Modelagem e Desenvolvimento do Campus Virtual Tridimensional da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR)

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1 Este artigo foi reproduzido do original final entregue pelo autor, sem edições, correções ou considerações feitas pelo comitê técnico. A C&D não se responsabiliza pelo conteúdo. Outros artigos podem ser adquiridos através do site da revista Todos os direitos são reservados. Não é permitida a reprodução total ou parcial deste artigo sem autorização expressa da C&D. Modelagem e Desenvolvimento do Campus Virtual Tridimensional da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR) Uray Oliveira de Almeida Santos Graduanda de Engenharia da Computação da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR) Vitória da Conquista, BA, Brasil MSc. Patrick Pedreira Silva Professor da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), Professor da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR), Professor da Faculdade de Tecnologia e Ciências (FTC). Vitória da Conquista, BA, Brasil RESUMO O projeto FAINOR Virtual teve como objetivo principal pesquisar os procedimentos necessários para a construção de mundos virtuais navegáveis e interativos, mais especificamente um campus virtual. A Faculdade Independente do Nordeste foi modelada tridimensionalmente, enfocando principalmente as modelagens exteriores (modelos contendo apenas paredes externas com aplicações de imagens digitalizadas como textura). Adicionalmente foi focada também a modelagem interior (modelos de ambientes gráficos contendo inserção de portas, janelas, salas de aula, sinalizações, mobílias, entre outros). A modelagem tridimensional do campus abre novas portas no que tange à visualização, planejamento e divulgação do espaço físico da faculdade. 1 INTRODUÇÃO A Realidade Virtual ou simplesmente RV surgiu como uma técnica atual de interface que possibilita ao usuário interagir e passear em um ambiente 3D por meio de dispositivos não convencionais de entrada e saída que trabalham os sentidos humanos (visão, audição e tato). Estes ambientes são chamados de mundo virtuais, nos quais é permitido passear, tornar visíveis objetos em diferentes ângulos e até mesmo interagir com esses objetos [1][2]. Hoje em dia, com a melhora dos computadores pessoais, tornando-os mais velozes e robustos, é possível desfrutar dos proveitos da Realidade Virtual, pois antigamente isso só era possível nos grandes centros de desenvolvimento e pesquisa. Além disso, com o advento da internet, a rede mundial de computadores passou a ser vista como uma aliada da RV, sendo potencialmente utilizada para inserir o usuário em um ambiente tridimensional navegável. A partir desta perspectiva nasceram linguagens voltadas para modelagem de Realidade Virtual na internet. Considerando que os mundos virtuais disponíveis na internet, podem ser acessados a partir de qualquer ambiente computacional, as linguagens voltadas para este propósito não devem possuir nenhuma dependência com plataformas de criação de mundos virtuais, garantindo o acesso universal de qualquer usuário com acesso à internet. O conceito de RV aliado à internet tem sido bastante divulgado como meio de representar os ambientes do cotidiano, principalmente, centros comerciais, centros históricos, pontos turísticos e campus virtuais. Muitos destes ambientes relacionam-se à locais de trabalho, como shoppings, museus, universidades e faculdades. Estes ambientes virtuais auxiliam no fornecimento de detalhes de orientação àqueles que nunca estiveram presentes nestes locais, principalmente, aos possíveis visitantes. Através de CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

