TREINAMENTO APOIADO POR VISUALIZAÇÃO DE TRAJETÓRIAS EM AMBIENTES DE REALIDADE AUMENTADA

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1 3.0 cm 3.5 cm Papel tamanho A4 Estilo Título TNR 16 Ng Estilo Author TNR 12 Ng Estilo Address TNR 12 Estilo Courier new 10 TREINAMENTO APOIADO POR VISUALIZAÇÃO DE TRAJETÓRIAS EM AMBIENTES DE REALIDADE AUMENTADA Fabiano Utiyama 1,2, Cláudio Kirner 2 1 Universidade Paranaense (Unipar) Paranavaí PR Brasil fabianoutiyama@unipar.br 2 Universidade Metodista de Piracicaba (Unimep) Piracicaba SP Brasil ckirner@unimep.br Numeração sobrescrita, representa a afiliação dos autores. Estilo abstract Recuo a direita e a esquerda de 0,8cm Estilo Título 1, iniciais em maiúsculo. Sem tabulação no de todas as seções. Tabulação 1.27 cm. Resumo. Este artigo constitui uma descrição da realidade aumentada, apresentado o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para treinamento de usuários, integrando várias outras ferramentas e técnicas em um ambiente aumentado, utilizando a mão como dispositivo de entrada, seguindo trajetórias pré-determinadas. O protótipo desenvolvido usou as tecnologias servlet e applet exploradas na linguagem Java. 1. Introdução A introdução apresenta o contexto onde o trabalho está inserido e seus objetivos. A Realidade Aumentada (RA) consiste numa técnica avançada de interface computacional, que permite a sobreposição de objetos virtuais no mundo real. A RA enfatiza a visualização em conjunto com a interação, pois, com o uso de óculos ou capacete de Realidade Virtual, pode-se visualizar objetos virtuais junto ao mundo real, de maneira altamente realista, incrementando a percepção do usuário no uso de uma interface computacional [Azuma 2001]. Quando a interface de RA utiliza as mãos como elemento de interação, além de permitir a sobreposição de objetos virtuais no mundo real, ela possibilita a manipulação desses objetos com as próprias mãos, tornando viável inúmeras aplicações que beneficiam o treinamento humano, motivando mais o usuário para as tarefas a serem cumpridas. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para treinamento de usuários, integrando várias outras ferramentas e técnicas num ambiente aumentado, utilizando-se de sua própria mão como dispositivo de entrada, seguindo trajetórias pré-determinadas. Estas trajetórias estarão armazenadas em um banco de dados, e serão exibidas, para que o usuário possa segui-las, de acordo com as instruções geradas no monitor. O texto NÃO pode exceder 10 linhas e deve ter no mínimo 5 linhas. Estilo normal TNR 12 O texto deve ser escrito com 6 pontos de espaço antes de cada parágrafo 2.5 cm 3.0 cm

