Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada

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1 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada

2 Av. Bento Gonçalves, Setor 4 - Prédio Sala Bairro Agronomia CEP Porto Alegre - RS - Tel. (51) Fax (51) Home: - Paulo Roberto Freire Cunha (UFPE) Presidente Lisandro Zambenedetti Granville (UFRGS) Vice-Presidente Luciano Paschoal Gaspary (UFRGS) Diretor Administrativo Luci Pirmez (UFRJ) Diretor de Finanças Altigran Soares da Silva (UFAM) Diretor de Eventos e Comissões Especiais Mirella Moura Moro (UFMG) Diretora de Educação Karin Koogan Breitman (PUC-Rio) Diretora de Publicações Ana Carolina Brandão Salgado (UFPE) Diretora de Planejamento e Programas Especiais Thais Vasconcelos Batista (UFRN) Diretora de Secretarias Regionais Edson Norberto Cáceres (UFMS) Diretor de Divulgação e Marketing Roberto da Silva Bigonha (UFMG) Diretor de Relações Profissionais Ricardo de Oliveira Anido (UNICAMP) Diretor de Competições Científicas Raimundo José de Araújo Macêdo (UFBA) Diretor de Cooperação com Sociedades Científicas Sergio Vanderlei Cavalcante Diretor de Articulação de Empresas

3 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada Publicação anual Cuiabá v. 3 p

4 EDITORES Alexandre Cardoso Ezequiel Zorzal Marcelo de Paiva Guimarães Márcio Pinho CONSELHO EDITORIAL Alexandre Cardoso Ezequiel Zorzal Fátima L. S. Nunes Liliane dos Santos Machado Luciano P. Soares Marcelo de Paiva Guimarães Márcio Pinho Selan Rodrigues PRODUÇÃO GRÁFICA Canal 6 Projetos Editoriais - Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada. Sociedade Brasileira de Computação - SBC. -- ( ) -. Porto Alegre, RS: a Instituição, v. 3 Anual ISSN Realidade Virtual, Realidade Aumentada. I. Cardoso, Alexandre. II. Zorzal, Ezequiel III. Guimarães, Marcelo de Paiva. IV. Pinho, Márcio. CDD 006 Índice para catálogo sistemático: 1. Realidade Virtual e Aumentada: Ciência da Computação 006 Este periódico foi especialmente editado, em tiragem limitada, a partir de conteúdos desenvolvidos para os minicursos apresentados durante o XV Simpósio de Realidade Virtual e Aumentada, realizado em Cuiabá, de 27 a 30 de Maio de 2013, promovido pela Sociedade Brasileira de Computação e organizado pelo Instituto de Computação da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) e apoiado pelo Instituto Federal de Ciência e Tecnologia de Mato Grosso (IFMT). Cuiabá, MT 2013 TODOS OS DIREITOS RESERVADOS: Permitida a reprodução total ou parcial desde que citada a fonte (Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, Porto Alegre-RS, Brasil). Na ausência da indicação da fonte ou expressa autorização da Instituição, é proibida a sua reprodução total ou parcial, por qualquer meio ou processo, especialmente por sistemas gráficos, microfílmicos, fotográficos, reprográficos, fonográficos ou videográficos. Vedada a memorização e/ou recuperação total ou parcial, bem como a inclusão de quaisquer partes desta obra em qualquer sistema de processamento de dados. Essas proibições aplicam-se também às características da obra e à sua editoração. A violação dos direitos autorais é punível como crime (art. 184 e, do Código Penal, cf. Lei no , de ) com pena de prisão e multa, conjuntamente com busca e apreensão e indenizações diversas (arts. 122, 123, 124 e 126, da Lei no de , Lei dos Direitos Autorais).