2 um computador é possível visitar virtualmente tais locais em busca de informações sobre a localização, arquitetura e posicionamento de compartimentos internos. Diante do exposto, vislumbrou-se a possibilidade de modelar o campus da Faculdade Independente do Nordeste (FAINOR), criando um ambiente tridimensional virtual navegável e interativo que resultou nesta pesquisa. Este trabalho justifica-se por apresentar tanto uma importância institucional quanto acadêmica. Do ponto de vista institucional, a modelagem tridimensional da faculdade abre novas portas no que tange à visualização, planejamento e divulgação do espaço físico desta unidade. Por meio do modelo tridimensional da faculdade, é possível, por exemplo, oferecer à comunidade acesso a sua estrutura física através da internet. O usuário pode, por meio do mouse ou do teclado, passear virtualmente pelos ambientes desenvolvidos e ter uma idéia de localização e funcionamento dos mesmos. Do ponto de vista acadêmico foi possível adquirir o conhecimento necessário para a criação de um ambiente virtual com grande riqueza de detalhes, sendo este a FAINOR VIRTUAL, cujo processo de modelagem e desenvolvimento é relatado a seguir. 2 ESCOLHA DA LINGUAGEM DE MODELAGEM O primeiro passo para construção do campus virtual da faculdade foi definir que linguagem de programação deveria ser utilizada. Considerando que o ambiente virtual estaria disponível para acesso a qualquer usuário através da internet, a linguagem escolhida deveria ter como característica principal a independência de plataformas. Além disso, a linguagem deveria ser de fácil manipulação e permitir a criação de arquivos de tamanho pequeno, facilitando seu carregamento em tempo real. Depois de analisar algumas possibilidades, optou-se pela linguagem VRML (Virtual Reality Modeling Language). Esta linguagem não possui relação alguma com a plataforma, permitido assim a criação de ambientes virtuais em que seja possível passear, fazer visualizações de objetos por ângulos diferentes e às vezes, interagir com eles. De acordo com [3], é uma linguagem de alto nível que possibilita, por meio de descrição de cenas e ambientes tridimensionais, a criação e interação dos mundos virtuais. A VRML trabalha com figuras geométricas tridimensionais e tem suporte para transformações (rotação, translação, escala), texturas, luz e sombreamento. Vale também ressaltar o Nível de Detalhe (LOD - Level of Detail) o qual disponibiliza a quantidade de dados do objeto segundo sua relevância na cena. Como conseqüência, a cena é vista de maneira mais rápida e o usuário pode ajustar o nível de detalhe que lhe for melhor. Os tipos de arquivos (ASCII) da linguagem VRML podem possuir a extensão wrl, vrml, wrz, ou wrl.gz. Por ser independente de plataforma, os arquivos podem ser modificados em vários editores de texto, tendo estes um formato semelhante aos arquivos HTML (HyperText Markup Language), além disso, os objetos podem ser vistos por meio de browser. Conforme [4], na Second International Conference on the WWW, outubro de 1994, em Chicago, foi realizada a primeira apresentação da linguagem VRML 1.0, desenvolvida segundo modelo do software Open Inventor da Silicon Graphics. A versão 1.0 faz uso da geometria tridimensional, possibilitando a construção de objetos tendo como base polígonos e alguns objetos como cone, cubo, esfera e cilindro. Além disso, admite mudanças do tipo rotação, translação e escala, podendo também fazer aplicação de textura, efeitos sonoros, etc. Dependendo da distância do observador, o Nível de Detalhe (LOD) proporciona um melhor detalhamento dos objetos. A versão 2.0 do VRML traz a possibilidade da utilização de textos, sons, imagens e filmes em uma cena tridimensional. No mundo virtual, os objetos podem se mover e serem afetados por decisões do usuário. Segundo [5], a VRML permite a visualização da cena de infinitos pontos e, ainda, pode-se obter informações destes infinitos pontos. A VRML permite a utilização de imagens, textura, sons, dando ao usuário liberdade total para explorar o mundo virtual, andando, voando ou tocando nos objetos. Os objetos formadores do mundo virtual podem sofrer transformações do tipo rotação, translação, mudanças de escala, etc. Um dos objetivos principais da VRML é permitir que os mundos virtuais tridimensionais sejam carregados sem a necessidade de redes de alta velocidade, sendo que para cada usuário da internet, um mundo virtual diferente pude ser interligado a outro [6]. Podem-se utilizar geometrias