UTILIZAÇÃO DE COMPUTAÇÃO GRÁFICA NA MELHORIA DA EDUCAÇÃO DE CRIANÇAS

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1 UTILIZAÇÃO DE COMPUTAÇÃO GRÁFICA NA MELHORIA DA EDUCAÇÃO DE CRIANÇAS Joel Edu Sánchez Castro, Fernando Hattori, Felipe Martins dos Santos, Miguel Angel Galarreta Valverde Instituto de Matemática e Estatística Universidade de São Paulo Resumo Aplicações de todo tipo geralmente possuem interface humanocomputador adaptadas para um público mais adolescente ou adulto. Além disso, a utilização de programas de computadores podem auxiliar a educação de crianças. Para isto, esta pesquisa se propõe a implementar e realizar experimentos sobre uma aplicação de computação gráfica para criação e manipulação de modelo gráficos 3D, utilizando uma interface adaptada para crianças. O ambiente gráfico em 3D incentivará a imaginação destas crianças e possibilitará a aprendizagem de geometria básica, ao mesmo tempo que as entretem. Introdução A computação gráfica pode ser entendida como o conjunto de métodos e técnicas para criar, manipular e armazenar dados, imagens e modelos de objetos. Esta área está presente mesmo na vida das pessoas que não utilizam computadores todos os dias, por exemplo em filmes de animação ou comerciais de televisão (FOLEY et. al., 1990). Uma das principais áreas da Computação Gráfica é a interação homemmáquina ou interação humano-computador (HCI, do inglês Human Computer Interaction), fortemente incorporada na maioria dos sistemas computacionais que existem atualmente. A quantidade de informação disponível é crescente e o armazenamento dessas informações em formato digital pode trazer vários benefícios, incluindo a facilidade e rapidez na recuperação e divulgação dos dados. Manter informações em formato digital só é possível com a utilização de computadores ou outras máquinas similares. E a utilização dessas máquinas pode trazer algumas dificuldades para usuários menos experientes, tornando assim a área de interação humano-computador de grande importância e fonte de muitos estudos (FOLEY & WALLACE, 1974 e MYERS et. al., 1996). Além disso, a interface humano-computador precisa ser adequada a todas as pessoas. Tipicamente, elas são desenvolvidas para adolescentes e adultos (DRUIN et. al., 2001). Porém, este trabalho se propõe a construir uma aplicação voltada para um público mais infantil, ou seja, mais focado em crianças. Esta aplicação funcionará como uma ferramente de criação e

2 manipulação de formas tridimensionais simples, com o objetivo de incentivar a imaginação da criança e a própria interação desta com computadores e com a computação gráfica 3D. Justificativa O processo de globalização tem impulsado o aprendizado das crianças em direção a busca de melhores alternativas na articulação dos sistemas de ensino, cabendo aos educadores, a tarefa de desenvolver o potencial criativo dos educandos, estimulando-os a pensar, imaginar, inovar e, sobretudo, a gostar de aprender, para que desenvolvam autonomia e independência, características essenciais para toda sua vida. Na história da Educação e num processo de Modernização Conservadora, apenas tentou-se reproduzir o ambiente e o sistema presente na sala de aula através de muitas tecnologias, passando do rádio, pela TV, aparelho de vídeo-cassete, antena parabólica, e agora pela verdadeira revolução da informação. O primeiro passo rumo a uma verdadeira mudança que só acontecerá quando se desvencilhar de velhos modelos e aceitar o novo como possibilidade de evolução. A utilização dos computadores em quase todas as áreas do conhecimento já é uma realidade, e a escola vem sentindo os reflexos desta utilização. A tecnologia da informação esta se tornando um recurso indispensável das áreas do mundo moderno, a escola, como uma instituição formadora da sociedade, não pode ficar oculta as novas tecnologias, pois o uso dos computadores está modificando o modo de agir e pensar das pessoas. Então a visão do projeto é que a criança aprende melhor quando ela é livre para descobrir por ela mesma, ao invés de ser explicitamente ensinada. É a exploração auto-dirigida, ao invés da instrução explícita e direta. Os programas educacionais tridimensionais, do ponto de vista da criança, constituem a maneira mais produtiva de aprender a criar objetos para representar o mundo real, através da simulação o aluno tem possibilidade de desenvolver sua imaginação. Nesta modalidade, o computador é usado como uma ferramenta, pois permite maior grau de intervenção do aluno no processo simulado. Por outro lado, as boas simulações são bastante complicadas de serem desenvolvidas, requer grande poder computacional, recursos gráficos e sonoros, de modo a tornar a situação problema o mais perto do real possível. Formulação O software a ser desenvolvido, mas de nome ainda não definido, consistirá da aplicação da computação gráfica na educação e no aprendizado de crianças. O software permitirá que crianças que estão começando a utilizar computadores tenham uma maneira de aprender se divertindo. Além disso, possibilitará que as crianças se familiarizem com a geometria. Simplificando, o software será uma ferramenta de modelagem gráfica tridimensional mais simples que as já encontradas atualmente no mercado de software, com um público alvo diferente do público que utiliza ferramentas como Blender, 3D Studio ou Maya. O destaque na aplicação será dado a funcionalidades simples e fáceis de se utilizar.