5 Sumário Prefácio Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Claudio Kirner Visualização e Interação em Arquitetura via RV e RA Luciano Silva Realidade Virtual e Aumentada Aplicada na Área de Negócios: casos na área de Marketing e de Projeto e Desenvolvimento de Produtos Ildeberto A. Rodello, Marize Minakawa, Thais F. da Paz e José R. F. Brega Realidade Aumentada Móvel Gesmar de Paula Santos Júnior, Luciene Chagas de Oliveira, Alexandre Cardoso, Edgard Lamounier Júnior, Marcos Wagner de Souza Ribeiro e Thamer Horbylon Nascimento Utilização de Dispositivos de Interfaces Naturais de Usuário em Aplicações de Realidade Aumentada André Luiz Satoshi Kawamoto e Flávio Soares Correa da Silva Desenvolvimento de Aplicações com Interface Natural de Usuário e Dispositivos PrimeSense como Meio de Interação para Ambientes Virtuais Diego Roberto Colombo Dias, Gustavo Jordan Castro Brasil, Bruno Barberi Gnecco, Mário Popolin Neto, Isabele Andreoli Agostinho, Richard Valdívia, José Remo Ferreira Brega e Luis Carlos Trevelin 5

6 Estratégias mistas de mecanismos para imersão em modelos de interação em ambientes virtuais de treinamento Bruno Barberi Gnecco, Rodrigo de Godoy Domingues, Gustavo Jordan Castro Brasil, Diego Roberto Colombo Dias e Luis Carlos Trevelin Avatares baseados em vídeo e suas aplicações em sistemas virtuais imersivos Cléber Gimenez Corrêa, Silvio Ricardo Rodrigues Sanches, Daniel de Andrade Lemeszenski, Daniel Makoto Tokunaga e Romero Tori Avaliação de Usabilidade para Aplicações de Realidade Aumentada Valéria Farinazzo Martins, Ana Grasielle Dionísio Corrêa e Marcelo de Paiva Guimarães Percepção Natural de Profundidade: Uma Análise do Fish Tank Virtual Reality Ermano Ardiles Arruda, Lucas Silva Figueiredo e Veronica Teichrieb Desenvolvimento de websites com ambientes virtuais 3D interativos Maria Amelia Eliseo, Beatriz de Almeida Pacheco e Darlan Silva Alves Delmondes Simulações Físicas para Ambientes de RV e RA Luciano Silva Desenvolvimento de Aplicações de RV e RA para Smart TVs Luciano Silva Introdução à utilização de openframeworks para o desenvolvimento de aplicações de RVA Christopher Shneider Cerqueira e Claudio Kirner 6

7 Prefácio O Simpósio de Realidade Virtual e Aumentada (SVR) é a principal conferência em Realidade Virtual e Realidade Aumentada (RVA) no Brasil, promovido pela SBC (Sociedade Brasileira de Computação), com periodicidade anual, desde O SVR reúne pesquisadores, estudantes e diversos profissionais das áreas acadêmica, industrial e comercial interessados nos avanços e nas aplicações da RV e RA. Tradicionalmente, o SVR oferece minicursos, que visam promover as habilidades de especialização, bem como ampliar a formação específica dos participantes, com perspectivas de aprimoramento de suas pesquisas; e além disso, conta com o pré-simpósio, que apresenta um conjunto de tutoriais, de curta duração, e de conteúdo introdutório. Tais ações criam um repertório de conhecimento básico, intermediário e avançado capaz de melhorar as condições de aproveitamento dos temas que serão exibidos e discutidos ao longo do simpósio principal. Com o intuito de continuar a democratização e a disseminação do conhecimento sobre RVA, neste ano de 2013, o conteúdo dos Minicursos e do Pré-simpósio foram compilados nesta revista e apresenta o resultado do trabalho de autores da comunidade brasileira, previamente avaliado pelo conselho editorial. Pretende-se que esta revista seja uma referência para atualizações, tanto por profissionais quanto por pesquisadores ávidos pelo conhecimento e aprimoramento do domínio de tendências e técnicas de RVA. Agremiando distintos perfis de conteúdos, torna-se ainda ponto de partida para iniciantes e profissionais de outras áreas do conhecimento interessados em ingressar no fascinante mundo da tecnologia de Realidade Virtual e Aumentada. Agradecemos a todos que colaboraram. Desejamos a todos uma excelente leitura! Os organizadores Alexandre Cardoso Ezequiel Zorzal Marcelo de Paiva Guimarães Márcio Pinho 7