primárias, pontos de visão, fontes de luz, texturas, etc; para representar os objetos que são escritos no padrão VRML-ISO/IEC É possível obter a visualização dos mundos em VRML em vários sistemas operacionais compatíveis com o padrão da ISO- IEC, pois o mesmo não possui relação alguma com nenhuma plataforma operacional. Para uma melhor qualidade e rapidez na construção do ambiente projetado, são utilizadas imagens e texturas com cores sólidas e formatos compactados, utilizando geometrias mais simples. Um dos fatores que possibilita a difusão da linguagem VRML na Internet, podendo ser aplicada nas várias áreas do conhecimento humano, é a sua autonomia devido facilidade de ter ferramentas que ajudam no desenvolvimento de arquivos para os mais variados tipos de plataforma e a utilização de browsers nas visualizações dos objetos. Para se ter acesso aos arquivos VRML um plug-in com extensão ao navegador WWW deverá ser ativado para gerar a visualização e a interação do usuário com mundo virtual. 3 FONTE DE DADOS Os dados para a elaboração do modelo tridimensional da faculdade foram obtidos a partir de três fontes: de uma base planimétrica das edificações, através das plantas baixas dos prédios; de fotos tiradas da faculdade e das medidas que foram aferidas para saber a localização dos objetos interiores à medida que se programava cada módulo. 3.1 Plantas baixas A localização planimétrica das edificações foi obtida a partir das plantas baixas dos prédios, que foram utilizadas para a modelagem da estrutura física interna e externa da FAINOR (portas, janelas, paredes e tetos), sendo que também foram incluídos na modelagem elementos internos adicionais como mesas, cadeiras, computadores, etc. CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

3 3.2 Fotos Foram utilizadas fotografias tiradas da faculdade para se ter uma melhor visualização e localização dos objetos internos do ambiente. Elas também serviram para modelagem da textura de alguns objetos como, por exemplo, os livros da biblioteca. 3.3 Medidas A localização planimétrica das edificações foi obtida a partir das plantas baixas dos prédios, anteriormente citadas. Porém, foi necessário obter a localização dos objetos internos uma vez que esta informação não estava disponível na base utilizada. Estas medidas foram obtidas utilizando-se uma fita métrica para aferir a distância entre os objetos referentes aos ambientes modelados. 4 FERRAMENTAS UTILIZADAS Como ferramentas de apoio ao desenvolvimento do campus virtual foram utilizados os seguintes softwares: VRMLPad 2.0, 3D Studio Max e ParallelGraphics Cortona. Para a criação das animações, objetos, texturização, aumento de desempenho foi utilizado o editor VRMLPad 2.0 porque os arquivos exportados diretamente do 3D Studio Max são muito densos, prejudicando o desempenho do mundo virtual. Usando o VRMLPad 2.0 foi possível aproveitar a mesma figura em vários ambientes, já que é possível a reutilização de código. Utilizada como ferramenta auxiliar no desenvolvimento do trabalho, o 3D Studio Max serve para modelagem de objetos tridimensionais das diversas formas possíveis, a exemplo de figuras complexas. A ferramenta permite exportá-las para que sejam utilizadas em mundos virtuais modelados em VRML. Um problema que é observado na sua exportação para VRML é que o objeto tem sua escala muito aumentada, porém essa característica pode ser alterada no VRMLPad 2.0. O plug-in escolhido para a visualização do mundo virtual foi o ParallelGraphics Cortona. Por meio dele é possível a visualização e a exploração de mundos tridimensionais escritos em VRML; é possível navegar nestes mundos utilizando o mouse, o teclado ou ambos; utilizando vários tipos de controles [7]. Através desses controles é possível a locomoção do usuário na FAINOR VIRTUAL. Neste mundo virtual é possível o deslocamento livre, isto é, voar pelos ambientes. Também é possível andar com ângulos de visão diferentes, os quais representarão a estatura de uma pessoa e o campo visual remetente à melhor visualização. Pode ser inserido, opcionalmente, o mecanismo de colisão de objetos, isto é, o ambiente torna-se mais realista já que o usuário não poderá atravessar paredes e objetos. Enfim, o usuário terá várias opções de visualização e movimentação pelas cenas, cabendo ao mesmo a escolha de qual mecanismo lhe será mais conveniente. A modelagem foi realizada módulo a módulo, isto é, para cada um deles foi feita a estrutura externa (janelas, portas, paredes, teto e piso) seguida da estrutura interna (mesas, cadeiras, quadros, bebedouros, pia, sanitários, computadores, estante de livros, etc.). 