2 Sem tabulação no de todas as seções. 2. Treinamento com Realidade Aumentada Após a introdução vem o desenvolvimento do trabalho. A Realidade Virtual vem ganhando espaço na área de manufatura e treinamento, em função de sua versatilidade na produção e visualização de modelos realistas de produtos e da possibilidade de exercitar a montagem das partes. No entanto, um problema, que vem dificultando sua larga utilização, é a necessidade de equipamentos especiais para a manipulação de objetos virtuais, como luvas, capacetes, rastreadores, e projetores especiais, dentre outros. No sentido de minimizar esse problema, as áreas de manufatura e treinamento vêm recentemente usando Realidade Aumentada, que permite o posicionamento e manipulação de objetos virtuais no ambiente real. Ainda aqui, o problema dos equipamentos persiste, mas o uso de rastreamento óptico, visão computacional e a manipulação direta dos objetos virtuais com as mãos, ou dispositivos mais simples como uma vareta com bolinhas, vêm facilitando o trabalho e tornando-o mais acessível e de fácil utilização. A indústria aeronáutica e automobilística já vem usando Realidade Aumentada para resolver problemas de montagem e treinamento há alguns anos e muitos outros segmentos estão descobrindo essa aplicação. A área educacional é uma das que tem grande potencial de utilização da Realidade Aumentada, em função do elevado grau de informação visual animada que é possível de ser obtida. O projeto ART - Augmented Reality for Training [Kustaborder e Sharma 2004] tem por objetivo ampliar a capacidade de treinamento e usa visão computacional, animação, monitoração e avaliação das etapas do processo. O sistema usa visualização no monitor, vídeo e som, além da sobreposição de modelos gráficos 3D gerados com OpenGL. O trabalho "Montagem Virtual usando Técnicas de Realidade Virtual" [Connacher 2004] constitui-se num esforço de pesquisa para criar um ambiente de projeto com montagem virtual. Ele analisa os problemas de montagem virtual para projeto e manufatura e detalha as questões envolvidas com montagem virtual, incluindo o problema da trajetória e do armazenamento das informações em banco de dados. Outra ferramenta para treinamento com realidade aumentada foi desenvolvida para montagem de mobiliário [Zauner 2003]. O sistema usa marcadores reais para o posicionamento dos objetos virtuais, tem demonstrações animadas e permite o uso de dispositivo manual de ajuste de posição dos objetos virtuais. Além disso, o sistema permite o desenvolvimento de passos de treinamento, através de uma interface de autoria com elementos próprios para a montagem de mobiliário. Outro sistema interessante, voltado para a área educacional é "Virtual Reality for Lego Mindstorms" [Brower 2004] que procura simular um kit de montagem real, permitir a montagem de brinquedos mecânicos virtuais com o comportamento dos reais e sua utilização no mundo virtual. Com isto, espera-se que os estudantes aprendam os conceitos envolvidos com o processo de montagem e funcionamento dos brinquedos. Percebe-se, portanto com essa amostra de trabalhos, que a realidade aumentada pode ajudar em muito as pessoas na tarefa de treinamento e ensino/aprendizagem.

3 Estilo Título 2 Somente a maiúscula inicial Sem tabulação no de todas as subseções. 3. Ferramenta para Treinamento com Realidade Aumentada A seguir, são apresentadas as soluções adotadas para os principais elementos da ferramenta para treinamento Exibindo uma trajetória padrão Para exibir uma trajetória armazenada no banco de dados, cadastrada previamente, foi utilizada a linguagem VRML, juntamente com Java, que possibilita a realização da troca de dados entre o banco de dados e o mundo virtual. As tecnologias Java utilizadas foram descritas na tabela 1. Tecnologia Servlet Applet Tabela 1. Tecnologias Java utilizadas no trabalho Responsabilidade Buscar e armazenar as informações no banco de dados Comunicação remotamente com o arquivo Servlet, enviando as informações deste para o mundo virtual e vice versa. As trajetórias estão sendo exibidas através de objetos tridimensionais, carregados a partir do banco de dados, como mostram as figuras 1 e 2. Estilo Legenda Helvetica, 10, Ng. No caso de tabela o título vem antes da tabela, já em figura o título vem depois da figura. Figura 1: Cubo ao lado de uma mesa Figura 2: Trajetória do cubo 3.2. Capturando uma trajetória no espaço Para a captura de uma trajetória no espaço, está sendo utilizado um outro sistema de desenvolvimento de RA, denominado ARToolkit, disponível gratuitamente no site do laboratório HITL da Universidade de Washington [Azuma 2001]. Este sistema utiliza métodos de visão computacional, que ficam à procura de padrões na imagem do ambiente, capturada em tempo real por uma webcam, obtendo dados de posição e alinhamento. A câmera deve estar estática, sem sofrer alterações quanto ao foco. O único movimento deve ser realizado pela mão do usuário. Com a ponta do dedo rastreada (posições x, y e z), um objeto virtual será colocado sobre o dedo para que através deste objeto o usuário possa realizar a trajetória proposta para o treinamento Armazenando trajetórias no banco de dados Para armazenar uma trajetória no banco de dados, está sendo utilizada uma técnica denominada Dead Reckoning. Esta técnica consiste em armazenar somente os pontos necessários de uma trajetória, evitando sobrecarregar o banco de dados [Morcrette 1999]. Estes pontos são ligados por segmentos de retas, que irão compor o trajeto.