3 Para alcançar os benefícios mencionados, o software contará com a possibilidade de criação de alguns objetos geométricos como: cubos, esferas, pirâmides, objetos personalizados, entre outros. O software não só permitirá a criação desses objetos mas a visualização de diferentes ângulos, tamanhos, distâncias, além de permitir que a criança que esteja utilizando possa colorir os objetos que foram criados. Apesar de não fornecer uma série de objetos que possam ser criados, o software permitirá que as crianças utilizem a criatividade e combinem os diversos objetos criando novos. Uma vantagem de se utilizar um software de modelagem com formas pré-definidas é que os usuários, no caso as crianças, não precisam ter nenhum conhecimento sobre computação ou programação para criarem cenas 3D com um nível razoável de complexidade. Interface A interface será uma das características que marcarão o software. A tela principal será composta por views que terão as funcionalidades principais agrupadas de acordo com as tarefas que realizam. Assim, os grupos de funcionalidades existentes serão: modelagem tri-dimensional, transformações geométricas, colorização, zoom e iluminação. Os grupos de funcionalidades definidos acima são caracterizados como segue: - Modelagem tri-dimensional: permitirá a modelagem de objetos tridimensionais na cena. É a tarefa mais simples da ferramenta; - Transformações geométricas: esse conjunto de botões permitirá a execução de tarefas em função dos x, y ou z. As operações são rotacionar em torno de um eixo, transladar um objeto em um dos eixos, ou alterar a escala do objeto; - Colorização: permitirá que sejam atribuídas cores ou texturas aos objetos criados; - Zoom In/Out: permitirá visualizar o objeto como se estive mais próximo ou mais afastado com as operações Zoom In ou Zoom Out respectivamente; - Iluminação: permitirá alterar a intensidade da iluminação. Além dos grupos de funções mencionados, o software permitirá que os objetos sejam apagados ou movidos no espaço tri-dimensional. Desenvolvimento O processo de desenvolvimento utilizado para desenvolver a ferramenta de modelagem será o processo incremental. A primeira versão incluirá as funcionalidades mais importantes que são: modelagem tri-dimensional, colorização simples e iluminação. Com isso, em uma primeira versão qualquer criança que utilize o software deverá ser capaz de incluir um ou mais objetos no espaço, colorí-los e visualizar o resultado. Na segunda release, serão incluídas as transformações geométricas, operações de zoom in/out e seleção de objetos. Na última release será incluída a funcionalidade de inclusão de texturas. Objetivos