5.1 Modelagem externa Iniciou-se pela modelagem externa tendo como parâmetro de referência as plantas baixas. Com estas foi possível obter informações como, por exemplo: quantidade de ambientes dos módulos, suas localizações, posicionamento e medidas de paredes, portas, janelas, etc. As portas foram criadas utilizando o objeto Box, além disso, elas possuem recursos de interatividade (ao serem clicadas elas automaticamente se abrem), caracterizando-as como objetos ativos. Um objeto ativo é aquele que executa uma ação quando clicado ou arrastado. Essas ações podem variar desde se tocar um som ou exibir uma animação ou até mesmo levar o usuário para outro ambiente no mundo tridimensional. As figuras 1 e 2 seguintes mostram uma porta modelada como objeto ativo. Figura 1 Objeto ativo a ser clicado. 5 IMPLEMENTAÇÃO DA FAINOR VIRTUAL Após o estudo da linguagem de programação VRML e das funcionalidades das ferramentas utilizadas no projeto, deu-se inicio à modelagem dos ambientes que compõem a faculdade, ou seja, a criação do campus tridimensional da FAINOR em VRML. Figura 2 Objeto ativo executado. A modelagem das janelas (Figura 3) se deu através do uso de vários nós do tipo Box, tendo as barras de suporte sido modeladas na cor cinza. Na modelagem dos vidros CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

4 utilizou-se o editor de materiais presentes no VRMLPad para a alteração das cores e da transparência, fazendo com que o usuário possa ver o que existe do outro lado da janela, aumentando assim o realismo do mundo virtual. Figura 5 Modelagem Interna Área de Convivência. 6 AMBIENTE FINAL Figura 3 Janela com transparência. A exemplo das portas e janelas, as paredes também foram modeladas utilizando o objeto Box. Sobre suas superfícies foi aplicada uma textura (foto de uma parede real). Esta técnica é utilizada para aumentar o realismo do mundo virtual. De posse dessas informações, toda estrutura externa é, então, codificada em VRML, dando origem ao modelo tridimensional do ambiente conforme pode ser visto na Figura 4. Completadas as modelagens externa e interna, temos como resultado final o ambiente totalmente modelado em 3D, que é disponibilizado para navegação dos usuários. Tendo em vista uma gama de fotos da faculdade real, tornou-se possível após o desenvolvimento da FAINOR VIRTUAL selecionar fotos de alguns ambientes para que fosse feita uma comparação entre o mundo real e o mundo virtual, sendo esta evidenciada nas figuras 6, 7, 8 e 9 a seguir. Figura 6 Biblioteca real. Figura 4 Modelagem Externa. 5.2 Modelagem interna Após ser finalizada a modelagem externa de um ambiente, foi feita a modelagem interna, cujo objetivo é aumentar o realismo através da inserção de alguns objetos, tais como: mesas, cadeiras, computadores, estantes, etc. A modelagem interna foi desenvolvida com base em fotografias tiradas dos ambientes reais e medições manuais. Com isso foi possível obter informações como, por exemplo: tipos, tamanhos, cores, texturas e localização dos objetos. Através das formas geométricas básicas da linguagem VRML, foi possível criar mesas, balcões, quadros brancos, etc. Porém, outros objetos de geometria mais complexa foram importados diretamente da ferramenta 3D Studio Max, ajudando a criar um ambiente mais próximo da realidade da FAINOR. A Figura 5 seguinte, corresponde à área de Convivência da faculdade. Figura 7 Biblioteca virtual. CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