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9 9 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Claudio Kirner Abstract Augmented reality has strong appeal for educational usage due to its features involving: intuitive interactions, high levels of motivation and involvement, autonomy, special devices independence, etc. Furthermore, some factors is still lacking to be solved in order to the augmented reality can be intensively used by teachers and students, such as: necessity to have technical knowledge, non availability of free online applications really useful in Education, difficulty to adapt the applications, changing content and structure, difficulty to find suitable authoring tools for teachers and students. This paper promotes a discussion about the use of augmented reality in Education, presenting the free authoring tool FLARAS and its using on creating the educational online game with augmented reality capable to be adaptable. Resumo A realidade aumentada, em função das suas características, envolvendo interatividade intuitiva, alto grau de motivação e envolvimento, autonomia, independência de dispositivos especiais, etc., tem forte apelo para uso na área de Educação. No entanto, ainda resta resolver alguns problemas para que professores e alunos possam utilizar intensivamente essa tecnologia, como a necessidade de conhecimentos técnicos, pouca disponibilização de aplicações gratuitas online realmente úteis à Educação, falta de adaptabilidade das aplicações, poucas ferramentas gratuitas simples de serem usadas. Este artigo aborda uma discussão sobre o uso da realidade aumentada na Educação, apresentando a ferramenta de autoria livre de aplicações de realidade aumentada FLARAS e o seu uso na produção de um jogo educacional online adaptável com realidade aumentada. 9

10 1. Introdução Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. A realidade aumentada, definida como o enriquecimento do mundo físico com elementos virtuais interativos, visualizados em tempo real com o auxílio de algum dispositivo tecnológico, apresenta características bastante favoráveis ao seu uso na área educacional, como: Interatividade intuitiva no ambiente do usuário, envolvendo textos, imagens, objetos 3D, vídeos, etc., exigindo participação ativa do estudante; Alto grau de motivação e envolvimento, decorrente dos elementos interativos inovadores utilizados; Independência de dispositivos especiais, uma vez que pode usar somente um computador com webcam ou mesmo um tablet; Autonomia na exploração da aplicação; Adequação a diversos tipos de estilos de aprendizagem, apresentando o assunto através de conteúdo rico em múltiplas mídias; Alto potencial de uso em trabalhos colaborativos. No entanto, para que a realidade aumentada seja efetivamente usada em Educação, ainda restam algumas questões a serem resolvidas, como: Disponibilidade de aplicações educacionais gratuitas online, realmente úteis em ensino e aprendizagem, nas várias áreas do conhecimento; Criação de aplicações abertas adaptáveis, que possam atender as necessidades dos professores, de forma que eles possam apropriar-se das aplicações, alterando-as e utilizando-as de fato; Desenvolvimento de ferramentas livres para autoria de aplicações, que permitam o desenvolvimento e adaptação de aplicações educacionais de realidade aumentada online, por parte de usuários, sem conhecimentos técnicos profundos, utilizando estruturas pré-montadas e os conteúdos fornecidos pelos professores; Elaboração de cursos de capacitação abertos, para que professores e estudantes aprendam como explorar melhor a tecnologia de realidade aumentada, utilizando material existente em repositórios na Internet ou desenvolvendo seu próprio material didático. Este artigo tem por objetivo mostrar algumas iniciativas, que estão em andamento, visando encontrar soluções para as questões apresentadas, de forma a possibilitar o uso da realidade aumentada na Educação, fazendo com que professores e estudantes possam produzir seu próprio material educacional. Nesse sentido, a seção 2 apresenta uma discussão sobre o uso da realidade aumentada na educação; a seção 3 descreve a ferramenta de autoria de aplicações de realidade aumentada online, denominada FLARAS; a seção 4 apresenta um jogo educacional desenvolvido com a ferramenta FLARAS; e a seção 5 apresenta as conclusões do trabalho. 10