4 Na figura 3, observa-se a seleção do ponto da trajetória, representada por cubos, a ser armazenado no banco de dados. Os pontos 1, 2 e 3 foram armazenados no banco de dados, já que suas posições alteram duas coordenadas, X e Y. Já o ponto 4, indicado pela seta azul, se mantém no mesmo segmento de reta do ponto 3. Sendo assim, o banco de dados ignora este ponto, passando a analisar o próximo. Quando aparecer um ponto, onde sua posição se altera em ao menos duas coordenadas, ele é armazenado. Está sendo usada uma margem de erro na avaliação das coordenadas para que pontos próximos de uma reta sejam considerados na reta, minimizando o armazenamento em excesso de pontos. Figuras centralizadas e numeradas. Quando a legenda exceder uma linha o texto deverá ser justificado à esquerda Figura 3: Selecionando o ponto da trajetória de um cubo a ser armazenado no banco de dados A figura 3 mostra os pontos do trajeto armazenados no banco de dados, identificados pela textura nos objetos Junção dos protótipos simplificados e avaliação Por fim, foram integrados todos os protótipos anteriores para se gerar uma avaliação do usuário. A trajetória seguida pelo usuário é comparada ao trajeto armazenado no banco de dados, obtendo-se assim uma avaliação quanto ao treinamento. Esta avaliação pode ser realizada, comparando ambos os trajetos ou verificando se o usuário alcançou a rota final proposta para o objeto. 4. Metodologia Para este trabalho foi realizada extensa revisão bibliográfica em materiais como livros, artigos e sites da Internet. O passo posterior foi gerado a partir de protótipos integrados simplificados, ou seja, em partes menores, que ao final, foram unidas para compor o projeto. 5. Conclusão Após o desenvolvimento segue a metodologia Após a metodologia segue a conclusão A Realidade Aumentada tem contribuído significativamente para o processo de construção de conhecimento de muitos usuários. A possibilidade de visualizar e manipular objetos virtuais, a partir do seu próprio mundo real, tem levado o homem a se aproximar cada vez mais da máquina.

5 Este artigo abordou o desenvolvimento de uma ferramenta para treinamento, utilizando-se um ambiente aumentado, no qual a própria mão do usuário manipula e interage com o ambiente tridimensional, seguindo trajetórias pré-determinadas. O que se pretende agora é avançar a pesquisa, como por exemplo, programar um módulo que faça a captura de uma trajetória, substituindo assim o uso do ARToolkit. Referências Após a conclusão constam as referências Azuma, R. et al. (2001) Recent Advances in Augmented Reality. IEEE Computer Graphics and Applications, v. 21, n. 6, p Brower, T. et al. (2004) Virtual Reality for Lego Mindstorms. < acesso em 02/04/2004. Connacher, H. et al. (2004) Virtual Assembly using Virtual Reality Techniques. < Acesso em 02/04/2004. Kustaborder, J.; SHARMA, R. (1999) Experimental Evaluation of Augmented Reality for Assembly Training. Proc. of the Second IEEE and ACM International Workshop on Augmented Reality, IWAR'99, Oct. Morcrette, C. VRML Generation Tools for Visualization of Database Content in three dimensions. Massachusetts Institute of Technology: Zauner, J. et al. Authoring of a Mixed Reality Instructor for Hierarchical Structures. Proc. of the Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality - ISMAR'03, pp. Exemplo de referências que constam do template da SBC, mas não foram usadas nesse artigo. Boulic, R. and Renault, O. (1991) 3D Hierarchies for Animation, Editora John Wiley & Sons ltd.: Londres, England. (EXEMPLO DE LIVRO) Boulic, R. and Renault, O. (1991) 3D Hierarchies for Animation, In: New Trends in Animation and Visualization, Edited by Nadia Magnenat-Thalmann and Daniel Thalmann, John Wiley & Sons ltd., England. (EXEMPLO DE EVENTO) Dyer, S., Martin, J. and Zulauf, J. (1995) Motion Capture White Paper, December. (EXEMPLO DE INTERNET) Holton, M. and Alexander, S. (1995) Soft Cellular Modeling: A Technique for the Simulation of Non-rigid Materials, Computer Graphics: Developments in Virtual Environments, R. A. Earnshaw and J. A. Vince, England, Academic Press Ltd., p Knuth, D. E. (1984), The TeXbook, Addison Wesley, 15 th edition. (EXEMPLO DE LIVRO COM NÚMERO DE EDIÇÃO) Smith, A. and Jones, B. (1999). On the complexity of computing. In Advances in Computer Science, pages Publishing Press. (EXEMPLO DE EVENTO COM NÚMERO DA PÁGINA)