5 VRML pela internet, já que figuras importadas de um modelador 3D possuem tamanho relativamente maior. O programa é de fácil implementação, porém demanda tempo e noção de espaço. Quando concluída uma cena tridimensional, o usuário pode visitá-la facilmente através de um navegador web, por exemplo, Internet Explorer com um plug-in instalado. Figura 8 Cantina real. Figura 9 Cantina Virtual. 7 ANÁLISE DO AMBIENTE MODELADO As expectativas que a VRML propõe com relação à rápida prototipagem de aplicações tridimensionais foram atendidas, sendo usada com sucesso neste projeto. Com isso foi possível à construção da FAINOR VIRTUAL que representa um verdadeiro mundo virtual com uma percepção acrescentada à navegação na Web, com descrições completas da cena em que o usuário se encontra. Assim, para usuários que desejam conhecer a FAINOR, mas encontram-se distantes da mesma, eles podem visitá-la virtualmente e observar cada detalhe de sua estrutura, visitando salas, biblioteca, cantina e laboratórios. Semelhante ao mundo real, o usuário mantém uma perspectiva individual perante a cena, controlando completamente o quão perto deseja chegar de um objeto e a partir de que perspectiva deseja visualizá-lo. Pôde-se observar, no programa desenvolvido, que o detalhamento dos ambientes é um fator importante na construção das cenas em VRML do mesmo, fornecendo ao usuário uma sensação mais próxima do mundo real. Com a utilização da ferramenta Cortona para a sua visualização, o usuário pode simular o caminhar (Figura 10) pelos locais tridimensionais e também pode voar pelas cenas em locais que, na realidade, seriam impossíveis de serem acessados. Pelo número de figuras tridimensionais importadas adicionadas ao projeto, a performance pode ficar levemente comprometida se o mesmo não for executado por um computador com uma configuração razoavelmente rápida, isto é, um computador mais modesto terá uma execução mais lenta, porém sem perda de detalhes. O mesmo fator citado anteriormente pode também comprometer o carregamento das figuras em Figura 10 Simulação de uma pessoa caminhando pela biblioteca. 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS A utilização do VRML como ferramenta visual traz inúmeras vantagens, principalmente para aplicações da Internet, as quais requerem rápido carregamento, não sendo necessariamente exigida uma conexão banda larga para a leitura destas aplicações. A linguagem VRML proporciona o carregamento de imagens tridimensionais incrivelmente leves, oferecendo também uma navegação configurável à necessidade do usuário. Em comparação com a linguagem HTML, que foca o mundo bidimensional e especifica como os documentos 2D são representados, a VRML foca o tridimensional e descreve a forma que os ambientes 3D podem ser explorados e criados na Web. Os objetos podem ser animados e acionados através de comandos configuráveis. A construção de um mundo virtual pode ser feita com objetos pré-definidos em arquivos separados, possuindo uma estruturação elegante das cenas, pela composição de nós múltiplos. Constata-se que os objetivos deste trabalho foram alcançados, os quais foram: a modelagem do Campus Virtual tridimensional da FAINOR, buscando maior realismo e detalhamento no módulo de aula, biblioteca, cantina, laboratório de computação e auditório. É possível observar que os objetos que compõem os mundos virtuais não obedecem às leis físicas do mundo real, como a lei da gravidade. Com a portabilidade proporcionada por esta linguagem, pode-se implantar este projeto no site da faculdade, oferecendo a todos os CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

6 visitantes virtuais a opção de conhecer todo o ambiente acadêmico sem a necessidade de deslocamento real. Torna-se válido ressaltar também que uma das grandes vantagens da linguagem VRML é a sua vinculação à outras ferramentas, o que oferece a possibilidade importar objetos, ricos em detalhes, que seriam muito mais trabalhosos para se criar por meio da especificação manual de códigos em VRML. Dessa forma, objetos gerados em outros programas de modelagem de aplicações tridimensionais, como por exemplo, do 3D Studio Max e Blender, podem ser exportados para um projeto que utiliza a VRML. A linguagem VRML trás