11 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. 2. Requisitos das Aplicações Educacionais com Realidade Aumentada A publicação Horizon Report [NMC 2013] anualmente aponta as áreas e tecnologias emergentes, que deverão apresentar impactos significativos na Educação, nos próximos anos. Em 2011 e 2012, a publicação preconizou grande impacto da realidade aumentada e de aprendizagem baseada em jogos, na Educação, para os próximos dois a três anos [Johnson et. Al. 2011, Johnson et. al. 2012]. Em função da exigência de interação e envolvimento do usuário com a aplicação, além de outras propriedades comuns, essas duas áreas podem atuar de forma conjugada. Em 2013, dentre as 12 tecnologias listadas, ainda persistiram realidade aumentada e aprendizagem baseada em jogos, ao lado de cursos online abertos e massivos, aplicações móveis, computação para tablets e tecnologia vestível, entre outras [NMC 2012]. Cabe salientar que a tecnologia vestível tem ligação muito forte com o projeto Google Glass, que está em fase de desenvolvimento e é baseado em realidade aumentada, prometendo mudar as formas de interação do usuário com a Internet e com o mundo. O uso da realidade aumentada na Educação pode ser visto de várias maneiras: Em relação ao usuário; Em relação à interação com as aplicações Em relação à execução das aplicações; Em relação ao custo; Em relação à abertura do código da aplicação; Em relação à capacidade de adaptação da aplicação; Em relação à quantidade de marcadores necessários para a aplicação; Em relação aos recursos da interface da aplicação; Em relação ao tipo da interface da ferramenta de autoria; Em relação à edição proporcionada pela ferramenta de autoria; Em relação às plataformas de execução das aplicações e ferramentas de autoria. Em seguida, cada item citado será discutido Em Relação ao Usuário O usuário (professor ou estudante) pode ser consumidor ou produtor de aplicações educacionais com realidade aumentada. Na maioria das vezes, ele assume o papel de consumidor, uma vez que produzir tais aplicações, geralmente, exige conhecimentos técnicos profundos. Por conta disso, as aplicações educacionais acabam sendo desenvolvidas por técnicos e podem não satisfazer adequadamente as necessidades dos professores e estudantes, que, na falta de outras opções, ou não usam as aplicações ou não as exploram com todo potencial. 11

12 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Em Relação à Interação com as Aplicações As aplicações podem apresentar interação com o usuário em níveis baixo, médio e alto. As primeiras aplicações educacionais com realidade aumentada, em função da novidade, foram contemplativas, resumindo-se a apresentar objetos virtuais 3D sobre os marcadores colocados em frente a webcam. Em seguida, apareceram aplicações mais sofisticadas com interações que promoviam alterações no cenário virtual ou disparo de animações. As aplicações mais recentes envolvem comportamento e inteligência, funcionando como jogos, usando interações mais variadas e intensivas. Nesse caso, usuário tem que interagir com o conteúdo da aplicação, usando sua habilidade e conhecimento, melhorando-os, no decorrer do processo, e estimulando-o a estudar o tema abordado. Enquadram-se aqui os jogos educacionais com realidade aumentada, integrando as duas tendências educacionais dos últimos três anos Em relação à Execução das Aplicações A execução das aplicações de realidade aumentada pode ser local ou online. A execução local exige que a aplicação, normalmente, seja baixada e eventualmente instalada no computador do usuário, dificultando a utilização e desestimulando o usuário. Muitos usuários desistem da aplicação, antes mesmo de baixá-la. No entanto, depois de baixada ou instalada, a execução da aplicação dependerá somente da potência do computador, o que normalmente é rápido. Esse inconveniente se agrava, se for necessário fazer instalações múltiplas, na sala de aula, em casa, etc. A execução online de aplicações tem a vantagem de não necessitar de download e instalação, mas depende de uma conexão de Internet com boa velocidade, limitando a utilização dos usuários que não dispõem de bons recursos de conexão. As aplicações com execução online podem ser usadas em sala de aula, em casa e em ambientes de educação à distância, bastando acessá-las de qualquer lugar Em Relação ao Custo Existem aplicações comerciais (com custo) e aplicações gratuitas (sem custo). Normalmente, as aplicações comerciais tendem a ser de melhor qualidade, por serem desenvolvidas por equipes de profissionais comprometidos com o produto, mas, recentemente, com o crescimento da filosofia de abertura [Okada 2012], estão surgindo boas aplicações de realidade aumentada gratuitas Em Relação à Abertura do Código da Aplicação Existem aplicações de código fechado e de código aberto. As aplicações de código fechado são aquelas, em que os autores não disponibilizam o código das aplicações, produzidas por eles próprios ou compradas. Estão aqui as aplicações comerciais. 12

