
o estudo de ambientes que possuíssem uma representação mais natural possível do
mundo real, apesar de tanto o Viena Classroom quanto o Belvedere não
apresentarem essa característica, eles foram escolhidos por se tratarem de
ambientes voltados também para o ensino e de fácil consulta.
O ADVICE é um ambiente que já está em funcionamento. O que o difere dos
demais ambientes é que essa primeira versão aqui apresentada é semelhante a
uma sala de aula real, onde os alunos podem se adaptar mais facilmente e
posteriormente navegarem em ambientes mais complexos.
O ADVICE foi criado a partir do Programa de Ottawa, pois tanto um quanto o
outro visa oferecer ao usuário um ambiente virtual parecido com o real, pois assim
as atividades que seriam ministradas em um lugar comum poderão ser feitas
remotamente sem a perda da qualidade, havendo uma economia de tempo,
dinheiro, entre outras.
O INVITE e o Virtual Harlem possuem uma gama de recursos que também são
interessantes para o ensino, sendo que o INVITE é voltado para pequenos grupos.
O diferencial do ADVICE está na quantidade de usuários, que pode ser bem maior
do que a oferecida pelo INVITE, devido também a abordagem do ambiente que é
121
para o ensino e a do INVITE para treinamento ou reuniões em grupos. No Virtual
Harlem o aluno já entra direto no bairro a ser estudado, podendo ter alguma
dificuldade no reconhecimento do ambiente. No ambiente proposto por este trabalho
o aluno primeiro se adapta ao ambiente virtual com uma sala de aula similar as que
ele está acostumado a ver para futuramente poder se conectar a ambientes mais
complexos. No ADVICE, mesmo o aluno estando em um ambiente conhecido por
ele, terá também um menu que o auxiliará na navegação e na interação com o
ambiente.
O The Palace é voltado somente para o bate papo. Ele, como o ADVICE, possui
uma janela de LOG, onde toda a ação do usuário é refletida, ou seja, é descrita
nessa janela. O diferencial do ADVICE é que todo o ambiente juntamente com os
avatares é tridimensional. O usuário pode navegar por toda a sala como se
estivesse andando em uma sala de aula real, o que não ocorre no The Palace, pois
mesmo os usuários tendo acesso a vários cenários todos esses se apresentam em
2D. Uma característica que é interessante, mas não é simples no The Palace é a
troca de avatar, pois isso não fica claro para os usuários que estão conectados ao
mesmo.
122
6 CONCLUSÃO
Nesse capítulo será feita uma avaliação do trabalho apresentado e serão
apresentadas as contribuições dadas pela elaboração desse trabalho e perspectivas
para trabalhos futuros.
6.1 AVALIAÇÃO DO TRABALHO
Nessa dissertação foi apresentado o protótipo de um Ambiente Virtual
Colaborativo (AVC) chamado ADVICE - Um Ambiente VIrtual Colaborativo para o
Ensino a Distância (EAD). Trata-se do primeiro trabalho na área de Realidade Virtual
e Ambientes Virtuais Colaborativos do Instituto Militar de Engenharia e que
apresenta um AVC para o Ensino a Distância. No decorrer da pesquisa foram feitos
estudos sobre a Realidade Virtual (RV) com alguns exemplos de sua aplicabilidade
no âmbito educacional.
Foram abordados também o uso de AVCs, suas características e importância,
por proporcionarem um bom desempenho coletivo na troca de informações através
da interação. Além disso, foram vistas formas de interação que auxiliam professor e
alunos em um AVC.
Para a elaboração desse primeiro modelo de ambiente foram estudadas
referências encontradas na literatura e ambientes que pudessem ajudar no
enriquecimento do ADVICE. Alguns desses ambientes não tinham como abordagem
principal o ensino e outros focavam o EAD. A esses últimos foi dada maior atenção.
Essa análise foi feita com o objetivo de aproveitar e identificar características úteis
bem como aquelas não disponíveis em AVCs atuais.
Finalmente é apresentado o protótipo ADVICE e suas característica. Nessa
primeira versão foram criados objetos tridimensionais, utilizando a linguagem VRML
e foram implementados a comunicação textual, interações e movimento dos
123
avatares, utilizando a linguagem Java e a API Java 3D com o objetivo de conceber
um AVC adequado para favorecer o ensino a distância.
O foco principal dado a esse trabalho foi com que forma a interface do
ambiente pudesse ser apresentada para o usuário (aluno e professor), ou seja, a
proposta foi criar um ambiente virtual que se assemelhe ao ambiente habitual do
usuário com o objetivo de que ele tenha facilidade de integrar-se ao mesmo e que o
número de usuários não prejudique a qualidade da comunicação e a interação entre
eles, como é o que acontece em ambientes de videoconferência, visto no capítulo 5,
subseção 5.1.