4 Objetivo general Utilizar os conceitos de computação gráfica para o proveito da sociedade, ajudando a educação das crianças. Objetivos específicos Desenvolver um programa que sirva como ferramenta às crianças para modelarem objetos gráficos 3D de maneira simples e entretida. Utilizar a teoria de computação gráfica para desenvolver um aplicativo capaz de modelar figuras e formas básicas 3D, apresentando técnicas como a iluminação de objetos, texturas e de esta forma fomentar a criatividade das crianças que utilizem este programa. Cronograma Meses Abril Maio Junho Julho Fases \ Semanas 1ª 2ª 3ª 4ª 1ª 2ª 3ª 4ª 1ª 2ª 3ª 4ª 1ª Entrega do projeto simplificado Entrega do projeto Definição de requisitos Desenvolvimento Entrega do relatório parcial Testes Experimentos Análise dos resultados Escrita do relatório final Apresentações Entrega do material final Materiais e Métodos Os experimentos deverão ser realizados com um conjunto de dez crianças com idade entre 6 e 12 anos, utilizando a aplicação desenvolvida. O primeiro passo é uma breve explicação sobre o funcionamento e os objetivos da aplicação. Depois são realizadas duas análises sobre o uso da aplicação: - Análise quantitativa: são definidos objetivos claros com os quais as crianças precisarão lidar, por exemplo: construir uma esfera azul. A partir do resultado deste experimento quantifica-se o sucesso obtido de cada criança; - Análise qualitativa: o comportamento das crianças durante o uso da aplicação será monitorado e descrito. Além disso, esta análise inclui a aplicação de questionário para as crianças com questões sobre a facilidade do uso do programa, neste caso, o entrevistador deverá ler as questões e preencher as respostas, evitando assim situações de dificuldade de escrita por parte da criança. A partir destas análises pretende-se concluir que a aplicação se mostrou

5 suficientemente adequada para o uso por crianças. Bibliografia inicial DRUIN, A., BEDERSON, B. B., HOURCADE, J. P., SHERMAN, L., REVELLE, G., PLATNER, M., and WENG, S. Designing a digital library for young children. In Proceedings of the 1st ACM/IEEE-CS Joint Conference on Digital Libraries (Roanoke, Virginia, United States). JCDL '01. ACM, New York, NY, ENGERS, Estela Maris Bolzan; MALFATTI, Silvano M.; BRANCHER, Jacques; NUNES, M. A. S. N.. Aplicação de uma proposta pedagóca para a utilização do aplicativo LOGO3D no processo de ensino-aprendizagem da geometria.. In: Simpósio Brasileiro De Informática a Educação - SBIE 2004, 2004, Manaus. Simpósio Brasileiro De Informática a Educação - SBIE 2004, FOLEY, J. D., VAN DAM, A., FEINER, S. K., and HUGHES, J. F. Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Ed.). Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc FOLEY, J. D. and WALLACE, V. L. The art of natural graphic man-machine conversation. SIGGRAPH Comput. Graph. 8, 3 (Sep. 1974), GIOCA, Maria Ines. O jogo e a Aprendizagem na Criança de 0 a 6 anos. Universidade da Amazônia. Belém-Pará, MCCRACKEN, C. R.. Issues in computer graphics education. In ACM SIGGRAPH 2006 Educators Program (Boston, Massachusetts, July 30 - August 03, 2006). SIGGRAPH '06. ACM, New York, NY, MYERS, B., HOLLAN, J., CRUZ, I., BRYSON, S., BULTERMAN, D., CATARCI, T., CITRIN, W., GLINERT, E., GRUDIN, J., and IOANNDIS, Y. Strategic directions in human-computer interaction. ACM Comput. Surv. 28, 4 (Dec. 1996), Conhecimento prévio As principais atividades relacionadas a computação gráfica anteriores de todos os autores responsáveis são aquelas realizadas na disciplina MAC5744 Introdução à Computação Gráfica, no IME/USP no ano de 2010, lecionada pelo professor Doutor Roberto Marcondes Cesar Jr.