13 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. As aplicações de código aberto, ou usaram ferramentas abertas ou foram abertas pelos próprios autores. Nessa situação estão várias aplicações educacionais elaboradas com ARToolKit [Kato, H. e Billinghurst 1999], FlartoolKit [Saquosha 2008], SACRA [Kirner e Santin 2009], FLARAS [Souza et. al. 2013], basar [Cerqueira e Kirner 2011, Cerqueira e Kirner 2012] e outras [Kirner et. al.2012] Em Relação à Capacidade de Adaptação da Aplicação Algumas aplicações são elaboradas, de forma a não separar estrutura da aplicação e conteúdo, enquanto outras fazem essa separação. Quando não há separação de estrutura e conteúdo, a aplicação impõe dificuldades de alteração de conteúdo, sendo inflexível. Quando há a separação de estrutura e conteúdo, como ocorre na família de ferramentas SACRA, FLARAS e basar, o usuário pode ter certa facilidade em trocar o conteúdo, sendo possível realizar-se adaptação de aplicações. Em alguns casos, também é possível adaptar-se a estrutura da aplicação, com certa facilidade, como ocorre com as aplicações desenvolvidas com a ferramenta FLARAS. A adaptação tem alto potencial de criação de aplicações derivadas com facilidade, sendo adequadas para uso educacional, tanto em ensino, pelos professores, como em aprendizagem, pelos estudantes Em Relação à Quantidade de Marcadores Necessários para a Aplicação Há aplicações com muitos marcadores, com poucos marcadores e com nenhum marcador. A quantidade exagerada de marcadores pode confundir o usuário, além de gerar dificuldade em ser acomodada no campo de visão da webcam. As ferramentas SACRA e basar estão aqui enquadradas. A quantidade pequena de marcadores (um ou dois) permite manipulação mais fácil das aplicações, exigindo, no entanto, outras formas de inserção de elementos no cenário, como pontos e cenas, e outras formas de seleção de funções, como funções selecionadas pelo mouse ou teclado. A ferramenta FLA- RAS enquadra-se aqui, usando dois marcadores. A ausência de marcador facilita a manipulação da aplicação, mas deve ser precedida de um cadastramento de elementos do cenário, que funcionarão como os marcadores Em Relação aos Recursos da Interface da Aplicação Há interfaces de aplicações exclusivamente visuais, enquanto outras exploram sons e animações. A complexidade do projeto tende a crescer com a melhoria da interface, mas, em alguns casos, como a ferramenta FLARAS, a complexidade das funções já está embutida na ferramenta, permitindo o uso de recursos avançados com certa facilidade. 13

14 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Em Relação ao Tipo da Interface da Ferramenta de Autoria Considerando-se a interface de autoria das aplicações de realidade aumentada, pode-se encontrar quatro tipos de ferramentas: exclusivamente visuais, parcialmente visuais, configuráveis e programáveis. As ferramentas de autoria exclusivamente visuais apresentam interfaces com manipulação visual, nas quais o usuário, movimentando o mouse, consegue elaborar uma aplicação, a partir de objetos virtuais disponíveis na biblioteca da ferramenta ou no computador do usuário. Todas as ações são visuais e pode haver pouca precisão em posicionamento, inclinação e escala. No entanto as interações podem ser rápidas e intuitivas. As ferramentas de autoria parcialmente visuais buscam objetos virtuais na biblioteca ou computador do usuário, a partir de ações visuais, e solicitam a digitação de parâmetros como posição, inclinação e escala dos objetos virtuais, assegurando precisão e rapidez. O software FLARAS é um exemplo desse tipo de ferramenta. As ferramentas de autoria configuráveis utilizam pastas, onde são inseridos objetos virtuais e arquivos de texto, descrevendo a configuração da aplicação. Embora não sejam visuais, essas ferramentas também não dependem de programação, facilitando o desenvolvimento de aplicações, mas exigem algum conhecimento de manipulação das pastas e edição dos arquivos de texto. Enquadram-se aqui as ferramentas SACRA e basar. As ferramentas de autoria baseadas em programação necessitam da atuação de especialistas em programação e geram aplicações na forma de código, mais difíceis de serem alteradas. Nessa situação estão ARToolKit, FlarToolKit, Metaio SDK [Metaio 2013], etc Em Relação à Edição Proporcionada pela Ferramenta de Autoria Há ferramentas que permitem quatro tipos de edições das aplicações: difíceis, meio fáceis, fáceis e muito fáceis. As ferramentas com edições difíceis são aquelas, cujas aplicações foram geradas, a partir de programação, exigindo conhecimentos técnicos e visão muito detalhada da aplicação. As ferramentas com edições de facilidade média são aquelas baseadas em configurações de pastas e edição de arquivos de texto, que podem ser realizadas por usuários com poucos conhecimentos de informática. Nesse caso, encontram-se as ferramentas SACRA e basar. As ferramentas com edições fáceis são aquelas, cujas aplicações são criadas através de ações visuais e alguma digitação de parâmetros. Nesse caso, está a ferramenta FLARAS. As ferramentas com edição muito fácil são aquelas, cujas aplicações são criadas com ações puramente visuais. A menos das ferramentas que manipulam programação, todas as outras oferecem condições de desenvolvimento e adaptação de aplicações, por parte de professores e estudantes, apresentado maior ou menor simplicidade nesse processo. 14