6.2 CONTRIBUIÇÕES
A maior contribuição dada por esse trabalho foi a elaboração de um AVC com
ênfase para o ensino. Não só pelo fato de ser um ambiente voltado para o ensino,
porque isso já existe, mas por se tratar de um ambiente tridimensional com
características de uma sala de aula real, não só na aparência mas também nas
formas de comunicação implementadas e nas que virão a ser.
Em apresentação de artigo sobre o ADVICE, tivemos feedback positivo, pois a
idéia do ambiente era interessante e inovadora no contexto educacional, pois foi
criada uma sala de aula para uma melhor adaptação do usuário ao ambiente e para
que futuramente ele possa melhor se integrar a outras interfaces oferecidas pelo
próprio ADVICE.
É interessante sobressaltar que outros trabalhos na área da Realidade Virtual
estão começando a ser desenvolvidos no IME, sendo que o ADVICE foi o pioneiro
nessa modalidade. É de suma importância que alguém ou um grupo de pessoas
tomem uma iniciativa para que outras áreas do conhecimento, como a medicina,
também possam ser exploradas no meio virtual.
Os resultados obtidos ao longo do trabalho foram apresentados e publicados no
Symposium on Virtual Reality (I Workshop de Teses e Dissertações) e no III
Workshop de Teses e Dissertações em Multimídia, hipermidia e Web (WebMídia).
124
6.3 TRABALHOS FUTUROS
Futuramente o ADVICE pretende integrar a gama de recursos pertencentes aos
ambientes estudados. Recursos estes que sejam interessantes ao ambiente, como
áudio, voz, gesto, áudio/vídeo stream e outros que venham a trazer vantagens ao
ambiente.
O ADVICE ainda tem muito a ser explorado e melhorado para que se torne
completo. Como perspectivas imediatas do trabalho têm-se três aspectos que
cabem aqui ressaltar.
O primeiro é implementar o áudio e a voz no ambiente, para que os usuários
tenham mais flexibilidade à interação além da textual já existente. Para que isso
ocorra terão que ser modificados alguns métodos já existentes no sistema e
acrescentados outros.
O segundo é o vídeo streaming, para que transparências, vídeos e outros
possam ser projetados no quadro já existente.
O terceiro são aspectos relacionados à expressão ou ação do avatar conforme
seja o sentimento do usuário no momento, por exemplo, se o aluno tem dúvida ele
poderá apertar um botão e seu avatar efetuará uma ação, como levantar o braço,
entre outras ações que sejam úteis na interação do aluno com os outros conectados
ao ambiente.
Além dessas três citadas anteriormente há várias outras perspectivas como:
•
Criar uma interface inicial para que o aluno possa se identificar ao
conectar-se ao ambiente;
•
Ter a opção de salvar as sessões dadas para posterior recuperação;
•
Um espaço para avisos, como aulas futuras ou outro tipo de recado
relacionado ao melhor andamento das aulas;
•
Opções de privacidade, por exemplo, o professor ou o aluno poderá
escolher com quem deseja se comunicar podendo fazer grupos de
estudos no próprio ADVICE;
•
Dar ao professor opções para restringir a comunicação para que a aula se
torne mais adequada e organizada, evitando a dispersão.
125
•
Criar um controle de presença, pois assim a cada vez que o aluno se
conecte ao ambiente seja registrado o dia, hora e o tempo que ele
permaneceu conectado, se assistiu toda a aula, etc.
•
Criar um controle para saber quantas vezes um determinado aluno
interage com os outros, ou seja, saber se um aluno está sendo passivo ou
está participando ativamente das aulas. Nesse caso o ideal seria que a
cada solicitação de fala pelo aluno fosse registrada.
Como foi visto essa primeira versão do ADVICE permite que os alunos se
adaptem mais facilmente ao uso de um ambiente virtual, mas pretende-se
futuramente criar outros modelos de ambientes conforme a necessidade da aula,
permitindo que o professor possa fazer modificações no ambiente de ensino, por
exemplo, se o professor desejar dar aula sobre o ouvido humano poderá alterar o
ambiente que inicialmente era uma sala de aula para um ouvido humano virtual,
podendo o aluno, representado por seu respectivo avatar, caminhar no canal
auditivo e ver a vibração na estrutura óssea quando o som alcançar o tímpano,
tomando então maior proveito do fato de que a implementação é de um mundo
virtual, porém não necessitando estar estritamente amarrado à realidade. Para isso
será necessária a criação de arquivos que sejam modelados de acordo com o
ambiente desejado e à medida que se altere o assunto da aula, o professor terá a
opção de fazê-lo, bastando apenas que ele tenha a opção de trocar a interface
apresentada. Para tal, o ADVICE se tornaria uma infra-estrutura para criação de
AVCs, onde um indivíduo poderia criar um novo AVC facilmente, através de
configuração externa, utilizando arquivos XML, que seriam interpretados pelo
ADVICE para montar o AVC solicitado. Neste caso o mesmo não estaria
necessariamente limitado ao EAD, mas a funcionalidade disponibilizada seria
inicialmente para tal área.
126
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