consigo algumas limitações determinadas por recursos de softwares disponíveis na máquina, assim, para o usuário passear e visualizar através da Realidade Virtual por meio da Internet, ele necessita ter instalado uma ferramenta (browser) que interprete a linguagem VRML. São disponíveis algumas versões de produtos gratuitos na Web como, por exemplo, o ParallelGraphics Cortona, o Netscape Atlas(Live 3D), o WebFX e o Internet Explorer. Devido a algumas limitações referentes às tecnologias atuais, principalmente, com relação à largura de banda das redes de telecomunicações e à velocidade de processamento gráfico dos PCs, o ambiente virtual precisa ser otimizado, para que usuário tenha a sua experiência de navegação e exploração do mundo virtual maximizadas. Alguns módulos implementados no projeto, por importarem figuras do 3D Studio Max, se mostram com a compilação lenta, sobretudo, quando se faz a junção de todos os módulos para gerar o ambiente único "FAINOR VIRTUAL", aumentando o tempo de renderização do mundo virtual e, consequentemente, o tempo de espera do usuário. Devido aos fatores mencionados, a utilização desta linguagem traz algumas desvantagens por causa dos recursos de hardware disponíveis nas máquinas pois, como qualquer aplicação tridimensional, é necessário um computador com uma configuração razoavelmente potente. Isso torna a VRML pesada para alguns computadores, já que, exige-se muito processamento para que as aplicações sejam carregadas e navegadas em velocidade satisfatória, principalmente se o arquivo possuir grandes quantidades de texturas e objetos importados de programas de modelagem, tais como o 3D Studio Max e Blender. Também é importante ressaltar que, como foi escolhida para ser modelada virtualmente uma faculdade que está em constante processo de adaptação, como por exemplo, se adequando para poder disponibilizar para a comunidade novos cursos, o ambiente virtual gerado, em alguns momentos, pode estar diferente da atual estrutura real da faculdade. Por isso, cabe ressaltar que o ambiente pode ainda ser melhorado em futuros trabalhos, ou seja, é possível adaptá-lo à atual realidade vivida pela instituição. Tendo em vista as limitações citadas e as possibilidades de melhorias, são sugeridos como trabalhos futuros: Implementação dos módulos restantes; Adequação às novas construções; Modelagem do ambiente externo da faculdade como, por exemplo, bancos, árvores, rampas, etc; Otimização do código fonte, usando recursos como carregamento sob demanda; Aplicação de texturas para aumentar o realismo; Integração do ambiente a Banco de Dados, anexando outras funcionalidades a este mundo virtual. Aplicações sugeridas poderiam ser: permitir que aluno busque em um Banco de Dados informações sobre a disponibilidade de livros para locação e o professor busque em um Banco de Dados informações sobre a disponibilidade de salas de aula e laboratórios. 9 REFERÊNCIAS [1] AZEVEDO, Eduardo; CONCI, Aura. Computação gráfica: teoria e prática. Rio de Janeiro, Campus, [2] SGARBI, Rudiane.; FERNANDES, Anita Maria da Rocha. Um tutorial para ensino de modelagem de modas baseado em ambiente 3D. Disponível em: Acesso em: maio de [3] MACHADO, L. dos S. Conceitos básicos da realidade virtual. INPE, Disponível também em: <http://www.lsi.usp.br/~liliane/conceitosrv.html> Acesso em: ago [4] CARRARD, Marcos. Tutorial VRML 2.0. Universidade Regional do Noroeste do Estado Rio Grande do Sul- UNIJUÍ / Departamento de Tecnologia. Ijuí (RS) [5] CAPRA, M.; SAMPAIO, A C. F. VRML na Cartografia: Estudo de Caso de Compatibilização de Arquivos. In: XIX Congresso Brasileiro de Cartografia. Recife [6] CAREY, R.; BELL, G. The Annotated VRML 2.0 reference manual. Reading, Mass.: Addison-Wesley Developers Press, c p. ISBN (Broch.). [7] INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO. Computação gráfica: Introdução ao cartona Player. Disponível em: <http://disciplinas.ist.utl.pt/leiccg/laboratorio/aulas_vrml/aula_5/cortona/index.ht ml>. Acesso CIÊNCIA & DESENVOLVIMENTO - REVISTA ELETRÔNICA DA FAINOR (C&D),

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