15 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Em Relação às Plataformas de Execução das Aplicações e Ferramentas de Autoria Existem aplicações voltadas para desktops e notebooks e outras voltadas para tablets e celulares. As aplicações educacionais com realidade aumentada que são executadas em desktops e notebooks tendem a usar os sistemas operacionais dessas plataformas computacionais, sendo os mais comuns: Windows, Linux e MacOS. Nesses casos, encontram-se aplicações com execução local ou online. As aplicações executadas em tablets e celulares também precisam ser desenvolvidas para os sistemas operacionais das plataformas específicas, sendo os mais comuns: Android, IOS e Windows. Nesses casos, a maioria das aplicações é executada localmente, depois de ser instalada, a partir das lojas (application store) disponíveis. As aplicações criadas com a família de ferramentas SACRA, basar e FLARAS são voltadas para desktops e notebooks. Assim, levando em conta os requisitos de aplicações educacionais com realidade aumentada e as várias maneiras delas serem vistas, seria desejável que essas aplicações tivessem as seguintes características: Sejam voltadas para usuários consumidores e produtores de aplicações educacionais; Tenham capacidade de adaptação; Possuam interface de utilização visual e sonora amigável; Apresentem alto grau de interação do usuário com a aplicação; Permitam acesso local e online; Sejam gratuitas; Tenham código aberto; Tenham interface de autoria visual; Sejam baseadas no uso de poucos marcadores ou não usem marcadores; Usem ferramentas, que facilitem a adaptação das aplicações; Possam ser executadas em plataformas de computadores e/ou tablets; Encontrar uma aplicação e a ferramenta de autoria usada para produzí-la, que contemplem a maioria dessas características, não é fácil, mas a ferramenta FLARAS e suas aplicações estão bem próximas disso. O problema mais crítico da ferramenta FLARAS está em não produzir aplicações que possam ser executadas na maioria dos tablets e celulares (com sistemas Androide e IOS), uma vez que o FLARAS é baseado em FLASH. No entanto, já está sendo estudada uma forma de reescrever o código do FLA- RAS, de forma que suas aplicações sejam executadas em todos os tablets e celulares. Portanto, o software FLARAS tem boas condições de ser usado na criação de aplicações educacionais de realidade aumentada, que possam ser úteis a professores e estudantes, no processo de ensino e aprendizagem. Já foram desenvolvidas várias aplicações educacionais [Kirner et. al. 2012, Souza et. al. 2013], usando a ferramenta de autoria FLARAS, que podem ser vistas e exercitadas na Internet, a partir de seus links. 15

16 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. 3. Ferramenta FLARAS para Autoria de Aplicações de Realidade Aumentada 3.1. Visão Geral do Software FLARAS O software FLARAS (Flash Augmented Reality Authoring System) [Souza et. al. 2013] é uma ferramenta de autoria visual de aplicações interativas de realidade aumentada, desenvolvido por Raryel Costa Souza, Hipólito Douglas França Moreira e Claudio Kirner. O FLARAS foi desenvolvido com a biblioteca FlarToolKit [Saquosha 2008] e sua estrutura foi herdada da ferramenta SACRA [Kirner e Santin 2009], a qual foi construída com a biblioteca ARToolKit [Kato 1999]. As aplicações elaboradas com FLARAS podem ser executadas online, diretamente do navegador da Internet, bastando acionar um link para a aplicação, ou localmente, devendo ser precedida pelo download da aplicação para o computador do usuário. A principal característica do FLARAS é permitir o desenvolvimento rápido de aplicações simples ou sofisticadas, ricas em interação, por pessoas com poucos conhecimentos técnicos e sem necessidade de programação ou modelagem 3D. Com isto, professores e estudantes podem usar a ferramenta para desenvolver trabalhos inovadores úteis para ensino e aprendizagem. Os recursos usados no processo de autoria das aplicações educacionais de realidade aumentada, envolvendo textos, imagens, sons, narrações, vídeos e objetos 3D, podem ser obtidos em repositórios na Internet ou desenvolvidos pelo usuário. A aplicação, resultante do processo de autoria, pode ser salva pelo ambiente do FLARAS, que também pode gerar arquivos para disponibilização em servidores ou repositórios de arquivos na Internet, permitindo o seu uso online, sem necessidade de instalação. O FLARAS é um software livre de código aberto, disponível na Internet, em um site [Souza et. al. 2013] com vasto material de apoio, incluindo: versões da ferramenta para download; tutoriais em textos e em vídeos; perguntas frequentes; e-book; repositório de aplicações com várias aplicações online para uso imediato, com seus projetos para adaptação; além de informações sobre os desenvolvedores. Para usar o FLARAS, basta imprimir um único marcador, denominado Marcador de Referência [Souza e Kirner 2013], acionar a aplicação na Internet, mostrar o marcador para a webcam, fazendo aparecer o ambiente 3D da aplicação no monitor, e interagir com a aplicação, seguindo as instruções visuais e narradas Descrição do FLARAS O FLARAS pode ser visto sob dois pontos de vista: um do ponto de vista do usuário das aplicações e outro do ponto de vista do desenvolvedor das aplicações, uma vez que a janela de visualização é a mesma para o usuário e para o desenvolvedor. 16

17 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Estruturas das Aplicações Elaboradas com FLARAS As aplicações elaboradas com FLARAS utilizam o conceito de ambiente 3D composto por pontos dispostos no espaço, cada um mostrando uma cena, conforme a Fig. 1a. a)estrutura física b)estrutura lógica Figura 1. Estrutura das aplicações elaboradas com FLARAS Para dar maior potencial de aplicação, cada ponto pode conter uma ou mais cenas, selecionáveis pelo usuário, em tempo de execução, conforme a Fig. 1b. Cada cena pode ser formada por imagens, vídeos ou objetos 3D e pode ser habilitada ou desabilitada pelo usuário, durante o uso da aplicação. Para contornar o problema da modelagem 3D, o FLARAS permite a utilização da maioria dos milhares de objetos prontos do Armazém 3D do Trimble/Google [Timble/Google 2013], no formato Collada (*.dae) ou KMZ Interface das Aplicações Quando o usuário aciona a aplicação educacional de realidade aumentada. Ele recebe uma interface composta por uma área de visualização retangular e uma barra de funções localizada na sua parte inferior, conforme a Fig. 2. Figura 2. Interface da aplicação de realidade aumentada com FLARAS 17

18 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. Inicialmente, a aplicação deve ser autorizada (Fig. 2a). Em seguida, o marcador de referência deve ser mostrado para a webcam (Fig. 2b), fazendo aparecer o ambiente 3D da aplicação (Fig. 2c). Para usar a aplicação, algumas funções da barra de funções deverão ser acionadas com o mouse, que é o elemento de interação principal do usuário com a aplicação. Também há possibilidade de uso do marcador de interação, com a ajuda do mouse alterando sua função Interface da Ferramenta FLARAS A interface da ferramenta FLARAS, usada na fase de desenvolvimento das aplicações, possui quatro áreas bem distintas, conforma a Fig. 3. Figura 3. Áreas da interface da ferramenta FLARAS A área maior serve para visualização da aplicação, enquanto ela estiver em desenvolvimento. A área da parte superior direita serve para mostrar o grafo de cena da aplicação, onde podem ser vistos: a estrutura de pontos, as cenas e os conteúdos. A área da parte inferior direita serve para mostrar os parâmetros de cada elemento do grafo de cena e outros detalhes. A barra inferior da interface mostra as funções, que o mouse ou marcador de interação podem assumir, e outras funções especiais da ferramenta. Além disso, há um menu, na parte superior da área de visualização, cujas opções permitem salvar o projeto, publicar a aplicação, ajustar a webcam, etc. 18

19 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada Funções da Ferramenta FLARAS As funções da ferramenta FLARAS são mostradas tanto para o usuário consumidor quanto para o desenvolvedor da aplicação, através de ícones, na barra inferior de funções e na área inferior direita, onde aparecem os parâmetros e outras funções. A barra inferior de funções (Fig. 3) apresenta as funcionalidades, que o mouse ou marcador de interação podem assumir, incluindo: ativação individual e coletiva de pontos, navegação nas cenas, movimentação das cenas no ambiente. Além disso, há também: espelhamento de webcam, ativação de persistência do marcador, visibilidade de pontos de atração, etc. As funções disponíveis na área de parâmetros incluem: criação, apagamento e posicionamento de pontos e cenas, ajuste de escala, inserção de objetos (imagens, objetos 3D e vídeos), inserção de sons e animações, além de inserção de pontos de atração, conforme a Fig. 4. Figura 4. Funções da área de parâmetros do FLARAS Além disso, há funções de produtividade, que permitem mudar a ordem das cenas, duplicar cenas, etc., que facilitam e aceleram o processo de desenvolvimento das aplicações. 4. Exemplo de um Jogo Educacional Elaborado com FLARAS Existem várias iniciativas de desenvolvimento de aplicações educacionais com realidade aumentada [Ucelli 2005, Jochim 2010, Hamilton 2013], mas a maioria delas envolve especialistas, fazendo dos professores e estudantes meros consumidores das aplicações. Outras iniciativas [Kirner 2011, Reis e Kirner 2011, Cerqueira e Kirner 2012, Kirner et. al. 2012] procuraram separar o conteúdo da estrutura de aplicações educacionais com realidade aumentada, permitindo autoria e adaptação, sem a necessidade de programação. Assim, em função das duas principais tendências tecnológicas, na área de educação, envolvendo realidade aumentada e jogos, conforme foi discutido, no início deste artigo, será apresentada uma 19

20 Tendências e Técnicas em Realidade Virtual e Aumentada, v. 3, p. 9-25, maio/2013. KIRNER, Claudio. Desenvolvimento de Aplicações Educacionais Adaptáveis Online com Realidade Aumentada. aplicação educacional online com realidade aumentada, abordando o jogo de geometria sólidos geométricos gerados por revolução de figuras planas (GeomAR-Revolução)[Kirner 2013a, Kirner 2013b]. Essa aplicação apresenta um alto grau de interatividade, aspectos lúdicos, exigência de habilidades e conhecimentos, desafios para os estudantes e outras propriedades de jogos, constituindo assim um jogo educacional online com realidade aumentada Descrição do Jogo O jogo GeomAR-Revolução consiste em descobrir figuras planas, que geram os sólidos geométricos apresentados, movimentando-as para perto de seus respectivos sólidos, usando o mouse ou o marcador de interação. O objetivo é usar o conhecimento do usuário sobre geometria, estimulando-o a experimentar o jogo e estudar o assunto para vencer os desafios apresentados no espaço lúdico interativo, promovendo a aprendizagem, com a manipulação de elementos exploratórios 3D, exercícios e diversão. Espera-se que o jogo utilize e melhore os conhecimentos dos estudantes sobre o tema, além de utilizar também a coordenação motora da movimentação dos elementos, aumentando a motivação. Os sólidos abordados são: esfera, gerada por revolução de círculo; cilindro, gerado por revolução de retângulo; cone, gerado por revolução de triângulo; e toróide, gerado por revolução de círculo deslocado do eixo de rotação, que fazem parte do ambiente do jogo (Fig. 5). Figura 5. Ambiente do jogo GeomAR-Revolução A área central da aplicação permite explorar os sólidos geométricos e o processo de geração baseado nas revoluções das figuras planas. A área de figuras, mais abaixo, permite explorar as figuras, identificando aquelas que serão associadas com os sólidos correspondentes. A fase de aprendizagem consiste em explorar todo o ambiente, analisando os sólidos, as figuras e o processo de geração de sólidos por revolução de figuras planares. 20

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